Способ утилизации защитной атмосферы протяжной печи

 

Использование: в газопечной теплотехнике, преимущественно в протяжных печах с защитной атмосферой для отжига стали. Способ включает подачу свежей защитной атмосферы в камеры нагрева и выдержки. Отбор части печной атмосферы производят из камеры выдержки, смешивают эту часть со свежей атмосферой в определенном соотношении, определяют содержание водорода в смеси атмосфер и дополнительно подают 1,2 - 5,0% чистого водорода. Предварительно охлажденную смесь атмосфер направляют посредством компрессора в камеру нагрева. Способ обеспечивает получение заданных свойств термообрабатываемого металла и сокращение расхода свежей защитной атмосферы. 1 ил.

Изобретение относится к газопечной теплотехнике и может быть использовано преимущественно в протяжных печах с защитной атмосферой для отжига стали.

Известен способ замены атмосферы печи для непрерывного отжига, по которому в каждую из зон печи, т.е. зоны нагрева, выдержки, первичного охлаждения, перестраивания, вторичного нагрева, вдувают продувочный газ, а из участка, расположенного почти посередине печи, отсасывают газ [1].

Недостатком этого способа является большой расход защитной атмосферы.

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования состава атмосферы в печи для химикотермической обработки, по которому постоянно осуществляют удаление большей части печных газов из печи с отводом их в коллекторный трубопровод, затем проводят охлаждение удаленных из печи газов в холодильнике, сжимают их посредством компрессора и часть сжатых печных газов возвращают в печь для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы [2].

Недостатком известного способа является то, что отбор и возврат печной атмосферы производят в одной и той же зоне печи. Кроме того, постоянная добавка к свежей атмосфере части отработанной атмосферы снижает углеродный потенциал в печи, так как свежая атмосфера разбавляется отработанной, у которой углеродный потенциал ниже, чем у свежей атмосферы.

Это делает процесс неэкономичным.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе утилизации защитной атмосферы протяжной печи, включающем подачу свежей защитной атмосферы в камеры нагрева и выдержки, отвод части атмосферы из печи в трубопровод, охлаждение удаленных из печи газов в холодильнике, сжатие их посредством компрессора и возврат этой части атмосферы в печь, согласно изобретению, отбор части газа производят из зоны выдержки, смешивают эту часть со свежей защитной атмосферой в соотношении 1 : (1,6 - 1,7), определяют содержание водорода в смеси и дополнительно подают 1,20 - 5,00% водорода от общего объема смеси, которую направляют в камеру нагрева.

В печной защитной атмосфере, отбираемой из камеры выдержки, содержание вредных примесей (CO₂, CH₄ и CO) намного меньше, чем в печной атмосфере, отводимой из камеры нагрева, т.е. фон печной защитной атмосферы по содержанию вредных примесей в камере выдержки лучше, чем фон печной защитной атмосферы в камере нагрева.

Поэтому целесообразно производить отбор части отработанной атмосферы из камеры выдержки и направлять ее в камеру нагрева, предварительно смешав ее со свежей атмосферой в соотношении 1 : (1,6 - 1,7).

Соотношение компонентов получаемой смеси атмосфер выбрано из условия получения качественных характеристики отжигаемой стали.

При смешении части отработанной защитной атмосферы и свежей в количестве более 1 : 1,7 (увеличивается расход свежей атмосферы) снижается экономическая целесообразность, так как количество утилизируемой атмосферы из камеры выдержки сокращается.

При смешении защитных атмосфер в соотношении менее 1 : 1,6 (сокращается подача свежей атмосферы) произойдет нарушение процесса отжига стали в связи с возможным падением давления в печи. Падение давления в печи может привести к окислению отжигаемой стали вследствие подсоса воздуха в объем печи.

Поскольку содержание водорода в отработанной защитной атмосфере колеблется в пределах 10 - 18%, то в полученной смеси содержание водорода будет колебаться в пределах 16 - 19%. В полученную смесь дополнительно подают чистый водород в количестве 1,2 - 5,0% от общего объема смеси атмосфер. Это позволяет получить защитную атмосферу состава, обеспечивающего качественный отжиг стали, использовать ее в камере нагрева протяжной печи, сокращая, тем самым расход свежей защитной атмосферы на печь.

Добавка водорода менее 1,2% от общего объема смеси не обеспечивает необходимое содержание водорода (20%) в смеси атмосфер, а это в свою очередь замедлит процесс отжига стали.

Добавка водорода более 5% от общего объема смеси атмосфер, подаваемых в камеру нагрева экономически невыгодна, так как увеличение содержания водорода (более 20%) в смеси приведет к перерасходу чистого водорода, но не улучшит качественные характеристики обрабатываемого металла.

Технический результат от применения предлагаемого способа состоит в сокращении (экономии) расхода свежей защитной атмосферы при одновременном сохранении качественных характеристик термообрабатываемого металла.

На чертеже изображена схема для осуществления способа утилизации защитной атмосферы протяжной печи.

