СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА С ГОРЕЛКОЙ В ЦЕНТРЕ ПОДА Российский патент 1995 года по МПК C21D9/70 

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в системах отопления нагревательных колодцев металлургических и машиностроительных заводов.

Известен способ нагрева металла в печи открытым факелом, позволяющий за счет интенсификации теплообмена в рабочем пространстве достичь экономии топлива, включающий нанесение покрытия на поверхность в направлении развития факела кладки по ее длине, разбиваемой на зоны, при этом каждая из зон имеет покрытие с различной степенью черноты. Значения степени черноты в каждой зоне рассчитывают по экспоненциальному закону, который выводится из уравнения температурного поля факела по его длине. Интенсифицирующие возможности покрытия в этом случае позволяют не только снизить расход топлива, но и за счет повышения равномерности температурного поля факела при разной теплоотдаче от него по длине к поверхности кладки ухудшить качество нагрева металла.

Однако в нагревательных колодцах данный способ нагрева неприменим, так как при оси факела, расположенной перпендикулярно к крышке колодца, использование покрытия с переменой степенью черноты не дает повышения равномерности и качества нагрева и более того будет вести к дальнейшему перегреву центральной зоны крышки и преждевременному выходу ее из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ отопления нагревательного колодца с горелкой в центре пода, включающий формирование свободного факела с периодически изменяемой длиной, подачу газа в горелку двумя потоками радиальным и аксиальным и воздействием на факел воздушным потоком с изменением степени крутки факела и пропорциональным изменением расхода газа, подаваемого радиально в горелку. Факел дополнительно закручивают путем подачи с двух боковых сторон его из-под колодца дополнительных струй сжатого воздуха по касательной и образующей факела с возможностью плавного их отклонения синхронно с изменением длины факела, причем струи при максимальной длине факела отклоняют на 40-50^о от горизонтали в сторону пода колодца, а воздух, идущий на горение через горелку, дополнительными струями подают соответственно в количестве 0,85-0,9 и 0,2-0,15 от теоретически необходимого, расход воздуха через горелку изменяют обратно пропорционально степени крутки факела, а суммарный расход газа и воздуха на горение сохраняют постоянным. При этом способе повышается равномерность нагрева слитков и срок службы крышки (свода) колодца за счет местных, особенно в зоне развития факела, охлаждающих воздействий воздушными струями на температурное поле слитков. Это ведет либо к снижению энергетического уровня процесса нагрева и увеличению времени нагрева слитков, либо к дополнительному расходу топлива для компенсации тепловой энергии факела.

Задачей изобретения является снижение расхода топлива и улучшение качества нагрева слитков.

Это достигается тем, что осуществляют подачу закрученного воздушными струями факела на поверхность крышки колодца, на центральную часть которой, представляющую собой усеченный торцовыми стенками колодца эллипс, предварительно наносят слой покрытия, имеющий степень черноты, определяемую по формуле
ε_ц= где ε_ц степень черноты слоя покрытия центральной части крышки колодца;
ε_п степень черноты остальной части поверхности крышки колодца;
a/b соотношение половины длины большей оси эллипса к половине длины его меньшей оси, которое составляет 1,5 < a/b < 2.

На фиг. 1 представлена схема распределения температур по поверхности крышки нагревательного колодца, поперечное сечение его рабочего пространства; на фиг.2 то же, продольное сечение.

Сущность изобретения поясняется следующим.

При сравнении эпюр распределения температур при обычном отоплении 1, при отоплении с применением воздушных струй 2 и при отоплении с одновременным использованием воздушных струй и покрытий 3 выявлено, что наилучшие условия эксплуатации колодца обеспечиваются при подаче закрученными струями воздуха факела на поверхность крышки с нанесенным покрытием 3, так как при сохранении энергетического уровня факела и поверхности крышки за счет повышения равномерности температур значение максимальной температуры в отдельных зонах поверхности снижается, что повышает качество нагрева слитков и облегчает условия службы футеровки крышки.

