RU2106414C1 - Vertical pull-through furnace for decarbonizing annealing - Google Patents

Abstract

FIELD: vertical pull-through (tower-type) furnaces for thermochemical treatment of steel strip. SUBSTANCE: the last third section of holding chamber of tower-type furnace has additional branch pipes in the system of supply of working medium at two and more levels over the height of both side longitudinal walls facing each other and perpendicular to the plane of motion of strip, and headers located in furnace working space above each lower roller. Opposite branch pipes at each level are displaced relative to each other and located in those passages where there are no lower conveying rollers. The first and last branch pipes supply working medium between the third and fourth passages of strip considering from end face walls to provided for satisfactory opening of jets of working medium supplied from branch pipes located in end face walls of section. Lower headers ensure supply of medium to interstrip space uniformly in width of passage with the help of holes facing furnace roof and oncoming and outgoing branches of strip. To intensify the process of heat-mass-transfer installed in all sections of holding chamber above lower conveying rollers in working space are headers with holes facing the furnace roof and oncoming and outgoing strip branches ensuring supply of working medium to interstrip space over the strip width. EFFECT: higher efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к протяжным вертикальным (башенным) печам для термохимической обработки стальной полосы и может быть использовано для интенсификации массообменных процессов в рабочем пространстве агрегатов непрерывного обезуглероживающего отжига электротехнических сталей. The invention relates to long vertical (tower) furnaces for thermochemical processing of a steel strip and can be used to intensify mass transfer processes in the working space of units of continuous decarburization annealing of electrical steel.

Скорость протекания массообменных реакций, происходящих на границе раздела металл-газ, зависит от равномерности концентрационных полей атмосферы и интенсивности омывания газовой средой поверхности металла. Однако вследствие несовершенства газодинамики агрегата возможно образование застойных зон, препятствующих нормальному подводу к поверхности полосы газообразных свежих реагентов и отводу от нее продуктов реакции. Подобное явление требует внесения конструктивных изменений в систему подачи защитного газа (рабочей среды) в печь с целью организации движения потоков, исключающего формирование застойных зон, а также повышения скорости движения газа относительно поверхности металла. The rate of mass transfer reactions occurring at the metal-gas interface depends on the uniformity of the concentration fields of the atmosphere and the intensity of the gas surface washing the metal surface. However, due to imperfection of the gas dynamics of the unit, the formation of stagnant zones is possible that impede the normal supply of fresh gaseous reagents to the surface of the strip and the removal of reaction products from it. Such a phenomenon requires structural changes in the system for supplying a protective gas (working medium) to the furnace in order to organize the movement of flows, eliminating the formation of stagnant zones, as well as increasing the gas velocity relative to the metal surface.

Известна конструкция башенной печи для термохимической обработки анизотропной электротехнической стали, включающей рекристаллизационный отжиг, совмещенный с процессом обезуглероживания, принятия в качестве аналога [1]. Печь состоит из камеры нагрева, 3-х секций камеры выдержки (КВ), камеры охлаждения, причем 3- секция КВ в отличие от 1-ой и 2-ой не имеет внутренних разделительных стенок. Секции КВ оснащены системой подачи контролируемой атмосферы (влажной азото-водородной рабочей среды), подводящие коллекторы которой размещены на короткой боковой (торцевой) стене, обращенной к плоскости полосы и параллельной ей, и газ поступает в рабочее пространство КВ через технологические отверстия, расположенные на пяти уровнях по высоте секций. A known design of a tower furnace for thermochemical processing of anisotropic electrical steel, including recrystallization annealing, combined with the decarburization process, adoption as an analogue [1]. The furnace consists of a heating chamber, 3 sections of a holding chamber (HF), a cooling chamber, and the 3-section HF, unlike the first and second, does not have internal dividing walls. HF sections are equipped with a controlled atmosphere (wet nitrogen-hydrogen working medium) supply system, the supplying collectors of which are placed on a short side (end) wall facing the plane of the strip and parallel to it, and gas enters the HF working space through technological holes located on five levels for section height.

