НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ЗОНОЙ ВЫГРУЗКИ Российский патент 2010 года по МПК F27B9/30 F27D1/06 

Настоящее изобретение относится к печам для непрерывного нагрева стали.

Печи для нагрева стали служат для нагревания заготовок, таких как слябовые заготовки, биллеты, блюмные заготовки, заготовки брусов и бруски металла, вплоть до температуры, подходящей для подготовки таких заготовок для прокатки, горячей штамповки или операций прессования, или, в более широком смысле, какой-либо иной операции, предусматривающей формование заготовки в горячем состоянии.

Ранее были предложены различные схемы размещения горелок, смонтированных в нагревательных печах. Были предложены так называемые фронтальные (торцевые) горелки, которые устанавливают перед нишами для горелок нижнего уровня или перед подвесными экранами для горелок нижнего уровня. Фронтальные горелки образуют, таким образом, ряд, содержащий большое количество горелок, находящихся на общей горизонтальной оси вдоль длины печи. Преимущество таких схем размещений горелок заключается в том, что они позволяют подводить теплоту, по существу, равномерно. Однако их недостатком является весьма значительная негибкость такой схемы размещения. При использовании ряда горелок, размещенных с помощью подвесных экранов, пламя нагревает большое количество стальных продуктов (заготовок) одновременно по всей ширине печи, по мере их продвижения, так, что практически невозможно иметь различные предварительно заданные температуры от одной заготовки к другой и тем самым невозможно обеспечить какую-либо гибкость в случае использования такой нагревательной печи. Кроме того, осевая длина подвесных экранов или нижних ниш соответствует длине, бесполезной для целей нагрева, за счет чего фактически уменьшается тепловая мощность, которая может быть подведена на заданной длине. Наконец, конструкция описанной печи относительно громоздкая, в особенности в случае печей значительной длины, с чем связана опасность того, что определенные элементы печи будут, до некоторой степени, непрочными, в особенности в зонах, прилегающих к подвесным экранам, и их непрочность может привести к опасности разрушения конструкции.

Кроме того, было предложено использовать так называемые сводовые горелки, которые размещены одинаковым образом поперечными рядами и вмонтированы в свод печи. По сравнению со схемой расположения, использующей фронтальные горелки, преимущество в этом случае состоит в том, что зона, находящаяся под сводом, находится под действием прямого нагрева, и поэтому стальные заготовки нагреваются за счет радиационного теплообмена при отсутствии пламени, направленного непосредственно на заготовку. Это может улучшить равномерность нагрева и обеспечить проведение процесса, который в целом является более удовлетворительным и позволяет заполнять нагревательную печь стальными заготовками с их нагреванием до очень высокой степени. Тем не менее, сводовые горелки обладают некоторыми недостатками, первый из которых заключается в выбросе в атмосферу вредных окислов азота NOx, что приводит к очень горячему пламени, генерируемому сводовыми горелками. Поскольку сводовые горелки распространяют пламя, которое, по существу, совершает вращательное движение относительно оси горелки, скорость выбрасываемого пламени, в общем, остается низкой, так что не представляется возможным избежать определенную степень локализации NOx в верхней зоне нагревательной печи. Кроме того, использование сводовых горелок обычно сопровождается тем, что все горелки в заданном ряду или заданной группе соседних рядов используют общий питающий трубопровод, что исключает какое-либо разделение сводовых горелок. Связанное с этим отсутствие гибкости является в особенности неблагоприятным, когда в нагревательную печь вводят заготовки, длина которых при поперечном расположении значительно меньше, чем ширина печи. Небольшие стальные заготовки обычно размещают со сдвигом относительно вертикальной средней плоскости нагревательной печи, причем так, чтобы боковые зоны, прилегающие к боковым стенкам печи, образовали объемы без нахождения в них какой-либо нагреваемой заготовки, и затем эти объемы становятся зонами перегрева, которые могут представлять опасность, в особенности если температура в этих боковых зонах достигает температур, близких к 1600°C, поскольку в этом случае существует опасность необратимого стеклования огнеупорного материала, образующего замкнутое пространство печи. Наконец, сводовые горелки в заданном ряду создают поле температур, которое распределено, главным образом, в вертикальной плоскости, и это означает, что не представляется возможным одновременно нагреть большое количество стальных заготовок.

Отмеченные выше недостатки фронтальных горелок и сводовых горелок являются причиной использования конструкторами нагревательных печей боковых горелок, которые монтируют на боковых стенках печи. Непосредственное преимущество боковых горелок заключается в том, что пламя может находиться на одной прямой с изделиями так, что теоретически в любой заданный момент времени можно производить термическую обработку каждого изделия соответствующим пламенем, находящимся в одном и том же месте по горизонтальной оси. Вместе с тем, боковые горелки создают проблему неравномерности нагрева, в частности, в той зоне, которая расположена в нагревательной печи ниже по ходу движения заготовки и имеет отношение к выгрузке стальных заготовок.

