Спосіб нагрівання заготовок у методичній печі

Спосіб нагрівання заготовок у методичній печі, що включає завантаження заготовок у піч і розміщення їх на подині, подачу палива в пальники з наступним його спалюванням, відбір відпрацьованих продуктів згоряння на початку печі і підігрівання повітря за рахунок їхньої теплоти, подачу підігрітого повітря в пальники, який відрізняється тим, що підігріте повітря в КІЛЬКОСТІ 0,1-0,25 від його витрати в пальники подають через сопла на завантажені заготовки з температурою, рівною чи меншою за температуру підігрітого повітря Винахід належить до металургійної теплотехніки, зокрема, до методичних печей для нагрівання металу перед обробкою тиском і може бути використаний в прохідних нагрівальних печах металурги, машинобудуванні й інших галузях промисловості Відомий спосіб нагрівання заготовок, реалізований у печі з пристроєм, що підвищує тиск продуктів згоряння, де нагрівання металу здійснюється струменями високотемпературних продуктів згоряння через сопла по довжині методичної зони, продукти згоряння до сопел надходять зі зварювальної і томильної зон по трубопроводах, для їхнього транспортування і створення необхідного тиску, перед соплами використовують інжектор і димосос, що відбирає продукти згоряння, які відходять, з температурою близько 450°С перед димовою трубою (Патент США №3801267 кл 432-171 /F27B 9/02/, 1974) Недоліком даного способу нагрівання заготовок є підвищена питома витрата палива унаслідок великих втрат тепла з димовими газами, які відходять з печі, температура яких складає 11501200°С Найбільш близьким по технічній суті й ефекту, що досягається, до заявленого способу є спосіб нагрівання металу в методичній печі, що включає завантаження заготовок у піч і розміщення їх на подині подачу палива в пальники з наступним його спалюванням, відбір відпрацьованих продук тів згоряння на початку печі і підігрів повітря за рахунок їхнього тепла, подачу підігрітого повітря в пальники, причому відбір продуктів згоряння проводять на початку і наприкінці методичної зони, продукти згоряння в методичну зону подають по усій довжині через сопла, повітря, яке подаємся у пальники нижньої зварювальної зони печі, підігрівають продуктами згоряння, що відбираються в КІНЦІ методичної зони, а повітря, яке подасться у пальники верхньої зварювальної зони, підігрівають продуктами згоряння, що відбираються на початку методичної зони /Авторське посвідчення СРСР №1158603 МПКС21Д9/00 F27B 9/20, 1985/ Недоліком відомого способу нагрівання є підвищена питома витрата палива, угар металу, брак при прокатці, низька експлуатаційна СТІЙКІСТЬ елементів конструкції печі Це пояснюється наступним Продукти згоряння, що відбираються в КІНЦІ методичної зони при температурі понад 1300°С по тракту свого руху рекуператор, різко знижують свою температуру і повертаються вентилятором до сопел, встановленим уздовж цієї зони, при 400-450°С, Лише 25-30% падіння температури димових газів пов'язано з теплопередачею від них до повітря, що підігрівається, у рекуператорі, основна частка падіння температури обумовлена тепловтратами по тракту і, головним чином, з інтенсивним підсмоктуванням холодного повітря на ділянках, що працюють під значним розрядженням Воно створюється перед 1 ю ю ю 52557 високооборотним вентилятором, що повинний забезпечувати створення високошвидкісних струменів ' на поверхню металу/150-200м/с/ Незважаючи на істотне підвищення коефіцієнта конвективної тепловіддачі в місцях удару струменів об поверхню заготовок, середня ЩІЛЬНІСТЬ теплового потоку на метал знижується через значне зниження температурного напору між газами, що гріють, і металом, а також коефіцієнта променистої тепловіддачі Це веде до зниження КІЛЬКОСТІ тепла, засвоєного металом, зменшенню його температури на вході в зварювальну зону, необхідності її роботи з підвищеною витратою палива для компенсації додаткового теплового дефіциту, внесеного заготовками Наслідком зниження рівня температур у методичній зоні при подачі по її довжині через сопла охолоджених димових газів є також зниження ступеня підігріву повітря в рекуператорі, встановленому у вікна завантаження /на початку печі/, оскільки температура диму перед ним падає Зменшення температури підігріву повітря, що надходить з цього рекуператора на пальники зон, і зв'язане з цим зниження КІЛЬКОСТІ внесеного повітрям тепла в