СПОСОБ ПОДОГРЕВА ОТЖИГАЕМОГО МАТЕРИАЛА В КОЛПАКОВОЙ ОТЖИГАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2014 года по МПК F27D17/00 C21D9/663 F27B11/00 

Изобретение относится к способу подогрева отжигаемого материала в колпаковой отжигательной печи, с двумя печными стендами, на каждом из которых под защитным муфелем размещен отжигаемый материал, причем подвергаемый термообработке в защитном муфеле отжигаемый материал подогревается с помощью газообразного теплоносителя, который направляется в контуре между обоими защитными муфелями, поглощает тепло термообработанного в одном защитном муфеле отожженного материала и отдает его подогреваемому отжигаемому материалу в другом защитном муфеле.

Колпаковые отжигательные печи служат для того, чтобы подвергать отжигаемый материал, такой как горяче- или холоднодеформированные полосы или проволоки, термообработке в защитном газе. Для этой цели размещенный на печном стенде отжигаемый материал нагревается под защитным муфелем в атмосфере защитного газа, а именно с помощью надетого на защитный муфель нагревательного колпака, нагреваемого электрически или посредством газовых горелок, так что отжигаемый материал нагревается до температуры обработки, в основном, за счет теплоты излучения к наружной стенке защитного муфеля и конвекции от его внутренней стенки. При термообработке приставшие к отжигаемому материалу остатки смазки испаряются и удаляются из защитного муфеля с частью потока защитного газа. После термообработки отожженный материал снова охлаждается. Чтобы можно было использовать часть возникающего при охлаждении отожженного материала для подогрева только подвергаемого термообработке отжигаемого материала, в колпаковых отжигательных печах, по меньшей мере, с двумя печными стендами известно, что между защитными муфелями двух печных стендов, несущих, с одной стороны, уже подвергнутый термообработке горячий отожженный материал, а, с другой стороны, подвергаемый такой обработке холодный отжигаемый материал, создается соединение по потоку для направляемого в контуре газообразного теплоносителя, так что поглощенное теплоносителем тепло внутри защитного муфеля с горячим отожженным материалом может использоваться для подогрева холодного отжигаемого материала в другом защитном муфеле, правда, с тем недостатком, что из-за направляемого в контуре теплоносителя возникает опасность того, что испаряющаяся при подогреве холодного отжигаемого материала смазка снова загрязнит термообработанный, очищенный от смазки отожженный материал. Если желательно избежать прямого контакта теплого и холодного защитного газа, требуется сложный дополнительный газо-газовый теплообмен. В обоих случаях потоки защитного газа должны направляться через большие отверстия в печном стенде, что связано с большими рисками снижения безопасности.

В основе изобретения лежит задача создания способа описанного выше рода для подогрева отжигаемого материала в колпаковой отжигательной печи так, чтобы можно было исключить опасность загрязнения уже подвергнутого термообработке отожженного материала.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что направляемый в контуре поток теплоносителя обтекает оба защитных муфеля снаружи, тогда как внутри защитных муфелей циркулирует защитный газ, благодаря чему, в том числе, не требуются сквозные отверстия в печном стенде.

Поскольку вследствие этой меры направляемый в контуре теплоноситель не вступает в контакт с отжигаемым материалом, этот поток теплоносителя не переносит также никаких загрязнений с холодного отжигаемого материала на горячий отожженный материал. Теплопередача происходит при этом через защитные муфели, в которых для теплопереноса циркулирует защитный газ. Благодаря этому обстоятельству сам теплоноситель может состоять из воздуха, так что можно не опасаться оксидообразования на поверхности отжигаемого материала за счет кислорода воздуха.

Для осуществления такого способа подогрева отжигаемого материала могут использоваться различные колпаковые отжигательные печи. В колпаковой отжигательной печи, содержащей два печных стенда, на каждом из которых размещен отжигаемый материал под защитным муфелем, соответствующие защитным муфелям устройства для циркуляции защитного газа и контур газообразного теплоносителя между обоими защитными муфелями, можно оборудовать контур теплоносителя охватывающей каждый из обоих защитных муфелей на расстоянии от них, теплоизолирующей защитной камерой и предусмотреть между обеими теплоизолирующими защитными камерами для контура теплоносителя соединение по потоку. Поэтому теплоноситель течет между обеими теплоизолирующими защитными камерами в контуре, причем он через один защитный муфель с горячим отожженным материалом поглощает тепло и отдает его через другой защитный муфель холодному отжигаемому материалу, пока не произойдет выравнивание температуры. Горячий отожженный материал следует тогда традиционным образом охладить с помощью охлаждающего муфеля, а подогретый отжигаемый материал - нагреть до соответствующей температуры обработки, заменив теплоизолирующую защитную камеру нагревательным колпаком.