Основной недостаток данной конструкции заключается в следующем. Проведенные исследования [2] показали, что газодинамика 3-ей секции КВ не является рациональной, т.к. поток газа, перетекающий из камеры регулируемого охлаждения (КРО), перемещается в подсводовом пространстве и далее стекает вдоль двух крайних (первых по ходу в данной секции) ветвей полосы к выходу из секции - переходному тамбуру между 3-ей и 2-ой секцией. Свежая рабочая смесь, поступающая через систему торцевого распределенного подвода, вдоль боковых стен, перпендикулярных к плоскости полосы, и также покидает секцию, практически не попадая в пространство между проходами полосы. Следствием этого является с одной стороны - неравномерность концентрации реагентов и продуктов реакции (главным образом СО) по объему секции, а с другой - недостаточно полное использование поступающего технологического газа, значительная часть которого, таким образом, не успевает вступить в реакцию с металлом. The main disadvantage of this design is as follows. Studies [2] showed that the gas dynamics of the 3rd section of HF is not rational, because the gas flow flowing from the controlled cooling chamber (CRO) moves in the underwater space and then flows along the two extreme (first along this section) branches of the strip to the exit of the section - the transition vestibule between the 3rd and 2nd sections. Fresh working mixture entering through the end-face distributed supply system along side walls perpendicular to the plane of the strip also leaves the section, practically without falling into the space between the aisles of the strip. The consequence of this is, on the one hand, the uneven concentration of reagents and reaction products (mainly CO) over the volume of the section, and on the other hand, insufficient use of the incoming process gas, a significant part of which, therefore, does not have time to react with the metal.

C + H₂O = CO + H₂.C + H ₂ O = CO + H ₂ .

Данная система подачи контролируемой среды не способна обеспечить заданного технологией равномерного распределения газа по объему 3-ей секции КВ. This system for supplying a controlled environment is not able to provide the technology with a uniform distribution of gas throughout the volume of the 3rd section of HF.

Известна конструкция башенной печи, принятая в качестве прототипа [3], в которой в 3-ей секции система подачи рабочей среды выполнена с установленным на противоположной торцевой стене данной секции дополнительным коллектором с размещенными по его высоте боковой поверхности попарно на каждом уровне патрубками, при этом патрубки основного и дополнительного коллекторов размещены соосно. За счет организации дополнительного коллектора, который позволяет реализовать более эффективную систему подачи - "встречно-шахматный подвод", в котором при подаче газовых струй навстречу друг другу достигается более равномерное распределение защитной атмосферы по объему секции КВ, вследствие соударения, интенсивного перемешивания и ликвидации застойных зон, а также повышения скорости движения газа относительно полосы. Достигается вовлечение потока в центральные области секции, где он попадает в пространство между соседними ветвями полосы, что способствует лучшему использованию его реакционной способности. A known design of a tower furnace, adopted as a prototype [3], in which in the 3rd section the fluid supply system is made with an additional manifold installed on the opposite end wall of this section with side pipes placed along its height on the side surface at each level, while branch pipes of the main and additional collectors are placed coaxially. Due to the organization of an additional collector that allows for a more efficient supply system - “counter-chess supply”, in which, when gas jets are fed towards each other, a more uniform distribution of the protective atmosphere over the volume of the HF section is achieved due to collision, intensive mixing and elimination of stagnant zones , as well as increasing the speed of gas relative to the strip. The involvement of the stream in the central areas of the section is achieved, where it enters the space between adjacent branches of the strip, which contributes to a better use of its reactivity.

В усовершенствованной конструкции башенной печи для увеличения производительности и повышения качества металла проводится отжиг более толстой полосы: вместо толщины 0,6, 0,75-0,8 мм, при этом 3-я секция КВ увеличена за счет КРО, и, таким образом, в этой секции число проходов полосы возросло в два раза - вместо 7 стало 14 и защитная атмосфера перетекает из камеры охлаждения не через верхний тамбур, а через нижний. Как показали исследования, такое значительной увеличение длины камеры при таком же давлении подаваемой в рабочее пространство рабочей среды (давление защитного газа перед агрегатом увеличить практически невозможно) делает недостаточно эффективным подвод атмосферы в устройстве-прототипе: соударения встречных струй происходить не будет и поэтому контролируемая атмосфера не будет заходить в пространство между проходами полосы, и она, практически не взаимодействуя с металлом, будет по продольным боковым стенам стекать в переходный тамбур между 3-ей и 2-ой секциями КВ. In the improved design of the tower furnace, an thicker strip is annealed to increase productivity and improve the quality of the metal: instead of 0.6, 0.75-0.8 mm, the 3rd section of the HF is increased due to KRO, and thus in this section, the number of passes of the strip doubled - instead of 7 it became 14 and the protective atmosphere flows from the cooling chamber not through the upper vestibule, but through the lower one. Studies have shown that such a significant increase in the length of the chamber at the same pressure supplied to the working space of the working medium (it is almost impossible to increase the pressure of the protective gas in front of the unit) makes the atmosphere supply in the prototype device insufficiently effective: no collision of the oncoming jets will occur and therefore the controlled atmosphere will not will go into the space between the aisles of the strip, and it, practically without interacting with the metal, will flow down the longitudinal side walls into the transitional tamb ur between the 3rd and 2nd sections of HF.