Основные недостатки, связанные с использованием боковых горелок в нагревательной печи, можно лучше понять из нижеследующего описания двух известных типов печей со ссылками на фиг.1 и фиг.2, относящиеся к печи с трубчатыми протяженными элементами, и со ссылками на фиг.3 и фиг.4 для печи с огнеупорными протяженными элементами.

На фиг.1 и фиг.2 показана печь F известной конструкции с трубчатыми протяженными элементами, которая предназначена для нагревания стальных заготовок, транспортируемых внутри указанной печи, с подводом теплоты через верхнюю и нижнюю поверхности каждой транспортируемой заготовки.

Печь F содержит теплоизолированный корпус 10 с верхней и нижней стенками, обозначенными на фигурах позициями 11 и 12, и стенками 13 и 14, расположенными с левой и правой стороны относительно направления перемещения стальных заготовок Р вдоль туннеля печи (т.е. в направлении, указанном стрелкой 100).

На фиг.1 представлен разрез по секущей линии 1-1, проведенной на фиг.2, на котором показаны различные элементы оборудования, относящегося к транспортированию стальных заготовок внутри туннеля печи, наряду с другими элементами оборудования, размещенными с внешней стороны, которые связаны с удалением отходящих газов и с процессами регулирования. В то же время фиг.2, на которой представлен разрез по линии II-II на фиг.1, более наглядно иллюстрирует, каким образом размещены боковые горелки, установленные в этом примере как выше, так и ниже уровня, на котором транспортируют стальные заготовки Р.

Корпус 10 имеет зону 15 загрузки и зону 16 выгрузки, находящуюся ниже по ходу движения изделий, при этом обе зоны снабжены люками (не показаны). Система 17 загрузки поставляет заготовки Р для нагревания в зону 15 загрузки, а система 18 разгрузки отводит заготовки Р из зоны 16 разгрузки.

Нагревательная печь оборудована средствами 20 транспортирования, которые способны перемещать стальные заготовки Р внутри туннеля в направлении вперед от конца, находящегося выше по ходу перемещения заготовок, до конца туннеля, находящегося выше по ходу перемещения, при этом стальные заготовки подвергают действию боковых горелок таким образом, чтобы обеспечить желательное постепенное нагревание массы заготовки. Как хорошо можно видеть на фиг.2, стальные заготовки Р поддерживаются с помощью подвижных протяженных элементов 21 и неподвижных протяженных элементов 22, установленных в чередующемся порядке в продольном направлении печи. Подвижные протяженные элементы 21 содержат элементы 23 гребней, которые проходят через нижнюю стенку 12 печи и прикреплены к нижнему опорному брусу 25, опирающемуся на раму 26.

Неподвижные протяженные элементы 22 имеют элементы 24 гребней, которые закреплены в нижней стенке 12 корпуса печи. Как можно более ясно видеть на фиг.1, рама 26 снабжена большим количеством колес 27, 28 соответственно, размещенных между рамой 26 и опорным брусом 25, и между рамой 26 и наклонными опорами 29.1. Верхние колеса 27 приводятся во вращение средствами, которые на чертеже не показаны. Когда раму 26 продвигают вперед с помощью приводов (не показаны) от ее конца, находящегося ниже по ходу движения заготовок (как это показано стрелкой), нижние колеса 28 в это время перемещаются вдоль наклонных поверхностей 29.1 опор 29, тем самым поднимая опорный брус 25 вверх и перемещая протяженные элементы 21 и соответственно поднимая вверх стальные заготовки Р, с их отделением от неподвижных протяженных элементов 22. Колеса 27 приводятся таким образом в движение и могут при своем перемещении сдвигать подвижную сборную конструкцию, поднятую в результате вместе со стальными заготовками, поддерживаемыми тем самым во время прохождения одного шага в продольном направлении печи, после чего колеса 27 останавливают, и раму освобождают так, что колеса 28 перемещаются обратно вниз по наклонным поверхностям 29.1 опор 29, оставляя партию стальных заготовок в новом осевом положении. Транспортирование путем такого шагового процесса перемещения, используя цикл с траекторией, описывающей квадрат или прямоугольник, хорошо известно в области (сталеплавильных) печей для производства стальных изделий.

Касаясь элементов оборудования, размещенных снаружи нагревательной печи, на фиг.1 можно видеть дымовую трубу 31, установленную на конце печи выше по ходу движения изделий, которую используют для удаления отходящих газов, при этом выход трубы соединен с системой трубопроводов 32 для удаления отходящих газов, полученных в результате сжигания, при этом отходящие газы отводятся к средствам утилизации тепловой энергии, включающим, например, теплообменник 33, который отбирает теплоту от отходящих газов (которые последовательно отводятся через дымовую вытяжную трубу) и передает ее воздуху горения, который с помощью вентилятора 35 проходит через теплообменник 33. Регулирование управления процессом обеспечивается из центра 38 управления, который подключен, в частности, с помощью линии 37 к различным термопарам 36, вмонтированным в свод корпуса печи, и предназначен для непрерывного контроля температуры в различных координатах по горизонтали вдоль печи с целью обеспечения соответствия кривой распределения температур предварительно заданной в зависимости от вида обрабатываемых стальных заготовок.

