Устройство индукционного нагрева для закалки крупногабаритных валков прокатных станов

Полезная модель относится к области индукционной термообработки цилиндрических тел, в частности, к нагреву крупногабаритных валков прокатных станов под закалку, и может найти применение в машиностроении.
Известно устройство индукционного нагрева для закалки крупногабаритных валков прокатных станов, содержащее нижнее основание, многослойную многовитковую обмотку катушки, выполненную из медной трубки прямоугольного сечения и снабженную на концах клеммами для подвода тока и штуцерами для подачи и слива охлаждающей воды, при этом обмотка катушки снабжена фиксаторами положения в радиальном и вертикальном направлении, причем многовитковая обмотка катушки индуктора выполнена набранной из галет, соединенных между собой, каждая галета является многослойной катушкой, которая имеет собственные клеммы для подвода тока и штуцеры для охлаждающей жидкости, галета выполнена в виде двух спиралей, соединенных последовательно, в состав индуктора дополнительно входит спрейер и футеровка, при этом спрейер расположен ниже катушки индуктора и крепится на нижнем основании, а футеровка, являющаяся основной, расположена внутри катушки индуктора по всей его высоте, фиксаторы положения катушки в радиальном и вертикальном направлении установлены с возможностью изменения расстояния между обмоткой катушки индуктора и спрейером добавлена дополнительная футеровка, расположенная над индуктором, а также специальные фиксаторы для дополнительной футеровки, установленные на нижнем основании (патент РФ №18773, МПК C21D 1/10, Н05В 6/36,C21D 9/38, опубликовано в 2019 г.).
Недостатком известного устройства является использование в нем для процесса подогрева и закалки тока одной частоты, что ухудшает энергоэффективность и снижает производительность.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для закалки прокатного валка с индукционным нагревом, содержащее нижнюю и верхнюю плиты, соединенные направляющими колоннами, причем на нижней плите размещен нижний центр с приводом его вращения, а также привод перемещаемой по двум ходовым винтам траверсы с размещенным на ней закалочным блоком, включающим водоохлаждаемый индуктор, питаемый током промышленной частоты, и спрейер в виде кольцевого коллектора с отверстиями, при этом на верхней плите дополнительно размещен привод двух дополнительных ходовых винтов между верхней и нижней плитами, связанных с дополнительной траверсой, на которой размещен роликовый зажим верхней шейки валка, причем закалочный блок снабжен дополнительным водоохлаждаемым индуктором, питаемым током высокой частоты, а в нижней части установки вокруг валка дополнительно размещен защитный кожух (патент РФ №159953, МПК C21D 1/10, C21D 9/38, опубликовано в 2016 г.).
Недостатками известного устройства являются дополнительные механические потери за счет наличия привода вращения нижнего центра, высокие потери тепла излучением при нагреве, большая вероятность попадания в зону нагрева отраженных от поверхности валка брызг воды.
Технической задачей является повышение энергоэффективности при нагреве крупногабаритных валков прокатных станов под закалку.
Техническая задача достигается тем, что в устройстве для закалки прокатного валка с индукционным нагревом, содержащем нижнюю и верхнюю плиты, соединенные направляющими колоннами, причем на нижней плите размещен нижний центр, привод перемещаемой по ходовым винтам траверсы с размещенным на ней закалочным блоком, включающим водоохлаждаемый индуктор и спрейер, при этом на верхней плите дополнительно размещен привод двух дополнительных ходовых винтов между верхней и нижней плитами, связанных с дополнительной траверсой, на которой размещен верхний центр, причем закалочный блок снабжен дополнительным водоохлаждаемым индуктором, питаемым током высокой частоты, использован водоохлаждаемый индуктор, создающий бегущее электромагнитное поле промышленной частоты, обеспечивающее одновременный нагрев и вращение валка.
Технический результат заключается в повышении энергоэффективности при нагреве крупногабаритных валков прокатных, станов под закалку.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено устройство индукционного нагрева для закалки крупногабаритных валков прокатных станов.
