RU2048666C1

RU2048666C1 - Unit for heat treatment of large rolls

Info

Publication number: RU2048666C1
Application number: RU93043972A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; М.И. Самойлов; И.С. Сарычев; Е.В. Черкасов; А.В. Мельников
Original assignee: Научно-производственное товарищество с ограниченной ответственностью "Валок"; Ветер Владимир Владимирович
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: units for heat treatment of large rolls. SUBSTANCE: unit has heating chamber in form of detachable dome and stationary lower portion where burners are arranged, additional dome section, sector inductor whose coils are secured on inner surface for frontal motion in radial direction towards roll, scrapers secured on surface, mechanism for motion of surface along axis of roll and for turning in plane perpendicular to axis of rotation of roll. Unit is also provided with drive for rotation of roll, roller rests on which journal of roll is mounted. Roll barrel is placed in heating chamber. EFFECT: enhanced efficiency of heat treatment due to simultaneous increase of impact strength and hardness in surface layer of roll. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к термической обработке, в частности к термической обработке крупных прокатных валков, и может быть использовано в машиностроении. The invention relates to heat treatment, in particular to the heat treatment of large rolling rolls, and can be used in mechanical engineering.

Известна нагревательная установка, содержащая пламенную печь и два индуктора, первый из которых выполняет функцию стабилизатора температуры нагрева [1] Эта установка непригодна для термической обработки крупных прокатных валков, так как из-за большой массы валка дополнительный индуктор не может выполнять функции стабилизатора температуры. A known installation containing a flame furnace and two inductors, the first of which serves as a stabilizer of the heating temperature [1] This installation is unsuitable for heat treatment of large rolling rolls, since due to the large mass of the roll, the additional inductor cannot function as a temperature stabilizer.

Известен агрегат для термической обработки крупных валков, содержащий секционную футерованную камеру со сводом и системой нагрева, торцовые 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 [2]
Недостаток такого агрегата низкая надежность из-за попадания воды от системы охлаждения на футеровку, что приводит к ее разрушению.A known unit for heat treatment of large rolls, containing a sectional lined chamber with a roof and heating system, mechanical sealing inserts, a rotation mechanism of the rolls and a cooling system, in which, in order to increase the efficiency of heat treatment processes, an additional roof section with sprayers located on it is installed, while the vault of the lined chamber and the vault section are pivotally mounted on opposite sides of the lined chamber [2]
The disadvantage of this unit is low reliability due to the ingress of water from the cooling system to the lining, which leads to its destruction.

Известен агрегат для термической обработки, который содержит секционную футерованную нагревательную камеру со стационарной частью и съемным сводом, и с газовыми горелками, расположенными в нижней части камеры, механизм вращения валка, торцовые уплотнители, систему охлаждения в виде спрейеров, механизм перемещения спрейеров и водозаборники, установленные под спрейерами по обе стороны стационарной части камеры [3]
Недостатком описанных агрегатов термической обработки является то, что поверхность обработанных на них валков имеет крупнозернистую структуру, что снижает их эксплуатационную стойкость и износостойкость. Это обусловлено тем, что шейки валков находятся вне нагревательной камеры и поэтому при нагреве бочки валка до температур фазовых превращений перепад температур вдоль валка в месте перехода от бочки к шейке будет настолько большим, что приведет к температурным трещинам. Кроме того, из-за большой массы валка невозможно обеспечить необходимую скорость нагрева и охлаждения поверхностного слоя из-за появления больших термодинамических напряжений.A known unit for heat treatment, which contains a sectional lined heating chamber with a stationary part and a removable arch, and with gas burners located in the lower part of the chamber, a rotation mechanism of the roll, mechanical seals, a cooling system in the form of sprayers, a mechanism for moving sprayers and intakes installed under sprayers on both sides of the stationary part of the chamber [3]
The disadvantage of the described heat treatment units is that the surface of the rolls processed on them has a coarse-grained structure, which reduces their operational and wear resistance. This is due to the fact that the roll necks are located outside the heating chamber and, therefore, when the roll barrel is heated to phase transition temperatures, the temperature difference along the roll at the point of transition from the barrel to the neck will be so large that it will lead to temperature cracks. In addition, due to the large mass of the roll, it is impossible to provide the necessary heating and cooling rate of the surface layer due to the appearance of large thermodynamic stresses.

