Рекуперативный нагревательный колодец

 

Q0 ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и>981403

Союз Советских

Социалистических

Республик (61 ) Допол н и тельное к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 09.02, 81 (21) 3245564/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет "

Опубликовано 15. 12.82 . Бюллетень J6 46

Дата опубликования описания 15, 12 . 82 (5! )М. Кл.

С 21 D 9/70

1ааударатвеный каинтет

СССР аа далаи нзааретеннй н аткрытнй (53) УДК 621.783. .224(088.8) Г.М.Дружинин, А.В,Баженов ;-..Й 1;,Заварова, Ю.И.Степаненко, Ю.А.Андреев и Н.К.Трофеев 4

4.; Ь

Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической те6фф1ухники (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) РЕКУПЕРАТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ

Изобретение относится к колодцам, применяемым для нагрева слитков перед прокаткой в черной и цветной металлургии.

Известны рекуперативные нагревательные колодцы с одной верхней горелкой, содержащие рабочую камеру, инжекционную горелку и керамический рекуператор (11, Недостатком этих колодцев является значительная неравномерность температурного поля в объеме рабочей камеры. Наиболее низкие температуры и большое разрежение наблюдается в нижней части камеры в районе горелочной стенки, Это объясняется конструкцией горелочного устройства и расположением дымоубирающего канала.

Наиболее близким к изобретению является рекуперативный нагревательный колодец с отоплением при помощи одной верхней горелки, в котором для повышения уровня температур вблизи

2 горелочной стенки ам бразура горелки расширена и выполнена полуциркуль" ной со скосом в ее нижней части и установлены отражательные стенки в дымоотводящем канале на выходе из рабочей камеры, примыкающие к бокоBb1M стенкам канала и расположенные под углом 30 к плоскости горелочной стены. При этом срез газового сопла

10 расположен на расстоянии 640 мм от среза амбразуры (0,615 диаметра воз" душного канала горелки), а отверстия для выхода газа расположены. под углом 15-20о к оси горелки (21.

Однако расширение амбразуры горелки в верхней части и наклон газовых отверстий сопла способствуют при высокой температуре воздуха быстрому загоранию топлива и повышению тем а пературы факела непосредственно под крышкой колодца, что значительно снижает ее стойкость, а иногда приводит к прогару футеровки, Расширение амбразуры в нижней части горелки с

9814

1040 до 1340 мм не приводит к значительному увеличению объема сгораемого на выходе из амбразуры газа и интенсификации падающего теплового потока на первые слитки, так как аэродинамика факела (его нижней части) не обеспечивает подачу топлива и воздуха непосредственно к основанию горелочной стенки. Газовые струи, выходящие под углом 15-20 (как по- 10 казали экспериментальные исследования}, сносятся воздушным потоком и не интенсифицируют в должной мере горение и теплообмен в районе горелочной стенки. 15

Установка отражательных элементов в виде центрального столбика, примыкающего к рекуператору, и сте- нок, примыкающих к боковым стенам дымоотводящего канала и расположенных 2О под углом 30О к плоскости горелочной стены, повышает аэродинамическое со-противление колодца, так как стенки являются плохо обтекаемыми выступами, создающими застойные зоны с обе- д5 их сторон, Кроме того, их расположение таково; что одна из сторон слитка, обращенная к боковой стенке колодца, слабо омывается потоком греющих газов, так как отражательная стенка, направленная против потока„ создает значительное гидравлическое сопротивление для прохода газов и поток преимущественно движется по центру рабочей камеры. Расположение

35 центрального столбика непосредственно у входных каналов рекуператора создает неравномерность их заполнения дымовыми газами.

Целью изобретения является улучшение качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящегo канала и предотвращения потерь тепла в

$5 надрекуперативное пространство, и увеличение стойкости крышки.

Указанная цель достигается тем, что в рекуперативном нагревательном колодце, содержащем рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, возду50 хоподводящий канал, газоподводящий канал в виде ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, последние выполнены в виде пережимов на боковых 55 стенках входа в дымоотводящий канал, расположенный под углом 40-50 к продольной оси колодца и выступающих 1

03 на 1/4-1/3 поперечного сечения канала, и центрального столбика в виде треугольной призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет

1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала, нижнее сопло газоподводящего канала установлено под углом 40-50 к горизонтали и снабжеб но воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом-и ширина которого составляет 3-4 диаметра наклонного газового сопла, Кроме того, амбразура горелки составляет

2,5-2,0 диаметра воздухоподводящего канала, газовые сопла заглублены на расстояние 5-9 диаметров газовых сопел, а воздухоподводящий канал выполнен заглушенным в верхней части на центральный угол 90-120

Выбранные соотношения размеров

I и конструктивные параметры объясняются следующим образом, Отражательные стенки и центральный отражательный столбик предлагаемой формы и размеров обеспечивают экранирование первого ряда слитков от относительно холодной поверхности рекуператора, обеспечивает наименьшие потери напора по сравнению с прототипом в связи с отсутствием многочисленных застойных зон и острых обтекаемых углов и интенсивный обогрев слитков, стоящих у горелочной стены за счет перераспределения потока греющих газов из центра рабочей камеры к стенкам.

