СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА В КОЛПАКОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1999 года по МПК F27D9/00 C21D9/663 

Изобретение относится к термической обработке плотносмотанных рулонов тонколистовой холоднокатаной полосы, например жести, автолиста и т.п., и может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Для термической обработки плотносмотанных рулонов широко применяются одностопные колпаковые печи. На стенде печи располагают садку металла в сиде стопы, состоящей из одного или нескольких 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 процесса 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 обеспечивая интенсивный теплообмен между газом и торцами рулонов. Во время нагрева на стенд устанавливают нагревательный колпак, на котором имеются газовые горелки или электронагреватели. После окончания процессов нагрева и выдержки нагревательный колпак снимается со стенда и переносится на другой, где начинается новый цикл нагрева, а на данном стенде происходит процесс охлаждения садки, который заканчивается, когда наиболее медленно остывающая часть садки достигает температуры 140-160^oC, при которой снимают муфель. Рулоны со стенда транспортируют на склад, а на данной печи начинают формировать новую садку и весь цикл термообработки повторяется.

Охлаждение являются самой длительной стадией во всем цикле отжига: нагрев с выдержкой длится 30-50 ч, а охлаждение - 60-90 ч. (В зависимости от массы садки и конструкции печи). В первых конструкциях колпаковых печей охлаждение происходило естественным путем в окружающее пространство цеха, затем были созданы специальные способы принудительного охлаждения, которые позволили заметно ускорить этот процесс.

Известен способ охлаждения металла в колпаковой печи, который заключается в охлаждении защитной атмосферы, циркулирующей под муфелем, с помощью специальных холодильников, расположенных под стендом печи и охлаждаемых водой [1,2]. Защитный газ циркулирует через данные водоохлаждаемые холодильники либо с помощью статического давления, перепад которого создается в направляющем аппарате [1], либо с помощью специального дополнительного вентилятора [2] . Однако данный способ имеет недостатки: требуется значительное количество химочищенной воды; в тех случаях, когда на печи используется затвор, холодильник засоряется и резко падает его эффективность. Кроме этого следует отметить, что в дополнительном контуре циркулирует только часть всего объема защитного газа, находящегося под муфелем.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ охлаждения садки металла поливкой водой сверху муфеля из специального колпака, устанавливаемого на стенд печи после снятия нагревательного колпака [3] . Струи воды движутся сверху вниз по поверхности гофрированного муфеля, причем гофры расположены по всей высоте муфеля параллельно горизонтальной поверхности. Потоки движущейся воды прилипают к поверхности муфеля на всем протяжении своего движения и собираются внизу стенда, имеющего герметичное уплотнение. Данный способ является наиболее эффективным из существующих и позволяет практически охлаждать садку за 22-25 часов, т.е. сделать одинаковыми период нагрева с выдержкой и период охлаждения.

Однако и данный способ имеет недостатки, которые заключаются в том, что охлаждающий эффект воды используется не полностью и имеется перерасход воды. После того, как началось охлаждение муфеля водой, через некоторое время его наружная поверхность охладится, причем его температура станет практически равной температуре воды, и теплообмен между ними резко уменьшится. Так как процесс передачи тепла от металла к защитному газу, а от него к внутренней поверхности муфеля и затем теплопроводность к наружной поверхности происходит во времени, то на этот период прогрева эффективность охлаждения снизится, что приведет к значительному перерасходу воды и снижению скорости охлаждения садки.

Целью изобретения является ускорение процесса охлаждения садки металла в колпаковой печи и уменьшение расхода воды на данный процесс.

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающая вода подается не непрерывно, а импульсно - с соотношением в цикле длительности периода подачи воды к длительности периода отключения воды от 0,1 до 100,0, причем данное соотношение может изменяться по ходу охлаждения садки.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. После окончания периода нагрева и выдержки нагревательный колпак снимают со стенда и на его место устанавливают охлаждающий колпак, который подсоединяют к трубопроводу воды. На охлаждающем колпаке имеется труба, подводящая воду к верхним коллекторам, из которых она подается на муфель и охлаждает его. В предлагаемом способе на подводе воды дополнительно к имеющемуся запорному крану устанавливается регулирующий клапан с электрическим или пневматическим приводом, который приводится в действие управляющей машиной, микропроцессором или специальным регулятором. В зависимости от заданного алгоритма регулирующий клапан включает или выключает подачу воды в верхние коллекторы на определенный период, чтобы обеспечить соотношение длительности периодов подачи охладителя к периоду отключения подачи охладителя в пределах от 0,1 до 100,0. В зависимости от состояния охлаждаемой садки, т.е. по мере охлаждения металла, длительность периода включения воды уменьшается, а длительность ее подачи может сохраняться или увеличиваться.

В данном способе процесс охлаждения интенсифицируется за счет:
1) более высокой разности температур между поверхностью муфеля и охлаждающей водой при ее импульсной подаче;
2) испарения воды, происходящего вследствие повышенной температуры муфеля;
3) потерь тепла с поверхности муфеля в окружающее пространство излучением вследствие отсутствия слоя проточной воды, омывающей муфель.

Испарение воды позволяет существенно сократить ее расход, поскольку затраты тепла на испарение единицы массы воды примерно в 5 раз выше по сравнению с затратами тепла на ее нагрев до температуры кипения.

Способ может быть применен на колпаковых печах как с азотной, так и водородной защитной атмосферой, причем во втором случае эффект выше. Способ обеспечит сокращение длительности охлаждения на 5-10% по сравнению с охлаждением муфеля непрерывным потоком воды.

Литература.

1. Аптерман В. Н. Методы ускоренного охлаждения в колпаковых печах для термической обработки рулонов. Сб. трудов Стальпроекта, вып. 7.- М.: Металлургия, 1968, с.38-46.

2. Голиков Ю.Г., Подольский Б.Г., Тюков А.В. и др. Модернизированные установки ускоренного охлаждения рулонов в колпаковых печах. Сталь. -1994, N11, с. 51-54.

3. Лохнер X. Печь Н1СОN (H2 - лучшая колпаковая печь 1989 года). Iron and Steel Enginner. - 1990, N 3, p.43-48.

Изобретение относится к термической обработке плотносмотанных рулонов тонколистовой холоднокатаной стальной полосы, например жести, автолиста и т. п., и может быть использовано в черной и цветной металлургии. Охлаждение садки является самой длительной стадией в цикле отжига плотносмотанных рулонов в колпаковой печи: нагрев с выдержкой длится 30-50 ч, а охлаждение - 60-90 ч. Техническим результатом является ускорение процесса охлаждения садки металла и уменьшение расхода воды. Предлагается более эффективный способ охлаждения металла в колпаковой печи, заключающийся в поливке муфеля водой сверху из коллектора специального охлаждающего колпака, устанавливаемого на стенд после снятия нагревательного колпака, отличающийся тем, что охлаждающая вода подается не непрерывно, а импульсно - с отношением в цикле длительности периода подачи воды к длительности периода отключения подачи воды от 0,1 до 100,0, причем данное отношение может изменяться по ходу охлаждения садки.

Способ охлаждения металла в колпаковой печи, заключающийся в поливке муфеля водой сверху из коллекторов специального охлаждающего колпака, устанавливаемого на стенд после снятия нагревательного колпака, отличающийся тем, что охлаждающая вода подается импульсно с отношением в цикле длительности периода подачи воды к длительности периода отключения подачи воды от 0,1 до 100,0, причем данное отношение может изменяться по ходу охлаждения садки.