Теплосохраняющие установки на промежуточном рольганге

       По мере удаления от оси  прокатки температура мембран  понижается и на расстоянии 500 и 700 мм для раската шириной  1250 мм составляет 770-820 °С и 620- 680 С соответственно (при (tn = 1050 - 1100 °С); отмеченная неравномерность температуры качественно согласуется с данными других авторов и не оказывает достаточно заметного влияния на изменение температуры по ширине раската .

   Установлена асимметричность теплового состояния мембран относительно оси прокатки. Так, температура в равноудаленных от оси прокатки точках III и II отличается на 20 - 60 °С. Особенность теплового состояния в этих точках определяется тем, что они находятся за пределами проекции ширины раската на плоскость экранов. Результаты анализа изменения температуры мембран в этих точках показали, что снижение температуры во время пауз практически незначимо (рис. 2, а, б). Кроме того, после выхода раската из зоны действия экрана температура мембраны некоторое время продолжает повышаться, что указывает на наличие теплового потока от ее центральных (более горячих) участков к периферийным. Это подтверждает и анализ диаграмм изменения температуры мембран в точках III и II (рис. 3): при условии равенства температуры мембран в точках III и II после выхода раската из зоны экранирования скорость падения температуры в точке II (центральной) больше, чем в точке III (периферийной). Из изложенного следует, что технологическая эффективность системы экранирования может быть повышена при уменьшении поперечного размера блоков.

  Предложенная  система экранирования характеризуется достаточно низкой тепловой инерцией. В том случае, если доля пауз в цикле теплового нагружения будет менее 30%, температура насыщения может быть достигнута уже при прокатке третьей полосы после длительной остановки (рис. 3, а, б).

  Температуру элементов механизма крепления  и перемещения БАИ верхнего и  бокового экранирования измеряли после 3 - 4 ч непрерывной работы стана. Установили, что температура наружных крышек верхних БАИ с приводной стороны равна 55 °С, по оси прокатки — 65 °С, с неприводной стороны — 60 °С, температура наружных крышек боковых экранов и их креплений — 45-50 °С, температура элементов рамы для крепления БАИ верхнего экранирования — 45 - 60°С, температура рычага подъема и цилиндра пневмопривода —25 - 35 °С.  
 

В работе обобщены результаты сотрудничества МИСиС и НЛМК по созданию теплосохраняющих экранов для промежуточного рольганга ШПС 2000 горячей прокатки, составной частью которого явились сопоставительные исследования ТОЭ, а также ТОЭ и ТАЭ с промежуточной мембраной (рис. 4). В качестве отражателей использовали полированные листы из коррозионно-стойкой стали толщиной 2,0 мм, промежуточной мембраны — листы из коррозионно-стойкой стали (жаростойкого сплава) , теплоизолятора — коалиновую вату. Варьировали расстояние от поверхности экранов до металла. В процессе исследований измеряли температуру мембран и металла, оценивали работоспособность установок в реальных условиях промежуточного рольганга. Все исследования выполняли на наиболее напряженном в тепловом отношении участке — вблизи летучих ножниц.

Рис.4. Схема панелей ТОЭ (а), а также ТОЭ (б) и ТАЭ (б) с промежуточной мембраной.

1. Подкат, 2- теплоотражатель , 3- окалина, 4- промежуточная мембрана, 5- вода, 6- теплоизолятор

Кроме того, из соотношения лучистых потерь тепла раскатом при использовании  ТАЭ и ТОЭ получили выражение, отражающее сопоставимость этих видов  экранирования:

  

  где - температура разогрева мембраны,   - температура поверхности раската, - произведение приведенной степени черноты экрана-раската на угловой коэффициент между экраном и раскатом.

 На рис. 5 прямая линия соответствует взаимозаменяемости ТОЭ и ТАЭ: в зоне А более эффективны ТАЭ, в Б — ТОЭ.

Рис.5.К определению границ применения панелей ТАЭ и ТОЭ рольганга ШПС горячей прокатки, обозначения- в тексте.

  Для уменьшения охлаждения нижней поверхности  подката использовали теплоаккумулирующие  свойства воздушной окалины, толщину слоя которой варьировали. Измеряли температуру разогрева поверхности окалины и скорость ее снижения после ухода металла, а также температуру внутренних слоев окалины.

  Расчеты выполняли с использованием математической модели, адаптированной к результатам эксперимента. Для ТОЭ при воздушном охлаждении отражателей (рис. 1, а) их температура достигала 420- 450°С; при охлаждении отражателей непроточной водой (рис. 1,б) — 350°С с соответствующим кипением воды, ее испарением и необходимостью восполнения через 7-8 ч работы; в змеевике, пропущенном через воду (рис. 4,б), проточная вода нагревалась до 45- 55°С; при охлаждении отражателей проточной водой _; — до 70-80 °С. Независимо от вида охлаждения отражателя его поверхность быстро теряла свою отражательную способность (степень черноты через 10 дней эксплуатации увеличивалась до 0,7).

Полученные данные позволили сделать вывод, что  в ТОЭ основной проблемой является поддержание исходной теплоотражательной способности экранов. Без решения этой проблемы применение ТОЭ на ШПС горячей прокатки следует считать проблематичным.

   Для ТОЭ и ТАЭ с промежуточной мембраной (рис. 4, б, в) получили достаточно близкие по уровню температуры разогрева мембран: до 860°С при толщине мембраны 1,5 мм и расстоянии между мембраной и металлом 250 мм. Отмечены существенные тепловые расширения мембраны, ее недостаточная жесткость, а также значительный перепад температуры по ее ширине.

