ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ СТРУЙНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА Российский патент 2003 года по МПК F27B3/08 

Изобретение относится к электротермическому оборудованию для обработки металлов.

Известна печь, содержащая корпус, нагревательные калориферы, экраны со щелевыми соплами, делящими камеру печи на напорные зоны (см. а.с. 708127 СССР, F 27 D 7/04).

Недостатками известного технического решения являются:
- конструктивная сложность;
- невысокая прочность конструкции печи;
- недостаточная надежность из-за наличия узлов (экранов со щелями, неспособными обеспечить качественный нагрев-охлаждение).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является печь с конвективным нагревом, содержащая камеру с циркулирующим потоком, нагреватель потока и средства для его вихревого движения от нагревателя к деталям (см. заявка 2476293, Франция, F 27 D 7/04, F 27 В 5/02).

К недостаткам данного решения можно отнести:
- конструктивную сложность;
- громоздкость конструкции;
- малую приспособленность для термообработки монолитного металла, а в основном для деталей;
- недостаточная прочность;
- невозможность обеспечить равномерный нагрев металла;
- низкая интенсивность теплоотдачи от электронагревателей к потоку.

Задачами предлагаемого изобретения являются упрощение конструкции печи, достижение более равномерного нагрева поверхности металла (сляба), исключение возможности местного перегрева поверхности металла (сляба), повышение надежности печи.

Поставленная задача решается в электропечи для струйного нагрева металла, содержащей корпус с подом, систему нагрева в виде нагнетательного блока, блоков нагрева, имеющих электронагреватели, и блока подвода теплоносителя в виде напорных коробов с подающими насадками, обращенными на нагреваемый металл, электронагреватели выполнены в виде параллельно расположенных рядов вертикальных металлических лент с макрошероховатостью, ориентированной перпендикулярно направлению нагреваемого потока теплоносителя, при этом система нагрева снабжена установленными перед каждым блоком нагрева перпендикулярно к направлению нагреваемого потока теплоносителя и к блокам нагрева турбулизирующими решетками в виде плохообтекаемых тел, размещенных перед каждым рядом лент электронагревателя и имеющих толщину и ширину, равные соответственно 1-20 и 5-40 толщинам ленты электронагревателя, каждая насадка выполнена конической формы и имеет завихритель нагретого потока теплоносителя, концентрично расположенный в ней, высоты выступов и впадин макрошероховатости электронагревателя равны и составляют 0,5-2,0 толщины электронагревателя, а расстояние между соседними выступами и впадинами равно 1-4 толщинам ленты электронагревателя, завихритель потока выполнен шнековым или лопаточным, нижний торец насадки перекрывается завихрителем не более чем на 30%, плохо обтекаемые тела выполнены в виде пластин.

Пределы изменения параметров
При толщине элемента турбулизирующей решетки (плохообтекаемого тела или пластина), меньшей толщины ленты, не обеспечивается необходимая прочность этого элемента. При толщине, большей 20 толщин ленты электронагревателя, элемент решетки перестает играть роль турбулизатора: вместо двух вихревых дорожек за ним будет образовываться зона замкнутой циркуляции.

При ширине элемента турбулизирующей решетки, меньшей 5 толщин ленты электронагревателя, затрудняется центровка элемента относительно ленты, а, кроме того, вихревые дорожки, образованные элементом решетки, будут быстро затухать на поверхности ленты, что приведет к ослаблению эффекта турбулизации потока. При ширине элемента решетки, большей 40 толщин ленты, элемент решетки будет практически перекрывать расстояние между соседними рядами ленты и тем самым препятствовать течению воздуха вдоль рядов электронагревателей.

При высоте выступов (глубине впадин) макрошероховатости, меньшей 0,5 толщины ленты, макрошероховатость не будет выполнять ту роль, для которой она предназначена: генерировать вихри, интенсифицирующие теплоотдачу от ленты электронагревателя к потоку воздуха. При высоте (глубине), превышающей 2 толщины ленты, возрастает до недопустимой величины самооблучение ленты нагревателя, что приведет к ее перегреву и преждевременному выходу из строя.

При расстоянии между выступами (впадинами), меньшем толщины ленты, возрастает самооблучение, а при расстоянии, превышающем 4 толщины ленты, макрошероховатость практически прекращает генерировать вихри, интенсифицирующие теплоотдачу.

Термин "плохообтекаемое тело" широко применяется в газодинамике и, в частности в технике стабилизации горения, см., например, книгу Ильяшенко С. М. , Таланов А. В. Теория и расчет прямоточных камер сгорания. -М.: Машиностроение, 1964, стр.265-269.

При перекрытии завихрителем выходного сечения насадки на величину, превышающую 30%, недопустимо возрастает сопротивление на выходе воздуха, что приведет к неоправданному повышению требуемой мощности вентилятора (в формуле сказано "не более", т.е. меньше 30% вполне может быть).

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема электропечи для струйного нагрева металла, на фиг. 2 - вид спереди на элемент блока нагрева; на фиг.3 - вид сверху на электронагреватель, на фиг.4 - сечение насадки с завихрителем, на фиг.5 - вид на насадку сверху.

