агрегат для термической обработки прокатных валков, водосборник и спрейер для этого агрегата

Формула изобретения

1. Агрегат для термической обработки прокатных валков, содержащий станину, в поде которой размещены газовые горелки, установленные на станине механизм вращения валка, включающий привод и шпиндель, каретка с механизмом перемещения ее вдоль продольной оси валка и установленными на ней индуктором и спрейером, и генератор переменного тока, соединенный шиной питания с индуктором, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водосборник с насосом подачи оборотной воды, индуктор и спрейер выполнены кольцевыми, спрейер содержит как минимум две рабочие камеры, изолированные друг от друга, закреплен на каретке параллельно индуктору и имеет угол наклона сопел, обеспечивающий истекание струй охлаждающей жидкости от индуктора, ввод ближней к индуктору рабочей камеры спрейера подключен к насосу подачи оборотной воды, ввод дальней от индуктора рабочей камеры спрейера подключен к магистрали технической воды, водосборник снабжен переливом в сливную канализацию.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что спрейер выполнен из двух половин, верхняя из которых закреплена на каретке шарнирно, а нижняя жестко.

3. Агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что газовые горелки выполнены съемными в виде труб с отверстиями.

4. Водосборник агрегата для термической обработки прокатных валков, содержащий емкость для сбора воды со сливом в сливную канализацию, отличающийся тем, что он дополнительно имеет водонапорную емкость, соединенную с емкостью для сбора воды водосливом с ферромагнитным фильтром, емкость для сбора воды дополнительно снабжена переливом в сливную канализацию, при этом стенки водонапорной емкости превышают уровень перелива не менее чем на 50 мм, а вывод оборотной воды выполнен в водонапорной емкости на уровне ее днища.

5. Водосборник по п.4, отличающийся тем, что ферромагнитный фильтр выполнен в виде съемного набора пластин из феррита бария, установленных в водосливе с зазором параллельно друг другу.

6. Водосборник по п.4, отличающийся тем, что ферромагнитный фильтр выполнен в виде перфорированной пластины из феррита бария, установленных в водосливе.

7. Спрейер агрегата для термической обработки прокатных валков, содержащий полый корпус в виде тела вращения, на внутренней поверхности которого равномерно по всей поверхности выполнены под углом к продольной оси корпуса выходные отверстия - сопла и подвод охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что полость корпуса разделена как минимум на две изолированные друг от друга рабочие камеры, каждая из которых имеет индивидуальный подвод охлаждающей жидкости.

8. Спрейер по п.7, отличающийся тем, что угол наклона выходных отверстий-сопел к продольной оси корпуса в каждой рабочей камере отличается от угла наклона в остальных рабочих камерах.

9. Спрейер по п.7 или 8, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой и в продольном сечении имеет форму прямоугольного зигзага.

10. Спрейер по любому из пп.7 - 9, отличающийся тем, что центры тяжести выходных отверстий-сопел равноудалены от продольной оси корпуса, а центральная ось каждого выходного отверстия-сопла перпендикулярна одной и параллельна другой плоскости внутренней поверхности корпуса.

11. Спрейер по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что в нем полость корпуса разделена радиальной перегородкой на две рабочие камеры, в одной из которых угол наклона выходных отверстий к продольной оси корпуса равен 45^o, а в другой рабочей камере - 60^o.

12. Спрейер по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что полость корпуса разделена радиальными перегородками на три рабочие камеры, угол наклона сопел к продольной оси корпуса в срединной рабочей камере равен 45^o, в одной из крайних 30^o и в другой 60^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термической обработке, в частности к агрегатам, предназначенным для термической обработки валков прокатных станов, и элементам конструкции таких агрегатов и может использоваться в машиностроении.

Известен агрегат для термической обработки крупных прокатных валков, содержащий футерованную камеру со сводом и системой нагрева, торцевые уплотнительные вставки, механизм вращения валков и систему охлаждения, в котором с целью повышения эффективности процессов термической обработки установлена дополнительная сводовая секция с расположенными на ней спрейерами, при этом свод футерованной камеры и сводовая секция шарнирно закреплены на противоположных сторонах футерованной камеры (см. авторское свидетельство СССР N 1157096, МПК4 C 21 D 9/36, 1/02, опубл. 1985 г.). Недостаток такого агрегата - невозможность осуществления термоциклической обработки, которая в последнее время получила широкое распространение.