Другой вариант колпаковой отжигательной печи для подогрева отжигаемого материала возникает тогда, когда контур теплоносителя содержит охватывающую сообща оба защитных муфеля, теплоизолирующую защитную камеру, по меньшей мере, с одной воздуходувкой для направляемого в контуре теплоносителя. Циркулирующий в этой общей камере теплоноситель обеспечивает выравнивание температуры между защитными муфелями с горячим отожженным и холодным отжигаемым материалом, причем и в этом случае циркуляция защитного газа в защитных муфелях обеспечивает теплопередачу от материала и на него. Для улучшения теплопереноса теплоноситель должен соответствующим образом натекать на защитные муфели. Для этой цели внутри теплоизолирующей защитной камеры могут быть предусмотрены направляющие стенки для направляемого в контуре теплоносителя.

Наконец, для подогрева отжигаемого материала можно привлечь необходимый для его нагрева, надетый на защитный муфель нагревательный колпак, если контур теплоносителя содержит теплоизолирующую защитную камеру, которая охватывает защитный муфель с подогреваемым материалом на расстоянии от него и соединена по потоку с надетым на защитный муфель с термообработанным материалом нагревательным колпаком для контура теплоносителя.

В этом случае отдельной камерой требуется снабдить только защитный муфель с подогреваемым отжигаемым материалом, поскольку нагревательный колпак для уже термообработанного материала может быть предпочтительно использован для ведения теплоносителя. Благодаря соответствующему соединению по потоку между нагревательным колпаком и камерой для защитного муфеля с подогреваемым отжигаемым материалом можно, следовательно, простым образом направлять теплоноситель в контуре. Условия теплопереноса между теплоносителем и защитным муфелем внутри камеры можно оптимизировать с помощью соответствующих направляющих устройств, предусмотренных между камерой и защитным муфелем.

Упрощенные условия для чередующихся подогрева и охлаждения расположенного на печных стендах материала возникают тогда, когда теплоизолирующая защитная камера выполнена так же, как и нагревательный колпак. При этом направление течения теплоносителя может быть преимущественно реверсируемым.

Предложенный способ подогрева отжигаемого материала в колпаковой отжигательной печи более подробно поясняется с помощью чертежей, на которых изображают:

фиг.1 - схематичное сечение колпаковой отжигательной печи для подогрева отжигаемого материала;

фиг.2 - разрез печи по линии II-II из фиг.1;

фиг.3 - видоизмененную печь в соответствии с фиг.1;

фиг.4 - разрез печи из фиг.3 по линии IV-IV из фиг.3;

фиг.5 - схематичное сечение другого варианта печи.

В примере, представленном на фиг.1 и 2, колпаковая отжигательная печь содержит два печных стенда 1, 2 для размещения отжигаемого материала 3, 4. Печные стенды 1, 2 снабжены воздуходувками 5 и их направляющими устройствами 6 с целью циркуляции защитного газа внутри охватывающих материал 3, 4 защитных муфелей 7, 8. Для термообработки материала 3, 4 на защитные муфелях 7, 8 традиционным образом надевается обогреваемый электрически или с помощью газовых горелок нагревательный колпак, что, однако, для наглядности не показано. Защитные муфели 7, 8 снабжены для подогрева подвергаемого термообработке материала с помощью тепла уже термообработанного материала соответственно теплоизолирующей защитной камерой 9, причем обе камеры 9 расположены так, что они соединены по потоку каналами 10, направляющими в контуре газообразный теплоноситель между обеими камерами 9, как это видно, в частности, на фиг.2. Газообразный теплоноситель, преимущественно воздух, приводится воздуходувками 11 в циркуляционное течение, в зоне которого защитные муфели 7, 8 обтекаются им для подачи и отдачи тепла.

