Устройство для нагрева инертным газом расплава Советский патент 1977 года по МПК C23C1/14 C23D5/00 C21D1/44 

1

Изобретения касается устройств, в которых к открытой ванне с материалом подводится тепло снаружи для обеспечения нагрева ванны и поддержания его.

Под открытой жидкой ванной понимается такая ванна, в которую открыто вносятся, по крайней мере временами, материал для ванны, а также допускается открытое погружение тел или предметов в ванну.

Нагрев подобных ванн обычно производят с наружной стороны или сбоку и снизу при помощи газовой горелки, мазутовой форсунки или пылеугольной горелкой. Для этой цели применялся также электрический нагрев 1.

В зависимости от толщины и материала этой стенки получается значительный температурный перепад между ванной и горелками или нагревательными средствами, благодаря чему появляются значительные темлературные напряжения в стенках ванн. Кроме того, даже при оптимальном расположении горелок или выходе дымовых газов или при смешении с охлаждающим воздухом равномерный нагрев невозможен. Появляются дефекты вследствие прогара, трещины или деформация.

Возможно также осуществлять нагревание сверху ванны или чана 2. Такой метод применим для нагрева стекольного расплава. Но в ваннах, предназначенных для покрытия цинком, лужения и для покрытия эмалью, а также в металлических жидких ваннах, глубина

проникновения энергии от верхней поверхности незначительна. Кроме того, расположение нагревательного устройства сверху ванны или чана неудобно. Прямой контакт расплава с наружным воздухом приводит к образованию на поверхности пленки окислов.

Недостатком известных способов и устройств для нагрева материала в ваннах и в чанах является также и то, что отходящие газы, покидая устройство, имеют температуру,

которая на 100°С выше самой низкой температуры стенки, так что температура отходящих газов большей частью еще достаточно высока (600°С). Эти потери, обусловленные отходящими газами, оказывают влияние на

экономичность известных методов и устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для нагрева инертным газом расплава, содержащее ванну для размещения расплава, систему циркуляции газа и трубы для подачи газа 3. В, этом устройстве жидкий металл служит исключительно в качестве средства, передающего тепло, в теплообменнике с замкнутой ванной или чаном.

Цель изобретения - повышение экономичности нагрева открытых жидких расплавов для нанесения покрытий и повышение удобства устройства в эксплуатации.

В предлагаемом изобретении жидкая ванна или расплав используются не в качестве средства, передаюш,его тепло на воспринимаюшую тепло среду. Скорее инертный газ используется для непосредственного нагрева открытой ванны, например, для покрытия цинком, эмалью, лужения и т. д. Прохождение инертного газа через расплав в ванне или в чане вызывает так называемое действие маммут-насоса, благодаря которому происходит циркуляция расплава, так что может происходить отвод газа из открытой ванны в часть ванны, которая расположена, например при покрытии цинком, эмалировании и лужении, вне участка ванны, воспринимающего для обработки тела или предмета. Без вспомогательных механических или других средств для циркуляции все области ванны являются циркулируемыми.

Цель изобретения достигается тем, что устройство снабжено стенкой, расположенной над трубами но краям ванны и образующей отводную шахту, имеющую участок, перпендикулярный к внутреннему пространству ванны..

Устройство содержит также, например в магистрали системы циркуляции газа позади ванны или чана, сепаратор, компрессор и нагреватель. При этом в газовом трубопроводе между чаном или ванной, воспринимающей расплав, и компрессором может быть распололсен предварительный подогреватель воздуха. В другом варианте исполнения устройства предварительный подогреватель воздуха может быть расположен в линии между компрессором и нагревателем или в нагревателе. Первый вариант имеет то преимущество, что поступающий из ванны в предварительный нагреватель воздух еще раз охлаждается и поступает к компрессору с более низкой температурой.

В другом варианте ванна или чан имеет на каждой продольной и/или поперечной стороне несколько труб, подающих газ в ванну, причем выше трубы на краю ванны или чана расположена отводная шахта, а выще горловины трубы расположена проходящая вертикально к внутреннему пространству ванны или чана стенка. При этом трубы могут быть расположены параллельно в ряд и близко от боковых стен ванны или чана. Разделительная стенка может быть размещена между нижним участком стенки шахты и трубами для подачи газа. Благодаря такой стенке, введенный в ванну газ поднимается вблизи стенки ванны или чана в виде пузырьков. Из-за малой плотности в этой части ванны ее содержимое поднимается вместе с газовыми пузырьками, чем и обуславливается циркуляция

расплава. Если газ подводится к обеим продольным или поперечным сторонам ванны или чана, то у стенок ванны или чана происходит постоянная циркуляция расплава. Таким образом появляющееся действие маммут-насоса обеспечивает циркуляцию содержимого ванны или чана без механических средств через погруженные тела или трубы.

