ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТИЗОВ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ И СПОСОБ ЕЕ ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F27B5/14 F27B9/06 F27B9/36 

Предлагаемое изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах для термической обработки различных металлических изделий (метизов), например болтов, гаек, шайб, дюбелей и т.д. в разнообразных контролируемых атмосферах.

Известна печь с радиационными трубами (А.С.СССР N 394646, кл. F 27 B 17/00, опубл. 11.01.74 г.). Печь содержит газовые, воздушные коллектора, дымопроводы, рекуператоры, радиационные трубы (РТ), транспортные механизмы. РТ являются основным элементом отопительной системы печи. В них сжигают топливо, муфелируя окислительные продукты сгорания от рабочего пространства печи, заполненного контролируемой атмосферой с заданными химическим составом и влажностью. В ней проводят полный технологический цикл термохимической обработки метизов, включая их нагрев, точный догрев и выдержку при заданных температурах.

Главной отличительной особенностью этой печи является установка на дымовых патрубках РТ индивидуальных внешних теплообменников, соединенных с дымопроводом. Эти теплообменники можно использовать для различных технологических функций, нагревая газ, воздух, пар, воду.

Следует отметить, что в отличие от рассматриваемого аналога на печах, как правило, используют РТ со встроенными в их корпуса рекуператорами, предназначенными для нагрева необходимого для горения в одном нагревателе воздуха. Это при горизонтальной установке РТ приводит к отложению сажистого углерода на относительно холодных рекуперативных поверхностях и нарушению аэродинамических характеристик нагревателей. Выжигание сажистого углерода внутри РТ осуществляют подачей на горение больших количеств избыточного воздуха. Этим же способом подавляют его образование в РТ, что приводит к нерациональному использованию топлива и снижению КПД печей. Кроме того, выжигание не является достаточно эффективным средством обеспечения надежности работы РТ. Заданные характеристики обеспечивают путем периодической разборки и ревизии нагревателей, что при большом количестве РТ на печах связано со значительными трудовыми затратами, поэтому вертикальная установка рекуператоров на дымовых патрубках является предпочтительной и позволяет осуществить независимые ремонт и ревизию РТ и рекуператоров.

Известна наиболее близкая к предлагаемой печь с РТ (Патент США N 3515380, кл. F 23 B 5/14, опубл. 27.04.71 г.). Эта печь содержит общий для РТ внешний рекуператор, предназначенный для нагрева воздуха, подаваемого на горение ко всем нагревателям. Здесь внешний рекуператор встроен в дымовой тракт печи.

Эта печь имеет существенные преимущества перед печами с индивидуальными теплообменниками, обслуживание и ремонт которых, в отличие от общего рекуператора, связаны со значительными трудовыми и материальными затратами. Кроме того, целевое использование теплообменника в качестве рекуператора для нагрева воздуха, необходимого для горения, является предпочтительным, так как повышает качество сжигания топлива в РТ, равномерность распределения температур на излучающих поверхностях и нагрева метизов, обеспечивая высокие КПД и эффективную работу непосредственно объекта изобретения.

Технической задачей изобретения является улучшение качества термохимической обработки метизов, повышение КПД печи и ресурса работы РТ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в печи для термической обработки метизов в контролируемой атмосфере, содержащей зоны нагрева, точного нагрева и выдержки, установленный в них конвейер, отопительную систему, состоящую из газовых и воздушных коллекторов, дымопроводов, объединенных внешних рекуператоров и рядов радиационных труб, размещенных в зонах над и под конвейером, в зоне точного нагрева каждые две соседние радиационные трубы попарно последовательно соединены вынесенными за пределы печи теплоизолированными коленами, образуя многоветвевой нагреватель, первая ветвь которого со стороны загрузки метизов имеет газогорелочное устройство, а последняя - дымовой патрубок, соединенный с объединенным внешним рекуператором. Такое конструктивное исполнение зоны точного нагрева позволяет более точно нагревать метизы до заданных технологических температур и использовать физическое тепло уходящих газов на первой ступени рекуперации для непосредственного нагрева самих метизов, а при ремонтах осуществлять попарную перестановку нагревательной и рекуперативной частей общего нагревателя.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в зонах нагрева и точного нагрева радиационные трубы установлены в горизонтальных параллельных конвейеру плоскостях, а в зоне выдержки на выходе с конвейера - в вертикальной плоскости. Это позволяет исключить подстывание метизов на выходе с конвейера перед выгрузкой.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что воздушные коллекторы верхних и нижних радиационных труб коаксиально встроены в дымопроводы и образуют объединенные по рядам внешние рекуператоры, соединенные посредством фланцев с дымовыми патрубками радиационных труб с регулируемыми зазорами. Такое выполнение фланцевых соединений позволяет наладочными средствами выровнять работу радиационных труб по дымовому тракту.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе отопления печи, включающем подачу газа и воздуха, нагрев воздуха во внешних рекуператорах, образование газовоздушной смеси и ее сжигание в радиационных трубах, расположенных над и под движущимися с помощью конвейера нагреваемыми метизами, в каждой паре соседних радиационных труб зоны точного нагрева продукты сгорания последовательно подают из первых ветвей нагревателя во вторые вне пределов рабочего пространства печи и ее изоляции и удаляют из них в объединенные внешние рекуператоры, обеспечивая давление в местах их соединения с дымовыми патрубками радиационных труб равным атмосферному значению окружающей среды.