   Учитывая  накопленный опыт, последующую разработку ТОЭ сконцентрировали на исследовании возможности применения алюминия в качестве отражающей поверхности экранов. Выполненный анализ выбора материалов, удовлетворяющих требованиям эксплуатации станов горячей прокатки, приведен в таблице .

 Почти все перечисленные в таблице материалы при использовании на станах горячей прокатки в качестве ТОЭ показали относительно низкую стойкость. Наилучшие отражательные свойства и их сохранение во времени проявил алюминий. На основании этого в качестве несущей части материала для ТОЭ использовали стальные листы, а на них напыляли газотермическое алюминиевое покрытие. Такой установке ТОЭ присуще сочетание хороших прочностных и высоких отражательных свойств. Для повышения стабильности эксплуатации проводили дополнительное уплотнение покрытия путем пластической деформации. Применение алюминиевого газотермического покрытия, содержащего в своем составе и окисды алюминия, одновременно обеспечивает высокие отражательные свойства, что позволяет устанавливать ТОЭ на меньшей высоте от рольганга и тем самым усиливать эффект экранирования.

Таблица 2. Материалы, параметры их установки на ТОЭ и причины выхода из строя.

 

  Для ТАЭ предложили промежуточную мембрану выполнить составной в виде набора труб, наполненных теплоизолятором и расположенных вдоль рольганга. Разработали меры по уменьшению инерционности системы: максимально отделили мембрану от основной части каждой трубы, предусмотрели аккумулятор тепла на дальней от металла стороне трубы, разную толщину мембраны для них по ширине рольганга, а также перфорацию стенок труб.

Рис. 6. Схема экспериментальной панели ТАЭ и образующих ее труб:

1 —  профилированная труба; 2 — несущие стержни; 3 — "аккумулятор" тепла; 4 — стенка трубы; 5 — мембрана; 6 — теплоизолятор; 7 — щели перфорации; 8 — прутки, точками отмечены места крепления термопар; I—VII — номера труб

  На  рис. 6 показана схема опытного макета и трубы, из которых он был собран при проведении на ШПС 2000 предварительных исследований рассмотренных ТАЭ. В дальнейшем исследования показали что  На рис. 7 показан в нерабочем положении экспериментальный модуль ТАЭ из двух секций.

Рис. 7. Экспериментальный модуль ТАЭ из двух секций 

  Ha этих ТАЭ получили следующие данные: температура мембран (толщина 1.0 мм, расстояние до подката 220 мм) в центре по ширине рольганга для монолитных труб панелей составила 870°С, для труб с перфорацией боковых стенок — 920°С, при выводе перфорации боковой стенки трубы к мембране — 965- 985°С (рис. 8);

τ,с

Рис. 8. Изменение температуры мембраны (1 и 2) и подката (3) в процессе прокатки (а) и паузе (б):

1 —  перфорация максимально приближена  к мембране

2. — "монолитная" труба с перфорацией ее боковых стенок

  температура мембран на краю по ширине рольганга- 750°С;

  разность  между температурами металла  и окалины составляет 10-20°С;

  инерционность системы (при толщине мембраны 0,8 мм) — 2-3 подката;

  по  сравнению с охлаждением на воздухе  скорость охлаждения металла уменьшается  в 6-7 раз и более;

  повышенная  жесткость конструкции экранирующих панелей, хорошее противостояние ударам подкатов. отсутствие существенных тепловых расширении мембран;

  в течение 4 месяцев чистого времени  работы экранов практически полное отсутствие корродирования мембран (применен жаростойкий сплав);

  при выходе на стационарный режим наблюдается  разогрев подшипников роликов рольганга  до 160°С, поэтому необходимо дополнительно их охлаждать;

  изготовление  труб панелей в виде "монолита" уже через 3 недели эксплуатации приводит к появлению в матах перегиба продольных трещин, а через 2-3 месяца- к постепенному разрушению труб из-за тепловых деформаций; панели при этом сохраняют свою способность теплоизолировать раскат, но внешний вид установки ухудшается;

      при изготовлении труб панелей  с выводом перфорации боковой стенки к мембране полностью устраняется разрушение панелей из-за тепловых деформаций. Максимальная температура разогрева мембран центральных труб в этом случае в среднем на 0,05 выше по сравнению с "монолитными" трубами с перфорацией боковых стенок, что дополнительно повышает эффект экранирования раската примерно на 15%.

  В дальнейшем были созданы кассеты, которые  лучше воспринимали удары раската(рис.9).

Рис. 9. Схемы, иллюстрирующие основные положения, использованные при создании секций ТСУ II—VIII — номера кассет, образующих секцию; стрелками указаны направления установки и выемки кассет из секции):

1-10 —  номера груб; 11 — стягивающие  стержни; 12 — теплоизолирующая вата; 13 - ось рольганга; 14 — направление  движения раската; 15 — раскат; 16 —  ролики рольганга; 17 — отбойники на кассетах; 18 — центральный отбойник на секции 

  При адаптации математической модели к  экспериментальным данным необходимо в расчетах ТАЭ учитывать распределение температуры (мембран) по ширине панелей. Применение в расчетах усредненных значении указанных температур приводит к заниженной оценке экономии тепла подкатом (в 1,2-1,35 раза) и его температуры (на 15-20°С).

Применительно к ШПС 2000 НЛМК анализировали влияние экранирующей установки на изменение температуры подкатов и на экономию тепла; воздействие на эти показатели протяженности экранирующей установки, скорости транспортирования подкатов по промежуточному рольгангу после выхода подката из последней черновой клети (v>3,2-4,5 м/с). По приведенной зависимости определяли протяженность участка рольганга (со стороны черновой группы), на котором панели ТАЭ ( =250 мм) могут быть заменены на ТОЭ (  = 350 мм); расчетом модели уточняли полученные результаты.