Печь контактного нагрева металла

 

Изобретение относится к оборудованию для нагрева металлов на основе алюминия перед их прокаткой на прокатном стане. Печь контактного К нагрева металла М содержит теплоизолированный корпус с К нагревательными элементами НЭ, узел загрузки. Каждый КНЭ выполнен в виде корпуса из электроизолированного материала с графитовым наполнителем и электродом с развитой поверхностью и изолированным токопроводом, термопар, установленных внутри корпуса и К мембран, одна из которых закрывает снаружи корпус с образованием рабочей поверхности. Использование данного изобретения позволяет обеспечить равномерный нагрев алюминиевого сляба по поверхности и объему путем К нагрева НЭ, площадь которых равна площади нагреваемого сляба. Нагреваемый М под КНЭ греется посредством подачи тока большой величины низкого напряжения. На каждый КНЭ действует усилие нажатия, которое воспринимается стальным штоком корпуса, в котором расположены токоподвод и термопара. 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для нагрева металлов, точнее алюминиевых слябов и слябов на основе алюминия, перед их прокаткой на прокатном стане.

Известно, что на заводах имеются нагревательные печи, греющие слябы методом конвекции и излучения до необходимой температуры с целью повышения пластичности и облегчения процессов механической обработки [1] Общим недостатком таких печей являются большие тепловые потери, вызванные тем, что печь перед работой должна прогреться до высокой температуры.

Ближайшей к заявляемой по технической сущности является печь по [2] Предложенная в указанной заявке контактная система нагрева имеет ряд недостатков, которые не позволяют использовать эту систему нагрев в целом ряде случаев, например, при нагреве крупногабаритных алюминиевых слябов перед их прокаткой.

При нагреве роликами тонкого металлического листа, металлической ленты последние успевают прогреться от греющих роликов. При нагреве роликами алюминиевого сляба последний не успевает прогреться от роликов из-за своей большой массы.

Ролик, как геометрическое тело в виде цилиндра, и лента, лист, как геометрические тела в виде плоскости, соприкасаются между собой по линии, или практически по незначительной площади. В случае нагрева роликами ленты, листа последние успевают прогреваться, так как они имеют небольшую толщину, исчисляемую в долях миллиметра. В случае нагрева роликами сляба тепло не успевает распространиться по большой массе металла сляба, так как толщина сляба велика исчисляется в десятках сантиметров, а контакт между роликами и плоскостями сляба осуществляется, как отмечалось, лишь в линиях их соприкасания, поэтому теплопередающая площадь от роликов к слябу очень мала и не дает возможности передать слябу большое количество тепла, необходимое для его интенсивного нагрева, что крайне важно на практике.

Поэтому рассматриваемая конструкция, греющая массивный сляб роликами, мало эффективна. Такая система нагрева резко снижает эффект теплопередачи энергии от греющего ролика к нагреваемому слябу.

И напротив, предлагаемые контактные нагреватели выполнены плоскостными, т. е. теплопередача, при такой конструкции контактных нагревателей идет от плоскости нагревателя к плоскости нагреваемого изделия, и причем, что очень существенно, процесс нагрева происходит не в динамике, как в случае с теплопередающими роликами, а в статике. Последнее условие дает возможность вести процесс регулирования нагревом сляба с большой точностью. При этом скорость нагрева сляба наивысшая, потери энергии наименьшие.

Конструктивно контактные нагреватели выполнены так, что в процессе передачи тепла от контактных нагревателей к слябу в плоскости их соприкосновения не происходит "подсадки" температуры наружной контактной мембраны контактного нагревателя, что является существенным условием проведения качественного нагрева сляба.

Предлагаемый контактный нагреватель выполнен плоскостным, т.е. греющая плоскость контактного нагревателя с нагреваемым слябом соприкасается по плоскости. Такая конструкция контактного нагревателя дает возможность интенсивно передавать тепловую энергию через большую контактную поверхность от греющих контактных нагревателей к нагреваемому слябу.

Предложенная печь контактного нагрева металла, содержащая корпус с теплоизоляцией, нагревательные элементы, грузовую площадку для изделия, источники питания и систему регулирования, отличающиеся тем, что нагревательные элементы выполнены контактными, состоящими из корпуса, заполненного графитовым наполнителем, с изолированными токоподводами и электродом с развитой поверхностью, снабженного термопарами и контактными мембранами, одной из которых корпус закрыт снаружи.

Система нагрева включает в себя нагреваемый сляб, через металл которого замыкается электрическая цепь.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана система нагрева алюминиевого сляба, на фиг. 2 показана печь контактного нагрева.

