КОНВЕКТОРНОЕ КОЛЬЦО Российский патент 1994 года по МПК C21D9/673 F27B11/00 

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, в частности к термической обработке в колпаковых печах садок (стоп) из нескольких, установленных друг на друга плотносмотанных рулонов тонколистовой холоднокатаной полосы и ленты из стали, цветных металлов и сплавов, например, рулонов жести.

Традиционно в колпаковых печах с принудительной циркуляцией защитной атмосферы под муфелем 3-4 рулона жести собирают в стопу с прокладками, выполненными в виде двухплитных конвекторных колец, состоящих из двух одинаковых шайбообразных плит, соединенных между собой параболически изогнутыми (или радиально- и наклонно расположенными) перегородками, которые образуют между плитами кольца сужающиеся к центру конвективные каналы высотой проходного сечения 30-50 мм. Эти кольца обеспечивают необходимую для жести сплошную опорную поверхность под (над) торцами рулонов в стопе и конвективный торцевой нагрев и охлаждение всех рулонов в стопе, циркулирующим через кольца в радиальном направлении защитным газом. Однако их эффективность весьма ограничена, ввиду экранирования торцевого конвективного потока тепла плитами колец и практически полного диафрагмирования потока излучения в системе "муфель-торцы рулонов в стопе" из-за малой высоты колец.

Известна также прокладка между рулонами, обеспечивающая более эффективный радиационно-конвективный торцевой нагрев и охлаждение стопы рулонов жести в колпаковой печи. Эта прокладка содержит два одинаковых двухплитных конвекторных кольца, аналогичных рассмотренному выше, которые установлены друг над другом параллельно и соосно с зазором не менее 0,15 наружного радиуса прокладки и соединены между собой герметично в центре посредством центральной полой цилиндрической вставки и дополнительно по радиусам взаимообращенных внутренних плит расходящимися от вставки сплошными или прерывистыми опорными ребрами. Циркуляция защитного газа в радиальном направлении через конвекторные кольца-прокладки обеспечивает конвективный теплообмен с примыкающими к прокладке торцами рулонов. Секторные полости прокладки между внутренними взаимообращенными плитами конвекторных колей закрыты центральной вставкой для циркуляции в радиальном направлении и открыты с внешней стороны для теплообмена излучением с муфелем колпаковой печи. Относительно большой зазор между кольцами прокладки позволяет, несмотря на щелевой диафрагмирующий эффект прокладки, поддерживать относительно высокую плотность проникающего теплового излучения в системе "муфель-секторные полости прокладки" и радиационного теплообмена в системе "муфель-торцы рулонов в стопе". Это излучение повышает общую плотность торцевых потоков тепла и, соответственно, скорость и равномерность нагрева и охлаждения стопы рулонов по сравнению с традиционной схемой конвективного нагрева и охлаждения в случае применения конвекторных колец.

К существенному недостатку прокладки - прототипа следует отнести лимитирующий эффект двойного экранирования теплового излучения к торцам (при охлаждении - от торцов) рулонов по всей их поверхности плитами конвекторных колец прокладки, что значительно уменьшает общую плотность и эффективность радиационной составляющей торцевых потоков тепла в стопе рулонов. Промышленная полезность прокладки - прототипа ограничена также ее высокой металлоемкостью вследствие массивности используемых в прокладке двухплитных конвекторных колец.

Целью изобретения является повышение скорости и равномерности нагрева и охлаждения рулонов и, повышение производительности и улучшение качества отжига садок рулонов в колпаковых печах. Дополнительная цель - уменьшение металлоемкости заявляемого устройства по сравнению с прототипом.

Поставленная цель достигается тем, что прокладку в стопе рулонов, содержащую аналогично прототипу два одинаковых двухплитных, шайбообразных конвекторных кольца, установленных параллельно и соосно друг над другом с зазором не менее 0,15 наружного радиуса прокладки и соединенных между собой герметично посредством центральной полой цилиндрической вставки и по радиусам опорными ребрами, предлагается выполнить из разноплитных конвекторных колец, двухплитные конвективные части которых, включающие каналообразующие внутренние плиты и межплитные соединительные перегородки, ограничены центральной областью прокладки в пределах описывающей окружности диаметром не более D- 1/3 - (D-d), где D и d - соответственно, наружный и внутренний диаметры прокладки. Соединение этих колец между собой опорными ребрами предлагается выполнить по радиусам взаимообращенных поверхностей: в пределах двухплитных конвективных частей - по внутренним плитам, в периферийных одноплитных частях - по наружным плитам.

Дополнительно предложено расстояние между основными опорными ребрами прокладки по ее наружной окружности принимать не менее 0,5 радиуса прокладки, а периферийные одноплитные части колец соединить прерывистыми опорами, установленными по средним линиям между основными опорными ребрами.

На фиг. 1 изображена прокладка, поперечный разрез; на фиг. 2 - вид сверху.

Прокладка содержит два одинаковых конвекторых кольца 1, состоящих из плит 2 и 3 разного диаметра, параллельно и соосно соединенных между собой параболически изогнутыми перегородками 4, образующими в центральных двухплитных конвективных частях колец сужающиеся к центру спиральные каналы 5 для циркуляции защитного газа.

