СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ САДКИ МЕТАЛЛА В КОЛПАКОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1996 года по МПК C21D9/673 

Изобретение относится к термической обработке в колпаковых печах плотносмотанных рулонов холоднокатаной полосы стали или цветных металлов и сплавов и может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Термообработка рулонов холоднокатаной полосы, проводимая в среде защитного газа, включает два периода: нагрев и охлаждение. Стопа из 3-7 рулонов располагается на стенде колпаковой печи, сверху закрывается муфелем, который таким образом создает замкнутое пространство, внутри которого циркулирует защитный газ. Для ускорения процессов нагрева и охлаждения металла в колпаковой печи с помощью специальных вентиляторов, расположенных под стендом, создают принудительную циркуляцию защитного газа, который проходит через конвекторные кольца, разделяющие рулоны в стопе, и тем самым обеспечивается интенсивный теплообмен. После окончания нагрева отключается топливо, нагревательный колпак снимается и переносится на другой стенд, где начинается новый цикл нагрева, а на данной печи происходит процесс охлаждения. Он заканчивается, когда наиболее медленно остывающая часть садки достигает температуры 160^oС, при которой происходит распаковка стенда снимается муфель, а рулоны последовательно переносятся на склад или передаются на дрессировочный стан.

Охлаждение садки является более длительной стадией, чем нагрев, соответственно (в зависимости от массы металла в садке): 60 90 ч охлаждение, 30 50 ч нагрев.

В первых конструкциях колпаковых печей охлаждение стопы рулонов, закрытых муфелем, осуществлялось естественным путем: излучением и естественной конвекцией тепло отдавалось окружающей среде.

Известен способ охлаждения металла в колпаковой печи за счет специальных водоохлаждаемых холодильников, расположенных под стендом /1/. Через данные холодильники в период охлаждения часть защитного газа циркулирует и отдает тепло охлаждающей воде.

Данный способ обеспечивает ускорение процесса охлаждения, однако имеет существенные недостатки: охлаждается только часть защитной атмосферы (если циркуляция осуществляется с помощью перепада статического давления в направляющем аппарате); песок из песочного затвора, уплотняющего муфель, заносит трубы холодильника, требуется значительное количество химочищенной воды; при использовании специальных вентиляторов для рециркуляции защитного газа через холодильник, необходимы дополнительные затраты на электроэнергию, на обеспечение более высокого давления под муфелем, исключающего возможность аварии за счет подсоса в подмуфельное пространство воздуха.

Наиболее близким способом охлаждения садки колпаковой печи, принятым за прототип, заключающийся в установке поверх муфеля колпака охлаждения, снабженного специальными вентиляторами, установленными сверху, которые обеспечивают вертикальное (параллельное поверхности муфеля) движение холодного воздуха, засасываемого из цеха, в кольцевом зазоре /2/. Холодный воздух входит снизу в зазор между муфелем и кожухом колпака охлаждения и при своем движении отбирает тепло от стенки муфеля. Затем воздух выбрасывается вверх крыльчатками просасывающих вентиляторов.

Данный способ позволяет ускорить процесс охлаждения, однако имеет ряд существенных недостатков. Вентилятор, установленный наверху, сильно перегревается, кроме того, т.к. высота колпака превышает 5- 7 м, то обслуживание такого вентилятора весьма затруднено. Скорость движения воздуха небольшая и поэтому коэффициент теплоотдачи невелик. К верхней части муфеля воздух приходит уже нагретым, т.е. эффективность способа снижается. Кроме этого, кожух колпака охлаждения является экраном и снижает теплоотдачу от муфеля излучением, что существенно для верхней части муфеля и особенно для верхней горизонтальной площадки.

Целью изобретения является ускорение процесса охлаждения металла в колпаковой печи.

Поставленная цель достигается тем, что вентиляторный воздух из коллектора для эжекторов, подается в виде перпендикулярно направленных к муфелю струй из стояков, расположенных вокруг муфеля, причем верхний уровень струй располагается выше уровня конвекторного кольца, находящегося между вторым и третьим рулонами стопы, на величину высоты данного кольца.

Для интенсификации процесса теплообмена между струей и муфелем воздух увлажняется.

Для повышения эффективности охлаждения муфеля струями к ним подмешивается пар, который конденсируется при выходе из отверстия и в виде мелкодисперсной пыли подается к поверхности муфеля, причем пар получается за счет тепла муфеля, который излучением нагревает воду в специальных резервуарах, расположенных на колпаке струйного охлаждения.