Схема содержит печь-тандем с камерами нагрева 1, выдержки 2 и охлаждения 3, трубопровод 4 для подвода свежей защитной атмосферы с регулирующим клапаном 5, увлажнитель 6, соединенный посредством коллектора 7 с камерой нагрева 1 через задвижки 8. Трубопровод 9 служит для подачи свежей защитной атмосферы в камеру выдержки 2. Трубопровод 10 с задвижкой 11 служит для отвода части отработанной защитной атмосферы из камеры выдержки 2. Место отбора части отработанной защитной атмосферы расположено в начале камеры выдержки по ходу движения металла. Трубопровод 12 соединен с диффузором эжектора 13. На трубопроводе 12 последовательно установлен холодильник 14, газодувка 15 и задвижка 16. Трубопровод 4 подачи свежей атмосферы перед задвижкой 5 соединен линией 17 с регулирующим клапаном 18 с конфузором эжектора 13. Трубопровод 19 служит для дополнительной подачи чистого водорода к конфузору эжектора 13, на нем установлены регулирующий клапан 20 и отсечной клапан 21.

Перед увлажнителем 6 на трубопроводе 4 установлен газоанализатор 22, импульсная линия 23 которого соединена с регулирующим клапаном 20.

Пример осуществления способа.

Заявленный способ утилизации осуществлен на протяжной печи-тандем для обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изотропной (динамной) стали в азотоводородной атмосфере.

В первоначальный период в печь-тандем подают свежую защитную атмосферу по трубопроводу 4, регулирующий клапан 5, увлажнитель 6, коллектор 7 с задвижками 8 в камеру нагрева 1 и по отдельному трубопроводу 9 в камеру выдержки 2.

Количество защитной атмосферы, подаваемой в камеру нагрева 1 - 240 м³/ч.

Состав атмосферы, подаваемой в камеру нагрева, об.%: H₂ - 20 H₂O (точка росы) - +40 - +60^oC N₂ - остальное.

В камеру выдержки 2 печи подается 200 м³/ч свежей защитной атмосферы, состоящей из, об.%: H₂ - 12 - 20 H₂O (точка росы) - -40 - +40^oC N₂ - остальное.

После взаимодействия с отжигаемой сталью состав печной защитной атмосферы, отводимой из камеры нагрева печи следующий (при температуре отжига t = 823^oC), об.%: CO₂ - 0,167 CH₄ - 0,0016 CO - 1,399
H₂ - 19,04
H₂O - 2,632
N₂ - остальное
После взаимодействия с отжигаемой сталью состав печной защитной атмосферы, отводимой из камеры выдержки печи, следующий (при температуре отжига 950 - 1050^oC), об.%:
CO₂ - 1,962 · 10^-4
CH₄ - 2,8 · 10^-6
CO - 0,0149
H₂ - 10
H₂O - 0,2407
N₂ - остальное.

По составу вредных примесей в отработанных атмосферах камер нагрева и выдержки видно, что фон печной атмосферы в камере выдержки лучше.

Клапаны 18, 21 и задвижки 11, 16 закрыты.

После заполнения печи свежей защитной атмосферой и выхода печи на технологический режим работы (P = 5 - 6 мм.в.ст. t = 830 - 1050^oC) включают газодувку 15 через байпас, открывают клапан 18, задвижки 16, 11 и клапан 21. По мере нагружения газодувки (прикрывают байпасный коллектор) начинают одновременный отбор отработанной защитной атмосферы из камеры выдержки 2 по трубопроводу 10 в количестве 90 м³/ч и свежей защитной атмосферы с содержанием водорода 20% по трубопроводу 17 и закрывают клапан 5.

В эжектор 13 поступает 150 м³/ч свежей защитной атмосферы с содержанием водорода 20% по трубопроводу 17 и 90 м³/ч отработанной атмосферы с содержанием водорода 18% и температурой t = 800 - 1000^oC. Полученную смесь в эжекторе 13 охлаждают в холодильнике 14 до t = 45^oC и компримируют газодувкой 15 до давления на 15 кгс/м² превышающим давление свежей защитной атмосферы перед увлажнителем, затем подают на увлажнитель 6 и через коллектор 7 с задвижками 8 и в камеру нагрева 1 печи.

Содержание водорода в смеси перед увлажнителем 6 определяют газоанализатором 22, импульс от которого поступает на регулирующий клапан 20. По трубопроводу 19 дополнительно подается чистый водород в количестве 1,2%, таким образом, в зависимости от содержания водорода в смеси перед увлажнителем 6 поддерживается заданный состав защитной атмосферы по водороду. Поступление водорода по трубопроводу 19 колеблется в пределах 1,2 - 5% от общего объема подаваемой смеси атмосфер в камеру нагрева.

Использование способа утилизации защитной протяжной печи обеспечивает получение заданных свойств термообрабатываемого металла и сокращение расхода свежей защитной атмосферы на то количество, которое отбирается из камеры выдержки.

Формула изобретения

Способ утилизации защитной атмосферы протяжной печи, включающий подачу свежей защитной атмосферы в камеры нагрева и выдержки, отбор части атмосферы из печи в трубопровод, охлаждение удаленных из печи газов в холодильнике, сжатие их посредством компрессора и возврат этой части атмосферы в печь, отличающийся тем, что отбор части газов производят из камеры выдержки, смешивают эту часть газа со свежей атмосферой в соотношении 1 : (1,6 - 1,7), определяют содержание водорода в смеси атмосфер, в зависимости от которого дополнительно подают 1,2 - 5% водорода от общего объема смеси, которую подают в камеру нагрева.

РИСУНКИ

Рисунок 1