SU1157085A1

SU1157085A1 - Method of cooling wire

Info

Publication number: SU1157085A1
Application number: SU833614090A
Authority: SU
Inventors: Гранник Гаврилович Траянов; Лариса Борисовна Петрова; Вадим Анатольевич Леонтьев; Юрий Иванович Липунов; Николай Федорович Клыгин; Станислав Алексеевич Терских; Исаак Израилевич Крычанский
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1983-07-01
Publication date: 1985-05-23

Abstract

СПОСОБ .ОХЛАВДЕНИЯ ПРОВОЛОЮТ, включакш1Ий подачу плоских струй охлаждающей жидкости с двух сторон проволоки, от л и ч а ю щ и и с тем, что с целью повышени равномер- , нойти охлаждени проволоки подачу. плоских струй производ т через движущийс вдоль проволоки поток охлаждающей жидкости со скоростъю ; превышающей скорость потока не менее чем в дес ть раз. (Л ел X) :лTHE COOLING METHOD CONDUCTED, including the supply of flat jets of coolant on both sides of the wire, from the wire so that in order to increase the uniformity, to cool the wire. flat jets are produced through a flow of coolant moving along the wire at a speed; no less than ten times the flow rate. (L ate X): l

Description

Изобретение относитс к термической обработке проката, а именно к охлаждению проволоки, прутка или катанки.The invention relates to heat treatment of rolled products, namely to the cooling of wire, bar or rod.

Известен способ охлаждени , приме н емый в устройствах дл охлаждени прутков или проволоки, представл ющих собой проходные камеры пр моугольного сечени 1J.A known cooling method used in devices for cooling rods or wires, which are passage chambers of rectangular section 1J.

Способ охлаждени в данных устройствах осуществл етс с помощью перпендикул рной подачи круглых струй, котора , как показал опыт, приводит к их разбрызгиванию при соударении или натекании на проволоку ИThe cooling method in these devices is carried out by means of the perpendicular feeding of circular jets, which, as experience has shown, leads to their splashing upon impact or leakage onto the wire AND

Однако услови теплообмена в различных точках поверхности проволоки по длине и периметру окружности неодинаковы, что приводит к снижению и зпсудшению равномерности охлаждени . Неравномерное охлаждение приводит к неодйнакоШ11м структурным превращени м по сечению и длине, последнее ухудшает качество полученных изделий.However, the heat transfer conditions at different points on the surface of the wire are not the same along the circumference and perimeter of the circumference, which leads to a decrease and deterioration in cooling uniformity. Uneven cooling leads to uneven structural changes in cross section and length, the latter impairs the quality of the products obtained.

Известен способ, в котором издели охлаждаютс в движущемс потоке воды в вод ных охлаждающих камерах, кажда из которых состоит из кольцевых разбрызгивающих сопел или провод щих труб з.There is a method in which the products are cooled in a moving stream of water in water cooling chambers, each of which consists of annular spray nozzles or conductive tubes.

Недостатком этих способов вл етс невозможность обеспечени , стабильного равномерного охлаждени по периметру изделий из-за различных условий теплообмена. Так при охлаждении проволоки S спокойной воде или провод пщх трубах возникает опасность снижени теплоотдачи на втдельнызс участках тфоволоки из-за скоплени и прилипани паровых пузырей, при этом может возникнуть технологический брак по структуре. .The disadvantage of these methods is the impossibility of providing stable and uniform cooling around the perimeter of the products due to different heat exchange conditions. So when cooling the wire S to calm water or wire pipes, there is a danger of heat loss in each area of the greenhouse due to the accumulation and adhesion of steam bubbles, and a technological defect may occur. .

Известен также способ, в котором дл охлаждени используют плоские струи .There is also known a method in which flat jets are used for cooling.