Печь контактного нагрева содержит теплоизолированный корпус 10 нагревательные элементы, узел загрузки и выгрузки (на чертеже не показан). Нагревательный элемент состоит из стального корпуса 1, заполненного графитовым наполнителем 3. Электроток, при помощи токоподвода 3, подводится электроду 4 с развитой поверхностью. Имеется стальной силовой шток 5, в котором расположены термопары 6 и токоподвод 3. Токоподвод 3 изолирован от металла штока 5 при помощи изолятора 7. Внутри корпуса 1 имеются медные контактные мембраны 8 с креплениями 9. Одной из мембран корпус 1 закрыт снаружи, и эта мембрана является рабочей поверхностью контактного нагревателя.

Контактные электронагреватели на фиг. 1 представлены видом с торца - суммарный размер нагревателей равен длине нагреваемого сляба. Источник питания запитан от заводской силовой электросети и подает на контактные нагреватели ток большой величины низкого напряжения с целью обеспечения безопасных условий работы. От источника питания к контактным электронагревателям ток подается по токоподводящим шинам, величина тока определяется при помощи шунта и амперметра. С шунта сигнал подается в систему управления ЭВМ. На каждый контактный нагреватель действует усилие нажатия, которое воспринимается стальным полым штоком. Усилия нажатия на крайние нагреватели превосходят усилия нажатия на средние нагреватели, т.е. Р₁ > P₂.

В рассматриваемом процессе нагрева применен метод теплопроводности, при котором процесс нагрева происходит за минимальное время с минимальными энергетическими потерями.

Показатель качества нагрева равномерность температур по поверхности и объему алюминиевого сляба.

На фиг. показаны контактные нагревали, которые по площади равны площади нагреваемого изделия.

Контактные нагреватели N 1 греют изделие более интенсивно по сравнению с контактными нагревателями 2, так как нагреваемый металл под этими нагревателями несет меньшие тепловые потери. Поэтому система регулирования так распределяет величину токов, что через контактные нагреватели N 3 идет наименьший ток, а через нагреватели N 1 наибольший.

Размеры контактных нагревателей выбираются кратными размерам нагреваемого изделия. При массовом потоке изделий экономически целесообразно изготовить такой комплект нагревателей, который дает возможность гибко и точно регулировать тепловой поток в нагреваемом металле.

Перед началом работы оператоp по документам на поступающий для нагрева сляб определяет начальные и граничные условия нагрева и вводит эти данные при помощи клавиатуры в ЭВМ, которая рассчитывает усилия нажатия штоков на нагреваемый металл и реализует эти команды через систему регулирования.

Источник питания задает общее напряжение на электроконтактные нагреватели. Величина тока, проходящего непосредственно через каждый электронагреватель, является функциональной зависимостью величины усилия нажимного штока. В этом случае электроконтактный нагреватель работает следующим образом.

При изменении усилия нажатия, передающего через силовой шток на корпус 1 нагревателя, происходит сжатие графитового наполнителя 2. В районе контактных мембран 8 происходит уплотнение графитового наполнителя, в результате чего уменьшается омическое сопротивление перехода: графитовый наполнитель 2 медные мембраны. При неизменном напряжении на источнике питания ток в цепи увеличивается, что ведет к увеличению температуры в переходном сопротивлении, и, как следствие, увеличивается скорость передачи тепла металлу.

Чтобы контактный электронагреватель не нагревался до высокой температуры предусмотрен радиальный элемент с широко развитой поверхностью. При помощи этого электрода ток равномерно распределяется по объему нагревателя. Экспериментально установлено, что самая высокая температура в контактном нагревателе развивается в графитомембранном переходе, т.е. в районе соприкосновения электроконтактного нагревателя с нагреваемым металлом.

По ходу процесса нагрева контролируется и регулируется температура, развиваемая в массе графитового наполнителя и в районе контактных мембран. Эти температуры фиксируются термопарами, информация от термопар поступает в систему регулирования температуры нагрева.

Формула изобретения

Печь контактного нагрева металла, содержащая корпус с теплоизоляцией, контактные нагревательные элементы и узел загрузки, отличающаяся тем, что каждый контактный нагревательный элемент выполнен в виде корпуса из электроизоляционного материала с графитовым наполнителем, электродом с развитой поверхностью и изолированным токопроводом, термопар, установленных внутри корпуса, и контактных мембран, одной из которых закрыт снаружи корпус с образованием рабочей поверхности нагревателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2