Цель изобретения - обеспечение возможности повышения производительности агрегата и обезуглероживания полосы с повышенной толщиной за счет интенсификации массообмена в секциях камеры выдержки путем организации интенсивной циркуляции. The purpose of the invention is the ability to improve the performance of the unit and decarburization strips with increased thickness due to the intensification of mass transfer in sections of the holding chamber by organizing intensive circulation.

Поставленная цель достигается тем, что в последней третьей секции камеры выдержки система подачи рабочей среды имеет дополнительные патрубки на двух и более уровнях по высоте обеих боковых продольных стен, обращенных друг к другу и перпендикулярных плоскости движения полосы, и коллекторы, расположенные в рабочем пространстве печи над каждым нижним транспортирующим роликом, причем противоположные патрубки на каждом уровне смещены относительно друг друга и расположены в тех проходах, где отсутствуют нижние транспортирующие ролики; первый и последний из патрубков подают рабочую среду между третьим и четвертым проходами полосы, считая от торцевых стенок, что обеспечивает хорошее раскрытие струй рабочей среды, подаваемой из патрубков, расположенных в торцевых стенах секции, а нижние коллекторы обеспечивают подачу среды в межленточное пространство равномерно по ширине прохода с помощью отверстий, обращенных к своду печи и к набегающей и отходящей ветвям полосы. This goal is achieved by the fact that in the last third section of the holding chamber, the working medium supply system has additional nozzles at two or more levels in height of both lateral longitudinal walls facing each other and perpendicular to the plane of strip movement, and collectors located in the working space of the furnace above each lower conveying roller, and the opposite nozzles at each level are offset from each other and are located in those passages where there are no lower conveying rollers; the first and last of the nozzles serves the working medium between the third and fourth passages of the strip, counting from the end walls, which provides good disclosure of the jets of the working medium supplied from the nozzles located in the end walls of the section, and the lower manifolds provide a medium in the interstitial space uniformly in width passage with holes facing the arch of the furnace and the oncoming and outgoing branches of the strip.

В 1-ой и 2-ой секциях КВ имеются разделительные стенки, поэтому применить в них для интенсификации массообмена "встречно-шахматный подвод" практически невозможно. Как показали исследования, в этих секциях имеются достаточно устойчивые застойные зоны по высоте в пространстве между проходами полосы. In the 1st and 2nd sections of the HF there are dividing walls, therefore it is practically impossible to use “counter-chess supply” in them to intensify mass transfer. As studies have shown, in these sections there are fairly stable stagnant zones in height in the space between the passages of the strip.

Цель данного изобретения - улучшить массообмен в 1-ой и 2-ой секциях КВ за счет интенсификации движения атмосферы между проходами полосы по высоте печи. The purpose of this invention is to improve mass transfer in the 1st and 2nd sections of HF due to the intensification of the movement of the atmosphere between the passages of the strip along the height of the furnace.

Поставленная цель достигается тем, что во всех секциях камеры выдержки над нижними транспортирующими роликами в рабочем пространстве установлены коллекторы с отверстиями, обращенными к своду печи и к набегающей и отходящей ветвям полосы, обеспечивающие подачу рабочей среды в межленточное пространство по ширине печи. This goal is achieved by the fact that in all sections of the holding chamber above the lower conveyor rollers in the working space, collectors are installed with holes facing the arch of the furnace and the incoming and outgoing branches of the strip, providing a working medium in the inter-tape space along the width of the furnace.

На фиг.1 изображена печь, общий вид; на фиг.2 - вид третьей секции камеры выдержки; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - установка коллектора над нижним транспортирующим роликом. Figure 1 shows a furnace, a General view; figure 2 is a view of the third section of the camera exposure; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 is a section bB in figure 2; in FIG. 5 is a section bb in FIG. 2; figure 6 - installation of the collector above the lower conveying roller.

