участок охлаждения катанки

Формула изобретения

1. Участок воздушного охлаждения катанки, содержащий установленное в технологическом потоке проволочного стана устройство воздушного охлаждения, выполненное в виде сквозного теплоизолирующего тоннеля с крышками и размещенный внутри него роликовый транспортер витков, отличающийся тем, что тоннель выполнен в виде состыкованных между собой секций, газоплотных и аэродинамически нейтральных по отношению к смежным с ними объемам, при этом каждая из секций имеет средство для подачи воздуха в ее рабочее пространство.

2. Участок по п.1, отличающийся тем, что каждая секция теплоизолирующего тоннеля снабжена средствами конвективного термостатирования, выполненными в виде замкнутого циркуляционного контура, включающего вентилятор, соединенный с соответствующей секцией подающим и отводящим коллекторами, и средства электроподогрева воздуха, установленные на выхлопе вентилятора.

3. Участок по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что средства конвективного термостатирования каждой секции теплоизолирующего тоннеля имеют механизм автоматического регулирования температуры воздуха в ее рабочем пространстве, содержащий датчик температуры рабочего пространства секции и терморегулятор, установленные в цепи электроподогрева воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции и компоновке оборудования для обработки катанки в технологическом потоке стана, преимущественно воздушной, и может быть использовано на мелкосортных и проволочных станах, оснащенных линиями двухстадийного охлаждения проката.

Растущие запросы потребителей по расширению марочного сортамента катанки, производимой на станах, оснащенных линиями двухстадийного охлаждения, при одновременном требовании довести свойства катанки, идущей на волочение, до уровня, получаемого после патентирования в метизных цехах, обусловили появление участков воздушного охлаждения проката типа "замедленный Стелмор" [1] . Эти установки обеспечивают расширение диапазона скоростей охлаждения витков катанки по сравнению с участками охлаждения "стандартный Стелмор" [2] , что позволило за счет снижения скорости охлаждения несколько улучшить свойства катанки из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, приблизив их к требованиям потребителей.

Известны участки воздушного охлаждения катанки, установленные в технологическом потоке станов, имеющие роликовые или цепные транспортеры для перемещения витков катанки, совмещенные с устройствами воздушного охлаждения, выполненными в виде сквозного теплоизолирующего тоннеля с крышками, снабженного средствами подачи охладителя в рабочее пространство тоннеля в виде вентиляторов, продувающих потоки воздуха через слой витков. Транспортер может работать при закрытых и открытых крышках. Скорость движения транспортера составляет 0,05-1,3 м/с при скорости охлаждения 1-9^oC/с для катанки диаметром 5,5 мм. Теплоизоляция в сочетании с замедленной скоростью движения транспортера обеспечивает снижение минимальной скорости охлаждения катанки в 4 раза по сравнению со способом "стандартный Стелмор", что несколько улучшает свойства катанки из низкоуглеродистой стали, однако не доводит их до уровня, получаемого после патентирования в метизных целях.

Недостатком известного участка воздушного охлаждения катанки является отсутствие возможности исключить патентирование обрабатываемой на нем катанки из низкоуглеродиститых и низколегированных сталей при переработке в метизных цехах. Конструкцией теплоизолирующего тоннеля предусмотрена организация единого рабочего пространства, в котором витки катанки при перемещении их по транспортеру подвергаются непрерывному охлаждению, что не позволяет осуществить изометрическую выдержку, необходимую для прохождения фазовых превращений в стали, определяющих получение микроструктуры и механических свойств катанки, обеспечивающих их высокую технологичность при переработке в метизных цехах.

Указанный недостаток сужает технологические возможности участка охлаждения катанки и не позволяет расширить марочный сортамент станов, оборудованных линиями двухстадийного охлаждения проката.

В качестве прототипа принят участок охлаждения катанки, содержащий установленный в технологическом потоке проволочного стана роликовый транспортер, совмещенный с устройством охлаждения, преимущественно воздушного, выполненным в виде сквозного теплоизолирующего тоннеля, снабженного средствами подачи охладителя в его рабочее пространство (напорных ветиляторов) [3].

