Способ нагрева сталей продуктами сгорания углеводородов без окисления и обезуглероживания их поверхности
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии. Для устранения окисления и обезуглероживания поверхности изделий в процессе их нагрева в состав продуктов сгорания углеводородов вводят окись углерода и водород, объемное количество которых превышает объемное количество в печной атмосфере СО2 и Н2О на 20-30% от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания.
Изобретение относится к области машиностроения, металлургии, конкретно для прокатного, кузнечного, штамповочного и других производств, в которых нагрев стальных изделий осуществляется продуктами сгорания углеводородов, а для защиты их от окисления и обезуглероживания в состав продуктов сгорания углеводородов дополнительно вводится окись углерода (СО) и водорода (Н2), при этом их объемное количество СО и H2 на 20-30% превышает объемное количество H2O и СO2 от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания с учетом температурного режима.
Известны в промышленности печи [1], как прототип, с двухстадийным сжиганием углеводородных газов, в которых важнейшим фактором, влияющим на угар металла, является состав печной атмосферы, причем это воздействие определяется соотношением СО/СО2 и Н2/Н2O и дополнительно зависит от температуры, уменьшая или увеличивая степень реакций. Для безокислительного и обезуглероживающего нагрева стали до 1250°С и выше необходимо иметь печную атмосферу с соотношением СО/СО2>3,2 и Н2/Н2O>1,3, что обеспечивается сжиганием природного или другого углеводородного газа с коэффициентом расхода воздуха α=0,45-0,55. Такие низкие значения приводят к большой химической неполноте горения углеводородов, достигающей 60-70%, а угар металла достигает 0,15-0,20% и более. На практике же это положение вообще неосуществимо, так как при горении углеводородов непрерывно и с большой частотой и разной по объему выходит газ из горелочного устройства, что непрерывно меняет величину температуры в камере нагрева металла. Величина этих отклонений температур незначительна, но она достаточна для стабильного протекания процессов окисления и обезугрероживания металла.
Техническим результатом данного изобретения является исключение окисления и обезуглероживания поверхности изделий при нагреве продуктами сгорания углеводородов при коэффициенте расхода воздуха α=1.
Для достижения технического результата способ включает нагрев изделий в печной атмосфере продуктов сгорания углеводородов, устраняющих окисление и обезуглероживание поверхности изделий, при этом в состав продуктов сгорания углеводородов вводят окись углерода и водород, объемное количество которых превышает объемное количество в печной атмосфере CO2 и Н2О на 20-30% от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания.
Соответствующий анализ способа с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ соответствует критерию новизна.
Анализ известных способов в исследуемой области, т.е. в машиностроении, металлургии, конкретно прокатного, кузнечного, штамповочного и других производств, в которых нагрев стальных изделий осуществляется продуктами сгорания углеводородов, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе.
Осуществление изобретения
Нагревательные печи, камерные или методические- непрерывно работающие, дополнительно комплектуются эндогенератором, шкафом управления и трубопроводом с патрубками. Эндогенератор служит для приготовления эндогаза, состоящего из 20% СО, 40% H2 и остальное азот. Шкаф управления согласовывает работу эндогенератора и газовых горелок. При уменьшении расхода природного газа на горение шкаф управления уменьшает одновременно и подачу эндогаза в печь, поддерживая требуемое соотношение компонентов СО/СО2 и Н2/Н2О. Трубопровод с патрубками предназначен для ввода эндогаза в печь через отверстия, которые выполняются в кожухе и футеровке.
Способ, обеспечивающий нагрев сталей открытым пламенем без окисления и обезуглероживания их поверхности, работает следующим образом. В камеру нагрева изделий непрерывно подаются из газовых горелок горячие продукты сгорания, которые состоят из СO2, Н2О и азота. Окисление и обезуглероживание поверхности нагреваемой стали производят компоненты продуктов сгорания СО2 и H2O. Для их нейтрализации в состав продуктов сгорания вводятся компоненты эндогаза СО и Н2, которые препятствуют вредному действию компонентов продуктов сгорания на нагреваемую сталь. Количество вводимых компонентов эндогаза в продукты сгорания должно соответствовать величине равновесных их реакций. Так как граница равновесных реакций является переменной по окислению и восстановлению, то для полного исключения окисления и обезуглероживания поверхности стали необходимо количество СО и Н2 увеличить на 20-30% относительно количества для равновесных реакций компонентов.
Особенностью предлагаемого способа является то, что все печи при проводимой модернизации не претерпевают каких-либо конструктивных и других дорогих их изменений и дополнений. Суть решения предлагаемой проблемы состоит в приобретении эндогенератора и шкафа управления, которые изготавливаются серийно на заводе «Индуктор» г.Новозыбков. Далее от эндогенератора по трубопроводу подается в камеру нагрева эндогаз в нужном количестве.
Источники информации
1. В.И.Михеев, Ю.П.Медников. Сжигание природного газа. Л.: Недра, 1975, стр.292-295, рис.1Х-1, прототип.
Способ нагрева стальных изделий, включающий нагрев изделий в печной атмосфере продуктов сгорания углеводородов, устраняющих окисление и обезуглероживание поверхности изделий, отличающийся тем, что в состав продуктов сгорания углеводородов вводят окись углерода и водород, объемное количество которых превышает объемное количество в печной атмосфере СО2 и Н2О на 20-30% от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания.
