Способ охлаждения металла в колпаковой печи и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к термической обработке в колпаковых печах плотносмотанных рулонов холоднокатаной полосы из стали или цветных металлов и сплавов и может быть использовано в черной и цветной металлургии. Охлаждение металла осуществляют потоком воздуха, который омывает муфель сверху и снизу. Для реализации этого способа используют устройство, содержащее цилиндрический кожух, выполненный открытым с обоих торцов, и вентиляторы. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к термической обработке в колпаковых печах плотносмотанных рулонов холоднокатаной полосы из стали или цветных металлов и сплавов и может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Известен способ охлаждения садки в колпаковой печи, принятый в качестве аналога, когда охлаждение стопы рулонов, покрытых муфелем, осуществляется естественным путем: излучением и естественной конвекцией тепло отдается окружающей среде.

Данный способ достаточно прост, но весьма длителен, что приводит к значительным потерям производительности и перерасходу защитной атмосферы и электроэнергии.

Известен способ, наиболее близкий к предлагаемому и принятый в качестве прототипа, который заключается в принудительной подаче потока холодного воздуха снизу вверх параллельно поверхности муфеля, засасываемого из цеха через нижнее кольцевое отверстие в зазоре между муфелем и колпаком охлаждения. Холодный воздух входит внизу в зазор и при своем движении отбирает тепло от стенки муфеля. Затем воздух, уже нагретый, выбрасывается вверх крыльчатками просасывающих вентиляторов [1] Данный способ позволяет ускорить процесс охлаждения, однако имеет недостатки. К верхней части муфеля воздух приходит уже нагретым, т.е. эффективность охлаждения снижается и довольно значительно с высотой, причем при снижении температуры муфеля (на поздней стадии периода охлаждения) этот процесс торможения охлаждения более ощутим. Горячий воздух выбрасывается в цех на большой высоте, практически в непосредственной близости от крановщиков, что ухудшает условия их труда.

Известно охлаждение стопы рулонов холоднокатаной полосы в колпаковой печи, включающей стенд, на который устанавливают 3-7 рулонов, муфель. Для ускорения нагрева и охлаждения металла в колпаковой печи с помощью специальных вентиляторов, расположенных под стендом, создают принудительную циркуляцию защитного газа, который проходит через конвекторные кольца, разделяющие рулоны в стопе, и тем самым обеспечивается интенсивный теплообмен. После окончания нагрева и выдержки, этапа, необходимого для выравнивания температур по садке и прохождения процессов рекристаллизации, отключается топливо, нагревательный колпак снимается и переносится на другой стенд, где начинается новый цикл нагрева, а на данной печи происходит процесс охлаждения. Он заканчивается, когда наиболее медленно остывающая точка садки достигает температуры 160^oC. При этой температуре происходит распаковка стенда снимается муфель, а рулоны последовательно переносятся на склад или передаются на дрессировочный стан.

Недостаток охлаждения непосредственно в печи это длительность процесса охлаждения, если нагрев длится в течение 30-50 ч, то охлаждение в течение 60-90 ч.

Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемому является устройство для охлаждения стопы рулонов в колпаковой печи, которое содержит кожух цилиндрической формы и два вентилятора с электродвигателями. Вентиляторы установлены на верху кожуха [2] Недостатком данного устройства является то, что кожух имеет высоту, как правило, 5-7 м, а следовательно, обслуживание вентилятора требует значительных затрат, кроме того, так как необходимо просасывать значительное количество воздуха, то для исключения значительных гидравлических потерь необходимо делать зазор между колпаком и муфелем достаточно большим, что уменьшает скорость движения охлаждающего воздуха и снижает коэффициент теплоотдачи.

Технической задачей изобретения является ускорение процесса охлаждения металла в колпаковой печи.

Задача решается путем деления потока охлаждающего воздуха на два потока, движущихся навстречу друг другу снизу вверх и сверху вниз параллельно поверхности муфеля.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрический кожух, стойки и вентиляторы, кожух выполнен открытым с обоих торцов, снабжен патрубками с установленными в них вентиляторами для отсоса воздуха из-под кожуха, причем патрубки установлены на расстоянии 1/3-2/3 высоты кожуха. Причем на внутренней поверхности кожуха могут быть выполнены ребра.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения, реализующее заявляемый способ; на фиг. 2,3 развертки внутренней поверхности кожуха охлаждающего устройства.

Пример. Через 2 ч после снятия нагревательного колпака муфель, под которым находится охлаждаемая стопа рулонов, накрывают устройством для охлаждения и включают в работу вентиляторы. Охлаждение ведут до температуры 150^oC по стендовой термопаре. По достижении этой температуры устройство для охлаждения переносят на другой стенд, на котором закончился нагрев металла, должно быть начато охлаждение. Параметры охлаждаемой садки металла и эффективность предлагаемого устройства для охлаждения в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемое устройство для охлаждения и способ его применения позволяют на 8-12% повысить производительность охлаждения металла под муфелем.

