Способ отопления печи с камерами предварительного и окончательного нагрева металла и печь для его осуществления

1. Способ отопления печи с камерами предварительного и окончательного нагрева металла, включающий подачу воздуха и топлива с последующим неполным сжиганием его над подиной камеры окончательного нагрева, подачу вторичного воздуха для полного дожигания продуктов неполного сгорания над подиной камеры предварительного нагрева и под подиной камеры окончательного нагрева и подогрев воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения качества металла, производительности и КПД печи, под подиной камеры окончательного нагрева дожигают весь объем продуктов неполного сгорания, подачу первичного воздуха осуществляют с коэффициентами расхода 0,8 - 0,9, а подачу вторичного воздуха - с коэффициентами расхода не менее 0,1 - 0,2 при пуске печи, при достижении в надподовом пространстве технологической температуры последовательно увеличивают коэффициент расхода вторичного воздуха на 0,05 - 0,10 до значений не менее 0,6 - 0,7 и синхронно снижают коэффициент расхода первичного воздуха на 0,05 - 0,10 до значений не более 0,3 - 0,4, при этом суммарный коэффициент расхода воздуха поддерживают постоянным и не менее стехиометрического значения, а температуру продуктов полного сгорания в камере предварительного нагрева поддерживают не более 500 - 550^oС.
2. Печь с камерами предварительного и окончательного нагрева металла, содержащая последовательно размещенные камеры предварительного и окончательного нагрева, горелки, установленные в камере окончательного нагрева над подиной, и сопла для дожигания продуктов неполного сгорания, расположенные под подиной этой же камеры, затворы с отверстиями для прохождения металла на входе и выходе печи и рекуператоры для нагрева первичного и вторичного воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным затвором, камеры предварительного и окончательного нагрева сообщены между собой посредством подподового канала, рекуператор для нагрева первичного воздуха размещен в подподовом канале на переходном участке между камерами предварительного и окончательного нагрева, а затвор размещен на выходе камеры предварительного нагрева перед переходным участком между камерами, при этом подина в камерах выполнена перфорированной.
3. Печь по п. 2, отличающаяся тем, что ее подина выполнена в виде открытых каналов из жаростойкого чугуна, перекрытых на переходном участке между камерами предварительного и окончательного нагрева теплоизоляционным сводом.
4. Печь по п. 2, отличающаяся тем, что снабжена камерой выдержки и охлаждения, установленной за камерой окончательного нагрева и выполненной в виде каналов, перекрытых на входе в камеру теплоизоляционным сводом, а на выходе теплоотводящим сводом.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и печам мало- и безокислительного нагрева металла, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах.
Целью изобретения является повышение качества металла, производительности и КПД печи.
Способ отопления печи с камерами предварительного и окончательного нагрева металла включает подачу воздуха и топлива с последующим неполным сжиганием его над подиной камеры окончательного нагрева, подачу вторичного воздуха для полного дожигания продуктов неполного сгорания под подиной этой камеры и подогрев воздуха.
Под подиной камеры окончательного нагрева дожигают весь объем продуктов сгорания. При пуске печи подачу первичного воздуха осуществляют с коэффициентами расхода 0,8-0,9, а подачу вторичного воздуха - с коэффициентами расхода не менее 0,1-0,2, при достижении в подподовом пространстве технологической температуры последовательно увеличивают коэффициент расхода вторичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не менее 0,6-0,7 и синхронно снижают коэффициент расхода первичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не более 0,3-0,4, при этом суммарный коэффициент расхода воздуха поддерживают постоянным и не менее стехиометрического значения (1).
Величины граничных коэффициентов расхода воздуха предлагаемого способа отопления пучки установлены экспериментальным путем.
Примеры применения способа отопления печи с граничными коэффициентами расхода воздуха при пуске, переходном режиме с изменением коэффициентов расхода на 0,01 и работе приведены в таблице.
Эти параметры способа отопления при пуске, переходном и технологическом режимах обусловлены необходимостью интенсификации пускового периода и получения в надподовом пространстве камеры окончательного нагрева атмосферы, предохраняющей металл от окисления.
