СПОСОБ НАГРЕВА СЛИТКОВ В НАГРЕВАТЕЛЬНОМ КОЛОДЦЕ Российский патент 2006 года по МПК C21D9/70 

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в нагревательных колодцах, работающих на смешанном газе, при нагреве слитков перед прокаткой на металлургических заводах.

Известен способ нагрева слитков с помощью регулирования горения топлива в нагревательном колодце (Jp №53-41088, кл. С 21 D 11/00, 1978). Расчет подачи топлива базируется на постоянном показателе работы печи, который предварительно определяют для данной печи по переменным величинам: стандартной температуре окончания нагрева в печи; температуре в печи по окончании загрузки стальных слитков и стандартным времени нагрева. Переменные соответствуют таким факторам, как температура и вес слитков, их количество для данного режима работы. Постоянный показатель определяют и закладывают в память вычислительной машины. Одновременно в машину вводят показатели непрерывно определяемой температуры печи и по отклонениям от стандартной температуры регулируют подачу топлива и воздуха.

Недостатком способа является низкая производительность колодцев, поскольку значительная часть периода подъема температуры проходит с пониженной тепловой мощностью.

Известен способ нагрева слитков в нагревательном колодце (SU N 1271901, кл. С 21 D 9/70, 1986), включающий предварительный разогрев колодца, посад слитков и их выдержку до достижения ими температуры разогрева колодца. Затем производят ступенчатый нагрев слитков до температуры томления. Томление осуществляют при уменьшающемся расходе топлива. Ступенчатый нагрев до температуры томления осуществляют циклически, длительность каждой ступени нагрева в каждом цикле устанавливают в пределах 1/3-1/2 времени выдержки слитков.

Данный способ дает существенное повышение выхода материала и экономию топлива при нагреве слитков конструкционных и высоколегированных сталей. Однако при нагреве сталей других марок ощутимых результатов в повышении качества проката не наблюдается и в этих условиях удлинение периода подъема температуры не оправдано, так как ведет к снижению производительности колодцев и перерасходу топлива.

Наиболее близким к предлагаемому, относится способ нагрева слитков в нагревательном колодце, реализуемый при регулировании скорости нагрева садки (Jp N 52-145411, кл. С 21 D 9/70, 1977), включающий подъем температуры в колодце при постоянном расходе и теплоте сгорания смешанного газа, образующего факел пламени и выдержку садки при температуре томления с уменьшением теплоты сгорания топлива. При этом в период подъема температуры колодец отапливается смесью высококалорийного коксового и низкокалорийного доменного газов. По достижении температуры печи 1320°С без уменьшения количества топлива увеличивают в смеси содержание доменного газа, имеющего низкую теплоту сгорания. В дальнейшем теплоту сгорания топлива по периоду выдержки изменяют в пределах (1500-2300)×4,18 кДж/м³ при прежнем объеме газа. Таким образом, регулирование процесса горения в колодце осуществляют путем подачи в него горючих смесей разных составов и регулирования их количества.

Недостатками известного технического решения являются низкое качество нагрева слитков и повышенный удельный расход топлива, а также неравномерность нагрева садки. При этом часть слитков будет перегрета, а другая недогрета, в результате чего происходят пережог и оплавление слитков, удаленных от горелки. В то же время из-за удаления ядра факела и снижения его температуры резко падает интенсивность нагрева металла, расположенного вблизи горелки. В этих условиях для предотвращения выдачи в прокат недогретых слитков требуется увеличение времени выдержки, что ведет к снижению производительности колодцев и перерасходу топлива. Скорость распространения пламени воздушных смесей СО в 5-6 раз ниже, чем у Н₂, поэтому при том же количестве движения, вносимом в колодец газовой смесью в период выдержки, в этих условиях происходит удлинение факела (объемная зона, в которой протекает реакция горения топлива), поскольку существует обратно пропорциональная зависимость длины факела от скорости распространения пламени. При подъеме температуры с полной тепловой мощностью к концу выдержки наиболее прогретой оказывается часть садки, удаленная от горелки, и наименее прогретой с противоположной стороны. Это связано с неравномерностью распределения температуры по длине факела и расположением зоны максимального тепловыделения вблизи глухой стенки.

Задачей изобретения является повышение качества нагрева и снижение удельных расходов топлива.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нагрева слитков в нагревательном колодце с помощью факела пламени, образованного при постоянном расходе и теплоте сгорания смешанного газа, согласно изобретению нагрев факелом пламени осуществляется многоциклично с использованием двух углов раскрытия факела, причем в первой половине каждого цикла угол раскрытия факела соответствует 19-21°, а во второй - 44-46°.

Первая и вторая половины цикла нагрева характеризуются различным распределением изотерм в факеле и соответственно различным распределением тепловой мощности в пространстве колодца. Многоцикличный режим нагрева с двумя заданными углами раскрытия факела позволяет осуществлять равномерный нагрев слитков.

Повышение качества нагрева обусловлено улучшением равномерности прогрева участков садки, расположенных на различном удалении от горелки. Это связано с попеременным смещением зоны максимального тепловыделения факела в направлении горелки. При условии подъема температуры с углом раскрытия факела меньше 19° на участках садки вблизи глухой стенки (противоположной горелочной) будут наблюдаться оплавление и пережог металла, при работе с углом больше 21° будет наблюдаться оплавление и пережог металла на участках садки, находящихся вблизи горелочной стенки.

