КОЛПАКОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1998 года по МПК C21D9/663 F27B11/00 

Изобретение относится к устройствам для термической обработки полосового проката и ленты в плотносмотанных рулонах и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности.

Известна колпаковая печь, включающая крышку стопы рулонов, представляющую собой плоский диск с центральным отверстием для циркуляции защитного газа [1].

Недостатком указанного аналога является низкая производительность, повышенный расход энергоносителей и пониженное качество отжигаемого металла из-за неравномерности температурного поля по объему садки, связанной с нерациональным распределением теплового потока под муфелями печи.

Наиболее близким аналогом является колпаковая печь, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагревательный колпак, крышку в виде плоского диска, конвекторные кольца, выполненные идентичными с проходными каналами переменного сечения [1].

Недостатком известной колпаковой печи является низкая производительность и пониженное качество отожженного металла, что обусловлено неоднородностью температурного поля по объему садки из-за нерационального распределения теплового потока, так как верхняя часть муфеля не участвует в интенсивном теплообмене в периоды нагрева и охлаждения металла.

Цель изобретения - увеличение производительности колпаковой печи, повышение качества отожженного металла, экономия энергоносителей.

Предлагаемая колпаковая печь решает техническую задачу - интенсифицирует процесс теплообмена в процессе нагрева и охлаждения при одновременном увеличении однородности механических свойств отожженного металла и экономии энергоносителей.

Положительный результат достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей нагревательный колпак, муфель, стенд с циркуляционным вентилятором, поддон для стопы рулонов, крышку стопы в виде плоского диска с равномерно расположенными опорными ребрами, образующими проходные каналы сечения, размещенные между рулонами конвекторные кольца с проходными каналами переменного сечения, сужающимися от периферии к центру с заданной суммарной площадью средних сечений каналов в зависимости от места расположения колец в стопе рулонов, конвекторное кольцо, размещенное снизу рулона, установленного на половине высоты стопы, выполнено с суммарной площадью средних сечений проходных каналов, составляющих 1,3-2,2 и 2,1-3,5 суммарной площади средних сечений проходных каналов в отдельности каждого из остальных конвекторных колец в стопе и крышки стопы рулонов соответственно.

Обозначим суммарную площадь средних сечений циркуляционных каналов конвекторного кольца, устанавливаемого снизу рулона, находящегося на половине высоты стопы, S_Σувел., для остальных идентичных конвекторных колец в стопе рулона S_Σнорм. Тогда согласно изобретению
.

Через S_Σкрыш. обозначим суммарную площадь средних сечений проходных каналов крышки стопы рулонов. Тогда согласно изобретению
.

При отношении

замедляется прогрев второго и третьего рулона снизу стопы (5-я рулонная стопа), что приводит к ухудшению качества металла (большой разброс свойств), к повышенному расходу энергоносителя и снижению производительности колпаковой печи.

При величине упомянутого отношения более 2,2 замедляется прогрев четвертого и пятого рулонов, увеличивается неравномерность нагрева по высоте стопы, что приводит к большой неоднородности механических свойств отожженного металла; достижение заданной стандартами однородности свойств обусловливает увеличение продолжительности отжига, что влечет снижение производительности печи и увеличение расхода энергоносителей.

Отношение суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторного кольца, устанавливаемого снизу рулона, находящегося на половине высоты стопы, к суммарной площади средних сечений крышки стопы рулонов составляет 2,1-3,5.

При отношении, меньшем 2,1, уменьшается поток защитного газа, циркулирующего под муфелем в верхней части садки, что замедляет нагрев и особенно охлаждение всей садки, что снижает производительность печи и увеличивает расход энергоносителей.

При отношении

происходит перераспределение потока защитного газа, большая его часть проходит через каналы крышки и осевую полость стопы рулонов, уменьшается поток защищенного газа, проходящий через конвекторные кольца, что замедляет нагрев и охлаждение, снижает производительность печи при одновременном увеличении неоднородности механических свойств отожженного металла.

При изготовлении колпаковой печи с крышкой стопы рулонов в виде плоского диска и конвекторными кольцами с одинаковой суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов, независимо от положения конвекторного кольца в стопе, по [2], выбранному в качестве прототипа, и испытании такой печи получены следующие результаты: разброс значений предела прочности 190 H/мм² по высоте стопы рулонов при отжиге стали 08пс на состояние "мягкая" по ГОСТ 503-81; удельный расход условного топлива 82 кг на 1 т отожженного металла, производительность колпаковой печи по циклу нагрев + охлаждение - 0,64 т/ч.