Башенная печь состоит из камеры 1 нагрева, секций 2-4 выдержки, камеры 5 охлаждения, скрубберов 6 для увлажнения газа, роликов для транспортировки полосы нижних 7 и верхних 8 коллекторов для подачи защитной атмосферы 9 и 10. На каждом из пяти уровней в боковых торцевых стенах имеются патрубки 11 для подачи струй газа в рабочем пространстве секции. На четырех верхних уровнях 3-й секции к коллекторам 9 и 10 присоединены дополнительные разводящие трубы 12 и 13, которые подводят рабочую среду через патрубки 14 в отверстия в боковых продольных стенах секции. При этом на одном уровне на одной стороне три отверстия, а на другом два, а на следующем ярусе наоборот. Таким образом, отверстия в боковых продольных стенах расположены не соосно, в разбивку, причем между осями двух ближайших противоположных расположено по два прохода полосы. На первом нижнем уровне к коллектору 10 присоединена разводящая труба 15, к которой присоединены коллекторы 16, расположенные в рабочем пространстве печи над нижними транспортирующими роликами - 7. При этом первый и последний из патрубков подают рабочую среду между третьим и четвертым проходами полосы. По длине и ширине каждого коллектора 16 просверлены отверстия 17, которые расположены таким образом, что струи газа, выходящие из них, направлены вверх навстречу своду и набегающей полосе 18. The tower furnace consists of a heating chamber 1, holding sections 2-4, a cooling chamber 5, scrubbers 6 for humidifying gas, rollers for transporting a strip of lower 7 and upper 8 collectors for supplying a protective atmosphere 9 and 10. At each of the five levels in the side end the walls have nozzles 11 for supplying jets of gas in the working space of the section. At the four upper levels of the 3rd section, additional distributing pipes 12 and 13 are connected to the collectors 9 and 10, which supply the working medium through the nozzles 14 to the openings in the side longitudinal walls of the section. Moreover, on one level there are three holes on one side, and two on the other, and vice versa on the next tier. Thus, the holes in the lateral longitudinal walls are not coaxial, in a breakdown, and between the axes of the two nearest opposed there are two passes of the strip. At the first lower level, a distributing pipe 15 is attached to the collector 10, to which collectors 16 are attached, located in the working space of the furnace above the lower conveyor rollers - 7. The first and last of the pipes supply a working medium between the third and fourth passages of the strip. Holes 17 are drilled along the length and width of each collector 16, which are located in such a way that the gas jets emerging from them are directed upward towards the arch and the running strip 18.

Печь работает следующим образом. The furnace operates as follows.

Вдуваемые струи из патрубков 11 подводов 9 и 10 встречаются со струями из патрубков 14, сталкиваются с ними, смешиваются и вытесняются в проходы между ветвями полосы 18, перемешивая находящуюся там атмосферу. Потоки из патрубков 14 ударяются о противоположную продольную стену и появляется обратный поток газа, который поступает в соседние проходы между ветвями полосы, в которых отсуствуют патрубки 14. Из отверстий 17 струи газа из коллекторов 16 поднимаются кверху по всей ширине прохода между двумя соседними ветвями полосы. The injected jets from the nozzles 11 of the supply 9 and 10 meet with the jets from the nozzles 14, collide with them, mix and are forced into the passages between the branches of the strip 18, mixing the atmosphere there. The flows from the nozzles 14 hit the opposite longitudinal wall and a reverse gas flow appears, which enters the adjacent passages between the branches of the strip, in which there are no pipes 14. From the openings 17, the gas jets from the manifolds 16 rise upward along the entire width of the passage between the two adjacent branches of the strip.

Таким образом, за счет организации дополнительных отверстий на боковых продольных стенах секции и дополнительных коллекторов с отверстиями внизу над нижними транспортирующими роликами возникают значительные вихревые потоки в пространстве между полосами металла по всему объему секции, что приводит к ликвидации застойных зон и повышению относительной скорости движения газа и металла и способствует лусшему использованию реакционной способности рабочей атмосферы. Thus, due to the organization of additional holes on the side longitudinal walls of the section and additional collectors with holes below the lower conveyor rollers, significant vortex flows occur in the space between the metal strips throughout the volume of the section, which leads to the elimination of stagnant zones and an increase in the relative gas velocity and metal and contributes to the best use of the reactivity of the working atmosphere.