При пуске топлива сжигают над подиной в камере окончательного нагрева с коэффициентами расхода первичного воздуха 0,8-0,9. Это позволяет обеспечить устойчивое горение в период пуска в надподовом пространстве и исключить окисление жаростойкой подины. Снижение коэффициента расхода первичного воздуха менее 0,8 приводит к ухудшению качества горения, снижению его устойчивости и неоправданному увеличению пускового периода, а увеличение коэффициента расхода первичного воздуха более 0,9 приводит к окислению материала подины в надподовом пространстве. Окисление подины в надподовом пространстве более негативно, чем подподовом, так как при протягивании металла происходит износ верхней части подины, а травмирование металлом нижней ее части полностью исключено. Подачу вторичного воздуха при пуске печи осуществляют с коэффициентами расхода воздуха 0,1-0,2. Это позволяет полностью дожечь продукты неполного сгорания топлива при минимальных избытках воздуха (см. таблицу). Снижение коэффициентов расхода вторичного воздуха менее 0,1 недопустимо из-за химического недожога топлива, а увеличение более 0,2 нецелесообразно из-за снижения эффективности использования топлива.
При достижении в надподовом пространстве технологической температуры не менее 700-800^оС последовательно увеличивают коэффициент расхода вторичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не менее 0,6-0,7 и синхронно снижают коэффициент расхода первичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не более 0,3-0,4. При этом суммарный коэффициент расхода воздуха поддерживают постоянным 1-1,1, близким или равным стехиометрическому значению (см. таблицу). При каждом последовательном изменении на 0,05-0,10 коэффициентов расхода первичного и вторичного воздуха путем изменения расхода топлива добиваются устойчивого горения и постоянных значений температур над и под подиной камеры окончательного нагрева.
Коэффициенты расхода первичного воздуха, отвечающие работе печи в заданном технологическом режиме, составляют не более 0,3-0,4. Снижение коэффициентов расхода первичного воздуха менее 0,3 нежелательно из-за снижения устойчивости горения и обильного сажеобразования, так как значение коэффициента расхода 0,3 для этой печи является близким к граничному между экзо- и эндотермическими реакциями горения и достигает столь малой величины исключительно за счет подвода тепла через подину в верхнюю часть камеры окончательного нагрева. Увеличение коэффициента расхода первичного воздуха более 0,4 нецелесообразно, так как приводит к появлению на поверхности термообрабатываемых изделий окисной пленки. Коэффициенты расхода вторичного воздуха 0,6-0,7 отвечают граничным коэффициентам расхода первичного воздуха соответственно 0,4-0,3, т. е. стехиометрическому значению суммарного коэффициента расхода воздуха 1 и наиболее экономичным режимам энергопотребления (см. таблицу).
Температуру продуктов полного сгорания в камере предварительного нагрева поддерживают не более 500-550^оС, а подогрев первичного воздуха ведут до 400-450^оС.
Камеру предварительного нагрева печи отапливают продуктами полного сгорания топлива.
Снижение граничного значения температуры в камере предварительного нагрева менее 500^оС нецелесообразно, так как приводит к уменьшению эффективности использования топлива, а увеличение более 550^оС приводит к увеличению окалинообразования. Снижение температуры нагрева первичного воздуха менее 400^оС нецелесообразно, поскольку приводит к снижению эффективности использования топлива из-за уменьшения тепла, возвращаемого с нагретым воздухом в печь. Снижение температуры менее 400^оС ведет к увеличению температуры в камере предварительного нагрева более 550^оС, что отрицательно отражается на качестве поверхности нагреваемого металла - появляется окисная пленка.
На фиг. 1 представлена печь для осуществления способа, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1.
Печь содержит последовательно размещенные камеры предварительного нагрева 1 (фиг. 1 и 2) и окончательного нагрева 2 (фиг. 1 и 3), горелки 3, установленные в камере окончательного нагрева над подиной 4, и сопла 5 для дожигания продуктов неполного сгорания, расположенные под подиной этой же камеры, затворы 6 с отверстиями для прохождения металла, например проволоки, на входе и выходе печи и рекуператоры 7 и 8, соответственно предназначенные для нагрева первичного и вторичного воздуха (фиг. 1).
