Способ тепловой обработки металла в пламенной печи прямого или косвенного нагрева (варианты), способ сжигания смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха в пламенной печи прямого или косвенного нагрева, устройство отопления (варианты) и регенеративная насадка (варианты) для осуществления способов

Изобретения относятся к металлургии и машиностроению и могут быть использованы при тепловой обработке металлов (плавление, нагрев под деформацию, термообработка), а также при обжиге, сушке и другой термической обработке неметаллических изделий, например керамики. Способ тепловой обработки металла и способ сжигания смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха в пламенной печи прямого или косвенного нагрева включают сжигание смеси топлива и нагретого воздуха при значениях коэффициента избытка воздуха (α) в смеси топлива и нагретого воздуха, превышающих значение 2,0 и устанавливаемых преимущественно в диапазоне до 6,0. Устройства отопления включают горелки и систему нагрева и подачи воздуха в горелки в количестве, обеспечивающем значения коэффициента избытка воздуха (α) в смеси топлива и нагретого воздуха, превышающие значение 2,0 и устанавливаемые преимущественно в диапазоне до 6,0, и регенеративные насадки включают внутреннее пространство с двумя вводными-выводными окнами, заполненное слоем теплопередающих элементов, объем которого рассчитывается по заданным соотношениям, учитывающим коэффициент избытка воздуха и расход топлива, при этом коэффициент избытка воздуха (α) в смеси топлива и нагретого воздуха, выбираемый в зависимости от режима обработки в пламенной печи, превышает значение 2,0 и устанавливается преимущественно в диапазоне до 6,0. Технический результат заключается в повышении качества подвергаемого тепловой обработке металла путем снижения угара металла в процессе его обработки в пламенной печи прямого нагрева и снижении уровня наводораживания металлов, в том числе сплавов алюминия, титана, железа за счет обеспечения соответствующего состава атмосферы (газовой фазы) продуктов сгорания смеси горячего воздуха с жидким или газообразным топливом при значениях коэффициента избытка воздуха α, превышающих значение 2,0. При использовании изобретений в печах косвенного нагрева техническим результатом является повышение срока службы радиационных труб и тиглей и соответствующее снижение расходов на обработку металлов и себестоимости термической обработки этих металлов. 9 н.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ тепловой обработки металла в пламенной печи прямого или косвенного нагрева, основанный на сжигании смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха при определенном значении коэффициента избытка воздуха, отличающийся тем, что сжигание указанной смеси топлива и воздуха производят при значении коэффициента избытка воздуха, превышающем значение 2,0 и устанавливаемом преимущественно в диапазоне до 6,0.

2. Способ тепловой обработки металла в пламенной печи прямого или косвенного нагрева, основанный на сжигании смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха, включающий нагрев металла до промежуточной температуры, последующий нагрев металла до рабочей температуры и выдержку при рабочей температуре, при этом сжигание указанной смеси топлива и нагретого воздуха производят, по крайней мере, при нагреве металла до промежуточной температуры, при коэффициенте избытка воздуха, не превышающем значения 2,0, отличающийся тем, что нагрев обрабатываемого металла до рабочей температуры производят при увеличении коэффициента избытка воздуха до значения, превышающего значение 2,0 и находящегося преимущественно в диапазоне до 6,0, а выдержку при рабочей температуре осуществляют при постоянном или изменяемом значении коэффициента избытка воздуха, превышающем значение 2,0 и находящемся преимущественно в диапазоне до 6,0.

3. Способ сжигания смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха при тепловой обработке металла в пламенной печи прямого или косвенного нагрева при определенном значении коэффициента избытка воздуха, отличающийся тем, что сжигание указанной смеси топлива и воздуха производят при значении коэффициента избытка воздуха, превышающем значение 2,0 и устанавливаемом преимущественно в диапазоне до 6,0.

4. Устройство отопления пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, включающее отапливаемое пространство с окном вывода продуктов сгорания, по крайней мере, одну горелку для сжигания газового или жидкого топлива в смеси с нагретым воздухом при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, и систему нагрева воздуха и подачи его в каждую горелку в необходимом количестве, отличающееся тем, что система нагрева воздуха и подачи его в каждую горелку в необходимом количестве выполнена конструктивно с обеспечением возможности нагрева и подачи воздуха в количестве, обеспечивающем значение коэффициента избытка воздуха, превышающее значение 2,0 и устанавливаемое преимущественно в диапазоне до 6,0.