опалювальні зони печі, веде до зниження коефіцієнта корисного використання палива і росту питомих витрат палива на нагрівання Таким чином, піч працює зі зниженим ступенем регенерації теплоти газів, що відходять, підвищеними питомими витратами палива і зниженим ККД Методичні печі звичайно є одними з ланок у технологічному потоці виробництва металопрокату і їх задачею є забезпечення кондиційного нагрівання заготовок під прокату незалежно від їхньої початкової температури при завантаженні, що у силу ряду причин виробничого, технічного чи організаційного характеру змінюється від 20-30°С /холодний всад/ до 300-350°С Як показує досвід експлуатації, нагрів у печі заготовок зі зниженою тепломісткістю, особливо з температурою при завантаженні нижче 150-160°С, вимагає збільшення часу перебування металу в печі і форсованій роботі зварювальної зони на межі теплової потужності, що веде до зниження продуктивності агрегату і перевитраті палива Крім того, неминучим наслідком тривалого перебування металу при підвищених температурах є інтенсифікація процесу окалиноутворення, ріст угара металу, спостерігаються випадки оплавлення граней заготовок, звернених до факелів пальників, і зварювання заготовок Продукція з таких заготовок, як правило, має велику КІЛЬКІСТЬ поверхневих дефектів і високий відсоток браку РІЗКІ, практично 100%-ві коливання теплової потужності зварювальної зони негативно позначаються на СТІЙКОСТІ елементів футеровки, насамперед, склепіння печі, Через щилини, що утворяться в результаті коливань температури, між елементами кладки склепіння відбувається вибивання печних газів, що інтенсифікує розпал склепіння, його наступне місцеве чи повне обвалення з повною зупинкою печі на капітальний ремонт Задачами, на рішення яких спрямований - дійсний винахід, є зміна способу нагрівання загото вок у методичній печі шляхом подачі підігрітого в рекуператорі повітря в КІЛЬКОСТІ 0,1-0,25 від його витрати в пальники через сопла на заготовки, що завантажуються, температура яких дорівнює чи менше температури підігрітого повітря, що дозволяє зменшити тривалість їхнього нагрівання в печі і забезпечити більш стабільну теплову роботу зон на зниженій тепловій потужності за рахунок підвищення початкової тепломісткості цих заготовок і зменшення теплового дефіциту, внесеного ними в зони печі, скоротити питомі витрати палива на нагрівання, втрати металу від угару, брак при прокатці, підвищити експлуатаційну СТІЙКІСТЬ елементів конструкції печі, насамперед кладки склепіння Технічний результат досягається тим, що спосіб нагрівання заготовок у методичній печі, що включає завантаження заготовок у ніч і розміщення їх на подані, подачу палива в пальники з наступним його спалюванням, відбір відпрацьованих продуктів згоряння на початку печі в підігрів повітря за рахунок їхньої теплоти, подачу підігрітого повітря в пальники, згідно винаходу, підігріте повітря в КІЛЬКОСТІ 0,1-0,25 від його витрати подають в пальники через сопла на заготовки, що завантажуються, з температурою, рівної чи меншої температури підігрітого повітря Подача підігрітого повітря в КІЛЬКОСТІ 0,1-0,25 від його витрати в пальники через сопла на заготовки, що завантажуються* температура яких дорівнює чи менше температури підігрітого повітря, дозволила здійснити попередній підігрів і цим підвищити початкову тепломісткість заготовок, що надійшли на завантаження з температурою, меншою, чим температура підігрітого повітря, а для заготовок, що надійшли на завантаження з температурою, рівній температурі підігрітого в рекуператорі повітря, попередити їх підстужування до розміщення на падині На нагрівання попередньо підігрітого металу в опалювальних зонах витрачається менша КІЛЬКІСТЬ теплоти і тривалість нагрівання в них скорочується, зменшується витрата палива на піч і підвищується її продуктивність, що веде до зниження питомих витрат палива на нагрівання Крім того, скорочення часу перебування заготовок у печі при підвищених температурах сприяє зменшенню угара металу, попереджає оплавлення і зварювання заготовок у процесі нагрівання, тобто виключає причини для одержання продукції з поверхневими дефектами і браку в процесі нагрівання в печі Підігрів заготовок і попередження їх підстужування при завантаженні сприяє більш стабільній тепловій роботі зон печі, без граничних форсувань і різких змін теплової потужності, що веде до