РЕКУПЕРАТОР ДЛЯ НАГРЕВА ПЕРВИЧНОГО ВОЗДУХА ПЕЧИ ОТКРЫТОГО МАЛООКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА И СПОСОБ НАГРЕВА ПЕРВИЧНОГО ВОЗДУХА В РЕКУПЕРАТОРЕ Российский патент 2009 года по МПК F27D17/00 F27B9/30 C21D9/56 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии железа, в частности к рекуператорам печей открытого малоокислительного нагрева металлопродукции, например проволоки, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах.

Известны печи по патентам РФ N1570311 и 2139944 (C21D 1/52, 9/56, F27B 9/28), содержащие последовательно размещенные камеры предварительного нагрева, окончательного нагрева и выдержки металла при заданной температуре, разделенные по высоте на параллельные зоны высокотеплопроводным промежуточным подом, горелки, сопла, рекуператоры, размещенные для нагрева первичного воздуха под промежуточным подом на участке в конце камеры предварительного нагрева, а для нагрева вторичного воздуха в надподовом пространстве в начале этой камеры. По способам движения продуктов сгорания и воздуха рекуператор для нагрева первичного воздуха является классическим рекуператором перекрестного тока. Его основанием является основной под печи, выполненный из огнеупорных материалов. Рекуператор закрыт секциями промежуточного пода. Боковыми поверхностями рекуператора являются боковые стены печи, выполненные из огнеупорных материалов. Внутри указанных поверхностей установлены U-образные трубы, изготовленные из жаростойкой стали. Возможна также установка W-образных труб. Однако длина рекуператора ограничена и, как показывают теплотехнические расчеты, наиболее эффектный нагрев первичного воздуха достигается при установке U-образных труб. В межтрубном пространстве движутся уходящие продукты полного сгорания, а в трубах первичный воздух. По способу передачи тепла от продуктов сгорания к воздуху этот рекуператор является радиационно-конвективным. По способу движения уходящих продуктов сгорания и воздуха рекуператор для нагрева вторичного воздуха может являться прямоточным и противоточным, а по способу теплопередачи исключительно конвективным, так как уходящие газы перед ним очень сильно охлаждены. Их температура при значительной длине камеры предварительного нагрева составляет 250-350°С, поэтому существует возможность конденсации водяных паров из уходящих газов и, как следствие, выход рекуператора из строя.

Известна наиболее близкая к предлагаемой печь с промежуточным подом по патенту РФ N2210707 (C21D 9/56, F21B 9/30, F27D 1/02), также содержащая рекуператор перекрестного для нагрева первичного воздуха, размещенный под промежуточным подом на участке в конце камеры предварительного нагрева. Общим для предлагаемой печи и печи по указанному патенту является то, что промежуточный свод на участке установки рекуператора для нагрева первичного воздуха выполнен из стойкого к ударным нагрузкам материала, что повышает срок службы рекуператора в целом.

Однако рекуператор перекрестного тока для нагрева первичного воздуха в печи с промежуточным подом по патенту РФ N2210707 содержит только две U-образные трубы. Этого количества явно недостаточно для эффективной работы рекуператора нагрева первичного воздуха до высокой температуры, позволяющей подавить процессы сажеобразования при неполном сжигании топлива горелками печи, что отрицательно отражается на качестве малоокислительной атмосферы в ее рабочем пространстве над промежуточным подом, а в конечном итоге на качестве металлопродукции в связи с высокой степенью окисления ее поверхности и снижает производительность печи.

Технической задачей изобретения является выравнивание температуры нагрева первичного воздуха по боковым сторонам печи и соответственно улучшение качества металлопродукции и повышение производительности печи.

Решение технической задачи достигается тем, что рекуператор для нагрева первичного воздуха печи открытого малоокислительного нагрева состоит из U-образных труб, содержащих подводящую и выходную (или обратную) ветви, установленных под промежуточным подом печи в конце камеры предварительного нагрева и расположенных во взаимно противоположном направлении друг по отношению к другу. Отличительными признаками является то, что рекуператор содержит четное количество U-образных труб, при этом каждая пара соседних друг с другом труб, выходящих на одну сторону печи, соединены последовательно между собой внешним патрубком с фланцами на концах.

Известен наиболее близкий к предлагаемому способ нагрева первичного воздуха в рекуператоре печи открытого малоокислительного нагрева, включающий подачу холодного воздуха в подводящую ветвь U-образной трубы рекуператора и отвод нагретого воздуха из выходной ветви трубы к горелкам печи, расположенным на той же стороне печи, куда выходят ветви U-образной трубы, (патент RU N2210707). К недостаткам этого способа следует отнести то, что температура нагрева воздуха, подаваемого в горелки, существенно отличается по боковым сторонам печи, так как перекрестный рекуператор содержит только две U-образные трубы. Температура нагретого воздуха, отводимого к горелкам от первой по ходу движения металла U-образной трубы, всегда существенно ниже, чем от второй (не менее 50-70°С), так как уходящие продукты полного сгорания охлаждаются, отдав часть тепла предварительно во второй трубе по ходу движения проволоки.

