Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 514808 А 9) (11) 4 С 21 1-) 9/7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к ч лургии, в частности к регенер гревательным колодцам, прим нагрева стальнЬх. слитков п кой.ерной металативным на. еняемым для ред прокатулучшение ижение по- увеличение ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Запорожский индустриальный институт(56) Авторское свидетельство СССР500274, кл. С 21 Р 9/70, 1976.Производство передельных и товарныхслябов из слитков углеродистой и низкоуглеродистых марок стали. Технологическаяинструкция Т.И. 226 в ,ОЗ - 01 - 82. Запорожье, 1983, с. 26.(54) СПОСОБ АВТОДИНАМИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ФАКЕЛОМ РЕГЕНЕРАТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА(57)таллур Изобретение относится к черной мегии, в частности к регенеративным Целью изобретения являетсяравномерности нагрева садки, снтерь металла от окисления ипроизводительности колодца.Способ автодинамического управленияфакелом включает подачу топлива и воздухачерез регенеративные колодцы, смешиваниеи ввод их в камеру нагрева колодца с обнагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальных слитков. Цлью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производительности колодца. Способ включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы с образованием колеблющегося с частотой 0 3 - 2 Гц по высоте рабочей камеры факела, что осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха +- (0,09 - 0,26) при выдержке максимальной порции воздуха в период подъема гемпературы 0,66 - 0,75 и в период выдержки 0,25 - 0,34. При подаче минимальной порции воздуха факел за счет разрежения в дымовом тракте формируется в нижней части камеры нагрева, а при подаче максимальной порции - в верхней. При смыкании в средней части камеры нагрева факелов происходит дожог компонентов газовоздушной смеси. 2 ил., 3 табл. разованием колеблющегося с частотои 0,3 - 2 Гц по высоте камеры факела. Колебание осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха +.0,09 - 0,26. При этом длительность, выдержки максимальной порции воздуха от обшей длительности одного колебания в период подъема температуры 0,66 - 0,75, а в период выдер ж ки - 0,25 - 0,34.Способ управления факелом регенеративного нагревательного колодца обеспечивает равномерный нагрев слитков как по3высоте, так и по длине рабочей камеры, при этом уменьшается окисление и оплавление слитков, повышается производительность регенеративного нагревательного колодца, снижается образование и выбросы в атмосферу окислов азота.Способ автодинамического управления факелом реализуется с использованием известного устройства, предполагающего выполнение надсадочных каналов переменного сечения с сужением над разделительной стенкой и расширением в сторону камеры нагрева каналов, причем высота канала в узкой части составляет 0,40,7 высоты надсадочного канала воздушного регенератора, а угол раскрытия расши 1)яющегося канала составляет 20 - 45.Способ реализуется следующим образом,Газ подают в рабочую камеру стационарным потоком через газовый регенератор 1. Воздух вводят в рабочую камеру через воздушный регенератор 2 чередующимися расходными порциями ниже установочного коэффициента расхода воздуха минимальными и максимальными, свыше его величины.На фиг. 1,2 показа но расположение факела при вводе минимальной и максимальной соответственно расходной порции воздуха.При подаче минимальной расходной порции воздуха, топливный поток при выходе из газового регенератора обладает большим количеством движения, чем малый встречный воздушный поток, движущийся со стороны пережима 3, в результате чего под действием сил инерции топливный поток будет практически полностью заполнять надсадочное пространство, одновременно смешиваясь с вводимой минимальной порцией воздуха. При этом образуется факел с преобладанием горючих компонентов или богатая горючая смесь. Далее малую в количественном отношении порцию факела вводят через диффузор 4 в рабочую камеру 5. Ввиду малого количества введенных в рабочую камеру газов под действием тягового устройства в ней образуется в данный момент разрежение и факел протягивают напрямую по нижней траектории 6, омывая и нагревая при этом в основном нижнюю часть слитков 7.При подаче максимальной расходной порции воздуха большей величиной количества движения уже будет обладать воздушный поток, кинематическая энергия которого усиливается возросшей его скоростью в узком надсадочном пережиме. Под действием более сильного воздушного потока газовый поток, выходящий из газового регенератора, сносится в сторону рабочей камеры с одновременным интенсивным перемешиванием с воздухом и образованием факела с преобладанием воздуха-окислителя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 4или бедной горючей смеси. Далее максимальную порцию факела вводят через диффузор в рабочую камеру и, ввиду большого количества вводимых газов давление их в рабочей камере возрастает, в результате чего факел прижимают к верхней части рабочей камеры, направляют по верхней траектории 8 с отдачей энергии в основном верхней части слитков.Во втброй по ходу движения газов части рабочей камеры производят смыкание и смешение факельных импульсов, движущихся по нижней и верхней траекториям, дожигают горючие компоненты из состава богатых топливовоздушных смесей и отводят общие продукты сгорания через противоположное окно, обеспечивая таким образом полноту сжигания топлива.