Конвекторне кільце для термічної обробки рулонів у ковпакових печах

1 Конвекторне кільце для термічної обробки рулонів у ковпакових печах, що містить верхній на нижній кільцеві диски, а також канали між ними, яке відрізняється тим, що канали утворені ребрами, які з'єднують диски і розташовані віялом з кроком 12-24°, вимірюваним центральним кутом в площині дисків, та під сталим кутом відносно центрального променя, проведеного з центри дисків до найближчого торця ребра, до того ж ребра у поперечному розрізі мають форму порожнього прямокутника 2. Конвекторне кільце за п 1, яке відрізняється тим, що ребра виготовлені у формі відрізків прямокутних труб З Конвекторне кільце за п 2, яке відрізняється тим, що воно містить довгі і короткі ребра спіралеподібної форми що попарно чергуються, довгі ребра розташовані під кутом 25° відносно центрального променя, мають два радіуси кривини у площині дисків, що дорівнюють R=(0,45-0,60)(D+d)/2, r=(0,26-0,35)(D+d}/2, де D і d- відповідно ЗОВНІШНІЙ та внутрішній діаметри дисків, R - радіус кривини ребра на ДІЛЯНЦІ, ЩО прилягає до зовнішнього торця диска і має довжину TTR/2, г - радіус кривини ребра на ДІЛЯНЦІ, ЩО прилягає до внутрішнього торця диска, причому центр кривини ребра радіусом г знаходиться на промені, що виходить із центра кривини ребра радіусом R у точку зміни цієї кривини, а короткі ребра мають радіус кривини R і розташовані таким чином, що їх внутрішні торці віддалені від центра дисків на відстань L=(0,30-0 38)(D+d)/2, де L - відстань між центром диска і найближчим до нього торцем короткого ребра 4 Конвекторне кільце за п 2, яке відрізняється тим, що ребра виготовлені у формі прямолінійних відрізків труб змінної довжини, причому ребра найбільшої довжини розташовані від кутом 60° відносно центрального променя і з'єднують зовнішні та внутрішні торці дисків, а між цими ребрами розташовані короткі ребра таким чином, що прохідний переріз каналів у розтині, що проходить через найближчий торець короткого ребра перпендикулярно центральному променю, дорівнює прохідному перерізу каналів у зонах внутрішніх торців дисків Корисна модель належить до галузей термічної обробки металів та металургійного машинобудування і може бути використана як складова частина ковпакових печей для відпалу листового метала в рулонах ВІДОМІ конвекторні кільця, що містять кільцеві диски й канали між ними [авт свід СРСР № 1408181, F27D11/00, опубл БВ № 25, 1988 р , пат РФ № 15576, C21D9/673 опубл БВКМ № ЗО, 2000 р , заявка РФ № 98118671/02, C21D9/673, опубл БВКМ № 20, 2000 р ] Рулони листової сталі встановлюють на перегородки між каналами й обду вають нагрітим захисним газом Газ контактує з торцевою поверхнею рулонів, що розташовані над каналами Але відпалені на цих кільцях рулони мають низьку якість, тому що прямий контакт нагрітого газу приводить до перегріву торцевих поверхонь в місцях контакту Цей перегрів настільки значний, що веде до огрубіння структури листового метала, а також до зварювання або суміжних витків між собою в зонах прямого контакту з газом, або торців рулону і опорних площин перегородок Відоме прийняте за прототип конвекторне кі (О 1476 льце для термічної обробки рулонів у ковпакових печах, що містить нижній кільцевий диск із радіальними пазами, встановлені на нього і розділені між собою антифрикційним шаром кільцеві диски з вуглецевої сталі (товщиною 25 -40мм) і електротехнічної сталі [пат. РФ № 15477, C21D9/673, опубл БВКМ № 29, 2000 p.]. Кільце використовується для якісної' термообробки рулонів електротехнічної сталі і виключає прямий контакт нагрітого газу з торцями рулонів. Недоліком кільця є велика металоємність та трудомісткість його виготовлення В основу корисної моделі поставлено задачу зменшити металоємність та трудомісткість виготовлення конвектор ного кільця. Поставлена задача досягається у конвекторному КІЛЬЦІ для термічної обробки рулонів у ковпакових печах, що містить верхній та нижній кільцеві диски, а також канали між ними, яке відрізняється тим, що канали утворені ребрами, які з'єднують диски І розташовані віялом з кроком 12 - 24°, вимірюваним центральним кутом в площині дисків, та під сталим кутом відносно центрального променя, проведеного з центру дисків до найближчого торця ребра, до того ж ребра у поперечному розрізі мають форму порожнього прямокутника. Доцільно виготовляти ребра у формі відрізків прямокутних труб і розташовувати між дисками згідно трьом варіантам. За першим варіантом кільце містить довгі і короткі ребра спіралеподібної форми, що попарно чергуються, довгі ребра розташовані під кутом у = 25" відносно центрального променя, проведеного з центру дисків, мають два радіуси кривини у площині дисків, що дорівнюють: R = (0,45-0,60){D + d)/2, r=(0,26-0,35)(D-t-d)/2, де D і d- ВІДПОВІДНО зовнішній та внутрішній діаметри дисків; R - радіус кривини ребра на ДІЛЯНЦІ, ЩО прилягає до зовнішнього торця диска і має довжину TTR/2; г - радіус кривини ребра на ділянці, що прилягає до внутрішнього торця диска, при чому центр кривини ребра радіусом г знаходиться на проміні, що виходить із центра кривини ребра радіусом R у точку зміни цієї кривини, а короткі ребра мають радіус кривини