Выравнивание температурного поля поверхности крышки достигается за счет воздействия, оказываемого покрытием при увеличении его степени черноты по сравнению с другой частью поверхности крышки. При этом покрытие, нанесенное на поверхность крышки, имеет форму эллипса, т.е. занимает именно ту площадь поверхности, где развиваются наиболее высокие температуры факела и ограждающих его поверхностей (поверхности слитков и крышки колодца). Нанесение покрытия на остальную часть поверхности крышки нецелесообразно, так как в этих зонах процессы теплообмена излучением имеют меньший энергетический уровень.

В предлагаемом техническом решении покрытие наносится на внутреннюю рабочую поверхность крышки нагревательного колодца в виде обмазки, имеющей по площади вид усеченного эллипса с полуосями а и b. Если соотношение a/b > 2, то увеличивается площадь поверхности, не содержащей покрытие, что при низких значениях ее степени черноты ведет к снижению эффективности работы покрытия крышки в процессе лучистого теплообмена в рабочем пространстве нагревательного колодца и снижению эффекта экономии топлива.

Если соотношение a/b < 1,5, то это ведет к росту расхода материала покрытия, связанного с увеличением площади поверхности центральной зоны покрытия, и к росту неравномерности нагрева слитков по длине и ширине рабочего пространства колодца.

Оценка эффективности предложенного способа отопления нагревательного колодца была проведена на огневом стенде с размерами рабочего пространства 2,0х0,6х0,6 м. Стенд отапливался горелкой типа ГНП-5, установленной в центре пода. На факел горелки воздействовали закрученными воздушными потоками, подаваемыми под съемную крышку камеры стенда. Под крышкой устанавливали термопары, с помощью которых проводили измерения температуpных полей по длине и ширине рабочего пространства стенда, с наружной стороны крышки термопары для измерения температуры поверхности для определения тепловых потерь через кладку крышки. Между торцовых стенок камеры стенда и горелкой на поду монтировали тепломеры, имитирующие нагреваемую садку-слитки, для определения величины падающих тепловых потоков и неравномерности температурного поля по высоте слитка. Для этого тепломеры устанавливали вертикально. Отвод продуктов сгорания производили через два дымовых канала, расположенных с двух торцов камеры стенда под съемной крышкой. Камера стенда была футерована шамотным кирпичом класса А. На поверхность крышки наносили по различным схемам покрытия в виде обмазки с различной степенью черноты. Работа стенда была максимально приближена к реальным условиям нагрева слитков в нагревательном колодце с горелкой в центре поля.

Результаты исследований эффективности применения предлагаемого способа отопления нагревательного колодца приведены в таблице.

Таким образом, опытная проверка предлагаемого способа в лабораторных условиях подтвердила наличие положительного эффекта, заключающегося в достижении снижения расхода топлива по сравнению с базовым способом отопления на 12-14% и повышение равномерности нагрева слитков.

Сущность изобретения заключается в формировании свободного факела с периодически изменяемой длиной за счет воздействия на него воздушными струями и закруткой факела по его касательной и образующей при сохранении суммарного расхода газа и воздуха на горение постоянными. Подачу закрученного воздушными струями факела осуществляют на поверхность крыши колодца с нанесенным слоем покрытия, занимающим по площади ее центральную часть, представляющую собой усеченный торцовыми стенками колодца эллипс, и имеющим степень черноты, определяемую по формуле, приведенной в формуле изобретения. 1 табл. 2 ил.

СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА С ГОРЕЛКОЙ В ЦЕНТРЕ ПОДА, включающий формирование свободного факела с периодически изменяемой длиной за счет воздействия на него воздушными струями, и закруткой факела по его касательной и образующей при сохранении постоянным суммарного расхода газа и воздуха на горение, отличающийся тем, что подачу закрученного воздушными струями факела осуществляют на поверхность крышки колодца, при этом на центральную часть крышки, представляющую собой усеченный торцевыми стенками колодца эллипс, предварительно наносят слой покрытия со степенью черноты, определяемой по формуле

где ε_ц степень черноты слоя покрытия центральной части крышки колодца;
ε_п степень черноты остальной части поверхности крышки колодца;
а/в соотношение половины длины большей оси эллипса к половине длины его меньшей оси, которое составляет 1,5 < a/b < 2.