В 1-ой и 2-ой секциях КВ имеются распределенные подводы рабочей среды только с одной стороны через коллекторы 10. Так как в этих секциях внутри имеются разделительные стенки, то реализовать эффективный "встречно-шахматный подвод" невозможно. Поэтому в пространстве между двумя соседними проходами полосы имеются значительные застойные зоны. In the 1st and 2nd sections of the HF there are distributed inlets of the working medium from only one side through the collectors 10. Since these sections have dividing walls inside, it is impossible to realize an effective "counter-chess supply". Therefore, in the space between two adjacent passages of the strip there are significant stagnant zones.

Поставленная в изобретении цель достигается также установкой дополнительных коллекторов 16 с отверстиями 16 над всеми нижними 7 транспортирующими роликами в секциях N 1 и N 2 КВ, соединенных разводящими трубами 15 с коллекторами 10. The goal of the invention is also achieved by installing additional collectors 16 with holes 16 above all the lower 7 transporting rollers in sections N 1 and N 2 KB connected by distributing pipes 15 to the collectors 10.

В этом случае во всех секциях печи интенсифицируется массообмен в рабочем пространстве, улучшается взаимодействие атмосферы с металлом, что обеспечивает ускорение процесса обезуглероживания и увеличение производительности агрегата. In this case, in all sections of the furnace, mass transfer in the working space is intensified, the interaction of the atmosphere with the metal is improved, which accelerates the decarburization process and increases the productivity of the unit.

Литература. Literature.

1. Аптерман В.Н., Тымчак В.М. Протяжные печи. М.: Металлургия, 1969, 320 с. 1. Afterman V.N., Tymchak V.M. Broaching furnaces. M .: Metallurgy, 1969, 320 p.

2. Исследование аэродинамики рабочего пространства протяжной башенной печи непрерывного отжига /Ю. П. Зубков, С.Г.Федотов, А.М.Беленький и др. //Известия вузов. Черная металлургия. 1985, N 11, с.115-118. 2. The study of the aerodynamics of the working space of a continuous tower furnace continuous annealing / Yu. P. Zubkov, S.G. Fedotov, A.M. Belenky and others // News of universities. Ferrous metallurgy. 1985, N 11, pp. 115-118.

3. Авт. св. СССР N 1678863. Протяжная вертикальная печь для обезуглероживающего отжига/ А. М. Беленький, О. М.Блинов, А.Т.Гриднев и др.//Заявл. 18.10.88; опубл.23.09.91. Бл.И N 35. 3. Auth. St. USSR N 1678863. A long vertical furnace for decarburization annealing / A. M. Belenky, O. M. Blinov, A. T. Gridnev and others // Decl. 10/18/88; publ. 23.09.91. Bl.No 35.

Claims (1)

Протяжная вертикальная печь для обезуглероживающего отжига, содержащая камеру нагрева, многосекционную камеру выдержки с транспортирующими роликами и с системой подачи рабочей среды в виде коллекторов с патрубками, которые расположены на нескольких уровнях по высоте камеры на одной из боковых торцевых ее стенках и в последней секции камеры на обеих противоположных торцевых стенках, отличающаяся тем, что система подачи рабочей среды имеет соединенные с коллектором последней секции дополнительные разводящие трубы с патрубками, размещенными на двух и более уровнях по высоте обеих боковых продольных стен, и расположенный в рабочем пространстве камеры над каждым нижним транспортирующим роликом дополнительный коллектор с отверстиями в его верхней части, при этом патрубки, размещенные на противоположных стенках на каждом уровне, установлены со смещением относительно друг друга. A long vertical decarburization annealing furnace containing a heating chamber, a multi-section holding chamber with conveying rollers and with a medium supply system in the form of collectors with nozzles that are located at several levels along the height of the chamber on one of its lateral end walls and in the last section of the chamber on both opposite end walls, characterized in that the medium supply system has additional distributing pipes with nozzles connected to the collector of the last section, at two or more levels in height of both lateral longitudinal walls, and an additional collector located in the working space of the chamber above each lower conveyor roller with holes in its upper part, while the nozzles placed on opposite walls at each level are mounted with an offset relative to each other friend.

Images