Печной ролик Советский патент 1992 года по МПК F27D3/02 

Изобретение относится к механическому оборудованию нагревательных и термических печей с роликовым подом и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен печной ролик, содержащий охлаждаемый вал с металлической бочкой, на которой установлены металлические кольца. Между кольцами имеются пазы, заполненные нитью из огнеупорного материала. Нитки крепятся между собой и к металлической бочке с помощью огнеупорного клея.

Для известного ролика характерен малый срок службы из-за низкой стойкости неохлаждаемых колец и недостаточной прочности крепления изоляции.

Известен печной ролик, содержащий охлаждаемый вал и насаженную на него многослойную бочку, внутренний слой которой выполнен из жаропрочного материала, а наружный слой - из металлокерамики на основе огнеупорных материалов.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления металлокерамического слоя (дробление и рассев огнеупорного материала определенных фракций с последующим литьем в кокиль),, высокая теплопроводность металлокерамического слоя, что приводит к повышенному тепловому воздействию на ролик, и, как следствие, снижает его стойкость, приводит к увеличению расхода воды на охлаждение, потерям тепла с отходящей водой и повышенному расходу топлива.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является печной ролик, содержащий охлаждаемый вал и насаженную на нем многослойную бочку. Наружный слой бочки ролика опирается на внутренний слой, снабженный продольными или винтовыми канавками по наружной поверхности для сокращения площади контакта слоев.

Недостатками данного ролика является сложность изготовления и малый ресурс.

Концевые участки наружного слоя бочки, ненагружаемые перемещаемым металлом, не экранируются им со стороны верхней части рабочего пространства печи и не находятся в теплообмене с нагреваемым металлом. В этих случаях концевые участки наружного слоя бочки нагреваются до более высокой температуры, чем та часть ее, которая нагружена перемещаемым металлом. Отвод тепла от перегретых участков к охлаждаемому валу затруднен из-за термического сопротивления, оказываемого внутренним слоем бочки.

Температурные перепады, возникающие по длине наружного слоя, приводят к возникновению температурных напряжений, в результате которых наружный слой бочки ролика разрушается через 6,- 8 мес эксплуатации.

Наряду с этим не оправдывает себя выполнение внутреннего слоя бочки с продольными или винтовыми канавками, так как в местах выступов и впадин на поверхностях слоя наблюдаются различные температуры, имеющие своим последствием дополнительные температурные напряжения, ускоряющие разрушение бочки. Кроме того, изготовление внутреннего слоя бочки с канавками для повышения теплового сопротивления - чрезвычайно трудоемкая и дорогостоящая операция.

Цель изобретения - повышение срока службы ролика.

Поставленная цель достигается тем, что в печном ролике, содержащем охлаждаемый вал, многослойную бочку, опоры между валом и бочкой, теплоизоляцию, на концевых участках между охлаждаемым валом и бочкой выполнены кольцевые полости.

Выполнением концевых участков ролика с кольцевыми полостями между охлаждаемым валом и бочкой коренным образом изменяются условия теплообмена в системе печного ролика на этих участках, усиливается отвод тепла от концевых участков наружного слоя бочки к охлаждаемо(иу валу, чем предотвращается их перегрев, снижается разность температур по длине наружного

слоя бочки, повышается долговечность ролика, снижается его металлоемкость.

На фиг.1 изображен ролик, общий вид и разрез А-А; на фиг.2 - то же, поперечный

. разрез.

Печной состоит из охлаждаемого вала 1, на который насажена многослойная бочка, состоящая из наружного слоя 2 и внутреннего-слоя 3. Внутренний слой 3 бочки опирается на охлаждаемый вал 1 посредством опор 4. Наружный 2 и внутренний 3 слои бочки в средней ее части непосредственно примыкают друг к другу. Один конец наружного слоя 2 бочки опирается на охлаждаемый вал 1 через неподвижную втулку 5, а другой его конец крепится штифтом 6 с подвижной втулкой 7, закрепленной на охлаждаемом валу 1 при прмощи шпонки 8, Между многослойной бочкой и охлаждаемым валом 1 выполнен слой теплоизоляции 9. На концевых участках м.ежду охлаждаемым валом и брчкой предусмотрены кольцевые полости 10.

Наружный слой 2 бочки приварен к неподвижной втулке 5 кольцевым швом. Оба слоя бочки могут быть выполнены секционными.

Печной ролик работает следующим образом.

0Крутящий момент от охлаждаемого вала

1 передается к обоим слоям бочки: к внутреннему 3 - на конце, жестко соединенном с валом 1 через опоры 4; к наружному 2 через неподвижную 5 и подвижную 7 втул5 ки.

При изменении температурных условий обеспечивается свободная компенсация линейных температур расширения в осевом и радиальном направлениях. При осевом

0 температурном расширении внутренний слой 3 бочки перемещается вдоль охлаждаемого вала 1 по опорам 4, наружный слой 2 бочки скользит вдоль внутреннего слоя 3 вала 1 по направляющей шпонке 8, причем

5 независимо друг от друга.

В радиальном направлении удлинения также происходят свободно и независимо, , так как температуры деталей ролика возрастают в направлении от вала к наружному

0 слою бочки.

