Печной ролик

Союз Советсиик Социалистических Республик, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 654845 щфщееп3(61) дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 210377(21) 2464892/29-02с присоединением заявки РЙ -(51) М. Кл,Р 27 0 3/02 С 21 О 9/50 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПЕЧНОЙ РОЛИК Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее - к технике транспортирования заготовок через нагревательные печи с роликовым подом.5Известен печной водоохлаждаемый ролик, состоящий иэ двух и более концентрично расположенных труб (1 . Наружная труба (бочка ролика) изолирована от водоохлаждаемой внутренней Ф трубы различными термоизоляторами засыпкой из шамотного порошка, металлическими экранами и др.Недостатками этих роликов являются низкая эФфективность термоизоля ции и низкая стойкость роликов.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является печной охлаждаемый ролик, содержащий полый корпус и расположен"ЯО ную концентрично относительно корпуса внутреннюю трубу с отверстиями, через которые в зазор между трубой и корпусом поступает охлаждающая среда (2) . 25Недостатками известного ролика являются низкая стойкость, высокие удельные расходы топлива на нагрев и ухудшение качества нагрева металла. Низкая стойкость обуславливается значительными перепадами температуры в стенке бочки. Холодные .поверхности роликов вызывают более медленный нагрев нижней поверхности металла, вследствие чего создается температурный перепад в сечении металла. Тепло, уносимое с охлаждающей средой, как правило, не используется, что увеличивает расход топлива на нагрев металла.Целью изобретения является увеличение стойкости ролика и повышение КПД печи.Это достигается тем, что ролик выполнен в виде герметичного корпуса с жидким теплоносителем и снабжен на торцах холодильниками, при этом крепление к корпусу выполнено в виде перегородок с отверстиями, площадь которых составляет 0,25 - 0,1 площади отверстий внутренней трубы.Внутренняя полость ролйка наполнена жидким теплоносителем, например водой, При работе средняя часть ролика находится в рабочем пространстве печи (в высокотемпературной зоне) . В среднюю часть ролика через отверстия в перегородках поступает жидкий теплоноситель, который охлаждает внутреннюю поверхность роликаТепло654845-- 2080 кг/ч носитель при этом нагревается и частично испаряется. В средней части ролика несколько повышается давление, Образовавшаяся двухфазная смесь движется к торцам ролика, преимущественно по внутренней трубе,где минимальные гидравлические сопротивления.Пло щадь отверстий в средней части внутренней трубы в 4-10 раз больше площади отверстий перегородок. Соотношение площадей отверстий в средней части внутренней трубы и в перегородке оп ределяется из условия обеспечения подвода необходимого количества жидкого теплоносителя из холодильников к рабочей части ролика и беспрепятственного отвода образовавшейся двухфазной смеси к холодильникам. жидкий теплоноситель занимает нижнюю часть сечения кольцевого канала.Отверстия в перегородке распределены равномерно по окружности с тем, чтобы обеспечить непрерывное течение теплоносителя при вращении ролика. Количество отверстий должно быть не менее четырех. Поступающая в холодильники двухфазная смесь охлаждается, пары теплоносителя конденсируются,и.в жидком состоянии стекают в нижнюю часть полости. Так как объем смеси при конденсации уменьшается, то на участках расположения холодильников давление понижается.ЗОЖидкий теплоноситель через отверстия в перегородках перетекает в среднюю часть ролика, охлаждает. его внутреннюю поверхность и частично испаряется. Процесс нагрева, испаре ния, охлаждения и конденсации теплоносителя и переноса тепла из высокотемпературной зоны к холодильникам происходит непрерывно. 40При кипении и конденсации создаются весьма высокие коэффициенты тепло- отдачи, что обеспечивает эффективное равномерное охлаждение роликов и эффективный отвод тепла. При работе внутренняя полость ролика находится под давлением в несколько атмосфер, что также способствует эффективности теплообмена, так как коэффициенты теплоотдачи с повышением давления до50 определенного уровня при прочих равных условиях увеличиваются. В ролике практически полностью отсутствует опасность образования накипи и выпадения шлама, так как в обороте находится один и тот же объем теплоноси теля. Вследствие этого увеличивается стойкость ролика, Разделение трактов нагретого и охлажденного теплоносите ля посредством внутренней трубы с перегородками позволяет создавать интенсивное движение теплоносителя внутри ролика и с помощью холодильников поддерживать нужную температуру по 5 верхности ролйка. 4Б колусе ролика циркулирует жидкийтеплоноситель :. двухфазная смесь поддавлением в несколько атмосфер, Температуракипения с повышением давления, как известно, увеличивается.