Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца Советский патент 1989 года по МПК C21D9/70 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к регенеративным нагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальнЬ1х. слитков перед прокаткой.

Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производительности колодца.

Способ автодинамического управления факелом включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы, смешивание и вбод их в камеру нагрева колодца с образованием колеблющегося с частотой 0,3-2 Гц по высоте камеры факела. Колебание осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха ±0,09-0,26. При этом длительность, выдержки максимальной порции воздуха от общей длительности одного колебания в период подъема температуры 0,66-0,75, а в период выдержки - 0,25-0,34.

Способ управления факелом регенеративного нагревательного колодца обеспечивает равномерный нагрев слитков как по

сл

4

00

о 00

1514808

34

высоте, так и по длине рабочей камеры,или бедной горючей смеси. Далее максимальпри этом уменьшается окисление и оплав-ную порцию факела вводят через диффуление слитков, повышается производитель-зор в рабочую камеру и, ввиду большого

ность регенеративного нагревательного ко-количества вводимых газов давление их в ралодца, снижается образование и выбросыбочей камере возрастает, в результате чего

в атмосферу окислов азота.факел прижимают к верхней части рабочей

Способ автодинамического управлениякамеры, направляют по верхней траектории

факелом реализуется с использованием8 с отдачей энергии в основном верхней

известного устройства, предполагающегочасти слитков.

выполнение надсадочных каналов перемен-Во втброй по ходу движения газов ного сечения с сужением над разделитель-Ю части рабочей камеры производят смыкание ной стенкой и расширением в сторонуи смешение факельных импульсов, движу- камеры нагрева каналов, причем высоташ,ихся по нижней и верхней траекториям, канала в узкой части составляет 0,4-0,7дожигают горючие компоненты из состава высоты надсадочного канала воздушногобогатых топливовоздушных смесей и отво- регенератора, а угол раскрытия расширяю-.5 дят обш,ие продукты сгорания через проти- ш,егося канала составляет 20-45°.воположное окно, обеспечивая таким обра- Способ реализуется следующим обра-зом полноту сжигания топлива, зом.Далее производят аналогичное повторе- Газ подают в рабочую камеру стацио-ние порционного ввода воздуха в камеру нарным потоком через газовый регене-нагрева, осуществляя таким образом циклич- ратор 1. Воздух вводят в рабочую камеру20 ное колебание факела в вертикальной плос- через воздушный регенератор 2 чередую-кости. После реверсирования факела по ана- щимися расходными порциями ниже уста-логичному способу вводят воздух через новочного коэффициента расхода воздухапротивоположное пламенное окно с повторе- минимальными и максимальными, свыше егонием процесса, идущего уже в обратном величины.25 направлении.

На фиг. 1,2 показано расположениеРавномерный нагрев слитков по глубине

факела при вводе минимальной и макси-рабочей камеры получают за счет снижемальной соответственно расходной порцииния температуры факела на входе в рабовоздуха.чую камеру и выравнивая ее по всему

При подаче минимальной расходной пор-объему садки. Это обусловлено тем, что

ции воздуха, топливный поток при выходеЗО при вводе в рабочую камеру порций как

из газового регенератора обладает большимбедных, так и богатых топливовоздушных

количеством движения, чем малый встреч-смесей температура горения топлива снижаный воздушный поток, движущийся со сто-ется по сравнению с вводом стехиометрироны пережима 3, в результате чего подческих смесей.

действием сил инерции топливный потокСнижение пиковых температур одновребудет практически полностью заполнять35 менно приводит к уменьшению окисления

надсадочное пространство, одновременно металла. Кроме того, дополнительное снисмещиваясь с вводимой минимальной пор-жение окисления металла происходит вследцией воздуха. При этом образуется факелствие снижения окислительного потенциала

с преобладанием горючих компонентов илигазовой фазы при вводе минимальной порбогатая горючая смесь. Далее малую в коли-. ции факела, представляющей богатую топчественном отношении порцию факела вво-ливовоздушную смесь восстановительного

дят через диффузор 4 в рабочую камерухарактера.

5. Ввиду малого количества введенныхУвеличение производительности колодв рабочую камеру газов под действием тяго-ца получают за счет сокращения необвого устройства в ней образуется в данныйходиМого времени томления металла, так как

момент разрежение и факел протягивают45 к концу периода нагрева вся садка металла

напрямую по нижней траектории 6, омы-прогрета более равномерно,

вая и нагревая при этом в основномСокращение образования окислов азота

нижнюю часть слитков 7.получают за счет снятия пиковых темпеПри подаче максимальной расходнойратур и практического исключения их обпорции воздуха большей величиной коли-разования в минимальных порциях факела,

чества движения уже будет обладать50 образованных богатыми топливовоздушными

воздущный поток, кинематическая энергиясмесями, так как в восстановительной

которого усиливается возросшей его ско-среде окислы азота образовываться не могут, ростью Б узком надсадочном пережиме.

