КОЛЬЦЕВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1997 года по МПК F27B3/06 

Изобретение относится к кольцевым печам для нагрева трубной заготовки или длинномерных изделий и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известна конструкция кольцевых печей [1] где трубная заготовка укладывается на горизонтальный под радиально в один или несколько рядов по ширине печи. По наружному и внутреннему краю пода установлены водяные затворы, создающие возможность поддерживать избыточное давление на поду. Стены печей неподвижны. Широкое рабочее пространство требует тяжелых и габаритных загрузочно-разгрузочных машин. Использование площади пода неэффективно. Нижняя часть заготовки, лежащая на поду, отстает в нагреве и требует дополнительного времени для выравнивания температур по сечению. Пространство, замыкаемое внутренними стенами, редко используется для установки оборудования, из-за тяжелых температурных условий.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кольцевая печь [2] Цель изобретения увеличение производительности достигается увеличением емкости печи, которая реализуется новым способом укладки заготовок. На поду, с определенным шагом устанавливаются вертикальные опоры. На эти опоры, наклонно к поду, укладываются заготовки с выходом верхнего конца за вертикальную опору.

На фиг.1 описания [2] видно, что у внутренней стены выступающие за опору (консольные) концы заготовок загруженного ряда проектируются на заготовки загружаемого ряда.

Отсюда следует, что при выбранном угловом шаге опор можно загружать заготовки определенной длины. Превышение этой длины вынудит садить заготовку через шаг. Емкость печи будет падать.

Другой недостаток предложенного способа укладки состоит в том, что при достижении пластичного состояния консольный конец заготовки будет загибаться вниз под влиянием своего веса. Особенно на это будут влиять остановки агрегата.

Целью изобретения является повышение производительности печи за счет роста эффективности нагрева, связанного со всесторонним подводом тепла к заготовке, а также увеличение емкости печи и уменьшение габаритов загрузочно-разгрузочных машин, связанное с уменьшением ширины рабочего пространства.

Указанная цель достигается тем, что вместе с подом 3 вращается и внутренняя стена печи 4, рабочая поверхность которой наклонена под углом α ≥ 10^o к вертикали. В этой стене, с определенными по периметру кладки и по вертикали шагами, устанавливаются опоры 2, на которые опирается своей боковой поверхностью заготовка 1.

Опоры 2 выполнены таким образом, что удерживают заготовку 1 в вертикальной радиальной плоскости, в которой лежит ось заготовки. Опора 2 представляет собой камень из высокоогнеупорного материала, не реагирующего с окалиной, и может заменяться при горячих остановках. Своим нижним концом заготовка опирается на под 3. Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что заявляемая кольцевая печь отличается от прототипа тем, что внутренняя стена 4, наклонная к вертикали под углом a ≥ 10^o и вращающаяся с подом 3, позволяет укладывать на нее через опоры 2 заготовку 1 и организовать всесторонний подвод тепла к заготовке. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений элементов конструкций кольцевых печей позволяет сделать вывод об отсутствии в них решений, сходных с заявляемой кольцевой печью, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан разрез печи.

Кольцевая печь, в которую загружается заготовка 1, опирающаяся на опоры 2, содержит под 3 и вращающуюся вместе с ним внутреннюю боковую стену 4, наружную стену 5.

Кольцевой канал, образованный стенами, перекрывается сводовыми плитами 6, опирающимися на неподвижную стену 5 и через литой уголок 7 на внутренние стойки 8 каркаса. Зазоры между вращающимся подом 3 и наружной стеной 5, а также между вращающейся внутренней стеной 4 и сводовыми плитами 6 уплотняются водяными затворами 9, содержащими неподвижные ножи 10 и подвижные ножи 11.

Количество рядов опор 2 по длине заготовок выбирается по сортаменту трубопрокатного агрегата. Их может быть два или три ряда. Верхний конец заготовки может выступать за верхний ряд опор 2. Заготовка перед загрузкой в печь должна быть установлена под тем же углом a к вертикали, под которым она прислоняется к опорам 2.

