Способ охлаждения полосы в камере термической печи и устройство для его осуществления

 

1. Способ охлаждения полосы, в камере термической печи, включающий подачу газообразного теплоносителя в виде струй на теплоотдающую поверхность движущейся полосы с последующим его охлаждением на тепловоспринимающей поверхности холодильника и циркуляцией его по замкнутому контуРУ , отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности и равномерности охлаждения полосы, струитеплоносителя закручивают и направляют настильно теплоотдающей § и тепловоспринимаюи ей поверхностям с многократным контактированием каж (Л дого элементарного вихря струи с указанными по.верхностями по ширине полосы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Э(я) С 21

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ б-d и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3384276Ë2-аг (22) 08.12.81 (46) 07.07.83. Бюл. и 25 (72) Б.Г.Подольский, А.Ф.Малец, В.И.Калганов, В.E.Ðÿçàíöåâ и С.Б.Фишман (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники и Верх-Исетский металлургический завод (53) 621.784.6(088.8) (56) 1; Патент ClllA N 3914097, кл. F 27 В 9/28, 1975.

2. Патент США N 3102009, кл. С 21 О 1/00, 1974.

3. Заявка Японии Н 51-17486, кл. С 21 9 1/00, 1976.

4. Аптерман B.T., Тымчак В.M.

Протяжные печи. М., "Металлургия", 1969, с.173.

„.SU„„027237 А (54) спосоь ОХлАжДениЯ полосы в КАМЕРЕ ТЕРИИЧЕСКОЙ ПЕЧИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ охлаждения полосы в камере термической печи, включающий подачу газообразного теплоносителя в виде струй на теплоотдающую поверхность движущейся полосы с последующим его охлаждением на тепловоспринимающей поверхности холодильника и циркуляцией его по замкнутому конту ру, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности и равномерности охлаждения полосы, струи теплоносителя закручивают и направляют настильно теплоотдающей и тепловоспринимающей поверхностям с многократным контактированием каждого элементарного вихря струи с указанными поверхностями по ширине полосы.

1027

2. Устройство для охлаждения полосы в камере термической печи, содержащее холодильник, циркуляционный вентилятор, напорный и отсасывающий короба с соплами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения интенсивности и равномерности охлаждения полосы, сопла выполнены коаксиальными с лопаточными завихрителями, установленными в кольцевом зазоре, а тепловоспринимающая поверхность холодильника выполнена в форме полуцилиндров, расположенных соосно каждому коаксиаль237 ному соплу, при этом наружный диаметр сопла равен диаметру полуцилинд ра.

3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что внутренний диаметр коаксиального сопла равен

0,7-0,9 наружного диаметра, который составляет 0,1-0,2 ширины камеры печи, а в плоскости среза сопла, в его внутреннем канале установлена перего» родка с отверстиями суммарной пло- . щадью 0,5-1,0 площади кольцевого зазора сопла.

Изобретение относится к термообработке стальной полосы в защитной газовой среде и может быть ис" пользовано в различных агрегатах непрерывного действия для терми" ческой и термохимической обработки рулонного тонколистового металла.

Известен способ охлаждения лис" тового металла газовыми струями, вытекающими из отверстий, расположенных на направляющей поверхности.

Направляющие поверхности имеют теплоотводящие ребра. Организованное движение газового потока осуществляется за счет вентилятора jl g.

Однако этот способ недостаточно эффективен из-за слабо развитой охлаждающей поверхности.

Известно устройство для охлаждения стальной полосы, которое состоит из щелевых сопел, установленных на напорном коробе, циркуляционного вентилятора и системы отсасывающих отверстий. Все устройство скомпоновано в едином корпусе, который встав-, ляется в печной агрегат (2).

К недостаткам устройства следует отнести большое гидравлическое сопротивление циркуляционного тракта, возможные подсосы воздуха в контур устройства, а также недостаточную интенсивность и равномерность охлаждения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ охлаждения полосы в камере термической печи, включающий подачу газообразного теплоносителя в виде струй на теплоотдающую

5 !