Для обоснования заявленных пределов в достижении положительного результата были проведены эксперименты.

В колпаковой печи использовали крышку заявленной конструкции и крышку стопы рулонов, выполненную по прототипу. Отжигали рулоны весом 10 т, ширина полосы 450 мм, количество рулонов в стопе - 5 штук.

При проведении экспериментов определяли равномерность температурного поля рулонов 1-го, 3-го и 5-го, считая от поддона, с площадью термопар, заложенных в каналы, просверленные в рулонах (детали см. в примере), определяли производительность печи и удельный расход топлива. Кроме того, на отожженном металле определяли разброс значений предела прочности по высоте стопы рулонов из стали марки 08пс, химсостав по ГОСТ 1050-80. Всего провели 4 серии экспериментов А, Б, В и Г. В серии А отношение
,
а отношение
.

В опытах серии Б, В и Г при том же диапазоне отношения значения отношения S_Σувел.:S_Σнорм. составили соответственно 1,3; 2,2; 2,5.

Все данные экспериментов сведены в таблицу.

Как показали данные опытной проверки, в результате использования предлагаемой колпаковой печи разброс предела прочности стали марки 08пс состояния "мягкая" по ГОСТ 503-81 снижается по сравнению с прототипом в среднем на 100 H/мм²; производительность печи повышается на 3-5%, расход топлив - на 8-11%.

В таблице приведены данные экспериментов, выполненных для обоснования выбранных параметров предлагаемой колпаковой печи.

На чертеже изображена колпаковая печь.

Предлагаемая колпаковая печь содержит стенд 1, поддон 2 для формирования на нем рулонов 3 в стопу вне пределов стенда 1, нагревательный колпак 4, муфель 5, конвекторные кольца 6, 7, 8, 9, крышку 10 стопы рулонов; суммарная площадь средних сечений проходных каналов конвекторного кольца 7 в 1,3-3,2 и 2,1-3,5 раза больше суммарной площади средних сечений проходных каналов в отдельности каждого из остальных конвекторных колец 6, 8, 9 и крышки 10 стопы рулонов 3 соответственно. Печь оснащена горелками 11, циркуляционным вентилятором 12.

Заявляемая колпаковая печь работает следующим образом.

На стенд 1 устанавливают поддон 2 с сформированной на нем стопой рулонов 3, с конвекторными кольцами 6, 7, 8, 9 между рулонами и крышкой 10 сверху стопы. Затем стопу рулонов накрывают муфелем 5 и нагревательным колпаком 4, с горелками 11.

В процессе термической обработки рулонов 3 происходит при помощи стендового вентилятора 12 циркуляция защитного газа под муфелем 5. Защитный газ, нагреваясь от муфеля 5, отдает тепло рулонам 3, проходя через каналы крышки 10 стопы рулонов и по каналам конвекторных колец 6, 7, 8, 9.

Изобретение относится к устройствам для термической обработки полосового проката в рулонах. Техническим результатом является увеличение производительности печи, повышение качества проката, экономия энергоносителей. Колпаковая печь содержит нагревательный колпак, муфель, стенд с вентилятором, поддон, конвекторные кольца; конвекторное кольцо, устанавливаемое снизу рулона, находящегося на половине высоты стопы, выполнено с определенным соотношением суммарных площадей средних сечений каналов по отношению к конвекторным кольцам, установленным по высоте в стопе рулонов. 1 табл., 1 ил.

Колпаковая печь, содержащая нагревательный колпак, муфель, стенд с циркуляционным вентилятором, поддон для стопы рулонов, крышку стопы в виде плоского диска с равномерно расположенными опорными ребрами, образующими проходные каналы сечения, размещенные между рулонами конвекторные кольца с проходными каналами переменного сечения, сужающимися от периферии к центру с заданной суммарной площадью средних сечений каналов в зависимости от места расположения колец в стопе рулонов, отличающаяся тем, что конвекторное кольцо, размещенное снизу рулона, установленного на половине высоты стопы, выполнено с суммарной площадью средних сечений проходных каналов, составляющих 1,3 - 2,2 и 2,1 - 3,5 суммарной площади средних сечений проходных каналов в отдельности каждого из остальных конвекторных колец в стопе и крышки стопы рулонов соответственно.