Агрегат для термической обработки, описанный в авторском свидетельстве СССР N 1740457, МПК5 C 21 D 9/36, опубл. 1992 г., содержит секционную футерованную нагревательную камеру со стационарной частью и съемным сводом и с газовыми горелками, расположенными в нижней части камеры, механизм вращения валка, торцевые уплотнители, систему охлаждения в виде спрейеров и водозаборников, установленных под спрейерами по обе стороны стационарной части камеры. На этом агрегате также невозможно осуществлять термоциклическую обработку.

Такого недостатка лишен агрегат для термической обработки крупных прокатных валков, защищенный патентом Российской Федерации N 2048666, МПК6 F 27 B 19/02, C 21 D 9/28, содержащий нагревательную камеру в виде съемного свода и стационарной нижней части, в которой размещены газовые горелки, дополнительную сводовую секцию, секторный индуктор, катушки которого закреплены на внутренней поверхности сводовой секции с возможностью фронтального перемещения в радиальном направлении к валку, механизм перемещения сводовой секции вдоль оси вращения валка. Этот агрегат по технической сущности является наиболее близким к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Недостаток прототипа - сравнительно большие временные и энергетические затраты на термообработку и неравномерность скорости охлаждения.

Цель изобретения - сокращение временных и энергетических затрат на термическую обработку и улучшение качества и стабильности термической обработки за счет стабилизации режимов охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что агрегат для термической обработки прокатных валков, содержащий станину, в поде которой размещены газовые горелки, установленные на станине механизм вращения валка, включающий привод и шпиндель, каретка с механизмом перемещения ее вдоль продольной оси валка и установленных на ней индуктором и спрейером, и генератор переменного тока, соединенный шиной питания с индуктором, дополнительно содержит водосборник с насосом подачи оборотной воды, индуктор в агрегате выполнен кольцевым, спрейер также выполнен кольцевым, содержит как минимум две рабочие камеры, изолированные друг от друга, закреплен на каретке рядом с индуктором параллельно ему и имеет угол наклона сопел от индуктора, ввод ближней к индуктору рабочей камеры спрейера подключен к насосу подачи оборотной воды, ввод дальней от индуктора рабочей камеры подключен к магистрали технической воды, водосборник имеет перелив в сливную канализацию. Спрейер выполнен из двух половинок, верхняя из которых закреплена на каретке шарнирно, а нижняя жестко. Газовые горелки выполнены съемными в виде труб с отверстиями.

Объектом изобретения является водосборник заявленного агрегата для термической обработки прокатных валков.

Известна горизонтальная установка для охлаждения цилиндрических изделий (см. авторское свидетельство СССР N 1509413, МПК4 C 21 D) 1/667, опубл. 1989 г. ), в которой водозаборник представляет собой емкость, соединенную сливом со сливной канализацией. Недостаток этого водосборника - отсутствие возможности повторного использования охлаждающей жидкости.

В установке для охлаждения, защищенной авторским свидетельством СССР N 789603, МПК3 C 21 D 9/667, опубл. 1980 г., водозаборник содержит емкость, соединенную через подвод с вентилем с магистралью технической воды, заборник с фильтром, подключенный к насосу подачи оборотной воды к спрейерам, и слив в сливную канализацию. Недостаток такого водосборника - неравномерность подачи оборотной воды из-за нестабильности давления и загрязненности воды перед заборником.

Устранение этого недостатка является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что водосборник агрегата для термической обработки прокатных валков содержит емкость для сбора воды со сливом в сливную канализацию, дополнительно имеет водонапорную емкость, соединенную с емкостью для сбора воды водосливом с ферромагнитным фильтром, а емкость для сбора воды дополнительно содержит перелив в сливную канализацию, при этом стенки водонапорной емкости превышают уровень перелива не менее чем на 50 мм, а вывод оборотной воды выполнен в водонапорной емкости на уровне ее днища. Ферромагнитный фильтр выполнен в виде съемного набора пластин из феррита бария, установленных в водосливе с зазором параллельно друг другу.