Боковые горелки печи F служат для нагревания как верхних, так и нижних сторон стальных заготовок Р, проходящих через пламя указанных горелок. Чтобы лучше идентифицировать различные боковые горелки, установленные в печи, используется система обозначений (индексов), которая включает две буквы, за которыми следует цифра, при этом первой буквой является буква G для горелки, относящейся к левой боковой стенке, или буква D для горелки, относящейся к правой боковой стенке; второй буквой является S для боковых горелок, относящихся к верхнему уровню (расположены выше), или I для боковых горелок, относящихся к нижнему уровню (расположены ниже), а цифра соответствует номеру горелки 1, 2, …k, …, n в ряду горелок, расположенных, по существу, в одной вертикальной плоскости, проходящих от зоны печи, расположенной выше по ходу перемещения заготовок, к зоне, находящейся ниже по ходу перемещения. В частности, показано семь рядов из пар верхних и нижних горелок, но это только один пример, поскольку может быть использовано некоторое другое количество горелок, или, конечно, в определенных зонах печи можно обеспечить две или три горелки на один шаг гребенок. При таком обозначении сечение на фиг.2 служит, таким образом, для различения четырех боковых горелок, а именно верхней и нижней горелок GS2 и GI2 с левой стороны соответственно и верхней и нижней DS2 и DI2 с правой стороны соответственно.

На фиг.3 и фиг.4 показана печь F', выполненная с огнеупорными протяженными элементами, подобная известным конструкциям, имеющая много общего с конструкцией печи, выполненной с трубчатыми протяженными элементами, описанной выше. Основное различие по сравнению с вышеупомянутой печью F состоит в средствах опоры и транспортирования стальных заготовок Р, которые продвигаются вперед через туннель печи.

Стальные заготовки Р в этом случае опираются на подвижные плиты 21' и неподвижные плиты 21'.1 и 22.'2. На фиг.4 видны две неподвижные плиты 22'.1 в средней зоне печи и две неподвижные плиты 22'.2 по бокам. Имеется также три подвижные плиты 21', и они установлены на опорной плите 25, аналогичной используемой в рассмотренной выше печи, и способны перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Стальные заготовки, таким образом, перемещаются вперед внутри туннеля подобным же образом с осуществлением циклов перемещения по траектории, образующей квадрат или прямоугольник, соответствующей движению плит 21', которые поднимаются вверх и опускаются вниз.

В отличие от печи F с трубчатыми протяженными элементами, показанной на фиг.1 и фиг.2, печь F' с огнеупорными протяженными элементами на фиг.3 и фиг.4 нагревает жаростойкие заготовки Р, транспортируемые через печь, только в ее верхних зонах, так, что нагреваются только верхние поверхности заготовок. Соответственно, нижние боковые горелки GSk или DIk, имеющиеся в рассмотренной выше печи, в этой печи отсутствуют, и установлены только верхние боковые горелки GSk и DSk. На фиг.4, на которой показан разрез по линии IV-IV на фиг.3 (при этом указанная фиг.3 является разрезом по линии III-III), можно таким образом видеть две боковые горелки GS2 и DS2, смонтированные на левой стенке 13 и правой стенке 14 корпуса печи соответственно. При использовании описанной выше печи, имеющей трубчатые протяженные элементы, выше по ходу перемещения изделий существует зона, в которой боковые горелки отсутствуют, и эта зона 30 называется зоной рекуперации.

Как отмечено выше, боковые горелки обуславливают наличие основных проблем неравномерности нагрева, в особенности в зоне рекуперации.

На фиг.5, где показан продольный разрез печи в горизонтальной плоскости, этот недостаток иллюстрируется стрелками, которые отображают предпочтительные траектории для дымовых газов вдоль оси печи. Конечно, изображение на фиг.5 в равной степени применимо как к печи, имеющей трубчатые протяженные элементы и снабженной верхними и нижними боковыми горелками, так и к печи, имеющей огнеупорные протяженные элементы и оборудованной только верхними боковыми горелками.

Изображение на фиг.5, к примеру, ясно показывает, что отходящие газы собираются вместе в основном в вертикальной медианной плоскости печи, как результат расположения соответствующих горелок в данном ряду обращенными, по существу, друг навстречу другу, при этом отходящие газы протекают в направлении, которое противоположно направлению продвижения вперед стальных заготовок Р в печи. В зоне 34, находящейся ниже по ходу движения заготовок и связанной с разгрузкой стальных заготовок, на последние горелки GSn, GIn и DSn, DIn, которые, как правило, имеют более низкую тепловую мощность, оказывают возмущающее действие горелки, которые находятся непосредственно выше от них по ходу движения заготовок, причем возмущения образуются, в частности, в углах зоны 34. Эти возмущения приводят к неравномерностям нагревания, которые являются основным и трудно устранимым недостатком. На фиг.5 также видно, что в зоне 30 рекуперации, где не установлены какие-либо горелки, имеются две боковые зоны 31 и 32, образующие застойные зоны, которые соответствуют более низким температурам, и центральная, более нагретая зона 33. В результате эти предпочтительные траектории течения отходящих газов приводят к излишнему нагреву стальных заготовок на участке расположения медианной плоскости печи по сравнению с боковыми сторонами печи, при этом концевые участки заготовок охлаждаются, по мере того как они перемещаются через вихревые застойные зоны 31 и 32.