Предлагаемое устройство используется в комплексе с колпаковой печью, содержащей стенд 1 со встроенным циркуляционным вентилятором 2 и направляющим аппаратом 3, а также расположенный на стенде 1 муфель 4, уплотненный песочным затвором 5. Под муфелем 4 установлены рулоны 6, разделенные по высоте конвекторными кольцами 7. В период охлаждения на стенд устанавливается предлагаемое устройство, которое содержит кожух 8, стойки 9, узел для транспортировки 10. В кожухе 8 выполнены два отверстия 11, к которым присоединены патрубки 12. В последних расположены вентиляторы 13 с электроприводом 14. На внутренней поверхности кожуха 8 могут быть приварены ребра 15,16,17.

Данное устройство работает следующим образом, После окончания периода нагрева и выдержки стопы рулонов 6 в колпаковой печи нагревательный колпак переносится на другой стенд 1, а вместо него с помощью крана узел 10 сверху на стопу, закрытую муфелем 4, устанавливается устройство для охлаждения. Стойки 9 располагаются на стенде 1. После фиксации кожуха 8 на стенде 1 подключаются к электропитанию приводы 14 вентиляторов 13, которые начинают пересасывать холодный воздух из цеха через два кольцевых зазора сверху и снизу кожуха 8.

Основные преимущества предлагаемой конструкции следующие. В 2 раза уменьшается длина образующей муфеля, относительно которой движется воздух, поэтому его температура в среднем ниже и коэффициент теплоотдачи от муфеля выше, и, следовательно, теплообмен в системе муфель-кожух более интенсивен. Так как поток разбивается на два, то уменьшается количество воздуха, проходящего через зазор между муфелем и кожухом, и можно увеличить скорость, не увеличивая потерь на гидравлическое сопротивление системы, т.е. при том же вентиляторе можно уменьшить зазор между муфелем и кожухом и увеличить теплообмен за счет конвекции и теплопроводности газового зазора. Вследствие того что путь движения воздуха меньше, он не нагревается до температуры муфеля, что имеет место в прототипе, и в свою очередь не нагревает внутреннюю поверхность кожуха охлаждающего устройства до температуры муфеля, что исключает возможность образования двух параллельных поверхностей с одинаковой температурой и обеспечивает теплообмен излучением от муфеля к кожуху, что значительно повышает скорость охлаждения садки. Высота расположения вентиляторов выбирается в зависимости от садки и диаметра рулонов таким образом, чтобы температура воздуха, покидающего кольцевой зазор, не была равной температуре муфеля, что имеет место в области от 1/3 до 2/3 высоты муфеля. К достоинству данной конструкции охлаждающего устройства следует также отнести и то, что нагретый воздух выбрасывается на большем расстоянии от крановщиков, что улучшает условия их труда.

Для обеспечения равномерного заполнения движущимся воздухом кольцевого зазора (фиг. 2) на внутренней поверхности кожуха 8 приварены ребра 15 высотой 1/3-2/3 величины зазора. Они расположены равномерно с разбивкой по окружности на интервалы 15-30^o, причем начало и окончание каждого ребра 15 смещены относительно друг друга на 60-90^o, а окончание не доходит до уровня отверстий 11 отводящих патрубков 12 на 50-500 мм.

Данный вариант предлагаемого устройства работает следующим образом. После установки на стенд 1 и включения вентиляторов 13 засасываемый воздух движется в кольцевом зазоре и между ребрами 15 соответственно сверху вниз и снизу вверх до отверстий 11 отводящих патрубков 12 вентиляторов 13.

Преимущества данного устройства заключаются в следующем. Воздух по кольцевым зазорам движется не сразу к патрубкам, а вынужден более равномерно заполнить кольцевой зазор, причем приваренные ребра 15 удлиняют его путь, что также приводит к улучшению процесса теплообмена между муфелем и охлаждающим его воздухом.

Для обеспечения интенсификации теплообмена поверхности кожуха 8 сверху и снизу отверстий 11 приварены по два ряда ребер верхний 16 и нижний 17, расположенных симметрично по оси отверстий 11 патрубков 12 один над другим на расстоянии друг от друга и от края кожуха 8, равном 1/10 высоты муфеля 4. Каждое ребро 16, 17 состоит из двух отрезков, образующих между собой угол 120-150^o, причем длина нижнего отрезка составляет 0,5-0,7 длины 1/4 окружности муфеля 4, а отрезки верхнего ряда в 2 раза короче.

Преимущество данного варианта устройства заключается в том, что обеспечивается турбулизация воздушного потока внутри зазора между муфелем 4 и кожухом 8, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена и ускорению процесса охлаждения садки.

Указанные преимущества способа охлаждения металла в колпаковой печи и устройств, его реализующих, позволят сократить длительность периода охлаждения, повысить производительность одного стенда, сократить расход электроэнергии и защитного газа.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения металла в колпаковой печи, включающий подачу потока воздуха, омывающего муфель, отличающийся тем, что поток воздуха организуют в виде встречных потоков, движущихся сверху вниз и снизу вверх параллельно поверхности муфеля.

2. Устройство для охлаждения металла в колпаковой печи, содержащее цилиндрический кожух, стойки и вентиляторы, отличающееся тем, что цилиндрический кожух выполнен с патрубками для отсоса воздуха из-под кожуха и имеет открытые торцы, а вентиляторы размещены в этих патрубках, причем патрубки размещены на расстоянии от нижнего торца кожуха, составляющем 1/3 - 2/3 высоты кожуха.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на внутренней поверхности кожуха выполнены ребра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3