Также объектом изобретения является спрейер агрегата для термической обработки прокатных валков. Известен спрейер, защищенный авторским свидетельством СССР N 520408, МПК2 C 21 D 9/62, опубл. 1976 г., содержащий цилиндрический корпус, перфорированную вставку с отверстиями, симметрично расположенными по всей поверхности, кольцевую полость, образованную между корпусом и вставкой, направляющий конус, расположенный над вставкой по одной оси, канал для прохождения деталей, образованной внутренней поверхностью вставки, экраны, перекрывающие часть отверстий вставки и расположенные в кольцевой полости, устройство для подачи жидкости и сливной коллектор.

Этот спрейер не может обеспечить равномерность охлаждения поверхности прокатного валка из-за неравномерности распределения выходных отверстий по внутренней поверхности, т.к. часть отверстий перекрыта экранами.

Устройство для водовоздушного охлаждения изделий, описанное в авторском свидетельстве СССР N 1296604, МПК4 C 21 D 1/667, 1/62, опубл. 1987 г., содержит кольцевой спрейер, соединенный патрубком, тангенциально установленным в спрейере, со смесительной камерой, которая снабжена патрубками подвода воды и воздуха, между входным и выходными отверстиями спрейера установлена перегородка с отверстиями, делящая его на напорную и выходную полости. Этот спрейер не может обеспечить постоянную скорость охлаждения поверхности прокатного валка.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому спрейеру является устройство для охлаждения изделий, которое состоит из корпуса в виде тела вращения с щелевым отверстием по внутреннему периметру и подводом охлаждающей жидкости (см. авторское свидетельство СССР N 424889, М. Кл. C 21 D 1/62, опубл. 1974 г.). В корпусе установлен тороидальный коллектор с отверстиями по его длине. Щелевое отверстие направлено под углом к продольной оси (оси вращения) корпуса.

Такое охлаждающее устройство также не обеспечивает постоянства скорости охлаждения поверхности прокатного валка.

Цель изобретения - повышение стабильности скорости охлаждения поверхности прокатного валка.

Указанная цель достигается тем, что в спрейере агрегата для термической обработки прокатных валков, содержащем полый корпус в виде тела вращения, на внутренней поверхности которого равномерно по всей поверхности выполнены под углом к продольной оси корпуса выходные отверстия (сопла), и подвод охлаждающей жидкости, полость корпуса разделена как минимум на две, изолированные друг от друга, рабочие камеры, каждая из которых имеет индивидуальный подвод охлаждающей жидкости. Угол наклона сопел к продольной оси корпуса в каждой рабочей камере отличается от угла наклона сопел в остальных рабочих камерах и увеличивается по мере удаления рабочей камеры от передней стенки корпуса. Внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой и в продольном сечении имеет форму прямоугольного зигзага. Центры тяжести выходных отверстий (сопел) равноудалены от продольной оси корпуса, а центральная ось каждого выходного отверстия (сопла) перпендикулярна одной и параллельна другой плоскости внутренней поверхности корпуса. В спрейере с двумя рабочими камерами угол наклона сопел к продольной оси корпуса равен 45^o в одной рабочей камере и 60^o - в другой камере. В спрейере с тремя рабочими камерами угол наклона сопел к продольной оси корпуса равен 45^o в срединной рабочей камере и 30^o и 60^o в крайних рабочих камерах.

Изобретения поясняются чертежами.

На фиг. 1 изображена структурная схема агрегата для термической обработки прокатных валков.

На фиг. 2 показана схема крепления индуктора.

На фиг. 3 приведены примеры закрепления спрейера.

На фиг. 4 изображен заявляемый водосборник агрегата для термической обработки прокатных валков.

На фиг. 5 показана конструкция спрейера.

На фиг. 6 изображена конструкция трехкамерного спрейера.

