СПОСОБ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЗАГРУЗОЧНЫХ И РАЗГРУЗОЧНЫХ ОКОН ПРОТЯЖНОЙ ПЕЧИ
PROCEDURE FOR GAS-DYNAMIC PRESSURISATION OF LOADING AND UNLOADING GATES OF DRAW FURNACE

Изобретение относится к термообработке стальной полосы, в частности к герметизации загрузочных и разгрузочных окон протяжных печей в защитной газовой среде посредством газового затвора, и может быть использовано преимущественно в агрегатах выпрямляющего или обезуглероживающего отжига электротехнической стали.
Известен способ герметизации загрузочно-разгрузочных окон проходных печей (SU 1303802, публ. 1986 г.) [1], включающий подачу и циркуляцию защитной атмосферы в замкнутом контуре, стабилизацию режима газодинамического уплотнения печи, которую обеспечивают тем, что давление защитной атмосферы в газовом затворе поддерживают равным давлению газов в печи путем изменения температуры в замкнутом контуре движения газа. Известный способ основан на возможности регулировать герметизирующие свойства газового затвора за счет изменения плотности перекачиваемого газа в результате его принудительного нагрева или охлаждения.
Основным недостатком этого способа является инертность. Так, при уменьшении давления защитной атмосферы в печи, с целью предотвращения подсосов воздуха через наружный пережим устройства, включается малоинерционная система автоматического подогрева газа, циркулирующего внутри затвора, вследствие чего достаточно быстро уменьшается его плотность, а значит и массовая производительность циркуляционного вентилятора. Регламентированные потери защитного газа через наружный пережим восстанавливаются, и режим уплотнения окна печи стабилизируется. Однако, когда давление в печи начнет возрастать по независимым от работы затвора причинам, например при увеличении подачи защитного газа в печь по условиям технологии термообработки, то температура газа в циркуляционном контуре движения газа должна быстро, в течение нескольких секунд, восстановиться до прежней величины, что невозможно, так как скорость охлаждения защитного газа внутри затвора будет определена малоинтенсивным теплообменом между поверхностью наружных стенок корпуса затвора и окружающим в цехе воздухом. В результате затвор будет работать в нерасчетном режиме с неоправданно большими потерями дорогостоящего защитного газа.
Известен способ герметизации входных и выходных проемов проходных печей для термообработки металлической полосы, реализованный в газовом затворе (SU 1190174, публ. 1985 г.) [2], который снабжен дополнительной камерой с размещенным в ней подающим коллектором с щелевым соплом и поворотным отражателем. При уменьшении давления газа в печи режим уплотнения печи осуществляют за счет перепуска недостающего в данный момент защитного газа в камеру отвода газового затвора в результате отклонения траектории движения плоской струи, находящейся под действием перепада давления газа по ее сторонам.
Основным недостатком известного способа является невозможность обеспечить регламентированные потери защитного газа из затвора при значительном понижении давления печной атмосферы от номинального (рабочего) значения вследствие того, что плоская струя под действием уменьшающегося перепада давления по ее сторонам все сильнее отклоняется в пределы прямоугольного входа приемного коллектора. В результате величина энергии части струи, которая не попадает в коллектор и распространяется под ним до поворотного отражателя, становится недостаточной для удержания перепада давления газа между зонами с повышенным и пониженным давлением в дополнительной камере. Вследствие этого газ из зоны с повышенным давлением поступает в зону с пониженным давлением дополнительной камеры, а затем через сбросной трубопровод в камеру отвода затвора и далее через наружные поворотные шторки в окружающую среду, увеличивая потери защитного газа затвора выше допустимых значений.
Наиболее близким к заявленному является промышленно освоенный способ герметизации входных (выходных) проемов печей, реализованный в газовом затворе (SU 723352, публ. 1979 г.) [3], содержащем последовательно установленные камеру нагнетания, камеру отвода, присоединенную к вентилятору с образованием циркуляционного контура движения газа, и камеру выхода газа. Защитный газ циркулирует в затворе за счет перепада давления в каждой из его камер, обусловленной нестабильностью давления в объеме печи. Для предотвращения подсоса воздуха в затвор, а затем и в печь, а также для стабилизации газодинамического режима между камерами нагнетания и отвода установлены перепускные клапаны, срабатывающие в зависимости от перепада давления в этих камерах, выполняющие одновременно функцию датчиков перепада давления и исполнительных механизмов. Клапаны открываются или закрываются последовательно при понижении или повышении давления газа в печи, покрывая дефицит или избыток газа, возникающий в условиях постоянной производительности вентилятора.