О

35 поверхность движущейся полосы с последующим их охлаждением на тепловоспринимающей поверхности холодильника ГЗ 3

Однако в связи с тем, что гидравлическое сопротивление трактов подвода газа к сопловым блокам различно и вследствие наличия коллекторного эффекта в коробах раздачи газа возможна неравномерность распределения скоростей струй охлаждающей среды, а следовательно, неравномерность охлаждения полосы. Кроме того при струйной обдувке полосы интенсивность теплообмена на оси и периферии обрабатываемого металла различна даже при равномерном распределении начальных скоростей истечения газовых, струй, Струи, действующие на центральную часть полосы, атакуя ее, растекаются к периферии, воздействуя. на соседние струйные течения. За счет турбулентного обмена между уже нагретым газом и холодными струями температура газового потока по мере приближения к краям полосы увеличивается, что определяет неравномерность теплоотвода по ширине полосы даже при постоянном коэффициенте теплоотдачи.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для охлаждения полосы 8 камере термической печи, содержащее холодильник, циркуляцион ный вентилятор, напорный и отсасывающий короба с соплами (4 ), Устройство работает следующим образом. Горячий газ .;асасывается из 3 102723 боковых полостей рабочего пространства печи и поступает в водяной трубчатый холодильник, в котором он отдает отобранное от ленты тепло. Охлажденный газ нагнетают вентилятором в полости верхней и нижней панелей струйной обдувки и через равномерно распределенные круглые отверстиясопла направляют струями с двух сторон на ленту. Далее газ по боковым полостям рабочего пространства направляется к всасывающему патрубку и затем вновь поступает в холодильник и к вентилятору.

Недостатком известного устройства является то, что циркуляционный контур, из-эа развитой теплообменной поверхности имеет большое гидравлическое сопротивление со стороны всоса вентилятора, в результате чего холодильник находится под разрежением. Вследствие различной температуры печи и элементов циркуляционно-, го контура в конструкции возникают напряжения, которые приводят к появ25 лению неплотностей в соединениях, что вызывает подсосы воздуха в систему в зонах разрежения. Панели струйной обдувки разделены вдоль обрабатываемой полосы на три отсека„ образуя шесть коллекторов. Из-за наличия кол-.ЗО лекторного эффекта и различных гидравличесКих сопротивлений отдельных трактов имеет место неравномерность начальной скорости истечения охлаждающих струй, а следовательно, и выз- З5 ванная этим неравномерность охлаждения полосы, Цель изобретения — увеличение интенсивности и равномерности охлаждения металла. 40

Поставленная цель достигается тем, что по способу охлаждения полосы в камере термической печи, включающему подачу газообразного теплоносителя . в виде струй на теплоотдающую поверх- 45 ность движущейся полосы с последующим

его охлаждением на тепловоспринимающей поверхности холодильника и циркуляцией его по замкнутому контуру, .струи теплоносителя закручивают и направляют настильно теплоотдающей и тепловоспринимающей поверхностям с многократным контактированием каждого элементарного вихря струи с указанными поверхностями по ширине полосы.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем

7 4 холодильник, циркуляционный вентилятор, напорный и отсасывающий короба с -соплами, сопла выполнены коаксиальными с лопаточными эавихрителями установленными в кольцевом зазоре, а тепловоспринимающая поверхность холодильника выполнена в форме полуцилиндров, расположенных coocwo каждому коаксиальному соплу, при этом наружный диаметр сопла равен диаметру полуцилиндра, Внутренний диаметр составляет

0,7-0,9 наружного диаметра, который равен 0,1-0,2 ширины камеры печи, а в плоскости среза сопла в его внутреннем канале установлена перегородка с отверстиями суммарной площадью 0,5-1,0 площади кольцевого зазора сопла.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Нагнетаемый циркуляционным вентилятором защитный газ в коаксиальном сопле формируется в кольцевой закрученный поток, который направляют в пространство, ограниченное с противоположных сторон поверхностью обрабатываемой полосы и водоохлаждаемой поверхностью. Поток защитного газа, совершая вращательное движение поочередно омывает обрабатываемую полосу и, поверхность холодильника, образуя микроциркуляционный контур.

При прохождении газового потока около нагретой полосы происходит отвод тепла от металла с нагревом циркулирующего газа. Далее, омывая водоохлаждаемую поверхность, газовый поток охлаждается, а тепло отводится водой холодильника. Рассмотренный цикл повторяется многократно и за счет осевой составляющей скорости движения газового потока охлаждается определенная поверхность обрабатываемого металла, величина которой ограничивается условиями затухания тангенциальной составляющей скорости кольцевого потока.

