СПОСОБ МАЛООКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR LOW-OXIDATION HEATING OF METAL PRODUCTS

Изобретение относится к энерго- и ресурсосберегающим технологиям в металлургии и машиностроении и может быть использовано для нагрева металла в нагревательных и термических печах перед его обработкой давлением и при термообработке изделий.
В высокотемпературных печах прокатного и кузнечно-штамповочного производств, работающих на природном газе, необходимый состав атмосферы над металлом может быть получен весьма простым и экономичным путем - за счет рационального комбинированного использования топлива. В основе этого метода лежит идея постадийного использования природного газа в две или более различные в технологическом и теплотехническом отношениях стадии: на первой - природный газ в частично окисленном виде применяют в качестве контролируемой атмосферы и в той или иной степени - топлива печи, во второй - топлива печи. В потенциале постадийный способ использования природного газа позволяет не только оптимизировать состав и физико-химические свойства атмосферы печи и добиться резкого снижения окисления стали, но и значительно уменьшить выбросы оксидов азота, сильно загрязняющих окружающую среду.
Известен способ малоокислительного нагрева металлических изделий в безокислительной печи (JP 2004093123, опубл. 25.03.2004), которая состоит из камеры неполного сгорания топлива, снабженной пламенной горелкой, на которую подается топливо с недостатком кислорода для поддержания восстановительной атмосферы в камере печи, а также из камеры дожигания продуктов неполного сгорания, которая располагается внутри камеры неполного сгорания топлива. Камера дожигания продуктов неполного сгорания оснащена горелкой, на которую подается топливо с избытком кислорода.
К недостаткам этого способа относится наличие дополнительных элементов, размещаемых в рабочем пространстве печи, к которым относится камера дожигания продуктов неполного сгорания, необходимых для осуществления способа.
Прототипом предложенного изобретения является способ сжигания топлива в нагревательной печи (RU 2309991, опубл. 10.11.2007), в котором дожигание продуктов неполного сгорания осуществляют путем подачи высокоскоростного, сильно закрученного потока окислителя под высоким давлением в дожигательное устройство, имеющее вид однопроводной (с заглушенным подводом газа) плоскопламенной радиационной горелки. Вследствие сильной крутки в дожигательном устройстве происходит распад вихря и тем самым создается сильное разрежение, обеспечивающее подачу продуктов неполного сгорания в область дожигания. Первую стадию сжигания осуществляют в настильном факеле, распространяющемся вдоль поверхности нагреваемого металла, при значении коэффициента расхода окислителя 0,48-0,55 и при степени обогащения воздуха кислородом 0,35-0,45.
К недостаткам этого способа относится возможность возникновения локальных зон окисления на поверхности нагреваемого металла, что приводит к ухудшению качества получаемого продукта.
В предложенном изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении качества нагреваемого металла за счет использования для экранирования нагреваемого изделия экзогаза, получаемого в камере горения специализированной горелки и обеспечивающего исключение горения на поверхности нагреваемого металлического изделия и образования на его поверхности локальных зон окисления на металле.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
В способе малоокислительного нагрева металлических изделий в печи с аэродинамическим разделением нижней малоокислительной и верхней окислительной зон в горелках малоокислительной зоны сжигают газ и воздух в соотношении, обеспечивающем получение продуктов неполного сгорания в виде экзогаза. Экзогаз подают в место расположения нагреваемого изделия с коэффициентом избытка воздуха в диапазоне 0,4-0,6.
В горелках окислительной зоны сжигают газ и воздух в соотношении, обеспечивающем получение продуктов полного сгорания, которые подают в окислительную зону печи с коэффициентом избытка воздуха в диапазоне 3,0-5,0.
Скорость истечения продуктов неполного сгорания, поступающих в малоокислительную зону печи, равна скорости истечения продуктов полного сгорания, поступающих в окислительную зону печи.
Меньшую часть продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны дожигают в рекуператорах малоокислительной зоны и эвакуируют из печи.
Большую часть продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны направляют в окислительную зону, в которой проводят их дожигание с передачей выделившейся теплоты нагреваемому изделию и дальнейшую эвакуацию из печи через рекуператоры окислительной зоны.
При этом соотношение продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны, дожигаемой в рекуператорах малоокислительной зоны, и продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны, направляемой в окислительную зону, равно масс.% (10-30):(70-90).
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлен разрез печи малоокислительного нагрева, реализующей предложенный способ.
Печь включает следующие элементы: горелку-экзогенератор 1, горелку 2 с высоким коэффициентом избытка воздуха, рекуператоры 3, 4 включающие устройства дожигания, систему 5 подачи первичного воздуха, систему 6 подачи вторичного воздуха, нагреваемое металлическое изделие 7, корпус 8 печи, выходы 9, 10 дымовых газов, входы 11, 12 подачи газа.
Способ по предложенному изобретению осуществляется следующим образом.
Предлагаемый способ малоокислительного нагрева построен на принципе аэродинамического разделения малоокислительной и окислительной зон печи нагрева.
В горелки-экзогенераторы 1 и горелки-теплогенераторы 2 подается газ соответственно через входы 11, 12 подачи газа.
Горелки 1 и 2 оборудованы индивидуальными рекуператорами 3, 4 с встроенными устройствами дожигания продуктов неполного горения.
Воздух, подаваемый на горение, разделяется на два потока. Первичный воздух из системы 5 поступает в горелки 1 и 2 для сжигания газа, а вторичный воздух из системы 6 поступает в устройства дожигания рекуператоров 3 и 4.
В камерах горения горелок 1 производится сжигание газа с недостатком подогретого в рекуператорах 3 первичного воздуха с получением экзогаза, который направляется в нижнюю малоокислительную зону печи с коэффициентом избытка воздуха 0,4-0,6, экранируя металл нагреваемого изделия 7 от воздействия на него продуктов полного горения верхней окислительной зоны печи.
Продукты неполного сгорания малоокислительной зоны в количестве 70-90 масс.% поступают в верхнюю окислительную зону печи с коэффициентом избытка воздуха 3,0-5,0, где происходит их дожигание в рекуператорах 4 с передачей выделившейся теплоты в виде излучения нагреваемому изделию и последующее удаление через выходы 10.
Часть продуктов неполного сгорания малоокислительной зоны - экзогаз в количестве 10-30 масс.% - поступает в рекуператоры 3 нижней зоны печи, оборудованные устройствами дожигания продуктов неполного сгорания, в которых происходит нагрев воздуха и газа, поступающих на горение.
Для уменьшения зоны смешения восстановительного - экзогаза, и окислительного потоков, с целью исключения диффузии кислорода из окислительной зоны к поверхности нагреваемого изделия скорости истечения потоков задаются равными, за счет чего нагреваемое изделие всегда омывается потоком восстановительных газов, что обеспечивает малоокислительный нагрев изделия.