УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОКАЛИНЫ С ДВИЖУЩЕЙСЯ ЗАГОТОВКИ
DEVICE AND METHOD OF SCALES REMOVAL FROM MOVING WORKPIECE

Настоящее изобретение относится к устройству и способу удаления окалины с заготовки, перемещающейся относительно этого устройства в направлении движения. В случае заготовки речь, в частности, идет о горячекатаном прокате.
Из уровня техники известно, что для удаления окалины с заготовок, в частности с горячекатаного проката, под высоким давлением разбрызгивается вода на поверхности заготовки. Для полного удаления окалины с поверхностей заготовки, как правило, разбрызгиваемая вода высокого давления разбрызгивается из множества сопел установки для гибросбива окалины. В этой связи установкой для гибросбива окалины в стане горячей прокатки называется узел, предназначенный для удаления с поверхности проката окалины, т.е. примесей, состоящих из оксида железа.
Из WO 2005/082555 А1 известна установка для гибросбива окалины, в которой окалина с проката, движущегося относительно этой установки, удаляется путем струйной обработки при помощи разбрызгиваемой воды высокого давления. Эта установка для гибросбива окалины содержит по меньшей мере один ряд сопловых головок, перекрывающий ширину проката и содержащий множество сопловых головок, причем каждая сопловая головка при помощи двигателя приводится во вращение вокруг оси вращения, перпендикулярной поверхности проката. Кроме того, в каждой сопловой головке имеется по меньшей мере два сопла, расположенных эксцентрично относительно оси вращения настолько близко к периметру сопловой головки, насколько это возможно с конструктивной точки зрения. Такая установка для гибросбива окалины имеет недостаток, заключающийся в том, что энергия по ширине проката может подводиться неоднородно, так что в области перекрытия соседних сопловых головок дело доходит до остаточных температурных полос на прокате. Кроме того, сопла на соответствующих сопловых головках расположены под углом наклона так, так что они наклонены наружу, как наглядно показано на ФИГ. 13. Это приводит к тому, что при вращении сопловых головок вокруг своей оси вращения направление разбрызгивания из этих сопел ориентируется и в направлении подачи проката. Недостаток такой ориентации выпускаемой из сопел разбрызгиваемой воды высокого давления состоит в том, что струя разбрызгиваемой воды при этом неэффективна и поэтому не вносит вклада в удаление окалины с поверхности проката.
Из WO 1997/27955 А1 известен способ удаления окалины с проката, в котором предусмотрено ротационное устройство для удаления окалины, при помощи которого на поверхность проката, с которой удаляют окалину, разбрызгивают струю жидкости. Чтобы обеспечить лишь незначительное охлаждение проката и создать более высокие давления струи при незначительном давлении рабочей жидкости, струю жидкости создают периодически, т.е. с временными перерывами. Благодаря одно- или многократному прерыванию струи жидкости возникают пики давления, проявляющиеся, как повышение давления струи, благодаря чему достигают более высокой эффективности удаления окалины с проката. Однако предусмотренный для этого распределительный диск, по текучей среде соединенный с подводящим трубопроводом для среды давления, невыгодно увеличивает расходы на проектирование такого оборудования для удаления окалины. Кроме того, при возникновении пиков давления существует опасность повышенной нагрузки на материал, в частности кавитации.
Из DE 10 2014109160 А1 известно устройство рассматриваемого типа и соответствующий способ для удаления окалины с заготовки, перемещающейся относительно устройства в направлении движения. Для этого на вращающейся ротационной головке, выполненной в виде держателя для сопел, предусмотрено множество струйных сопел, причем жидкость из струйных сопел под высоким давлением выпускается или разбрызгивается на поверхность проката так, что при этом направление струи, в котором жидкость разбрызгивается из струйных сопел, всегда проходит под углом наклона относительно направления движения проката. Благодаря этой наклонной ориентации струи достигается то, что окалина, снятая с поверхности проката, перемещается в сторону, в направлении от проката. Однако это сопровождается невыгодным сильным загрязнением установки или окружающей зоны.
В основе изобретения лежит задача, простыми средствами оптимизировать удаление окалины с заготовки и уменьшить необходимый для этого расход энергии и воды.
Эта задача решается посредством устройства с признаками, определенными в п. 1 формулы изобретения, и способа с признаками, определенными в п. 10. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах.
Устройство, соответствующее настоящему изобретению, предназначено для удаления окалины с заготовки, перемещающейся относительно устройства в направлении движения, предпочтительно с горячекатаного проката, и содержит по меньшей мере одну выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения ротационную головку, на которой расположено множество струйных сопел, причем из струйных сопел на заготовку под углом наклона относительно поверхности заготовки может выпускаться жидкость, в частности вода. При этом струйные сопла расположены на ротационной головке так, что при вращении ротационной головки вокруг своей оси вращения направление разбрызгивания выпускаемой из струйных сопел жидкости в отношении проекции на плоскость, параллельную поверхности заготовки, постоянно ориентировано противоположно, т.е. под углом разбрызгивания от 170 до 190°, предпочтительно под углом разбрызгивания 180°, относительно направления движения заготовки, и при этом угол наклона для всех струйных сопел постоянно остается одинаковым. Устройство содержит приемное (улавливающее) устройство, расположенное относительно направления движения проката выше по потоку, чем ротационная головка, таким образом, что как выпущенная из струйных сопел жидкость после отражения от поверхности заготовки, так и окалина, снятая при помощи жидкости с поверхности заготовки, могут быть целенаправленно перемещены в это приемное устройство.