Однако при этом способе существует опаснос.ть выхода npoisonoKH из зоны орошени , так как из-за гидродинамических влений при обтекании цилиндра его положение относительно свободных струй вл етс неустойчивым . При обтекании цилиндра струей со свободными пове|рхност ми возникаю т/ел подъемна сила,- действуюо(а на цилиндр в зависимости От геометри ческИх параметров имеет различную величину и направление 5}, т.е.However, with this method, there is a danger of npoisonoKH escaping from the irrigation zone, since due to hydrodynamic phenomena when flowing around a cylinder, its position relative to free jets is unstable. When a jet flows around a cylinder with free surfaces, a t / el lift force occurs — it acts (and on the cylinder, depending on the geometrical parameters, has a different magnitude and direction 5}, i.e.

при короблении проволоки или катанки возможно возникновение условий вза-имиого отталкивани струи и издели . При этом изделие выходит из зоны интенсивного вод ного охлаждени и дальнейшее его возвращение в эту зону затруднено из-за сохран ющегос в этой области отталкивающего режима . Кроме этого, при обтекании цилиндра струей со свободной поверхностью возможно образование отрыва , струи от поверхности издели , что приводит к образованию в этом месте паровой области.When a wire or wire rod is warped, the conditions for the mutual repulsion of the jet and the product may occur. At the same time, the product leaves the zone of intense water cooling, and its further return to this zone is difficult due to the repulsive regime preserved in this area. In addition, when a stream with a free surface flows around the cylinder, the formation of a separation from the surface of the product is possible, which leads to the formation of a vapor region in this place.

.Недостатки этого способа охлажде . ни не позвол ют устойчиво обеспечить равномерное по периметру охлаждение издели с -требуемой скоростью. Из-за этих причин возможно возникновение большой неоднородности и технологического брака по структуре и механИческим свойствам изделий.The disadvantages of this method of cooling. They do not allow stable cooling of the product with the required speed along the perimeter. Due to these reasons, large heterogeneity and technological defects in the structure and mechanical properties of products are possible.

Цель изобретени - повьшение равномерности охлаждени по длине и периметру проволоки.The purpose of the invention is to increase the uniformity of cooling along the length and perimeter of the wire.

Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу охлаждени , включак цему подачу плоских струй охлаждающей жидкости с двух сторон проволоки, подачу плоских струй производ т ерёз движущийс вдоль проволоки поток охлаждающей жидкости ро скоростью, превышающей скорость потока не менее, чем в дес ть ра.This goal is achieved by the fact that according to the cooling method, including the supply of flat jets of coolant from both sides of the wire, the flow of flat jets is produced by a flow of cooling fluid moving along the wire with a speed exceeding the flow rate of no less than ten ra.

В этом случае на расположенное в зоне струй круглое изделие деиствуют силы, стабилизирувмцие его в плоскости струй таким образом, что обеспечиваетс безотрывное обтекание по всему периметру издели . Как известно скоростной профиль затопленных струй Имеет колоколообразный характер с максимумом на оси струи.. При перемещении круглого изделИ -, в затопленной струе от ее оси всегда возникает разница скоростей на поверхности издели , причем на поверхности , расположенной ближе к оси струи, скорость больше и в соответствии с законом Бернулли давление меньше, чем иа поверхности, более уда енш}й от оси струи. Эта разница давлений приводит к возникновению усили , действующего иа изделие и направлеКиое к оси струи.In this case, on a round product located in the zone of the jets, the forces stabilize it in the plane of the jets in such a way that a continuous flow around the entire perimeter of the product is ensured. As is known, the velocity profile of submerged jets. Has a bell-shaped character with a maximum on the jet axis. When a round piece is moved, in the submerged jet there is always a difference in velocity on the surface of the product, and on the surface closer to the jet axis According to the Bernoulli law, the pressure is less than that of the surface, more removed} from the jet axis. This pressure difference leads to the formation of a force acting on the product and directed to the jet axis.

