Процес нагрівання садки металу в термічних печах

Винахід відноситься до металургійної теплотехніки, зокрема, до способів нагрівання металу при термообробці в камерних газових печах періодичної дії. Відомий процес нагрівання масивної садки металу в камерних печах періодичної дії, що включає нагрівання продуктами горіння й витримку в них при постійному тиску продуктів горіння на поду, у якому, відповідно до винаходу, продукти горіння подають у робочий простір печі зі швидкістю 100-120м/с, причому, у період витримки їх подають періодично: тривалістю 5-10хв. паузою 1,5-2хв [Авт. свід. СРСР №722964, З21Д 9/00. Бюл. №11. Опубліковано 25.03.80]. Недоліки цього способу: 1) необхідність у газоподібному паливі; 2) установка контрольно-вимірювальних апаратів для підтримки співвідношення газ-повітря; 3) потрібні додаткові апарати, що споживають електроенергію, для завдання й витримки тривалості пауз і періодів подачі продуктів горіння в робочий простір печі. Відомий також спосіб термічної обробки виробів у рециркуляційних печах, що включає нагрівання з витратою робочої газоповітряної суміші при коефіцієнті витрати повітря (a = 1,0-1,02), витримку зі зменшенням витрати робочої газоповітряної суміші й охолодження, у якому, відповідно до винаходу, нагрівання ведуть із додатковою подачею газоповітряної суміші в кількості 7-8%, витримку з додатковою подачею газоповітряної суміші в кількості 25-30% і одночасною рециркуляцією високотемпературних димових газів, а охолодження проводять із відключенням робочої газоповітряної суміші й наступною подачею робочого повітря з додатковою подачею газоповітряної суміші в кількості 28-30% [Авт. свід. СРСР №730836, З21Д 9/00, F27Д 7/00. Бюл. №16. Опубліковано 05.05.80]. Недоліками цього способу є необхідність в: 1) газоподібному паливі; 2) контрольно-вимірювальних апаратах для організації й підтримки складу газоповітряної суміші. Відомий спосіб опалення прохідної печі з робочою й нагрівальною камерами, що включає подачу й спалювання палива в робочій камері, змішання продуктів горіння, що відходять, з рециркулюючими газами підігрівальної камери й струминне обдування отриманою сумішшю заготівок, що підігрівають, у якому, відповідно до винаходу, відібрані з робочої камери продукти горіння й змішані з рециркулюючими газами підігрівальної камери примусово подають у робочу камеру розосередженими струменями в кількості 0,2-0,6 загальної кількості рециркулюючих у печі газів [Авт. свід. СРСР №1504269, 321Д 1/767.Бюл. №32. Опубліковано 30.08.89]. Недоліками цього способу є необхідність в: 1) дефіцитному газоподібному паливі; 2) подачі повітря для спалювання палива; 3) апаратури, що контролює витрати газу й повітря; 4) соплах системи струминного обдування заготівок, що підігрівають. Крім того, установка додаткових сопіл у футеровці печі послабляє її міцність. Найбільш близьким по технічній сутності винаходу, що заявляється, і результату, що досягається, є спосіб нагрівання металу під термообробку, що включає одночасну й автономну подачу в робочу камеру печі робочої й допоміжної газоповітряної суміші, у якому, відповідно до винаходу, співвідношення витрат допоміжної й робочої сумішей збільшують від 5 до 30% до кінця нагрівання, при цьому співвідношення змінюють шляхом зменшення витрати робочої й збільшення витрати допоміжної газоповітряної суміші [Авт. свід. СРСР №889723, 321Д 9/00. Бюл. №46. Опубліковано 15.12.81]. Недоліками цього способу є необхідність в: 1) дефіцитному й дорогому газоподібному паливі; 2) апаратурах для підтримки необхідного співвідношення газ-повітря в робочій і допоміжній сумішах; 3) апаратурах для підтримки необхідного співвідношення витрат допоміжної й робочої сумішей. В основу винаходу поставлене завдання максимального використання теплоти продуктів горіння (димових газів), що залишають високотемпературні печі для нагрівання металу перед обробкою тиском, для економії й навіть