Колпаковая печь

)5 О ЕН ПАТЕНТ ов,о р О няя часть муфелям конвективном тег ева и охлаж ен кольку веинтенсивпериод ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Магнитогорский металлургический комбинат им. В.И.Ленина(73) Магнитогорский металлургический комбинат им. В.И.Ленина(57) Изобретение может найти применениепри производстве холоднокатаной стали впрокатных цехах, оснащенных колпаковыми печами для термической обработки плотносмотанных рулонов ленты полосы, вособенности широкополосной стали в стопах. Целью изобретения является увеличение производительности печи, сокращение Изобретение относится к устройствам для термической обработки полосового проката и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышлен ности.Известна кол паковая печь, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором,муфель, нагревательный колпак, крышку в виде плоского диска и конвекторные кольца с одинаковыми циркуляционными каналами переменного сечения,Недостатком известной колпаковой печи является низкая производительность и пониженное качество отожженного металла, что обусловлено неравномерностью температурного поля по объему садки из-за нерационального распределения теплового 1 О 9/663,9/673, Р 27 В 11/О удельного расхода топлива, повышение качества отжигаемого металла. Указанная цель достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей нагревательный колпак, стенд, муфель, четыре конвекторных кольца, первое, третье и четвертое из которых, считая от стенда печи, выполнены с одинаковыми проходными каналами переменног сечения и крышку стопы рулонов, сумма ная площадь средних сечений проходных каналов второго конвекторного кольца в 1,5 - 2,0 раза больше суммарной площади средних сечений проходных каналов первого, третьего и четвертого конвекторных колец в отдельности, а крышка выполнена в виде плоского кольца, площадь проходного сечения которого составляет 0,6-0,9 от суммарной площади средних сечений проходных каналов любого из конвекторных колец, кроме второго. 1 табл., 2 ил,потока, пос рх не участвует в но и- ОО лообмене в на р д ия металла.Цель изобретения - увеличение производительности колпаковой печи и повышение качества отжигаемого металла.Поставленная цель достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагре- ( ) вательный колпак, четыре одинаковые конвекторные кольца с циркуляционными каналами переменного сечения и крышку стопы рулонов в виде плоского диска, второе, считая от стенда, конвекторное кольцо выполнено с суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов равной5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 1,5 - 2,0 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего и четвертого конвекторного кольца, крышка выполнена в виде кольца с площадью проходного сечения равной 0,6 - 0,9 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего или четвертого конвекторного кольца,Обозначим суммарную площадь средних сечений циркуляционных каналов второго, считая от стенда, конвекторного кольца Я,., первого Я , третьего ,и четвертого ЯТогда согласно изобретению-- д - 1,5 - 2,0,5 тт Ъп 8 а через Як обозначим площадь проходногосечения плоской крышки, выполненной ввиде кольца, Тогда, согласно изобретению--- 0,6 - 0,9 Ъвт Ъч Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца, считая от стенда, в 1,5 - 2,0 раза больше суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего и четвертого конвекторных колец в отдельности При отношенииыг 8 пЪд Ъш-хи1,5 замедляется прогрев первого- ии второго рулонов снизу стопы, что приводит к ухудшению качества металла(большой разброс свойств по толщине намотки 2-х нижних рулонов), к снижению производительности печи и к повышенному расходу энергоносителей.При величине упомянутого отношения больше 2,0 замедляется прогрев третьего и четвертого рулонов стопы, увеличивается неоавномерность нагрева по высоте стопы, что приводит к ухудшению качества металла, снижению производительности печи и повышению расхода энергоносителей (топлива).Отношение площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов любого из конвекторных колец, кроме второго, составляет 0,6-0,9,При отношении, меньшем 0,6,уменьшается поток защитного газа, циркулирующего под муфелем в верхней части садки, что приводит к увеличению перепад температуры по высоте стопы, к ухудшению качества металла, к снижению производительности печи и увеличению расхода энергоносителей.При отношении площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов любого из конвекторных колец,кроме второго, больше 0,9 происходит перераспределение потока циркулирующего защитного газа, большая часть его проходит через отверстие крышки и осевую полость стопы рулонов, уменьшается поток, проходящий через конвекторные кольца, что приводит к увеличению неоднородности нагрева по толщине намотки рулонов, ухудшению качества металла, снижению производительности печи, к увеличению расхода энергоносителей. При изготовлении колпаковой печи с крышкой стопы рулонов в виде плоского диска и с конвекторными кольцами с одинаковой суммарной площадью средних сечений циркуляционных каналов, независимо от 25 положения конвекторного кольца в стопе по В.