В центральной части ролика, испытывающей нагрузку от нагреваемого металла, опора наружного слоя бочки на внутренний слой 3 предотвращает развитие в нем изгибающего момента, способного привести к его разрушению. В этой части ролика нагреваемый металл экранирует наружный слой бочки от верхней части рабочего пространства печи, ограничивая поступление тепла к нему. К этой части ролика тепло поступает

главным образом в результате излучения и конвекции из нижней части рабочего пространства. С другой стороны, наличие внутреннего слоя 3 снижает отвод тепла от наружного слоя 2 бочки к охлаждаемому валу 1 как за счет экранирующего действия внутреннего слоя 3, так и за счет его массивности. Наряду с этим имеет место отток тепла от центральной части наружного слоя 2 бочки к нагреваемому металлу в результате теплообмена между ними.

На концевых участках ролика, ненагружаемых нагреваемым металлом, условия теплообмена иные. На этих участках наружный слой 2 бочки по всей окружности, всей поверхностью находится в теплообмене С кладкой верхней и нижней частью рабочего пространства печи и печными газами. Тепловой поток на эти участки значительно выше, чем на центральный участок наружного слоя 2 бочки ролика. Однако, благодаря наличию кольцевых полостей 10 на концевых участках, резко снижается термическое сопротивление на этих участках, вследствие чего интенсивней отводится тепло к охлаждаемому валу 1. В итоге предотвращается перегрев концевых участков наружного слоя 2 бочки ролика и возникновение разрушающих температурных напряжений.

В условиях наличия на концевых участках ролика между охлаждаемым валом и бочкой кольцевых полостей 10 интенсивность отвода тепла от наружного слоя 2 бочки на этих участках при необходимости можно регулировать изменением толщины теплоизоляции 9, вплоть до ее удаления.

Ролик данной конструкции надежен в эксплуатации, обладает повышенным ресурсом (срок службы составляет 2,0 - 2,5 г вместо 6-8 мес службы ролика известных конструкций) и характеризуется относительно малыми потерями тепла с охлаждающей средой.

Пример. Реализацию предлагаемого технического решения рассмотрим на примере создания печного ролика для проходной нагревательной печи с роликовым подом листопрокатного цеха Челябинского металлургического комбината, предназначенной для нагрева перед прокаткой толстых листов нержавеющей стали.

Длина бочки ролика 2360 мм, длина водоохлаждаемого вала 4560 мм. Изготавливают вал из трубы 0 180 х 36 мм. Концевые участки вала выполняют с диаметром 160 мм. Материал вала сталь 15 ХМ.

Для создания кольцевых полостей на концевых участках ролика выполняют внутренний слой бочки короче наружного

слоя. Внутренний слой бочки выполняют из стали 20Х25Н20С2 с наружным диаметром

0350Н11 { - о570 ) и внутренним диаметром р 310 H11 (+0,32). Длину внутреннего слоя бочки принимают равной ширине нагреваемых листов - 1500 мм.

Наружный слой бочки выполняют длиной 2360 мм, из центробежной трубы 0 400х 45 мм из стали 45Х25Н20С2Л. Внутренний диаметр наружного слоя бочки И 350Н11 (+ 0,46), наружный диаметр О415Н11 (-0,40).

Длина каждого концевого участка бочки ролика, не нагружаемого перемещаемым

металлом, равна

2360 - 1500

430 мм.

где 2360 - длина наружного слоя бочки, мм; 1500 - длина внутреннего слоя бочки, мм;

2 - число концевых участков ролика, ненагружаемых нагреваемым металлом.

Для установки внутреннего слоя на вал изготавливают опоры П-образной формы. Размеры каждой опоры: наружный диаметр 308 мм, длина 80 мм. Опоры устанавливают в четырех местах по длине вала, равномерно, с шагом 355 мм. В каждом месте установки - 6 опор по окружности. Опоры приваривают к валу электросваркой.

Закрепляют на валу слой теплоизоляции из каолиновой ваты толщиной 25 мм.

Устанавливают внутренний слой бочки на опоры и приваривают ее к опорам одного крайнего ряда.

Изготавливают и устанавливают на вал неподвижную втулку, приваривают ее к валу. Изготавливают подвижную втулку, шпонку, штифт. Соединяют подвижную втулку с валом с помощью штифтов со стороны, противоположной месту установки неподвижной втулки, затем скрепляют подвижную втулку с валом с помощью шпонки. Детали подвода и отвода воды для охлаждения вала, подшипники и детали сочленения ролика с приводом монтируют непосредственно перед установкой ролика

на печь.

Формула изобретения 1. Печной ролик, содержащий охлаждаемый вал, многослойную бочку, опоры между валом и бочкой, теплоизоляцию, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы, ролик выполнен на концевых участках между теплоизоляцией и бочкой с кольцевыми полостями.

2. Ролик поп.1,отличающийс ятем, что наружный слой бочки выполнен секционным.

3. Роликпоп.1,отл ича ющийсятем. что внутренний слой бочки выполнен секционным,

Изобретение относится к механическому оборудованию нагревательньгх и термических печей с роликовым подом и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение срока службы печного ролика. Печной ролик содержит охлаждаемый вал, многослойную бочку, опоры между валом и бочкой, теплоизоляцию. Внутренний слой бочки выполнен короче наружного на величину, равную размеру обоих концевых участков наружного слоя, не загружаемых перемещаемым металлом. 2 з.п- ф-лы, 2 ил.

/

и///7//////////////////////////////7/////7/////

iS

)N N y NNNNNNX J

8

± ш

Г .

.

к

Фиг./

ФЪ5г

Фиг.г