Техническая задача предлагаемого способа нагрева первичного воздуха в рекуператоре печи открытого малоокислительного нагрева совпадает с технической задачей новой конструкции перекрестного рекуператора.

Решение технической задачи достигается тем, что нагретый воздух, выходящий из выходной ветви первой U-образной трубы из пары труб, выходящих на одну сторону печи, направляют в подводящую ветвь следующей за ней U-образной трубы через дополнительный внешний патрубок, а затем нагретый воздух подают к горелкам печи, расположенным на той же стороне печи, куда выводят ветви пары U-образных труб. Это позволяет выровнять температуры нагрева первичного воздуха, подаваемого на горелки правой и левой сторон печи и решить поставленную техническую задачу.

На фиг.1 представлен продольный разрез печи на участке установки рекуператора нагрева первичного воздуха, а на фиг.2 - поперечный разрез этого же участка по оси установки рекуператора. Здесь показаны направления движения воздуха и продуктов сгорания. Рекуператор содержит четыре U-образные трубы, соответственно: 1, 2, 3, 4, установленные перпендикулярно направлениям протяжки проволоки (фиг.1), и продуктов сгорания (фиг.1-2). Первая и третья, вторая и четвертая U-образные трубы попарно соединены между собой патрубком 5 с фланцами 6 на концах. Из фиг.1-2 видно, что проволока и продукты сгорания движутся относительно друг друга в противоположном направлении, отвечающем наиболее эффективной схеме теплообмена, а нагреваемый воздух и продукты сгорания в перекрестном направлении. Именно поэтому рекуператор для нагрева первичного воздуха является рекуператором перекрестного тока. Нагретый воздух из выходных ветвей третьей и четвертой U-образной трубы автономно разводят по правой 7 и левой 8 сторонам печи и подводят его к горелкам (не показаны).

Изоляцией нижней части рекуператора является основной под печи 9, а верхней - промежуточный под 10, выполненный из отдельных секций, через которые протягивают нитки проволоки, а также съемный свод 11, выполненный из шамотоволокнистых плит (ШВП). Предлагаемый рекуператор для нагрева первичного воздуха, содержащий четыре U-образные трубы, внедрен на одной из протяжных отжигательных печей открытого малоокислительного нагрева проволоки сталепроволочного цеха №1 ОАО «Северсталь - метиз» Череповецкий завод. Существенно улучшено качество поверхности проволоки и повышена производительность печи, то есть полностью выполнена поставленная техническая задача.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к рекуператорам печей открытого малоокислительного нагрева металлопродукции, например проволоки, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах. Для выравнивания температуры нагрева первичного воздуха и, соответственно, улучшения качества металлопродукции и повышения производительности печи рекуператор содержит четное количество U-образных труб, но не менее четырех, попарно соединенных через одну трубу внешними патрубами с фланцами на концах, при этом нагретый воздух из выходной ветви первой U-образной трубы подают через патрубок в подводящую ветвь третьей U-образной трубы, а нагретый воздух из выходной ветви второй U-образной трубы подают в подводящую ветвь четвертой U-образной трубы, при этом нагретый воздух из выходящих ветвей третьей и четвертой U-образных труб автономно разводят по правой и левой боковым сторонам печи и подводят его к горелкам этих сторон. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рекуператор для нагрева первичного воздуха печи открытого малоокислительного нагрева, состоящий из U-образных труб, содержащих подводящую и выходную ветви, установленных под промежуточным подом печи в конце камеры предварительного нагрева и расположенных во взаимно противоположном направлении по отношению друг к другу, отличающийся тем, что рекуператор содержит четное количество U-образных труб, при этом каждая пара соседних друг с другом труб, выходящих на одну сторону печи, соединены последовательно между собой внешним патрубком с фланцами на концах.2. Способ нагрева первичного воздуха в рекуператоре печи малоокислительного нагрева, включающий подачу холодного воздуха в подводящую ветвь U-образной трубы рекуператора и отвод нагретого воздуха из выходной ветви трубы к горелкам печи, расположенным на той же стороне печи, куда выводят ветви U-образной трубы, отличающийся тем, что нагрев ведут в рекуператоре по п.1, при этом нагретый воздух, выходящий из выходной ветви первой U-образной трубы из пары труб, выходящих на одну сторону печи, направляют в подводящую ветвь следующей за ней U-образной трубы через внешний патрубок, а затем из выходной ветви этой U-образной трубы нагретый воздух подают к горелкам печи.