Колпаковая печь Советский патент 1993 года по МПК C21D9/663 C21D9/673 F27B11/00 

Изобретение относится к устройствам для термической обработки полосового проката и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности.

Известна колпаковая печь, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором,муфель, нагревательный колпак, крышку в виде плоского диска и кон векторные кольца с одинаковыми циркуляционными каналами переменного сечения.

Недостатком известной колпаковой печи является низкая производительность и пониженное качество отожженного металла, что обусловлено неравномерностью температурного поля по объему садки из-за нерационального распределения теплового

потока, поскольку верхняя часть муфеля не участвует в интенсивном конвективном теплообмене в период нагрева и охлаждения металла.

Цель изобретения - увеличение производительности колпаковой печи и повышение качества отжигаемого металла.

Поставленная цель достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей стенде циркуляционным вентилятором, муфель, нагревательный колпак, четыре одинаковые конвекторные кольца с циркуляционными каналами переменного сечения и крышку стопы рулонов в виде плоского диска, второе, считая от стенда, конвекторное кольцо выполнено с суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов равной

XI

00

оо ю

00

IOJ

1,5-2,0 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего и четвертого кон векторного кольца, крышка выполнена в виде кольца с площадью проходного сечения,равной 0,6-0,9 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего или четвертого конвекторного кольца.

Обозначим суммарную площадь средних сечений циркуляционных каналов второго, считая от стенда, конвекторного кольца S.tr первого S, третьего 5.щи четвертого S2,Y.

Тогда согласно изобретению

Sgir Sgrr Ssit л с on э и ssr %п Szntf

через SK обозначим площадь проходного сечения плоской крышки, выполненной в виде кольца, Тогда, согласно изобретению

Sj л с А о

с-о - о UiD Ui

2зbgftt

Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца, считая от стенда, в 1,5-2,0 раза больше суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего и четвертого конвекторных колец в отдельности

СQ

При отношении oSII

о

0ЈИ 1,5 замедляется прогрев первого

b2W

и второго рулонов снизу стопы, что при водит к ухудшению качества металла (большой разброс свойств по толщине намотки 2-х нижних рулонов), к снижению производительности печи и к повышенному расходу энергоносителей.

При величине упомянутого отношения больше 2,0 замедляется прогрев третьего и четвертого рулонов стопы, увеличивается неравномерность нагрева по высоте стопы, что приводит к ухудшению качества металла, снижению производительности печи и повышению расхода энергоносителей (топлива).

Отношение площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов любого из конвекторных колец, кроме второго, составляет 0,6-0,9.

При отношении,меньшем 0,6,уменьша- ется поток защитного газа, циркулирующего под муфелем в верхней части садки, что приводит к увеличению перепад температуры по высоте стопы, к ухудшению качества металла, к снижению производительности печи и увеличению расхода энергоносителей.

При отношении площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов любого из конвекторных колец/ро- ме второго, больше 0,9 происходит перераспределение потока циркулирующего защитного газа, большая часть его проходит через отверстие крышки и осевую полость стопы рулонов, уменьшается поток, проходящий через конвекторные кольца, что приводит к увеличению неоднородности нагрева по толщине намотки рулонов, ухудшению качества металла, снижению производительности печи, к увеличению расхода энергоносителей.

При изготовлении колпаковой печи с крышкой стопы рулонов в виде плоского диска и с конвекторными кольцами с одинаковой суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов, независимо от

положения конвекторного кольца в стопе по В.Н.Антерману и др. Колпаковые печи, М. Металлургия, 1965, с.14, 114, выбранному в качестве прототипа и испытании такой печи получены следующие результаты: - разброс

значения предела текучести оь,2 по высоте стопы рулонов при отжиге стали 08Ю 500 МПа; - удельный расход условного топлива 50 кг/т; - производительность колпаковой печи по нагреву 1,80 т/ч.

Для обоснования заявленных пределов с точки зрения достижения цели были проведены эксперименты.

В колпаковой печи использовали крышку заявленной конструкции и крышку;

выполненную по прототипу. Отжигали рулоны весом 23 тонны с шириной полосы 1250мм.

При проведении экспериментов определяли равномерность температурного поля по высоте стопы и толщине намотки рулонов с помощью термопар, заложенных в каналы, просверленные в рулонах (детали см. в примере № 1), определяли производительность печи и удельный расход топлива.

