Результат интеллектуальной деятельности: РЕКУПЕРАТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ

Изобретение относится к устройствам для нагрева слитков металла перед прокаткой.

Известен рекуперативный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, снабженного перемещающейся крышкой и горелкой (Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии. - М.: Металлургия, 1989. 462 с.).

Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения температур как по длине камеры, так и по высоте слитков, что приводит к необходимости выдерживать слитки в камере колодца дополнительное время и к дополнительному расходу топлива.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является рекуперативный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, снабженного перемещающейся крышкой и горелкой с двумя углами раскрытия факела (Макаров А.Н. Теория и практика теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания. Часть 2. Теплообмен в факельных печах, топках, камерах сгорания. Тверь: ТвГТУ. 2009. 152 с.).

Недостатком данного рекуперативного нагревательного колодца является существенная неравномерность нагрева слитков по высоте, что приводит к дополнительным затратам времени, идущего на выдержку слитков в камере колодца до их нагрева до необходимой температуры, а также к дополнительному расходу топлива, снижению производительности нагревательного колодца.

Задачей изобретения является разработка новой конструкции рекуперативного нагревательного колодца с двумя факелами.

Техническим результатом является обеспечение равномерности нагрева слитков металла, уменьшению времени их нагрева, повышению производительности, снижению расхода топлива.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что рекуперативный нагревательный колодец состоит из камеры, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, и снабжен перемещающийся крышкой и горелкой. Согласно изобретению, колодец дополнительно содержит горелку, расположенную в нижней части на задней стене на расстоянии 0,25-0,30 от высоты стен, ориентированную параллельно верхней горелке, а в поде созданы два отверстия для подачи воздуха, равноудаленные от фронтальной и задней стен на расстояние, равное 0,33 длины камеры.

Наличие горелки, расположенной на задней стене над подом на расстоянии 0,25-0,30 высоты стен от пода, ориентированной параллельно верхней горелке, а также наличие в поде двух отверстий для подачи воздуха, равноудаленных от фронтальной и задней стен на расстояние, равное 0,33 длины камеры, позволяет создать диффузный факел в нижней части камеры, который совместно с факелом в верхней части камеры, образуемым при сгорании топлива, поступающего в камеру из верхней горелки, обеспечивает равномерность нагрева слитков по высоте, что приведет к уменьшению времени нагрева слитков, повышению производительности, снижению расхода топлива.

При расположении горелки в нижней части на задней стене над подом, на расстоянии, меньшем 0,25 высоты стен от пода, факел приблизится к поду, что вызовет перегрев его футеровки и увеличение тепловых потерь через под. При расположении горелки на расстоянии, большем 0,30 высоты стен от пода, факел удаляется от нижней части слитков и приближается к их верхней части, обогреваемый верхним факелом, создаваемым горелкой, расположенной на фронтальной стене. В результате приближения нижнего факела к верхнему увеличивается скорость нагрева верхней части слитков и уменьшается скорость нагрева нижней части слитков, появляется неравномерность нагрева слитков по их высоте, что приводит к дополнительному расходу топлива, снижению производительности нагревательного колодца.

При расположении двух отверстий для подачи воздуха на расстоянии, меньшем 0,33 длины камеры, первого отверстия от фронтальной, второго от задней стен, будет наблюдаться концентрация энергии факела на периферии камеры у фронтальной и задней стен, вследствие чего будут быстрее нагреваться периферийные слитки, расположенные у фронтальной и задней стен, и медленнее - слитки, расположенные в центре печи. При расположении двух отверстий для подачи воздуха на расстоянии, большем 0,33 длины камеры, первого отверстия от фронтальной, второго от задней стен, энергия факела будет концентрироваться в центре печи, центральные слитки будут нагреваться быстрее, а периферийные медленнее.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема рекуперативного нагревательного колодца; на фиг.2 - вид сверху в разрезе А-А; на фиг.3 изображено распределение тепловых потоков по высоте слитков от верхнего факела; на фиг.4 - то же от нижнего факела; на фиг.5 - распределение суммарных тепловых потоков от верхнего и нижнего факелов.

Рекуперативный нагревательный колодец состоит из камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда. Камера 1 с боков ограничена футерованными стенами: фронтальной 2, боковыми 3, задней 4. Сверху камера 1 ограничена перемещающейся крышкой 5, снизу подом 6. В фронтальной стене 2 в верхней части камеры 1 колодца установлена горелка 7, которая создает над слитками 8 верхний факел 9. В нижней части камеры 1 колодца в задней стене 4 над подом 6, на расстоянии 0,25-0,30 высоты стен от него, установлена горелка 10, которая формирует нижний факел 11. В поде 6 предусмотрены отверстия 12 для подачи воздуха, равноудаленные от фронтальной и задней стен на расстояние, равное 0,33 длины камеры. В нижней части камеры 1 на фронтальной стене 2 расположен канал 13 для удаления продуктов сгорания из камеры 1 колодца.

Рекуперативный нагревательный колодец работает следующим образом. Нагреваемые слитки 8 при открытой перемещающейся крышке 5 устанавливают на под 6 камеры 1, после чего крышкой 5 закрывают камеру 1 колодца. Газ и воздух поступают в установленную на фронтальной стене 2 камеры 1 горелку 7. В горелке 7 формируется газовоздушная смесь, которая истекает из горелки 7, зажигается и создает над слитками 8 верхний факел 9. Одновременно газ и воздух поступают в установленную в задней стене 4 над подом 6 горелку 10 для создания газовоздушной смеси и образования нижнего факела 11. Для формирования длинного диффузного факела 11 воздух, необходимый для полного сгорания газа, подается в факел 11 тремя частями: первая часть в горелку 10, вторая и третья части в два отверстия 12 для подачи воздуха, равноудаленные от фронтальной и задней стен на расстояние, равное 0,33 длины камеры. При зажигании газовоздушной смеси образуется нижний диффузный факел 11. Подача воздуха по длине факела 11 через два отверстия 12 в поде 6 камеры 1 позволяет управлять процессом диффузного горения и достигать равномерного тепловыделения в факеле 11 и камере 1 колодца. Образующиеся при горении газовоздушных смесей в верхнем факеле 9 и нижнем факеле 11 продукты сгорания выводятся из камеры 1 колодца через каналы 13.

Таким образом, верхний факел 9 нагревает верхнюю часть слитков (фиг.3), а нижний факел 11 нагревает нижнюю часть слитков 8 (фиг.4), в результате чего суммарные тепловые потоки, падающие от факелов 9 и 11 на поверхность слитков 8, выравниваются и увеличивается равномерность нагрева слитков 8 по высоте (фиг.5). На фиг.3-5 приведены графики распределения тепловых потоков по высоте слитков, соответственно, от верхнего факела 9, от нижнего факела 11, суммарных от верхнего 9 и нижнего 11 факелов. Из графиков видно, что при одновременном нагревании слитков верхним 9 и нижним 11 факелами нагревание происходит более равномерно.

Равномерное распределение тепловых потоков и температуры по высоте слитков 8 значительно уменьшает время их нагрева до необходимой температуры, повышает производительность рекуперативного нагревательного колодца, снижает расход топлива.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.