Отклоняющая стенка располагается преимущественно на определенном расстоянии от днища ванны или чана и переходит там в сетку. Расстояние от днища чана и высота сетки зависят от глубины погружения газовой трубы и количества и вида жидкой ванны.

Для выделения из газового потока, выходящего из ванны, частиц и конденсированных капель расплава соединяют шахту на каждой стенке ванны или чана с сепаратором, связанным через подводящую трубу с погружаемой трубой. Кроме того, за шахтойПредусмотрен сепаратор для паров расплава. Благодаря этому на компрессор и трубы нагревателя не воздействуют пары расплава и частицы расплава.

Б другом исполнении устройства согласно изобретению между шахтой каждой стороны ванны или чана и компрессором или подключенны.м к нему подогревателем воздуха расположена герметичная камера для обработки обрабатываемых или обработанных тел или предметов в ванне. При этом под телами понимают поступающие в ванну и выходящие из нее материалы, например листы, подлежащие покрытию цинком, или тела, которые обрабатываются периодическим погрух ением.

Па фиг. 1 представлен вариант исполнения устройства, в котором инертный газ отводится из шахты в компрессор, а из компрессора - снова в погружаемую трубу жидкой ванны; на фиг. 2 - вариант устройства, в котором между шахтой и компрессором расположена камера для обрабатываемого в ванне или уже обработанного материала; на фиг. 3 - ванна или чан с погруженными трубами в увеличенном масштабе; на фиг. 4 и 5 - примеры расположения погружаемых труб и устройства для отвода газа.

Устройство для нагрева инертным газом расплава содержит чан или ванну 1, компрессор 2, нагреватель 3, а также промежуточные линии между этими частями. Внутри нагревателя 3 помещены теплообменник 4 и подогреватель 5 воздуха для горелки 6 нагревателя.

Ванна или чан (см. фиг. 3) служит для покрытия цинком металлических ленточных полос. Здесь ванна 1 имеет нижнюю часть 7, включающую стенки 8, 9 и дно 10. Стенки и дно могут быть образованы из двух слоев с различным материалом, причем наружный слой материала 11 состоит из металла и снабжен сбоку фланцами 12. Внутренний слой как обычно выполнен из керамики.

С фланцами 12 наружного слоя нижней части 7 соединены фланцы 13 металлической части 14 насадки 15, которая покрыта также

керамикой 16. Нижняя часть 7 и насадка 15 образуют верхнюю открытую ванну или чан.

Сбоку и сверху насадки на продольных сторонах ванны или чана образованы соответствующие шахты 17, 18. Эти шахты ограничиваются внутри ванны или чана стенками 19 и 20 и переходят в шахтную часть, образованную стенкой 21, торцовыми стенками 22 и частью 14 насадки, а также стенками 23, 24. К этой шахтной части .подходит один или несколько трубопроводов 25, которые через один обш;ий трубопровод соединены с компрессором i2.

К стенке 24 примыкает обращенный в обратную от ванны или чана сторону сепаратор

26,который соединяется с шахтой на участке

27.Примыкаюшие в этом месте трубопроводы 28 соединяются общим трубопроводом с нагревателем 3. Погружаемые трубы 29 установлены в шахтном участке 27. Эти трубы проходят своими горизонтальными участками через насадку 15, а вертикальный отрезок каждой погружаемой трубы направлен вниз вблизи стенок 8 и 9 и параллельно или примерно до середины высоты ванны. При этом погружаемые трубы расположены ниже зеркала расплава.

Параллельно погружаемым трубам 29 в ванне размещена разделительная и отклоняющая стенка 30. Верхний край этой стенки лежит ниже поверхности зеркала расплава ванны примерно на высоте горизонтального участка погружаемой трубы 29. Нижний край разделительной или отклоняющей стенки 30 заканчивается ниже конца погружаемой трубы 29.

Разделительная или отклоняющая стенка 30 имеет против днища 7 ванны 1 в качестве продолжения сетку 31, так что часть жидкого расплава проходит в направлении стрелок 32 через сетку 31 в поостранство между сеткой или разделительной и отклоняющей стенкой 30 и стенкой 8 или 9 ванны 1. Инертный газ, поступающий из нижнего конща погружаемой трубы 29, проходит через ванну в указанное пространство наружу и попадает в направлении стрелок через шахты 17, 18 и трубопровод 25 к компрессору 2.

