Регенеративный нагревательный колодец
REGENERATIVE HEATING WELL

Изобретение относится к устройствам для нагрева слитков металла перед прокаткой.
Известен регенеративный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, снабженного перемещающейся крышкой и горелкой, блоков регенераторов, примыкающих к камере друг напротив друга со стороны задней и фронтальной стен (Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии. - М.: Металлургия, 1989. 462 с.).
Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения тепловых потоков и температур по высоте слитков и их неравномерный нагрев из-за расположения факела только в нижней части камеры. Для выравнивания температуры слитков по высоте их выдерживают в камере колодца дополнительное время до достижения каждой частью слитка температуры, необходимой для последующей обработки, что приводит к дополнительным затратам времени и расходу топлива.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является регенеративный нагревательный колодец, содержащий камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами и перемещающейся крышкой, блоки регенераторов и горелки, расположенные на одной из боковых стен (RU, №2637200, кл. C21D 9/70, 2017 г.).
Недостатком данного регенеративного нагревательного колодца является неравномерность температуры по длине факелов горелок, расположенных на одной из боковых стен и, как следствие, неравномерность распределения тепловых потоков и температур по боковым поверхностям слитков. Горение топлива в факеле начинается у среза грелки и заканчивается в конце длины факела. По длине факела сгорает все поступившее в грелку топливо. На начальном участке факела происходит интенсивное горение топлива, интенсивность горения топлива достигает максимума к середине длины факела, на конечном участке факела происходит догорание топлива. От начала до середины факела сгорают 65-75% топлива, остальные 25-35% топлива догорают от середины до конца факела.
В соответствии с интенсивностью сгорания топлива температура факела возрастает от среза горелки, достигает максимума посередине факела и резко уменьшается в конце факела, где происходит догорание топлива. Температура факела в конце его длины значительно меньше температуры в начале и посередине факела. Такое неравномерное распределение температуры и мощности по длине факела вызывает неравномерное распределение тепловых потоков от факела по боковым поверхностям слитков. На боковые поверхности слитков, расположенных напротив участка факела у горелок, подают в 1,5-2 раза больше потоки теплового излучения по сравнению с потоками теплового излучения факела на боковые поверхности слитков, расположенных напротив конечного участка факела. Боковые поверхности слитков, находящихся у боковой стены, где расположены горелки, нагреваются быстрее вследствие большей температуры факела и больших тепловых потоков излучений, падающих от факела на поверхности слитков. Боковые поверхности слитков, находящиеся у стены, противоположной боковой стене с горелками, нагреваются медленнее вследствие меньшей температуры факела и меньших тепловых потоков излучения, падающих от факела на поверхности слитков.
Вследствие неравномерного распределения тепловых потоков излучений по боковой поверхности слитков расположенные у боковой стены с горелками слитки нагреваются быстрее слитков, находящихся у противоположной стены. Для выравнивания температуры слитков, расположенных у боковой стены, противоположной боковой стене с установленными в ней горелками, слитки выдерживают в колодце дополнительное время с включенными нижним и верхним факелами. Работа колодца во время выдержки с включенными нижним и верхним факелами приводит к дополнительному расходу топлива и увеличению времени нагрева слитков.
Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции регенеративного нагревательного колодца с возможностью равномерного распределения тепловых потоков и температур по боковым поверхностям слитков.
Техническим результатом обеспечение уменьшение времени пребывания слитков в печи, повышение производительности, снижение расхода топлива за счет равномерного нагрева слитков металла в колодце.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что регенеративный нагревательный колодец содержит камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами и перемещающейся крышкой, блоки регенераторов и горелки, при этом блоки регенераторов расположены со стороны задней и фронтальной стены камеры, и включают воздушные регенераторы, газовые регенераторы и камеру смесеобразования, которая через технологическое отверстие связана с камерой горелки, которые расположены в верхней части на одной из боковых стен. Согласно изобретению, камера дополнительно снабжена горелками, расположенными на противоположной боковой стене, причем каждая горелка расположена на общей оси с расположенной напротив горелкой и выполнена с возможностью образования узкого короткого факела напротив каждой из боковых, обращенных друг к другу, поверхностей слитков, при этом колодец снабжен средствами контроля мощности и температуры факелов.
Наличие горелок, расположенных на противоположной боковой стене, причем каждая горелка установлена на общей оси с расположенной напротив горелкой позволяет создавать узкие короткие факелы напротив каждой из боковых обращенных друг к другу поверхностей слитков. Мощность факелов контролируется средствами контроля мощности и температуры факелов и в процессе нагрева слитков составляет такую величину, что потоки теплового излучения факелов, падающие на поверхность слитков, не вызывают их оплавление. Мощность и температура факелов одинакова и они излучают на боковые обращенные друг к другу поверхности слитков одинаковые тепловые потоки, равномерно нагревая находящиеся в колодце слитки. Совместная работа факелов в верхней части колодца с факелом в нижней части колодца обеспечивает равномерность нагрева всех четырех боковых поверхностей слитков и приводит к уменьшению времени нагрева слитков, повышению производительности, снижению расхода топлива.