На чертежах изображено: фиг. 1 - печь для термической обработки метизов в контролируемой атмосфере, продольный по ширине разрез; фиг. 2 - то же, поперечный разрез печи в зоне точного догрева; фиг. 3 - то же, продольный разрез печи по оси установки верхнего ряда РТ. Чертежи выполнены на примере печи с U-образными РТ.

Печь содержит отопительную систему с верхними 1 и нижними 2 рядами РТ, разделенными по высоте транспортным конвейером 3, газовые 4 и воздушные коллекторы 5, дымопроводы 6.

Конвейер 3 приводится в движение валами 7 и поддерживается опорными роликами 8. Печь снабжена загрузочными 9 и разгрузочными 10 окнами и разделена по длине на зоны нагрева 11, точного догрева 12 и выдержки метизов 13 при заданной температуре в контролируемой атмосфере, которой заполнено ее рабочее пространство. Печь снабжена съемным сводом 14. В зонах нагрева и точного догрева все РТ установлены в горизонтальных, параллельных 3, плоскостях (поз. 1, 2), а в зоне выдержки на выходе с 3 в вертикальной плоскости (поз. 15). В отличие от зон нагрева и выдержки в зоне точного догрева каждые две соседние РТ попарно последовательно соединены вынесенными за пределы печи теплоизолированными коленами 16, образуя общий многоветвевой нагреватель. Первые ветви РТ всех зон печи содержат газогорелочные устройства 17, а последние (отводящие) - дымовые патрубки 18. Воздушные коллекторы 5 коаксиально встроены в дымопроводы 6 и образуют объединенные по рядам внешние рекуператоры 19, соединенные фланцами 20 с дымовыми патрубками с регулируемыми зазорами.

Печь работает следующим образом. Метизы загружают через окно 9 на грузовое полотно транспортного конвейера 3, где они последовательно проходят через зоны нагрева 11, точного догрева 12 и выдержки 13, заполненные контролируемой атмосферой с заданными физико-химическими свойствами и выгружают в окно 10. Нагрев метизов осуществляют РТ, установленными рядами над и под метизами параллельно конвейеру в зонах нагрева и точного догрева и перпендикулярно (поз. 15) в зоне выдержки непосредственно на выходе метизов с конвейера над окном 10. Такая установка РТ позволяет организовать равномерный нагрев изделий и исключить их подстывание на выходе из печи. В качестве примера для осуществления взята печь с U-образными РТ, работающими на природном газе.

В зонах нагрева и выдержки в первых ветвях РТ установлены газогорелочные устройства, а во вторых - дымовые патрубки. Горение растягивается по всей длине U-образного нагревателя, что позволяет интенсифицировать нагрев метизов на начальной стадии и исключить возможность их подстывания на выходе из печи. В зоне догрева необходимо осуществить точный догрев изделий до заданной температуры. Это достигают тем, что продукты сгорания РТ не сразу удаляют из печи, а направляют поворотными коленами 16 в соседние нагреватели, что позволяет осуществить более плавный догрев изделий и исключить их перегрев. Такая система отопления зоны точного догрева печи также обеспечивает повышение ее КПД, так как вторичное использование физического тепла уходящих газов позволяет догревать метизы, а удлинение дымовой трассы - гарантировать полноту сжигания природного газа в нагревателях при пропорционировании, близком к стехиометрическим значениям (L = 1,1 - 1,3). Кроме того, вынесение поворотных колен 16 за пределы рабочего пространства печи и ее изоляции увеличивает ресурс работы РТ, так как при прогаре первого из попарно последовательно соединенных нагревателей (прогар второго при прочих равных условиях исключен) после его реставрации имеется возможность перестановки соседних нагревателей и их повторного использования в менее напряженных температурных условиях.

