RU2786550C1

RU2786550C1 - Regenerative soaking pit

Info

Publication number: RU2786550C1
Application number: RU2022110814A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Макаров; Андрей Владимирович Крупнов; Екатерина Петровна Алисова
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2022-12-22

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to apparatus for heating metal ingots prior to rolling. Regenerative soaking pit comprises a chamber made in the form of a rectangular parallelepiped, limited by lined walls, a hearth, and a moving cover, and a burner. The chamber is additionally equipped with transverse lined partitions installed vertically on the hearth of the chamber and connected with the side walls, containing channels for the removal of combustion products, wherein the height of the partitions is equal to 0.6–0.7 height of the walls.

EFFECT: shorter time for heating ingots in the furnace, higher productivity, reduced fuel consumption due to the decreased time of holding ingots in the furnace.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для нагрева слитков металла перед прокаткой.The invention relates to devices for heating metal ingots before rolling.

Известен рекуперативный нагревательный колодец, состоящий из камеры, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченной футерованными стенами, подом, снабженного перемещающейся крышкой и горелкой (Макаров А.Н. Теплообмен в электродуговых сталеплавильных и факельных нагревательных печах, топках паровых котлов, камерах сгорания газотурбинных установок. - Москва, Вологда: Инфра - Инженерия, 2022. 452 с.).A recuperative heating well is known, consisting of a chamber made in the form of a rectangular parallelepiped, bounded by lined walls, a hearth equipped with a moving cover and a burner (Makarov A.N. Heat transfer in electric arc steel-smelting and flare heating furnaces, furnaces of steam boilers, combustion chambers of gas turbine plants. - Moscow, Vologda: Infra - Engineering, 2022. 452 p.).

Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения тепловых потоков и температур как по длине камеры, так и по высоте слитков. Для выравнивания температуры по высоте слитки выдерживают в камере колодца дополнительное время, что приводит к снижению производительности колодца и дополнительному расходу топлива.The disadvantage of this design is the uneven distribution of heat flows and temperatures both along the length of the chamber and the height of the ingots. To equalize the temperature along the height, the ingots are kept in the chamber of the well for additional time, which leads to a decrease in the productivity of the well and additional fuel consumption.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является рекуперативный нагревательный колодец, содержащий камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом, перемещающейся крышкой, и горелки, расположенные в верхней части фронтальной и нижней части задней стен (RU, №2521772, КЛ. C21D 9/70, 2014 г.).The closest in technical essence to the claimed is a recuperative heating well containing a chamber made in the form of a rectangular parallelepiped, bounded by lined walls, a hearth, a moving cover, and burners located in the upper part of the front and lower parts of the rear walls (RU, No. 2521772, CL C21D 9/70, 2014).

Недостатком данного рекуперативного нагревательного колодца является существенная неравномерность тепловых потоков и температур по боковым поверхностям слитков. На боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенам, падают от нагретых футерованных стен в 1,5-2,0 раза большие тепловые потоки по сравнению с боковыми поверхностями слитков, обращенных к оси симметрии колодца, и боковыми поверхностями слитков, обращенных друг к другу. Боковые футерованные стены нагреваются до температуры 1200°С в нижней части и до 1300°С в верхней части, мощность потока теплового излучения каждой из боковых стен составляет 85-90% от мощности факела и они излучают эту мощность в виде теплового потока на боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенкам. На боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии колодца, боковые стены не излучают, на эти поверхности слитков излучает факел, тепловые потоки которого в 1,5-2,0 раза меньше по сравнению с потоками теплового излучения боковых стен на обращенные к ним боковые поверхности слитков. На боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу, падают в 1,5-2,0 раза меньшие потоки теплового излучения от факела и боковых стен по сравнению с боковыми поверхностями слитков, обращенных к боковым стенам так как их поверхности нагрева экранируются соседними слитками. Неравномерный нагрев боковых поверхностей слитков приводит к дополнительным затратам времени на выдержку слитков в колодце для выравнивания температур по всем четырем боковым поверхностям слитков и к дополнительному расходу топлива так как во время выдержки факел не отключается.The disadvantage of this recuperative heating well is the significant non-uniformity of heat flows and temperatures on the side surfaces of the ingots. On the side surfaces of the ingots facing the side walls, 1.5-2.0 times greater heat fluxes fall from the heated lined walls compared to the side surfaces of the ingots facing the axis of symmetry of the well, and the side surfaces of the ingots facing each other. The side lined walls are heated to a temperature of 1200°C in the lower part and up to 1300°C in the upper part, the power of the thermal radiation flux of each of the side walls is 85-90% of the flame power and they radiate this power in the form of a heat flux to the side surfaces of the ingots facing the side walls. On the side surfaces of the ingots facing the axis of symmetry of the well, the side walls do not radiate, on these surfaces of the ingots a torch radiates, the heat fluxes of which are 1.5-2.0 times less compared to the thermal radiation fluxes of the side walls on the side surfaces facing them ingots. On the side surfaces of the ingots facing each other, 1.5-2.0 times less thermal radiation fluxes from the flame and side walls fall compared to the side surfaces of the ingots facing the side walls, since their heating surfaces are shielded by neighboring ingots. Uneven heating of the side surfaces of the ingots leads to additional time spent on holding the ingots in the well to equalize the temperatures on all four side surfaces of the ingots and to additional fuel consumption, since the torch is not turned off during the holding.