Если угол между внутренней поверхностью отражательной стенки и боковой стенкой дымоубирающего канала менее 40о, то при этом значительно уменьшается входное сечение рекуператора, если угол больше 50 „ то уменьшается сечение для прохода газов между центральным отражательным элементом и боковой стенкой, что приводит к повышению гидравлического сопротивления колодца, Угол наклона. нижнего газового отверстия, доля топлива, подаваемого через него, и необходимость установки воздушного рассекателя и его размеры определены экспериментальным путем на холодной модели. Для того, чтобы газовую струю, направленную к подине колодца, не сносило воздушным потоком, угол ее наклона и расход газа должны находиться в пре5 9814 делах 40-50ои 10-20/ соответственно для различных видов газообразного топлива. 8 этом случае газовая струя, вытекающая из нижнего наклонного отверстия, развивается самостоятельно вплоть до первого ряда -слитков, отстоящих от горелочной стенки на 10001200 мм.

Рассекатель, установленный под газовым соплом, обеспечивает наличие 10 аэродинамической тени и необходимое перемешивание топлива с окислителем при ширине, равной 3-4 диаметрам сопла. При ширине рассекателя, мень— шей чем 3 диаметра, происходит ран" 1% ний снос газовой струи воздушным потоком и сгорание топлива в прямоструйном факеле.

При ширине рассекателя, большей чем 4 диаметра, создаваемая им аэро- 20 динамическая тень такова, что газ не успевает геремешиваться с воздухом и в продуктах сгорания в районе дымоубирающего канала появляются горючие (СО и Н ), 2$

Расширение амбразуры в 1,5-2 раза по отношению к диаметру воздушного канала обьясняется тем, что, как показывают экспериментальные исследования, в этом случае наблюдается зна- 30 чительное увеличение теплоотдачи от начального участка факела и повышение уровня температур газов в районе горелочного факела. Выполнение амбразуры более двух диаметров воздушного канала ограничено по .конструктивным параметрам, Расположение газового сопла на расстоянии, равном

5-9 диаметрам газовых отверстий, обьясняется тем, что при приближении сопла ближе, чем на 5 диаметров газовых отверстий, торцовая поверхность сопла сильно нагревается излучением из обьема рабочей камеры и происходит его оплавление. При удалении сопла более, чем на 9 диаметров, газовые струи в спутном потоке практически полностью перемешиваются (яа молярном уровне) с воздухом и, учитывая высокую температуру окислителя (700-800 С), горел— ка работает как устройство полного предварительного перемешивания, т.е„ практически все тепловыделение сосредоточено в районе амбразуры и горе55 лочной стенки. Это приводит к тому, что дальние от горелки слитки нагреваются более медленно, чем остальные, 03 6

Раскрытие амбразуры на длине окружности, ограниченной дугой в 240

270 (исключая верхнюю часть), т,е. заглушенной на 90-120, связано с тем, что при раскрытии амбразуры по длине дуги, ограниченной большим центральным углом, чем 270О, начинается перегрев крышки колодца в части, примыкающей к горелочной стенке колодца в связи с интенсификацией процессов смешения и горения. При раскрытии амбразуры на .угол, меньший

240, ухудшается перемешивание струй газа с воздухом в периферийных (boковых) слоях факела и не достигает" ся необходимый уровень температур в нижней части корня факела, что приводит к недогреву ближайших к горелочной стенке слитков (заглушка не показана).

На Фиг, 1 изображен предлагаемый колодец, продольный разрез, на фиг.2разрез А-А на Фиг, 1, на фиг, 3разрез Б-Б на фиг, 2, Нагревательный колодец имеет ра" бочую камеру i, верхнюю двухпроводную горелку 2 с воздушным 3 и газоподводящим 4 каналами, который выполнен в аиде ряда сопел 5 и 6, амбразуру 7, воздушный рассекатель 8, керамический рекуператор 9. Между рабочей камерой 1 и керамическим ре" куператором 9 имеется дымоотводящий канал 10, в котором установлены два отражательных элемента в виде пережимов 11 на боковых стенках входа дымоотводящего канала под углом 45о к плоскости входной поверхности рекуператора и перекрывающих по 1/4 поперечного сечения канала с каждой стороны.

На выходе рабочей камеры расположен центральный отражательный столбик 12 переменного сечения в виде треугольной призмы, перекрывающей

1/2 площади поперечного сечения дымоотводящего канала, при этом столбик расположен так, что одно ребро призмы входит в канал между пережимами, Нагревательный колодец работает следующим образом.

