Проходная печь скоростного струйного нагрева металла

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зш F 27 В 9/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3515221/22-02 (22) 26.11.82 (46) 15.06 .84. Бюл. № 22 (72) Д. Л. Лобанов, Г. К. Маликов, Ф. P. Шкляр, P. Ф. Кузнецов, Н. И. Хухарев, Е. А. Белов, В. И. Рязанов и Т. П. Савельев (7l) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (53) 621.783.231.5 (088.8) (56) 1. Белов В. С. Высокотемпературные секционные печи. M., «Металлургия», 1977, с. 10 — 12.

2. Авторское свидетельство СССР № 852947, кл. F 27 В 9)28, 1979. (54) (57) ПРОХОДНАЯ ПЕЧЬ СКОРОСТНОГО СТРУЙНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА, содержащая футе рованную рабочую камеру, состоящую из низкотемпературных и.,SU„„1097881 высокотемпературных секций с системой транспортировки, горелочные устройства с металлическими соплами диаметром, равным 0,015 — 0,030 расстояния между срезом сопел и транспортирующей системой, и борова для отвода дыма, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельного расхода топлива, отношение суммарной выходной. площади сопел к площади продольного сечения рабочей камеры печи, нормального к осям сопел, выполнено равным 0,001—

0,004, при этом сопла в высокотемпературных секциях установлены на расстоянии от транспортирующей системы в 2 — 5 раз большем, чем в низкотемпературных секциях; диаметры сопел в низкотемпературных секциях равны 0,015-0,02, а в высокотемпературных секциях 0,02-0,03 расстояния от среза сопел до транспортирующей системы.

1097881

50

Изобретение относится к термической обработке металлических изделий в нагревательных печах и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности.

Известны проходные печи скоростного нагрева металла, содержащие футерованную рабочую камеру из одинаковых по конструкции секций, горелочные устройства, транспортирующую систему и борова для отвода дыма из печи (!)..

Недостатками известных конструкций являются ограниченная стойкость кладки секций, работающих при предельных температурах, и низкий термический КПД, который, как правило, не превышает 20О/o.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является проходная печь скоростного струйного нагрева металла, содержащая футерованную рабочую камеру, состоящую из секций с системой транспортировки, горелочные устройства с металлическими соплами, диаметром, равным 0,15 — 0,030 расстояния между срезом сопел и транспортирующей системой и борова для отвода дыма (2) .

Недостаток данной конструкции заключается в том, что оптимизация конструктивных соотношений отдельных элементов печи выполнена с целью обеспечения максимальной величины только конвективного теплового потока без учета лучистой составляющей теплообмена. В результате при высокотемпературном (1100 — 1250 С) нагреве металла, когда роль конвекции падает с ростом температуры металла, наблюдается неоправданное увеличение расхода топлива. Кроме того, печь имеет узкий диапазон применения, поскольку предназначена для нагрева металла ограниченного сортамента и ее конструктивные параметры жестко связаны с размером заготовки.

Цель изобретения — снижение удельного расхода топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в проходной печи скоростного струйного нагрева металла, содержащей футерованную рабочую камеру, состоящую из низкотемпературных и вЫсокотемпературных секций с системой транспортировки, горелочные устройства с металлическими соплами диаметром, равным 0,015 — 0,030 расстояния между срезом сопел и транспортирующей системой, и борова для отвода дыма, отношение суммарной выходной площади сопел к площади продольного сечения рабочей камеры печи, нормального к осям сопел, выполнено равным 0,001 — 0,004, при этом сопла в высокотемпературных секциях установлены на расстоянии от транспортирующей системы в 2 — 5 раз,больше, чем в низкотемпературных секциях; диаметры со.пел в низкотемпературных секциях равны

0,015 — 0,020, а в вьгсокотемпературных секциях 0,02 — 0,03 расстояния от среза сопел до транспортирующей системы.

Эффективным средством интенсификации конвективного и суммарного теплообмена в печи является способ струйно-факельного отопления, при котором используется система горящих газовоздушных струй, вытекающих из сопел, расположенных в кладке печи и направленных непосредственно на поверхность нагреваемого металла.

Высокие технико-экономические показатели при данном способе отопления обеспечиваются при использовании сопловой системы, в которой отношение суммарной выходной площади сопел к площади продольного сечения рабочей камеры печи; нормального к осям сопел, должно быть выполнено равным 0,001 — 0,004. При значениях меньших 0,01 расход топлива, поступающий в камеру печи, недостаточен для поддержания температурного уровня, необходимого для устойчивого горения факелов, стабилизация горения которых при высоких скоростях осуществляется за счет подсоса продуктов сгорания из рабочего пространства печи.

При значениях больших 0,004 растут температуры газа и кладки, увеличиваются потери тепла с уходящими газами и снижается КПД печи.