Например, температура кипения водыпри давлении 10 атм равна 179 С, Поэтому внутренняя поверхность корпусабудет иметь более высокую температуру,чем в случае охлаждения ролика холодной водой. При аналогичных внешнихусловиях (температуре печи) перепадтемпературы в стенке ролика уменьиается, а температура наружной поверхности корпуса увеличивается. Вследствие этого при аналогичных условияхуменьшается перепад температуры между верхней и нижней поверхностями нагреваемого металла, т.е. в целом попечи улучшается качество нагрева металла. Повышение температуры наружной поверхности ролика вызывает также уменьшение выноса тепла из рабочего пространства печи, т.е. снижениепотерь тепла на охлаждение. Кроме того, при таком исполнении представляется возможность для утилизации тепла путем включения холодильников всистему подогрева воды или даже производства пара,Отношение площадей отверстий вперегородках и в средней части внутренней трубы зависит от интенсивноститеплоотвода. В связи с тем, что теплоноситель внутри корпуса движется засчет естественной конвекции, гидравлические сопротивления контура циркуляции должны быть минимальными. Извысокотемпературной зоны движетсясмесь, состоящая из жидкой и газообразной фаз, объем которой больше,чем жидкого теплоносителя. Количество газообразной фазы зависит от интенсивности теплоотвода и скоростициркуляции теплоносителя.Обоснование заявляемых пределовотношений площадей приводится напримере, где в качестве теплоносителя взяты вода и водяной пар. Предполагается, что необходимо отвести1 млн. ккал за 1 час при среднем давлении внутри корпуса ролика 10 ата.Для этого необходимо подвести воды Ч = юп Ч = 2080 0,00112 бв в- 2,34 мЗ/ч;где п - масса воды, кг/ч;Вц - количество отводимого тепла, ккал/ч;г - скрытая теплота парообразования, ккал/кг;Ч в , объем воды, м /ч;йЧ - удельный объем сухого насы 3щенного пара, м /кг.При скорости движения воды через отверстия перегородки, равной 1 м/с, гидравлическоесопротивление перегородки составляетг(О 2.0 0 Ов 2 3 6(56 кг/мг или мм вод.стев 654845Хадимая ДЛЯ ПРОГ 1 УСКа ж 1.ГКОГО ТЕЛ:таОсителя.Г - 3 Е - .3 Од(30.3 -13, 0. 5 мОтяаИЕНИЕ (1 ЛО 111 адк 1 атВЕРСТИй В СТЕНке внутренней трубы к плаща(ди Отнерстий перегородки оставляетгде ЬР - гидравлическое сопротивление перегородки, мм вод.ст.;Х - скорость движения воды черезвотверстия перегородки, м/с;У - плотность воды при рабочих 106условиях, кг/мс;4 р ; коэффициент расхода;2ускорение силы тяжести, м/сНеобходимая площадь для пропуска втото количества воин составляет15Чв 2 34в = 360. Х 3600, 10,00065 маПринимаем, что все тепло отводится за счет парообразования. При этом образуется гага.Ъ=пв )и=2080 0,198=412 мЗ/ч, где Ч - объем сухого насыщенного пара, м/ч;Ч - удельный объем сухого насыЭщенного пара, мЗ/кг. 25Для обеспечения устойчивости циркуляции воды и водяного пара в кон- туре сопротивление на пути пара должно быть меньше сопротивлеяия на пути воды. В качестве минимального значе ния отношение лощадей следует принять такое, при котором сопротивления на пути воды и водяного пара равны (перепад давления в стенке внутренней трубы также равен 56 мм вод.ств) 35 При этом условии скорость пара в отверстиях внутренней трубы составляет 2 У 2,9 81,М63: - -0,0=(3,6 и 1 с ,Рп 5,05140где у - коэффициент расхода; ЬР- перепад давления до и после отверстий внутренней трубы, мм вод.ст. р - плотность сухого насыщенного пара при рабочих условиях, кг/м 3. Необходимая площадь для пропуска этого количества пара составляет К Стп 412 - 0,0086 мь3600 Х, 3600 134350Жидким теплоносителем заполнена не вся полость корпуса ролика, а лишь 40-50 объема.Жидкая фаза занимает нижнюю часть полости. В сечении это сегмент, длияа 55 дуги которого равна приблизительно 1/2 - 1/3 длины окружности. Определенная выше необходимая площадь пропуска жидкого теплоносителя (й = 0,00065 м ) должна находиться в пределах этого 60 сегмента. Ко так как ролик вращается и поступление жидкого .теплоносителя должно быть непрерывным, то отверстия в перегородках расположеяк равномерно по всей окружности, а их суммарная площадь в три раза больше, чем необ 123 0,00861 пер 0 т 00195Как предельное нижнее значение этоотношение может быть уменьшена яа10, т. е. до 4, О. Умеяыение этогоотношения менее 4,0 нецелесаобразяо,так как при этом уменьшается относительная плошадь для пропуска газообразной фазы. Поэтому значительнаячасть газообразной фазы будет двигаться в холодильники через отверстияв верхней части перегородок, что может ухудшить равномерность охлаждениякорпуса ролика. При увеличенииуменьшается сопротивление33ПЕрна пути газообразной Фазы.За верхний предел этага отношенияследует принять такую величину, прикоторой сопротивление на пути газообразной фазы в 4 раза меньше, чем напути жидкой фазы. Для этого плошадьотверстий ва внутренней трубе должнабыть в 2 раза балы(1 е, чем в случае,когда сопративлеяия Одинаковы,Отношение: 1 р при этОм сОставляет 8,8. 