ПРОТЯЖНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАЮЩЕГО ОТЖИГА Российский патент 1998 года по МПК C21D9/56 

Изобретение относится к протяжным вертикальным (башенным) печам для термохимической обработки стальной полосы и может быть использовано для интенсификации массообменных процессов в рабочем пространстве агрегатов непрерывного обезуглероживающего отжига электротехнических сталей.

Скорость протекания массообменных реакций, происходящих на границе раздела металл-газ, зависит от равномерности концентрационных полей атмосферы и интенсивности омывания газовой средой поверхности металла. Однако вследствие несовершенства газодинамики агрегата возможно образование застойных зон, препятствующих нормальному подводу к поверхности полосы газообразных свежих реагентов и отводу от нее продуктов реакции. Подобное явление требует внесения конструктивных изменений в систему подачи защитного газа (рабочей среды) в печь с целью организации движения потоков, исключающего формирование застойных зон, а также повышения скорости движения газа относительно поверхности металла.

Известна конструкция башенной печи для термохимической обработки анизотропной электротехнической стали, включающей рекристаллизационный отжиг, совмещенный с процессом обезуглероживания, принятия в качестве аналога [1]. Печь состоит из камеры нагрева, 3-х секций камеры выдержки (КВ), камеры охлаждения, причем 3- секция КВ в отличие от 1-ой и 2-ой не имеет внутренних разделительных стенок. Секции КВ оснащены системой подачи контролируемой атмосферы (влажной азото-водородной рабочей среды), подводящие коллекторы которой размещены на короткой боковой (торцевой) стене, обращенной к плоскости полосы и параллельной ей, и газ поступает в рабочее пространство КВ через технологические отверстия, расположенные на пяти уровнях по высоте секций.

Основной недостаток данной конструкции заключается в следующем. Проведенные исследования [2] показали, что газодинамика 3-ей секции КВ не является рациональной, т.к. поток газа, перетекающий из камеры регулируемого охлаждения (КРО), перемещается в подсводовом пространстве и далее стекает вдоль двух крайних (первых по ходу в данной секции) ветвей полосы к выходу из секции - переходному тамбуру между 3-ей и 2-ой секцией. Свежая рабочая смесь, поступающая через систему торцевого распределенного подвода, вдоль боковых стен, перпендикулярных к плоскости полосы, и также покидает секцию, практически не попадая в пространство между проходами полосы. Следствием этого является с одной стороны - неравномерность концентрации реагентов и продуктов реакции (главным образом СО) по объему секции, а с другой - недостаточно полное использование поступающего технологического газа, значительная часть которого, таким образом, не успевает вступить в реакцию с металлом.

C + H₂O = CO + H₂.

Данная система подачи контролируемой среды не способна обеспечить заданного технологией равномерного распределения газа по объему 3-ей секции КВ.

Известна конструкция башенной печи, принятая в качестве прототипа [3], в которой в 3-ей секции система подачи рабочей среды выполнена с установленным на противоположной торцевой стене данной секции дополнительным коллектором с размещенными по его высоте боковой поверхности попарно на каждом уровне патрубками, при этом патрубки основного и дополнительного коллекторов размещены соосно. За счет организации дополнительного коллектора, который позволяет реализовать более эффективную систему подачи - "встречно-шахматный подвод", в котором при подаче газовых струй навстречу друг другу достигается более равномерное распределение защитной атмосферы по объему секции КВ, вследствие соударения, интенсивного перемешивания и ликвидации застойных зон, а также повышения скорости движения газа относительно полосы. Достигается вовлечение потока в центральные области секции, где он попадает в пространство между соседними ветвями полосы, что способствует лучшему использованию его реакционной способности.

В усовершенствованной конструкции башенной печи для увеличения производительности и повышения качества металла проводится отжиг более толстой полосы: вместо толщины 0,6, 0,75-0,8 мм, при этом 3-я секция КВ увеличена за счет КРО, и, таким образом, в этой секции число проходов полосы возросло в два раза - вместо 7 стало 14 и защитная атмосфера перетекает из камеры охлаждения не через верхний тамбур, а через нижний. Как показали исследования, такое значительной увеличение длины камеры при таком же давлении подаваемой в рабочее пространство рабочей среды (давление защитного газа перед агрегатом увеличить практически невозможно) делает недостаточно эффективным подвод атмосферы в устройстве-прототипе: соударения встречных струй происходить не будет и поэтому контролируемая атмосфера не будет заходить в пространство между проходами полосы, и она, практически не взаимодействуя с металлом, будет по продольным боковым стенам стекать в переходный тамбур между 3-ей и 2-ой секциями КВ.

