ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Настоящее изобретение имеет отношение к методу, установке и линии для очистки и полирования ленточного и листового проката из черных и цветных металлов и сплавов, которые могут найти применение в металлургии, металлообрабатывании и машиностроении для очистки окалины и ржавчины, удаления поверхностных дефектов, шлифования и полирования.

ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ

Удаление (очистка) окалины и ржавчины является большой проблемой для металлургии, металлообработки и машиностроения. До настоящего момента большинство крупных прокатных цехов на металлургических комбинатах и метизных (металлообрабатывающих) заводов оборудованы современными установками для химического (травления) снятия окалины. Учитывая негативное влияние кислот (серной и соляной) на организм человека и на окружающую среду, проблема является чрезвычайно актуальной.

Очевидно, что будущее за нехимическими методами, среди которых более значимыми являются:

- Дробеметные технологии [1, 2, 3], при которых дробеметное колесо (турбина) приводится в движение высокооборотным двигателем. Дробинки подаются (гравитационно) на лопасти дробеметного колеса и выстреливаются к поверхности обрабатываемого изделия со скоростью 80-100 m/s. Основными недостатками дробеметной технологии являются: высокий расход энергии, высокий расход металлической дроби из-за ударного (наклепа) разрушения дробинок, образования наклепа на обрабатываемую поверхность, что является негативным для листового проката, подвергаемого последующему холодному редуцированию (вальцовки), невозможность очистки лент (листов) проката меньше 5 mm толщины из-за усадки (смягчения удара) тонкого проката и появления вибраций. Метод производства вальцованной стальной ленты, при котором очистка окалины осуществляется путем первоначального дробления окалины, после чего лента подвергается растягиванию, чтобы удлиннить ее, после чего измельченная окалина полностью удаляется. Устройство, реализующее метод, включает в себя последовательно расположенные по пути движущейся ленты: дробилка окалины, работающая на растяжение, устройство для правки и удлиннения ленты не менее чем на 7 процентов и последующее устройство с проволочными щетками для полной очистки [4]. Недостатком этого решения является то, что он применим после производства горячо вальцованной ленты, перед процессом холодного редуцирования. Применение проволочных щеток или так называемых иглофрезерных голов приводит к тому, что в результате относительно постоянного контакта скребущих кромок игл они быстро изнашиваются, что уменьшает эффект воздействия. Этот недостаток в сочетании с заполнением пространств между отдельными иглами окалиной требует частую смену иглофрезерных голов, что в свою очередь делает процесс неэффективным. - Методы абразивно-порошковой обработки (АПО) в том числе с применением магнитного поля (МАО). Устройство, реализующее метод (АПО) в соответствии с [5] состоит из рабочей камеры, в которую установлено несколько рядов прижимающих механизмов, обеспечивающих прижим феромагнитного абразивного порошка (ФАП) к двум сторонам очищающей ленты, которая двигается с определенной скоростью и таким образом осуществляется процесс очистки. Устройство, реализующее метод МАО, в соответствии с [6] состоит из воронкообразного стакана, изготовленного из немагнитного материала, который заполнен феромагнитным абразивным порошком (ФАП) и катушки. При подаче электричества на катушку магнитный порошок, находящийся внутри воронки затвердевает и превращается в абразивный круг, который, вращаясь, очищает проходящую ленту. Недостатком этого метода и устройства является относительно постоянный контакт ФАП с зачищающей поверхностью и смешивание порошка с окалиной, что в конечном счете не может гарантировать хорошее очищение и прежде всего этот метод не может быть использован для очистки проката с преимущественно магнитными свойствами из-за засорения пылью намагниченной поверхности ленты, что делает этот процесс практически неприменимым для полной очистки. По этой причине он применяется в основном для предварительной очистки, после чего окончательно ,,yмывaeтcя" посредством травления кислотой при уменьшенной мощности ванн и достаточном времени для прохождения ленты через них.

- Известен метод для поверхностной обработки ленточного или листового материала, при котором непрерывный воронкообразный вихревой поток рабочих тел, образованный центробежной силой крутящихся тел, направляется к обрабатываему материалу, поток подается путем трения при скольжении между периферией образовавшей его крутящейся конусной ванной и движущимся непрерывно рядом с ней материалом, при чем воронкообразному вихревому потоку, респективно конусной ванне, передается осцилирующее движение в поперечном направлении движущемуся ленточному и листовому материалу [7].