Потоки жидкости, обтекающие цилиндрическое тело, помещенное в пограничтдй слой затоплеиной струиFluid flows around a cylindrical body placed in a border layer of a floodwater jet

(область перемешивани ), можно представить как сумму равномерного и циркул ционного-потока. Из гидродинамики известно, что при циркул ционном обтекании цилиндра возника ет подъемна сила, направление и величину которой можно легко определить Сб J.(mixing area), can be represented as the sum of a uniform and circulation flow. It is known from hydrodynamics that when circulating around a cylinder, a lift force arises, the direction and magnitude of which can be easily determined.

Кроме подъемной силы к оси струи, на цилиндрическое тело, помещенное в поперечный-поток в зкой жидкости, действуют силы трени , направленные вдоль оси струи. Суммарное действие этих сил всегда оказываетс направленным к точке встречи двух плоских струй. В этой точке равнодействующа всех гидродинамических сил, действующих на круглое изделие, равна нулю, т.е. тело находитс в услови х гидродинамического равновеси .. Отклонение издели в любую сторону от этой точки вызьшает по вление усилий, возвращающих изделие в точку встречи струй, в которой .обеспечиваетс безотрывное обтекание его поверхности.In addition to the lifting force to the jet axis, friction forces directed along the jet axis act on a cylindrical body placed in a cross-flow of a viscous fluid. The combined action of these forces is always directed towards the meeting point of two flat jets. At this point, the resultant of all hydrodynamic forces acting on a circular product is zero, i.e. the body is in hydrodynamic equilibrium conditions. The deviation of the product in any direction from this point causes the occurrence of forces returning the product to the meeting point of the jets, in which a continuous flow around its surface is provided.

При значени х отношени скорости поступающих на охлалздение вод ных плоских струй к скорости течени продольного потока меньших обеспечиваетс необходима стабилизаци издели и его безотрывное обтекание, что ухудшает равномерность охлаждени и затруднит удаление паровых пузырей.With the values of the ratio of the speed of water flowing to the cooling of flat water jets to the flow rate of the longitudinal flow of smaller ones, the product needs to be stabilized and its flow around the air, which worsens the cooling uniformity and hampers the removal of steam bubbles.

Предлагаемый способ заключаетс в следующем.The proposed method is as follows.

Организуетс подача воды через сопла на направл ющие, изогнутые прд углом 90, при этом образуютс плоские струи. Перекрьюают 1/3 часть .или полностью нижние сливные отвврсти , при этом повышаетс уровень воды, который закрывает охлаждаемое изделие и плоские струи поступают в образованный движущийс вдоль проволоки поток воды, который стекает через передний и задний кра желоба в поддон. При осуществлении способа обеспечиваетс превышение скорости истечени струй из сопел над скоростью продольного потока не менее, чем в 10 раз.Water is supplied through nozzles to rails curved with an angle of 90, and flat jets are formed. Overlap 1/3 of the or completely lower drainage holes, thereby increasing the level of water that closes the product to be cooled and flat jets enter the flow of water formed along the wire, which flows through the front and rear edges of the gutter into the sump. In the implementation of the method, the outflow rate of the jets from the nozzles is exceeded by the speed of the longitudinal flow by no less than 10 times.

На фиг. 1 изображено взаимодействие потоков с охлаждаемьм изделием на фиг. 2 - один из вариантов peaлизации предлагаемого способа охлаждени в устройстве, на 4, 3 - сечение А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - температурна зависимость дл способа охлаждени в плоских стру х, на фиг. 5 - то же,-в спокойной воде в ванне, на фиг. 6 - то же, дл охлаждени затопленными стру ми в потоке воды.FIG. 1 shows the interaction of the flows with the cooling article in FIG. 2 is one of the variants of the realization of the proposed method of cooling in the device, on 4, 3 is section A-A in FIG. 2, in FIG. 4 shows a temperature dependence for a cooling method in flat streams; FIG. 5 - the same, in calm water in a bath; in FIG. 6 - the same for cooling with submerged jets in a stream of water.