Равным образом изобретение также предусматривает способ удаления окалины с заготовки, предпочтительно горячекатаного проката. При этом заготовку перемещают относительно устройства в направлении движения, причем это устройство имеет по меньшей мере одну выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения ротационную головку, на которой расположено множество струйных сопел. В то время как ротационную головку вращают вокруг своей оси вращения, из струйных сопел на заготовку под углом наклона к поверхности заготовки выпускают или разбрызгивают жидкость, в частности воду. При вращении ротационной головки вокруг своей оси вращения направление разбрызгивания выпускаемой из струйных сопел жидкости в отношении проекции на плоскость, параллельную поверхности заготовки, постоянно ориентировано противоположно, т.е. под углом разбрызгивания от 170° до 190°, в частности под углом разбрызгивания 180°, относительно направления движения заготовки, причем угол наклона для всех струйных сопел постоянно остается одинаковым. Кроме того, как выпущенную из струйных сопел жидкость, после отражения от поверхности заготовки, так и окалину, снятую при помощи жидкости с поверхности заготовки, целенаправленно загружают в приемное устройство.
В основе изобретения лежит важный факт понимания того, что посредством расположения ротационной головки относительно направления движения заготовки и установки струйных сопел на ротационной головке выпущенную из струйных сопел жидкость можно направлять постоянно и предпочтительно прямо противоположно направлению движения заготовки, а именно, в отношении проекции, или в проекции направления разбрызгивания этой жидкости на плоскость, параллельную поверхности заготовки. Вследствие этого окалина при помощи жидкости снимается с поверхности заготовки всегда противоположно направлению движения заготовки, что способствует высокой эффективности удаления окалины. В этом отношении следует указать на то, что для эффективного удаления окалины необходимо, чтобы струйные сопла работали со "скоблением", что означает, что направление разбрызгивания струйных сопел ориентировано противоположно направлению движения заготовки. Целенаправленная загрузка в приемное устройство снятой окалины и жидкости, отразившейся от поверхности заготовки, позволяет эффективно предотвратить то, что снятая окалина остается на поверхности заготовки и при следующей прокатке снова закатывается в поверхность. Равным образом при этом достигается то, что компоненты предлагаемого по изобретению устройства снятой окалиной и/или бесцельно разбрызгиваемой жидкостью загрязняются меньше или в лучшем случае вовсе не загрязняются. Кроме того, следует отметить, что крепление струйных сопел на ротационной головке приводит к существенному конструктивному упрощению кинематики ротационной головки, так как благодаря этому можно не применять планетарный привод и т.п., предусмотренный помимо прочего в соответствии с уровнем техники для дополнительного вращения струйных сопел вокруг их продольной оси.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения ротационная головка расположена относительно приемного устройства так, что в отношении проекции на плоскость, параллельную поверхности заготовки, жидкость из струйных сопел разбрызгивается исключительно в направлении приемного устройства. Благодаря этому в еще большей степени оптимизируется целенаправленная загрузка в приемное устройство снятой окалины и жидкости, отразившейся от поверхности заготовки после разбрызгивания из струйных сопел.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения позиционирование ротационной головки относительно направления движения заготовки и установка по меньшей мере одного струйного сопла, предпочтительно всех струйных сопел, на ротационной головке выбраны так, что направление разбрызгивания по меньшей мере одного струйного сопла, предпочтительно всех струйных сопел, в котором жидкость разбрызгивается на заготовку, проходит постоянно и противоположно направлению движения заготовки, а именно, в отношении проекции этого направления разбрызгивания на плоскость, параллельную поверхности заготовки. Это приводит к тому, что угол разбрызгивания между направлением разбрызгивания и направлением движения заготовки в плоскости, параллельной поверхности заготовки, находится в диапазоне от 170 до 190° и предпочтительно принимает значение 180°. Так же, как и только что упомянутое расположение ротационной головки относительно приемного устройства, это предпочтительно приводит к целенаправленной загрузке снятой окалины и отразившейся от поверхности заготовки жидкости в приемное устройство, так как направление разбрызгивания струйных сопел не имеет компоненты или составляющей, ориентированной в направлении бокового края заготовки.
Оптимальный подвод энергии к жидкости, разбрызгиваемой под высоким давлением на поверхность заготовки, достигается благодаря тому, что на ротационной головке расположено множество струйных сопел, в каждом случае на радиальном расстоянии разной величины от ее оси вращения, причем тогда из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения, может быть выпущена жидкость также с большим объемным расходом, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем радиальном расстоянии от оси вращения. Это может быть достигнуто простым способом путем выбора соответствующего типа сопла, так что из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения ротационной головки, соответственно разбрызгивается большее количество жидкости, т.е. больший объемный расход. Следовательно, благодаря такой конфигурации множества струйных сопел на ротационной головке подвод энергии к жидкости оптимизируется поперек направления движения заготовки, т.е. по ее ширине.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения ротационная головка расположена наклонно так, что ее ось вращения наклонена на некоторый угол относительно перпендикуляра к поверхности заготовки. При этом каждое из струйных сопел закреплено на ротационной головке, так что угол наклона, заключенный между жидкостью, разбрызгиваемой из струйных сопел, и перпендикуляром к поверхности заготовки, постоянно остается одинаковым. Предпочтительно струйные сопла расположены на ротационной головке так, что их продольные оси проходят параллельно оси вращения ротационной головки.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрен первый узел ротационных головок и второй узел струйных сопел, которые относительно направления движения заготовки расположены друг за другом и в частности рядом друг с другом.
В настоящем изобретении в случае узла ротационных головок речь идет либо о паре ротационных головок, одна из которых расположена над заготовкой, а другая - под заготовкой, т.е. на ее верхней стороне и нижней стороне, или о паре ротационных модулей, которая в каждом случае - над заготовкой и под заготовкой - объединяет множество ротационных головок, расположенных рядом друг с другом и поперек направления движения заготовки. В нормальном режиме может быть предусмотрено, что жидкость разбрызгивается на заготовку только из струйных сопел первого узла ротационных головок. Тогда в специальном режиме могут подключаться струйные сопла второго узла струйных сопел, так что жидкость выпускается или разбрызгивается на заготовку также из струйных сопел этого второго узла струйных сопел. В этом случае для удаления окалины с заготовки используются струйные сопла как первого узла ротационных головок, так и второго узла ротационных головок. В конструктивном отношении расположение струйных сопел во втором узле может отличаться от расположения в первом узле ротационных головок. Применение обоих узлов в специальном режиме рекомендуется, например, в случае марок стали, с которых трудно удалить окалину, или в случае плохо удаляющихся остатков окалины, могущих возникнуть, например, в результате контакта с печными роликами. В таком варианте осуществления изобретения, в соответствии с которым в нормальном режиме используются только струйные сопла первого узла ротационных головок, предпочтительно может быть минимизирован расход рабочей среды. Это равным образом относится к случаю, когда, как пояснено выше, в один модуль ротационных головок объединено множество ротационных головок. При этом в нормальном режиме используется только одна пара ротационных модулей, причем при необходимости подключается дополнительный узел струйных сопел, в направлении движения заготовки расположенный, например, ниже по потоку.
