Способ и устройство для замедления движения и временного накапливания изделия горячей прокатки

Способ и устройство для замедления движения и временного накапливания изделия горячей прокатки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится в основном к прокатным станам для непрерывной прокатки, производящим длинные горячекатаные изделия, такие как полосы, прутки, и т.п., и касается, в частности, способа и устройства для замедления движения и временного накапливания таких изделий на выбранной стадии процесса горячей прокатки.

Предшествующий уровень техники

В типичной установке прокатного стана для горячей прокатки заготовки нагревают до повышенной температуры прокатки в печи. Нагретые заготовки затем подвергают непрерывной прокатке в последовательно расположенных секции черновой прокатки, промежуточной секции и секции чистовой прокатки прокатного стана, при этом каждая секция состоит из нескольких валковых клетей. Для производства более крупных изделий, весь прокатный стан может в типичном случае работать при максимальной или близкой к максимальной пропускной способности печи. Однако когда технологическая цепочка прокатки предназначена для производства меньших изделий, пропускную способность секции чистовой прокатки зачастую уменьшают до величины, меньшей, чем пропускная способность печи, а также секции черновой прокатки и промежуточной секции прокатного стана. При таких обстоятельствах можно замедлить работу секции черновой прокатки и промежуточной секции, чтобы обеспечить согласование с пропускной способностью секции чистовой прокатки, но существует пределы, выход за которые не выгоден с практической точки зрения. Так считают потому, что приемлемая процедура прокатки диктует введение нагретых заготовок в первую клеть секции черновой прокатки с минимальной скоростью отбора не ниже, чем примерно 0,09-0,1 м/с. Меньшая скорость отбора будет, по всей вероятности, приводить к образованию трещин в рабочих валках под влиянием нагрева.

В других случаях, например, когда прокатывают инструментальные стали для производства инструментов, рассчитанных на высокие скорости обработки, или сплавы на основе никеля, требуется большая скорость отбора во избежание охлаждения заготовки, и при этом требуются более низкие скорости чистовой прокати, чтобы предотвратить тепловыделение, которое могло бы вызывать плавление сердцевины изделия и образование трещин на его поверхности.

При осуществлении возможной современной операции горячей прокатки при пропускной способности печи 100-150 тонн/час или более номинальную заготовку из низколегированной стали, поперечное сечение которой имеет форму квадрата со стороной 150 мм, а длина составляет 11,7 м, прокатывают, получая бунт массой 2000 кг. Когда прокатывают пруток диаметром 5,5 мм при максимальной скорости подачи прокатного стана, составляющей, скажем, 105 м/с, скорость отбора составляет 0,111 м/сек, что дает безопасное превышение допустимой минимальной скорости. При этих обстоятельствах прокатный стан может производить 64,2 тонны/час (с учетом временного интервала и выхода годной продукции). Однако если технологическая цепочка прокатки предназначена для производства прутка диаметром 3,5 мм, то скорость отбора для заготовки того же размера при той же самой максимальной скорости подачи приходится снижать до неприемлемо низкого уровня 0,045 м/с при соответствующем уменьшении производительности стана до 26,8 тонн/час.

В альтернативном варианте, чтобы преодолеть недостаток, заключающийся в неприемлемо низкой скорости отбора, можно было бы прокатывать меньшую заготовку той же длины, имеющую поперечное сечение, например, в форме квадрата со стороной 106 мм, при максимальной скорости подачи 105 м/с, обеспечивая безопасную скорость отбора величиной 0,09 м/с. Однако это потребовало бы новую компоновку пропускной конструкции валковых клетей, другие направляющие, снижение массы бунта готового изделия до 1031 кг и сниженную производительность 26,31 тонны/час, тоже с учетом временного интервала и выхода годной продукции. Необходимость хранения заготовок разных размеров создавала бы дополнительные проблемы.

Поэтому существует потребность в способе и устройстве, которые сделали бы возможной прокатку изделий меньших размеров при поддержании скоростей в прокатном стане на уровнях или выше уровней приемлемых минимумов, не требуя при этом уменьшения размера обрабатываемых заготовок, а в предпочтительном варианте - с одновременным продолжением прокатки при максимальной производительности стана.