5. Устройство отопления пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, включающее отапливаемое пространство, две горелки для сжигания газового или жидкого топлива в смеси с нагретым воздухом при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, канал подачи газового или жидкого топлива, канал вывода наружу охлажденных продуктов сгорания, систему нагрева воздуха и подачи его в каждую горелку, включающую канал подачи извне воздуха и две регенеративные насадки, каждая из которых имеет внутреннее пространство с двумя вводными-выводными окнами, заполненное слоем теплопередающих элементов определенного объема, и систему управления и коммутации указанных каналов, горелок и регенеративных насадок, выполненную с возможностью осуществления горелками и регенеративными насадками циклически изменяемых функций, а именно осуществления каждой из регенеративных насадок в одном цикле работы устройства отопления пламенной печи функции средства для нагрева указанных теплопередающих элементов горячими продуктами сгорания, в другом цикле - функции средства для нагрева воздуха нагретыми в предыдущем цикле теплопередающими элементами, и осуществления каждой из горелок в одном цикле работы устройства отопления пламенной печи функции горелки, а в другом цикле - функции окна вывода продуктов сгорания из отапливаемого пространства, отличающееся тем, что внутреннее пространство каждой регенеративной насадки заполнено таким слоем теплопередающих элементов, объем которого соответствует соотношению

V=K·α·B₁,

где V - объем слоя теплопередающих элементов, заполняющих внутреннее пространство регенеративной насадки, м³;

K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида топлива, вида и размера теплопередающих элементов, температуры воздуха и продуктов сгорания во вводных-выводных окнах регенеративной насадки, длительности цикла работы устройства отопления пламенной печи, ч;

α - коэффициент избытка воздуха, выбираемый в зависимости от требуемого режима термической обработки в пламенной печи, превышающий значение 2,0 и устанавливаемый преимущественно в диапазоне до 6,0, безразмерная величина;

B₁ - расход топлива - газа или жидкого топлива - на горелку при α=1, м³/ч.

6. Устройство отопления пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, включающее отапливаемое пространство, две горелки для сжигания газового или жидкого топлива в смеси с нагретым воздухом при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, и две регенеративные насадки, каждая из которых имеет внутреннее пространство с двумя вводными-выводными окнами, заполненное слоем теплопередающих элементов определенного объема, каждая из горелок через вентиль соединена с каналом подачи газового или жидкого топлива, а также соединена с одним из вводных-выводных окон одной из регенеративных насадок, другое вводное-выводное окно каждой насадки соединено с каналом подачи воздуха и с каналом отвода продуктов сгорания через индивидуальный для каждой насадки трехходовой перекидной клапан или через общий для обеих насадок четырехходовой перекидной клапан, отличающееся тем, что внутреннее пространство каждой регенеративной насадки заполнено таким слоем теплопередающих элементов, объем которого соответствует соотношению

V=K·α·B₁,

где V - объем слоя теплопередающих элементов, заполняющих внутреннее пространство регенеративной насадки, м³;

K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида топлива, вида и размера теплопередающих элементов, температуры воздуха и продуктов сгорания во вводных-выводных окнах регенеративной насадки, длительности цикла работы устройства отопления пламенной печи, ч;

α - коэффициент избытка воздуха, выбираемый в зависимости от требуемого режима термической обработки в пламенной печи, превышающий значение 2,0 и устанавливаемый преимущественно в диапазоне до 6,0, безразмерная величина;

B₁ - расход топлива (газа или жидкого топлива) на горелку при α=1, м³/ч.

7. Регенеративная насадка пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, отапливаемой сжигаемой смесью жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, включающая внутреннее пространство с двумя вводными-выводными окнами, заполненное определенного объема слоем теплопередающих элементов, отличающаяся тем, что внутреннее пространство регенеративной насадки заполнено таким слоем теплопередающих элементов, объем которого соответствует соотношению

V=K·α·B₁,

где V - объем слоя теплопередающих элементов, заполняющих внутреннее пространство регенеративной насадки, м³;

K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида топлива, вида и размера теплопередающих элементов, температуры воздуха и продуктов сгорания во вводных-выводных окнах регенеративной насадки, длительности цикла работы устройства отопления пламенной печи, ч;

α - коэффициент избытка воздуха, выбираемый в зависимости от требуемого режима термической обработки в пламенной печи, превышающий значение 2,0 и устанавливаемый преимущественно в диапазоне до 6,0, безразмерная величина;

B₁ - расход топлива (газа или жидкого топлива), приходящийся на регенеративную насадку, при α=1, м³/ч.