зменшення діапазону і частоти коливань температури кладки і підвищенню її експлуатаційної СТІЙКОСТІ Спосіб здійснюється таким чином На завантажувальному пристрої методичної печі вимірюють температуру заготовок, що надійшли на нагрівання, а на повітроводі після рекуператора-температуру підігрітого у ньому повітря Якщо температура заготовок, що завантажуються, вище температури підігріву повітря, то їх подають у піч і укладають на подані Якщо температура заготовок, що завантажу 52557 ються, дорівнює чи менше температури підігріву повітря, то вимірюють витрату повітря в пальники печі на спалювання палива відкривають дросель подачі підігрітого повітря на заготовки, що завантажуються, установлюють його витрату на рівні 1025% від його витрати в пальники і подають підігріте повітря через сопла на заготовки, що транспортуються по завантажувальному пристрої до їхньої подачі в піч Розмішені на подані заготовки переміщають по робочому просторі зон від вікна посаду печі до вікна видачі Тривалість перебування металу в зонах установлюють ВІДПОВІДНО ДО технологічної інструкції Задані за технологією температури в зварювальній і томильній зонах підтримують шляхом подачі в пальники цих зон палива і його спалювання в робочому просторі Відпрацьовані продукти згоряння відбирають на початку печі (у вікна посаду), направляють у рекуператор, а після рекуператора евакуюють на димар, У рекуператорі підігрівають повітря за рахунок утилізації теплоти димових газів, що відходять з печі, подають його в пальники на спалювання палива і на підігрів заготовок, що завантажуються Подача підігрітого повітря в КІЛЬКОСТІ менш 0,1 від його витрати в пальники не дозволяє запобігти охолодженню при завантаженні заготовок, температура яких близька до температури підігрітого повітря, оскільки тепловіддача від них у навколишнє середовище не компенсується теплопідводом від підігрітого повітря, що приводить до росту питомих витрат палива на нагрівання, порушенню стабільності теплової роботи зварювальної зони Подача повітря на заготовки в КІЛЬКОСТІ більш 0,25 від його витрати в пальник приводить до падіння ступеня підігріву повітря в рекуператорі, зменшенню КІЛЬКОСТІ фізичного тепла, внесеного їм у піч через пальники, зниженню рівня температури підігріву заготовок, які завантажуються, що служить причинами перевитрати палива, подовження нагрівання і посилення окалиноутворення Сутність винаходу пояснюється графічними матеріалами, де на фіг зображена схема розташування устаткування методичної печі, що містить робочий простір 1, пальники 2, рекуператор 3, вентилятор 4, димопад 5 для добору димових газів на початку печі, вікно 6 посаду заготовки, завантажувальні ґрати 7 з розташованими на них заготовками 8, рольганг 9 посаду заготовок у піч, трубопроводи 10 підведення підігрітого повітря до завантажувальних ґрат з регулювальним дроселем 11 і соплами 12 Партію заготовок 8, які надійшли на нагрівання у методичну піч, розміщають на завантажувальних гратах 7, за допомогою яких їх переміщають на рольганг посаду 9 Температуру заготовок 8 на завантажувальних гратах 7 контролюють пірометром і порівнюють її з температурою підігрітого в рекуператорі 3 повітря При їхній рівності чи перевищенні температури повітря з рекуператора 3 під температурою заготовок 8, що завантажуються, відкривають регулюючий дросель II на трубопроводі 10 і з його допомогою установлюють витрати повітря на заготовки, що завантажуються, на рівні /0,1-0,25/ від сумарної витрати повітря в пальники 2 Повітря подають у систему труб 10 із сопел 12, ще розміщені під завантажувальними гратами 7 Струменя підігрітого повітря із сопел 12 направляють на поверхню заготовок 8 під кутом 40-50°С, для забезпечення рівномірної тепловіддачі на заготовки відстань між соплами вибирають з розрахунку /11 -14/ діаметрів сопла, а відстань від сопла до поверхні заготовок - /6-7/ діаметрів сопла Підігріті заготовки передають на рольганг посаду 9, через вікно посаду і розмішають на подині в робочому просторі печі І, після чого припиняють подачу підігрітого повітря під завантажувальні ґрати 7 закриттям дроселя 11 щ трубопроводі 10 Для нагрівання заготовок у робочому просторі I за допомогою пальників 2 спалюють паливо з підігрітим у рекуператорі 3 повітрям, подачу якого в рекуператор на підігрів здійснюють вентилятором 4 Відпрацьовані димові гази з робочого простору 1 