Далее производят аналогичное повторение порционного ввода воздуха в камеру нагрева, осуществляя таким образом цикличное колебание факела в вертикальной плоскости, После реверсирования факела по аналогичному способу вводят воздух через противоположное пламенное окно с повторением процесса, идущего уже в обратном направлении.Равномерный нагрев слитков по глубине рабочей камеры получают за счет снижения температуры факела на входе в рабочую камеру и выравнивая ее по всему объему садки. Это обусловлено тем, что при вводе в рабочую камеру порций как бедных, так и богатых топливовоздушных смесей температура горения топлива снижается по сравнению с вводом стехиометрических смесей.Снижение пиковых температур одновременно приводит к уменьшению окисления металла, Кроме того, дополнительное снижение окисления металла происходит вследствие снижения окислительного потенциала газовой фазы при вводе минимальной порции факела, представляющей богатую топливовоздушную смесь восстановительного характера.Увеличение производительности колодца получают за счет сокрашения необходимого времени томления металла, так как к концу периода нагрева вся садка металла прогрета более равномерно.Сокращение образования окислов азота получают за счет снятия пиковых температур и практического исключения их образования в минимальных порциях факела, образованных богатыми тогливовоздушными смесями, так как в восстановительной среде окислы азота образовываться не могут. Частота дискретно- пери оди ческого изменения подачи воздуха через воздушные регенераторы, отношение величин расхода воздуха при максимальной его и минимальной подаче, а также соотношение длительностей их ввода по периодам нагреваметалла выбраны из оптимальных условийкачества нагрева слитков, минимальногоокисления металла, максимальной производительности колодцев.Результаты влияния частоты измененияподачи воздуха на брак по перегреву ипережогу слитков, потери металла от окисления и производительность регенеративногонагревательного колодца представлены втабл. 1,Результаты влияния отношения величинрасхода воздуха при максимальной и минимальной его подаче на технико-экономические показатели нагревательного колодцапредставлены в табл. 2.Результаты влияния соотношения длительностей ввода максимальных расходныхпорций воздуха по периодам нагрева представлены в табл. 3.Во втором периоде, когда нужно обеспечить выравнивание температур по сечению слитков и послиточно во всей камеренагрева уже при высокой температуреповерхностей слитков, преобоадающей должна быть восстановительная атмосфера в камере нагрева, что обеспечит более ровнуютемпературу по объему камеры нагрева и 25низкую скорость окисления стали, Чем болееокислительная среда имела место в первомпериоде нагрева, тем более восстановительной она должна быть во втором периодевыдержки металла при постоянной температуре его поверхности. Это обеспечит минимум суммарного окисления металла, максимум производительности колодца, достаточную равномерность нагрева слитков пообъему камеры нагрева.Однако при соотношении длительностейввода максимальных и минимальных расходных порций воздуха менее 0,66 в первомпериоде подъема температуры в камеренагрева и, соответственно, более 0,34 во втором периоде выдержки металла будет наблюдаться снижение скорости нагрева металла впервом периоде, что дает снижение производительности колодца и чрезмерное окислениеметалла во втором периоде выдержки металла ввиду экспоненциального наростания окислительной способности газовой среды. Такжеснижается равномерность нагрева слитков во 45втором периоде вследствие роста температуры факела на входе в камеру нагреваи увеличения таким образом перепадатемператур по ее длине.При соотношении длительностей вводамаксимальных и минимальных расходных 50порций воздуха более 0,75 в первом периодеподъема температуры в камере нагрева и,соответственно, менее 0,25 во втором периодевыдержки металла будет наблюдаться чрез.мерное окисление металла в первом периоде нагрева ввиду роста окислительнойспособности среды, что увеличит общие потери металла от окисления, увеличит перегрев крайних слитков, расположенных против пламенных окон (возрастает неравномерность температур), увеличит брак металла по нагреву и вызовет увеличение длительности второго периода выдержки металла, т.е. снизится общая производительность колодца.Пример. Регенеративный нагревательный колодец для нагрева стальных слитков перед прокаткой отапливается коксодоменным газом в первом периоденагрева и доменным газом во втором периоде - выдержки металла. Расход смешанного газа в первом периоде нагрева составляет 3800 м /ч, расход воздуха - 3900 м/ч. Средний расход доменного газа во втором периоде нагрева составляет 1400 м /ч, расход воздуха - 122 м/ч. Нагревают слитки весом 8 т с температурой посада 750"С марки Ст 5 СП. Количество слитков в ячейке 8 шт. Нагрев производят в ячейке обычной конструкции с прямыми узкими по высоте плазменными окнами при стационарной подаче топлива и воздуха. Положение факела в ячейке регулируют ручной установкой степени открытия дымового шибера. Требуемая конечная температура поверхности слитков 1220 С.Результаты на грева следующие: время выхода температуры поверхности на контрольную величину - 1,3 ч; время томления 2,9 ч, суммарное время нагрева 4,2 ч. средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева 110 С. Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 частей от основания 65 С. При выдаче слитки, расположенные против пламенных окон, оказались оплавленными, перегретыми. Слитки, расположенные в центре ячейки, наоборот, недогретые схолодной головной частью. Статистические показатели колодца: производительность 250 т/сут; потери металла от окисления 2,1 Я; брак по перегреву и пережогу металла 0,8 Я. Реконструкция колодца включила перекладку надсадочных каналов переменного сечения с сужением 0,5 от их высоты и углом раскрытия диффузора, равным 35, и установку электромагнитного клапана двухпозиционного регулирования соотношения.После загрузки колодца слитками весом 8 т с температурой посада 750"С, марки Ст 5 СП, в количестве 8 шт. с помощью первой подсистемы регулирования установили общую частоту работы электромагнитного клапана 1,2 Гц, что обеспечивало полную длительность цикла качения факела 0,8 с. Регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долю длительности ввода максимальной порции воздуха, равную 0,7 от общей длительности цикла 0,8 с. При таких параметрах работы электромагнитного клапана произвели нагрев слитков1514808 Формула изобретения 15 Та блица 1 Производительность нагревательного колодца, т/сутки Окисление металла, % Брак по пере греву из пережогу метал ла, Б Частота дискретно-пе- риодической подачи воздуха, Гц Предлагаемая0,10,32,02,2Прототип 255,0 268,0 270,4 267,2 253,6 250 0,60,160,00,20,70,9 2,01,521,451,492,042,2 импульсно-колеблющимся факелом в первом периоде до достижения в ячейке контрольной температуры. Время этого периода составило 1,4 ч. После этого регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долю длительности ввода максимальной порции воздуха, равную 0,3. Далее произвели нагрев слитков и выравнивание температур по их сечению импульсно-колеблющимся факелом во втором периоде. Время второго периода до достижения требуемого конечного температурного состояния металла составило 2,4 ч. Общее время нагрева металла в ячейке 3,8 ч. При этом средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева составил 40 С. Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 от их основания 45 С. При выдаче оплавленных и перегретых поверхностей слитков не было. Вся садка металла прогрета ровно, Статистические показатели колодца: производительность 270 т/ сут; потери металла от окисления 1,42 Я; брак по перегреву и пережогу металла отсутствует.Предлагаемый способ позволяет получить принципиально новый метод управления положением факела, не предусматривающий никаких подвижных механизмов в дымоотводящем борове, что обеспечивает его надежность и работоспособность. Периодическое перемещение факела по всей высоте слитков, включая первые слитки, расположенные против пламенного окна, а также импульсное перемещение факела по длине рабочей камеры дает равномерный нагрев слитков любой формы по их высоте, а также равнометрный прогрев всей садки слитков по глубине рабочей камеры. Это исключает местные перегревы металла, снижает его окисление и оплавление за счет сглаживания температурных пиков и снижения окислительного потенциала газовой фазы, а также увеличивает производительность колодца за счет сокращения необходимого времени выдержки металла во втором периоде нагрева ввиду более ровного 10 прогрева садки к концу первого форсированного периода. Способ автодинамического управленияфакелом регенеративного нагревательного колодца, включающий подачу топлива и воздуха через регенераторы, смешивание и ввод их в камеру нагрева с изменением положения факела по высоте, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности и качества нагрева садки, снижения потерь металла от окисления и увеличения производительности колодца, изменение по ложения факела осуществляют колебаниямиего с частотой 0,3 - 2 Гц путем подачи воздуха с равным отклонением от уровня, установочного расхода воздуха с амплитудой отклонения -+ (0,09 - 0,26) установочного расхода воздуха, а длительность ввода 30 ма кси мальной порции воздуха соста вляет0,66 - 0,75 от общей длительности полного цикла качания факела для периода подъема температуры в камере нагрева и 0,25 - 0,34 - для периода выдержки металла при постоянной температуре,1514808 10 Та блица 2 Брак по перегреву и пережогу металла,Окисление металла, Х Производительность нагревательного Отношениевеличин расходавоздуха примаксимальной и минимальной его колодца, т/сутки подаче Предлагаемое0,05 +0,09 +0,17+0,26 +0,3 Прототип 1,72 1,46 1,4 1,48 1,78 Та блица 3 Брак по перегреву и пережогу металла,Х Окисление ме-талла, l. Производительностьнагревательного колодца, т/сут Соотноыение длительностейввода максимальных и минимальных расходных порцийвоздуха по периодам нагрева Период подъе- Период выма температуры держки ме- талла Предлагаемое0,610,660,70,750,79Прототип 0,39 0,34 0,3 0,25 0,21 0,650,12О,О0,090,640,8 042 0,10 0 0,80 0,54 0,80 1,69 1,37 1,30 1,35 1,74 2,12 257 267 274 269 259 250 258 272 276 269 260 250зь Г. Аваерес Редакто Заказ 6 -1 ИИПИ Г ретениям аушская атент, г Произв Составив Техред И. Тираж 53( ета по изоо Ж - 35,омбинатМ. Бандура9528сударственного коми113035, Москатвенно-издательский мовКорректор О. ЦиплеПодписноеоткрытиям при ГКНТ СССРаб., д. 4/5жгород, ул. Гагарина, 101