Кроме того, на отожженном металле определяли разброс значения предела текучести по стопе рулонов. Всего провели 4 серии экспериментов А, Б, В и Г. В серии А отношение

Ssir Ssrit Sgit , SEUI SSiv

а отношение

SK

SK

%iir S.

0,51 -1,06.

2.1V

В опытах серии Б, В и Г при том же

SK диапазоне отношения

значения

ношения З /З-гСоставили соответственно 1,5, 2,0 и 2,5.

Все данные экспериментов сведены в таблицу.

Как показали данные опытной проверки (см. таблицу) в результате использования заявляемой колпаковой печи разброс предела текучести стали 08Ю (Дой,2) снижается по сравнению с прототипом в среднем на 350 МПа; производительность печи возрастает 3-5%, расход топлива снижается на 7-10%.

В таблице приведены данные экспериментов, проведенных для обоснования выбранных параметров предлагаемой колпаковой печи.

На фиг.1 изображена колпаковая печь, на фиг.2 - крышка стопы рулонов.

Заявляемая колпаковая печь содержит нагревательный колпак 1, муфель 2, стенд 3, конвекторные кольца 4а, 4в, 4г и 46, суммарная площадь средних сечений проходных каналов которого в 1,5-2 раза больше, чем у колец 4а, 4в, 4г каждого в отдельности, крышку 5, стендовый вентилятор 6, горелки 7, стопу рулонов 8. Крышка 5 (см. фиг.2) выполнена в виде плоского диска толщиной 5 мм с центральным отверстием.

Колпаковая печь работает следующим образом.

На стенд 3 печи устанавливают стопу рулонов 8 с конвекторными кольцами между рулонами и крышкой 5 сверху стопы. Затем стопу рулонов накрывают муфелем 2 и колпаком 1 с горелками 7.

В процессе термической обработки рулонов 8 происходит при помощи стендового вентилятора 6 циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве. Защитный газ, нагреваясь от муфеля 2, отдает тепло руло- нам,проходя через отверстие в крышке стопы и по каналам конвекторных колец.

П р и м е р 1. Согласно заявленной колпаковой печи из стенда формировали стопу рулонов стали марки 08Ю (вес рулона 23 т, ширина полосы 1250 мм, наружный диаметр 1950 мм, внутренний диаметр 800 мм) из 4-х рулонов с конвекторными прокладками. Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов второго от стенда конвекторного кольца в 1,5 раза больше суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого.

третьего и четвертого конвекторных колец в отдельности.

Стопу рулонов сверху накрывали крышкой с центральным отверстием. Отношение

площади проходного сечения которого, к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец первого, третьего, четвертого в отдельности составляло от 0,51 до 1,06. Сформирован0 ную стопу рулонов накрывали муфелем, устанавливали нагревательный колпак v. осуществляли нагрев. Тепловой режим велч/ по колпаковой и стендовой термопарам. Кроме того, для оценки эффективности кон5 структивных элементов колпаковой печи, температуру в первом, втором и четвертом рулонах контролировали дополнительными термопарами, установленными в каналы, проведенные на глубину 625 мм на расстоя0 ним 165, 370,525, 570 мм от наружного витка рулона. Еще один канал был просверлен не глубину 40 мм на удалении 30 мм от наружного витка.

Из таблицы (см. серию опытов Б) видно

5 что наилучшее сочетание по разбросу механических свойств, экономии топлива, превышению производительности колпаковой печи при соотношении суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов

0 второго конвекторного кольца и такой же площади первого, третьего и четвертого колец в отдельности, равном 1,5,получается при установке на верх стопы крышки с отверстием, обеспечивающем соотношение

5 площади отверстия в пределах 0,6-0,9 к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец № 1, 3, 4 в отдельности. При этом разброс предела текучести составил по стопе рулонов 1500 200 МПа, при этом производительность печи по нагреву выросла на 2-4%, экономия топлива 3-5%.