відбирають через димопад 5 на початку печі і направляють у рекуператор 3 для підігріву повітря, а потім на димар Дослідно-промислові іспити способу виконувалися на ЛІВІЙ методичній печі ДС-5 СПЦ-2 комбінату "Криворіжсталь" У печі виконують нагрівання заготовок перетином 80х80мм і довжиною 10 5I1 8м з вуглецевистої рядової, конструкційної і низьколегованої сталі перед прокаткою на дрібносортному стані з холодного /20-30°С/ і теплого посаду /50-310°С/ до 1220+/-10°С Продуктивність печі 70-200 заготовок на годину, КІЛЬКІСТЬ заготовок на завантажувальних гратах - 120-150шт , тривалість перебування металу на завантажувальних гратах 0,6-2,15 години , просування металу в печі по монолітному похилому поду довжиною 15м і шириною 12 6м здійснюють штовхальники з зусиллям 110 тонн, посад і видача заготовок - бокові У кожній із двох зон опалення печі встановлено по 11 двопровідних пальників типу "труба в трубі" за допомогою яких спалюють природний газ з теплотою згоряння 33 5мДж/нм3 Склепіння печі - підвісне із шамотного ребристого вогнетриву 829Р, причілки виконані із шамотної цегли марки ШБ5 Підігрів повітря до 180-200°С виконують у металевому петлевому рекуператорі Максимальна витрата газу на піч 8 Отис м час повітря - до ЮОтис м3/година Для проведення ІСПИТІВ під завантажувальними гратами на всю и довжину змонтований колектор, з якого по 6 трубам, діаметром 219мм із соплами діаметром 20мм і відстанню між соплами 300мм Сопла розміщені під кутом 45° до площини завантажувальних ґрат /до плоту заготовок/, відстань від їхнього зрізу до заготовок 200мм кожна труба колектора постачена вентилем для можливості регулювання розподілу повітря в трубах у період налагодження, а також відключення труби в разі потреби, підведення підігрітого в рекуператорі повітря до колекторів виконаний трубопроводом діаметром 600мм із установленим на ньому запорно-регулювальним клапаном Контроль температури заготовок, що надійшли на завантажувальні ґрати, виконується поплавочно приладом ТТ-Ц016 у комплекті з контактною термопарою ХК Контроль температури заготовок на видачі з печі і після 1 КЛІТІ стану робили пірометром "Смотрич-7-04" 52557 Відбір проб окалини Із заготовок здійснюється при їхній видачі з печі Інші параметри теплового режиму контролювалися за показниками стаціонарних приладів на шиті КВПіА Температура в зонах печі, режим спалювання палива і тиск у робітничому просторі підтримувалися ВІДПОВІДНО ДО ДІЮЧОЇ технологічної інструкції та інструкції з експлуатації печі Випробування запропонованого способу виконувалися протягом 5 діб /протягом доби при різній КІЛЬКОСТІ повітря, яке подавалося на підігрів заго 8 товок/, нагрів заготовок по базовому способу /без підігріву/ - протягом доби, результати порівняльних випробувань приведеш в таблиці Аналіз даних таблиці показує, що використання запропонованого способу в порівнянні з прототипом дозволяє забезпечити якісне нагрівання заготовок, запобігти оплавлення і зварювання заготовок у печі, знизити питому витрату палива на нагрівання на 5-6%, зменшити брак на 0 5-0 6%, знизити витрати вогнетривів на ремонт печі на 1015% Таблиця Спо сіб наг рівання 1 Доля повітря на заготовки ВІД його витрати при горінні 2 0,09 Нагрівання заготовок, шт доба Т-ра заготовок діри завантаженні °С с т-рой с т-рой рівной більше чи діапат-ри нище тзагазон підігріри льне вимірювання підігрівання вання ПОВІ по тря вітря Т-ра Пито ВидамеТ-ра ма но заго- талу Втрата ЗварюПровитра оплаПІДІметавання Витра товок ПІСта влен грі дукти в луз загото- Брак та газу при ЛЯ умов их того НІСТЬ окаливок в на печі видачі 1-й /о ного загопові- печі, ною, пе нм/сут ІЗ КЛІТІ пали тов тря, т/доб кг ут/т ЧІ, ШТ печі, става вок, °С на кг ут/т °С шт °С Т-ра середньодобова 5 2882 6 20-315 7 210 8 19010 9 1585 10 206800 11 1220 12 13 1150 57,89 14 2,096 15 24 1326 1539 2865 20-320 215 19010 1576 205080 -1-10 1220 МО 1150 57,74 1,944 5 0,175 1315 1559 2874 20-310 210 19010 1581 194630 -1-10 1220 МО 1150 54,62 1,455 0,25 1 1343 1526 2869 20-305 208 18515 1578 204590 •МО 1220 •МО 1150 57,52 1,937 3 0,26 Баз-ий 4 1568 0,1 Запропооаний 3 1314 1335 1537 2872 20-310 212 18020 1580 208420 •МО 1220 МО 1150 58,50 2,103 6 0 26 1328 1547 2875 20-315 211 19010 1582 206280 МО 1220 МО •М5 1150 57,85 •М5 1,958 23 16 17 6 0,7 0,12 0,2 14 0,6 52557 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10