Для обеспечения качественного сжигания природного газа воздух в РТ печи подают нагретым до температуры 473 - 673 K. Нагрев воздуха осуществляют во внешних объединенных по рядам РТ рекуператорах 19, представляющих коаксиально установленные трубы. Внутренние трубы этих рекуператоров являются воздушными коллекторами 5 печи, а внешние - ее дымопроводами 6. В местах соединения объединенных рекуператоров 19 с дымовыми патрубками РТ путем регулирования зазоров между фланцами 20 обеспечивают давление, равное атмосферному давлению окружающей среды, что позволяет выровнять работу РТ по дымовому тракту.

Предлагаемая печь для термохимической обработки метизов в контролируемой атмосфере и способ ее отопления внедрены на двух закалочно-отпускных линиях производства высокопрочного крепежа калибровочного цеха завода. Эксплуатация печей показала, что они отличаются повышенной экономичностью и полностью удовлетворяют заданным технологическим требованиям.

Печь для термохимической обработки метизов в контролируемой атмосфере и способ ее отопления могут быть использованы на металлургических и машиностроительных заводах для производства различных металлических изделий (метизов), например болтов, гаек, дюбелей. Техническим результатом изобретения является улучшение качества термохимической обработки метизов, повышение КПД печи и ресурса работы радиационных труб (РТ). Печь для обработки имеет зоны нагрева, точного нагрева и выдержки. В зоне точного нагрева каждые две соседние РТ попарно последовательно соединены вынесенными за предела печи теплоизолированными коленами, образуя общий многоветвевой нагреватель, первая ветвь которого со стороны загрузки метизов снабжена газогорелочным устройством, а последняя - дымовым патрубком, соединенным с объединенным внешним рекуператором. В зонах нагрева и точного нагрева все РТ установлены в горизонтальных параллельных транспортному конвейеру плоскостях, а в зоне выдержки на выходе с конвейера в вертикальной плоскости. Кроме того, воздушные коллекторы верхних и нижних рядов РТ коаксиально встроены в дымопроводы и образуют объединенные по рядам внешние рекуператоры, соединенные фланцами с дымовыми патрубками РТ с регулируемыми зазорами. Способ заключается в том, что в каждой паре соседних РТ зоны точного нагрева продукты сгорания последовательно подают из первых нагревателей во вторые вне пределов рабочего пространства печи и ее изоляции и удаляют из вторых в объединенные внешние рекуператоры, обеспечивая давление в местах их соединения с дымовыми патрубками РТ, равное атмосферному. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Печь для термической обработки метизов в контролируемой атмосфере, содержащая зоны нагрева, точного нагрева и выдержки, установленный в них конвейер, отопительную систему, состоящую из газовых и воздушных коллекторов, дымопроводов, объединенных внешних рекуператоров и рядов радиационных труб, размещенных в зонах над и под конвейером, отличающаяся тем, что в зоне точного нагрева каждые две соседние радиационные трубы попарно последовательно соединены вынесенными за пределы печи теплоизолированными коленами, образуя общий многоветвевой нагреватель, первая ветвь которого со стороны загрузки метизов имеет газогорелочное устройство, а последняя - дымовой патрубок, соединенный с объединенным внешним рекуператором. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что в зонах нагрева и точного нагрева радиационные трубы установлены в горизонтальных параллельных конвейеру плоскостях, а в зоне выдержки на выходе конвейера - в вертикальной плоскости. 3. Печь по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что воздушные коллекторы верхних и нижних рядов радиационных труб коаксиально встроены в дымопроводы и образуют объединенные по рядам внешние рекуператоры, соединенные посредством фланцев с дымовыми патрубками радиационных труб с регулируемыми зазорами. 4. Способ отопления печи для термической обработки метизов в контролируемой атмосфере, включающий подачу газа и воздуха, нагрев воздуха во внешних рекуператорах, образование газовоздушной смеси и ее сжигание в радиационных трубах, расположенных над и под движущимися с помощью конвейера нагреваемыми метизами в зонах нагрева, точного нагрева и выдержки, отвода продуктов сгорания, отличающийся тем, что в каждой паре соседних радиационных труб зоны точного нагрева продукты сгорания последовательно подают из первых ветвей нагревателей во вторые, вне пределов рабочего пространства печи и ее изоляции, и удаляют из вторых в объединенные внешние рекуператоры, обеспечивая давление в местах их соединения с дымовыми патрубками радиационных труб равным атмосферному значению окружающей среды.