КОЛПАКОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1997 года по МПК F27B11/00 C21D9/663 

Настоящее изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано для термической обработки рулонов тонколистовой холоднокатанной плотносмотанной металлической полосы и ленты стали различных марок (углеродистых, легированных, жесть, автолист и т.п.), а также из цветных металлов и сплавов.

Для термической обработки плотносмотанных рулонов широко используются колпаковые печи. На стенде печи располагают садку металла в виде стопы, состоящей из одного или несколько рулонов (3 8), поставленных один на другой. Сверху стопу накрывают муфелем из жароупорной стали, который предназначен для образования рабочего пространства изолированного от факелов горелок и продуваемого защитным газом. Для ускорения процессов нагрева и охлаждения металла в печи с помощью специальных вентиляторов, расположенных под стендом, создают принудительную циркуляцию защитного газа, который проходит через специальные конвекторные кольца (прокладки), разделяющие рулоны в стопе, и тем самым обеспечивает интенсивный конвективный теплообмен в зазоре между рулонами. Во время нагрева на стенд устанавливают нагревательный колпак, на котором имеются газовые горелки. После окончания процессов нагрева и выдержки нагревательной колпак снимается со стенда и переносится на другой, где начинается новый цикл нагрева, а на данной печи происходит процесс охлаждения салки, который заканчивается тогда, когда наиболее медленно отсасывающая часть садки достигает температуры 160^oC. Управление процессом нагрева и выдержки осуществляется регулятором, управляющим подачей топлива в горелки нагревательного колпака в соответствии с информацией, поступающей от двух термоэлектрических термометров, установленных в нагревательном колпаке и стенде [1]
Недостатком в данной колпаковой печи является перепад температур по садке (высоте стопы и по сечению рулона) и невысокая скорость нагрева металла, т.к. теплообмен между муфелем и рулонами осуществляется практически лишь конвекцией защитный газ нагревается от муфеля и передает свое тепло торцам рулонов, проходя через конвекторные кольца. Термопара, установленная в нагревательном колпаке, практически должна обеспечивать сохранность муфеля от перегрева его продуктами сгорания, но ее показания в значительной мере не отвечают реальному тепловому состоянию муфеля, т.к. она находится от него на довольно большом расстоянии и на ее показания влияет факел от горелок.

Известна конструкция колпаковой печи принятая за прототип, которая содержит стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагревательный колпак с горелками, радиационно-конвективные конвекторные кольца, верхний экран, термоэлектрический термометр с системой автоматического регулирования расхода газа. Эта конструкция обеспечивает ускорение нагрева за счет включения в процесс теплоотдачи от муфеля радиационной составляющей теплообмена. Это достигается установкой в стопу рулонов радиационно-конвективных конвекторных колец. Установка последних обеспечивает значительное увеличение скорости нагрева садки и повышение равномерности ее прогрева [2]
Однако и данная конструкция колпаковской печи имеет существенные недостатки. Управления ведется по термопаре, установленной в нагревательном колпаке, которая не позволяет измерить его температуру. Кроме этого, горелки перегревают муфель в районах непосредственно расположенных против них это проявляется в раздувании муфеля и он выходит из строя.

Технической задачей изобретения является увеличение интенсивности нагрева садки и повышение срока службы муфеля.

Положительный результат достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагревательный колпак с горелками, радиационно-конвективные конвекторные кольца, экран, термоэлектрический термометр с системой автоматического регулирования расхода газа, горелки располагают на 2-х, 3-х уровнях по высоте нагревательного колпака так, чтобы горелочный пояс находился напротив соответствующего радиационно-конвективного конвекторного кольца в стопе, причем между двумя ярусами горелок установлен термоэлектрический термометр с чувствительным элементом и защитным керамическим экраном в комплекте с механизмом перемещения термометра, обеспечивающим плотный контакт чувствительного элемента с муфелем после установки нагревательного колпака на стенд и отведение термометра перед подъемом колпака после окончания нагрева.

На чертеже 1 представлен общий вид предлагаемой колпаковой печи. Колпаковая речь содержит стенд 1 со встроенным циркуляционным вентилятором 2 и направляющим аппаратом 3, а также расположенный на стенде 1 муфель 4, уплотненный песочным затвором 5. Под муфелем 4 установлены рулоны 6. Муфель 4 закрыт сверху нагревательным колпаком 7, оборудованным газовыми горелками 8 и системой 9 эвакуации продуктов горения.

Рулоны 6 плотносмотанной стальной полосы, установленные один на другом, образуют стопу, закрытую сверху экраном 10. Между рулонами 6 установлены радиационно-конвективные конвекторные кольца 11. Посередине между первыми двумя ярусами горелок 8 расположен термоэлектрический термометр 12 с чувствительным элементом 13 и защитным керамическим экраном 14, сочлененный с механизмом перемещения 15. Сигнал от термоэлектрического термометра 12 поступает на вторичный регистрирующий прибор и систему управления 16, управляющую положением регулирующей заслонки 17 на подводе газа к горелкам 8.