Цель изобретения повышение эффективности термической обработки за счет обеспечения возможности одновременного повышения в поверхностном слое валка ударной вязкости и твердости. Дополнительные цели обеспечение возможности снятия термодинамических напряжений в поверхностном слое валка, снижение термозатрат, повышение надежности агрегата. The purpose of the invention is to increase the efficiency of heat treatment by making it possible to simultaneously increase the toughness and hardness in the surface layer of the roll. Additional goals provide the ability to relieve thermodynamic stresses in the surface layer of the roll, reduce heat consumption, increase the reliability of the unit.

Это достигается тем, что агрегат для термической обработки, содержащий нагревательную камеру со стационарной частью и съемным сводом, с газовыми горелками, размещенными в нижней части камеры, механизм вращения валка, роликовые люнеты, сводовую секцию с размещенными на ней спрейерами, дополнительно содержит механизм перемещения сводовой секции вдоль оси вращения валка, секторный индуктор, катушки индуктивности которого размещены по внутренней дуге сводовой секции, генератор тока переменной частоты, выход которого подключен к катушкам индуктивности секторного индуктора, при этом сводовая секция закреплена на механизме ее перемещения шарнирно с возможностью разворота в плоскости, перпендикулярной оси вращения валка. Стационарная часть и съемный свод нагревательной камеры состоят из наружного и внутреннего кожухов, между которыми размещается теплоизоляционный материал, например каолиновая вата (шамот). Внутренний кожух выполнен из жаропрочного сплава, например, Х18Н10Т. Секторный индуктор и спрейеры соединены с системой питания гибкой магистралью, закрепленной на консоли, шарнирно соединенный с вертикальной опорой. Катушки индуктивности секторного индуктора установлены в сводовой секции с возможностью фронтального перемещения в радиальном направлении к валку. This is achieved by the fact that the unit for heat treatment, comprising a heating chamber with a stationary part and a removable arch, with gas burners located in the lower part of the chamber, the rotation mechanism of the roll, roller rests, the arch section with the sprayers placed on it, additionally contains a mechanism for moving the arch sections along the axis of rotation of the roll, a sector inductor, whose inductors are placed along the inner arc of the vault section, a variable frequency current generator, the output of which is connected to the coils nduktivnosti sector inductor, wherein the crest section is fixed to its moving mechanism pivotally to pivot in the plane perpendicular to the axis of rotation of the roll. The stationary part and the removable arch of the heating chamber consist of outer and inner casings, between which heat-insulating material, for example kaolin wool (fireclay) is placed. The inner casing is made of a heat-resistant alloy, for example, X18H10T. The sector inductor and sprayers are connected to the power supply system by a flexible line mounted on the console, pivotally connected to a vertical support. The sector inductor coils are installed in the arched section with the possibility of frontal movement in the radial direction to the roll.

На фиг. 1 представлен агрегат, продольный разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 сводовая секция с механизмом перемещения; на фиг. 4 нагревательная камера. In FIG. 1 shows an aggregate, a longitudinal section; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1; in FIG. 3 arch section with a movement mechanism; in FIG. 4 heating chamber.

Предлагаемый агрегат для термической обработки состоит из установленных на основании 1 механизма вращения валка, включающего привод 2 и шпиндель 3, в котором закрепляются шейка обрабатываемого валка 4, установленного на роликовые люнеты 5. Бочка валка 4 помещена в нагревательной камере 6, в нижней части которой установлены газовые горелки 7. The proposed unit for heat treatment consists of a roll rotation mechanism installed on the basis of 1, including a drive 2 and a spindle 3, in which the neck of the work roll 4 is mounted, mounted on roller rests 5. The roll barrel 4 is placed in the heating chamber 6, in the lower part of which gas burners 7.

