Рекуперативный нагревательный колодец
RECUPERATIVE HEATING WELL

Изобретение относится к устройствам для нагрева слитков металла перед прокаткой.
Известен рекуперативный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, снабженного перемещаемой крышкой и горелкой (Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии. - М.: Металлургия, 1989. 462 с).
Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения температур, как по длине камеры, так и по высоте слитков. Для выравнивания температуры по высоте слитки выдерживают в камере колодца дополнительное время, что приводит к снижению производительности колодца и дополнительному расходу топлива.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является рекуперативный нагревательный колодец, содержащий камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом и перемещаемой крышки, горелки, расположенные на фронтальной и одной из боковых стен. (RU, №2637199, кл. C21D 9/70, 2017 г.).
Недостатком данного рекуперативного нагревательного колодца является неравномерность тепловыделения и температуры по длине факелов горелок, расположенных на одной из боковых стен и, как следствие, неравномерность распределения тепловых потоков и температур по боковым поверхностям слитков, расположенных параллельно осям факелов. Горение топлива начинается у среза горелки, продолжается по длине факела и заканчивается в его конце у противоположной боковой стены. По длине факела сгорает все топливо, поступающее в горелку. Большая часть топлива сгорает на участке от среза горелки до середины факела. Эта часть факела характеризуется большим тепловыделением и температурой. Меньшая часть топлива догорает от середины до конца факела у противоположной боковой стены. Это часть факела характеризуется меньшим тепловыделением и меньшей температурой. Мощность теплового излучения участка факела по длине факела пропорциональна количеству сгоревшего топлива и тепловыделения на данном участке факела.
В первой половине факела от среза горелки до середины выделяется 60-65% мощности факела и, соответственно, 60-65% мощности потока теплового излучения факела. Во второй половине от середины до конца факела выделяется 35-40% его мощности и мощности его теплового излучения. В первой половине факела выделяется в 1,5 раза большая мощность, чем во второй половине факела. Вследствие неравномерного распределения мощности по длине факела боковые поверхности слитков, расположенные напротив первой половины факела у боковой стены с горелками, получают от факела в 1,5 раза большие тепловые потоки излучения по сравнению с боковыми поверхностями слитков, расположенных напротив второй половины факела у боковой стены, противоположной боковой стене с горелками. Слитки, расположенные у боковой стены с горелками, ввиду падающих на них больших тепловых потоков излучений нагреваются быстрее слитков, расположенных у противоположной боковой стене. Для выравнивания температуры слитков расположенных у противоположной стены с горелками боковой стены, слитки выдерживают в камере дополнительное время с включенными верхним и нижним факелами. Работа колодца во время выдержки с включенными верхними и нижними факелами приводит к дополнительному расходу топлива и увеличению времени нагрева слитков.
Технической задачей изобретения является разработка новой конструкции рекуперативного колодца с возможностью равномерного нагрева слитков.
Техническим результатом является уменьшение времени нагрева слитков в печи, повышение производительности, снижение расхода топлива за счет уменьшения времени пребывания слитков в печи.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что рекуперативный нагревательный колодец, содержит камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом и перемещающейся крышкой, горелки, расположенные на фронтальной и правой от фронтальной боковой стенах. Согласно изобретению камера дополнительно снабжена горелками, установленными на левой от фронтальной боковой стене, причем каждая горелка установлена на общей оси с расположенной, напротив, на правой от фронтальной боковой стене горелкой.
Наличие горелок, расположенных на левой от фронтальной стены боковой стене, причем каждая горелка установлена на общей оси с расположенной, напротив, на правой от фронтальной стены боковой стене горелкой, позволяет создать узкие короткие факелы напротив каждой из боковых обращенных друг к другу поверхностей слитков. Мощность факелов горелок, расположенных на правой от фронтальной и левой от фронтальной боковых стенах, одинакова и факелы равномерно нагревают расположенные у правой от фронтальной и левой от фронтальной боковых сторон слитки. Совместная работа факела горелки, расположенной в верхней части колодца, и факелов горелок, расположенных в нижней части колодца на правой от фронтальной и левой от фронтальной боковых стенах, обеспечивают равномерность нагрева всех четырех боковых поверхностей слитков и приводит к уменьшению времени нагрева слитков, повышению производительности, снижению расхода топлива.