21 а случай отклонения фактических тепловых и температуряых параметров работы ролика От расчетныхверхнее значение отношения плошадейотверстий в трубе и в перегородкецелесообразна увеличить да 10. Дальнейшее увеличение не имеет смысла,так как при этом асяавяым сопротивлением циркуляцианнага контура будетявляться сопротивление перегородок.01 а фиг. 1 представлен ролик приустановке холодильников с обеих торцов, продольный разрез,. на фиг, 2сечение А-А на фиг. 1; яа Фиг. 3вариант ролика при установке холодильника с одяага торца.Корпус 1 ролика представляет собойтолстостенную трубу, Толщина стенокучастков корпуса, выступающих из печи, несколько умеяьшеяа.Внутри корпуса находится жидкийтеплонаситель.В одном торце корпуса 1установлен плоский диск 2, во второмторце - диск 3 с цапфай 4, служащейдля сообщения ролику вращательногодвижения, С обеих сторон корпус 1снабжен подиипниками 5 и холодильниками 6. В корпусе установлена внутренняя труба 7 с перегородками 8, вкоторых выполнены отверстия 9. В средней части трубы 7 выполнеяы отверстия 10В корпусе 1 установлен также клапан 11, срабатывающий при повышениидавления выше допустимого, напримерв случае выхода из строя одного илиобеих холодильников.К холодильникам 61 рисаедияев 1 ы патрубки 12 и 13, служащие для подвода и отвода воды. При,расположении холодильника с одноготорца отверстия во внутренней трубевыполняются вблизи торца с противоположной от холодильника стороны1 см. фиг, 3)Ролики проходной подогревательной 5печи крупносортного стала 600 изготав-.ливают следующим образом.,В корпус ролика, представляющийсобой трубу с наружным диаметром200 мм, внутренним диаметром 100 мм, 10длиной 3 м, вставляют внутреннюю трубу с наружным диаметром 75 мм, внутренним 70 мм, с перегородкой на участке между высокотемпературной зонойпечи и холодильником и в полость корпуса объемом 0,02 м заливают в качестве теплоносителя воду в количестве 10 кг и заваривают. Максимальныйтепловой поток к поверхности роликасоставляет 220000 ккал/мч .гПлощадь ролика, находящаяся в печи, составляет 1 м, тепловые параметры работы ролика определяют из условия, что теплоотвод полностью осуществляется за счет испарения воды.Расход воды составляет 25т= - = 456 кг/ч220000в 482,1Среднее давление внутри корпусаролика 10 ата. Объемный расход водыЪ = 456 0,001126 = 0,515 м/ч. 30Площадь перегородки при скоростиводы 0,5 м/с с учетом свободного сечения над поверхностью воды составляет3 0515 0 00086 мг 35лер . 36000,5В перегородке выполнено 8 отверстий диаметром. 12 мм. Фактическая площадь отверстий в перегородке 0,0009 м,гВ стенке внутренней трубы со стороны, 40противоположной холодильнику, выполнено 20 отверстий диаметром 16 ммобщей площадью 0,00402 мг. При этомотношение площади отверстий в стенкевнутренней трубы к площади отверстийперегородки составляет 4,5. Скорость 45пара в отверстиях внутренней трубыравна 6,3 м/с, во внутренней трубе6,5 м/с. Холодильник выполнен в виде цилиндрического корпуса, в который устанавливается охлаждаемый участок ролика. С целью. интенсификации теплообменавнутренняя часть охлаждаемого участка ролика выполнена оребренной. Подвод воды к холодильнику осуществляется тангенциально. Корпус холодильника снабжен отверстием для периодической очистки внешней поверхности ролика.Эффективность применения предложенного ролика заключается в увеличении стойкости роликов, уменьшении удельных расходов топлива, улучшении качества нагрева металла. Ожидается увеличение стойкости роликов по меньшей мере в три разаЭкономический эффект от увеличения стойкости роликов составляет 100 тыс руб. в год. Снижение удельных расходов топлива составляет около 10, что дает экономический эффект в сумме 40 тысруб. в год, Суммарный ожидаемый экономический эффект от применения предложенного ролика в условиях проходной подогревательной печи крупносортного стана 600 составляет около 140 тысруб; в год.Формула изобретенияПечной ролик, содержащий корпус и закрепленную концентрично внутри его трубу с отверстиями, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения стойкости ролика и повышения КПД печи, ролик выполнен в виде герметичного корпуса, заполненного жидким теплоносителем и снабжен холодильниками, расположенными на торцах, при этом крепление трубы к корпусу выполнено в виде перегородок с отверстиями, площадь которых составляет 0,25- -0,1 площади отверстий внутренней трубы.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 160196, кл. С 21 0 9/50, 1975.2. ПатЕнт ФРГ Р 1408274, кл 18 с9/00, 1970.654845У 11Составитель В.БербеневРедактор Д.Павлова Техред О.Андрейко . КорректорО.БилакЗаказ 2151/11 Тираж 695 Подписное ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауиская набд,4/5 филиал ППП Патент, г.ужгород, Ул.Проектная,4