Рекуперативный нагревательный колодец
REGENERATIVE SOAKING PIT

Изобретение относится к устройствам для нагрева слитков металла перед прокаткой.
Известен рекуперативный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, снабженного перемещающейся крышкой и горелкой (Макаров А.Н. Теплообмен в электродуговых сталеплавильных и факельных нагревательных печах, топках паровых котлов, камерах сгорания газотурбинных установок. - Москва, Вологда: Инфра - Инженерия, 2022. 452 с.).
Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения тепловых потоков и 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, перемещающейся крышкой, и горелки, расположенные в верхней части фронтальной и нижней части задней стен (RU, №2521772, КЛ. C21D 9/70, 2014 г.).
Недостатком данного рекуперативного нагревательного колодца является существенная неравномерность тепловых потоков и температур по боковым поверхностям слитков. На боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенам, падают от нагретых футерованных стен в 1,5-2,0 раза большие тепловые потоки по сравнению с боковыми поверхностями слитков, обращенных к оси симметрии колодца, и боковыми поверхностями слитков, обращенных друг к другу. Боковые футерованные стены нагреваются до температуры 1200°С в нижней части и до 1300°С в верхней части, мощность потока теплового излучения каждой из боковых стен составляет 85-90% от мощности факела и они излучают эту мощность в виде теплового потока на боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенкам. На боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии колодца, боковые стены не излучают, на эти поверхности слитков излучает факел, тепловые потоки которого в 1,5-2,0 раза меньше по сравнению с потоками теплового излучения боковых стен на обращенные к ним боковые поверхности слитков. На боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу, падают в 1,5-2,0 раза меньшие потоки теплового излучения от факела и боковых стен по сравнению с боковыми поверхностями слитков, обращенных к боковым стенам так как их поверхности нагрева экранируются соседними слитками. Неравномерный нагрев боковых поверхностей слитков приводит к дополнительным затратам времени на выдержку слитков в колодце для выравнивания температур по всем четырем боковым поверхностям слитков и к дополнительному расходу топлива так как во время выдержки факел не отключается.
Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции рекуперативного нагревательного колодца с возможностью равномерного нагрева слитков.
Техническим результатом является уменьшение времени нагрева слитков в печи, повышение производительности, снижение расхода топлива в результате уменьшения времени пребывания слитков в печи.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что рекуперативный нагревательный колодец содержит камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом, перемещающейся крышкой, и горелку. Согласно изобретению, камера дополнительно снабжена поперечными футерованными перегородками, установленными вертикально на под камеры, и соединенными с боковыми стенами, и содержащими каналы для удаления продуктов сгорания, причем высота перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен.
Наличие поперечных футерованных перегородок между слитками позволяет создать тепловые потоки излучения от футерованных перегородок на боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу, а также на боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии печи. Таким образом, на боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенкам, излучают тепловые потоки боковые футерованные стены, на боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу излучают аналогичные тепловые потоки поперечные футерованные перегородки, на боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии колодца, излучают тепловые потоки факел и, частично, поперечные футерованные перегородки. Такой совместный нагрев всех четырех боковых поверхностей слитков боковыми стенами, факелом, поперечными футерованными перегородками обеспечивает равномерность нагрева по высоте и периметру слитков и приводит к уменьшению времени нагрева слитков, повышению производительности, снижению расхода топлива.
Высота поперечных футерованных перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен и, соответственно, равна высоте слитков. При высоте поперечных футерованных перегородок больше 0,6-0,7 высоты стен перегородки приближаются к факелу, и их верхняя часть подвергается оплавлению от тепловых потоков факела. В результате приближения верхней части перегородок к факелу часть мощности факела бесполезно расходуется на оплавление футеровки верхней части перегородок и мощность тепловых потерь факела увеличивается, а полезная тепловая мощность, идущая на нагрев слитков, футерованных стен и перегородок, уменьшается.
При высоте поперечных футерованных перегородок меньше 0,6-0,7 высоты стен высота перегородок меньше высоты слитков и потоки теплового излучения перегородок на обращенные друг к другу боковые поверхности слитков уменьшается, эффективность и скорость нагрева снижаются, 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 В-В; на фиг. 4 изображено распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков колодца устройства - прототипа (а - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных друг к другу; б - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к оси симметрии печи; в - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к боковым стенам); на фиг. 5 - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков предлагаемого колодца, камера дополнительно снабжена поперечными футерованными перегородками, установленными вертикально на под камеры, и соединенными с боковыми стенами, и содержащими каналы для удаления продуктов сгорания, причем высота перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен (а - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам; б - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к оси симметрии печи; в - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к боковым стенам).