В завершение обзора состояния уровня техники следует упомянуть о различных исследованиях по секционированию, которые были проведены в широкой области использования печей.

Патентный документ JP 09-145260A, к примеру, раскрывает модульную конструкцию разделительных перегородок печи, выполненных с использованием элементов, заполненных керамическим волокном, прикрепленных к верхней стенке печи. Этот документ ограничен исключительно идеей конструирования разделительной перегородки и не касается вопросов о том, где она должна быть размещена в печи, а также вопросов о какой-либо функции, которую может выполнять эта перегородка при работе горелок.

В патентном документе AT 387652 описана печь с вертикальной перегородкой, образованной верхней частью перегородки и нижней частью перегородки, между которыми, через промежуток, соответствующий одной третьей поперечной высоты печи, перемещаются стальные заготовки. Такое выполнение перегородки предусмотрено в зоне печи выше по ходу движения заготовок (в первой трети или первой четверти ее длины) с тем, чтобы образовать воздушную разделительную камеру для предварительной обработки (выдерживания при заданных условиях). Поставленная задача такого выполнения заключается в том, чтобы избежать распространения потока излучения к зоне входа заготовок и повысить температуру печи за счет удерживания продуктов сгорания, что позволяет уменьшить количество горелок и, следовательно, потребление энергии.

Ни один из вышеупомянутых патентных документов не касается возможного возмущения последних горелок печи (обычно имеющих более низкую тепловую мощность) за счет воздействия горелок, размещенных непосредственно выше от них по ходу движения заготовок.

Уровень техники в части технологии, относящийся к выполнению перегородок печей для обработки стальных заготовок, иллюстрируется указанными ниже патентными документами: JP 04187989A, JP 2002/310562 A, JP 07103659A, US 4741695A, US 3512628A, EP 0018677 A1, FR 2520100 A.

Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции нагревательной печи, обладающей улучшенной зоной выгрузки при большей равномерности нагрева стальных заготовок в зоне печи, находящейся ниже по ходу перемещения заготовок.

Другая задача изобретения заключается в создании конструкции нагревательной печи, в которой выполнение зоны выгрузки позволяет более эффективно осуществлять процессы остановки и возобновления обработки заготовок, с точки зрения термических условий.

Вышеуказанная техническая задача решается в соответствии с изобретением с помощью печи для нагревания стальных заготовок, содержащей корпус, оборудованный горелками для нагревания стальных заготовок, транспортируемых от одного конца печи к другому концу, при этом указанный корпус имеет зону, которая расположена ниже по ходу продвижения стальных заготовок через туннель в направлении вперед, имеет отношение к разгрузке стальных заготовок и закрывается с помощью разгрузочного люка, при этом зона выгрузки, расположенная ниже по ходу движения заготовок, на ее конце, находящемся выше по ходу движений заготовок, ограничена, по меньшей мере, одним геометрическим препятствием, образующим и ограничивающим разгрузочную воздушную разделительную камеру, при этом указанное, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие предназначено для разделения потоков (отходящих газов) и разделения передачи теплоты таким образом, чтобы стальные заготовки, находящиеся в указанной воздушной разделительной камере, имели равномерную температуру. Необходимо отметить, что такое геометрическое препятствие при его монтаже в конкретных известных печах, производимом для того, чтобы отделить одну зону нагревания от другой, никак не должно влиять на конструкцию стенок. В соответствии с настоящим изобретением создают зону, способствующую разгрузке, и длина разгрузочной воздушной разделительной камеры, в частности, не ограничивается каким-либо образом циклами нагревания.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие выполнено с размерами, обеспечивающими создание некоторого перепада давления и предотвращение возмущения разгрузочной воздушной разделительной камеры отходящими газами, которые распространяются от горелок, находящихся выше по ходу движения изделий.

Для нагревательной камеры такого типа, в которой имеются трубчатые протяженные элементы и которая оборудована верхними и нижними боковыми горелками выше и ниже уровня, на котором в камере перемещаются стальные заготовки, выгодно, чтобы, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие включало в себя верхнюю часть перегородки и нижнюю часть перегородки, которые расположены, по существу, вертикально, при этом стальные заготовки перемещаются между ними и проходят в разгрузочную воздушную разделительную камеру через промежуток, который выбран исходя из создания желательной величины перепада давления. В частности, нижняя часть перегородки выполнена в виде вертикальных препятствий из огнеупорных брусков, размещенных снизу между трубчатыми протяженными элементами.