На фиг. 1-6 цифрами обозначены:

1 - станина,

2 - под станины,

3 - газовые горелки,

4 - механизм вращения валка,

5 - привод механизма вращения валка,

6 - шпиндель механизма вращения валка,

7 - каретка,

8 - механизм перемещения каретки,

9 - задняя бабка с центром,

10 - индуктор,

11 - генератор переменного тока,

12 - спрейер,

13 - ввод оборотной воды спрейера,

14 - ввод технической воды спрейера,

15 - водосборник,

16 - насос подачи оборотной воды в спрейер,

17 - насос подачи технической воды в спрейер,

18 - ввод охлаждения индуктора,

19 - слив из водосборника в сливную канализацию,

20 - перелив из водосборника в сливную канализацию,

21, 22, 23 - вентили,

24 - магистраль технической воды,

25 - вентиль подвода газа,

26 - прокатный валок,

27 - сливная канализация,

28 - полозья,

29 - изоляторы,

30 - держатель индуктора,

31 - держатель спрейера,

32 - гидроцилиндр,

33 - шарнир,

34 - кронштейн,

35 - емкость для сбора воды,

36 - водонапорная емкость,

37 - стенки водонапорной емкости,

38 - водовод с ферромагнитным фильтром,

39 - пластины из феррита бария,

40 - передняя стенка спрейера,

41 - задняя стенка спрейера,

42 - радиальные перегородки между рабочими камерами спрейера,

43 - внутренняя поверхность корпуса спрейера,

44 - выходные отверстия (сопла) спрейера,

45 - корпус спрейера.

Агрегат для термической обработки прокатных валков (фиг. 1) содержит станину 1, в поде 2 которой установлены газовые горелки 3. На станине 1 установлены механизм 4 вращения валка 26 с приводом 5 и шпинделем 6, каретка 7 с приводом 8 перемещения каретки вдоль продольной оси валка 25 и задняя бабка 9 с центром. На каретке 7 закреплены кольцевой индуктор 10, запитываемый от генератора 11 переменного тока и спрейер 12, имеющий как минимум две, изолированные друг от друга, рабочие камеры, ближняя из которых к индуктору имеет ввод 13 оборотной воды, соединенный через насос 16 подачи оборотной воды с водосборником 15. Дальняя от индуктора 10 рабочая камера вводом 14 через насос 17 и вентиль 23 запитывается от магистрали 24 технической воды. Индуктор 10 охлаждается дистиллированной оборотной водой, поступающей в индуктор через ввод 18. Газовые горелки 3 выполнены в виде труб с отверстиями и подключены через вентиль 25 к газопроводу. Водосборник 15 через слив 19 и вентиль 21 соединен со сливной канализацией 27. За счет наличия перелива 20, также соединенного с сливной канализацией 27, в водосборнике 15 во время работы поддерживается постоянный уровень оборотной воды. Индуктор 10 и спрейер 12 на каретке 7 закреплены с помощью специальных держателей 30 и 31 (фиг. 2 и 3). Кольцевой индуктор 10 в держателе 30 закреплен через изоляторы 29 (фиг. 2). Кольцевой спрейер 12 может быть выполнен из двух половин (фиг. 3). В этом случае верхняя половина спрейера 12 закреплена на каретке с возможностью поворота. Реализуется это тем, что держатель верхней половины спрейера 12 крепится на кронштейне 34, который соединен с кареткой через шарнир 33. Поворот кронштейна 34 осуществляется с помощью гидроцилиндра 32. Каретка 7 установлена на полозьях 28 и имеет возможность перемещения вдоль оси валка 26 от задней бабки 9 до шпинделя 6 с помощью механизма 8.

Водосборник 15 агрегата для термической обработки прокатных валков (фиг. 4) содержит емкость 35 сбора оборотной воды, которая водосливом соединена с подом 2 станины 1, и водонапорную емкость 36, из которой через насос 16 оборотная вода подается в ввод 13 спрейера 12. Верхняя граница стенок 37 емкости 36 на 5-10 см выше уровня перелива 20 в емкости 35. Емкости 35 и 36 соединены между собой водотоком 38, в котором с возможностью съема установлены пластины 39 из феррита бария, образующие ферромагнитный фильтр.