Способ реализуется следующим образом. Несущая труба снизу образует коллектор- кольцо, на котором закреплены стояки, причем на поверхности, обращенной к муфелю, сверлятся отверстия диаметром 4-8 мм (или выполняются щелевые отверстия). Коллектор с помощью тросов, цепей или жесткой траверсы краном устанавливается на стенд печи. Гибким шлангом коллектор колпака струйного охлаждения соединяется с фланцем подвода эжекторного воздуха к данному стенду, который при других способах охлаждения не используется, а открыт только во время стадии нагрева садки. Струи выходят из отверстий с достаточно высокой скоростью по нормали к поверхности муфеля, что позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи в 2-5 раз по сравнению с теплоотдачей потока воздуха, движущегося параллельно поверхности охлаждения.

Стояки устанавливаются так, чтобы струи омывали поверхности муфеля между выходом защитного газа из направляющего аппарата и на 150- 200 мм выше конвекторного кольца между вторым и третьим рулонами.

Такие ограничения при реализации способа обеспечат максимально эффективное использование струйного охлаждения, т.к. более 60-70% защитной атмосферы проходит через конвекторные кольца между 1 и 2 и 2 и 3 рулонами в стопе. В этом регионе муфеля скорость защитного газа самая высокая, причем циркулирующая атмосфера, выходя из направляющего аппарата, ударяется о муфель. Поэтому здесь в районе 1-го и 2-го рулонов внутренний коэффициент теплоотдачи конвекцией самый высокий. Поэтому струйное охлаждение в его муфеля не эффективно: оно приводит к большим затратам энергии и металла для организации такого подвода по всей поверхности муфеля. В тоже время данный способ охлаждения полностью исключает экранирование верхней части муфеля, поэтому излучение в окружающую среду практически полностью используется.

Для интенсификации процесса теплообмена между струей воздуха и муфеля воздух увлажняется, например, с помощью предварительного барботажа ванны с водой или пропусканием через скруббер, орошаемый водой, или организацией процесса эжектирования движущимся воздухом воды из какого-либо резервуара.

Для повышения эффективности охлаждения муфеля струями необходимо, чтобы струя была не просто влажной, а несла бы мелкие капельки воды (мелкодисперсную водяную пыль), которые бы при встрече с нагретой поверхностью испарялись, что резко, в десятки и сотни раз увеличивает теплосъем с поверхности теплообмена. При подаче смеси пара и воздуха при их выходе из отверстия в окружающую среду вследствие резкого расширения водяной пар конденсируется и в виде капель встречается с поверхностью муфеля. Пар может подмешиваться из паропровода, либо подаваться из специальных водяных резервуаров, размещенных на колпаке струйного охлаждения, в которых вода нагревается до кипения за счет тепла охлаждающейся садки.

Эффективность использования струйного охлаждения с помощью подачи эжекторного воздуха подтверждена экспериментами на колпаковых печах ЛПЦ-3 АО "ММК", садка которых обычно охлаждается естественным путем: уменьшение длительности охлаждения при обычных (тонких) конвекторных кольцах составило 16-14% а при радиационно-конвективных (высоких) конвекторных кольцах 20-24% (данные получены усреднением по десяти экспериментам).

Источники информации.

1.Аптерман В.Н. Двейрин Г.И. Тымчак В.М. Колпаковые печи.-М. Металлургиздат, 1964.

2. Аптерман В. Н. Тымчак В.М. Производительность трехстопных колпаковых печей для отжига рулонов холоднокатаной стальной ленты//Сб.трудов Стальпроекта. Выпуск N 2.-М.Металлургиздат, 1962.-С.62-69.

Сущность изобретения: с целью ускорения процесса охлаждения и повышения эффективности производства холоднокатаного листа для охлаждения воздух из коллектора для эжектора подается в виде струй, направленных перпендикулярно к муфелю, из стояков, расположеных вокруг него, причем верхний уровень струй находится выше уровня конвекторного кольца, находящегося между вторым и третьим рулонами стопы, на величину высоты данного кольца и в воздух предварительно может увлажняться, либо к нему может подмешиваться пар. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ охлаждения садки металла в колпаковой печи, включающий обдув муфеля вентиляторным воздухом, отличающийся тем, что вентиляторный воздух забирают из коллектора для эжекторов и подают его в виде направленных перпендикулярно муфелю струй, причем подачу струй организуют из размещенных вокруг муфеля стояков, при этом верхний уровень струй размещают выше уровня конвекторного кольца, расположенного между вторым и третьим рулонами стопы на высоту этого конвекторного кольца. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вентиляторный воздух предварительно увлажняют. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что к струям вентиляторного воздуха подмешивают пар.