Под действием более сильного воздушногоЧастота дискретно-периодического измепотока газовый поток, выходящий из газо-нения подачи воздуха через воздушные

вого регенератора, сносится в сторону рабо-55 регенераторы, отношение величин расхода

чей камеры с одновременным интенсивнымвоздуха при максимальной его и минимальперемешиванием с воздухом и образованиемной подаче, а также соотношение длительфакела с преобладанием воздуха-окислителяностей их ввода по периодам нагрева

металла выбраны из оптимальных условий качества нагрева слитков, минимального окисления металла, максимальной производительности колодцев.

Результаты влияния частоты изменения подачи воздуха на брак по перегреву и пережогу слитков, потери металла от окисления и производительность регенеративного нагревательного колодца представлены в табл. 1.

Результаты влияния отношения величин расхода воздуха при максимальной и минимальной его подаче на технико-экономические показатели нагревательного колодца представлены в табл. 2.

Результаты влияния соотношения дли- тельностей ввода максимальных расходных порций воздуха по периодам нагрева представлены в табл. 3.

Во втором периоде, когда нужно обеспечить выравнивание температур по сечению слитков и послиточно во всей камере нагрева уже при высокой температуре поверхностей слитков, преобоадающей должна быть восстановительная атмосфера в камере нагрева, что обеспечит более ровную температуру по объему камеры нагрева и низкую скорость окисления стали. Чем более окислительная среда имела место в первом периоде нагрева, тем более восстановительной она должна быть во втором периоде выдержки металла при постоянной температуре его поверхности. Это обеспечит ми- нимум суммарного окисления металла, максимум производительности колодца, достаточную равномерность нагрева слитков по объему камеры нагрева.

Однако при соотношении длительностей ввода максимальных и минимальных рас- ходных порций воздуха менее 0,66 в первом периоде подъема температуры в камере нагрева и, соответственно, более 0,34 во втором периоде выдержки металла будет наблюдаться снижение скорости нагрева металла в первом периоде, что дает снижение производительности колодца и чрезмерное окисление металла во втором периоде выдержки металла ввиду экспоненциального наростания окислительной способности газовой среды. Также снижается равномерность нагрева слитков 6о втором периоде вследствие роста температуры факела на входе в камеру нагрева и увеличения таким образом перепада температур по ее длине.

При соотношении длительностей ввода максимальных и минимальных расходных порций воздуха более 0,75 в первом периоде подъема температуры в камере нагрева и, соответственно, менее 0,25 во втором периоде выдержки металла будет наблюдаться чрез.- мерное окисление металла в первом пери- оде нагрева ввиду роста окислительной способности среды, что увеличит общие потери металла от окисления, увеличит перегрев крайних слитков, расположенных проo

0

5

5 0

5 о 5

0

тив пламенных окон (возрастает неравномерность температур), увеличит брак металла по нагреву и вызовет увеличение длительности второго периода выдержки металла, т.е. снизится общая производительность колодца.

Пример. Регенеративный нагревательный колодец для нагрева стальных слитков перед прокаткой отапливается коксодомен- ным газом в первом периоде--нагрева и доменным газом во втором периоде - выдержки металла. Расход смешанного газа в первом периоде нагрева составляет 3800 м 7ч, расход воздуха - 3900 . Средний расход доменного газа во втором периоде нагрева составляет 1400 м7ч, расход воздуха - 122 . Нагревают слитки весом 8 т с температурой посада марки Ст 5 СП. Количество слитков в ячейке 8 шт. Нагрев производят в ячейке обычной конструкции с прямыми узкими по высоте плазменны.ми окнами при стационарной подаче топлива и воздуха. Положение факела в ячейке регулируют ручной установкой степени открытия дымового шибера. Требуемая конечная температура поверхности слитков 1220°С.

Результаты нагрева следующие; время выхода температуры поверхности на контрольную величину - ,3 ч; время томления 2,9 ч, суммарное время нагрева 4,2 ч. средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева 110°С. Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 частей от основания 65°С. При выдаче слитки, расположенные против пламенных окон, оказались оплавленными, перегретыми. Слитки, расположенные в центре ячейки, наоборот, недогретые с «холодной головной частью. Статистические показатели кблодца: производительность 250 т/сут; потери металла от окисления 2,1%; брак по перегреву и пережогу металла 0,8%.