В ванне со свободной поверхностью жидкости 1 и днищем 2 за счет ввода в ее объем двух встречных плоских струй охлаждающей жидкости возникают потоки со .скоростными пол ми 3 (сечение в месте ввода струй в объем ванны) и 4, соответствующими скоростному полю затопленных струй. На ци-:;линдрическое изделие 5, помещенное в область струйных потоков, действует подъемна сила F , направленна в соответствии с циркул цией жидкости Б всегда к оси струй, и сила трени ff , направленна к линии соударени встречных струй. Равнодействующа FP этих гидродинамически сил всегда направлена к оси струй и равна нулю только при расположении издели на линии встречи струй, котора при равном начальном импульсе струй располагаетс на одинаковом рассто нии от сопел.In the bath with the free surface of the liquid 1 and the bottom 2 due to the introduction into its volume of two opposing flat jets of coolant, flows arise with speed fields 3 (cross section at the point where the jets enter the volume of the bath) and 4 corresponding to the velocity field of the submerged jets. On chi -:; lindric product 5, placed in the region of jet streams, a lifting force F acts, directed in accordance with the circulation of fluid B, always to the axis of the jets, and the frictional force ff, directed to the collision line of the opposing jets. The resultant FP of these hydrodynamic forces is always directed toward the axis of the jets and is zero only when the product is located on the junction line of the jets, which, at the same initial impulse of the jets, is located at the same distance from the nozzles.

Реализаци предлагаемого способа охлаждени в потоке воды с затопленными стру ми заключаетс в образовании потока воды в работающих секци х - камерах-желобах в зстройстве.The implementation of the proposed method of cooling in a stream of water with submerged jets consists in the formation of a stream of water in the operating sections — chambers-chutes in the structure.

Многониточное устройство, предназначенное дл одновременного охлаждени нескольких параллельных ниток движущейс проволоки, представл ет собой ванну 6, разделенную вертикальными перегородками 7, которые образуют дл каждой нитки отдельные камеры-желоба 8 пр моугольного сечени . Кажда камера-желоб 8 содержит сопла 9 дл подачи охладител и изогнутые на 90 по радиусу пластины с острьми кромками на выходном конце 10. В днище ванны располагаютс сливные отверсти 11. Дл обеспечени условий создани продольного потока воды сливные отверсти снабжены регулирующими устройствами 12.The multithreaded device intended for simultaneous cooling of several parallel threads of a moving wire is a bath 6 divided by vertical partitions 7 which form separate chambers 8 of rectangular section for each thread. Each trough chamber 8 contains nozzles 9 for supplying a cooler and radially bent 90 radius plates with sharp edges at the outlet end 10. Drain holes 11 are located in the bottom of the bath. To ensure the conditions for creating a longitudinal flow of water, the drain holes are equipped with regulating devices 12.

При ос;ш1ествлении способа охлаждени затопленными стру ми в потоке воды запорными и регулирумцим устройствами перекрывают полностью или частично СЛИ9 воды через нижние сливные отверсти . За счет зтого в секци х повышаетс уровень воды котоS рый закрывает охлаждаемое изделие и образуетс движущийс продольный поток воды, который стекает через передний и задний край камеры-жело ба в поддон. Подобна схема оклажд НИН проволоки обеспечивает устойчивый посто нный режим охлаждени и воспроизводимость- результатов при заданных режимных параметрах и тип-а обрабатываемой проволоки. Исследовани ми было установлено что наиболее эффективным и обеспечивающим стабильные результаты вл етс способ охлаждени в потоке с затопленными стру ми воды. Из графиков, приведенных дл од них и тех же режимных параметров (расход охладител - 0,4-0,8 м-/ч скорости движени проволоки --0,09 м/с и диаметр проволоки мм) видно, что дл температурного интервала .750-500 С, наиболее важного с точки зрени техно логии, врем охлаждени дл способ в плоских стру х составл ет 2,54 ,8 с, дл спокойной воды 1,1-2,0 и дл предлагаемого способа 0,71 ,0 с. Это в свою очередь определ ет технологическую стабильность Очевидно, что наилучша стабиль ность результатов имеет место при предлагаемом способе (фиг. 5). Соответственно имеем и следующи диапазоны изменени скорости охлаж ни : 100-52, 230-125 и 360-250 /с Выход проволоки из зоны омыванк отсутствует при использрванииWhen operating the method of cooling with flooded jets in the water flow, the shut-off and regulating devices shut off the water completely or partially through the bottom drain holes. Due to this, the water level in the sections raises the cooled product and a moving longitudinal flow of water is formed, which flows through the front and rear edge of the chamber-yellow into the pan. A similar scheme of cooling NIN wire provides a stable constant cooling mode and reproducibility of the results for the given operating parameters and type-a of the wire being processed. Studies have found that the most efficient and stable results is a method of cooling in a stream with submerged jets of water. From the graphs shown for the same operating parameters (coolant flow rate — 0.4–0.8 m- / h of wire speed — 0.09 m / s and mm wire diameter), it can be seen that for the temperature range. 750-500 ° C, the most important from the point of view of technology, the cooling time for the method in flat jets is 2.54, 8 s, for calm water 1.1-2.0 and for the proposed method 0.71, 0 s . This, in turn, determines the technological stability. Obviously, the best stability of the results occurs with the proposed method (Fig. 5). Accordingly, we have the following ranges for changing the cooling rate: 100-52, 230-125 and 360-250 / s. There is no wire exit from the omyvank zone when using