Для нагревательной камеры такого типа, в которой установлены огнеупорные протяженные элементы и которая оборудована верхними боковыми горелками, размещенными выше уровня, на котором в камере перемещаются стальные заготовки, выгодно, чтобы, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие включало верхнюю часть перегородки, ниже которой перемещаются стальные заготовки для прохождения в разгрузочную воздушную разделительную камеру, через промежуток, величина которого выбрана исходя из получения желательной величины перепада давления. В данном случае, нижняя часть перегородки выполнена в виде вертикальных препятствий из огнеупорных брусков, размещенных снизу между огнеупорными протяженными элементами.

При любой конфигурации верхнюю часть перегородки предпочтительно охлаждают текучей средой.

Предпочтительно, к примеру, чтобы верхняя часть перегородки была образована с помощью полой рамы, через которую протекает хладагент, при этом образованный рамой центральный объем заполнен панелями из волокна.

Кроме того, предпочтительно, чтобы разгрузочная разделительная воздушная камера была оборудована горелками, имеющими низкую тепловую мощность, служащими для создания равномерной температуры в стальных заготовках, которые находятся в указанной разгрузочной разделительной камере.

Выгодно также, чтобы горелки в разгрузочной воздушной разделительной камере, которые находятся ближе всего к разгрузочному люку, оставались непрерывно горящими для того, чтобы обеспечить уплотнение для указанной разгрузочной воздушной разделительной камеры, когда люк открыт, и для того, чтобы поддерживать небольшое избыточное давление внутри указанной разгрузочной воздушной разделительной камеры. В частности, разгрузочная воздушная разделительная камера снабжена сводовыми горелками, которые предпочтительно регулируются в соответствии с режимом пропорционального регулирования, и боковыми горелками, которые предпочтительно регулируются в соответствии с импульсным режимом регулирования.

Другие характеристики и преимущества изобретения становятся более ясными из нижеследующего описания изобретения, со ссылками на сопровождающие чертежи (фиг.6-8).

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - продольный разрез нагревательной печи известного типа с трубчатыми протяженными элементами.

Фиг.2 - поперечное сечение по линии II-II на фиг.1, проходящее через печь с трубчатыми протяженными элементами.

Фиг.3 - продольный разрез нагревательной печи известного типа с огнеупорными протяженными элементами.

Фиг.4 - поперечное сечение по линии IV-IV на фиг.3, проходящее через печь с трубчатыми протяженными элементами.

Фиг.5 - вид в плане сверху продольного сечения, отображающего предпочтительные линии тока отходящих газов в известной нагревательной печи, выполненной так, как показано на фиг.1 и фиг.2 или на фиг.3 и фиг.4.

Фиг.6 - два сечения, аналогичные показанному на фиг.5, отображающие выполнение разгрузочной воздушной разделительной камеры, соответствующей изобретению, расположенной в зоне печи, находящейся ниже по ходу перемещения заготовок, и отображающие предпочтительные линии тока отходящих газов в зоне печи, находящейся ниже по ходу перемещения заготовок, а также в зоне рекуперации, находящейся выше по ходу перемещения заготовок, в которой предусмотрены горелки DS1 и DI1, или одна единственная горелка DS1, в зависимости от типа печи.

На фиг.6а) функционируют только левые горелки, в то время как на фиг.6b) работают только правые горелки.

Как видно, при воспламенении левых горелок в зоне 30 рекуперации образуется застойная зона 31, но эта зона тотчас же ликвидируется и в ней происходит перемешивание при периодическом изменении ситуации, иллюстрируемом на фиг.6b, когда образуется другая застойная зона 32. Иллюстрируемое периодическое чередование работы правых/левых горелок обеспечивает, таким образом, непрерывное чередование генерирования вихрей в зонах 31 или 32, и в результате указанные зоны благодаря непрерывному перемешиванию никогда чрезмерно не охлаждаются. Кроме того, предотвращается образование предпочтительного «слипания» зон в вертикальной средней плоскости (зона 33 ниже известного регулирования, иллюстрируемого на фиг.5), и за счет этого предотвращается локальный избыточный нагрев центральных участков стальных заготовок, проходящих через печь.

На фиг.7 представлена схема, иллюстрирующая печь F с трубчатыми протяженными элементами типа изображенной на фиг.1 и фиг.2, но с исключением показа средств транспортирования изделий. Печь содержит дополнительные боковые горелки (две нижние горелки, такие как GI1, GI2, на один шаг гребенки вместо только одной нижней, и с соответствующим количеством верхних горелок, таких как GS1, GS2). Кроме того, на фиг.7 показан люк 16.1 выгрузки.