Печь снабжена дополнительным затвором 9, размещенным на выходе камеры предварительного нагрева. Камеры печи соединены между собой переходным участком 10 и сообщены посредством подового канала 11 этого участка. Переходный участок выполнен в виде комбинированного теплообменника (его поперечный разрез представлен на фиг. 4). В подподовом канале размещен рекуператор для нагрева первичного воздуха, а надподовая часть переходного участка выполнена в виде подогревателя металла 12.
Подина в камерах печи выполнена перфорированной, а на переходном участке - сплошной из материала с коэффициентом теплопроводности 20-60 Вт/м К, например из жаростойкого чугуна.
Для протягивания нагреваемых изделий подина печи выполнена в виде каналов. При этом на переходном участке каналы 13 перекрыты теплоизоляционным сводом 14, а в камерах печи каналы 15 выполнены открытыми.
Подина печи установлена на выступах 16 кладки боковых стен 17 печи и опирается на промежуточную опорную стойку 18, размещенную в подподовом канале по всей длине печи.
Печь снабжена камерой 19 выдержки и охлаждения, установленной за камерой окончательного нагрева (поперечный разрез камеры 19 представлен на фиг. 5) и выполненной в виде каналов 20, перекрытых на входе теплоизоляционным сводом 21, а на выходе теплоотводящим сводом 22.
Печь снабжена дымовой трубой 23, установленной за рекуператором для нагрева вторичного воздуха.
Печь работает следующим образом.
При пуске печи над подиной в камере окончательного нагрева металла сжигают природный газ с коэффициентом расхода первичного воздуха 0,8-0,9. Через перфорированную подину весь объем продуктов неполного сгорания направляют в подподовое пространство камеры окончательного нагрева, где их полностью дожигают с коэффициентами расхода вторичного воздуха не менее 0,1-0,2.
При достижении в надподовом пространстве температуры, заданной технологией, последовательно увеличивают коэффициент расхода вторичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не менее 0,6-0,7 и синхронно снижают коэффициент расхода первичного воздуха на 0,05-0,10 до значений не более 0,3-0,4. При этом суммарный коэффициент расхода воздуха поддерживают постоянным и не менее стехиометрического значения, а на каждом промежуточном этапе переходного режима добиваются устойчивого горения за счет подвода тепла через подину в надподовое пространство и путем регулирования расхода топлива.
При достижении в рабочем пространстве камеры окончательного нагрева технологических температур через каналы печи протягивают нагреваемые изделия, например проволоку. Проволока последовательно проходит через камеру предварительного нагрева, подогреватель металла переходного участка, камеру окончательного нагрева и камеру выдержки и охлаждения.
Природный газ сжигают над подиной камеры окончательного нагрева с коэффициентами расхода первичного воздуха 0,3-0,4, а дожигают под подиной этой камеры с коэффициентами расхода вторичного воздуха не менее 0,6-0,7.
Из подподового пространства камеры окончательного нагрева продукты полного сгорания направляют в размещенный в подподовом канале переходного участка рекуператор для нагрева первичного воздуха. Первичный воздух нагревают до 400-450^оС и подают в горелки камеры окончательного нагрева, а продукты полного сгорания направляют по подподовому каналу в камеру предварительного нагрева металла. За счет регулирования расхода топлива и температуры нагрева первичного воздуха добиваются поддержания в рабочем пространстве камеры предварительного нагрева температуры не более 500-550^оС.
Из камеры предварительного нагрева продукты полного сгорания топлива направляют в рекуператор для нагрева вторичного воздуха и удаляют из печи через дымовую трубу. Температуру нагрева вторичного воздуха не лимитируют, а его через сопла подают на дожигание продуктов неполного сгорания в подподовое пространство камеры окончательного нагрева.
Путем регулирования давления в печи обеспечивают положительное давление перед затворами. Это позволяет исключить подсосы атмосферного воздуха в торцах печи и обеспечить заполнение подогревателя металла переходного участка продуктами неполного сгорания топлива.