При установке каждой из горелок выше оси расположенной напротив на боковой стене горелки факелы удаляются от слитков и приближаются к крышке, что вызовет оплавление ее футеровки и увеличение тепловых потерь через крышку. При установке каждой из горелок ниже оси расположенной напротив на боковой стене горелки факелы приближаются к слиткам, что вызовет перегрев и оплавление верхней части слитков.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема регенеративного нагревательного колодца; на фиг. 2 - вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 - вид сверху в разрезе Б-Б.
Регенеративный нагревательный колодец состоит из камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда. Камера 1 сверху ограничена перемещаемой крышкой 2, а с боков - футерованными стенами: задней 3, боковыми 4 и фронтальной 5. Со стороны задней 3 стены и фронтальной 5 расположены блоки 6 регенераторов, включающих воздушные регенераторы 7, газовые регенераторы 8 и камеру 9 смесеобразования, которая через технологическое отверстие 10 связана с камерой 1 с размещенными в ней рядами слитками 11. Через технологическое отверстие 10 в камеру 1 формируется факел 12. В верхней части камеры 1 колодца на расстоянии от крышки 2, равном 0,25-0,30 высоты стен, на общей горизонтальной оси на боковых стенах 4 установлены горелки 13. Горелки 13 формируют узкие короткие факелы 14, которые располагаются между слитками 11 в верхней части камеры.
Регенеративный нагревательный колодец работает следующим образом. Нагреваемые слитки 11 через перемещающуюся крышку 2 устанавливают в камеру 1 колодца. Работа регенеративного нагревательного колодца происходит в два цикла. В первом цикле функционирует левый и правый блоки 6 регенераторов и горелки 13. Газ и воздух поступают, соответственно, через газовый 8 и воздушный 7 регенераторы. Газовоздушная смесь образуется в камере 9 смесеобразования левого блока 6 регенераторов. Одновременно газ и воздух поступают в десять горелок 13 для создания газовоздушной смеси и образования верхних факелов 14. Истекающие из камеры 9 смесеобразования левого блока 6 регенераторов и горелок 13 газовоздушные смеси при зажигании образуют узкие короткие факелы 14 в верхней части и один факел 12 в нижней части камеры 1. Вывод из камеры 1 колодца продуктов сгорания, образующихся при горении газовоздушных смесей в факеле 12 и в факелах 14, осуществляется через воздушный 7 и газовый 8 регенераторы правого блока 6 регенераторов.
При достижении верхними рядами регенеративных насадок определенной технологией температуры начинается второй цикл, в котором подача газа и воздуха происходит, соответственно, через газовый 8 и воздушный 7 регенераторы правого блока 6 регенераторов. Газовоздушная смесь образуется в камере 9 смесеобразования правого блока 6 регенераторов и проходит через технологическое отверстие 10 в камеру 1 колодца. Одновременно газ и воздух подаются в десять горелок 13 для создания газовоздушной смеси и выхода ее из горелок 13 в камеру колодца 1.
Газовоздушные смеси, выходящие из блока 6 регенераторов через технологическое отверстие 10 и из горелок 13 в камеру 1 колодца, зажигают при этом верхние узкие короткие факелы 14 в верхней части и один факел 12 в нижней части камеры 1 колодца. Продукты сгорания, образующиеся при сжигании топлива в факелах 12, 14 выводятся через воздушный 7 и газовый 8 регенераторы левого блока регенераторов 6.
Верхние узкие короткие факелы одинаковой мощности и температуры находятся между слитками. Верхние узкие короткие факелы равномерно нагревают каждую из боковых обращенных друг к другу поверхностей слитков.
Таким образом, верхние узкие короткие факелы 14 нагревают боковые поверхности слитков 11, обращенные друг к другу, нижний факел 12 нагревает боковые поверхности слитков 11, обращенные к продольной оси симметрии колодца, а нагретые факелами 14 боковые стены 4 нагревают обращенные к ним боковые поверхности слитков 11, что приводит к равномерному нагреву всех четырех боковых поверхностей слитков 11. Мощность верхних узких коротких факелов 14 в процессе нагрева слитков 11 контролируется средствами контроля мощности и температуры факела. Мощность верхних узких коротких факелов 14 такова, что потоки их теплового излучения на поверхность слитков 11 не вызывают оплавление поверхности слитков. Так как верхние узкие короткие факелы 14 нагревают верхние части слитков 11, а нижний факел 12 нагревает нижние части слитков 11, то слитки 11 равномерно нагреваются по высоте. Равномерный нагрев всех четырех боковых поверхностей слитков 11 уменьшит общее время нагрева до заданной температуры, повысит производительность колодца, снизит расход топлива.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.