При угле раскрытия факела во второй половине цикла нагрева меньше 44° происходит недогрев слитков вблизи горелочной стены, а при увеличении угла больше 46° происходит оплавление и пережог металла на участке садки, находящемся вблизи горелочной стенки.

Обоснованием углов раскрытия факела β=19-21° и β=44-46° служит тот факт, что при других углах раскрытия факела достичь лучшей равномерности нагрева слитков не удалось. Время каждого цикла нагрева факелом пламени составляет от 0,6 до 2,0 мин, время раскрытия каждого из углов - от 0,3 до 1,0 мин. Уменьшение времени цикла нецелесообразно с технической точки зрения. Увеличение времени цикла снизит равномерность нагрева садки.

Интенсификация теплоотдачи на менее прогретые части садки увеличивает скорость их нагрева. Доводка температуры поверхности наиболее нагретых слитков до технологической при меньшем температурном напоре создает условия для практически одинакового прогрева всей садки, исключает оплавление и пережог металла.

Сокращение удельных расходов топлива обусловлено также повышением равномерности нагрева садки. Общее время нагрева садки сокращается благодаря исключению времени выдержки. Соответственно повышается производительность колодца и сокращается удельный расход топлива на нагрев.

Способ нагрева слитков в нагревательном колодце поясняется чертежами, где на фиг.1 - распределение изотерм в факеле при углах раскрытия факела β=19-21° (а) и β=44-46° (б); на фиг.2 - распределение тепловой мощности в пространстве колодца (по его длине: от горелочной стены до противоположной) при углах раскрытия факела β=19-21° (а) и β=44-46° (б).

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочее пространство регенеративного нагревательного колодца, в котором факел стелется по подине, обеспечивая температуру около нее более 1370°C, от фронтальной до задней стен размещаются в две колонны и четыре ряда восемь слитков массой по 7 т, высотой 2,2 м. Камера колодца представляет собой прямой параллелепипед длиной L_n=5,2 м, шириной A_n=2,24 м, высотой Н_n=3,1 м. Регенеративный подогрев газообразного топлива и воздуха до температуры 750-850^оС позволяет осуществлять работу этих колодцев на доменном газе (О_НР≈3500 кДж/м³) или, в случае необходимости, на смеси доменного и коксового или природного газа (О_НР≈4400-4500 кДж/м³). Расход топлива B_к=3500 м³/ч. Начальная температура нагрева слитков t_C.H=700°. Конечная температура нагрева слитков t_C.H=1200°. При посадке слитков в колодец по прямым замерам с помощью пирометра определяют их температуру на посаде, t_C.H°C. По технологической карте назначают требуемую температуру металла в конце нагрева, t_C.K°C. При постоянном расходе и теплоте сгорания смешанного газа осуществляют многоцикличный нагрев факелом пламени с использованием двух углов раскрытия факела, причем в первой половине каждого цикла угол раскрытия факела соответствует 20° в течение 0,3 мин, а во второй 45° в течение также 0,3 мин. При этом цикл нагрева составил 0,6 минут. Нагрев продолжают до достижения технологической температуры нагрева металла, t_C.K°C. По окончании нагрева производят выдачу нагретых слитков в прокат. Использование многоцикличного нагрева факелом пламени в нагревательном колодце с двумя заданными углами раскрытия факела позволяет обеспечить наиболее экономичный нагрев и практически одинаковую конечную температуру всех слитков на выдаче независимо от их расположения относительно горелки. Повышение качества нагрева обусловлено улучшением равномерности прогрева участков садки, расположенных на различном удалении от горелки. Это связано с попеременным смещением зоны максимального тепловыделения факела в направлении горелки.

Интенсификация теплоотдачи на менее прогретые части садки увеличивает скорость их нагрева. Доводка температуры поверхности наиболее нагретых слитков до технологической при меньшем температурном напоре создает условия для практически одинакового прогрева всей садки, исключает оплавление и пережог металла. Сокращение удельных расходов топлива обусловлено также повышением равномерности нагрева садки. Общее время нагрева садки сокращается благодаря исключению времени выдержки. Соответственно повышается производительность колодца и сокращается удельный расход топлива на нагрев.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения. Произведено математическое моделирование внешнего теплообмена в нагревательных печах.

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в нагревательных колодцах, работающих на смешанном газе, при нагреве слитков перед прокаткой на металлургических заводах. Техническим результатом изобретения является повышение качества нагрева и снижение удельных расходов топлива. В способе нагрева слитков в нагревательном колодце с помощью факела пламени, образованного при постоянном расходе и теплоте сгорания смешанного газа, согласно изобретению нагрев факелом пламени осуществляется многоциклично с использованием двух углов раскрытия факела, причем в первой половине каждого цикла угол раскрытия факела соответствует 19-21°, а во второй - 44-46°, время каждого цикла нагрева факелом пламени составляет от 0,6 до 2,0 мин, а время раскрытия каждого из углов факела - от 0,3 до 1,0 мин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ нагрева слитков в нагревательном колодце факелом пламени, отличающийся тем, что нагрев осуществляют многоциклично с использованием двух углов раскрытия факела, причем в первой половине каждого цикла угол раскрытия факела соответствует 19-21°, а во второй 44-46°.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время каждого цикла нагрева факелом пламени составляет от 0,6 до 2,0 мин, а время раскрытия каждого из углов факела от 0,3 до 1,0 мин.