Заготовка, находящаяся в исходном положении перед печью, берется загрузочной машиной (не показана) и загружается в печь через окно загрузки 12. В это время нагретая заготовка машиной выгрузки (не показана) выдается из печи через окно выгрузки.

Затем подина поворачивается на угол, равный постоянному шагу заготовки, и цикл загрузки-выгрузки повторяется.

Окно выдачи 13 отделяется от зоны с нагретой заготовкой перегородкой (не показана).

Вращающаяся внутренняя стена 4 печи с установленными опорами 2 позволяет установить под небольшим углом a ≥ 10^o к вертикали заготовку (в дальнейшем "вертикальное" расположение). Такое расположение заготовки создает меньший изгибающий момент для консольного верхнего конца заготовки, чем при "горизонтальном" с опорой на вертикальный выступ [2]
Если сравнить два способа расположения заготовок "горизонтальный" и "вертикальный" при равных диаметрах заготовок, равных консольных длинах l, равных углах наклона a к горизонтали ("горизонтальное" расположение) и вертикали ("вертикальное" расположение), то изгибающие моменты, действующие на консольные концы заготовок весом G кг, будут:
.

Если угол отклонения от вертикали и горизонтали α ≈ 10^o, изгибающий момент при "вертикальном" расположении заготовки примерно в 6 раз меньше, чем при "горизонтальном".

Это существенно снижает возможность искривления верхнего, консольного конца заготовок при "вертикальном" расположении с достижением пластичного состояния металла. Особенно это скажется в случае непредвиденных, различной длительности остановок агрегата.

Предлагаемое расположение заготовок, когда их проекция на под l'= l•sin10^o= 0,173l дает следующие теплотехнические и конструктивные возможности:
а) сокращается время нагрева изделий за счет всестороннего подвода тепла к заготовке;
б) уменьшается количество окалины при нагреве заготовок;
в) увеличение диаметра внутренней стены увеличивает емкость печи;
г) ширина пода вместо 5-6 и более метров уменьшается до 1,2:1,5 м, что позволяет увеличить диаметр внутренней стены, на которую опираются заготовки;
д) минимальная ширина рабочего пространства печи даст возможность уменьшить габариты загрузочно-выгрузочных машин;
е) увеличение диаметра внутренней стены печи увеличивает площадь, замыкаемую ею. При конструктивно большой толщине внутренней стены уменьшается излучение через нее. Оба этих фактора создают возможность размещения там дополнительного оборудования и его нормальной эксплуатации.

Источники информации
1. В.Н.Григорьев. Кольцевые печи для нагрева металла. М. Металлургиздат, 1958 г.

2. Описание изобретения к а.с. N 846968.

Сущность изобретения: кольцевая печь содержит рабочую камеру, ограниченную стенами с окнами посада и выдачи подвесным сводом, вращающимся подом. При этом вместе с подом вращается установленная на поде выполненная уступами внутренняя стена печи. Нагреваемое изделие укладывается на ложе опор, образующее воображаемую конусную поверхность с отклонением от вертикальной оси на угол. При этом сокращается время нагрева изделия за счет всестороннего подвода тепла к нему, а следовательно, и количество образующейся окалины; уменьшаются габариты и вес загрузочно-разгрузочных машин, увеличивается емкость печи. 1 з. п. ф-лы. 1 ил.

1. Кольцевая печь, содержащая рабочую камеру с окнами загрузки и выдачи, ограниченную стенами, вращающийся под, свод, опоры под изделия, отличающаяся тем, что внутренняя стена печи размещена на вращающемся поду, опоры под изделия закреплены на внутренней стене по высоте рядами, а свод выполнен подвесным. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя стена выполнена в форме усеченного конуса с углом наклона к вертикали не менее 10^o.