R і розташовані таким чином, що їх внутрішні торці віддалені від центру дисків на відстань". L = (0,30- 0,38)(D + d)/2, де L - відстань між центром диска і найближчим до нього торцем короткого ребра. За другим варіантом ребра виготовлені у формі прямолінійних відрізків труб змінної довжини, при чому ребра найбільшої довжини розташовані під кутом у = 60° відносно центрального променя і з'єднують зовнішні і внутрішні торці дисків, а між цими ребрами розташовані короткі ребра таким чином, що прохідний перетин каналів у розтині, що проходить через найближчий торець короткого ребра і перпендикулярний центральному променю, дорівнює прохідному перетину каналів у зонах внутрішніх торців дисків. За третім варіантом ребра виготовлені з трьох відрізків прямолінійних труб, що ЗМІНЮЮТЬ свій 4 напрямок в один бік на ділянках, які віддалені від центру дисків на відстані, що дорівнюють ВІДПОВІДНО 0,55 та 0,76 від полусуми діаметрів дисків, відрізки, починаючи з найближчого до центру дисків, розташовані під кутами відповідно уі - 43°, Уз = 33° та уз = 66° відносно центрального променя, при цьому найближчі до центру відрізки ребер мають змінну довжину, яка забезпечує однаковість розмірів прохідного перетину каналів, утворених відрізками найбільшої довжини у зонах внутрішніх торців дисків, та прохідного перетину каналів у розтинах, що проходять через найближчі до центру торці інших ребер перпендикулярно центральним променям Ефективна робота конвекторних кілець обумовлюється насамперед наданими нижче параметрами: 1) здатністю інтенсивно нагрівати (в процесі відпалу), або охолоджувати (після відпалу) стальні рулони за рахунок теплообміну між захисним газом, що циркулює в каналах кілець, дисками та торцями рулонів; 2) забезпеченням однакових умов нагріву торців рулонів, що досягається відсутністю прямого контакту нагрітого газу з торцями рулонів, а також коробления поверхонь дисків, тобто жорсткістю конструкції. Інтенсивний теплообмін між захисним газом і рулонами забезпечується виконанням ребер порожніми у розрізі, що за інших однакових обставин збільшує сумарний прохідний перетин каналів, покращує рівномірність та швидкість теплообміну. Спіралеподібність, а також виконання ребер з контуром ломаної лінії і під кутом у відносно центрального променя обумовлює закручення потоку захисного газу в каналах, тобто забезпечує його потрібну спрямованість на виході з кільця, збільшує площу теплообміну з кільцем, що також інтенсифікує процес відпалу. При достатній кількості ребер, яка дорівнює 360/р, забезпечується надійне скріплення дисків і виключається їх термічне коробления, яке може привести до деформування торцю рулонів, або їх зварювання з коробленими ділянками верхнього диску. При (3 24°, то площа розрізу каналів на виході з кільця стає занадто великою для забезпечення надійного закручення всього потоку газу, що виходить з кільця До того ж зменшується площа скріплення ребер з дисками, що може привести до появи коробления в окремих зонах дисків. Закручування потоку газу найбільш ефективне у тому випадку, якщо кожне друге ребро віддалити від центру дисків на відстань L, на периферійних ділянках дисків всі ребра виконати з радіусом кривини R, а в зонах, суміжних Із внутрішнім торцем дисків, у довгих ребер зменшити радіус кривини до величини г Таким чином: 1) у процесі пересування газу в каналах кільця закручування його елементарних об'ємів буде по 1476 траєкторії, що близька до спіралі Архімеда, тобто по траєкторії точки, що рухається зі сталою швидкістю (без опору); 2) спрощується технологія виготовлення ребер, тому що одинарну чи подвійну кривину виготовити легше, ніж кривину, що перманентно змінюється в залежності від кута р; 3) за рахунок використання коротких ребер початкова площа розрізу каналів зростає до розмірів, які потрібні за умовами експлуатації печі (температури, тривалості відпалу, об'ємів і почат1 кової швидкості потоку газу}. Якщо R > 0,60(D + d)/2 і г > 0,35(D + d)/2, то газ не встигає у потрібному обсязі віддавати тепло дискам, і піч експлуатується в неекономічному режимі. При R < 0,45(D + d)/2 і r < 0,26(D + d)/2 ускладнюються умови скріплення ребер із дисками, а також зростає опір потоку газу. Якщо L 0,38(D + d)/2, більш оптимальним рішенням є скорочення кроку розташування ребер до (3 = 12 - 18" при максимальних величинах RTa r. У разі, коли деформування порожніх ребер на потрібний радіус кривини ускладнено, доцільно використовувати другий та третій варіанти виготовлення ребер. Це у деяких випадках ще більш зменшує трудомісткість виготовлення кільця, а при вказаних умовах щодо розмірів ребер та їх координат на поверхні дисків досить незначно погіршує умови теплообміну між газом і рулонами у порівнянні з першим варіантом виготовлення ребер. Відсутність коробления та залишкового прогину елементів конвекторного кільця забезпечується достатньою товщиною дисків, а також жорсткістю ребер. Заміна профілю ребер в загальному випадку змінює сумарну площину ребер у центральному горизонтальному розтині, на яку діє вага рулонів. Така заміна не повинна привести до пластичної деформації ребра вздовж висоти Н, тобто потрібно виконання умови: , P/S