После термообработки материала 4 внутри защитного муфеля 7 использованный для этого нагревательный колпак снимается и заменяется теплоизолирующей защитной камерой 9. Расположенный на печном стенде 2 холодный отжигаемый материал 3 должен быть подогрет перед использованием нагревательного колпака, а именно с помощью тепла уже термообработанного горячего материала 4. Для этой цели также защитный муфель 8 с холодным отжигаемым материалом 3 снабжается камерой 9, так что посредством воздуходувок 11 нагретый теплоноситель подается из камеры 9 для защитного муфеля 7 с горячим отожженным материалом 4 в камеру 9 для защитного муфеля 8 с холодным отжигаемым материалом 3. Поскольку одновременно посредством воздуходувок 5 для циркуляции защитного газа внутри защитных муфелей 7, 8 происходит теплоперенос через защитные муфели 7, 8 между защитным газом и теплоносителем, отведенное от горячего отожженного материала 4 тепло подается к холодному отжигаемому материалу 3 с помощью направляемого в контуре теплоносителя, в результате чего материал 3 соответственно подогревается до тех пор, пока не будет, в основном, выровнена температура между обеими камерами 9. Для продолжения охлаждения термообработанного материала 4 следует прервать контур теплоносителя, причем для продолжения охлаждения материала 4 либо в камеру 9 всасывается свежий воздух, либо охлаждение продолжается традиционным образом в охлаждающем колпаке (не показан) воздухом или водой. Термообработка подогретого отжигаемого материала 3 продолжается за счет замены камеры 9 нагревательным колпаком, с помощью которого подогретый материал 3 продолжает нагреваться до необходимой температуры обработки. После термообработки материала 3 его тепло может снова использоваться для подогрева холодного отжигаемого материала, который тогда подвергается на печном стенде 1 аналогичному подогреву.

Пример на фиг.3, 4 отличается от примера на фиг.1, 2, в основном, тем, что для обоих защитных муфелей 7, 8 печных стендов 1, 2 предусмотрена одна общая теплоизолирующая защитная камера 9, в которой с помощью, по меньшей мере, одной воздуходувки 12 газообразный теплоноситель направляется в контуре так, что оба защитных муфеля 7, 8 последовательно обтекаются его потоком. Для улучшения течения внутри камеры 9 могут быть предусмотрены направляющие стенки 13 с целью ведения теплоносителя в контуре, которые вызывают соответствующее обтекание защитных муфелей 7, 8, как это видно на фиг.4. Чтобы достичь соответствующего разделения течения, воздуходувка 12 может быть, кроме того, снабжена направляющим устройством 14, которое обеспечивает разделение течения по высоте. Подогрев холодного отжигаемого материала 3 на печном стенде 2 внутри защитного муфеля 8 происходит аналогично фиг.1, 2, поскольку тепло, перенесенное от горячего, уже подвергнутого термообработке материала 4 посредством циркулирующего защитного газа на защитный муфель 7, а от него - на теплоноситель, подается к защитному муфелю 8 для подогреваемого отжигаемого материала 3 и переносится на циркулирующий защитный газ внутри защитного муфеля 8 для подогрева материала 3.

Как видно на фиг.5, также нагревательный колпак 15 может выполнять функцию камеры 9, поскольку речь идет лишь о том, чтобы обеспечить обтекающее защитный муфель 7 для горячего отожженного материала 4 течение теплоносителя для поглощения тепла, отводимого от материала 4 за счет циркуляции защитного газа. Для этой цели снабженный газовыми горелками 16 или электрически обогреваемый нагревательный колпак 15 содержит охватывающий кольцевой трубопровод 17, по которому нагреваемый теплоноситель подается через распределенные по периферии тупиковые трубопроводы 18 в нижней части в нагревательный колпак 15, газовые горелки 16 которого после термообработки материала 4, разумеется, отключаются. Поднимающийся в кольцевом зазоре между защитным муфелем 7 и нагревательным колпаком 15 и нагретый при этом посредством защитного муфеля теплоноситель всасывается всасывающим вентилятором 19 через проточный канал 10 в камеру 9 для нагрева холодного отжигаемого материала 3 внутри защитного муфеля 8. Внутри камеры 9 может быть предусмотрено дополнительное направляющее устройство 20 в виде охватывающей защитный муфель 8 рубашки, которая посредством кольцевого канала 21 присоединена в проточному каналу 10, так что нагретый теплоноситель через близкие к дну сквозные отверстия 22 направляющего устройства 20 в кольцевом пространстве между ним и защитным муфелем 8 обтекает последний, отдавая ему при этом тепло, благодаря чему это отдаваемое тепло может переноситься циркулирующим внутри защитного муфеля 8 защитным газом на отжигаемый материал 3. Остывший при этом теплоноситель подается всасывающим вентилятором 19 по проточному каналу 10 между всасывающим вентилятором 19 и кольцевым трубопроводом 17 к нагревательному колпаку 15 для нагрева. Присоединенный обычно к нагревательному колпаку 15 рекуператор 23 для использования ощутимого отходящего тепла горючих газов, удаляемых из нагревательного колпака во время термообработки материала 4, в этой связи не играет роли. Течение теплоносителя в контуре можно дополнительно регулировать посредством управляющих заслонок 24 в проточных каналах 10. Чтобы облегчить присоединение нагревательного колпака 15 или теплоизолирующей защитной камеры 9 к проточным каналам 10, присоединительные патрубки 25 могут быть соединены с ними соответствующими муфтами 26. В соответствии с правильным расположением этих патрубков нагревательный колпак 15 может быть расположен также справа, а камера 9 (сменный колпак) - также слева.