Дополнительные преимущества изобретения состоят в том, что отдельные роторы ротационного модуля могут быть выключены так, что они остаются без давления индивидуально и/или группами, следовательно, распределение жидкости поперек направления движения может быть согласовано с шириной заготовки.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено устройство обнаружения окалины, которое в отношении передачи сигналов соединено с управляющим устройством и относительно направления движения заготовки расположено ниже по потоку от ротационной головки и вблизи от нее, чтобы оно, таким образом, могло обнаруживать окалину, остающуюся на поверхности заготовки. На основании сигналов этого устройства обнаружения окалины качество удаления окалины с заготовки при помощи управляющего устройства сравнивается с заданным необходимым значением, а затем, в зависимости от этого, соответствующим образом управляется или регулируется насосный агрегат высокого давления, по текучей среде соединенный со струйными соплами ротационной головки.
Управление насосным агрегатом высокого давления может происходить таким образом, что давление, под которым жидкость из струйных сопел разбрызгивается на поверхность заготовки, регулируется в зависимости от сигналов устройства обнаружения окалины. Это означает, что давление для разбрызгиваемой жидкости устанавливается как раз такой величины, чтобы оно еще обеспечивало достаточное качество удаления окалины с заготовки. В случае когда (если смотреть в направлении движения заготовки) друг за другом расположено по меньшей мере два узла струйных сопел, благодаря упомянутому управлению может быть достигнуто то, что подключаемый узел струйных сопел соответствующим образом подключается в зависимости от сигналов устройства обнаружения окалины, что соответствует названному специальному режиму согласно изобретению. По сравнению с обычным двурядным расположением ротационных головок или распылительных планок благодаря такому однорядному расположению, т.е. благодаря одному узлу ротационных головок, применяемому в нормальном режиме, достигается значительная экономия рабочих сред.
Благодаря упомянутому согласованию давления, т.е. благодаря уменьшению давления, также устанавливается пониженное абразивное действие жидкости на все окружающие материалы или детали установки, вследствие чего снижаются расходы по техническому обслуживанию, и уменьшается износ самих струйных сопел.
Благодаря установке устройства обнаружения окалины и его сопряжению с управляющим и регулирующий устройством, путем изменения давления и/или объемного расхода соответственно может быть сведено к минимуму количество воды, необходимое для полного удаления окалины. Это приводит к экономии энергии для приготовления воды высокого давления, и равным образом к меньшему охлаждению заготовки вследствие уменьшенного количества жидкости, разбрызгиваемой на заготовку.
В дополнение можно отметить, что расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки можно регулировать. Таким образом, возможно согласование с различными партиями заготовок, имеющих высоту разной величины. Кроме того, это расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки можно регулировать также в зависимости от сигналов устройства обнаружения окалины. Например, таким образом, может быть предусмотрено, что при недостаточном качестве удаления окалины расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки уменьшается, так что в результате на поверхности заготовки в отношении разбрызгиваемой на ней жидкости устанавливается более высокое динамическое давление. С соответствующими поправками действует и обратное: если качество удаления окалины повышается выше заданного необходимого значения, расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки может быть, по меньшей мере, незначительно увеличено.
Дополнительные преимущества изобретения заключаются в том, что благодаря сбору окалины, отделившейся от поверхности заготовки, можно уменьшить или даже исключить дефекты, возникающие вследствие закатывания бесконтрольно осыпающихся остатков окалины. Соответственно в отношении заготовки со сравнительно небольшим расходом воды достигаются чистые поверхности без окалины, благодаря чему в значительной мере экономится энергия для приготовления воды высокого давления. Сравнительно небольшой расход воды приводит к повышенному содержанию частиц окалины в воде, загружаемой в приемное устройство. Иначе говоря, из-за более высокого содержания отделившихся частиц окалины загружаемая в приемное устройство вода имеет более высокую степень загрязнения. Благодаря меньшему удельному количеству воды, применяемой для удаления окалины с заготовки, можно значительно снизить энергию, необходимую для нагрева печи, или энергию формообразования, необходимую для последующей прокатки заготовки. Таким образом, благодаря меньшему снижению температуры можно получить меньшую конечную толщину заготовок или горячекатаного проката, так что можно получить более широкий ассортимент изделий. Кроме того, при более низкой температуре печи также значительно увеличивается срок службы валков печи.
Ниже при помощи схематичных упрощенных чертежей подробно описываются примеры осуществления изобретения.
На чертежах изображено следующее:
ФИГ. 1 представляет собой упрощенный вид сбоку предлагаемого по изобретению устройства;
ФИГ. 2 представляет собой вид сбоку ротационной головки устройства, изображенного на ФИГ. 1;
ФИГ. 3а, ФИГ. 3b и ФИГ. 3с иллюстрируют принципиальную связь между направлением разбрызгивания струйных сопел устройства согласно ФИГ. 1 и направлением движения, в котором заготовка перемещается мимо этого устройства;
ФИГ. 4 представляет собой упрощенный вид сверху предлагаемого по изобретению устройства, выполненного в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;
ФИГ. 5 представляет собой упрощенный вид в разрезе приемного устройства того устройства, которое изображено на ФИГ. 4;
ФИГ. 6 представляет собой упрощенный вид сбоку пары ротационных головок, ротационные головки которой, выполненные согласно ФИГ. 2, расположены так, что одна из них расположена с верхней стороны, а другая - с нижней стороны заготовки, с которой удаляется окалина;
ФИГ. 7 представляет собой упрошенный вид спереди ротационного модуля, множество ротационных головок которого расположены рядом друг с другом и поперек направления движения заготовки;
ФИГ. 8 показывает возможное расположение струйных сопел на ротационной головке для применения в устройстве, выполненном согласно ФИГ. 1 или согласно ФИГ. 4;
ФИГ. 9а, ФИГ. 9b показывают факел распыла, получающийся на поверхности заготовки в результате разбрызгивания жидкости на заготовку,
ФИГ. 10 представляет собой схему последовательности операций, в соответствии с которой изобретение применяется на практике;
ФИГ. 11, 12 представляют собой виды сбоку ротационной головки в соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения.