Кроме того, увеличение интенсивности охлаждения достигается эа счет теплового излучения от поверхности нагретой полосы непосредственно к рабочей поверхности холодильника, расположенной сверху и снизу обрабатываемого металла с максимальными угловыми коэффициентами излучения.

На фиг,1 показано ус1ройство для охлаждения lloflocbl в 1ермичес.кой печи, разрез Б-Б на фиг.2; ия Аиг.21027237 камера конвективного охлаждения по" лосы, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3конструкция кольцевого газового сопла.

Устройство для охлаждения полосы

1, движущейся по роликам 2, уста" навливается в термическом агрегате после камеры радиационного охлаждения 3 и уплотняется при выходе полосы затвором 4. По обе стороны от обрабатываемой полосы расположены цилиндрические водоохлаждаемые поверхности 5. Циркуляционный вентилятор

6 подает защитный газ в напорный короб 7, внутри которого на боковой стенке камеры установлены кольцевые сопла 8.

Внутренняя полость в плоскости среза сопла ограничена перегородкой, 9 с калиброванными отверстиями 10, В кольцевом зазоре сопла расположены направляющие лопатки 11. На проти" воположной стенке камеры конвективного охлаждения размещен отсасывающий короб 12 с кольцевым входным направ- . ляющим аппаратом 13.

Устройство работает следующим образом.

Циркуляционный вентилятор 6 за" бирает из отсасывающего короба 12 защитный газ и подает его в нщ орный короб 7, Внутри короба на боковой стенке устройства установлены коаксиальные сопла 8, представляющие собой соосно расположенные цилиндрическую и коническую поверхности. В, зазоре между поверхностями установлены направляющие лопатки 11, обеспечивающие необходимую закрутку потока. Внутреняя полость в плоскости среза коаксиального сопла 8 ограничена перегородкой 9 с калиброванными отверстиями 10, обеспечивающими подвод защитного газа из напорного короба 7 во внутреннее пространство

Формируемого кольцевого потока. На выходе иэ коаксиальных сопел поток защитного газа в виде кольцевого закрученного течения поступает в зону теплообмена, ограниченную с противоположных сторон обрабатываемой полосой и поверхностью полуцилиндра холодильника. Благодаря соосности цилиндрических поверхностей холодильника и коаксиальных сопел, а также равенству наружных диаметров сопел и полуцилиндров (на фиг.1 эти диаметры .показаны условно несколько отличающимися ) кольцевой газовый поток плавно натекает на поверхность холодильника и распространяется вдоль ее по ширине обрабатываемой полосы.

Для восполнения затрат газа на эжек5 царю с внутренней стороны кольцевого потока через отверстия 10 в перегородке 9 коаксиального сопла подается защитный газ. Количество газа, необходимое для компенсации эжекции, определяется параметрами кольцевого потока: начальной скоростью истечения газа, начальным его расходом, закруткой потока и длиной зоны действия потока.

Внутренний диаметр коаксиального сопла в пределах 0,7-0,9 от .его наружного диаметра выбран из условий формирования оптимальной толщины коль. цевого закрученного потока эащитно2О го газа. При внутреннем диаметре сопла большем, чем 0,9 наружного диаметра, толщина кольцевого потока будет сравнительно малой, что приведет к преждевременному равмыканию

25 ядра потока и падению окружной скорости и вызовет неравномерное охлажд ние полосы по ее ширине.

При уменьшении внутреннего диаметра сопла менее 0,7 его наружного

« О диаметра окружная скорость кольцевого потока по ширине обрабатываемой полосы будет замедляться в меньшей степени, однако ввиду того, что наиболее интенсивный теплообмен протекает в пристенном слое, дальнейшее увеличение толщины кольцевого потока нецелесообразно из-за повышенных энергетических затрат. Наружный диаметр коаксиального сопла 0,1-0,2 от

4р ширины рабочего пространства печи взят из условий оптимальных геометрических размеров кольцевого закрученного потока защитного газа..

При наружном диаметре сопла мень45 шем 0,1 ширины печи в пределах одного кольцевого потока уменьшится площадь теплообменных поверхностей, что ухудшит интенсивность охлаждения полосы. Кроме того при малом наружном диаметре сопла по мере распространения кольцевого потока возмоЙен переход его в сплошной цилиндрический воток, что также ухудшит теплообмен между полосой и холодильником.