Данная колпаковая печь работает следующим образом. На стенде 1 собирается стопа из рулонов 6, между которыми устанавливаются радиационно-конвективные конвекторные кольца 11, сверху стопа закрывается крышкой экраном 10. Затем на стопу сверху устанавливают муфель 4, опорная поверхность которого опирается на стенд 1 и уплотняется, например, с помощью песочно7о затвора 5. Затем под муфель 4 начинают подавать защитный газ: вначале осуществляется продувка для удаления из-под муфеля 4 воздуха, а затем циркуляционный вентилятор 2 осуществляет ускоренное движение атмосферы под муфелем 4. После окончания продувки на стенд 1 устанавливают нагревательный колпак 7, после чего механизм перемещения 15 передвигает термоэлектрический термометр 12 до тех пор пока чувствительный элемент 13 не вступит в контакт с муфелем 4. Газ подается в горелки 8 и начинается процесс нагрева металла в печи. Если температура муфеля 4 становится выше заданной, то в соответствии с измерениями, выполняемыми термометром 12 регулятор 16 начнет с помощью регулирующей заслонки 17 изменять подачу газа к горелкам 8 (осуществляется либо позиционное, либо непрерывное регулирование).

Основные преимущества предлагаемой конструкции печи следующие. Горелки 8 в данной конструкции печи расположены против радиационно-конвективных конвекторных колец 11, что обеспечивает в начале нагрева, когда расход топлива велик и муфель 4 может перегреваться, большой теплосъем с горелочного пояса, т.к. в этом районе внутри муфеля 4, благодаря указанным конвекторным кольцам 11 имеется также большой теплосъем, т.к. торцы рулонов 6 нагреваются излучением. В течение всего периода нагрева этот теплосъем с внутренней поверхности муфеля 4 будет большим, т.к. за счет теплопроводности тепло с торцов рулона 6 будет распределяться по всему объему.

Таким образом, расположение горелочного пояса на колпаке 7 против радиационно-конвективных конвекторных колец позволяет увеличить интенсивность подачи тепла к рулонам и исключить местный перегрев муфеля в районе горелок. Установка контактного термометра для измерения температуры муфеля в процессе нагрева и управление процессом по его показаниям позволит: получать более представительную информацию о теплопередаче под нагревательным колпаком, исключить перегрев муфеля и повысить его стойкость и длительность службы; вести процесс нагрева с максимально возможно высокой температурой муфеля (в пределах допустимого интервала температур), что обеспечит высокую интенсивность процесса теплообмена излучением между муфелем и торцами рулонов повышение производительности печи.

Управление по действительной температуре муфеля (защитный чехол на термометре позволяет исключить влияние омывающих продуктов сгорания на его показания) позволит управлять процессом нагрева садки, а не вести процесс в печи только с точки зрения отсутствия перегрева (хотя и эта задача при измерении температуры в печи с помощью термометра, установленного в нагревательном колпаке, выполняется неудовлетворительно на показания влияют смывающие газы, скорость их движения, глубина погружения в рабочее пространство, которая не постоянна из-за перемещения муфеля и неточности установки, изменение калорийности топлива, а так же флуктуации его давления и флуктуации величины разряжения в эжекторе и т.п.). Установка контактного термометра посредине между двумя поясами горелок позволяет объективно измерить температуру муфеля. Соответствие горелочного пояса на нагревательном колпаке и широкого (высокого) радиоационно-конвективного конвекторного кольца в садке обеспечит более щадящие условия эксплуатации муфеля в зоне горелок.

Указанные преимущества данной конструкции колпаковой печи позволяет интенсифицировать процесс нагрева, повысить производительность снизить удельный расход топлива и других энергоносителей, увеличить службы дорогостоящего муфеля.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для термообработки рулонов тонколистовой холоднокатаной плотносмотанной металлической полосы и ленты стали различных марок, а также из цветных металлов и сплавов. Колпаковая печь содержит стенд, циркуляционный вентилятор, муфель, под которым установлены рулоны, муфель сверху закрыт колпаком, оборудованным газовыми горелками. Между рулонами установлены радиационно-конвективные конвекторные кольца, напротив которых располагаются горелки, и между ярусами горелок размещен термоэлектрический термометр с чувствительным элементом и защитным экраном. 1 ил.

Колпаковая печь, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, нагревательный колпак с горелками, муфель, радиационно-конвективные конвекторные кольца и термоэлектрический термометр с чувствительным элементом и с системой автоматического регулирования газа, отличающаяся тем, что горелки расположены по высоте колпака на 2 3 уровнях напротив соответствующего радиационно-конвективного конвекторного кольца, а термометр установлен между ярусами горелок и имеет защитный экран и механизм его перемещения для обеспечения контакта чувствительного элемента с муфелем.