повної відмови від дефіцитного газоподібного палива й застосування наявного повітропроводу й пальників термічної печі. Поставлене завдання вирішується тим, що в процесі нагрівання садки металу при нагрівання в термічних печах, що включає подачу в робочу камеру робочої суміші, відповідно до винаходу, як робоча суміш використають високотемпературні димові гази, що відбирають із нагрівальної печі, що працює синхронно з термічною піччю, і подають їх у термічну піч. Оскільки наявність в авторів сукупності ознак, що характеризують сутність винаходу, невідомого з рівня техніки, то винахід відповідає критерію "новизна". Використання пропонованого процесу нагрівання садки металу в термічній печі дозволяє повністю відмовитися від газоподібного палива й зменшить викиди в навколишнє середовище. Сутність винаходу, що заявляє, не випливає явно для фахівця з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, що характеризують відоме рішення не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність відмітних ознак винаходу дозволяє одержати новий технічний результат. Отже, пропонований винахід відповідає критерію "винахідницький рівень". Винахід пояснюється графічно на прикладеної Фіг., де зображена схема реалізації заявленого процесу нагрівання з елементами конструкції нагрівальної печі 1 з пальниками, димовідвідним каналом 2 і перекривальним шибером 3, високотемпературний димосос 4, через усмоктувальний патрубок підключений до димовідвідного каналу. Вихлопний патрубок димососа трубопроводом 5 з'єднаний з повітряним колектором 6 подачі диму (замість повітря) через пальники 7 у робочий простір термічної печі 8, що димовідвідним каналом 9 підключена (через рекуператор 10) до димаря. Доцільність відмітних ознак обумовлена наступними обставинами: 1. Основним теплоносієм для нагрівальних і термічних печей є дефіцитне й дороге газоподібне паливо; 2. Понад третину тепла, виділюваного в печі при згорянні палива - робочої суміші виноситься високотемпературним димом [Розрахунки нагрівальних і термічних печей: Справ, вид. Під ред. Тимчака В.М. і Гусовського В.Л. М.: Металургія, 1983, 480с.]; 3. Застосування різних теплообмінників-рекуператорів, котлів-утилізаторів повністю проблему зниження енерговитрат не вирішують [Щукин А.А. Економія палива в чорній металургії. М.: Металургія, 1973. 272с.]; 4. Можливе зменшення енерговитрат (газоподібного палива) приблизно вдвічі при нагріванні металевих садок під термообробку продуктами згоряння (димом), що відбирають із високотемпературної печі для нагрівання металу під кування (штампування). Процес реалізується в такий спосіб. У нагрівальній печі 1 спалюється робоча суміш - газоподібне паливо з повітрям. Високотемпературні продукти горіння по каналу 2, перекритому шибером 3 від димаря, за допомогою димососа 4 подаються по існуючому повітропроводу 5, повітряному колектору 6 через пальники 7 у робочий простір термічної печі 8 для нагрівання садки металу відповідно до заданого режиму. Відпрацьовані продукти горіння віддаляються з термічної печі 8 по її димовідвідним каналам 9 у димар і можуть бути використані для підігріву в рекуператорі 10 повітря, необхідного для спалювання палива в нагрівальній печі 1. При необхідності шибер 3 відкривається, відключається димосос 4 і по повітропроводу 5, повітряному колектору 6 до пальників 7 подається повітря, необхідне для спалювання палива, що подається по існуючому газопроводу. Використання пропонованого процесу нагрівання садки металу в термічних печах дозволяє повністю відмовитися від газоподібного палива й зменшити викиди в навколишнє середовище. Пропонований винахід, що заявляється, базується на дослідженнях методами математичного моделювання, які можуть бути багаторазово виконані, у тому числі в промислових умовах. Необхідне додаткове устаткування - високотемпературні димососи випускаються. Таким чином, він відповідає критерію "промислове впровадження".