Одна известная попытка достижения этой цели описана в патенте США №3486359 (Хейн (Hein)). В соответствии с этим решением укладочная головка временно накапливает горячекатаные изделия, выходящие из промежуточной секции стана, на барабане для хранения. Накопленное изделие затем сматывают с барабана для хранения с пониженной скоростью для непрерывной прокатки в секции чистовой прокатки стана. С подходом Хейна связан ряд недостатков. Например, движение изделия не замедляется перед намоткой на барабан для хранения. В сочетании с недостатком управления распределением витков по поверхностям барабана это может вызвать перекрытие витками друг друга, что в свою очередь может привести к прерыванию процесса сматывания.

Кроме того, в случае конструкции Хейна не удается эксплуатировать укладочную головку в непрерывном режиме, а вместо этого приходится полностью останавливать ее в начале каждого цикла хранения, так что передний конец изделия может оказаться направленным мимо барабана для хранения к узлу протяжных роликов, расположенному ниже по технологической цепочке. Таким образом, существует неустойчивое состояние, которое в дальнейшем может нарушить структуру витков на барабане для хранения.

В настоящем изобретении предложены усовершенствованные способ и устройство для замедления движения и временного накапливания горячекатаных изделий, отличающиеся от подхода Хейна важными аспектами, исключающими вышеописанные недостатки.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предложены способ и устройство для замедления движения и временного накапливания горячекатаного изделия, движущегося в продольном направлении вдоль оси приема с первой скоростью V₁. Устройство включает в себя укладочный узел, имеющий входной конец, выровненный с осью приема, для приема изделия. Укладочный узел имеет криволинейную промежуточную секцию, ведущую к выходному концу, отстоящему в радиальном направлении от оси приема и ориентированному с обеспечением подачи изделия в направлении выхода поперек оси приема. Кривизна укладочного узла и ориентация его выходного конца таковы, что выходящему изделию придается форма спирали. Эта спираль принимается и временно накапливается на цилиндрическом барабане, расположенном соосно с осью приема. Барабан непрерывно вращается вокруг оси приема в направлении, противоположном направлению вращения укладочного узла, и со скоростью, выбираемой с возможностью обеспечения сматывания накапливающейся спирали со скоростью V₃. Сматываемое изделие направляется от барабана ловителем, который выполнен с возможностью сдвига в направлении, параллельном оси приема. На протяжении времени "Т", необходимого для прокатки всей заготовки, на барабане временно накапливается изделие длиной "L", которая равна Т×V₂.

Ниже приводится более подробное описание предпочтительного конкретного варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлено перспективное изображение, иллюстрирующее устройство в соответствии с настоящим изобретением, ожидающее приема горячекатаного изделия;

на фиг.2 представлен вид сверху устройства;

на фиг.3 представлен вид сбоку устройства;

на фиг.4 представлен вид с торца, который можно наблюдать с принимающего конца устройства;

на фиг.5 представлено перспективное изображение, аналогичное фиг.1, на котором показано устройство во время цикла замедления движения;

на фиг.6 представлен вид сверху в частичном сечении криволинейного укладочного узла и связанного с ним ловителя;

на фиг.7 представлено сечение, проведенное вдоль линии 7-7, показанной на фиг.6;

на фиг.8 представлена условная иллюстрация, изображающая относительные направления вращения и скорости криволинейного укладочного узла и цилиндрического барабана;

на фиг.9 представлен условный план размещения, на котором предлагаемое устройство показано в среде прокатного стана;

на фиг.10 представлена возможная схема управления для устройства.

Осуществление изобретения

Обращаясь сначала к фиг.1-5, отмечаем, что устройство в соответствии с настоящим изобретением обозначено как единое целое позицией 10 и содержит ведущий вал 12 укладочной головки, опертый между подшипниками 14, 16 с возможностью вращения вокруг оси А приема, вдоль которой происходит прием горячекатаного изделия с первой скоростью V₁. Один конец ведущего вала соединен в месте, обозначенном позицией 18, с выходным валом 20 коробки 22 скоростей, который - в свою очередь - приводится в движение электродвигателем 24.