Сводовая секция 8 закреплена шарнирно на каретке 9 механизма ее перемещения, которая перемещается по направляющим 10 вдоль обрабатываемого валка. На сводовой секции 8 установлены спрейеры 11 и секторный индуктор 12, которые через гибкую магистраль 13 соединены с системой питания 14, включающей генератор 15 тока переменной частоты и водопроводную сеть 16. Гибкая магистраль 13 подвешена к консоли 17, шарнирно закрепленной на вертикальной опоре 18 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Сводовая секция 8 может разворачиваться в плоскости, перпендикулярной оси вращения валка с помощью тяги 19. Нагревательная камера 6 состоит из стационарной части 20 и съемного свода 21, которые между собой скреплены зажимами 22. Съемный свод 21 имеет крюки 23, с помощью которых обеспечивается съем свода. Стационарная часть 20 и съемный свод 21 состоят из внешнего 24 и внутреннего 25 кожухов, в пространстве между которыми размещен теплоизоляционный материал 26. Агрегат содержит также конденсаторную батарею 27. The vault section 8 is pivotally mounted on the carriage 9 of the mechanism for its movement, which moves along the guides 10 along the work roll. On the arched section 8, sprayers 11 and a sector inductor 12 are installed, which are connected through a flexible line 13 to a power system 14, including a variable frequency current generator 15 and a water supply network 16. A flexible line 13 is suspended from a console 17 pivotally mounted on a vertical support 18 with the possibility of displacement in the horizontal plane. The vault section 8 can be rotated in a plane perpendicular to the axis of rotation of the roll using the rod 19. The heating chamber 6 consists of a stationary part 20 and a removable vault 21, which are fastened together by clamps 22. The removable vault 21 has hooks 23, by which the arch is removed . The stationary part 20 and the removable arch 21 consist of an outer 24 and an inner 25 casing, in the space between which is placed the insulating material 26. The unit also contains a capacitor bank 27.

Агрегат работает следующим образом. В исходном положении газовые горелки 7, секторный индуктор 12 и спрейеры 11 отключены, каретка 9 выведена за пределы области размещения валка, а сама сводовая секция 8 находится в положении, обозначенном на фиг. 3 пунктиром. Обрабатываемый валок 4 с помощью мостового крана устанавливается на роликовые люнеты 5. Шейка валка зажимается в шпинделе 3, с помощью того же крана съемный свод 21 устанавливается на стационарную часть 20. Съемный свод 21 и стационарная часть 20 соединяются между собой зажимами 23, включается привод 2 механизма вращения валка. Над частями валка 4, выступающими из нагревательной камеры, могут быть установлены дополнительные защитные экраны для уменьшения теплоизлучения. Далее включаются газовые горелки 7 нагревательной камеры 6. Бочка валка 4 подогревается до 450 500^оС со скоростью 10 20^оС в час.The unit operates as follows. In the initial position, the gas burners 7, the sector inductor 12, and the sprayers 11 are turned off, the carriage 9 is outside the roll placement area, and the arch section 8 itself is in the position indicated in FIG. 3 dotted line. The processed roll 4 is installed on the roller rests with the help of an overhead crane 5. The neck of the roll is clamped in the spindle 3, using the same crane the removable arch 21 is mounted on the stationary part 20. The removable arch 21 and the stationary part 20 are connected by clamps 23, the drive 2 is turned on rotation mechanism of the roll. Over the parts of the roll 4, protruding from the heating chamber, additional protective shields can be installed to reduce heat radiation. Next, the gas burners 7 of the heating chamber 6 are turned on. The barrel of the roll 4 is heated to 450 500 ^° C at a speed of 10 20 ^° C per hour.

Для обеспечения равномерного нагрева валок 4 вращается вокруг своей оси с угловой скоростью, при которой линейная скорость на поверхности валка равна 30 м/мин. После подогрева бочки валка 4 до 490^оС снимают съемный свод 21, сводовую секцию 8 перемещают к торцу бочки валка 4 и с помощью тяги 19 устанавливают в рабочее положение, при котором внутренняя поверхность секции устанавливается над поверхностью бочки валка, включается секторный индуктор и спрейеры. Секторным индуктором 12 поверхность валка 4 нагревается до 960^оС со скоростью 2 5^оС в секунду. Это обеспечивается тем, что угловая скорость вращения валка снижается до такого значения, при котором линейная скорость на поверхности валка становится равной 1 м/мин при зоне контакта индуктора с поверхностью валка длиной 1,5 м.To ensure uniform heating, the roll 4 rotates around its axis with an angular velocity at which the linear velocity on the surface of the roll is 30 m / min. After heating the roll body 4 to 490 ^{° C} is removed removable vault 21, the arched section 8 is moved to the end of the roll body 4, and via the thrust 19 is set to the operating position, in which the inner surface of the section is set over the surface of the roll body, included sectored inductor and sprayers. Sector inductor 12 the surface of the roll 4 is heated to 960 ^about With a speed of 2 5 ^about With per second. This is ensured by the fact that the angular velocity of rotation of the roll is reduced to a value such that the linear velocity on the surface of the roll becomes equal to 1 m / min when the contact zone of the inductor with the surface of the roll is 1.5 m long.