Спрейер 12 агрегата для термической обработки прокатных валков (фиг. 5) содержит корпус 45 в виде тела вращения, внутренняя полость которого радиальными перегородками 42 разделена на изолированные друг от друга рабочие камеры 46, 47. Рабочая камера 46 вводом 13 через насос 16 подключена к выводу водонапорной емкости 36. Рабочая камера 47 водоводом 14 через насос 17 и вентиль 23 подключена к магистрали 24 технической воды. Внутренняя стенка 43 корпуса 45 спрейера 12 выполнена ступенчатой и имеет в диаметральном сечении форму прямоугольного зигзага. Выходные отверстия (сопла) 44 выведены на поверхностях, ориентированных с положительным углом наклона к передней стенке 40 корпуса 45, и выполнены так, что их центры тяжести равноудалены от центральной оси тела вращения корпуса 45. Угол наклона выходных отверстий 44 к центральной оси тела вращения корпуса 45 в рабочей камере 47 больше угла наклона выходных отверстий 44 в рабочей камере 46. В трехкамерном спрейере 12 (фиг. 6) угол наклона выходных отверстий 44 к центральной оси корпуса 45 в камере 46 равен 30^o, в камере 48 - 45^o и в камере 47 - 60^o, т.е. увеличивается по мере удаления рабочей камеры от передней стенки 40.

Заявляемые устройства работают следующим образом.

Рабочий валок 26 прокатного стана, подлежащий термической обработке, с помощью крана подается к агрегату. Одна шейка валка 26 закрепляется в шпинделе 6 механизма 4, с другой стороны валок 26 закрепляется в центре задней бабки 9. Перед закреплением валка 26 на его шейку со стороны задней бабки 9 (перемещением каретки 7) заводятся индуктор 10 и спрейер 12. На штуцер подачи газа в поде 2 станины 1 надеваются газовые горелки 3, выполненные в виде труб с отверстиями. В зависимости от массы валка 26 количество горелок может быть от одной до трех. Так, для валков с диаметром бочки до 400 мм достаточно одной горелки, для валков с диаметром бочки 600 мм необходимо две горелки, для валков с большим диаметром - три. Для равномерного нагрева валка по всей длине газовая горелка должна быть длиннее бочки валка, а диаметр равномерно расположенных отверстий должен увеличиваться от начала к концу трубы горелки 3. После установки валка 26 и горелок 3 включается привод 5 механизма 6 с тем, чтобы валок вращался со скоростью 10-15 об/мин. Открывается вентиль подачи газа, поджигаются горелки 3 и устанавливается такой уровень газового пламени, чтобы валок нагревался со скоростью не более 50^oC/час. По достижении температуры нагрева валка 30020^oC пламя горелок снижается до такого уровня, чтобы температура валка 26 оставалась постоянной в течение 1-1,5 часа. После этого подача газа прекращается, а газовые горелки 3 снимаются и извлекаются из пода 2 станины 1.

Далее производится следующая стадия термической обработки - поверхностная закалка. Каретка 7 с помощью механизма 8 перемещается от задней бабки 9 к бочке валка 26 так, чтобы передний край индуктора 10 состыковался с краем бочки валка 26. Скорость вращения валка увеличивается до 40 об/мин, включается охлаждение индуктора 10 и заполняется водой водозаборник 15 (если в нем отсутствует вода). Включается генератор 11 и каретка 7 со скоростью 0,8-1,2 мм/сек начинает перемещаться вдоль продольной оси валка 26. После того как индуктор 10 минует край бочки включаются насосы 16 и 17, открывается вентиль 23 и разогретая индуктором 10 поверхность бочки валка 26 с равномерной скоростью охлаждается до заданной температуры. Температура нагрева поверхности валка 26 индуктором 10 контролируется с помощью оптического пирометра (не показан). Когда индуктор 10 достигнет противоположного края бочки валка 26, его питание отключается, механизм 8 перемещения каретки 7 включается на реверс и каретка 7 с включенным спрейером 12 возвращается в исходное положение, после чего подача воды в спрейер 12 прекращается.