Слитки в рабочей камере устанавливаются вдоль боковых стен в два ряда, Нагрев осуществляется за счет тепла, выделяемого при сжигании газа в потоке воздуха, подаваемых через горелку. При этом воздух подогревается до 700-800 С в керамическом рекуператоре и подается в амбразуру

7 98140 горелки через воздушный канал горелки, Газ поступает туда же через га зовое сопло, в котором разделяется на несколько дтруй, одна из которых, нижняя, имеет угол наклона к оси 5 горелки (40-50> ) . Чтобы эту струю не сдуло воздушным потоком, под газовым соплом установлен воздушный рассекатель > обеспечивающий с одной стороны, необходимую дальнобой- 1Î ность газовой струи и распространение ее к основанию амбразуры> а с другой - частичное перемешивание с воздухом и догорание в пределах амбразуры. 3 о приводит к повышению 15 температуры греющих газов в районе горелки и дымоубирающего канала, Большая часть газа выходит из газового сопла параллельными воздушному потоку струями, Такая схема движе- щ ния обеспечивает необходимое для интенсивного горения перемешивание только после 10 калибров газовых струй, т,е, непосредственно в рабочей камере. 25

Наличие амбразуры позволяет несколько ускорить загорание и интенсифицировать теплообмен в ее расширенной части, Поэтому предлагаемая конструкция горелки обеспечивает gg как бы трехслойный (по высоте) факел (верхняя часть, где воздушный канал не расширяется, средняя — где газ выдается параллельными воздушному потоку струями, но имеется амбразура и нижняя - со скошенными участкам амбразуры и наклонной газовой струей). Зто позволяет обеспечить наиболее равномерный (с учетом теплоотвода) уровень температур по вы- О соте рабочей камеры в районе горелки и избежать перегрева крышки колодца.

Из амбразуры факел выходит в свободное пространство над слитками, достигает противоположной стенки и затем разворачивается на 180 . Далее продукты сгорания движутся в пространстве между слитками, а также между слитками и стенкой и поступают в дымоубирающий канал и рекуператор.

При этом на выходе из рабочей камеры поток газов разделяется центральным столбиком на два потока и интенсивно омывает крайний к горелке ряд слитков со стороны, обращенной к факелу.

При этом увеличивается количество тепла, передаваемое слиткам конвекцией.

Обращенная к боковой стене камеры, сторона Gflplтка также интенсивно омывается газами в связи с отклонением периферийных потоков продуктов сгорания от боковых стенок за счет наличия в дымоубирающем канале боковых отражательных элементов в виде пережимов, Потери надзора при этом сведены к минимуму, так как практически отсутствуют застойные зоны, входное сечение рекуператора полностью свободно, а перемещение центрального отражательного столбика позволяет регулировать гидравлическое сопротивление колодца без изменения размеров пережимов, Кроме тогд, наличие пережимов позволяет резко снизить потери тепла излучением в надрекуперативное пространство, так как oHD защищено от прямого (под углом 90О) излучения слитков, Использование изобретения в промышленности позволяет улучшить тепловую работу нагревательных колодцев

r. одной верхней горелкой, повысить качество нагрева слитков, расположенных вблизи горелочной стены, а за счет этого сократить время нагрева всей садки на 0,25-1 ч и удельные расходы топлива на 0,5-1 кг условного топлива на тонну нагреваемого металла.

Формула изобретения

Рекуперативный нагревательный колодец> содержащий рабочую камеру, верхнюю двухпроводную горелку, воздухоподводящий канал, газоподводящий канал в виде ряда сопел, керамический рекуператор, дымоотводящий канал и отражательные элементы, установленные в нем, о т л и ч а ю шийся тем> что, с целью улучшения качества нагрева металла за счет повышения и выравнивания температуры греющих газов в районе горелочной стенки и дымоотводящего канала и предотвращения потерь тепла в надрекуперативное пространство, отражательные элементы выполнены в виде пережимов на боковых стенках у входа в дымоотводящий канал, расположенных под углом 40-50< к продольной оси колодца и выступающих на 1/4-1/3 по:перечного сечения канала, и центрального столбика в виде треугольной

9 981 призмы, одно ребро которой расположено на выходе из рабочей камеры и между пережимами, при этом ширина столбика в свету составляет 1/2-1/3 поперечного сечения дымоотводящего канала.

2. Колодец по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что нижнее сопло газоподводящего канала установлено под углом 40-50 к горизонтали и снабжено воздушным рассекателем, который расположен под этим каналом и ширина которого .составляет 3-4 диаметра наклонного газового сопла.

3. Колодец по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что амбразура го403 10 релки составляет 1,5"2,0 диаметра воздухоподводящего канала, а газовые сопла заглублены на расстояние

5-9 диаметров газовых сопел.

4. Колодецпоп. 1, отли чаю шийся тем, что, с целью увеличения стойкости крышки колодца, воздухоподводящий канал выполнен за" глушенным в верхней части на цент1в ральный угол 90-120, Источники информации, принять е во внимание при экспертизе

1, Аксельруд Л.Г,, Сухов Н,И., Тымчак B.M, Нагревательные колодцы, is M,, "Иеталлургия", 1962, с. 61-64.

2. "Сталь", 1978, V 6, с. 566-568.

981ч03

9 ираж 5 1одпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, "(-35, Раушская наб., д, 4/5 патент, r жгород, ул. i роектная,, аказ 9 3 лиал

Составитель М,Зубкова о екто Л.Бокшан . редактор Д,Гулько Техред З.Палий Корр т р