То, что нагревательный колпак 15 и камера 9 могут попеременно размещать в себе соответственно нагреваемый и охлаждаемый материал, а также могут быть выполнены одинаково, а направление циркуляции защитного газа может быть реверсируемым, само собой разумеется.

Изобретение относится к способу подогрева отжигаемого материала в отжигательной печи и к печи для осуществления способа. Способ подогрева отжигаемого материала в колпаковой отжигательной печи с двумя печными стендами (1, 2), на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), причем подвергаемый термообработке в защитном муфеле (8) отжигаемый материал (3) подогревают с помощью газообразного теплоносителя, направляемого в контуре между обоими защитными муфелями (7, 8), поглощающего тепло термообработанного в защитном муфеле (7) отожженного материала (4) и отдающего тепло подогреваемому отжигаемому материалу (3) в другом защитном муфеле (8). Направляемый в контуре поток теплоносителя обтекает снаружи оба защитных муфеля (7, 8), тогда как внутри защитных муфелей циркулирует защитный газ. Колпаковая отжигательная печь для осуществления способа, содержит два печных стенда, на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), соответствующие защитным муфелям устройства для циркуляции защитного газа и контур газообразного теплоносителя между обоими защитными муфелями. Контур теплоносителя содержит охватывающую каждый из обоих защитных муфелей (7, 8) на расстоянии от них, теплоизолирующую защитную камеру (9), при этом обе теплоизолирующие защитные камеры (9) соединены между собой по потоку для создания контура теплоносителя. Технический результат заключается в исключении окисления поверхности отжигаемого материала во время его подогрева. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ подогрева отжигаемого материала в колпаковой отжигательной печи с двумя печными стендами (1, 2), на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), причем подвергаемый термообработке в защитном муфеле (8) отжигаемый материал (3) подогревают с помощью газообразного теплоносителя, направляемого в контуре между обоими защитными муфелями (7, 8), поглощающего тепло термообработанного в защитном муфеле (7) отожженного материала (4) и отдающего тепло подогреваемому отжигаемому материалу (3) в другом защитном муфеле (8), отличающийся тем, что направляемый в контуре поток теплоносителя обтекает снаружи оба защитных муфеля (7, 8), тогда как внутри защитных муфелей циркулирует защитный газ.

2. Колпаковая отжигательная печь, выполненная с возможностью подогрева отжигаемого материала способом по п.1, содержащая два печных стенда, на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), соответствующие защитным муфелям устройства для циркуляции защитного газа и контур газообразного теплоносителя между обоими защитными муфелями, при этом контур теплоносителя содержит охватывающую каждый из обоих защитных муфелей (7, 8) на расстоянии от них, теплоизолирующую защитную камеру (9), причём обе теплоизолирующие защитные камеры (9) соединены между собой по потоку для создания контура теплоносителя.

3. Колпаковая отжигательная печь, выполненная с возможностью подогрева отжигаемого материала способом по п.1, содержащая два печных стенда, на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), соответствующие защитным муфелям устройства для циркуляции защитного газа и контур газообразного теплоносителя между обоими защитными муфелями, при этом контур теплоносителя содержит охватывающую сообща оба защитных муфеля (7, 8) теплоизолирующую защитную камеру (9), по меньшей мере, с одной воздуходувкой (12) для направляемого в контуре теплоносителя.

4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что внутри теплоизолирующей защитной камеры (9) предусмотрены направляющие стенки (13) для направляемого в контуре теплоносителя.

5. Колпаковая отжигательная печь, выполненная с возможностью подогрева отжигаемого материала способом по п.1, содержащая два печных стенда, на каждом из которых под защитным муфелем (7, 8) размещен отжигаемый материал (3, 4), соответствующие защитным муфелям устройства для циркуляции защитного газа, надеваемый на защитный муфель нагревательный колпак (15) и контур (10) газообразного теплоносителя между обоими защитными муфелями, при этом контур теплоносителя содержит теплоизолирующую защитную камеру (9), которая охватывает защитный муфель (8) с подогреваемым материалом (3) на расстоянии от него и соединена по потоку с надетым на защитный муфель (7) с термообработанным материалом (4) нагревательным колпаком (15) для создания контура теплоносителя.

6. Печь по п.5, отличающаяся тем, что теплоизолирующая защитная камера (9) выполнена так же, как и нагревательный колпак (15).

7. Печь по п.5 или 6, отличающаяся тем, что между теплоизолирующей защитной камерой (9) и защитным муфелем (8) предусмотрено направляющее устройство (20) для теплоносителя.