Далее можно произвести еще одну стадию термической обработки - отпуск. Для этого снова в поде 2 станины 1 устанавливаются газовые горелки 3, скорость вращения валка снижается до 10-15 об/мин, валок нагревается до 120-130^oC и эта температура поддерживается в течение 1-1,5 часа.

Водосборник 15 (фиг. 4) для заявляемого агрегата функционирует так. Охлаждающая жидкость (оборотная и техническая вода), омывающая валок 26, собирается в поде 2 станины 1, который может быть выполнен и в виде специального короба, закрепленного на станине 1 с охватом бочки валка 26. Из пода 2 по сливу отработанная вода сливается в емкость 35 сбора воды водосборника 15. Вследствие того, что рабочая камера 47 спрейера 12 запитывается от магистрали 24 технической воды, объем воды, поступающий в емкость 35, будет превышать объем оборотной воды. Избыток воды через перелив 20 из емкости 35 сливается в канализацию. Отработанная вода из емкости 35 через водоток 38 с ферромагнитным фильтром поступает в водонапорную емкость 36. Пропускная способность водотока 38 должна быть такой, чтобы уровень воды в емкости 36 был равен уровню воды в емкости 35, т.е. равен уровню перелива 20. Это может быть обеспечено тем, если пропускная способность водотока 38 будет на 20-30% выше максимальной пропускной способности насоса 16.

Заборное отверстие водотока 38 с ферромагнитным фильтром геометрически должно быть расположено ниже уровня перелива 20 и на достаточно высоком уровне от днища емкости 35, чтобы в водоток не попадал донный осадок. Так как уровень воды в емкости 36 будет постоянный при работе агрегата, а следовательно, будет постоянным давление воды на входе насоса 16, не представляет труда обеспечить стабильность потока оборотной воды в рабочую камеру 46 спрейера 12, а следовательно, и стабильность режима охлаждения валка 26.

Спрейер 12 (фиг. 5 и 6) как минимум имеет две изолированные друг от друга рабочие камеры 46 и 47. Ввод 13 рабочей камеры 46 соединен с насосом 16 оборотной воды, ввод рабочей камеры 47 соединен с насосом 17 технической воды. Так как внутренняя стенка 43 корпуса 45 выполнена ступенчатой, то обеспечивается возможность выполнения выходных отверстий 44, равноудаленными от поверхности валка, что способствует повышению стабильности охлаждения. Выходные отверстия 44 рабочей камеры 46 имеют угол наклона к поверхности валка на 15-20^o меньше угла наклона рабочей камеры 47. Температура технической воды, которой запитывается камера 47, на 5-10^oC ниже температуры оборотной воды, которой запитывается рабочая камера 47. Все это в совокупности позволяет достигнуть практически постоянства скорости охлаждения каждого участка поверхности валка 26 при передвижении спрейера 12.

В сравнении с прототипом заявленный агрегат для термической обработки прокатных валков позволяет в 2-3 раза сократить время термической обработки. Например для закалки рабочего валка стана 2030 диаметром 600 мм на агрегате-прототипе потребуется 9-10 часов на предварительный подогрев (температура нагрева 450-500^oC), 4,5-5 часов на поверхностную закалку и 1-1,5 часа на отпуск. Для закалки того же валка на заявляемом агрегате предварительный подогрев займет около 6 часов, поверхностная закалка 40 минут и отпуск 1...1,5 часа, т.е. потребуется в два раза меньше времени. Соответственно уменьшаются и энергетические затраты.

Качество и стабильность термообработки повышаются как за счет повышения стабильности режима нагрева поверхности валка, так и за счет повышения стабильности режима охлаждения, что обусловлено сочетанием совместного использования кольцевого индуктора, многокамерного спрейера с раздельной запиткой камер, водосборника с водонапорной емкостью и ферромагнитным фильтром, механизма вращения валка и каретки с закрепленными на ней индуктором и спрейером.