В соответствии с характеристикой изобретения зона 34 выгрузки, находящаяся ниже по ходу движения заготовок, ограничена на ее вышерасположенном конце (по ходу движения заготовок), по меньшей мере, одним геометрическим препятствием 50, ограничивающим и образующим разгрузочную воздушную разделительную камеру, при этом указанное, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие устроено для разделения потоков отходящих газов и передачи теплоты так, чтобы стальные заготовки Р, находящиеся в указанной разгрузочной воздушной разделительной камере, нагревались равномерно.

Геометрические препятствия, осуществляющие это физическое разделение, могут быть выполнены различным образом, например в виде нижних разделительных перегородок, подвешенного экрана, по усмотрению охлаждаемых перегородок и т.п.

Предпочтительно, чтобы размер этих геометрических препятствий позволял создавать некоторый перепад давления и предотвращать распространение отходящих газов от горелок, размещенных выше по ходу движения изделий, т.е. по меньшей мере, от боковых горелок в ряду n-1, обозначенных здесь как GS(n-1), GI(n-1), и горелок, расположенных симметрично им, а именно DS(n-1), DS(n-1), и возможно также распространение отходящих газов из горелок ряда n-2, возмущающих разгрузочную воздушную разделительную камеру 51. Такое препятствие производит предпочтительно линии тока отходящих газов в зоне печи ниже по ходу перемещения заготовок, такие, как показано на фиг.6.

Печь F на фиг.7 содержит трубчатые протяженные элементы и оборудована верхними и нижними боковыми горелками, установленными выше и ниже уровня, на котором через печь перемещаются стальные заготовки. В этой печи предусмотрено, чтобы, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие 50 включало верхнюю часть 52 разделительной перегородки и нижнюю часть 53 разделительной перегородки, которые обе, по существу, расположены вертикально, при этом для того, чтобы проникнуть в разгрузочную воздушную разделительную камеру 51, стальные заготовки Р проходят между указанными верхней и нижней частями перегородки.

Для печи F, содержащей огнеупорные протяженные элементы, типа показанной на фиг.3 и фиг.4, и, следовательно, имеющей только верхние боковые горелки GSk, DSk, указанное, по меньшей мере, одно геометрическое препятствие 50 включает в себя только верхнюю часть 52 разделительной перегородки (вариант не показан), выполняющую ту же функцию для достижения того же результата. В этом случае стенки печи, которые расположены ниже уровня, на котором через печь перемещаются стальные заготовки, не оборудованы нижними боковыми горелками из-за наличия в этом объеме неподвижных и подвижных огнеупорных элементов.

Разрез на фиг.8 демонстрирует характерное воплощение печи F, содержащей трубчатые протяженные элементы 22 с элементами 24 гребенки.

Нижняя часть 53 разделительной перегородки устроена в виде вертикально расположенных перегородок, выполненных из огнеупорных кирпичей 53.1, размещенных между центральными трубчатыми протяженными элементами 22, в частности, между элементами гребенки, образованными из указанных протяженных элементов, и между боковыми трубчатыми протяженными элементами 22 и боковыми стенками 13, 14 корпуса 10 печи F. Пространственные промежутки 56, 57 и 58 образованы в печи для того, чтобы отходящие газы могли протекать из разгрузочной воздушной разделительной камеры, и эти промежутки выполнены такой величины, чтобы они соответствовали созданию желательного перепада давления.

Верхняя часть 52 разделительной перегородки, ниже которой перемещаются стальные заготовки Р для прохода в разгрузочную воздушную разделительную камеру 51, образует сквозную щель 54 высотой d, оставляя зазор, выбранный для обеспечения желательного перепада давления, что также применимо к боковым щелям 55, примыкающим к боковым стенками 13 и 14 печи.

Как правило, верхняя часть 52 разделительной перегородки охлаждается с помощью текучей среды. На фиг.8 показана часть разделительной перегородки, образованная полой рамой 60 прямоугольной формы, сформированной из секционированных элементов 62, 61, 62, которые транспортируют охлаждающую текучую среду (показанную стрелками 101, 102), в то время как центральный объем рамы заполнен волокнистыми панелями 63, например, изготовленными из керамических волокон и соединенными попарно посредством взаимодополняющих профилей, показанных позицией 63.1. Такая конструкция предпочтительна для перегородки, изготовленной из кирпичей, которые могут быть более тяжелыми и создать опасность разрыва и падения в результате воздействия термических напряжений, которым они подвержены.

Перепад давления, созданный с помощью такой перегородки, содействует формированию постоянного и невозмущенного потока отходящих газов в разгрузочной воздушной разделительной камере 51 в направлении выше по ходу движения заготовок, в частности, отходящих газов, генерируемых горелками, установленными в указанной разгрузочной воздушной разделительной камере.

Указанная разгрузочная воздушная разделительная камера 51 преимущественно оборудована горелками, которые в таком случае имеют низкую тепловую мощность (служат только для компенсации тепловых потерь), содействуя равномерности температуры в стальных заготовках, находящихся в указанной разгрузочной воздушной разделительной камере.

