КОЛПАКОВАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОТЖИГА МЕТАЛЛА В РУЛОНАХ

Предлагаемая полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к устройствам для термической обработки полосового проката в рулонах.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является колпаковая печь для термической обработки рулонов по книге А.Л. Бергауза и др. «Справочник конструктора печей прокатного производства», том 2, УДК 621.771, «Металлургия», Москва, 1970 г. стр. 918-940, рис. XXXIII-5. Исходя из описания и рисунка колпаковая печь для отжига металла в рулонах содержит стенд, установленные на нем муфель и нагревательный колпак, снабженный газовыми горелками, сообщенными с трубопроводами подачи топливного газа и эжекторного воздуха, оснащенными регулирующими клапанами, соединенными с приводными элементами, эжекторами с газоотводящими патрубками, пристендовые трубопроводы, сообщенные с боровом, систему управления тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс оператора.
Недостатками известного технического решения являются следующее. Низкая точность регулирования температурного цикла отжига, отсутствие регулирования во всем диапазоне тепловой мощности, непроизводительный расход электроэнергии на привод воздуходувок и расход топливного газа, в результате неоптимального регулирования режима сжигания топлива, преждевременный выход из строя муфелей, за счет локального перегрева в районе горелочного пояса и науглероживания оксидом углерода II. При проведении строительных работ по установке пристендового оборудования, а именно, пристендовых трубопроводов и при установке нагревательных колпаков (которые в процессе эксплуатации неоднократно ремонтировались), а также в ходе эксплуатации, возникает отклонение в расположении центральных осей упомянутых трубопроводов и газоотводящих патрубков нагревательных колпаков, а также их торцовых поверхностей, что приводит к значительным конструктивным зазорам между упомянутыми элементами и как следствие - нарушению режима дымоудаления, выбиванию продуктов сгорания на рабочую площадку, снижению тепловой мощности нагревательной печи, увеличению цикла отжига, ухудшение условий эксплуатации оборудования за счет повышения температуры и ухудшение условий труда обслуживающего персонала.
Задача, на осуществление которой направлено техническое решение - повышение качества регулирования термического цикла отжига металлопроката (эффективности режима дымоудаления, полное использование установленной тепловой мощности печи и снижение цикла отжига). При этом достигается получение такого технического результата, как снижение расхода топлива и электроэнергии при производстве проката, снижение выхода отбракованной и несоответствующей продукции, а также снижение объема ремонта и замены вышедших из строя муфелей.
Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержащая стенд, установленные на нем муфель и нагревательный колпак, снабженный газовыми горелками, сообщенными с трубопроводами подачи топливного газа и эжекторного воздуха, оснащенными регулирующими клапанами, соединенными с приводными элементами, эжекторами с газоотводящими патрубками, пристендовые трубопроводы, сообщенные с боровом, систему управления тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс оператора, снабжена датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, приводные элементы регулирующих клапанов трубопроводов подачи топливного газа и эжекторного воздуха выполнены в виде сервоприводов с позиционированием, система управления тепловым режимом нагревательного колпака выполнена с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов, газоотводящие патрубки выполнены гибкими из термостойкого материала и смонтированы с возможностью размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов в рабочем положении, при этом упомянутая система управления тепловым режимом нагревательного колпака соединена с датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, сервоприводами клапанов подачи топливного газа и эжекторного воздуха, и интерфейсом оператора; колпаковая печь снабжена затворами, периодически перекрывающими каналы пристендовых трубопроводов; а каждый из затворов выполнен шиберного типа.
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного своим конструктивным исполнением, а именно, введением в конструкцию печи, датчика давления защитного газа в подмуфельном пространстве, выполнением приводных элементов регулирующих клапанов трубопроводов подачи топливного газа и эжекторного воздуха в виде сервоприводов с позиционированием, а также выполнением газоотводящих патрубков гибкими из термостойкого материала. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию полезной модели «Новизна».
Так как предлагаемое изобретение может быть использовано в промышленности, а проведение испытаний макета уже показали положительные результаты, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию полезной модели «Промышленная применимость».
Сравнительный анализ предложенного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволил выявить существенные признаки, присущие заявленному решению. Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий обеспечивает получение упомянутого технического результата.
Предложенное техническое решение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей:
На фиг. 1 - схематически изображена предлагаемая колпаковая печь;
На фиг. 2 - изображен вид A фиг. 1.
Колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержит стенд 1, установленные на нем муфель 2 и нагревательный колпак 3, между которыми образуется рабочая камера 4. Нагревательный колпак 3 содержит топливные горелки 5, сообщенные с трубопроводом 6 подачи топливного газа и трубопроводом 7 эжекторного воздуха, которые оснащены клапанами, соответственно 8 и 9, соединенными с приводными элементами 10, 11, а также эжекторы 12 и газоотводящие патрубки 13. Колпаковая печь также содержит пристендовые трубопроводы 14, сообщенные с боровом (на рисунках не показано), термопары 15 и 16, контролирующие температуру соответственно в подколпаковом и подмуфельном пространствах, систему управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс 18 оператора. Колпаковая печь снабжена датчиком 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве, приводные элементы 10, 11 регулирующих клапанов 8 и 9 трубопроводов подачи топливного газа 6 и эжекторного воздуха 7 выполнены в виде сервоприводов с позиционированием. А система управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака 3 выполнена с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов 8 и 9, газоотводящие патрубки 13 выполнены гибкими из термостойкого материала и смонтированы с возможностью размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов 14 в рабочем положении. При этом упомянутая система 17 управления тепловым режимом нагревательного колпака 3 соединена с датчиком 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве, сервоприводами 10, 11 клапанов подачи топливного газа 6 и эжекторного воздуха 7, и интерфейсом 18 оператора. Колпаковая печь содержит затворы 20, каждый из которых своим корпусом жестко присоединен к соответствующему пристендовому трубопроводу 14, а шиберный элемент 21 перемещается в направляющих 22 затвора 20 с возможностью периодического перекрывания канала пристендового трубопровода 14 борова, в том числе, в периоды нахождения колпаковой печи на стенде в режиме охлаждения садки.
Колпаковая печь для отжига металла в рулонах работает следующим образом.
На стенд 1 укладывают рулоны металла 23, накрывают муфелем 2 и уплотняют песочным затвором 24. Затем полость под муфелем 2 продувают защитным газом, устанавливают нагревательный колпак 3 и включают рециркуляционный вентилятор 25. При установке нагревательного колпака 3 газоотводящие патрубки 13 размещают (устанавливают) в каналах соответствующих пристендовых трубопроводах 14 борова, при этом затворы 20 должны быть открытыми. В рабочую камеру 4 через горелки 5 подается топливо, химической теплотой сгорания которого поддерживается температура отжига рулонов металла 23 под муфелем 2. Продукты сгорания из рабочей камеры 4 посредством эжекторов 12 по газоотводящим патрубкам 13 попадают в пристендовые трубопроводы 14, а по ним в отводящий боров.
Введение в конструкцию печи датчика 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве способствует организации контроля избыточного давления с обеспечение в системе управления тепловым режимом нагревательного колпака световой и звуковой сигнализации при его отклонениях для принятия оперативных мер.
Выполнение приводных элементов регулирующих клапанов 8, 9 трубопроводов 6, 7 подачи топливного газа и эжекторного воздуха в виде сервоприводов 10, 11 с позиционированием, а выполнение системы управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов, обеспечивает плавное изменение тепловой нагрузки колпаковой печи с поддержанием оптимального режима сжигания топлива при любом значении требуемой тепловой мощности во все диапазоне для поддержания необходимой температуры садки рулонов металла, а также обеспечивает снижение общего периода времени работы горелок колпаковой печи в цикле отжига с максимальной тепловой нагрузкой, что способствует снижению периодов локального перегрева муфелей в районе горелочного пояса, снижению выхода их из строя за счет науглероживания оксидом углерода II при неоптимальном режиме сжигания топливного газа.
Соединение системы управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака с датчиком давления 19 защитного газа в подмуфельном пространстве и интерфейсом 18 оператора обеспечивает контроль наличия необходимого избыточного давления защитного газа в подмуфельном пространстве и возможность его обеспечения, что исключает инфильтрацию атмосферного воздуха в подмуфельное пространство и дефекты рулонов полосы по подкислению металла.
Выполнение газоотводящих патрубков 13 гибкими, из термостойкого материала, обеспечивает возможность их перемещения (ориентации) в пристендовой зоне и размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов 14 в рабочем положении, что способствует снижению подсосов атмосферного воздуха, повышению эффективности режима дымоудаления и повышению тепловой мощности печи.
Введение в конструкцию колпаковой печи затворов 20, шиберами 21 которых периодически перекрывают каналы пристендовых трубопроводов 14, способствует также снижению подсосов атмосферного воздуха, повышению эффективности режима дымоудаления всей группы стендов, в том числе, при нахождении колпаковой печи на стенде в режиме охлаждения садки.
Выполнение каждого из затворов 20 шиберного типа способствует простоте их конструкции и, следовательно, минимальным эксплуатационным затратам.
Пример.
На испытательном участке, предназначенном для отжига рулонов стали, были проведены испытания макета предложенного технического решения. Отжигу подвергалась стопа из трех рулонов: максимальный диаметр рулона - 2200 мм, ширина - 1850 мм, толщина полосы - 2,0 мм. Заданная температура поддерживалась до достижения требуемой температуры в средней части толщины смотки рулонов.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет за счет индивидуального регулирования сервоприводами клапанов подачи топливного газа и эжекторного воздуха, обеспечивать плавное изменение тепловой нагрузки колпаковой печи с поддержанием оптимального режима сжигания топлива при любом значении требуемой тепловой мощности во всем диапазоне для поддержания необходимой температуры садки рулонов металла, что позволило повысить качество регулирования термического цикла отжига металлопроката.
Как показали предварительные расчеты снижение условного топлива на тонну выпускаемой продукции составит 13%, а потребление электроэнергии уменьшится на 5% в год. При этом достигается получение такого технического результата, как снижение выхода отбракованной и несоответствующей продукции, снижение выхода из строя муфеля, за счет локального перегрева в районе горелочного пояса и науглероживания оксидом углерода II.
Отсюда можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено техническое решение - выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.