- Известно также и устройство, осуществляющее метод [7], которое состоит из вертикальной полой оси с установленной на ней крутящейся стаканообразной конусной ванной, периферия которой расположена вблизи и паралельно очищаемому материалу, при чем конусная ванна обрамлена открытой в верхнем конце собирательной камерой, установленной вместе с полой осью на подвижной платформе и свазанной с собирательной камерой посредством транспортно-охлаждающей и фильтрующей системы, а параллельно с двух сторон движещемуся ленточному и листовому материалу расположены регулируемые плиты. В вариантном выполнении платформа связана с осцилирующим механизмом и посредством горизонтальных и вертикальных направляющих салазок - с основой устройства.

Недостатками известного метода являются:

- Несопоставимость характеристик верхнего и нижнего воронкообразного вихревого потока;

- Различное качество очистки верхней и нижней поверхности обрабатываемого материала;

- Повышенное трение и соответственно низкая износостойкость конструкции;

- Трудное извлечение отработанной дроби. Недостатками устройства, осуществляющего известный метод являются:

- Недостаточная периферийная скорость металлической обрабатывающей дроби, из-за короткого времени для ее увлечения, тоесть ее контакта со стеной крутящейся верхней конусной ванны;

- Под действием сил тяжести дробинки перемещаются вниз и не получают необходимую силу прижимания к поверхности, которую нужно очистить, так как из-за обратного наклона ванны центробежная сила старается продвинуть их ввверх;

- Наличие контакта металлической дроби с предусмотренным неподвижным отражателем создает дополнительное сопротивление и возможность для быстрого износа; - Не решена проблема возвращения дробинок вниз через полую ось нижней ванны; Отсутствует устройство для поддержания необходимого уровня дробинок в ванной;

Ненадежным является дросселирование процесса из-за возможности поднятия листа вверх, при чем увеличивается зазор (δ) между торцом нижней ванны и обрабатываемым листом, вследствие чего получается спонтанный выброс дробинок.

ТЕХНИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в создании метода, установки и линии для очистки окалины и ржавчины, полирования ленточного и листового проката из черных и цветных металлов и сплавов, который позволил бы избежать возможно в большей степени существующие недостатки известных для этой цели методов и машин (установок), обеспечив одновременную обработку двух поверхностей проката при его прохождении через установку.

Другая цель изобретения - обеспечить восстановление режущих кромок рабочей дроби при помощи непрерывного движения дробинок в зоне обработки.

Поставленные задачи решены при помощи предлагаемого метода для очистки ленточного и листового проката из черных и цветных металлов и сплавов, который включает в себя: а) поступательное прохождение проката перпендикулярно между двумя текущими в противоположном направлении, центробежно, однонаправленно или разнонаправленно приводимых в движение слоев рабочей дроби, при чем: б) оба центробежных слоя расположены по горизонтали и имеют конусовидную форму, которая по периферии переходит в обрабатывающие цилиндрические венки, направленные друг к другу, в торцах которых в) вмонтировано более двух дросселей, из которых г) непрерывно выводится работающая дробь и отработанные частицы проката при чем д) непрерывно восстанавливаются режущие кромки дробинок и е) регулируется давление и температура при помощи плавного превращения потенциальной энергии давления в кинетическую энергию вытекания, при чем ж) при равенстве количества дроби и угловых скоростей двух слоев они поддерживают равномерный двухсторонний нажим на поверхность проходящего проката, что з) не позволяет перемещение к торцам одного или другого венка, уменьшая давление и их износ. Предложенный метод реализуется з установках для очистки лент и листового проката и на линиях, где технологически связано более одной установки, обеспечивающие выокую скорость очистки и полирования при оптимальном качестве.