В этом примере показаны два ряда таких горелок с выбранными индексами n и n+1. В ряду n верхняя зона снабжена сводовыми горелками Vn (например, от трех до семи горелок в зависимости от ширины печи), возможно, вместе с боковыми горелками GSn, DSn (показаны пунктирными линиями), в то время как нижняя зона оборудована боковыми горелками DIn, DSn.

Сводовые горелки при таком размещении являются выгодными, поскольку они облегчают создание равномерной температуры в стальных заготовках, находящихся в разгрузочной воздушной разделительной камере 51. Поскольку достаточной является постоянная низкая интенсивность горения, эти сводовые горелки предпочтительно регулируются в соответствии с режимом пропорционального регулирования.

Размещение боковых горелок является выгодным в нижней зоне (если она существует, т.к. этот случай не относится к печи F', содержащей огнеупорные протяженные элементы). Предпочтительно, чтобы боковые горелки не были выполнены регулируемыми в соответствии с режимом пропорционального регулирования, т.к. генерирование небольшого количества отходящих газов может быть недостаточным для нагревания средних участков стальных заготовок. Поэтому предпочтительно, чтобы эти горелки работали с использованием импульсного режима регулирования, т.е. «включена» или «выключена».

Горелки разгрузочной воздушной разделительной камеры 51, расположенные ближе всех к разгрузочному люку 16.1 (здесь - это горелки, находящиеся в ряду n+1), предпочтительно остаются непрерывно горящими для того, чтобы изолировать от внешней среды разгрузочную воздушную разделительную камеру 51, когда люк 16.1 открыт, и их горение осуществляют таким образом, чтобы поддерживать небольшое избыточное давление внутри указанной разгрузочной воздушной разделительной камеры 51 с целью облегчения надлежащего потока отходящих газов в направлении вверх по ходу перемещения заготовок.

Кроме того, для того чтобы создать более равномерную температуру стальных заготовок, находящихся в разгрузочной воздушной разделительной камере 51, описанная выше конструкция разгрузочной воздушной разделительной камеры 51 позволяет обеспечить лучшее управление процессом в тех случаях, когда технологический процесс останавливают и возобновляют. Когда процесс останавливают, температуру в разгрузочной воздушной разделительной камере 51 поддерживают на уровне температуры разгрузки, желательной для заготовок. Такое поддерживание температуры предпочтительно обеспечивается с помощью горелок, установленных в верхней зоне. Зоны, которые находятся от разгрузочной воздушной разделительной камеры выше по ходу перемещения изделий, могут, следовательно, находиться при много более низкой предварительно заданной температуре. Такие температурные условия ограничивают образование окалины, и, кроме того, уменьшают потребление энергии и генерирование выбросов вредных веществ в атмосферу. При возобновлении процесса заготовки, находящиеся в разгрузочной воздушной разделительной камере, готовы для выгрузки. Последующие заготовки, которые благодаря прекращению технологического процесса находились в зонах с пониженной температурой, будут иметь достаточное время для повторного нагрева, а установленная мощность нагревателя должна иметь такую величину, чтобы обеспечить нагрев заготовок до заданной температуры разгрузки без замедления технологического процесса.

Печь, кроме того, имеет более эффективное уплотнение в случае открытия люка. Поскольку горелки, ближайшие к разгрузочному люку, остаются непрерывно горящими при номинальной мощности (или при более низкой мощности в случае открывания люка) и находятся в воздушной разделительной камере, физически отделенной от остальной конструкции печи, внутри воздушной разделительной камеры имеется возможность поддерживать небольшое избыточной давление. Соотношение воздух/газ для всех или некоторых горелок, установленных в воздушной разделительной камере, может отличаться от усредненного соотношения воздух/газ для остальной печи, учитывая возможный приток в камеру вредящего воздуха во время открывания люка, что может случиться несмотря на то, что воздушная разделительная камера находится под давлением, немного превышающим внешнее (атмосферное) давление. Соотношение воздух/газ, которое по величине меньше стехиометрического соотношения воздух/газ, может обеспечить сжигание возможного притока вредного воздуха, который может изменять содержание кислорода в печи, и поэтому содержание кислорода всегда остается низким.

Наконец, разгрузочная воздушная разделительная камера улучшает равномерность, с которой нагреваются заготовки. Лучшее качество нагревания позволяет выгружать заготовки со средней, более низкой температурой, за счет чего снижается потребление энергии печи и требуется меньше энергии для последующей прокатки. Воздушная разделительная камера, кроме того, позволяет повысить производительность печи за счет минимизации времени, необходимого для возобновления технологического процесса после его остановки. Помимо этого, снижается расход энергии на горение за счет снижения заданной величины температуры в тех зонах печи, которые находятся выше по ходу перемещения заготовок от воздушной разделительной камеры, и поскольку улучшается герметизация печи, становится возможным лучше регулировать содержание кислорода внутри печи, в результате чего снижаются выборы вредных окислов NOx и затраты на горение.