Цель изобретения - обеспечение возможности повышения производительности агрегата и обезуглероживания полосы с повышенной толщиной за счет интенсификации массообмена в секциях камеры выдержки путем организации интенсивной циркуляции.

Поставленная цель достигается тем, что в последней третьей секции камеры выдержки система подачи рабочей среды имеет дополнительные патрубки на двух и более уровнях по высоте обеих боковых продольных стен, обращенных друг к другу и перпендикулярных плоскости движения полосы, и коллекторы, расположенные в рабочем пространстве печи над каждым нижним транспортирующим роликом, причем противоположные патрубки на каждом уровне смещены относительно друг друга и расположены в тех проходах, где отсутствуют нижние транспортирующие ролики; первый и последний из патрубков подают рабочую среду между третьим и четвертым проходами полосы, считая от торцевых стенок, что обеспечивает хорошее раскрытие струй рабочей среды, подаваемой из патрубков, расположенных в торцевых стенах секции, а нижние коллекторы обеспечивают подачу среды в межленточное пространство равномерно по ширине прохода с помощью отверстий, обращенных к своду печи и к набегающей и отходящей ветвям полосы.

В 1-ой и 2-ой секциях КВ имеются разделительные стенки, поэтому применить в них для интенсификации массообмена "встречно-шахматный подвод" практически невозможно. Как показали исследования, в этих секциях имеются достаточно устойчивые застойные зоны по высоте в пространстве между проходами полосы.

Цель данного изобретения - улучшить массообмен в 1-ой и 2-ой секциях КВ за счет интенсификации движения атмосферы между проходами полосы по высоте печи.

Поставленная цель достигается тем, что во всех секциях камеры выдержки над нижними транспортирующими роликами в рабочем пространстве установлены коллекторы с отверстиями, обращенными к своду печи и к набегающей и отходящей ветвям полосы, обеспечивающие подачу рабочей среды в межленточное пространство по ширине печи.

На фиг.1 изображена печь, общий вид; на фиг.2 - вид третьей секции камеры выдержки; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - установка коллектора над нижним транспортирующим роликом.

Башенная печь состоит из камеры 1 нагрева, секций 2-4 выдержки, камеры 5 охлаждения, скрубберов 6 для увлажнения газа, роликов для транспортировки полосы нижних 7 и верхних 8 коллекторов для подачи защитной атмосферы 9 и 10. На каждом из пяти уровней в боковых торцевых стенах имеются патрубки 11 для подачи струй газа в рабочем пространстве секции. На четырех верхних уровнях 3-й секции к коллекторам 9 и 10 присоединены дополнительные разводящие трубы 12 и 13, которые подводят рабочую среду через патрубки 14 в отверстия в боковых продольных стенах секции. При этом на одном уровне на одной стороне три отверстия, а на другом два, а на следующем ярусе наоборот. Таким образом, отверстия в боковых продольных стенах расположены не соосно, в разбивку, причем между осями двух ближайших противоположных расположено по два прохода полосы. На первом нижнем уровне к коллектору 10 присоединена разводящая труба 15, к которой присоединены коллекторы 16, расположенные в рабочем пространстве печи над нижними транспортирующими роликами - 7. При этом первый и последний из патрубков подают рабочую среду между третьим и четвертым проходами полосы. По длине и ширине каждого коллектора 16 просверлены отверстия 17, которые расположены таким образом, что струи газа, выходящие из них, направлены вверх навстречу своду и набегающей полосе 18.

Печь работает следующим образом.

Вдуваемые струи из патрубков 11 подводов 9 и 10 встречаются со струями из патрубков 14, сталкиваются с ними, смешиваются и вытесняются в проходы между ветвями полосы 18, перемешивая находящуюся там атмосферу. Потоки из патрубков 14 ударяются о противоположную продольную стену и появляется обратный поток газа, который поступает в соседние проходы между ветвями полосы, в которых отсуствуют патрубки 14. Из отверстий 17 струи газа из коллекторов 16 поднимаются кверху по всей ширине прохода между двумя соседними ветвями полосы.

