Нагревательная кузнечная печь Советский патент 1983 года по МПК F27B9/00 C21D9/00 

Изобретение относится к нагревательным устройствам металлургической теплотехники и может быть использовано в высокотемпературных печах для нагрева метал ла под обработку давлением на заводах маши ностроительйой и металлургической промышленности. Известна нагревательная печь, содер.жащая рабочую камеру с перфорированным сводом, система дымоотводящих отверстий которого объединена коллектором, н горелки, установлейные на боковых стенах под сводом (1). Известная печь обеспечивает высокие показатели качества йагрева заготовок и эффективного использования топлива. Однако режимы работы нагревательных кузнечных печей имеют особенности, которые . накладывают специфические требования к их устройству. В кузнечных печах нагреваются заготовки, которые затем подвергаются обработке давлением йа кузнечнопрессовом оборудовании. Номенклатура получаемых на таком оборудовании издеЛИЙ обычно широка, а переналадка его не требует значительного времени, так как яри этом только устанавливаются новые матрица и штамп. Производительность кузнеч1ю-прессового оборудования выражается количеством изделий, обработанных в единицу времени, и от массы заготовки зависит незначительно. При переходе с обработки более массивных изделий йа менее массивные количество изделий, снимаемых с пода, не изменяется, но масса металла, нагреваемого в единицу времени, т. е. производительность печи, уменьшается. Это приводит к росту времени пребывания заготовок в печи и увеличению величины образования окалины. Для предупреждения этого процесса при снижении произвбдительности кузнечной печи необходимо обеспечить безокислительный нагрев, т. е. создавать более стабильный защитный слой продуктов неполного горения. Другой особенностью работы кузнечных печей является то, что во время небольших перерывов при переналадке или мелких ремонтах кузнечно-прессового оборудования, а также при перерывах на обед заготовки из печи не вынимаются, т. еГ возникает режим холостого хода. В этом случае заготовки находятся в печи без движения, резко увеличивается время их пребывания в высокотемпературной зоне, и увеличивается окалинообразование. Поэтому при холостом ходе также необходимо создать более стабильный защитный слой продуктов неполного горения. В известной печи при пониженной производительности или холостом ходе необходимо сжигать топливо в горелках с коэффициентом расхода воздуха меньшим единицы. Образующиеся при этом продукты неполного горения предохраняют нагрева- емый. металл от окалинообразовання. Но в этом случае резко падает температура свода и продуктов горения, что ведет к снижению КПД печи и необходимости увеличения расхода топлива. Если же оставлять коэффициент расхода воздуха, обеспечивающий полное сжигание топлива, то значительно увеличивается окалинообразование. При этом исключена возможность управления степенью рециркуляции продуктов горения через свод. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является Нагревательная печь, содержащая футерованную рабочую камеру со сводом и подом, разделенную на методическую зону и высокотемпературную зону с перфорированным сводом, система дымоотводящих отверстий которого объединена коллектором, подсвободовые и торцовые горелки, рекуператор для нагрева воздуха и устройство подачи вторичного-воздух а 2. В известной печи требуемое качество нагрева металла достигается за счет отcoca части продуктов полного горения через свод и подачи на металл продуктов неполного горения, образующихся при сжигаНии топлива в торцовых горелках с коэффициентом расхода воздуха, равным п 0,4.0,5. Однако отсасываемые через свод высокотемпературные продукты горения далее не используются для нагрева металла, так как не поступают в методическую зону. Таким образом, количество продуктов горения, омывающих нагреваемый металл в методической зоне, уменьшается, что ведет к снижению КПД печи. Кроме тогр, при снижении производительности печи отсос продуктов горения из высокотемпературной зоны приводит к увеличению неорганизованного подсоса хо одного воздуха из окружающего пространства в рабочее, что увеличивает окалинообразование металла и его подстуживание У выгрузочного окна. Во время холостого хода для защиты металла от окисления необходимо по.адерживать коэффициент расхода воздуха менее единицы не только на j-орцовых, но и на подсводовых горелках. При этом в резуль-. тате химического недожога отсасываемых через свод продуктов горения дополнительно теряется тепло и снижается КПД печи. Цель изобретения - повышение КПД печи и уменьшение окалинообразования нагреваемого металла. Поставленная цель достигается тем, что в нагревательной кузнечной печи, содержаЩей футерованйую рабочую камеру со сводом и подом, разделенную на методическую зону и высокотемпературную зону с перфорированным сводом и дымоотводящим коллектором, подсводовые и торцовые горелки, рекуператор и сопла подачи вторичного воздуха, методическая зона снабжена сводовым дымоотводящим коллектором, соединенным с коллектором высокотемпературной зоны посредством канала, в котором 5 размешены сопла подачи вторичного воздуха.