Установка для очистки лент и листового проката включает в себя два горизонтально связанных между собой соосных корпусов в каждом из которых установлен подшипниковый узел левого ротора и аналогический по форме правый ротор с коническими камерами, которые в своем большом диаметре переходят в цилиндрические венки с вмонтированным в их торцах оптимальным числом симметрически расположенных накладок с вмонтированными к ним дроссельными элементами, при чем между ними перпендикулярно оси роторов проходит обрабатываемый прокат. Обе камеры имеют самостоятельный привод при помощи передачи с возможностями для изменения скорости и направления вращения и обиты изнутри эластическим покрытием. В рабочей конусной части камер вмонтированы регуляторы уровня, которые можно налаживать. В нижней части левого и правого корпуса выполнены отверстия с дросселями для выведения дроби и эжекторы (вентиляторы) или транспортные ленты для подачи к загружающе-охлаждающих бункерам и от них обратным путем в камеры через наглухо прикрепленным к их боковым крышкам желобам. В крышках вмонтированы и всасыватели для выведения окалины и отработанных частиц к циклонному или другого типа сепаратору, связанному с фильтром для окончательной очистки воздуха.

Предложена линия для скоростной очистки и полирования ленточного и листового проката, которая состоит более чем из одной установки, ,,кacкaднo" связанных для получения оптимального мультиплицирующего эффекта производительности и качества очистки (полирования при необходимости), посредством управления угловых скоростей и направлений вращения роторов и их связи со скоростью и тяговой силой проходящего через них проката.

Одним из преимуществ предложенного изобретения является то, что обеспечивается двухстороннее равномерное прижимание (давление) дробинок к двум поверхностям проходящей ленты (листа), что находит благоприятное отражение на трех важных эксплуатационных параметрах - равномерном качестве очистки поверхности, уменьшении трения из-за ,,плaвaния" проката в рамках заданного люфта, не прижимая преимущественно к торцам левого или правого цилиндрического венка и их замедленном равномерном износе. Наряду с этим обеспечивается надежное дросселирование центробежно ускоренных слоев, при чем дроссели надежно прикреплены к торцам цилиндрических венков крутящихся роторов, и таким образом дробинки, находящиеся в камерах дросселей, вытекают плавно (внутреннее трение) в радиальном направлении, прижатые к обрабатываемому прокату и одновременно осуществляют главное рабочее движение по окружности с максимальной периферийной скоростью, после чего поступают в неподвижную камеру корпусов и выводятся обратно в крутащиеся роторы, обеспечивая эффективное охлаждение и восстановление режущих кромок. Рабочая зона двух роторов напоминает своеобразную ,,тypбинy", которая использует переданную энергию ,,внyтpи" себя для осуществления полезной работы (очистки) и только одна маленькая остаточная часть энергии используется для ,,выcтpeливaния" дробинок из рабочей зоны после завершения полезной работы. Это обусловливает и высокий КПД метода и установки по сравнению с дробеметными технологиями и установками, при которых еще в самой турбине (от внутреннего трения в лопастях) расходуется значительная часть энергии, при чем изнашиваются интенсивно сами лопасти. Имея ввиду и последующее неполное усвоение энергии струйного потока, направленного к обрабатываемому объекту, еще сильнее подтверждаются преимущества предложенного изобретения по сравнению с дробеметной технологией.

Другим преимуществом метода и установки является качество обрабатываемой поверхности проката и возможность получения оптимального микрорельефа, что постигается высокими скоростями резания (соизмеримыми с теми при шлифовании и полировании) и направлением вращения роторов в одной или более установках, свазянных в технологической линии, что сочетается и с меньшим расходом энергии для прохождения проката между рабочими венками роторов, которые при определенных условиях (направлением вращения и давления) облегчают тягловую силу проходящего между ними проката.

Комплесное действие указанных качеств порождает другое существенное преимущество - энергосберегающий продукт с низкой себестоимостью и экологической безопасностью.

ОПИСАНИЕ ПРИЛОЖЕННЫХ РИСУНКОВ

Рис. 1 - вид спереди установки для очистки с вертикальным прохождением ленточного (листового) проката;

Рис. 2 - вид слева направо установки с частичными разрезами;

Рис. 3 - Горизонтальный разрез A-A;

Рис. 4 - Частичный разрез рабочей зоны с обозначениями действующих скоростей, давлений и сил; Рис. 5 - Схема технологической линии с более чем одной установкой. ПРИМЕРЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