С увеличением наружного диаметра

55 более 0,2 ширины печи черезмерно увеличатся габариты устройства и энергетические затраты на органиэацию кольцевого эакрученчого потока, по1027237 скольку в этом случае резко увеличивается путь следования вихревой части потока по теплообменным поверхностям, вызывая затухание скорости потока.

Площадь отверстий в перегородке сопла, равная 0,5 -1,0 площади кольцевого зазора сопла, выбрана из условий стабильного функционирования кольцевого закрученного потока защитного газа по всей ширине печи. При площади отверстий менее 0,5 площади зазора сопла количество газа на компенсацию эжекции внутренней полости кольцевого потока будет недостаточно, в результате чего внутри потока возникнет разрежение, которое вызовет отрыв газового течения от теплообменных поверхностей.

При площади отверстий перегородки более площади зазора сопла будет иметь место избыток газа, подаваемого на эжекцию, который не участвует в тейлообмене, что увеличивает энергозатраты на организацию потока.

Кроме того, избыточный поток газа будет подтормаживать основной кольцевой газовый поток, Поверхность холодильника выполнена в форме полуцилиндра, ось и диаметр которого совпадают с осью и наружным диаметром сопла. Если наружный диаметр сопла больше диаметра полуцилиндра, то часть газового потока будет соударяться с боковой стенкой холодильника, что затруднит формирование кольцевого закрученного потока. При наружном диаметре сопла меньшем, чем диаметр цилиндрической поверхности холодильника, на начальном участке развития кольцевого потока не будет происходить обтекание поверхности холодильника газом, а следовательно, теплообмен между поверхностями резко ухудшится, Коаксиальные сопла в устройстве располагаются парами, симметрично относительно обрабатываемой полосы, благодаря чему кольцевые газовые потоки омывают поверхность металла с обеих сторон, равномерно охлаждая его

По длине обрабатываемой полосы, по обеим ее сторонам сопла компонуются в ряд по 4-6 штук, объединенных в общий циркуляционный контур. Направляющие лопатки в коаксиальных соплах устанавливаются таким образом, чтобы направление закрутки рядом развивающихся кольцевых потоков было противоположным. Это обеспечивает спутное движение двух соседних кольцевых потоков в областях, не ограниченных поверхностями холодильника и обра5 батываемой полосы.

Конвективное охлаждение металла производится сплошным потоком газа, натекающего на полосу, по всей ее ширине. Учитывая, что каждый единич1О ный вихрь имеет свой независимый теплообменный цикл, а также из-за отсутствия перемешивания нагретого и охлажденного, газа охлаждение полосы по ширине носит равномерный харак15 р

В известных струйных системах конвективного охлаждения интенсивность теплообмена на оси и периферии обрабатываемого металла различна даже

20 при равномерном распределении начальных скоростей истечения газовых струй. Струи, действующие на оси полосы, атакуя ее, растекаются к периферии, воздействуя на соседние

25 струйные течения, За счет турбулентного обмена между уже нагретым га.зом и холодными струями температура газового потока по мере приближения к краям полосы увеличивается, что

ЗО определяет неравномерность теплоотвода по ширине полосы.

В предлагаемом устройстве в пределах одной его камеры можно разместить 2-4 циркуляционных контуров, З5 каждый с группами сопел и входными направляющими айпаратами (фиг.1) .При распространении кольцевого потока может иметь место уменьшение тангенциальной составляющей его скорости

4О что вызовет некоторое снижение интенсивности охлаждения полосы по ее ширине. С целью выравнивания интенсивности охлаждения полосы по ее ширине движение газа в каждом после45 дующем соседнем циркуляционном кон туре по ширине печи имеет противоположное направление.

В каждом циркуляционном контуре может легко осуществляться регулиро5О вание интенсивности теплообмена между полосой и холодильником за счет изменения начальной скорости истечения кольцевых потоков. Регулированием расходов газа на сопла можно достиг55 нуть высокой интенсивности и степени равномерности охлаждения полосы в пределах каждой камеры системы конвективного охлаждения.

1027237

Изобретение при его реализации обеспечит высокую надежность работы системы охлаждения полосы в термичесокой печи, поскольку поА-А

Составитель В.Смирнов

ТехредТ.фанта Корректор В. Гирняк

Редактор Н.Егорова

Заказ 4675/29.. .Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю верхность холодильника размещена непосредственно в печном простран-. стве около обрабатываемого металла, У