Направление вращения валка таково, что вначале с поверхностью валка контактирует индуктор, а затем спрейеры. За один оборот вокруг оси валка 4 механизм перемещения сводовой секции перемещает ее на 1/6 часть ширины зоны взаимодействия индуктора 12 с поверхностью валка 4. Нагретая секторным индуктором поверхность валка 4 охлаждается спрейерами 11 до 450 500^оС. Охлаждение до этой температуры обеспечивается длиной зоны воздействия спрейера и количеством подаваемой воды, скорость подачи которой регулируется вентилем на спрейерной головке. Так обрабатывается вся бочка.The direction of rotation of the roll is such that the inductor first contacts the surface of the roll, and then the sprayers. During one revolution around the axis 4 of the roll moving mechanism moves the arched section to 1/6 of the width of the impact zone of the inductor 12 with the surface of roll 4. The heated surface of a sector inducer roll 4 cooled sprayer 11 to 450 ^{500 °} C. Cooling to this temperature zone is provided by a length exposure to the sprayer and the amount of water supplied, the feed rate of which is regulated by a valve on the sprayer head. So the whole barrel is processed.

Вследствие того, что за один оборот вращения валка сводовая секция с индуктором и спрейерами перемещается на 1/6 ширины зоны воздействия индуктора, каждая точка поверхности валка за время обработки 6 раз подвергается высокотемпературному нагреву и быстрому охлаждению. Затем секторный индуктор и спрейеры отключаются, каретка 9 выводится за пределы валка 4 и устанавливается на место съемный свод 21 нагревательной камеры 6. Подача газа в газовые горелки 7 уменьшается настолько, чтобы температура в газовой камере поддерживалась на уровне 450^о в течение 3-х часов. После этого газовые горелки 7 выключают, снимают съемный свод 21, и валок 4 остывает до температуры окружающей среды, затем выключают привод 2 вращения валка, освобождают шейку валка из шпинделя и снимают валок с роликовых люнетов. Термическая обработка валка закончена. В результате такой термической обработки возрастает износостойкость валка, в 1,5 2,0 раза увеличивается его срок службы. Высокая твердость поверхностного слоя сочетается с повышенной ударной вязкостью вследствие мелкозернистой структуры. Наличие сводовой секции с размещенными на ее внутренней дуге катушками индуктивности секторного индуктора и на торце спрейеров при нахождении валка в стационарной части нагревательной камеры с включенными газовыми горелками, а также наличие механизма перемещения сводовой секции вдоль валка обеспечивают возможность реализации высокотемпературной термоциклической обработки со стабилизацией температуры подогрева.Due to the fact that in one revolution of the roll rotation, the vaulted section with the inductor and sprayers moves 1/6 of the width of the inductor impact zone, each point on the roll surface is subjected to high-temperature heating and rapid cooling for 6 times during processing. Then sectored inductor and sprayers are disabled, the carriage 9 is output outside of the roller 4 and set in place the removable vault 21 of the heating chamber 6. The gas supply to the gas burner 7 is reduced so that the temperature in the gas chamber was maintained at ⁴⁵⁰ for 3 hours . After that, the gas burners 7 are turned off, the removable arch 21 is removed, and the roller 4 cools to ambient temperature, then the roller rotation drive 2 is turned off, the neck of the roller is released from the spindle and the roller is removed from the roller rests. Heat treatment of the roll is completed. As a result of such heat treatment, the wear resistance of the roll increases, its service life increases by 1.5–2.0 times. The high hardness of the surface layer is combined with increased toughness due to the fine-grained structure. The presence of the vaulted section with sectorial inductor coils located on its inner arc and at the end of the sprayers when the roll is in the stationary part of the heating chamber with gas burners turned on, as well as the mechanism for moving the vaulted section along the roll provide the possibility of implementing high-temperature thermocyclic processing with stabilization of the heating temperature.