Одним из существенных недостатков такой стабилизации режима уплотнения является возникновение мгновенного скачкообразного изменения расхода газа, перепускаемого из камеры нагнетания в камеру отвода, что приводит к значительному колебанию величины потерь защитного газа из затвора от нулевых значений до неоправданно больших величин. Это явление усложняет, кроме того, работу системы автоматической стабилизации давления защитного газа в печном объеме, при этом не исключается возможность перехода этой системы в режим автоколебаний и нарушения условия поддержания стабильного давления газа в печном объеме.
Задача настоящего изобретения состоит в создании стабильно надежного и экономичного способа герметизации загрузочных и разгрузочных окон протяжной печи.
В отличие от известного, в заявленном способе герметизации для циркуляции защитного газа используют промежуточную камеру, соединенную с двумя вентиляторами с образованием относительно этой камеры двух независимых друг от друга циркуляционных контуров движения газа, при этом используют промежуточную камеру, соединенную с выходом одного из вентиляторов и выходом/входом другого реверсивного вентилятора, образующего циркуляционный контур движения газа, примыкающий к печи, при этом в промежуточной камере устанавливают и стабилизируют во времени давление газа, избыточное по отношению к атмосфере, но меньшее по величине, чем рабочее давление защитного газа в печи.
Давление защитного газа в промежуточной камере стабилизируют в диапазоне 0,25-0,5 от рабочего давления газа в печи.
Сущность изобретения заключается в следующем. В промежуточной камере устанавливают и стабилизируют во времени давление газа, избыточное по отношению к атмосфере, но меньшее по величине, чем рабочее давление защитного газа в печи. Стабилизация давления газа в промежуточной камере осуществляется с помощью системы автоматического регулирования за счет изменения производительности прилегающего (первого) к печи циркуляционного контура движения газа и приводит его производительность в соответствие с величиной и направлением перетока газа между промежуточной и соседней прилегающей к окну камерами затвора. Если давление газа в печи в определенный отрезок времени больше, чем давление газа в промежуточной камере, то возникает переток газа из соседней камеры в промежуточную, при этом реверсивный вентилятор работает таким образом, что соседняя камера является напорной (соединена с выходом вентилятора), а промежуточная камера, соответственно, камерой отвода (соединена со входом вентилятора). Когда давление газа в печи равно давлению в промежуточной камере, реверсивный вентилятор не работает, поскольку переток газа из одной камеры в другую отсутствует. Если давление газа в печи в другой отрезок времени по причинам, независящим от работы затвора, будет меньше, чем в промежуточной камере, то направление движения газа изменится на противоположное - от промежуточной камеры в соседнюю, ближнюю к окну печи, при этом вентилятор также изменяет направление движения газа, стабилизируя величину заданного давления газа в промежуточной камере. В этом случае промежуточная камера становится напорной камерой, а соседняя - камерой отвода. Во время работы печи производительность второго (дальнего от окна печи) циркуляционного контура движения газа является величиной постоянной, так как остаются неизменными как геометрические размеры проходных зазоров между промежуточной камерой нагнетания и соседней камерой отвода, так и величина стабилизируемого давления защитного газа в общей промежуточной камере. Направление движения защитного газа в циркуляционных контурах относительно промежуточной камеры будет совпадать, если давление газа в печи будет большим, чем стабилизируемое давление в промежуточной камере, и, наоборот, будет противоположным, если давление газа в печи будет меньше, чем в промежуточной камере.
Заявленный способ обнаруживает дополнительный положительный технический результат, если давление газа в промежуточной камере устанавливать в диапазоне 0,25-0,5 от величины давления газа в печи. В этом случае перетоки защитного газа под действием уменьшившихся перепадов давления из камеры нагнетания в камеру отвода второго вентилятора снижаются, соответственно снижаются и энергозатраты на герметизацию окна печи. Кроме того, уменьшается скорость настильного потока газа вдоль поверхностей движущейся полосы, который сформировался под действием перепада давления между промежуточной камерой и камерой отвода второго циркуляционного контура, направленного в выходную камеру затвора. Вследствие этого настильные течения защитного газа рассеиваются в камере отвода значительно интенсивнее, что увеличивает равномерность распределения скорости потока по ширине полосы и способствует уменьшению регламентированных потерь защитного газа из затвора из-за снижения вероятности локального подсоса воздуха за счет вихреобразования в районе выходного пережима.