У/ж-9U / W-9

ЛL

Фи 5 затопленных струй в потоке воды. Требуемый уровень -воды в устройстве устанавливаетс за счет определенного Соотношени между скоростью поступающих на охлаждение вод ных плоских струй и максимальной скорости течени продольного потока. Пример. Дл осуществлени предлагаемого способа охлаждени затопленными стру ми в потоке воды 1/3 часть всех отверстий 11 закрываетс с помощью запорных устройств и механизмов 12.- Проволока 5 определенного диаметра (например, 6 мм), нагрета до температуры, задаваемой по технологии (например, 950С), подаетс из печи в камеры 8, где за счет увеличенной подачи охладител к закрыти части сливных отверстий создаетс продольньй вод ной поток высотой -10 мм. Количеством рткры- тых сливных отверстий регулируетс прежде всего соотношение между скорост ми поступающих.на охлаждение вод ных плоских струй и ма1 симальной скорости течени продольного подпорного потока и устанавливаемый вследствие их взаимодействи необходимьй уровень воды в устройстве на 5-10 мм выше уровн охлаждаемых изделий. Использование предлагаемого споЬоба позвол ет повысить равномерность ;охлаждени проволоки по ее дАйне и ;периметру и за счет этого повысить . качество проволоки.Phi 5 submerged jets in a stream of water. The required level of water in the device is determined by a certain Ratio between the speed of the water jets arriving for cooling and the maximum flow rate of the longitudinal flow. Example. To implement the proposed method of cooling with submerged jets in a stream of water, 1/3 of all openings 11 are closed using locking devices and mechanisms 12. A wire 5 of a certain diameter (for example, 6 mm) is heated to the temperature set by technology (for example, 950 ° C ), is supplied from the furnace to the chambers 8, where, due to the increased supply of the cooler, a longitudinal flow of -10 mm is created to close part of the drain holes. The number of open-mouth drain holes is primarily governed by the ratio between the speeds of the incoming water for cooling the flat water jets and the maximum speed of the longitudinal supporting flow and the required water level in the device is 5-10 mm higher than the level of the cooled products. The use of the proposed method makes it possible to increase the uniformity, to cool the wire along its length and to the perimeter and thereby increase it. wire quality.

Фиг.22

12 12

/гЗ 4 Врем - 8 ( л(, с ФигМ/ g3 4 Time - 8 (l (, with FigM

Врем охлаждени , с Фиг,6Cooling time, with FIG. 6

Claims

METHOD OF COOLING THE WIRE, including the supply of flat jets of coolant from two sides of the wire, with the aim of increasing the uniformity of cooling the wire, feeding, flat jets through a moving stream of coolant moving along the wire with speed; exceeding the flow rate not less than 'ten times.

1 1157085-2