По сравнению с известным участком, участок, принятый за прототип, имеет следующие особенности: роликовый транспортер разделен на пять участков с независимой регулировкой скорости перемещения в диапазоне 0,05-1,3 м/с. Теплоизолирующий тоннель разделен на 16 секций охлаждения, снабженных крышками. Напорные вентиляторы расположены в зоне секций N 1-8 и N 15-16 теплоизолирующего тоннеля. В средней части тоннеля (секции N 9-14) напорных вентиляторов нет. Такая компоновка оборудования позволяет организовать зону для замедленного охлаждения катанки в секциях N 9-14 после ее непрерывного охлаждения в начале тоннеля в зоне секций N 1-8 и перед окончательным охлаждением в конце тоннеля (зона секций N 15-16). Это способствует получению более равномерной структуры по сечению катанки по сравнению с катанкой, обработанной на устройствах, описанных выше, а также обеспечивает режимы ускоренного и замедленного охлаждения проката.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности организации изотермической выдержки катанки в линии стана, определяющей требуемые структуры и свойства катанки, предназначенный для последующей переработки в метизных цехах, а также при расширении марочного сортамента стана, например при освоении производства катанки из подшипниковых, рессорно-пружинных и других сталей специального назначения, что сужает технологические возможности участка охлаждения проката проволочного стана. Недостаток, присущий прототипу, обусловлен особенностями его конструкции. Наличие сквозного теплоизолирующего тоннеля, имеющего свободные выходы в атмосферу цеха, даже при возможности изменять скорость перемещения витков катанки по его длине, не может обеспечить условия его изотермической выдержки, так как при такой конструкции осуществляется процесс непрерывного охлаждения. При непрерывном ускоренном охлаждении обеспечиваются требуемые механические свойства катанки из средне- и высокоуглеродистых сталей и удовлетворительные механические свойства катанки из низкоуглеродистой стали при непрерывном замедленном охлаждении. Так, катанка из низкоуглеродистой стали после замедленного охлаждения имеет временное сопротивление разрыву на 5-15% ниже, чем после обработки на стандартной установке Стелмор, однако относительное сужение при этом на 3-5 абс.% меньше, чем после патентирования в метизных цехах.

На участке охлаждения катанки, принятом за прототип, нельзя получать требуемые свойства катанки из шарикоподшипниковых, рессорно-пружинных и других сталей специального назначения. Например, процесс непрерывного охлаждения без изотермической выдержки не обеспечивает условий для разрушения карбидной сетки у стали ШХ-15. Пружинные стали 60С2А, 70С2А, 70С2ХА, имеющие высокую прокаливаемость, после замедленного охлаждения имеют повышенную твердость даже при снижении скорости охлаждения до 1^oC/с. Для сталей, легированных кремнием и марганцем (катанка для сварочной проволоки) типа 0812С, замедленное охлаждение без изотермической выдержки не исключает возможность образования хрупких структур (подкалки). Поэтому катанка из этих сталей подвергается предварительному патентированию при переработке в метизных цехах.

Таким образом, конструкция участка охлаждения, принятая за прототип, не позволяет расширить технологические возможности стана в соответствии требованиям потребителей при расширении марочного сортамента прокатываемых сталей. Кроме этого, промежуточное патентирование в метизных цехах удорожает процесс переработки катанки и ухудшает экологическую обстановку в районе предприятий.

Задача, решаемая изобретением, состоит в расширении технологических возможностей участка охлаждения катанки при производстве широкого марочного сортамента и исключении патентирования в метизных цехах с соответствующим улучшением экологической обстановки в районе предприятия.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в возможности организации в потоке стана изотермической выдержки при охлаждении катанки, позволяющей повысить равномерность структуры по сечению катанки и обеспечить ей такие свойства и структуру, которые исключают необходимость проведения патентирования в метизных цехах, удорожающего передел и ухудшающего экологическую обстановку на предприятии.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что участок охлаждения катанки, установленный в технологическом потоке стана, компонуется из роликового транспортера витков, совмещенного с устройством охлаждения, выполненного в виде сквозного теплоизолирующего тоннеля с крышками, снабженного средствами подачи воздуха в его рабочее пространство, причем теплоизолирующий тоннель выполнен в виде ряда однотипных газоплотных, аэродинамически нейтральных по отношению к смежным объемам, состыкованных между собой секций, каждая из которых снабжена средствами подачи воздуха в ее рабочее пространство (напорными вентиляторами). Каждая секция теплоизолирующего тоннеля снабжена средствами конвективного термостатирования, выполненными в виде замкнутого циркуляционного контура, включающего дополнительный вентилятор, соединенный с соответствующей секцией подающим и отводящими коллекторами, снабженный средством электроподогрева воздуха, установленным на выхлопе вентилятора. Средства конвективного термостатирования каждой секции теплоизолирующего тоннеля снабжены средствами автоматического регулирования температуры воздуха в ее рабочем пространстве, содержащими датчик температуры рабочего пространства секции и терморегулятор, установленный в цепи электроподогрева воздуха.