Величину давления газа в промежуточной камере менее 0,25 от рабочего давления в печи устанавливать нецелесообразно, поскольку измерение этой крайне малой величины микродавления затруднительно. В этом случае точность стабилизации регламентированных потерь защитного газа из затвора с помощью системы автоматического регулирования будет недостаточной и эти потери будут колебаться в широких пределах, в результате чего стабилизация режима уплотнения окна печи не будет достигнута.
Установка задания величины давления газа в промежуточной камере более 0,5 от давления газа в печи также нецелесообразна, поскольку в этом случае возникает значительный перепад давления между камерами как первого, так и второго циркуляционных вентиляторов, вследствие этого их производительность, а значит и энергозатраты существенно увеличиваются.
Новый технический результат заявленного изобретения заключается в плавном регулировании режима уплотнения печного агрегата при изменении давления защитного газа в его рабочем пространстве при незначительных потерях защитного газа из затвора.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена схема реализации способа посредством газового затвора с вентиляторами, установленного на протяжной печи. Способ реализуют следующим образом. В районе окна загрузки или выгрузки протяжной печи 1 для термообработки движущейся по роликам 2 полосы 3 устанавливают затвор, который с помощью пережимов 4 разделен на последовательно установленные камеры. Камера 5 в зависимости от направления движения защитного газа в первом циркуляционном контуре может быть как камерой отвода, так и камерой нагнетания. Промежуточная камера 6 является общей для обоих циркуляционных контуров движения газа. Камера 7 представляет из себя камеру отвода второго циркуляционного вентилятора, а камера 8 является выходной. Камеры газового затвора имеют прямоугольное поперечное сечение и соединяются между собой проходными зазорами, величина которых определяется из условия минимально возможного беспрепятственного прохода обрабатывающей полосы 3 внутри затвора. Проходные зазоры обеспечивают пережимы 4, которые состоят из поворотных шторок 9 и неподвижных полок 10 или встроенных в корпус затвора роликов 2.
Камеры 5 и 6 соединены с патрубками первого реверсивного вентилятора 11, и в зависимости от режима его работы могут быть как камерами отвода, так и камерами нагнетания. Камера 6 соединена с выходом второго вентилятора 12, а камера 7, соответственно, с его всасывающим патрубком. Производительность и направление движения перекачиваемого защитного газа реверсивным вентилятором 11 регулируется путем изменения направления (по часовой стрелке или, наоборот, против) и частоты вращения рабочего колеса посредством частотного преобразователя 12. Производительность циркуляционного вентилятора 13 настраивается с помощью регулирующего органа 14. Регулятор 15 сравнивает сигналы от датчика давления 16, установленного в промежуточной камере 6, и задатчика 17 и в случае их рассогласования управляет частотным преобразователем 12 первого реверсивного вентилятора 11.
С помощью задатчика 17 выбирают и устанавливают величину давления газа в промежуточной камере 6 в пределах 0,25-0,5 от давления газа в печи. Работа системы автоматического регулирования состоит в сравнении значений между заданными и фактическими величинами давления газа в промежуточной камере 6 и, в случае рассогласования, приведении их в соответствие за счет изменения производительности и направления вращения вентилятора 11 с помощью частотного преобразователя 12. Величина и направление перетока газа между камерами 5 и 6 зависят от уровней давлений в этих камерах. В случае уменьшения или увеличения давления газа в печи разность этих давлений по величине и знаку также соответственно изменяется, однако, регулятор 15, сравнив заданное давление с фактическим, выдаст сигнал на корректировку производительности и направления перекачивания газа первого циркуляционного вентилятора 11 за счет работы частотного преобразователя 12. Система автоматического регулирования будет корректировать производительность вентилятора 11 до тех пор, пока в камере 6 давление газа не восстановится до первоначального заданного значения.
Если в процессе работы уплотняющего затвора величина заданного давления газа в промежуточной камере не изменится, то производительность второго циркуляционного вентилятора останется постоянной. Производительность второго вентилятора меньше расхода газа, протекающего через пережим из камеры перетекания в камеру отвода на величину регламентированных потерь защитного газа из выходной камеры в атмосферу, которые гарантируют исключение попадания окружающего воздуха внутрь затвора.
Заявленный способ герметизации загрузочных и разгрузочных окон протяжных печей обеспечивает плавное регулирование режима уплотнения печного агрегата при изменении давления защитного газа в его рабочем пространстве во всем возможном диапазоне, что позволяет дополнительно экономить расход защитного газа, подаваемого в печь, и стабилизировать режим газодинамического уплотнения окон загрузки и выгрузки протяжной печи.