Рекуперативный нагревательный колодец состоит из камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, камера 1 с боков ограничена футерованными стенами: фронтальной 2, двумя боковыми 3, задней 4. Сверху камера 1 ограничена перемещающейся крышкой 5, снизу подом 6. В фронтальной стене 2 в верхней части камеры 1 колодца установлена горелка 7, которая создает над нагреваемыми слитками 8 факел 3. Камера 1 разделена на секции поперечными футерованными перегородками 10, установленными на под 6 и соединенными с боковыми стенами 3. В поперечных футерованных перегородках 10 предусмотрены каналы 11 для удаления продуктов сгорания. В нижней части фронтальной стены 2 расположен сборный канал 12 для сбора и удаления продуктов сгорания из камеры 1 колодца.
Рекуперативный нагревательный колодец работает следующим образом. Нагревательные слитки 8 при открытой перемещающейся крышке 5 устанавливают на под 6 камеры 1 между поперечными футерованными перегородками 10, фронтальной стеной 1 и задней стеной 4, после чего крышкой 5 закрывают камеру 1 колодца. Газ и воздух поступают в установленную на фронтальной стене 2 камеры 1 горелку 7. В горелке 7 формируется газовоздушная смесь, которая истекает из горелки 7, зажигается и создает над слитками 8 факел 9. Факел 9 нагревает верхнюю часть слитков 8 (фиг. 4), верхнюю часть фронтальной стены 2, боковых стен 3, задней стены 4, поперечных футерованных перегородок 10. Продукты сгорания из факела 9 устремляются через каналы 11 для удаления продуктов сгорания в поперечных футерованных перегородках 10 в нижней части камеры 1 и нагревают нижнюю часть слитков 8, нижнюю часть задней стены 4, боковых стен 3, нижнюю часть поперечных футерованных перегородок 10 и нижнюю часть фронтальной стены 2. Нагретые факелом 9 и продуктами сгорания боковые стены 3 излучают тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенные к боковым стенам 3, увеличивая тепловые потоки от факела 9 и создавая суммарные тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенные к боковым стенам 3 (фиг. 5, в), от факела 9 и боковых стен 3.
Продукты сгорания и факел 9 нагревают поперечные футерованные перегородки 10, которые излучают тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам 10 (фиг. 5, в). Таким образом на боковые поверхности слитков 8, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам 10, падают суммарные тепловые потоки от факела 9 и футерованных перегородок 10. Поперечные футерованные перегородки 10 часть своего теплового потока излучают на боковые поверхности слитков 8, обращенных к оси симметрии колодца, создавая совместно с тепловым потоком излучения факела 9 суммарный тепловой поток на боковые поверхности слитков 8, обращенных к оси симметрии колодца (фиг. 5, а).
Таким образом факел 9 нагревает верхнюю часть слитков 8, боковые стены 3, задняя стена 4, фронтальная стена 2, поперечные футерованные перегородки 10 излучают тепловые потоки по высоте всех четырех боковых поверхностей слитков 8, создавая суммарные тепловые потоки, падающие от факела 9, стен, перегородок 10, по периметру и высоте боковых поверхностей слитков 8, равномерность нагрева слитков 8 увеличивается. На фиг. 4, 5 приведены графики распределения тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков 8 колодца устройства - прототипа и предлагаемого колодца: а - по высоте боковых поверхностей, обращенных друг к другу; б - по высоте боковых поверхностей, обращенных к оси симметрии колодца; в - по высоте боковых поверхностей, обращенных к боковым стенам. Из графиков видно, что при одновременном нагреве слитков 8 факелом 9, стенами, поперечными футерованными перегородками 10 тепловые потоки на слитки 8 увеличиваются и они более равномерно распределяются по высоте и периметру слитков 8. При увеличении тепловых потоков и их более равномерном распределении по высоте и периметру слитков 8 значительно уменьшается время их нагрева до необходимой температуры, повышается производительность рекуперативного нагревательного колодца, снижается расход топлива.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.