При установке каждой из горелок на левой от фронтальной стены боковой стене ниже оси расположенной, напротив, на правой от фронтальной стены боковой стене горелки факелы приблизятся к поду, что вызовет перегрев его футеровки и увеличение тепловых потерь через под. При установке каждой из горелок на левой от фронтальной стены боковой стене выше оси расположенной, напротив, на правой от фронтальной стены боковой стене горелки факелы удаляются от нижней части слитков и приближаются к верхней их части, обогреваемой верхним факелом, создаваемым горелкой, расположенной на фронтальной стене. В результате приближения нижних факелов к верхнему увеличиваются тепловые потоки на верхнюю часть слитков и скорость их нагрева и уменьшаются тепловых потоки на нижнюю часть слитков и скорость их нагрева, появляется неравномерность нагрева слитков по их высоте, что приводит к дополнительному расходу топлива, снижению производительности нагревательного колодца.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема рекуперативного нагревательного колодца, на фиг. 2 - вид сверху в разрезе А-А, на фиг. 3 - вид сбоку в разрезе Б-Б, кривые - изотермы факела, °С.
Рекуперативный нагревательный колодец состоит из камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда. Камера 1 с боков ограничена футерованными стенами: фронтальной стеной 2, правой от фронтальной боковой стеной 3, левой от фронтальной боковой стеной 4, задней стеной 5. Сверху камера 1 ограничена перемещаемой крышкой 6, снизу подом 7. В фронтальной стене 2 в верхней части камеры 1 колодца установлена горелка 8, которая создает над слитками 9 верхний факел 10. В нижней части камеры 1 колодца в правой от фронтальной боковой стене 3 и левой от фронтальной боковой стенах 4 над подом 7, на расстоянии 0,25-0,30 высоты стен от пода 7, установлены горелки 11, которые формируют нижние факелы 12. В нижней части камеры 1 на фронтальной стене 2 расположен канал 13 для удаления продуктов сгорания из камеры 1 колодца.
Рекуперативный нагревательный колодец работает следующим образом. Нагреваемые слитки 9 при открытой перемещающейся крышке 6 устанавливают на под 7 камеры 1, после чего крышкой 6 закрывают камеру 1 колодца. Газ и воздух поступают в установленную на фронтальной стене 2 камеры 1 горелку 8. В горелке 8 формируется газовоздушная смесь, которая истекает из горелки 8, зажигается и создает над слитками 9 верхний факел 10. Одновременно газ и воздух поступают в установленные над подом 7 в правой от фронтальной боковой стены 3 и левой от фронтальной боковой стены 4 горелки 11. При сгорании газовоздушной смеси образуются нижние факелы 12. Образующиеся при горении газовоздушных смесей в верхнем факеле 10 и нижних факелах 12 продукты сгорания выводятся из камеры 1 колодца через канал 13.
Нижние короткие факелы 12 одинаковой мощности и температуры находятся между слитками 9. Нижние короткие факелы 12 равномерно нагревают каждую их боковых поверхностей слитков 8, обращенные друг к другу и к осям симметрии факелов 12. Верхний факел 10 нагревает боковые поверхности слитков 9, обращенных к продольной оси симметрии колодца, а нагретые факелами 12 правая от фронтальной боковая стена 3 и левая от фронтальной боковая стена 4 нагревают обращенные к ним боковые поверхности слитков 9, что приводит к равномерному нагреву всех четырех поверхностей слитков 9. Мощность нижних факелов 12 такова, что потоки их теплового излучения на поверхность слитков 9 не вызывают оплавление поверхности слитков. Так как нижние короткие факелы 12 нагревают нижние части слитков 9, а верхний факел 10 нагревает верхние части слитков 9, то слитки 9 равномерно нагреваются по высоте. В результате равномерного нагрева всех четырех боковых поверхностей слитков 9 уменьшается общее время нагрева до заданной температуры, повышается производительность колодца, снижается расход топлива.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предположения.