Реконструкция колодца включила перекладку надсадочных каналов пере.менного сечения с сужением 0,5 от их высоты и углом раскрытия диффузора, равным 35°, и установку электромагнитного клапана двухпо- зиционного регулирования соотношения.

После загрузки колодца слитками весом 8 т с температурой посада 750°С, марки Ст 5СП, в количестве 8 шт. с помощью первой подсистемы регулирования установили общую частоту работы электромагнитного клапана 1,2 Гц, что обеспечивало полную длительность цикла качения факела 0,8 с. Регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долЮ длительности ввода максимальной порции воздуха, равную 0,7 от общей длительности цикла 0,8 с. При таких параметрах работы электромагнитного клапана произвели нагрев слитков

импульсно-колеблющимся факелом в первом периоде до достижения в ячейке контрольной температуры. Время этого периода составило 1,4 ч. После этого регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долю длительности ввода максимальной порции воздуха, равную 0,3. Далее произвели нагрев слитков и выравнивание те.м- ператур по их сечению импульсно-колеблющимся факелом во втором периоде. Время второго периода до достижения требуемого конечного температурного состояния металла составило 2,4 ч. Общее время нагрева металла в ячейке 3,8 ч. При этом средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева составил 40°С. Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 от их основания 45°С. При выдаче оплавленных и перегретых поверхностей

Ш

также равнометрный прогрев всей садки слитков по глубине рабочей камеры. Это исключает местные перегревы металла, снижает его окисление и оплавление за счет сглаживания температурных пиков и снижения окислительного потенциала газовой фазы, а также увеличивает производительность колодца за счет сокращения необходимого времени выдержки металла во втором периоде нагрева ввиду более ровного прогрева садки к концу лервого форсированного периода.

Формула изобретения

Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца, включающий подачу топлива и воздуха через регенераторы, смешивание и ввод их в камеру нагрева с изменением

слитков не было. Вся садка металла про- положения факела по высоте, отличающийся грета ровно. Статистические показатели ко-тем, что, с целью повышения равномернослодца: производительность 270 т/сут; потери металла от окисления 1,42%; брак по

перегреву и пережогу металла отсутствует.

ти и качества нагрева садки, снижения потерь металла от окисления и увеличения производительности колодца, изменение поПредлагаемый способ позволяет получить 25 - ожения факела осуществляют колебаниями принципиально новый метод управления по-его с частотой 0,3-2 Гц путем подачи

ложением факела, не предусматривающийвоздуха с равным отклонением от уровня,

никаких подвижных механизмов в дымоот-установочного расхода воздуха с амплитудой

водящем борове, что обеспечивает его на-отклонения ±(0,09-0,26) установочного

дежность и работоспособность. Периодичес-расхода воздуха, а длительность ввода

кое перемещение факела по всей высоте 30 максимальной порции воздуха составляет слитков, включая первые слитки, располо-0,66-0,75 от общей длительности полного

женные против пламенного окна, а такжецикла качания факела для периода подъеимпульсное перемещение факела по длинема температуры в камере нагрева и 0,25-

рабочей камеры дает равномерный нагрев0,34 - для периода выдержки металла

слитков любой формы по их высоте, апри постоянной температуре.

также равнометрный прогрев всей садки слитков по глубине рабочей камеры. Это исключает местные перегревы металла, снижает его окисление и оплавление за счет сглаживания температурных пиков и снижения окислительного потенциала газовой фазы, а также увеличивает производительность колодца за счет сокращения необходимого времени выдержки металла во втором периоде нагрева ввиду более ровного прогрева садки к концу лервого форсированного периода.

Формула изобретения

Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца, включающий подачу топлива и воздуха через регенераторы, смешивание и ввод их в камеру нагрева с изменением

положения факела по высоте, отличающийся тем, что, с целью повышения равномернос

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к регенеративным нагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальных слитков. Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производительности колодца. Способ включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы с образованием колеблющегося с частотой 0,3-2 Гц по высоте рабочей камеры факела, что осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха ±(0,09-0,26) при выдержке максимальной порции воздуха в период подъема температуры 0,66-0,75 и в период выдержки 0,25-0,34. При подаче минимальной порции воздуха факел за счет разряжения в дымовом тракте формируется в нижней части камеры нагрева, а при подаче максимальной порции - в верхней. При смыкании в средней части камеры нагрева факелов происходит дожог компонентов газовоздушной смеси. 2 ил., 3 табл.

Предлагаемая

0,1 .

0,3

Т а б л и ц а 1

255,0 268,0 270,4 267,2 253,6 250

1514808

10

Таблица2

ТаблицаЗ

ЗозЗу)Газ

/////////////////,/////7

di:

//////////////////7mf(/.

Воэди(, Газ манс.

(ригЛ

fua.Z