Противоположный конец ведущего вала имеет конфигурацию и расположение, которые обеспечивают опору криволинейному укладочному узлу 25, содержащему укладочную трубку 26 и продолжение 28 в виде спирального желоба.

Как можно лучше всего рассмотреть на фиг.6, укладочная трубка имеет входной конец 26а, выровненный с осью А для приема горячекатаного изделия, и криволинейную промежуточную секцию 26b, ведущую к выходному концу 26с, сообщающемуся с входным концом 28а спирального желоба 28. Выходной конец 28b желоба отстоит в радиальном направлении от оси А и ориентирован с обеспечением возможности подачи изделия в направлении выхода вдоль оси В поперек оси А.

На ведущем валу 12 установлен с возможностью свободного вращения цилиндрический барабан 30. Один конец барабана расположен частично внахлестку с выходным концом 26с укладочной трубки 26 и спиральным лотком 28. Ведомая звездочка 32 противоположного конца барабана посредством ведущей цепи 34 механически связана с ведущей звездочкой 36 на выходном валу 38 второго электродвигателя 40.

Направляющий желоб 28 вращается вместе с укладочной трубкой 26 и взаимодействует с поверхностью барабана, обеспечивая продолжение направляющей траектории, ограниченной укладочной трубкой. Это продолжение оказывается достаточным для гарантии того, что произойдет формование выходящего изделия с получением спирального образования, состоящего из колец.

Как можно лучше всего увидеть при дальнейшем обращении к фиг.6 и 7, выходной конец 28b направляющего желоба оканчивается в плоскости Р, перпендикулярной оси А. В начале цикла замедления движения передний конец изделия подается из желоба 28 в ловитель 42. Кривизна вращающейся укладочной трубки 26 и желоба 28, связанная с ориентацией подающего конца 28b желоба, приводит к тому, что изделие подается в форме спирали Н (см. фиг.5). Кольца спирали имеют диаметр, несколько больший, чем внешний диаметр барабана 30, что гарантирует продвижение спирали вдоль оси барабана.

Обращаясь дополнительно к фиг.8, можно заметить, что электродвигатель 24 работает, вращая укладочный узел 25 в направлении, противоположном направлению выхода изделия, с окружной скоростью V₂, которая меньше, чем V₁. Это приводит к замедлению движения выходящего изделия до скорости V₃, равной V₁-V₂.

Электродвигатель 40 работает, вращая барабан 30 в направлении, противоположном направлению вращения укладочного узла 25, и с такой скоростью, что его окружная скорость его поверхности равна V₃, что приводит к сматыванию изделия с барабана в ловитель 42 со скоростью V₃.

Ловитель 42 установлен на каретке 44, выполненной с возможностью перемещения по направляющим 46, параллельным оси А. Каретка 44 введена в резьбовое зацепление с резьбовым валом 48, приводимым в движением электродвигателем 50. На каретке 44 также установлен узел 52 протяжных роликов, имеющий протяжные ролики 52а, приводимые в движение электродвигателем 54. Ловитель 42 расположен с обеспечением возможности направления изделия, подаваемого из выходного конца 28b желоба 28 в узел 52 протяжных роликов, который работает, продвигая изделие к оборудованию, расположенному ниже по технологической цепочке, например к валковым клетям секции чистовой прокатки стана.

Управление электродвигателем 50 осуществляется таким образом, что обеспечивается поддержание выравнивания ловителя 42 с изделием, сматываемым из спирали Н, временно накапливающейся на барабане 30. Таким образом, во время начальной стадии цикла сматывания электродвигатель 50 будет работать, перемещая каретку от желоба 28, а во время заключительной стадии цикла сматывания электродвигатель 50 будет вращаться в обратном направлении, перемещая каретку обратно к желобу.

Обращаясь к фиг.6, отмечаем, что устройство 10 показано расположенным между промежуточной секцией 56 прокатного стана и блоком 58 чистовой прокатки, представляющим собой секцию чистовой прокатки стана. Датчик 60 скорости измеряет скорость изделия, выходящего из промежуточной секции 56 стана, а детектор 62 горячего металла обнаруживает прибытие переднего конца изделия. Расстояние S₁ между детектором 62 горячего металла и входным концом укладочной трубки известно, как и длина S₂ укладочной трубки и связанного с ней желоба 28, образующих укладочный узел 25. Кодер 64, связанный с электродвигателем 24, обеспечивает средство определения точного углового положения выходного конца 28b желоба 28 в любой заданный момент времени.