Максимальный уровень кон вективной теплоотдачи от факела наблюдается при завершении процесса горения у поверхности металла при начальной скорости истечения смеси до 300 м/серег и температуре газа в печи 1200 — 1500 С. Для этого диаметр сопел должен находится в пределах 0,015—

0,02 и 0,02-0,03 от величины расстояния Н между срезом сопел и транспортирующей системой соответственно для низкотемпературных и высокотемпературных секций. При большем диаметре сопел длина факела превышает расстояние до поверхности наг1гева и теплоотдача уменьшается из-за снижения температуры струи в точке удара при неполном сгорании топлива. При меньшем диаметре сопел топливо в струе выгорит раньше чем струя достигнет поверхности нагрева и далее ее скорость и температура падают за счет перемешивания с более холодным окружающим газом, что также приводит к снижению теплоотдачи.

Экспериментально установлено, что процесс нагрева металла до 700 — 800 С в низкотемпературных секциях печи выгоднее вести при минимальном расстоянии между соплами и металлом, которое в в большинстве практических случаев составляет 0,1—

0,3 м. Из-за малой толщины излучающего слоя газов на таком расстоянии определяющую роль в теплообмене играет конвективная составляющая, доля которой достигает

70О/О от суммарного теплового потока. Одна!

097881 ко при увеличении температуры поверхности металла в процессе нагрева конвективный тепловой поток снижается быстрее, чем лучистый и доля конвекции в суммарном теплообмене снижается до 50О/О. При температурах металла, превышающих 800 С, суммарный тепловой поток растет по мере увеличения расстояния между соплами и металлом за счет роста лучистого теплового потока, величина которого зависит от степени черноты газового объема и растет с ростом толщины излучающего слоя газа между металлом и кладкой. Поэтому сопла в высокотемпературной секции должны быть установлены на расстоянии от транспортирующей системы в 2 — 5 раз больше, чем в низкотемпературной секции. При меньшем расстоянии величина суммарного теплового потока на металл на 15 — 20 /О ниже. При большем расстоянии между соплами и тепловоспринимающей поверхностью растет объем кладки, увеличиваются потери тепла через ее поверхность и ухудшается равномерность нагрева металла из-за сокращения числа сопел.

На фиг. 1 представлены секции проходной печи для скоростного струйного нагрева металла, продольный разрез; на фиг. 2— то же, поперезный разрез.

Печь состоит из футерованной рабочей камеры 1, горелочного устройства 2 с металлическими соплами 3, транспортирующей системы 4 и боровов 5 для отвода дыма из печи. Нагреваемые изделия размещены в рабочей камере на роликах транспортирующей системы.

Печь работает следующим образом.

Нагреваемый металл последовательно проходит через низкотемпературные секции, в которых его нагревают до 180 С, и высокотемпературные секции, нагреваясь до 1250 С

Газовоздушная смесь, подаваемая через систему сопел 3 со скоростью до 300 м/с, сгорает в рабочем пространстве секций. Процесс горения завершается в момент удара о тепловоспринимающую поверхность, образовавшиеся струи продуктов сгорания при максимальной температуре и высокой скорости смывают поверхность металла и, отдав ему тепло, удаляются через общие для нескольких секций зонные борова. Транспортирующее устройство 4, выполненное в виде косорасположенных роликов печного рольганга, передвигает заготовку через секции печи, непрерывно вращая их вокруг продоль ных осей, что обеспечивает равномерностьнагрева заготовок по периметру. Заготовка нагревается от 20 до 800 С в низкотемпературной, а затем до 1250 С высокотемпературной зонах печи. После нагрева заго1 товки подаются на дальнейшую обработку.

Указанные параметры процесса обеспечиваются при отношении суммарной выходной площади сопел к площади продольного сечения рабочей камеры печи, нормального к осям сопел, — 0,004. Так, для печи с площадью горизонтального сечения рабочей камеры 1:5 м /м объема печи, суммарная выходная площадь сопел составит 0,004х х1,5=0,006м /м объема печи.

Расстояние между соплами и транспортирующей системой в низкотемпературной секции печи должно составлять, например, 0,3 м. Тогда в высокотемпературной секции это расстояние составит 0,6 м.

Диаметр сопел горелочного устройства в низкотемпературных и высокотемпераЗО турных секциях изготовляют равным соответственно 0,02 и 0,025 от расстояния между соплами и транспортирующей системой.

Тогда диаметры сопел будут соответственно равны 0,02 0,3=0,006 м и 0,025 0,6= 0,015 м, Такое оборудование проходных печей обеспечивает скоростной нагрев металла при низком удельном расходе топлива.

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает снижение удельного расхода

4р топлива на 20 — 30 /д и увеличение производительности печи на 10 — 15О/р.

1097881

Составитель В. Костяков

Редактор А. Долинич Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 4193/34 Тираж 578 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4