Электропечь для струйного нагрева металла содержит корпус 1 с загрузочной дверью 2, под печи 3 в виде стоек, нагнетательный блок 4, блоки нагрева 5 из рядов электронагревателей 6 зигзагообразной формы 7, блок подвода теплоносителя 8 в виде напорных коробов 8, связанных трубопроводами 9, с множеством подающих насадок 10, электронагреватели 6 имеют макрошероховатость 11 в виде выступов и впадин, высота и глубина которых составляет 0,5-2,0 толщины электронагревателя 6, причем данные размеры подобраны экспериментально исходя из максимальной способности к турбулизации, перед каждым блоком электронагревателей 6 установлены турбулизирующие решетки 12 перпендикулярно к нагреваемому потоку теплоносителя, решетки 12 выполнены из плохо обтекаемых тел с толщиной 1-20 и шириной 5-40 толщин ленты электронагревателя, из условий максимальной способности к турбулизации, решетки выполнены, например, из пластин. На напорных коробах 8 установлены насадки 13 конической формы, внутри них концентрично установлены завихрители нагретого потока теплоносителя 14 шнекового или лопаточного типа, нижний торец насадки (донышко) 13 перекрывается завихрителями 14 не более чем на 30%, управление и электропитание блока нагрева ведется управляющим блоком 15.

С электропечью для струйного нагрева металла разработают следующим образом. Через загрузочную дверь 2 на под печи 3 загружают термообрабатываемый металл, например, в виде алюминиевого сляба, включают нагнетательный блок 4; пройдя через турбулизирующие решетки 12, теплоноситель (воздух) поступает в блок нагрева 5, где, обтекая макрошероховатости 11 электронагревателей 6, теплоноситель нагревается, после чего теплоноситель по блоку подвода теплоносителя 8 и трубопровод 9 поступает к подающим насадкам 10, где за счет завихрителя рабочего потока 14 через донышко насадки 13 закрученный поток теплоносителя попадает на поверхность сляба, вызывая его нагрев, после чего теплоноситель возвращается в блок нагнетания 4 и устанавливается циркуляционный нагревательный процесс, регулируемый управляющим блоком 15; после нагрева сляба, проведения необходимой тепловой выдержки сляб охлаждают с заданной скоростью и разгружают в печь через загрузочную дверь 2.

Достижение решения задачи предлагаемого изобретения проверено испытаниями экспериментальных моделей входящих в него устройств: турбулизирующей решетки, электронагревателей (особенно их конфигурации, формы и размеров макрошероховатости, конструкции подающих насадок и т.п.); испытания подтвердили высокую надежность и полезность принятых решений и высокое качество термообработки металла, то есть минимальное отклонение по температуре всей поверхности сляба.

Данное предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.

Изобретение относится к электротермическому оборудованию для обработки металлов. Электропечь для струйного нагрева металла содержит корпус с подом, систему нагрева в виде нагнетательного блока, блоков нагрева, имеющих электронагреватели, и блока подвода теплоносителя в виде напорных коробов с подающими насадками, обращенными на нагреваемый металл. Электронагреватели выполнены в виде параллельно расположенных рядов вертикальных металлических лент с макрошероховатостью, ориентированной перпендикулярно направлению нагреваемого потока теплоносителя, система нагрева снабжена установленными перед каждым блоком нагрева перпендикулярно направлению нагреваемого потока теплоносителя и к блокам нагрева турбулизирующими решетками в виде плохообтекаемых тел. Турбулизирующие решетки размещены перед каждым рядом лент электронагревателя и имеют толщину и ширину, равные соответственно 1-20 и 5-40 толщинам ленты электронагревателя. Каждая насадка выполнена конической формы, имеет завихритель нагретого потока теплоносителя, концентрично расположенный в ней. Изобретение позволяет упростить конструкцию печи, достигнуть более равномерного нагрева металла, исключить возможность местного перегрева поверхности металла, повысить надежность печи. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электропечь для струйного нагрева металла, содержащая корпус с подом, систему нагрева в виде нагнетательного блока, блоков нагрева, имеющих электронагреватели, и блока подвода теплоносителя в виде напорных коробов с подающими насадками, обращенными на нагреваемый металл, отличающаяся тем, что электронагреватели выполнены в виде параллельно расположенных рядов вертикальных металлических лент с макрошероховатостью, ориентированной перпендикулярно направлению нагреваемого потока теплоносителя, при этом система нагрева снабжена установленными перед каждым блоком нагрева перпендикулярно к направлению нагреваемого потока теплоносителя и к блокам нагрева турбулизирующими решетками в виде плохообтекаемых тел, размещенных перед каждым рядом лент электронагревателя и имеющих толщину и ширину, равные соответственно 1-20 и 5-40 толщинам ленты электронагревателя, каждая насадка выполнена конической формы и имеет завихритель нагретого потока теплоносителя, концентрично расположенный в ней.2. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что высоты выступов и впадин макрошероховатости электронагревателя равны и составляют 0,5-2 толщины электронагревателя, а расстояние между соседними выступами и впадинами равно 1-4 толщинам ленты электронагревателя.3. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что завихритель потока выполнен шнековым.4. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что завихритель потока выполнен лопаточным.5. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что завихритель расположен в насадке с перекрытием ее нижнего торца не более чем на 30%.6. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что плохообтекаемые тела выполнены в виде пластин.