Выполнение съемного свода и стационарной части нагревательной камеры в виде сваренных наружного и внутреннего кожухов, между которыми размещен термоизолирующий материал, повышает надежность нагревательной камеры, так как при попадании из него воды внутренний кожух не разрушается. The implementation of the removable arch and the stationary part of the heating chamber in the form of a welded outer and inner casing, between which the thermally insulating material is placed, increases the reliability of the heating chamber, since when the water enters from it, the inner casing is not destroyed.

Так как обрабатываемые валки даже одного сортамента отличаются по диаметру бочки на 10 20 мм, с целью создания лучших условий для индукционного нагрева, катушки индуктивности секторного индуктора установлены в сводовой секции с возможностью фронтального перемещения к поверхности валка. Это может быть реализовано либо установкой на катушках фиксирующих упоров, с помощью которых выдерживается постоянное расстояние между центром катушки и поверхностью валка, либо разделением катушки на две части и шарнирном закреплении каждой части, как показано на фиг. 3 (пунктиром указывается положение частей при меньшем диаметре валка). Since the work rolls of even one assortment differ in barrel diameter by 10 20 mm, in order to create better conditions for induction heating, the sector inductor inductors are installed in the arch section with the possibility of frontal movement to the surface of the roll. This can be done either by installing fixing stops on the coils, with which a constant distance between the center of the coil and the surface of the roll is maintained, or by dividing the coil into two parts and hinging each part, as shown in FIG. 3 (the dotted line indicates the position of the parts with a smaller roll diameter).

Запитка секторного индуктора 12 и спрейеров 11 через гибкую магистраль 13, которая подвешивается к консоли 17, позволяет в значительной степени снизить нагрузку на каретку 9 и вследствие этого повысить точность перемещения в пространстве сводовой секции, что положительно влияет на качество термической обработки. В гибкую магистраль 13 включены кабель запитки катушек секторного индуктора 12, гибкие шланги для подачи воды в систему охлаждения индукционных катушек и в спрейеры 11. The feeding of the sector inductor 12 and the sprayers 11 through a flexible line 13, which is suspended to the console 17, can significantly reduce the load on the carriage 9 and, as a result, increase the accuracy of movement in the space of the arch section, which positively affects the quality of the heat treatment. The flexible line 13 includes a cable for feeding the coils of the sector inductor 12, flexible hoses for supplying water to the cooling system of the induction coils and in the sprayers 11.

Использование изобретения позволяет увеличить эксплуатационную прочность обрабатываемых валков в 1,5 2 раза в сравнении с прототипом. Using the invention allows to increase the operational strength of the machined rolls in 1.5 2 times in comparison with the prototype.

Claims

1. UNIT FOR THERMAL PROCESSING OF ROLLING LARGE ROLLS, containing a heating chamber with a casing and heat-insulating material in the form of a lower stationary part and a removable roof, gas burners located in the lower part of the chamber, a roller rotation mechanism, roller lunches, sprayers, characterized in that it equipped with an additional arch section with an internal arcuate surface, a mechanism for moving the section along the axis of rotation, a variable frequency current generator and a sector inductor, the coils of which are placed on the outside renney surface section and connected to the generator output, wherein the crest section is fixed to its moving mechanism to be rotatable in a plane perpendicular to the rotational axis of the roll.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the heating chamber is made with an inner casing, and the heat-insulating material located between the casing is made of kaolin wool.

3. The unit according to claims 1 and 2, characterized in that the inner casing is made of a heat-resistant alloy, for example, X18H10T.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the inductor coils are mounted on the arch section with the possibility of frontal movement in the radial direction to the axis of rotation of the roll.

5. The unit according to claim 1, characterized in that the inductor and the sprayers are made for connection to the power system by a flexible line, fixed by means of a console, pivotally connected to a vertical support.