Секции, оборудованные замкнутым циркуляционным контуром, могут работать в двух режимах:

газовые потоки за счет аэродинамических сил (струйного течения) обмениваются своей массой с аналогичными потоками смежных секций;

потоки циркулирующего в секции газа не обмениваются своей массой с аналогичными потоками смежных секций. Это может быть достигнуто особенностями конструкции (углом установки) щелевых сопел, расположенных по ширине секций.

Углы установки сопел в двух смежных секциях в данном случае выполнены таким образом, что аэродинамические схемы потоков не влияют друг на друга и активного перемешивания потоков не происходит.

Газоплотность секций предусматривает отсутствие обмена массами газа между смежными участками по обеим сторонам (АНС) с циркуляционным и/или без циркуляционного контура. Газоплотность секции на входе и выходе из нее достигается установкой уплотняющих устройств (затворов), которые могут быть двух типов:

механические (например, откидывающиеся шторки);

аэродинамические струйные завесы.

В данном случае предусмотрено использование струйных завес, образуемых щелевыми соплами циркуляционного контура секции.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично представлен участок охлаждения катанки, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Участок охлаждения катанки содержит роликовый транспортер витков 1, совмещенный с устройством охлаждения, выполненным в виде сквозного теплоизолирующего тоннеля 2 с крышками 3, снабженного средствами для подачи воздуха в его рабочее пространство в виде напорных вентиляторов 5, расположенных над роликовым транспортером 1. Теплоизолирующий тоннель 2 выполнен в виде ряда однотипных газоплотных, аэродинамически нейтральных по отношению к смежным объемам, состыкованных между собой секций 4, каждая из которых оснащена напорным вентилятором 5. Каждая секция 4 снабжена средствами конвективного термостатирования, выполненными в виде замкнутого циркуляционного контура, содержащего дополнительный вентилятор 6, подающий 7 и отводящий 8 коллекторы, электроподогреватель 9 и трубопровод циркуляционного контура 10. Средства конвективного термостатирования каждой секции 4 снабжены средствами автоматического регулирования температуры воздуха в ее рабочем пространстве, содержащими датчик температуры рабочего пространства 11, дистанционный терморегулятор 12 и многопозиционный переключатель 13, установленные в цепи электроподогревателя 9.

Участок охлаждения катанки работает следующим образом.

Витки катанки, уложенные виткоукладчиком на роликовый транспортер 1, транспортируются с регулируемой скоростью через теплоизолирующий тоннель 2, образованный однотипными газоплотными, аэродинамически нейтральными по отношению к смежным объемам секциями 4, и интенсивно охлаждаются струями воздуха от напорных вентиляторов 5 необходимого количества секций 4 при открытых крышках 3 до температуры изотермической выдержки данной стали. При этом указанное количество секций газоплотного тоннеля разгерметизированы и работают в режиме обычного Стелмора. В последующих секциях 4 крышки 3 закрыты, напорные вентиляторы 5 включены, включены средства конвективного термостатирования и витки катанки с температурой изотермической выдержки транспортируются через необходимое количество секций 4 при заданной постоянной температуре рабочего пространства и загерметизированном рабочем пространстве теплоизолирующего тоннеля 2. Указанное количество секций 4 теплоизолирующего тоннеля 2 работает в режиме конвективного термостатирования. Движущиеся по роликам транспортера 1 витки нагревают рабочее пространство тоннеля 2. Циркуляционные вентиляторы 6 через отводящие коллекторы 8 отбирают воздух из рабочего пространства секций 4 с температурой несколько ниже температуры металла и подают его в элекроподогреватели 9, где он подогревается до заданной температуры изотермической выдержки металла и через подающие коллекторы 7 возвращают его в рабочее пространство секций 4. Постоянство температуры рабочего пространства секций 4 обеспечивается автоматически дискретным включением электроподогревателей воздуха 9 по команде датчиков температуры рабочего пространства 11 секций 4. Температура фиксируется приборами контроля и непрерывно записывается. Температура изотермической выдержки определяется маркой стали и поддерживается за счет нагрева замкнутого рабочего пространства теплоизолирующего тоннеля 2 с закрытыми крышками 3 некоторого количества секций 4, работающего в режиме конвективного термостатирования, от витков катанки, имеющих заданную температуру изотермической выдержки, циркуляции воздуха в заданном пространстве указанного количества секций 4 и дискретном подогреве подаваемого воздуха, если температура рабочего пространства этих секций 4 становится ниже заданной, за счет включения электроподогревателей 9 по сигналам датчиков 11 через терморегуляторы 12 и многопозиционные переключатели 13.