На рисунках 1, 2, 3 и 4 показана примерная конструкция установки для очистки ленточного (листового) проката. Установка состоит из левого корпуса 2 и правого корпуса 3 с одинаковыми геометрическими параметрами, симметрически расположенными в горизонтальном положении, в которых один против другого расположены левый ротор 4 и правый ротор 5, которые в большом диаметре переходят в цилиндрические венки с подшипниками соответственно 9, 10, 11 и 12 приводимых в движение при помощи электродвигателей 13 и 14. На торцах цилиндрических венков друх роторов вмонтировано оптимальное число накладок 6 в которые смонтированы соответственно левые дроссели 7 и правые дроссели 8. Роторы оснащены симметрически вмонториванными механическими регуляторами уровня дробинок 36, которые можно налаживать. В нижнем конце двух корпусов высверлены отвестия 15 и 16 с регулируемыми кранами соответственно 17 и 18, которые связаны с эжекторами 19 и 20. На соответствующем уровне слева и справа расположены загружающие бункеры 21 и 22, которые свазаны с желобами 23 и 24. Наглухо к крышкам корпусов (они не показаны) установлены всасыватели 25 и 26 для выведения окалины и отработанных дробинок к сепарирующе-аспирационной системе (она не показана на рисунках). Оба корпуса связаны четырьмя несущими винтами 27, 28, 29 и 30, которые при помощи вмонтированной неподвижной гайки 31, люфта 32 и винта с четырехгранной головой 3, осево наглухо к корпусу 33 устанавливают рабочее (прохождение проката определенной толщины δ) пространство между ними. В нижнем и верхнем концах между корпусами вмонтированы золотники 34 и 35 для настройки по ширине ленты - универсальное выполнение для мелкого серийного производства. Роторы 4 и 5 по своей внутренней поверхности обиты износостойким эластическим материалом (каучук), который содействует лучшему прикреплению (сцеплению) ближайшего ряда дробинок и их увлечению во вращательное движение, образуя центробежно уплотненный слой.

На рис.5 показана принципиальная схема технологической линии более чем с одной установкой (вид сверху), которая содержит определенное число установок (sl, s2,..., sп) между роторами которых проходит вертикально обрабатываемый прокат (1), приводимый в движение роликами (2), (3), ..., (п). Линия предназначена для массового производства лeнтoчнoгo(лиcтoвoгo) проката с определеной шириной (H), из-за чего диаметры роторов и их цилиндрические венки с вмонтированными в них дросселями равны ширине обрабатываемой ленты, т.е. без золотников для изменения ширины, что повышает эффективность метода - исчезает необходимость их частой замяны (из-за о

износа), а энергия в рабочей зоне полностью уходит на очистку. Линию успешно можно встроить в прокатные станки для холодного вальцевания с конечным продуктом - лента рулонами или листами определенной длиной, нарезанными и уложенными в пакеты на выходе установленного для этой цели устройства.

ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка работает следующим образом: обрабатываемый ленточный прокат (1) проводится в заранее настроенном (при помощи винтов 27, 28, 29 и 30) пространстве между двумя связанными корпусами (2) и (3) и торцами цилиндрических венков роторов (4) и (5) с встроенными в них левыми дросселями (7) и правыми дросселями (8), так образуются два самостоятельно работающие блока с центробежными камерами (А) и (В) и собирательно выводящими камерами (С) и (Д), потом последовательно приводятся в движение роторы (4) и (5) при помощи двигателей (13) и (14) и прохождения проката (1) со скоростью V, приводимого в действие тягловыми устройствами ( они не показаны на рисунках). Одновременно с этим к заранее заряженном стартирующем количестве дроби (равном) в двух камерах (А) и (В), посредством желобов (23) и (24) в камеры загружается рабочая (циркулирующая) дробь с равным дебитом двух желобов. Таким образом количество дроби, находящейся в двух блоках, всегда в одинаковом количестве в каждом из них. Из желобов (23) и (24) дробь проходит через транспортную зону (а), переходную зону (в) и поступает в главную рабочую зону (37) и (38) цилиндрических венков, при чем в нижней части элементарная сила веса dG сориентирована по направлению элементарной центробежной силы dф, поэтому дробинки всегда стремятся прижаться надежно к стенкам камер (А) и (В), увлечься во вращательном движении и через наклоны (а) и (в) скользнуть к главным рабочим зонам (37) и (38), увеличивая плотность и давление образовавшихся центробежных слоев, что является основным требованием для эффективной очистки. В следствии равенства геометрических параметров камер (А) и (В) и при заданных равных величинах главных эксплуатационных параметров - угловая скорость и количество дробинок, давления будут всегда равными Pл=Pд и при равных поверхностях Fл=Fд, следует равенство двух противодействующих сил Nл=Nд=Pл.Fл=Pд.Fд, что обеспечивает равномерное качество очистки двух поверхностей, уменьшение трения и тепла, выделяемого торцевыми поверхностями дросселей (7) и (8) и поддерживающих их накладок (6), не препятствуя трению дроби по обрабатываемым поверхностям проката в главных рабочих зонах (37) и (38). Непрерывное восстановление режущих кромок дробинок обеспечивается выводом их по х и г направлениям со скоростями соответственно (V лх ,Vдx) и (V лr, Vдr), которые являются функцией давления (Рл и Рд), внутреннего трения и пропускательного сечения дросселей. Главное рабочее движение (Vрл) и (Vрд), осуществляет свою работу (очистку) в сочетании с радиальным вытекающим движением (Vлг,Vдr) дроссельных зазоров, что увеличивает эффект очистки. Износостойкость резиновых покрытий гарантируется сущностью процесса рабочей зоны и конкретнее движением дробинок по х и г, которое движение (скорости) по поверхности резинового покрытия - точек (Кл) и (Кд) приближается к нулю и увеличивается с их отдалением от этой поверхности. После вытекания из дросселей (7) и (8) дробь попадает соответственно в камеры (С) и (Д) и через отверстия (15) и (16) и краны (17) и (18), через эжекторы (19) и (20) транспортируется к загружающим бункерам (21) и (22) и из них обратно гравитационным путем в желоба (23) и (24) и соответственно камеры (А) и (В), а количество дроби, находящееся в них, контролируется регуляторами (36), которые возвращают лишнюю дробь обратно в камеры (С) и (Д), а окалина и отработанные частицы выводятся при помощи всасывателей (25) и (26) в аспирационную систему - она не показана на рисунках.

Действие линии следующее: лента (1) поступает из предшествующего модуля на прокатный станок или разматывающее устройство - они не показаны на рисунке и проходят последовательно через установки (sl, s2, ..., sп), двухсторонне обрабатываемая дробью в цилиндрических венках каждой пары роторов и одновременно приводимая в движение ими (комбинация из их направления вращения) и вспомогательными роликами (2), (3), ..., (п) со скоростью V.

Эффективность (производительность) и качество (EK) обработки (очистка, шлифование и полирование последовательно, в зависимости от характеристик дробинок и периферийных скоростей роторов отдельных установок) заложены программой в управлении линией и являются функцией:

EK = f (s _n , ω _nл , ω _nд , Q _nл , Q _nд , M _nл , M _nд , K _n , V), где:

S _n - число установок; - ω _nл , ω _nд - угловые скорости роторов, которые могут варьировать в определенном диапазоне, но всегда равны между собой в любой отдельно выбранной установке;

Q _ш i, Qпд - количество дроби соответственно в левых и правых камерах отдельных установок, при чем в каждой из них, взятой в отдельности, они равны между собой;

M _nл , Мв _д - моменты трения, соответственно в левых и правых цилиндрических венках; K _n - характеристики дроби (геометрические, механические и други), при чем для любой отдельно взятой установки они одинаковы; V - m/miп - скорость прохождения.

Очевидно, что возможность для реализации высоких скоростей обработки практически не ограничена, при высоком качестве, в том числе и желанного микрорельефа поверхностей, через оптимизацию и мультиплицировании множества параметров, при чем получается своеобразный ,,кacкaдный" эффект.

Литература

1. Техническая оферта N° 9642-JTD1478 - "Whееlаbrаtоr Соrроrаtiоп", САЩ.

2. Описание дробеметной машины 22/5-2008, ROSLER, Германия.

3. Техническая оферта N°4053/90, TAUSS, Австрия.

4. Метод и устройство для производства вальцованной металлический ленты - патент N° 0195358 (Япония).

5. Авторское свидетельство N° 1319390, (СССР).

6. Авторское свидетельство N° 1022763, (СССР).

7. Авторское свидетельство BG 094558.