Ниже со ссылкой на ФИГ. 1-12 подробно описываются различные варианты осуществления изобретения. На чертежах одинаковые технические признаки имеют одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, следует заметить, что изображения на чертеже показаны в принципе упрощенно, в частности, без масштаба. На некоторых чертежах нанесены декартовы системы координат с целью пространственной ориентации предлагаемых по изобретению вариантов осуществления относительно обрабатываемой и движущейся заготовки.
Предлагаемое по изобретению устройство 10 используется для удаления окалины с заготовки 12, перемещающейся относительно устройства 10 в направлении движения X. В случае заготовки 12 речь может идти о горячекатаном прокате, перемещающемся мимо устройства 10.
В варианте осуществления согласно ФИГ. 1 устройство 10 содержит ротационную головку 14, приводимую во вращение вокруг оси R вращения. Вращение ротационной головки 14 вокруг ее оси R вращения происходит при помощи (не показанного) двигательного средства, например, электродвигателя. На торце ротационной головки 14, обращенном к заготовке 12, расположены струйные сопла 16. Из струйных сопел 16 под высоким давлением на поверхность 20 заготовки 12 разбрызгивается жидкость 18 (на ФИГ. 1 упрощенно обозначена пунктиром), чтобы соответствующим образом удалить окалину с заготовки. С этой целью струйные сопла 16 по текучей среде соединены с (непоказанным) насосным агрегатом высокого давления, при помощи которого струйные сопла под высоким давлением снабжаются жидкостью. В случае жидкости 18 предпочтительно речь идет о воде, но усматривать в этом ограничение только водой не следует.
В варианте осуществления согласно ФИГ. 1 устройство 10 содержит приемное устройство 22, которое относительно направления X движения заготовки 12 расположено выше по потоку, чем ротационная головка 14. Такое приемное устройство 22 предназначено для приема как окалины, при помощи жидкости высокого давления снятой с поверхности 20 заготовки, так и жидкости, после контакта с поверхностью 20 заготовки 12 отражающейся от указанной поверхности. На ФИГ. 1 снятая окалина и отразившаяся от поверхности 20 заготовки 10 жидкость упрощенно обозначены штрихпунктирными линиями.
В связи с приемным устройством 22 предусмотрен нижний направляющий лист 23.1, расположенный между ротационной головкой 14 и приемным устройством 22 и примыкающий непосредственно к открытой области приемного устройства 22. При этом нижний направляющий лист 23.1 расположен или закреплен на приемном устройстве 22 так, что его свободный конец расположен прямо над заготовкой 12 и при этом образует с поверхностью 20 заготовки угол δ (ФИГ. 1), составляющий от 25° до 35°. Предпочтительно нижний направляющий лист 23.1 расположен так, что угол δ относительно поверхности 20 заготовки 12 принимает значение 30°.
В соответствии с углом δ, предпочтительно составляющим 30°, нижний направляющий лист 23.1 расположен так, что он полого поднимается в направлении приемного устройства 22. Таким образом, нижний направляющий лист 23.1 выполняет задачу отражающей поверхности и способствует целенаправленной загрузке в приемное устройство 22 окалины и жидкости, отразившейся от поверхности 20.
Кроме того, предусмотрено защитное устройство в виде верхнего защитного листа 23.2, проходящего от приемного устройства 22 прямо до ротационной головки 14 и, таким образом, принимающего на себя функцию крышки. При этом расстояние до края верхнего защитного листа 23.2, непосредственно прилегающего к ротационной головке 14, выбрано так, что участок между краем верхнего защитного листа 23.2 и ротационной головкой 14 для частиц окалины непроходим. В контексте настоящего изобретения "непроходимый" означает, что частицы окалины, когда они отделяются от поверхности 20 заготовки 12 вследствие разбрызгиваемой воды, не могут выйти между краем верхнего защитного листа 23.2, непосредственно прилегающим к ротационной головке 14, и ротационной головкой 14. Соответственно благодаря верхнему защитному листу 23.2 предотвращается выход вверх, в окружающее пространство окалины или жидкости, отразившейся от поверхности 20 заготовки 12. Тем не менее, при этом гарантируется проход воздуха через участок между верхним защитным листом 23.2 и ротационной головкой 14, так что при эксплуатации предлагаемого по изобретению устройства 10 динамическое давление под верхним защитным листом 23.2 не образуется.
Ниже со ссылкой на ФИГ. 2 и ФИГ. 3 поясняются дополнительные взаимосвязи в отношении расположения ротационной головки 14 и расположенных на ней струйных сопел 16.
Струйные сопла 16 закреплены на торце ротационной головки 14, расположенном напротив заготовки 12. При этом продольные оси L струйных сопел 16 ориентированы параллельно оси R вращения ротационной головки 14. Соответственно направление S разбрызгивания (ср. ФИГ. 2), в котором жидкость разбрызгивается из струйных сопел 16, также проходит параллельно оси R вращения ротационной головки 14.