Расстояние от разделительной или отклоняющей стенки 30, а также сетки 31 до стенок ванны, расположение погружаемой трубы 29, глубина погружения трубы, расстояние верхнего края разделительных или отклоняющих стенок 30, а также расположение стенок 19 шахт 17, 18, .которые своим нижним краем выступают ниже поверхности зеркала жидкой ванны, обуславливают циркуляцию, причем средний участок ванны для погружения обрабатываемых тел или для транспортировки остается свободным.

В варианте устройства, изображенном на фиг. 1 охлажденный сжатый инертный газ через трубопровод 33 подводится к теплообменнику 4, а из него по трубопроводу 28 к погружаемым трубам 29. Через трубопровод 34

из сепаратора 26 очищенная часть расплава снова поступает в ванну.

Выше теплообменника 4 расположен подогреватель 5 воздуха для горелки 6. Подогреватель воздуха можно также включить в трубопровод, соединяющий трубопровод 25 с компрессором 2, благодаря чему инертный газ, выходящий из шахт 17, 18, еще больше охлаждается и в этом состоянии подводится

к компрессору 2.

В другом варианте исполнения устройства (фиг. -2) в замкнутом цикле сжатого инертного газа между трубопроводом 25 и компрессором 2 предусмотрена камера 35 для обработКИ материала 36, причем трубопроводы 37, 38 подводят инертный газ с обеих сторон перемещаемого обрабатываемого или обработанного в расплаве ванны 1 материала 36. В последнем случае материал предварительно

нагревается или высушивается. Газ отводится через трубопроводы 39, 40 и подводится к компрессору 2, который нагружается более холодным газом по сравнению с устройством, показанным на фиг. 1.

В устройстве, изображенном на фиг. 4, отдельная погружаемая труба 29 входит в цилиндрическую разделительную «ли отклоняющую стенку 41. которая удлинена внизу и переходит в сетку 42. Над стенкой 41 расположен колпак 43, вертикальные или косые стенки которого точно также, как верхний Край разделительной или отклоняющей стенки 41, лежат ниже зеркала поверхности расплава. В колпак вмонтирована одна или несколько отводных труб 44, через которые отводится газ. Такой вариант пригоден для дополнительного монтажа к уже имеющимся ваннам или чанам и имеет то преимущество что можно установить в зависимости от по

требности произвольное число таких устройств в любом месте на краю ванны.

Число погружаемых труб 29 в каждом колпаке может изменяться, а также может меняться расположение и число отводных труб

44.

Для устранения тепловых потерь ванна 1 может быть накрыта крышкой 45 настолько чтобы металлическая лента лии другой погружаемый предмет могли быть введены в

ванну или выведены из нее, при этом возможно применение поворотных или съемных крышек.

На фиг. 5 изображена ванна, которая имеет две параллельные стенки 46, между которыми опущена одна или несколько труб 29. Над стенками 46 размещена продольная шахта 47, через верхнюю стенку которой пропущена погружаемая труба 29. Инертный газ подается через погружаемые

трубы в направлении стрелок 48 в ванну При о-бразовании маммут-насоса газ поднимается между стенка.ми 46 и попадает в продольную шахту 47. Отсюда газ выводится через отводную трубу, нагревается и в процессе кругового цикла подводится к погружаемым трубам 29. Лента 49 может протягиваться в показанном положении через ванну. В таком устройстве между шахтой и стенками ванны или чана может быть предусмотрена крышка, которая не мешает движению 5 ленты. Формула изобретения I. Устройство для нагрева расплава инертным газом, содержащее ванну для размеще- 10 ния расплава, систему циркуляции газа и трубы для подачи газа, отличающееся те.м, что, с целью повышения экономичности нагрева открытых жидких расплавов для нанесения покрытий и пов1ышения удобства уст- 15 ройства в эксплуатации, оно снабжено стенкой, расположенной над трубами по краям ванны и образующей отводную шахту, имеющую участок, перпендикулярный к внутреннему пространству ванны.20

/7

Фиг. 1 2.Устройство по п. 1, отл ичающе.еся тем, что между перпендикулярным участком стенки шахты в его нижней части и трубами для подачи газа размещена разделительная стеика. 3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что разделительная стенка оканчивается выше нижней части вертикальной стенки. 4.Устройство по пп. 2-3, отличающееся тем, что разделительная стенка оканчивается на расстоянии от днища ванны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Смирнов А. В. Горячее цинкование. М,, Металлургиздат, 1953, с. 140-142. 2.Патент ФРГ № 13029997, кл. 48В 1/14, 1071. 3.Патент ФРГ № 1928646, кл. 13g 3/02, 1971.

JJ

f

СРиг.

/

2

Фцг.