П р и м е р 2. Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов вто5 рого конвекторного кольца в 2 раза больше соответствующих сечений конвекторных колец Ms 1, 3 и 4 в отдельности. Остальные условия как в примере Ns 1. Установлено, что разброс значений предела текучести на сто0 пе рулонов составляет 150-200 МПа, экономия топлива 8-10%, повышение производительности печи 3-5% при соотношении площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади

5 средних сечений, проходных каналов конвекторных колец № 1, 3,4 в отдельности (см таблицу, серию опытов 1).

Повышение производительности печи экономия топлива и улучшение качества ме талла достигается за счет перераспределе

ния теплового потока по высоте стопы между верхним и остальными рулонами стопы за счет оптимального соотношения площади проходного сечения крышки стопы к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец Ns 1, 3, 4 в отдельности, равным 0,6-0,9, а также за счет перераспределения теплового потока между нижним рулоном и остальными рулонами за счет оптимального отношения суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца, устанавливаемого на нижний рулон, соответствующей площади конвекторных колец Ns 1, 3,4 в отдельности, равном 1,5-2,0.

В предлагаемой колпаковой печи нижний рулон уже не явля ется отстающим по нагреву, как это имеет место в прототипе.

По данным промышленного опробова- ния заявляемое изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: - повышается производительность печи по нагреву на 3-5% (0,05-0,09 т/ч); - снижается расход топлива на 7- 10%; - повышается качество отжигаемой полосы (разброс по пределу текучести стали

08Ю по высоте стопы снижается на 250-350 МПа до уровня 150-200 МПа).

Формула изобретения

Колпаковая печь, преимущественно для отжига рулонов, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагрева- тельный колпак, крышку, четыре конвекторных кольца, выполненных, кроме второго, считая от стенда печи, одинаковыми с циркуляционными каналами переменного сечения, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества отжигаемого металла за счет повышения равномерности нагрева, второе, считая от стенда, конвекторное кольцо выполнено с суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов, равной 1,5-2 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего или четвертого конвекторного кольца, крышка выполнена в виде кольца с площадью проходного сечения, равной 0,6-0,9 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего или четвертого конвекторного кольца.

Изобретение может найти применение при производстве холоднокатаной стали в прокатных цехах, оснащенных колпаковы- ми печами для термической обработки плот- носмотанных рулоно.в ленты полосы, в особенности широкополосной стали в стопах. Целью изобретения является увеличение производительности печи, сокращение удельного расхода топлива, повышение качества отжигаемого металла. Указанная цель достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей нагревательный колпак, стенд, муфель, четыре конвекторных кольца, первое, третье и четвертое из которых, считая от стенда печи, выполнены с одинаковыми проходными каналами переменного сечения и крышку стопы рулонов, суммарная площадь средних сечений проходных каналов второго конвекторного кольца в 1,5-2,0 раза больше суммарной площади средних сечений проходных каналов первого, третьего и четвертого конвекторных колец в отдельности, а крышка выполнена в виде плоского кольца, площадь проходного сечения которого составляет 0,6-0,9 от суммарной площади средних сечений проходных каналов любого из конвекторных колец, кроме второго. 1 табл., 2 ил. со с

155520

77760

S29151,00 250 397 i3 0,51 . 250

1711Э0,602003,0

533650,76150М

706500,302005,0

32015

ICUOO

77760

77760

.. 77760

2,,5

H

. 47119 59365 75650 92Э15

0,5

0,60

0,76

0,90

1,06

Крышка сто- - пы рулонов без отверстия

5,0

льное повышеПоЕ1

1НЫЙ р

веских свойс

зброс свойств

эброс механи- в по стопе.

,06

,51

,60

,76

,90

,06

- 300

350

375

1400

425

1450

500

,602003,0

,76150М

,302005,0

6,0

7,0 7,5 В,О 8,5 5,0

12

13 И

15

16

рулонов

.Сочетание паранетров конвекторного кольиа и площади отверстия крышки стопы рулонов.обеспечивающее повышение производитель- ности экономив топлива при одновременном снижении разброса мехсвойств

Большой разброс механических свойств по высоте столы рулонов

По всем опытам серии Г чрезмерный разброс механических свойств по высоте

СТОПЫ РУЛОНОВ

Чрезмерный разброс механических свойств по высоте стопы рулонов, недостаточная производительность, большой расход топлива

Редактор

Составитель М.Мишин Техред М.Моргентал

7Ы .2

Корректор Н.Гунько