Относительно перпендикуляра к поверхности 20 заготовки 12 ось R вращения проходит наклонно, под углом γ (ФИГ. 2). Благодаря установке струйных сопел 16 на ротационной головке 14, при которой, как сказано выше, продольные оси L струйных сопел проходят параллельно оси R вращения, получается угол α наклона (ср. ФИГ. 2), под которым жидкость 18, выпускаемая с разбрызгиванием из струйных сопел 16, падает на поверхность 20 заготовки. Этот угол α наклона соответствует углу между направлением S разбрызгивания жидкости 18 и перпендикуляром к поверхности 20 заготовки 12. Вследствие того, что продольные оси L струйных сопел 16 ориентированы параллельно оси R вращения, в варианте осуществления согласно ФИГ. 2 угол α наклона равен углу γ наклона оси R вращения.
Ротационная головка 14 выполнена с возможностью регулировки по высоте. Это означает, что при необходимости расстояние А между точкой пересечения оси R вращения с торцом ротационной головки 14 и поверхностью 20 заготовки 12 (ФИГ. 2) можно изменять. В контексте настоящего изобретения это расстояние А следует понимать, как расстояние разбрызгивания. При уменьшении этого расстояния А динамическое давление, получающееся при падении жидкости 18 на поверхность 20 заготовки 12, увеличивается. Регулируемость ротационной головки 14 по высоте, на ФИГ. 2 упрощенно обозначенная стрелкой Н, может быть реализована благодаря регулируемой по высоте опоре, на которой расположена ротационная головка 14. Подробности регулировки этого расстояния А будут приведены ниже.
ФИГ. 3 наглядно показывает связь между направлением S разбрызгивания, в котором разбрызгивается жидкость 18 из струйных сопел 16, и направлением X движения, в котором заготовка 12 перемещается мимо устройства 10 или, соответственно, его ротационной головки 14. В частности ФИГ. 3 наглядно показывает проекцию направления S разбрызгивания на плоскость, параллельную поверхности 20 заготовки 12. В примере, показанном на ФИГ. 3а, направление S разбрызгивания, в котором жидкость 18 выпускается из устья 17 струйного сопла 16, прямо противоположно направлению X движения, т.е. ориентировано под углом β разбрызгивания ровно 180° относительно направления X движения. Это приводит к тому, что направление S разбрызгивания жидкости 18, когда она непрерывно под высоким давлением разбрызгивается на заготовку 12, компоненты, ориентированной в направлении бокового края заготовки 12, не имеет. Благодаря этому гарантируется, что жидкость 18 из струйных сопел 16 разбрызгивается на поверхность 20 заготовки всегда точно в направлении приемного устройства 22. Затем вследствие этого снятая окалина вместе с жидкостью 18, отразившейся от поверхности 20 заготовки 12, целенаправленно загружается в приемное устройство 22.
Согласно примерам ФИГ. 3b и ФИГ. 3c также возможно, что угол β разбрызгивания составляет больше или меньше 180°, например, 170° или 190°, или лежит в диапазоне значений от 170° до 190°. Это означает, что в этом случае направление S разбрызгивания проходит не прямо противоположно направлению X движения, а образует с направлением X движения угол, который, как пояснено выше и показано на ФИГ. 3b и 3с, может лежать в диапазоне от 170° до 190°.
Здесь следует отдельно отметить, что на основании изображений, показанных на ФИГ. 3а, ФИГ. 3b и ФИГ. 3с, во время вращения ротационной головки 14 вокруг своей оси R вращения поясненная выше ориентация направления S разбрызгивания остается неизменной или постоянной. То же самое относится и к углу а наклона.
Что касается ротационной головки 14 согласно ФИГ. 2, следует заметить, что эта ротационная головка 14 может соответствовать ротационной головке, изображенной на ФИГ. 1. В отличие от этого в настоящем изобретении также может быть предусмотрена ротационная головка 14 согласно ФИГ. 2 без приемного устройства 22.
Дополнительный вариант осуществления предлагаемого по изобретению устройства 10 показан на ФИГ. 4, а именно на сильно упрощенном виде сверху. Здесь относительно направления X движения заготовки 12 друг за другом расположены две ротационные головки 14.1 и 14.2. С каждой из этих ротационных головок 14.1 и 14.2 сопряжено отдельное приемное устройство 22, каждое из которых относительно направления X движения заготовки 12 расположено выше по потоку, чем соответствующая ротационная головка. В принципе вместо ротационной головки 14.2 также может быть предусмотрено другое исполнение струйных сопел.
Вид сверху (см. ФИГ. 4) еще раз наглядно показывает, что направление S разбрызгивания, под которым жидкость 18 разбрызгивается из струйных сопел 16, расположенных на ротационной головке 14, не имеет компоненты, ориентированной в направлении бокового края 13 заготовки 12, вместо этого оно ориентировано прямо на соответствующее приемное устройство 22.
Вследствие уменьшенного в соответствии с изобретением подаваемого количества воды и одновременно повышенной эффективности степень загрязнения воды остатками окалины или соответствующими твердыми частицами увеличена, так что рекомендуется другое исполнение приемного устройства.
Загрузка снятой окалины и жидкости, после контакта с заготовкой 12 отражающейся от ее поверхности 20, в соответствующее приемное устройство 22, как пояснено выше, поддерживается нижним направляющим листом 23.1, полого поднимающимся под углом δ. На ФИГ. 4 эта загрузка обозначена стрелками Е.
Дополнительные подробности приемного устройства 22 следуют из ФИГ. 5, на которой оно показано на виде в разрезе.
Нижняя поверхность 25 приемного устройства 22 выполнена так, что с каждой боковой стороны она наклонена вниз. На чертеже, показанном на ФИГ. 5, вертикальная линия симметрии отцентрована относительно центра заготовки 12. Это приводит к тому, что нижняя поверхность 25 приемного устройства 22, начиная с его центра, в направлении боковых краев 24 опускается, и благодаря этому окалина и жидкость, загружаемые в приемное устройство 22, перемещаются в направлении боковых краев 24.
Приемное устройство 22 соединено с выпускной трубой 26, например, на обоих боковых краях 24. Вследствие гравитации жидкость для очистки и снятая окалина по выпускной трубе 26 выгружаются из приемного устройства 22, например, в (непоказанный) транспортировочный желоб, в который переходит выпускная труба 26.