Таким образом, предварительный нагрев металла ведут в атмосфере продуктов полного сгорания с температурой не более 500-550^оС, а завершают в подогревателе металла в атмосфере продуктов неполного сгорания путем теплопроводности через подину физического тепла транзитных продуктов полного сгорания топлива, направляемых из камеры окончательного в камеру предварительного нагрева. Окончательный нагрев металла проводят в камере окончательного нагрева в восстановительной атмосфере продуктов неполного сгорания топлива.
Из камеры окончательного нагрева металл поступает в камеру выдержки и охлаждения печи. В каналах камеры поддерживают положительное давление и они заполнены также восстановительной атмосферой продуктов неполного сгорания топлива. Камеры выдержки конструктивно являются идеальным термостатом, что позволяет обеспечить точное поддержание в камере заданной температуры выдержки изделий без дополнительных энергетических затрат. На участке охлаждения этой камеры охлаждают нагреваемое изделие через теплоотводящий свод.
В результате использования изобретения существенно улучшается качество проволоки, увеличивается на 40-60% производительность печи при меньшей ее длине, на 30-40% снижаются удельные расходы топлива, что позволяет повысить КПД печи до 60-70% .
Повышение качества проволоки выражается в улучшении ее физико-механических свойств, а также в резком уменьшении окисной пленки на ее поверхности.
(56) Конструкция и строительство тепловых агрегатов. Сборник трудов ВНИПИ Теплопроект. - М. , 1984.
Авторское свидетельство СССР N 1177364, кл. С 21 D 9/00, 1983.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и печам мало- и безокислительного нагрева металла, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах. Целью изобретения является повышение качества металла, производительности и КПД печи. Для этого способ включает подачу воздуха и топлива с последующим неполным сжиганием его над подиной камеры окончательного нагрева, подачу вторичного воздуха для полного дожигания продуктов неполного сгорания под подиной этой камеры и подогрев воздуха. Под подиной камеры окончательного нагрева дожигают весь объем продуктов неполного сгорания, при пуске печи подачу первичного воздуха осуществляют с коэффициентами расхода 0,8 - 0,9, а подачу вторичного воздуха - с коэффициентами расхода не менее 0,1 - 0,2, при достижении в надподовом пространстве технологической температуры последовательно увеличивают коэффициент расхода вторичного воздуха на 0,05 - 0,10 до значений не менее 0,6 - 0,7 и синхронно снижают коэффициент расхода первичного воздуха на 0,05 - 0,10 до значений не более 0,3 - 0,4, при этом суммарный коэффициент расхода воздуха поддерживают постоянным и не менее стехиометрического значения, температуру продуктов полного сгорания в камере предварительного нагрева поддерживают не более 500 - 5500с. Печь содержит последовательно размещенные камеры 1 и 2 предварительного и окончательного нагрева, горелки 3, установленные в камере окончательного нагрева над подиной 4, и сопла 5 для дожигания, расположенные под подиной этой же камеры, затворы 6 с отверстиями для прохождения металла, например проволоки, на входе и выходе печи и рекуператоры 7 и 8 для нагрева первичного и вторичного воздуха. Печь снабжена дополнительным затвором 9, камеры 1 и 2 сообщены между собой посредством подподового канала 11, рекуператор для нагрева первичного воздуха размещен в подподовом канале на переходном участке между камерами 1 и 2, а затвор размещен на выходе камеры предварительного нагрева перед переходным участком между камерами, при этом подина в камерах выполнена перфорированной. Подина печи выполнена в виде каналов. При этом на проходном участке каналы 13 перекрыты теплоизоляционным сводом 14, а в камерах печи каналы 15 выполнены открытыми. Подина установлеа на выступах кладки боковых стен печи и опирается на промежуточную огнеупорную стойку. Печь снабжена камерой 19 выдержки и охлаждения, установленной за камерой окончательного нагрева и выполненной в виде каналов 20, перекрытых на входе в камеру теплоизоляционным сводом 21, а на выходе теплоотводящим трубой 23. В результате использования способа улучшается качество металла, увеличивается производительность печи, снижается удельный расход топлива, что позволяет повысить КПД печи. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 табл. , 5 ил.