8. Регенеративная насадка пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, отапливаемой сжигаемой смесью жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, включающая внутреннее пространство, заполненное теплопередающими элементами и соединенное с расположенным под ним поднасадочным пространством, причем указанное внутреннее пространство имеет в верхней части одно вводное-выводное окно, а указанное поднасадочное пространство имеет другое вводное-выводное окно с запорным клапаном, отличающаяся тем, что заполненное теплопередающими элементами внутреннее пространство выполнено в виде нескольких, по крайней мере, двух, расположенных друг под другом секций, каждая из которых, за исключением самой нижней секции, соединена с нижележащей секцией с помощью расположенного между этими секциями дополнительного поднасадочного пространства, каждое из которых имеет дополнительное вводное-выводное окно с дополнительным запорным клапаном, каждая секция внутреннего пространства заполнена определенного объема слоем теплопередающих элементов, суммарный объем которых соответствует соотношению

V_max=K·α_max·B₁,

где V_max - суммарный объем слоев теплопередающих элементов всех секций внутреннего пространства регенеративной насадки, м³;

K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида топлива, вида и размера теплопередающих элементов, температуры воздуха и продуктов сгорания во вводных-выводных окнах регенеративной насадки, длительности цикла работы устройства отопления пламенной печи, ч;

α_max - максимальный коэффициент избытка воздуха регенеративной насадки, выбираемый в зависимости от требуемого режима термической обработки в пламенной печи, превышающий значение 2,0 и устанавливаемый преимущественно в диапазоне до 6,0, безразмерная величина;

B₁ - расход топлива (газа или жидкого топлива), приходящийся на регенеративную насадку, при α=1, м³/ч;

при этом максимальный коэффициент избытка воздуха регенеративной насадки и коэффициенты избытка воздуха для каждой секции внутреннего пространства регенеративной насадки связаны между собой соотношением

где α_i - выбранное значение коэффициента избытка воздуха i-й секции внутреннего пространства регенеративной насадки, величина безразмерная;

i - порядковый номер секции внутреннего пространства регенеративной насадки, принимает значения от 1 до n, причем n равно числу секций внутреннего пространства регенеративной насадки;

а объем слоя теплопередающих элементов, заполняющих каждую из секций внутреннего пространства, соответствует соотношению

V_i=K·α_i·В₁,

где V_i - объем слоя теплопередающих элементов i-й секции внутреннего пространства регенеративной насадки, м³.

9. Регенеративная насадка пламенной печи прямого или косвенного нагрева при тепловой обработке металла, отапливаемой сжигаемой смесью жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха при определенном соотношении топлива и нагретого воздуха, характеризуемом соответствующим значением коэффициента избытка воздуха, включающая заполненное слоем определенного объема теплопередающих элементов первое внутреннее пространство с двумя вводными-выводными окнами, верхнее из которых соединено с верхним вводным-выводным окном регенеративной насадки, а нижнее имеет первый запорный клапан, отличающаяся тем, что регенеративная насадка снабжена, по крайней мере, одним дополнительным заполненным слоем определенного объема теплопередающих элементов, внутренним пространством со своим поднасадочным пространством и с верхним и нижним вводными-выводными окнами, верхнее из которых соединено с верхним вводным-выводным окном регенеративной насадки, а нижнее снабжено дополнительным запорным клапаном, при этом суммарный объем слоев теплопередающих элементов всех внутренних пространств регенеративной насадки соответствует соотношению

V_max=K·α_max·B_1г,

где V_max - суммарный объем слоев теплопередающих элементов всех внутренних пространств регенеративной насадки, м³;

K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида топлива, вида и размера теплопередающих элементов, температуры воздуха и продуктов сгорания во вводных-выводных окнах регенеративной насадки, длительности цикла работы устройства отопления пламенной печи, ч;

α_max - максимальный коэффициент избытка воздуха регенеративной насадки, выбираемый в зависимости от требуемого режима термической обработки в пламенной печи, превышающий значение 2,0 и устанавливаемый преимущественно в диапазоне до 6,0, безразмерная величина;

B₁ - расход топлива (газа или жидкого топлива), приходящийся на регенеративную насадку, при α=1, м³/ч;

при этом максимальный коэффициент избытка воздуха регенеративной насадки и коэффициенты избытка воздуха для каждого внутреннего пространства регенеративной насадки связаны между собой соотношением

где α_i - выбранное значение коэффициента избытка воздуха i-го внутреннего пространства регенеративной насадки, величина безразмерная;

i - порядковый номер внутреннего пространства регенеративной насадки, принимает значения от 1 до n, причем n равно числу внутренних пространств регенеративной насадки;

а объем слоя теплопередающих элементов, заполняющих каждое из внутренних пространств, соответствует соотношению

V_i=Kα_iB₁,

где V_i - объем слоя теплопередающих элементов i-го внутреннего пространства регенеративной насадки, м³.