Н,Антерману и др. "Колпаковые печи", М. Металлургия, 1965, с,14, 114, выбранному в качестве прототипа и испытании такой печи получены следующие результаты; - разброс значения предела текучести сто 2 по высоте стопы рулонов при отжиге стали 08 Ю 500 МПа; - удельный расход условного топлива 50 кг/т; - производительность колпаковой печи по нагреву 1,80 т/ч. Для обоснования заявленных пределов с точки зрения достижения цели были проведены эксперименты,В колпаковой печи использовали крышку заявленной конструкции и крышку выполненную по прототипу, Отжигали рулоны весом 23 тонны с шириной полосы 1250 мм.При проведении экспериментов определяли равномерность температурного поля по высоте стопы и толщине намотки рулонов с помощью термопар, заложенных в каналы, просверленные в рулонах (детали см, в примере М 1), определяли производительность печи и удельный расход топлива, Кроме того, на отожженном металле определяли разброс значения предела текучести по стопе рулонов, Всего провели 4 серии экспериментов А, Б, В и Г. В серии А отно- шение 8 ей :и я пд 1,3, а отношеЪд Ъп 5;к-чние= 0,51 - 1,06,Ът Ън гч В опытах серии Б, В и Г при том жеЯкдиапазоне отношения значения отношения Я /5 составили соответственно 1,5, 2,0 и 2,5,Все данные экспериментов сведены в таблицу.Как показали данные опытной проверки (см, таблицу) в результате использования заявляемой колпаковой печи разброс предела текучести стали 08 Ю (ЛсВ,2) снижается по сравнению с прототипом в среднем на 350 МПа; производительность печи возрастает 3 - 5, расход топлива снижается на 7 - 10 /о. В таблице приведены данные экспериментов, проведенных для обоснования выбранных параметров предлагаемой колпаковой печи.На фиг,1 изображена колпаковая печь, на фиг.2 - крышка стопы рулонов,Заявляемая колпаковая печь содержит нагревательный колпак 1, муфель 2, стенд 3, конвекторные кольца 4 а,4 в,4 г и 4 б, суммарная площадь средних сечений проходных каналов которого в 1,5 - 2 раза больше, чем у колец 4 а, 4 в, 4 г каждого в отдельности, крышку 5, стендовый вентилятор 6, горелки 7, стопу рулонов 8. Крышка 5 (см, фиг,2) выполнена в виде плоского диска толщиной 5 мм с центральным отверстием.Колпаковая печь работает следующим образом,На стенд 3 печи устанавливают стопу рулонов 8 с конвекторными кольцами между рулонами и крышкой 5 сверху стопы, Затем стопу рулонов накрывают муфелем 2 и колпаком 1 с горелками 7.В процессе термической обработки рулонов 8 происходит при помощи стендового вентилятора 6 циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве. Защитный газ, нагреваясь от муфеля 2, отдает тепло рулонам,проходя через отверстие в крышке стопы и по каналам конвекторных колец,П р и м е р 1, Согласно заявленной колпаковой печи из стенда формировали стопу рулонов стали марки 08 Ю (вес рулона 23 т, ширина полосы 1250 мм, наружный диаметр 1950 мм, внутренний диаметр 800 мм) из 4-х рулонов с конвекторными прокладками. Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов второго от стенда конвекторного кольца в 1,5 раза больше суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого,5 10 15 20 25 30 35 40 третьего и четвертого конвекторных колец вотдельности,Стопу рулонов сверху накрывали крышкой с центральным отверстием. Отношение площади проходного сечения которого, к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец первого, третьего, четвертого в отдельности составляло от 0,51 до 1,06. Сформированную стопу рулонов накрывали муфелем, устанавливали нагревательный колпак и осуществляли нагрев. Тепловой режим вел по колпаковой и стендовой термопарам, Кроме того, для оценки эффективностиконструктивных элементов колпаковой печи, температуру в первом, второми четвертом рулонах контролировали дополнительными термопарами, установленными в каналы, проведенные на глубину 625 мм на расстоянии 165, 370, 525, 570 мм от наружного витка рулона. Еще один канал был просверлен на глубину 40 мм на удалении 30 мм от наруж ного витка.