На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая печь, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I.ю

Печь содержит высокотемпературную, зону I с перфорированным сводом 2, отверстия которого объединены в дымоотводящий коллектор 3, методическую зону 4 с дымоотводящим сводовым коллектором в виде системы отверстий в своде 5. Коллек- 5 тор 6 свода 5 соединен с коллектором 3 посредством канала 7, в котором установлен эжектор 8 для подачи вторичного воздуха.

В высокотемпературной зоне I на боковых стенах 9 под сводом 2 установлены горелки 10, а в торцовой стенке II - горелки 12.

В дымоотводящем канале 13 размещен рекуператор 14 для нагрева воздуха.

Печь работает следующим образом.

При номинальной производительности 25 на подсводовые горелки 10 топливовоздушная смесь подается в соотнощении, при котором происходит полное горение топлива. Струя продуктов горения распространяется по поверхности перфорированного свода 2, разогревая его. Основная часть продуктов 30 горения поступает из высокотемпературной зоны 1 в методическую 4 непосредственно через рабочее пространство печи. Оставщаяся часть эжектируется эжектором 8 через перфорированный свод 2 и коллектор 3 в канал 7 и далее по коллектору 6 через 5 перфорацию свода 5 в методическую зону 4. Эжектирование осуществляется струей воздуха, необходимого для дожигания в меодической зоне 4 продуктов неполного горения, поступающих из высокотемператур-: 40 ной зоны I, где они образуются в результае подачи на торцовые горелки 12 топливовоздушной смеси с коэффициентом расхода воздуха, равным п 0,4-0,6, чтс предохраняет нагреваемый металл от окалинообразования при вьгсоких температурах.45

Воздух, подаваемый на дожигание, поступает в методическую зону 4 нагретым за счет смешивания с эжектируемыми им проуктами горения из высокотемпературной зоны L

После дожигания в методической зоне продукты горения поступают в дымоотводяший канал 13 и нагревают воздух в рекуператоре 14.

При работе печи на уменьшенной. производительности и в режиме холостого хо- jj а подсводовые горелки 10 также работают с коэффициентом расхода воздуха, меньшим единицы. Это вызвано значительным

увеличением времени пребывания нагреваемого металла в высокотемпературной Зоне 1.И поэтому необходимость создавать более стабильный слой защитной атмосферы над металлом, что возможно при сжигании топливовоздущной смеси с коэффициентом расхода воздуха меньшим единицы, как на торцовых 12, так и на подсводовых 10 горелках. Прн таком режиме работы печи увеличивается количество воздуха, подаваемого через эжектор 8, причем процесс дожигания Начинается уже в коллекторе 6, так как по каналу 7 эжектируются продукты неполного горения, которые вступают в реакцию с воздухом сразу после смешивания. Это также поднимает температуру воздуха, поступающего через перфорированный свод 5 в методическую зону 4.

Начинающийся в коллекторе 6 и отверстиях перфорации свода 5 процесс дожигания дополнительно разогревает свод 5, что увеличивает тeплootдaчy к металлу в меетодической зоне 4.