Время изотермической выдержки определяется маркой стали и регулируется скоростью транспортера 1 и количеством секций 4, работающих в режиме термостатирования. Последние секции 4 теплоизолирующего тоннеля 2 (количество их определяется необходимым временем изотермической выдержки металла) работают в режиме интенсивного охлаждения (обычный Стелмор), для чего средства конвективного термостатирования некоторого количества секций 4 теплизолирующего тоннеля 2 отключаются, открываются крышки 3 и включаются напорные вентиляторы 5 для окончательного охлаждения витков катанки после изотермической выдержки перед сборкой их в моток.

В случае необходимости все секции 4 теплоизолирующего тоннеля 2 работают в режиме конвективного термостатирования.

На данном этапе используются упомянутые качества секций, составляющих теплоизолирующий тоннель 2. Прошедшая охлаждение с изотермической выдержкой катанка, имеющая свойства, исключающие необходимость последующего патентирования в метизных цехах, направляется на отделку и упаковку.

При отсутствии необходимости замедленного охлаждения и изотермической выдержки катанки, заявляемый участок работает следующим образом. Витки катанки, уложенные виткоукладчиком на роликовый транспортер 1, транспортируются через теплоизолирующий тоннель 2 при открытых крышках 3 и охлаждаются потоком воздуха от напорных вентиляторов 5 до заданной температуры. Охлажденные витки с роликового транспортера 1 поступают в виткосборник (на чертеже не показан) и далее на линию отделки и упаковки.

Использование предлагаемого изобретения, в котором теплоизолирующей тоннель 2 скомпонован из ряда однотипных газоплотных, аэродинамически нейтральных по отношению к смежным объемам (друг к другу и к окружающей среде), состыкованных между собой секций 4 с автономным средством подачи воздуха в рабочее пространство каждой секции 4 позволяет осуществить практически любой режим газовоздушного охлаждения (обработки) катанки с прокатного нагрева, т. е. осуществлять процесс охлаждения катанки как способом "стандартный Стелмор", что присуще аналогам, так и способом "замедленный Стелмор", что присуще прототипу - более гибкому в технологическом отношении. Кроме этого, выполнение теплоизолирующего тоннеля 2 в указанном виде и снабжение его средствами конвективного термостатирования, выполненными в виде замкнутого циркуляционного контура, содержащего дополнительный вентилятор 6, соединенный с соответствующими секциями 4 подающим 7 и отводящим 8 коллекторами и снабженный средствами электроподогрева воздуха на выхлопе вентилятора 6 обеспечивает изотермическую выдержку катанки при охлаждении в потоке стана. Указанное обстоятельство дает возможность осуществить прямое воздушное патентирование катанки с прокатного нагрева практически любой марки стали в технологическом потоке стана, таким образом существенно расширяет технологические возможности участка охлаждения катанки, в частности и проволочного стана, в целом, при производстве катанки широкого марочного сортамента.

Прямое патентирование катанки с прокатного нагрева в среде воздуха позволяет получать катанку, имеющую микроструктуру и механические свойства, требуемые потребителем, такая катанка из сталей широкого марочного сортамента может быть переработана в метизных цехах без промежуточной термообработки (патентирования).

Таким образом, использование данного технического решения расширяет технологические возможности проволочного стана, оборудованного линиями двухстадийного охлаждения, так как помимо возможности реализации процесса ускоренного охлаждения (средне- и высокоуглеродистые стали) позволяет реализовать охлаждение катанки из низкоуглеродистых, низколегированных конструкционных, подшипниковых, рессорно-пружинных и других сталей специального назначения с необходимой изотермической выдержкой в среде воздуха, что дает возможность получать катанку широкого марочного сортамента с заданными свойствами.

Использование заявляемого устройства (участка охлаждения катанки) в составе оборудования проволочного или мелкосортного стана с указанными преимуществами позволяет удешевить метизный передел за счет исключения операции промежуточного патентирования и улучшить экологическую обстановку в районе металлургических предприятий.