Выгрузка жидкости для очистки и окалины из приемного устройства 22, а именно по выпускной трубе 26, может быть оптимизирована благодаря транспортировочному устройству 27, при помощи которого жидкость для очистки и окалина внутри приемного устройства подаются в направлении отверстия выпускной трубы 26 или, соответственно, в направлении боковых краев 24. С этой целью транспортировочное устройство 27, например, содержит промывочные сопла 28 (ФИГ. 5), из которых под углом к нижней поверхности 25 выпускается текучая среда, например, жидкость или газ, или смесь жидкости и газа. Альтернативно или дополнительно к таким промывочным соплам 28 также возможен вариант, при котором транспортировочное устройство 27 имеет механические компоненты, например, скребковые элементы, винтовые конвейеры и т.п., при помощи которых жидкость и/или окалина целенаправленно перемещается в направлении отверстия выпускной трубы 26.
Ниже со ссылкой на ФИГ. 6 и 7 показаны и объяснены возможные конфигурации ротационных головок, применяемые, например, в варианте осуществления согласно ФИГ. 4.
На ФИГ. 6 показан вид сбоку пары 29 ротационных головок, причем выше и ниже заготовки 12, т.е. на ее верхней стороне и на ее нижней стороне предусмотрено по одной ротационной головке 14. Из этого чертежа видно, что ротационная головка 14, расположенная ниже заготовки 12, относительно направления X движения заготовки 12 расположена ниже по потоку, чем ротационная головка 14, расположенная выше заготовки 12. Это сделано для того, чтобы, например, жидкость 18, разбрызгиваемая из струйных сопел 16 ротационной головки 14, расположенной ниже заготовки 12, не ударялась о ротационную головку 14, расположенную выше заготовки 12, если между этими двумя ротационными головками не находится заготовка или, соответственно, полосовой материал. Показанное на ФИГ. 6 смещение между ротационными головками, расположенными выше и ниже заготовки 12, не изменяет того факта, что в контексте настоящего изобретения обе эти ротационные головки следует понимать, как пару 29 ротационных головок. В этом отношении понятно, что в случае каждого из показанных на ФИГ. 4 ссылочных знаков 14.1 и 14.2 речь может идти о такой паре ротационных головок.
На ФИГ. 7 показан вид спереди модулей 30 ротационных головок, в каждом случае предусмотренных выше и ниже заготовки 12 и, таким образом, образующих пару 31 ротационных модулей. В частности каждый из модулей 30 ротационных головок состоит из множества ротационных головок 14, расположенных рядом друг с другом и поперек направления движения X заготовки. В отличие от изображения на ФИГ. 7 в один ротационный модуль 30 может быть объединено менее трех или более трех ротационных головок 14.
Кроме того, что касается изображения на ФИГ. 6, следует заметить, что речь при этом может идти о виде сбоку пары 31 ротационных модулей согласно ФИГ. 7, причем в каждом случае видна только ротационная головка 14, расположенная с верхней или нижней стороны заготовки, в плоскости чертежа на переднем плане.
Относительно вариантов осуществления согласно ФИГ. 6 и 7 следует заметить, что отдельные ротационные головки 14 подключены к общему напорному водопроводу D, причем напорный трубопровод D соединен с насосным агрегатом высокого давления. Благодаря этому обеспечивается снабжение водой высокого давления струйных сопел 16, расположенных на ротационных головках.
В варианте согласно ФИГ. 4, в отличие от показанного изображения, также может быть предусмотрено, что вместо отдельных ротационных головок 14.1 и 14.2, относительно направления X движения расположенных друг за другом, также предусмотрены ротационные модули 30, а именно (благодаря расположению выше и ниже заготовки 12) в виде пар 31 ротационных модулей согласно ФИГ. 7.
В ротационном модуле 30 согласно варианту осуществления, выполненному в соответствии с ФИГ. 7, как показано на чертеже, ширина заготовки 12, т.е. в направлении поперек направления X ее движения, перекрыта множеством ротационных головок 14. Другими словами, ширина такого ротационного модуля 30 по существу соответствует ширине заготовки 12. Это дает то преимущество, что в отличие от, например, лишь одной ротационной головки, диаметр которой соответствует ширине заготовки 12, диаметр отдельных ротационных головок ротационного модуля 3 в каждом случае может быть меньше, в сочетании с тем преимуществом, что тогда для этих ротационных головок могут быть расположены более высокие частоты вращения, при необходимости также для согласования с более высокими скоростями прокатки или, соответственно, высокими скоростями подачи заготовки.
Является предпочтительным, если отдельные роторы ротационного модуля могут быть выключены так, что они остаются без давления индивидуально и/или группами и, следовательно, распределение жидкости согласуется с шириной заготовки.
На ФИГ. 8 символически показана установка множества струйных сопел 16 на торце ротационной головки 14. В примере согласно ФИГ. 8 предусмотрено три струйных сопла 16.1, 16.2 и 16.3, каждое из которых находится на разном расстоянии s от оси R вращения ротационной головки 14. На чертеже ФИГ. 8 ось R вращения проходит перпендикулярно плоскости чертежа.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Разные расстояния струйных сопел 16.1, 16.2 и 16.3 на ФИГ. 8 имеют обозначения соответственно s, s, и s при условии: s>s>s. При таком расположении каждого струйного сопла на разном радиальном расстоянии от оси R вращения предусмотрено, что из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси R вращения, получается больший объемный расход жидкости, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем расстоянии от оси вращения. Тогда в отношении трех сопел 16.1, 16.2 и 16.3 согласно ФИГ. 8 для объемного расхода, получаемого из этих сопел, действует соотношение:v>v>v. Благодаря этому в отношении выпускаемой из струйных сопел 16.1, 16.2 и 16.3 жидкости поперек направления X движения достигается равномерный подвод энергии на поверхность 20 заготовки 12.
Взаимосвязи, поясненные выше в отношении чертежа ФИГ. 8, также применимы к числу струйных сопел больше или меньше трех, то есть, во всяком случае, для множества струйных сопел, каждое из которых расположено на разном расстоянии от оси R вращения ротационной головки 14. Кроме того, следует заметить, что пример, показанный на ФИГ. 8, также действует для всех ротационных головок 14, показанных на ФИГ. 1-7.