Возможная схема управления изображена на фиг.10. Контроллер 66 принимает сигналы от датчика 60 скорости и детектора 62 горячего металла, соответственно, указывающие скорость V₁ изделия и присутствие переднего конца изделия. На основании этих данных и известных фиксированных расстояний S₁ и S₂, контроллер вычисляет и прогнозирует точное время Т_а прибытия переднего конца изделия в выходной конец 28b желоба 28.

Сигнал из кодера 64 разрешает контроллеру прогнозирование положения выходного конца желоба в момент Т_а и проведение регулировок скорости электродвигателя 24, чтобы гарантировать, что подающий конец желоба будет надлежащим образом расположен относительно ловителя в момент Т_а. В момент Т_а передний конец изделия подается из выходного конца 28b желоба в ловитель 42, а сигналы контроллера заставляют электродвигатель 50 начать перемещение каретки 44 по направляющим 46, чтобы поддержать выравнивание ловителя с изделием, сматываемым из спирали Н, накапливаемой на барабане 30.

Очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением вращение укладочного узла обеспечивает замедление движение изделия со скорости V₁ до скорости V₃ с одновременным формованием отрезка изделия на протяжении длины, обусловленной разностью скоростей между значениями V₁ и V₃, с получением упорядоченного спирального образования. Укладочный узел вращается непрерывно и лишь с минимальными регулировками, необходимыми для гарантии надлежащего расположения подающего конца 28b желоба относительно ловителя 42 в момент Т_а, когда передний конец изделия появляется из подающего конца 28b желоба.

Для продвижения изделия вперед со скоростью V₁ после того, как задний конец изделия выпадает из расположенных выше по технологической цепочке валковых клетей промежуточной секции стана, перед устройством преимущественно используется второй узел 52 протяжных роликов.

Принимающий конец барабана 30 преимущественно может быть снабжен короткой спиральной дорожкой, способствующей достижению упорядоченного промежутка между последовательными кольцами накапливающейся спирали, а укладочную трубку 26 и продолжение 28 в виде спирального желоба можно скруглить, чтобы минимизировать фрикционное сопротивление.

Как показано на фиг.9, устройство 10 можно применять в однониточном режиме между промежуточной секцией 56 стана и секцией 58 чистовой прокатки, а основным преимуществом в данном случае является способность прокатывать изделия меньшего диаметра со скоростью V₃ в секции 58 чистовой прокатки, одновременно обеспечивая прокатку с более высокой скоростью V₁ в предыдущих секциях стана.

Так, например, вышеописанную заготовку, имеющую поперечное сечение в виде квадрата со стороной 150 мм и длину 11,7 м, можно прокатывать в прокатном стане для непрерывной прокатки, осуществляя большую и безопасную скорость отбора порядка 0,09 м/с для изготовления прутка диаметром 3,5 мм при скорости чистовой прокатки 105 м/с. Это позволяет избежать какой бы то ни было необходимости изменения пропускной конструкции и направляющих, обеспечивает производство бунтов большей массы и исключает проблемы складирования заготовок.

В преимущественном варианте воплощения изобретения можно попеременно использовать второе устройство 10' для замедления движения и дополнительную секцию 58' чистовой прокатки с помощью переключателя 68. За счет использования нескольких устройств 10, 10' для замедления движения и секций 58, 58' чистовой прокатки для чередующейся обработки последовательных участков заготовок можно обеспечить непрерывную работу всего стана с большей скоростью V₁ подачи, что приводит к существенному увеличению пропускной способности стана в процессе прокатки. Так, например, при наличии дополнительного устройства 10' для замедления движения и дополнительной секции 58' чистовой прокатки, как показано на фиг.9, заготовки, прокатываемые в стане и имеющие поперечные сечения, представляющие собой квадраты со стороной 150 мм, и длины 11,7 м, с получением прутков диаметром 5,5 мм при скорости подачи 105 м/сек, можно достичь производительности, равной пропускной способности печи и составляющей, например, 128 тонн/час.