Из таблицы (см, серию опытов Б) видно что наилучшее сочетание по разбросу механических свойств, экономии топлива, превышению производительности колпаковой печи при соотношении суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца и такой же площади первого, третьего и четвертого колец в отдельности, равном 1,5, получается при установке на верх стопы крышки с отверстием, обеспечивающем соотношение площади отверстия в пределах 0,6 - 0,9 к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец М. 1, 3, 4 в отдельности, При этом разброс предела текучести составил по стопе рулонов 150- 200 МПа, при этом производительность печи по нагреву выросла на 2 - 4%, экономиятоплива 3-5 П р и м е р 2. Суммарная площадь средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца в 2 раза больше соответствующих сечений конвекторных колец М 1, 3 и 4 в отдельности, Остальные условия как в примере М. 1. Установлено, что разброс значений предела текучести на стопе рулонов составляет 150-200 МПа, экономия топлива 8 - 10;4, повышение производительности печи 3 - 5 при соотношении площади проходного сечения крышки стопы рулонов к суммарной площади средних сечений, проходных каналов конвекторных колец М. 1, 3, 4 в отдельности (смтаблицу, серию опытов 1)Повышение производительности печи экономия топлива и улучшение качества металла достигается за счет перераспределе1788981Суммарная ляскаласредних сеченийциркуляционныхканалов г-го,ГО и Л ГО Какеектоаных колец 1 Экономия Примеаниет и опыта Разбаос 1 Повывеннепоспела пооизвотекучес-дительнаВеличина отнощеният 6 е "ь "еэ тСЕт ПлащапьпрахаднОГОсечениякрыщкистолы рулонов,Вкнн Величинаттнсак-.нилВзэ 76 в 1ВзтэУЪР 1Беп "Втт Серияопмтое Суниэрная лпамадьсредних СЕченийЦчркуЛЯцнаииыхкамалов второгост стенла кон"векторного энеагоносителей в сравнении с известном печью, 2 ти лостопеРупаноаНПа стн печив соаененин с известнойпечью, 8 кольца, ф мнэ е отдельностил.11Ватт "м 350 0,5250 . 0,75 200 1,ОС 250 1,05 300 1,10 11,52,02,53,0 По всем опытам серии Д нвдоотатачнал Эконоиия топлива, надостаточное павывюнме проиэводнтзльностн печм, повмщснный разброс предела текучести 39740 471 Э 59365 70650 32915 0,51 0,600,76 О,ЭО 1,06 77760 1,3 и, 103630 А д-Я.2 д4.4 дн 39740 0,51 Недостаточная экономиятоплива и поаызщмие праизводнтегьностн 250 1,5 77700 116640 Б Б4719 0,60 59365 0,70 70650 0,90 Сочетание параметров конвекторнагс кольца и плоКади отверстия крыщки,обеспечнвакщме павыщениепроизводительности, экономия топлчаа прн снижвнииразброса механическихсвойств 200 150 200 2,0 3,0 4,0 6-2 6-3 6-4250 о 2915 1,00 5,0 6.5 397,О 0 51 250 Повысщнный разброс механических свойств по стопе, рулонов 77760 В В" 155520 н 89Сочетание гщранетрав конвекторного кольца и площади отверстия крыщки стопы рулонов, обеспечивающее повыщемие прсмэаодительности, экономию топлива прн олноврененном снижении разброса мексвойств 7119 0,60 ЭЭ 365 0,76 7 С 65 С С,ЭО 200 15 ч 20 С 3,0 4,0 5,С 6-2 6-3 6-ч н Болевой разброс механичес" ких свойств по высоте столы рулонов 6,0 32915 1,06 300 В 5 По всен опытам серии Гчрезмерный разброс нехани.ческих свойств по высотестопы рулонов 7,5 8,0 8,5 9,0 Нет 12 13 14 15 16 39740 0,51 47119 С,6059365 0,7670450 0,90 32915 1,06 Нрищка сто пы рулонов беэ отверс.тия 350 375 400 425 450 500 77760 2,5 1 С 4400Г Г ГГ-З ГГн н Чрезмерный разброс механических свойств по высотестопы рулонов, недостаточнал лранэводительность,больтюй расход топлива Нет 77760 1,О 77760 Прототип ния теплового потока по высоте стопы между верхним и остальными рулонами стопы за счет оптимального соотношения площади проходного сечения крышки стопы к суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов конвекторных колец М 1, 3, 4 в отдельности, равным 0,6 - 0,9, а также за счет перераспределения теплового потока между нижним рулоном и остальными рулонами за счет оптимального отношения суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов второго конвекторного кольца, устанавливаемого на нижний рулон, соответствующей площади конвекторных колец В 1, 3, 4 в отдельности, равном 1,5 - 2,0.В предлагаемой колпаковой печи нижний рулон уже не является отстающим по нагреву, как зто имеет место в прототипе.По данным промышленного опробования заявляемое изобретение в сравнении с и рототипом обладает следующими преимуществами: - повышается производительность печи по нагреву на 3 - 50, (0,05-0,09 т/ч); - снижается расход топлива на 7 - 10 Оь; - повышается качество отжигаемой полосы (разброс по пределу текучести стали 08 Ю по высоте стопы снижается на 250-350МПа до уровня 150 - 200 МПа). Формула изобретения5 Колпаковая печь, преимущественно дляотжига рулонов, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, муфель, нагревательный колпак, крышку, четыре10 конвекторных кольца, выполненных, кромевторого, считая от стенда печи, одинаковыми с циркуляционными каналами переменного сечения, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения производительности и15 качества отжигаемого металла за счет повышения равномерности нагрева, второе, считая от стенда, конвекторное кольцовыполнено с суммарной площадью среднихсечений циркуляционных каналов, равной20 1,5 - 2 суммарной площади средних сеченийциркуляционных каналов первого, третьегоили четвертого конвекторного кольца,крышка выполнена в виде кольца с площадью проходного сечения, равной 0,6-0,925 суммарной площади средних сечений циркуляционных каналов первого, третьего иличетвертого конвекторного кольца,орректор Н,Гуньк аказ 83 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, У л.Гагарина, 101