Печь для нагревания стали имеет, таким образом, такую конструкцию, которая позволяет получить исключительную равномерность нагревания в зоне печи, находящейся ниже по ходу перемещения заготовок, и, кроме того, проводить операции остановки производственного процесса и его возобновления таким путем, который является улучшенным с точки зрения термической обработки.

Настоящее изобретение не ограничено описанными выше воплощениями и, напротив, охватывает любой вариант, использующий эквивалентные средства для осуществления раскрытых выше существенных признаков.

Изобретение относится к печам для непрерывного нагрева стальных заготовок. Для повышения производительности печи, улучшения ее герметизации, повышения качества нагрева заготовок печь содержит корпус, оборудованный горелками для нагрева заготовок, транспортируемых от одного конца печи к другому концу, и имеющий зону выгрузки, расположенную ниже по ходу перемещения заготовок через туннель камеры в направлении разгрузки заготовок, закрываемую с помощью разгрузочного люка, при этом находящаяся ниже по ходу перемещения изделий зона выгрузки ограничена на ее конце находящимся выше по ходу движения изделий, по меньшей мере, одним препятствием, геометрически образующим и ограничивающим воздушную разделительную камеру выгрузки, предназначенную для разделения потоков газа и процессов передачи теплоты таким образом, чтобы стальные заготовки, находящиеся в указанной воздушной разделительной камере выгрузки, имели равномерную температуру. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Печь для нагрева стальных заготовок, содержащая корпус, оборудованный горелками для нагрева стальных заготовок, перемещаемых от одного конца камеры к другому концу, и имеющий зону (34) выгрузки стальных заготовок, расположенную ниже по ходу перемещения заготовок через туннель камеры в направлении разгрузки стальных заготовок, закрываемую с помощью разгрузочного люка, при этом зона (34) выгрузки на ее конце, находящемся выше по ходу перемещения заготовок, снабжена, по меньшей мере, одним препятствием, геометрически образующим и ограничивающим воздушную разделительную камеру выгрузки (51), причем указанное, по меньшей мере, одно препятствие предназначено для разделения потоков отходящих газов и разделения передачи теплоты таким образом, чтобы стальные заготовки, находящиеся в указанной воздушной разделительной камере, имели равномерную температуру.

2. Печь по п.1, в которой, по меньшей мере, одно препятствие (50) имеет геометрические размеры, обеспечивающие создание некоторого перепада давления и предотвращение возмущения воздушной разделительной камеры выгрузки (51) отходящими газами, генерируемыми горелками, размещенными выше по ходу движения заготовок.

3. Печь по п.2, которая имеет трубчатые протяженные элементы и оборудована верхними и нижними боковыми горелками, расположенными выше и ниже уровня перемещения стальных заготовок, при этом, по меньшей мере, одно препятствие (50) включает верхнюю часть (52) и нижнюю часть (53) разделительной перегородки, которые расположены по существу вертикально, при этом стальные заготовки проходят между указанными частями перегородки в воздушную разделительную камеру выгрузки (51) через зазор, величина которого выбрана в соответствии с необходимой величиной перепада давления.

4. Печь по п.3, в которой нижняя часть (53) разделительной перегородки выполнена в виде невысоких перегородок из огнеупорных кирпичей (53.1), размещенных между трубчатыми протяженными элементами (22).

5. Печь по п.2, которая имеет огнеупорные протяженные элементы и оборудована верхними боковыми горелками, расположенными выше уровня перемещения в печи стальных заготовок, при этом указанное, по меньшей мере, одно препятствие (50) включает верхнюю часть (52) разделительной перегородки, ниже которой перемещают стальные заготовки для вхождения в воздушную разделительную камеру выгрузки (51), через зазор, величина которого выбрана в соответствии с необходимой величиной перепада давления.

6. Печь по п.3, в которой верхняя часть разделительной перегородки выполнена охлаждаемой текучей средой.

7. Печь по п.6, в которой верхняя часть (52) разделительной перегородки образована полой рамой (60), через которую протекает охлаждающая текучая среда, при этом образованный рамой центральный объем заполнен волокнистыми панелями (63).

8. Печь по п.1, в которой воздушная разделительная камера выгрузки (51) оборудована горелками, имеющими низкую тепловую мощность, служащими для создания равномерной температуры в стальных заготовках, которые находятся в воздушной разделительной камере выгрузки.

9. Печь по п.8, в которой горелки разгрузочной воздушной разделительной камеры (51), находящиеся ближе всех к разгрузочному люку (16.1), остаются горящими непрерывно для того, чтобы обеспечить уплотнение для разгрузочной воздушной разделительной камеры (51), когда люк открыт, и для поддерживания небольшого избыточного давления внутри указанной воздушной разделительной камеры выгрузки.

10. Печь по п.9, в которой воздушная разделительная камера выгрузки (51) оборудована сводовыми горелками (Vn), которые предпочтительно регулируются в соответствии с режимом пропорционального регулирования, и боковыми горелками (GIn, GSn, DIn, DSn), которые предпочтительно регулируются в импульсном режиме.