Способ нагрева труб и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК C21D1/40 

Изобретение относится к способу нагрева металлических труб или пле тей труб, состоящих из нескольких о резков, имеквдих многослойное строение, полученных, например, с помощь спиральной намотки, в печах с цирк ляцией газа, и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности. Известен способ нагрева полых длинномерных изделий, включающий на грев и охлаждение в среде защитного газа Г1 . Однако с помощью известного способа трудйо обеспечить-заданное качество обрабатываемых изделий (труб К . этом оказывается, что особенно трудно осуществить равномерный нагрев многослойных труб, у которых меясду отдельными слоями имеются воздушные зазоры различной толщины, обусловленные технологией изготовления. При одинаковой в осно ном общей толщине слоев, образующих стенку трубьт, прогрев ее весьма . сильно замедляется и происходит неравномерно, если имеются даже Незначительные колебания в размерах воздушных зазоров между отдельными слоями. Кроме того, при Нагреве с обычными скоростями имеется опасность что наружный слой .имеющий относительно более высокую температуру по сра нению с внутренним, .слоем, при превр щении определенного предела подверг ется изгибу в продольном направлени и по периметру трубы образуются уто щения, ориентированные по радиусу трубы. . Целью изобретения является повышение эффективности нагрева многослойных труб. Поставленная цель достигается те что согласно способу нагрева труб, включающему электроконтактный нагре с одновременной подачей газа в рабо чую камеру, в качестве газа используют продукты сгорания с температурой, равной температуре трубы. При этом отработанный газ вновь подают в рабочую камеру. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для нагрева труб, содержащем камеру печи, токоподводящие контакты, расположенные радиально по периметру трубы, поверх ности контактов выполнены с покрытием из цинкового или серебряного припоя с температурой твердения 200600°С-. При кондукционном нагреве имеется общий недостаток, заключающийся в том, что в зрнах подвода тока переносимые плотности тока ограничены таким образом-, что в них возможно реализовать только соответственно уменьшенную скорость нагрева. Однако скорость нагрева все равно выше тех величин, которые с учетом проблемы устойчивости должны реализоваться на поверхности при нагреве подобных многослойных труб. Относительно медленный кондукционный нагрев с помощью постоянного или переменного тока низкой частоты, который еще не ведет к недопустимому местному свариванию между трубой и материалом контакта и позволяет избежать местный перегрев, который требует применения местного охлаждения с помощью подаваемой снаружи охлаждающей ,воды, приводит, однако, при трубообразных телах с их большой поверхностью к огромным потерям тепла и к нежелаемой разности температур между внутренним и внешним слоем стенки трубы или массивным оголовьем и слоистой частью (частями ) трубы. Поэтому предусмотрено осуществлять кондукционный.нагрев в камере, в которой циркулирует газ, причем температура газа в основном соответствует средней температуре стенки трубы во время процесса кондукционнрго нагрева или совсем немног го выше ее. После достижения желаемой температуры трубы; могут находиться в этой камере до тех пор, пока не будет достигнута желаемая величина постоянства те2У1пературы. Подвод горячего газа для нагрева, температура которого должна примерно соответствовать температуре трубы, осуществляетёя в зонах, в которых массивное предварительно приваренное оголовье примыкает к зоне нахлестки спиральной трубы. С помощью такого подвода газадостигается дополнительная непрерывная адаптация к средней температуре. Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Контакты устройства-прижимаются с предварительно определенной силой с помощью известных средств, гидравлическим или пневматическим способом. Расстояние между контактами, располагаемыми по внешнему периметру трубы, составляет 50-100 мм, расстояние от конца трубы предпочтительно должно быть менее 50 MNI, сила прижима примерно 50-10О кг при эффективной- поверхности контактов около 5 мм. Контакты,выполненные выпуклыми, снабжены тонким слоем припоя, обладающего высокой проводимостью и имеющего низкую температуру затвердевания.Это покрытие способствует тому, что даже при неровной поверхности обеспечивается очень хороший поверхностный контакт. Первоначально только в Немногих точках контакта, имеквцих очень малую поверхность, возникает местный перегрев, который влечет за собой местное расплавление слоя припоя. Он формируется под действием силы прижима и позволяет осуществить гораздо лучшую токопередачу.. Благодаря связанному с этим уменьшению контактного сопротивления происходит снижение температурына поверхности контакта в такой стедет ни, что припой затвердевает. Таким образом, уменьшается местный, вызванный контактным сопротивлением перегрев, и благодаря этому избегают изменения структуры в чрезмерно нагретой тру.бе, огромная долговечность контакта достигается и при плотности тока вплоть до20000 А/см - Температура затвердевания припоя может быть при этом. ниже, чем достигаемая конечная температура трубы.

На фиг. 1 изображена труба, составленная из нескольких отрезков разрез; на фиг.2 - печь с циркуляцией газа с находящейся в ней труббй к с необходимыми дополнительными устройствами; на фиг. 3 - подвод тока для кондукционного нагрева.