1. Способ замедления движения и временного накапливания горячекатаного изделия, движущегося в продольном направлении вдоль оси приема с первой скоростью V₁, заключающийся в том, что направляют упомянутое изделие по первой направляющей, имеющей входной конец, выровненный с упомянутой осью, для приема упомянутого изделия, и выходной конец, отстоящий в радиальном направлении от упомянутой оси, вращают упомянутую первую направляющую для временного накапливания упомянутого продукта в виде спирали на цилиндрическом барабане, вращают упомянутый барабан в направлении, противоположном направлению вращения упомянутой направляющей, тем самым сматывая упомянутое изделие с упомянутого барабана на вторую направляющую, отличающийся тем, что указанная первая направляющая имеет криволинейную промежуточную секцию с выходным концом, ориентированным с обеспечением подачи упомянутого изделия в направлении выхода поперек упомянутой оси в форме спирали, непрерывно вращают указанную первую направляющую в направлении, противоположном указанному направлению выхода, со скоростью V₂, тем самым замедляя движение изделия, подаваемого из упомянутого выходного конца, до уменьшенной скорости V₃, равной V₁-V₂.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы определения времени прибытия переднего конца указанного изделия из указанного выхода и настройки скорости вращения указанной первой направляющей в направлении указанного выхода для доставки переднего конца в указанную вторую направляющую в то же время прибытия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый барабан вращают с такой окружной скоростью поверхности, которая приводит к сматыванию упомянутого изделия со скоростью V₃.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют возвратно-поступательный сдвиг упомянутой второй направляющей параллельно упомянутой оси для поддержания выравнивания упомянутой второй направляющей с изделием, сматываемым с упомянутого барабана.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют принудительное продвижение изделия вдоль упомянутой оси в упомянутую первую направляющую.

6. Устройство для замедления движения и временного накапливания горячекатаного изделия, движущегося в продольном направлении вдоль оси приема с первой скоростью V₁, содержащее первую направляющую, имеющую входной конец, выровненный с упомянутой осью, для приема упомянутого изделия, и имеющую выходной конец, отстоящий в радиальном направлении от упомянутой оси и ориентированный с обеспечением подачи упомянутого изделия в направлении выхода поперек упомянутой оси, цилиндрический барабан, выполненный с возможностью вращения вокруг упомянутой оси, первое средство привода для вращения упомянутой первой направляющей вокруг упомянутой оси для временного накапливания упомянутого продукта в виде спирали на цилиндрическом барабане, второе средство привода для вращения упомянутого барабана в направлении, противоположном направлению вращения упомянутой первой направляющей, и со скоростью, при которой упомянутое изделие сматывается с упомянутого барабана, и вторую направляющую для приема изделия, сматываемого с упомянутого барабана, отличающееся тем, что указанная первая направляющая имеет криволинейную промежуточную секцию с выходным концом, ориентированным с обеспечением подачи упомянутого изделия в направлении выхода поперек упомянутой оси, в форме спирали, при этом первая направляющая выполнена с возможностью непрерывного вращения в направлении, противоположном указанному направлению выхода, со скоростью V₂ для замедления тем самым движения изделия, подаваемого из упомянутого выходного конца, до уменьшенной скорости V₃, равной V₁-V₂.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство управления, предназначенное для определения времени прибытия переднего конца указанного изделия из указанного выхода и для настройки скорости вращения указанной первой направляющей в направлении указанного выхода для доставки переднего конца в указанную вторую направляющую в то же время прибытия.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что принимающий конец упомянутого барабана расположен внахлестку с выходным концом упомянутой криволинейной направляющей.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что вторая направляющая расположена на каретке, выполненной с возможностью перемещения по дорожке, параллельной упомянутой оси, и тем, что дополнительно содержит третье средство привода для перемещения упомянутой каретки по упомянутой дорожке с поддержанием выравнивания упомянутой второй направляющей со сматываемым изделием.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство, осуществляющее принудительное продвижение изделия вдоль упомянутой оси в упомянутую первую направляющую.

11. Устройство по п.6 или 9, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для принудительного отвода изделия, сматываемого с упомянутого барабана.