Газова ковпакова піч

Изобретение относится к термическому оборудованию прокатного производства, а именно к газовым колпаковым печам для термообработки холоднокатаной листовой стали в пакетах, и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, автомобильной и ряде других отраслей промышленности. Наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является газовая колпаковая печь, содержащая стенд с установленными на нем с образованием рабочей камеры прямоугольным муфелем и металлическим футерованным колпаком с горелками, расположенными на его боковых и торцевых стенках под углом к горизонтальной плоскости и центральной оси печи, под с размещенными в нем жароупорными трубами прямоугольного сечения, соединенными входными патрубками с рабочей камерой и выходными патрубками с расположенными под подом индекторами для отвода продуктов горения [1]. Признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: стенд, прямоугольный муфель, металлический футерованный колпак с горелками, расположенными на его боковых и торцевых стенках под углом к горизонтальной плоскости и центральной оси печи, под с расположенными в нем жароупорными трубами прямоугольного сечения, соединенными входными патрубками с рабочей камерой и выходными патрубками с расположенными под подом инжекторами для отвода продуктов горения. Известная конструкция газовой колпаковой печи также не позволяет обеспечить равномерный подвод тепловой энергии продуктов горения к нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла из-за наличия значительного перепада температуры как по длине рабочей камеры (в пределах каждой из подовых труб), так и по ее ширине (в частности, на периферийных участках печи). Это вызвано тем, что потоки продуктов горения, перемещаясь по подовым трубам навстречу друг другу, отдают отдельным участкам нижней поверхности стопы листового металла различное количество своей тепловой энергии. При этом интенсивность теплоотдачи от продуктов горения к основанию нижней части стопы на горизонтальных участках подовых труб со стороны выходного патрубка будет значительно меньше, чем на горизонтальных участках подовых тр уб со стороны входного патрубка, что обусловлено снижением температуры продуктов горения по длине труб по мере продвижения от входа к выходу. Кроме того, если в центральной части рабочей камеры печи (по ее ширине) для горизонтальных участков подовых труб будет примерно равный температурный уровень уходящих продуктов горения, то на периферии рабочей камеры его значения будут значительно отличаться от среднего уровня температуры как по длине, так и по ширине подовых тр уб. Количество тепловой энергии, подводимой продуктами горения к нижней поверхности стопы листового металла, определяется исключительно величиной изменяющегося по длине подовых труб температурного уровня продуктов горения, покидающих рабочую камеру печи. Как следствие, отдельные участки нижней поверхности стопы листового металла в процессе нагрева имеют различную температур у: самую высокую - в зонах, прилегающих к горизонтальным участкам подовых труб со стороны входного патрубка, самую низкую в зонах, прилегающих к горизонтальным участкам подовых труб со стороны выходного патрубка, что приводит к снижению производительности печи. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать газовую колпаковую печь изменения высоты проходного сечения горизонтального участка подовых труб, что позволит стабилизировать количество тепловой энергии, подводимой к различным участкам нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла и за счет этого обеспечить, ее равномерный нагрев и тем самым повысить производительность печи. Поставленная цель решалась следующим образом. В газовой колпаковой печи, содержащей стенд с установленными на нем с образованием рабочей камеры прямоугольным муфелем и металлическим футерованным колпаком с горелками, установленными на его боковых и торцевых стенках под углом к горизонтальной плоскости и центральной оси печи, под с расположенными в нем жароупорными подовыми трубами прямоугольного сечения, соединенными входными патрубками с рабочей камерой и выходными патрубками с расположенными под подом инжекторами для отвода продуктов горения, согласно изобретения, подовые трубы на горизонтальном участке выполнены с переменной высотой, определяемой соотношением где hi - высота проходного сечения подовой трубы в i-том сечении ее горизонтального участка со стороны входного патрубка, м; ho - высота проходного сечения подовой трубы в начале горизонтального участка со стороны входного патрубка, м; b - ширина проходного сечения горизонтального участка подовой трубы, м; li - расстояние до i - го сечения от начала горизонтального участка со стороны входного патрубка, м. Сохранение неизменного по длине проходного сечения подовых труб температурного уровня продуктов горения, покидающих рабочую камеру печи, практически не представляется возможным. В связи с этим повышение равномерности подвода тепловой энергии к нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла может быть достигнуто путем увеличения скорости течения продуктов горения от входа горизонтального участка подовых труб к его выходу, а, следовательно, и значений коэффициента теплопередачи в системе "продукты горения - подовая труба - нижняя поверхность стопы листового металла", которое обеспечивается за счет уменьшения высоты проходного сечения горизонтального участка подовых труб по длине рабочей камеры от максимальных значений на стороне входного патрубка до минимальных значений на стороне выходного патрубка. Количество тепловой энергии, передаваемой продуктами горения, покидающими рабочую камеру печи, к нижней поверхности стопы листового металла на горизонтальном участке подовой трубы, расположенном на расстоянии li со стороны входного патрубка, (QMi) определяется по формуле где a i - коэффициент теплопередачи в системе "продукты горения - подовая труба - нижняя поверхность прямоугольной стопы листового металла" на i - том горизонтальном участке подовой трубы, расположенном на расстоянии li со стороны ее входного патрубка, Вт/(м 2 × К); Tп.