Наружный диаметр плит 2 равен диаметру прокладки D и несколько больше диаметра рулонов, что обеспечивает сплошные опорные поверхности для рулонов в стопе. Наружный диаметр каналообразующих внутренних плит 3 и перегородок 4 конвективных двухплитных частей колец согласно заявляемому изобретению не превышает значения D- 1/3 - (D-d). Периферийная часть прокладки за пределами окружности указанного диаметра состоит из одноплитных частей колец.

Кольца 1 соединены между собой по взаимообращенным поверхностям плит 2 и 3: в центре - герметично полой цилиндрической вставкой 6 и дополнительно по радиусам - опорными ребрами 7, а в периферийной части - прерывистыми опорами 8.

Секторные полости прокладки, образуемые взаимообращенными поверхностями плит 2 и 3 и опорных ребер 7, закрыты вставкой 6 для циркуляции защитного газа в радиальном направлении, а снаружи полностью открыты для теплообмена излучением с муфелем колпаковой печи. Увеличение на 30-50% свободной высоты секторных полостей с соответствующим уменьшением диафрагмирующего эффекта и исключение двойного экранирования торцов прилегающих рулонов в одноплитной периферийной части прокладки позволяет существенно повысить по сравнению с прокладкой-прототипом плотности радиационных потоков тепла в системе "муфель-полости прокладки-торцы рулонов". Проникающее излучение муфеля в секторные полости возрастает примерно на 30-40% , а результирующее излучение на торцы рулонов в одноплитной части - в 2,2-2,5 раза и в двухплитной - В 1,2-1,3 раза.

Конвективные торцевые потоки тепла рационально перераспределяются по поверхности торцов рулонов. За счет снижения их плотности в периферийной части обеспечивается существенное (на 20-30% ) повышение температурного напора и, соответственно, плотности конвективной теплопередачи в каналах центральной двухплитной части прокладки, что способствует ускорению нагрева и охлаждения центральной части рулонов и выравниванию поля температур по их радиусу. Уменьшение плотности конвективной теплопередачи в периферийной части с избытком компенсируется интенсификацией теплообмена излучением.

Дополнительный, ускоряющий и выравнивающий эффект, обеспечивается тем, что в секторных полостях заявляемой прокладки созданы благоприятные условия для свободного переизлучения избыточного тепла в радиальном направлении от "горячих" к более "холодным" виткам торцов рулонов в процессе их нагрева и охлаждения: при нагреве - от опережающих по прогреву наружных к внутренним виткам, при охлаждении - от внутренних к более быстро охлаждаемым наружным виткам.

Предлагаемая прокладка за счет повышения плотности и рационального распределения по торцам рулонов стопы радиационно-конвективных потоков тепла обеспечивает существенное ускорение и повышение равномерности нагрева и охлаждения рулонов в колпаковых печах с циркуляцией защитного газа под муфелем и, как следствие, повышение производительности, качества и экономичности процесса термической обработки. По расчету при использовании заявляемой прокладки в случае рекристаллизационного отжига в колпаковых печах рулонов жести наружным диаметром 1,8-2,1 м, шириной полосы 0,7-1,05 м, массой 10-25 т скорости нагрева и охлаждения возрастут, соответственно, в 1,25-1,35 и 1,15-1,2 раза, производительность печи - примерно на 15-20% , разница в структуре уменьшится до 1-2 баллов по величине зерна металла и разбег механических свойств - до 1-2 единиц твердости по Роквеллу. Экономия топлива составит не менее 10% .

Дополнительный эффект достигается за счет уменьшения металлоемкости заявляемой прокладки, ввиду уменьшения массивности используемых колец. (56) Патент Японии N 46-27928, кл. С 21 D 9/68, 1971.

Сущность изобретения: конвекторное кольцо выполнено из разноплитных конвекторных колец, двухплитные конвективные части которых, содержащие каналообразующие внутренние плиты и межплитные соединительные перегородки, ограничены центральной областью прокладки в пределах описывающей окружности диаметром не более D - 1/3 (D - d), где D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры прокладки, а кольца соединены между собой опорными ребрами по радиусам взаимообращенных поверхностей: в пределах двухплитных конвективных частей - по внутренним плитам, в периферийных одноплитных частях - по наружным плитам. Расстояние между основными опорными ребрами по наружной окружности прокладки составляют не менее 0,5 радиуса прокладки, а периферийные одноплитные части колец дополнительно соединены прерывистыми опорами, установленными по средним линиям между основными опорными ребрами. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. КОНВЕКТОРНОЕ КОЛЬЦО для отжига рулонов тонколистового металла преимущественно в колпаковых печах с циркуляцией защитной атмосферы под муфелем, содержащее два шайбообразных диска, соединенных между собой параболическими изогнутыми перегородками, образующими сужающиеся к центру спиральные каналы для циркуляции защитного газа, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено аналогичными симметрично расположенными и соединенными между собой дисками, при этом взаимообращенные внутренние диски соединены между собой посредством центральной цилиндрической вставки, диаметр внутренних дисков составляет не более D - (D-d) а расстояние между дисками - не менее 0,15, где D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры конвекторного кольца, причем взаимообращенные поверхности наружных и внутренних дисков соединены между собой радиальными сплошными опорными ребрами. 2. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между опорными ребрами по наружной окружности кольца составляет не менее 0,5 наружного радиуса кольца, а взаимообращенные поверхности внутренних и наружных дисков в периферийной части дополнительно соединены опорными ребрами, установленными по средним линиям между сплошными опорными ребрами.