Устройство индукционного нагрева для закалки крупногабаритных валков прокатных станов содержит нижнюю плиту 1 с размещенными на ней нижним центром 2, воронкой 3 водосборника и верхнюю плиту 4, плиты 1 и 4 соединены двумя направляющими колоннами 5, обеспечивающими перемещение установленных на них верхней траверсы 6 с размещенным на ней верхним центром 7 и нижней траверсы 8, на которой размещен закалочный блок, включающий в себя водоохлаждаемый индуктор 9 с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты, закалочный водоохлаждаемый индуктор 10 повышенной частоты, под которым установлены устройство 11 воздушного дутья и спрейер 12, выполненные в виде кольцевых коллекторов с наклонными отверстиями, обращенными под заданным углом к нагреваемой поверхности бочки 13 валка 14 прокатного стана. Внутренние поверхности индукторов 9 и 10 отделены от сопряженной нагреваемой поверхности бочки 13 валка 14 футеровкой 15. К нижней траверсе 8 прикреплен защитный кожух 16, который выполнен телескопическим в виде полых секций цилиндрической формы разного диаметра, каждая из которых снабжена в верхней части фланцем, а в нижней части - кольцом, образующими замок между секциями при их поднятии до упора, причем верхняя секция защитного кожуха 16 соединена с траверсой 8, а нижняя секция - с воронкой 3 водосборника системы оборотной воды (на чертеже не показана), размещенной под нижней плитой 1. Верхняя траверса 6, соединенная с ходовыми винтами 17, имеет возможность перемещения вдоль направляющих колонн 5 с использованием электропривода верхней траверсы 6, включающего в себя электродвигатель 18 с редуктором 19, выходной вал 20 которого соединен через зубчатую муфту 21 с выходным валом 22 редукторов 23 ходовых винтов 17. Нижняя траверса 8, соединенная с ходовыми винтами 24, имеет возможность перемещения вдоль направляющих колонн 5 с использованием электропривода нижней траверсы 8, включающего в себя электродвигатель 25 с редуктором 26, выходной вал 27 которого соединен через зубчатую муфту 28 с выходным валом 29 редукторов 30 ходовых винтов 24.
Устройство работает следующим образом
Перед началом процесса закалки нижнюю траверсу 8 с закалочным блоком и сложенный защитный кожух 16 устанавливают в крайнее нижнее положение. К закалочному блоку, включающему в себя два водоохлаждаемых индуктора 9 и 10, а также устройство 11 воздушного дутья и спрейер 12, подключают шланги подачи воздуха и рукава водоснабжения (на чертеже не показаны). Подлежащий закалке валок 14 прокатного стана пропускают через траверсу 8 закалочного блока и устанавливают на нижний центр 3. Затем валок 14 фиксируют в вертикальном положении с помощью верхнего центра 7, который опускают в требуемое положение вместе с верхней траверсой 6. Нижнюю траверсу 8 устанавливают на уровне нижней части бочки 13 валка14, подлежащей закалке.
Технологический процесс закалки начинается с подачи на индуктор 9 с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты электропитания и воды для охлаждения. Запускают цикл предварительного нагрева бочки 13 валка 14, при котором нижняя траверса 8 с помощью электропривода нижней траверсы 8 начинает перемещаться вверх до границы закаливаемой части бочки 13 валка 14, затем опускается вниз в исходное положение. Индуктор 9 с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты вызывает не только нагрев валка 14, но и возникновение в нем электродинамических сил, которые обеспечивают его вращение, что способствует большей равномерности нагрева. Таких циклов подогрева индуктор 9 делает необходимое количество раз, пока температура на поверхности валка не достигнет значений, согласно технологической карте. Процесс предварительного нагрева бочки 13 валка 14 может занимать значительное время, в зависимости от размеров и массы валка 14. Футеровка 15 позволяет уменьшить тепловые потери с поверхности бочки 13 валка 14 на этапах предварительного нагрева и закалки, способствуя тем самым увеличению термического КПД, а также выравниванию средней температуры по длине бочки 13 валка 14. Одновременно с перемещением траверсы 8 поднимаются и опускаются полые секции телескопического защитного кожуха 16, который обеспечивает дополнительную внешнюю изоляцию валка 14 и уменьшение потерь тепла излучением при нагреве бочки 13 валка 14.
После цикла предварительного нагрева осуществляют закалочный проход, который является заключительным в процессе закалки бочки 13 валка 14. На закалочном проходе нижняя траверса 8 начинает движение из нижнего положения вверх при включенном индукторе 9 с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты, который обеспечивает вращение валка 14. Одновременно с этим подают электропитание и водоохлаждение на закалочный индуктор 10 повышенной частоты, а также осуществляют подачу воздуха в устройство 11 воздушного дутья и подачу охлаждающей воды под давлением в спрейер 12 для закалки нагретой поверхности бочки 13 валка 14. Использование закалочного индуктора 10 повышенной частоты позволяет обеспечить большую мощность тепловыделения в нагреваемом слое, тем самым способствуя увеличению скорости нагрева и повышению производительности.
Поток воздуха из устройства 11 воздушного дутья отсекает от зоны нагрева брызги воды, отраженные от поверхности бочки 13 валка 14, тем самым обеспечивая повышение качества закалки. При этом вода и образующийся конденсат стекают по стенкам защитного кожуха 16 в воронку водосборника 3 системы оборотной воды.
После завершения технологического процесса закалки бочки 13 валка 14 траверсу 8 опускают в крайнее нижнее положение, валок 14 освобождают от фиксации и извлекают из устройства.