Для изобретения может быть предусмотрено устройство 32 обнаружения окалины, расположенное относительно направления X движения заготовки 12 ниже по потоку, чем ротационная головка 14 или пара 29 ротационных головок, или, соответственно, пара ротационных модулей, причем для упрощения ниже будут даваться ссылки только на ротационную головку 14, никакое ограничение при этом не подразумевается. В варианте осуществления согласно ФИГ. 4 такое устройство 32 обнаружения окалины расположено ниже по потоку, чем ротационная головка 14.2. Несмотря на число ротационных головок, которые в настоящем изобретении могут быть расположены друг за другом относительно направления X движения заготовки 12, для устройства 32 обнаружения окалины важно, чтобы оно было расположено вблизи и ниже по потоку от ротационной головки (например, ротационной головки 14.2 согласно ФИГ. 4) устройства 10, во всяком случае, перед тем, как заготовка 12 подвергнется повторной прокатке.
В отношении передачи сигналов устройство 32 обнаружения окалины соединено с управляющим устройством 34 (ФИГ. 1, ФИГ. 4). При помощи устройства 32 обнаружения окалины можно надежно распознать или обнаружить остаточную окалину, возможно оставшуюся на поверхности 20 заготовки 12 после разбрызгивания жидкости 18 на заготовку 12. С этой целью устройство 32 обнаружения окалины проходит во всей ширине заготовки 12. Кроме того, следует заметить, что устройство 32 обнаружения окалины может быть предусмотрено выше и ниже заготовки 12, т.е. на его верхней стороне и на его нижней стороне. Соответственно с помощью устройства 32 обнаружения окалины можно обнаруживать возможную остаточную окалину на обеих поверхностях заготовки 12.
На чертежах ФИГ. 1 и ФИГ. 4 символически показано, что в отношении передачи сигналов ротационная головка 14 также соединена с управляющим устройством 34. Это означает, что с помощью управляющего устройства 34 можно соответствующим образом изменять давление, с которым жидкость, разбрызгиваемая из струйных сопел 16, соударяется с поверхностью 20 заготовки 12. Такое изменение динамического давления жидкости может происходить, например, путем подключения или выключения насоса насосного агрегата высокого давления, с которым соединен напорный трубопровод D для струйных сопел 16. Дополнительно или альтернативно может быть предусмотрено, что насосный агрегат высокого давления, обеспечивающий подачу под высоким давлением для струйных сопел 16, оснащен регулятором частоты, чтобы достичь еще лучшего согласования давления, необходимого для струйных сопел 16.
Альтернативно или несмотря на предусматривание устройства 32 обнаружения окалины в настоящем изобретении ротационная головка 14 в отношении передачи сигналов может быть соединена с управляющим устройством 34. Соответственно при помощи управляющего устройства 34, например, также может быть согласована частота вращения, с которой ротационная головка 14 вращается вокруг своей оси R вращения, например, в зависимости от скорости подачи, с которой заготовка перемещается мимо устройства 10 в своем направлении X движения. При помощи такого согласования частоты вращения для ротационной головки 14, в частности со скоростью подачи заготовки 12 в ее направлении X движения, достригается оптимальный подвод энергии в отношении жидкости 18, разбрызгиваемой на поверхности 20 заготовки 12, а именно вдоль направления X движения. Такое оптимальное согласование частоты вращения ротационной головки 14 со скоростью подачи заготовки 12 показано факелом распыла согласно ФИГ. 9а, где на виде сверху показан фрагмент поверхности 20 заготовки 12. Напротив, чертеж ФИГ. 9b наглядно показывает неоптимальное согласование частоты вращения ротационной головки 14 со скоростью подачи заготовки 12. При помощи изобретения можно избежать факела распыла, показанного на ФИГ. 9b.
Изобретение функционирует следующим образом.
Для требуемого удаления окалины с поверхности 20 заготовки 12 указанная заготовка перемещается относительно предлагаемого по изобретению устройства 10 в направлении X движения. При этом, как следует из варианта осуществления согласно ФИГ. 6, ротационные головки 14 устройства 10 предпочтительно предусмотрены как на верхней стороне, так и на нижней стороны заготовки 12. Удаление окалины с заготовки 12 достигается благодаря тому, что жидкость 18 из струйных сопел 16, расположенных на ротационной головке 14, под высоким давлением разбрызгивается на поверхности 20 заготовки 12. Вследствие поясненной выше ориентации струйных сопел 16 и получающегося благодаря этому направлению S разбрызгивания жидкости 18 снятая окалина в сочетании с жидкостью, отражающейся от поверхности 20 заготовки 12, целенаправленно загружается в приемное устройство 22.
Предусмотрены (непоказанные) средства, при помощи которых управляющее устройство 34 получает данные относительно скорости подачи заготовки 12 в ее направлении X движения. На основании этого при помощи управляющего устройства 34 может быть отрегулирована требуемая частота вращения ротационной головки 14, а именно путем согласования со скоростью подачи заготовки 12. Такое согласование возможно и в текущем производственном процессе, если дело доходит до колебаний скорости подачи заготовки 12. В отношении программирования управляющее устройство 34 может быть выполнено так, что такое согласование частоты вращения ротационной головки 14 также регулируется.
На основании сигналов устройства 32 обнаружения окалины давление, под которым струйные сопла 16, расположенные на ротационной головке 14, снабжаются жидкостью 18, регулируется или согласуется с определенным значением. Это означает, что, например, давление жидкости 18, подготовленное для струйных сопел 16, регулируется как раз до такого значения, что достигается достаточное качество удаления окалины, которое после этого может контролироваться при помощи устройства 32 обнаружения окалины. Благодаря этому возможна экономия количества воды и энергии. Если, напротив, управляющее устройство 34 на основании сигналов, генерируемых устройством 32 обнаружения окалины, обнаруживает, что качество удаления окалины падает ниже определенного заданного значения, это можно компенсировать благодаря соответствующему повышению давления путем подключения насоса и/или подключения дополнительного узла удаления окалины, например, в виде пары 29 ротационных головок или пары 31 ротационных модулей. Такой производственный процесс в соответствии с настоящим изобретением наглядно показан также на схеме последовательности операций согласно ФИГ. 11.