Таким образом, за счет организации дополнительных отверстий на боковых продольных стенах секции и дополнительных коллекторов с отверстиями внизу над нижними транспортирующими роликами возникают значительные вихревые потоки в пространстве между полосами металла по всему объему секции, что приводит к ликвидации застойных зон и повышению относительной скорости движения газа и металла и способствует лусшему использованию реакционной способности рабочей атмосферы.

В 1-ой и 2-ой секциях КВ имеются распределенные подводы рабочей среды только с одной стороны через коллекторы 10. Так как в этих секциях внутри имеются разделительные стенки, то реализовать эффективный "встречно-шахматный подвод" невозможно. Поэтому в пространстве между двумя соседними проходами полосы имеются значительные застойные зоны.

Поставленная в изобретении цель достигается также установкой дополнительных коллекторов 16 с отверстиями 16 над всеми нижними 7 транспортирующими роликами в секциях N 1 и N 2 КВ, соединенных разводящими трубами 15 с коллекторами 10.

В этом случае во всех секциях печи интенсифицируется массообмен в рабочем пространстве, улучшается взаимодействие атмосферы с металлом, что обеспечивает ускорение процесса обезуглероживания и увеличение производительности агрегата.

Литература.

1. Аптерман В.Н., Тымчак В.М. Протяжные печи. М.: Металлургия, 1969, 320 с.

2. Исследование аэродинамики рабочего пространства протяжной башенной печи непрерывного отжига /Ю. П. Зубков, С.Г.Федотов, А.М.Беленький и др. //Известия вузов. Черная металлургия. 1985, N 11, с.115-118.

3. Авт. св. СССР N 1678863. Протяжная вертикальная печь для обезуглероживающего отжига/ А. М. Беленький, О. М.Блинов, А.Т.Гриднев и др.//Заявл. 18.10.88; опубл.23.09.91. Бл.И N 35.

Изобретение относится к протяжным вертикальным (башенным) печам для термохимической обработки стальной полосы. Техническим результатом является обеспечение возможности повышения производительности агрегата и обезуглероживания полосы с повышенной толщиной за счет интенсификации массообмена в секциях камеры выдержки путем организации интенсивной циркуляции. Последняя третья секция камеры выдержки башенной печи имеет в системе подачи рабочей среды дополнительные патрубки на двух и более уровнях по высоте обеих боковых продольных стен, обращенных друг к другу и перпендикулярных плоскости движения полосы, и коллекторы, расположенные в рабочем пространстве печи над каждым нижним роликом, причем противоположные патрубки на каждом уровне смещены относительно друг друга и расположены в тех проходах, где отсутствуют нижние транспортирующие ролики, первый и последний из патрубков подают рабочую среду между третьим и четвертым проходами полосы, считая от торцевых стенок, что обеспечивает хорошее раскрытие струй рабочей среды, подаваемой из патрубков, расположенных в торцевых стенах секции, а нижние коллекторы обеспечивают подачу среды в межленточное пространство равномерно по ширине прохода с помощью отверстий, обращенных к своду печи и к набегающей и отходящей ветвями полосы. Для интенсификации процесса тепломассообмена во всех секциях камеры выдержки над нижними транспортирующими роликами в рабочем пространстве установлены коллекторы с отверстиями, обращенными к своду печи и к набегающей и отходящей ветвям полосы, обеспечивающие подачу рабочей среды в межленточное пространство по ширине полосы. 6 ил.

Протяжная вертикальная печь для обезуглероживающего отжига, содержащая камеру нагрева, многосекционную камеру выдержки с транспортирующими роликами и с системой подачи рабочей среды в виде коллекторов с патрубками, которые расположены на нескольких уровнях по высоте камеры на одной из боковых торцевых ее стенках и в последней секции камеры на обеих противоположных торцевых стенках, отличающаяся тем, что система подачи рабочей среды имеет соединенные с коллектором последней секции дополнительные разводящие трубы с патрубками, размещенными на двух и более уровнях по высоте обеих боковых продольных стен, и расположенный в рабочем пространстве камеры над каждым нижним транспортирующим роликом дополнительный коллектор с отверстиями в его верхней части, при этом патрубки, размещенные на противоположных стенках на каждом уровне, установлены со смещением относительно друг друга.