Труба 1 -.(диаметр 48 дюймов / состоит из десяти сваренных между собой отрезков. Концевые отрезки длиной по 0,5 м каждый состоят из массивной трубы 2, например из отрезка обычной изготовленной с помощью продольного сварного шва трубы. Остальные отрезки 3 изготовлены с помощью спиральной намотки 4 в четыре слоя шириной 1,5 м и толщиной 4 мм, причем концы лент зафиксированы с помощью углового шва. Обусловленные изготовлением мехщу слоями спиральн намотанных отрезков возникают йоздушные зазоры различной толщины. С торцов трубы сняты фаскиТруба с помощью обычных транспортных средств доставляется поперек в открытую с продольных сторон и снабженную закрывающимися дверями камерупечи 5. На обеих торцовых сторонах камеры печи находятся соответствующие диаметру трубы контактные кольца 6, которые с помощью гидравлических устройств 7 пЬджимаются к торцовым сторонам трубы. Подход газовой смеси осуществляется на торцовой стороне камеры печи 8 через дюзы 9, с торцовой стороны 10 осуществляется отвод газовой смеси,участвующей в кругообороте 11, ra3OBsiH смесь состоит и воздуха и теплых продуктов сгорания природного газа, сжигаемого в камере 12 с помощью гайовой горелки 13. Вместо непосредственного подвода .продуктов сгорания природного газа можно при применении теплообменника использовать только тепло/ получаемое в результате сгорания, которое отдается воздуху, из которого буде.т состоять циркулирукадий теплоноситель ,Труба с помощью соответствующего раположения дюз обдувается снаружи и внутри. Если работа ведется с переменным током низкой частоты или на постоянный ток накладывается небольшая компонента переменного тока, целесообразно для компенсации скинэффекта поддерживать температуру газа несколько выше средней температуры трубы и благодаря соответствуюцему расположению подвода горяче0го газа скорость потока внутри трубы устанавливается выше, чем на наружной ее поверхности. Поверхности контактных колец подсоединены к одному или нескольким (не показаноJ,

5 регулируемым преимущественно с первичной стороны трансформаторам, в. данном случае с-последовательно включенными выпрямителями, которые позволяют получить требуемый отбор мощности. Они составлены Из большого

0 количества отдельных контактных элементов 16, предрессоренных с помощью пружин 15 по отношению к опорному кольцу 14. Контактные элементы настроены в соответствие с углом

5 фаски торца трубы 17. Эти отдельные элементы образуют радиальные элементы, которые снабжены охлаждением (не показано ) предпочтительно внутренним масляным охлаждением.

0

При толщине стенки трубы около 16 мм, длине трубы 12 м, плотности |Тела около 3 А/мм, начальной температуре 20°С и конечной температуре продоллсительность нагрева со5ставляет около восьми мин. В начале восьмиминутного нагрева температура циркулирующего газа составляет . Она повышается со скоростью около 25°С/мин, заданная температура достигается через 7,6 мин. Эта темпе0ратура подцерживается вплоть до конца нагрева. Температурные данные относятся к средней температуре .трубы.

Подвод тока осуществляется через большое количество выпуклых медных

5 контактов, охлаясдаемых внутри с помощью коаксиального подвода воды, которые по отдельности поджимаюхся к поверхности трубы и на их контактную поверхность наносится слой припоя толщиной 1/5 мм. Для-нагрева тру0бь ;др конечной температуры около 250 может применяться цинковый припой, имеющий температуру затвердева- ния около для более высоких

5 конечных температур рекомендуется серебряный припой с диапазоном температуры затвердевания около 500бОО С. Расстояние контактов от конца трубы составляет примерно 3-5 см. Поскольку этого требуют конструктив0ные идеи, контакты могут быть расположены также по двум, следующим друг за другом/ периметрам трубы.

Поверхность трубы неровная. Под,-. 5 воздействием прижимного -усилия сначала возникают очень маленькие точечные контакты между поверхностью трубы и контактом, в которых возникает перегрев. Под влиянием этого очень ограниченного по площади перегрева происходит расплавление припоя, который растекается по поверхности трубы и застывает, не прилипая к этой поверхности, а так как для передачи тока образуется достаточная контактная поверхность, местный перегрев прекращается.Каждый контакт при исполнении его с небольшой выпуклостью имеет контактную поверхность около 5 мм в диа метре,которая без местных изменений в структуре может передать 3000-4000 А.

1. Способ нагрева труб, включающий электроконтактный нагрев с одновременной подачей газа в рабочую камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности нагрева, в качестве газа используют пр.одукты сгорания с температурой, равной температуре трубы. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что отработанный газ вновь подают в рабочую камеру. 3. Устройство для нагрева труб, содержащее камеру печи, токоподводящие контакты, расположенные радиально по периметру трубы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что поверхности контактов выполнены с покрытием из цинкового или серебряного припоя с -. температурой твердения его 200-600 С. | W С Z г С5 со rsO СО W,7