Дополнительно и/или альтернативно изменение динамического давления может происходить благодаря регулировке узла ротационных головок по высоте. Как упомянуто выше, на ФИГ. 2 регулировка по высоте символически обозначена стрелкой Н. При этом расстояние А (ФИГ. 2) между ротационной головкой 14 и поверхностью 20 заготовки 12 может регулироваться или изменяться в зависимости от значений сигналов устройства 32 обнаружения окалины. Например, это расстояние А может уменьшаться, если качество удаления окалины с поверхности 20 заготовки 12 оценено как неудовлетворительное, причем вследствие уменьшенного расстояния А динамическое давление жидкости 18 на поверхности 20 заготовки 12 повышается. И наоборот, это означает, что, во всяком случае, пока качество удаления окалины остается достаточной высоким, и в этом отношении достигается определенное заданное значение, расстояние А также может быть увеличено.
Для осуществления настоящего изобретения при изготовлении предлагаемого по изобретению устройства 10 установку ротационной головки под углом (ср. угол γ на ФИГ. 2) и установку струйных сопел 16 на ротационной головке рекомендуется выбирать так, чтобы угол α наклона лежал в диапазоне от 5° до 25° и предпочтительно принимал значение 15°.
Наконец, следует заметить, что для настоящего изобретения может быть использована и ротационная головка 14.3, изображенная на ФИГ. 11, и/или ротационная головка 14.4, выполненная согласно ФИГ. 12.
В ротационной головке 14.3 согласно ФИГ. 11 ее ось R вращения проходит перпендикулярно поверхности 20 заготовки 12, с которой удаляется окалина, причем струйные сопла 16 расположены наклонно на торце ротационной головки 14.3. При вращении ротационной головки
14.3 вокруг ее оси R вращения струйные сопла 16 одновременно и синхронно вращаются вокруг своей продольной оси L так, что при этом угол а наклона относительно поверхности 20 в каждом случае остается постоянным. Это достигается посредством планетарной передачи 36, встроенной в ротационную головку 14.3.
В ротационной головке 14.4 согласно ФИГ. 12 ось R вращения также проходит перпендикулярно поверхности 20 заготовки 12, причем струйные сопла 16 своей продольной осью L расположены параллельно оси R вращения на ротационной головке 14.4. У каждого устья 17 струйные сопла 16 имеют соответствующим образом выполненное выпускное отверстие, с помощью которого достигается отклонение разбрызгиваемой жидкости 18, благодаря чему получается показанный на ФИГ. 13 угол α наклона. Во время вращения ротационной головки 14.4 вокруг ее оси вращения этот угол α наклона остается постоянным вследствие того, что каждое струйное сопло 16 при помощи планетарной передачи вращается вокруг своей продольной оси L синхронно с вращением ротационной головки 14.4.
Разумеется, ротационные головки 14.3 и, соответственно, 14.4 могут быть применены и в виде пары 29 ротационных головок и/или в виде пары 31 ротационных модулей, соответственно чертежам ФИГ. 6 и, соответственно, ФИГ. 7.
При использовании ротационных головок 14.3 и 14.4 может быть достигнуто такое же направление S разбрызгивания разбрызгиваемой жидкости 18, как показано на ФИГ. 3а. Альтернативно этому при использовании ротационной головки 14.3 или 14.4 направление S разбрызгивания, по меньшей мере для одного струйного сопла, расположенного на такой ротационной головке, также можно отрегулировать так, что получающееся в результате этого направление S разбрызгивания образует с направлением X движения угол 170° (ФИГ. 3b) или 190° (ФИГ. 3с), или угол, в каждом случае составляющий от 170° до 180° или, соответственно, от 180° до 190°.
Например, в случае ротационной головки, показанной на ФИГ. 8, речь может идти о ротационной головке, выполненной согласно ФИГ. 11 или ФИГ. 12. При этом тогда можно исходить из того, что направление S разбрызгивания струйного сопла 16.2 ориентировано под углом β разбрызгивания 180° (ФИГ. 3а), причем направление S разбрызгивания струйного сопла 16.1 ориентировано под углом β разбрызгивания 170° (ФИГ. 3b), а направление S разбрызгивания струйного сопла 16.3 - под углом β разбрызгивания 190° (ФИГ. 3с). Благодаря такому расположению струйных сопел на ротационной головке можно еще больше повысить качество удаления окалины с заготовки 12, так как при этом благодаря предотвращению неопрыскиваемых зон окалина эффективно удаляется даже в любых углублениях, могущих образоваться на поверхности 20 заготовки.
В частности, следует отметить, что в вариантах, соответствующих ФИГ. 1 или ФИГ. 4, таким же образом, как ротационная головка 14 (ФИГ. 2), могут быть применены ротационные головки 14.3 и 14.4 согласно ФИГ. 11 и, соответственно, ФИГ. 12. При этом принцип работы с целью удаления окалины с заготовки 12 остается неизменным, так что, чтобы избежать повторений, можно сослаться на вышеприведенные объяснения.
Перечень ссылочных обозначений
10 устройство
12 заготовка
14 ротационная головка
16 струйное сопло
16.1 струйное сопло
16.2 струйное сопло
16.3 струйное сопло
18 жидкость
20 поверхность
22 приемное устройство
23.1 защитное устройство
23.2 защитное устройство
26 выпускная труба
27 транспортировочное устройство
28 промывочное сопло
29 пара ротационных головок
31 пара ротационных модулей
32 устройство обнаружения окалины
α угол наклона
β угол разбрызгивания
γ угол
L продольная ось
R ось вращения
S направление разбрызгивания
1
V объемный расход
2
V объемный расход
3
V объемный расход
X направление движения