гi - температура продуктов горения в i-том сечении горизонтального участка подовой трубы, расположенном на расстоянии li от начала со стороны входного патрубка, К; TMi - температура нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла в i - том сечении горизонтального участка подовой трубы, расположенном на расстоянии li от начала со стороны входного патрубка, К; Fi - нижняя тепловоспринимающая поверхность i - того участка прямоугольной стопы листового металла, м 2. Следовательно, уменьшение температурного уровня продуктов горения Tп.гi, покидающих рабочую камеру печи, по длине горизонтального участка подовой трубы компенсируется соответствующим увеличением значений коэффициента теплопередачи a i от минимальных значений на стороне входного патрубка до максимальных значений на стороне выходного патрубка, что позволяет практически стабилизировать количество тепловой энергии QMi, подводимой к различным участкам нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла. На фиг.1 приведен продольный разрез предлагаемой газовой колпаковой печи; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1. Предлагаемая колпаковая печь состоит из стенда 1 с установленными на нем с образованием рабочей камеры жаропрочным прямоугольным муфелем 2 и металлическим футерованным нагревательным колпаком 3, пода, выполненного в виде литых опор 4 под прямоугольную стопу листового металла 5, между которыми расположены жароупорные подовые трубы прямоугольного сечения 6, соединенные входными патрубками с рабочей камерой и выходными патрубками с расположенными под подом инжекторами 7 для отвода продуктов горения. Нагревательный колпак 3 оборудован горелками 8, расположенными вдоль его боковых стенок и установленными под углом 30 - 40° к горизонтальной плоскости и разным углом наклона к центральной оси печи, а также двумя парами горелок 9, размещенными в центре торцевых стенок на расстоянии 5,7 - 6,6 диаметров их газовых сопл друг от друга и направленными на муфель 2 по симметрично расходящимся в сторону его периферии траекториям при угле, наклона между ними 55 - 80°. Жароупорные подовые трубы 6 на горизонтальном участке выполнены с переменной по длине рабочей камеры высотой проходного сечения, уменьшающейся в направлении от входного патрубка трубы к ее выходному патрубку. Предлагаемая газовая колпаковая печь работает следующим образом. На литые опоры 4 стенда 1 загружают прямоугольную стопу листового металла 5 и накрывают муфелем 2. После вытеснения из-под муфеля 2 атмосферного воздуха на стенд 1 устанавливают нагревательный колпак 3. В инжекторы 7 нагнетают под давлением воздух и в подовых трубах 6 создается разрежение. Затем подают газ и разжигают горелки 8 и 9 на колпаке 3. Продукты горения, осуществляя достаточно равномерное смывание наружной поверхности муфеля 2, под действием создаваемого инжекторами 7 разрежения направляются в жароупорные подовые трубы 6 и удаляются из рабочей камеры печи, равномерно расходуя свою тепловую энергию на нагрев нижней части поверхности стопы листового металла. Равномерной передаче тепловой энергии от продуктов горения, покидающих рабочую камеру печи, к нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла 5 способствует переменная по длине горизонтального участка подовых тр уб 6 высота проходного сечения, которая позволяет компенсировать понижение температурного уровня продуктов горения, покидающих рабочую камеру печи, по длине горизонтального участка подовых труб соответствующим увеличением величины коэффициента теплопередачи в системе "продукты горения - подовая труба - прямоугольная стопа листового металла" от минимальных значений на горизонтальных участках, расположенных вблизи входного патрубка подовых тр уб, до максимальных значений на горизонтальных участках, прилагаемых к выходным патрубкам, за счет повышения скорости течения продуктов горения по подовым трубам, т.е. п утем дополнительной утилизации их тепловой энергии. В конечном итоге, это позволит достигнуть равномерное повышение теплосодержания различных участков стопы листового металла, а, следовательно, и равномерный рост ее температурного уровня на протяжении всего периода термической обработки в печи. При этом, как показали результаты испытаний на огневом стенде модели предлагаемой газовой колпаковой печи (акт испытаний прилагается), равномерность повышения температурного уровня нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла в 2,5 ... 3,0 раза выше, чем для известной печи, что способствует дополнительному сокращению длительности периода нагрева металла. Возможность реализации заявляемого технического решения может быть проиллюстрирована на примере газовых колпаковых печей, оснащенных жароупорными подовыми трубами с переменной по длине горизонтального участка высотой проходного сечения (см. таблицу). Достаточная равномерность передачи тепловой энергии от продуктов горения, покидающих рабочую камеру печи, к нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла по длине жароупорных подовых труб предлагаемой печи достигается при экспоненциальном изменении высоты проходного сечения горизонтального участка труб о т 0,10 и 0,078м в его начале до 0,047 и 0,045м в его конце. Повышение равномерности нагрева металла в печи, достигаемое путем увеличения количества тепловой энергии, подводимой продуктами горения к периферийным участкам нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла, за счет выполнения проходного сечения горизонтального участка подовых труб с различной по его длине высотой позволяет улучшить по сравнению с прототипом следующие показатели: сократить продолжительность периода нагрева металла в колпаковых печах с прямоугольным муфелем на 4,0 - 5,0ч за счет ликвидации недогрева периферийных участков нижней поверхности прямоугольной стопы листового металла; снизить расход газообразного топлива на 5,0 - 6,0% за счет уменьшения длительности нагрева металла.