Поток вертикальных струй воздуха на дожигание в смеси с продуктами горения из высокотемпературной зоны через перфорированный свод 5 выполняет дополнительную функцию аэродинамического затвора для горизонтального потока продуктов горения, движущихся в методической зоне 4

При снижении производительности печи или переходе на режим холостого хода, когда уменьшается коэффициент расхода воздуха на горелках 10 и 12 и соответственно уменьщается объем образующихся в высокотемпературной зоне I продуктов горения, увеличение объема воздуха, подаваемого на их дожигание, приводит к возрастанию количества движения вертикального потока в методической зоне 4 и, таким образом, к увеличению статического давления в высокотемпературной зоне I, снижению подсоса в нее холодного воздуха.

Рекуператор 14 омывается достаточно остывшими продуктами горения, что облегчает его работу.

Данная конструкция печи может быть реализована как в печах с арочным сводом, так и с плоским подвесным сводом.

Снабжение методической зоны сводовым дымоотводящим коллектором и соединение его с коллектором свода высокотемпературной зоны посредством канала, в котором установлен эжектор, позволяет эжектировать часть продуктов горения из высокотемпературной зоны в методическую через перфорированный свод струей воздуха, подаваемого для дожигания продуктов горения, поступающих из высокотемпературной зоны в методическую, непосредственно через методическую зону проходят все образовавщиеся продукты горения. Соблюдение этого условия лежит в основе нагрева металла в методической зоне, что повышает КПД печи. Кроме того, воздух, подаваемый для дожигания продуктов горения, поступает в методическую зону нагретым за счет смешивайия с эжектируемыми им продуктами горения из высокотемпературной зоны, что дополнительно, повышает КПД печи. Установка эжектора в канале, соединя19шем коллекторы высокотемпературной и методической зон, обеспечивает при режиме печи на пониженной производительности начало процесса дожигания продуктов горения уже в коллекторе свода методической зоны. Начинающийся в этом коллекторе и в отверстиях перфорации свода методической зоны процесс дожигания обеспечивает дополнительный разогрев свода мето дической зоны, что увеличивает тбплоотдачу к металлу в этой зоне и соответственно Кпд печи. Подача воздуха на дожигание в смеси с продуктами горения из высокотемпературной зоны через перфорированный свод методической зоны перпендикулярно основному потоку продуктов горения, движущихся в методической зоне, позволяет автоматически поддерживать положительное JaaBлейие во всей высокотемпературной зоне и поэтому значительно снижать неорганизованный подсос холодного воздуха из окружающего пространства в рабочее. Это обеспечивает поддержание стабильной защитной атмосферы в высокотемпературной зоне на всех режимах работы печи, что максимально уменьшает процесс окалинообразования нагреваемого металла. Использование предлагаемой нагревательной печи позволит на номинальной производительности увеличить КПД на 68%, снизить окалинообразование на 0,40,6% от веса нагреваемого металла, а при производительности печи, вдвое меньшей номинальной, КПД увеличить на 10-12 /о, окалинообразование металла снизить на 0,9-1,2% от его веса. Экономический эффект в сравнении с базовым объектом будет получен за счет экономии топлива в результате повышения КПД печи и экономии металла за счет снижения окалинробразования при его нагреве и составит более 4 тыс. руб в год.

НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ КУЗНЕЧНАЯ ПЕЧЬ, содержащая футерованную фиг.1 рабочую камеру со сводом и подом, разделенную на методическую зону н высокотемпературную зону с перфорированным сводом и дымоотводящим коллектором, подсводовые н торцовые горелки, рекуператор и сопла подачн вторичного воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД печи и уменьшения окалинообразования нагреваемого металла,- методическая зона снабжена сводовым дымоотводящим коллектором, соединенным с коллектором высокотемпературной зоны посредством канала, в котором размешены сопла подачи вторичного возду.ха. S (Л О5 4; / ЛЙЙТРУ 7

Iff

фиг. 2