Технической проблемой изобретения является разработка новой конструкции рекуперативного нагревательного колодца с возможностью равномерного нагрева слитков.The technical problem of the invention is the development of a new design of a recuperative heating well with the possibility of uniform heating of the ingots.

Техническим результатом является уменьшение времени нагрева слитков в печи, повышение производительности, снижение расхода топлива в результате уменьшения времени пребывания слитков в печи.The technical result is to reduce the heating time of the ingots in the furnace, increase productivity, reduce fuel consumption as a result of reducing the residence time of the ingots in the furnace.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что рекуперативный нагревательный колодец содержит камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом, перемещающейся крышкой, и горелку. Согласно изобретению, камера дополнительно снабжена поперечными футерованными перегородками, установленными вертикально на под камеры, и соединенными с боковыми стенами, и содержащими каналы для удаления продуктов сгорания, причем высота перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен.The set task and the specified technical result are achieved by the fact that the recuperative heating well contains a chamber made in the form of a rectangular parallelepiped, bounded by lined walls, a hearth, a moving cover, and a burner. According to the invention, the chamber is additionally equipped with transverse lined baffles installed vertically on the underside of the chamber and connected to the side walls and containing channels for removing combustion products, the height of the baffles being equal to 0.6-0.7 of the wall height.

Наличие поперечных футерованных перегородок между слитками позволяет создать тепловые потоки излучения от футерованных перегородок на боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу, а также на боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии печи. Таким образом, на боковые поверхности слитков, обращенных к боковым стенкам, излучают тепловые потоки боковые футерованные стены, на боковые поверхности слитков, обращенных друг к другу излучают аналогичные тепловые потоки поперечные футерованные перегородки, на боковые поверхности слитков, обращенных к оси симметрии колодца, излучают тепловые потоки факел и, частично, поперечные футерованные перегородки. Такой совместный нагрев всех четырех боковых поверхностей слитков боковыми стенами, факелом, поперечными футерованными перегородками обеспечивает равномерность нагрева по высоте и периметру слитков и приводит к уменьшению времени нагрева слитков, повышению производительности, снижению расхода топлива.The presence of transverse lined baffles between the ingots makes it possible to create heat radiation fluxes from the lined baffles to the side surfaces of the ingots facing each other, as well as to the side surfaces of the ingots facing the axis of symmetry of the furnace. Thus, on the side surfaces of the ingots facing the side walls, heat fluxes are radiated by the side lined walls, on the side surfaces of the ingots facing each other, similar heat fluxes are radiated by transverse lined partitions, on the side surfaces of the ingots, facing the axis of symmetry of the well, thermal torch flows and, in part, transverse lined baffles. Such joint heating of all four side surfaces of the ingots by the side walls, torch, transverse lined baffles ensures uniform heating along the height and perimeter of the ingots and leads to a decrease in the heating time of the ingots, an increase in productivity, and a decrease in fuel consumption.

Высота поперечных футерованных перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен и, соответственно, равна высоте слитков. При высоте поперечных футерованных перегородок больше 0,6-0,7 высоты стен перегородки приближаются к факелу, и их верхняя часть подвергается оплавлению от тепловых потоков факела. В результате приближения верхней части перегородок к факелу часть мощности факела бесполезно расходуется на оплавление футеровки верхней части перегородок и мощность тепловых потерь факела увеличивается, а полезная тепловая мощность, идущая на нагрев слитков, футерованных стен и перегородок, уменьшается.The height of the transverse lined partitions is equal to 0.6-0.7 of the height of the walls and, accordingly, is equal to the height of the ingots. When the height of the transverse lined partitions is more than 0.6-0.7 of the height of the walls, the partitions approach the torch, and their upper part is subjected to melting from the heat flows of the torch. As a result of the approach of the upper part of the baffles to the torch, part of the torch power is uselessly spent on melting the lining of the upper part of the baffles and the heat loss power of the torch increases, and the useful heat power used to heat the ingots, lined walls and baffles decreases.

При высоте поперечных футерованных перегородок меньше 0,6-0,7 высоты стен высота перегородок меньше высоты слитков и потоки теплового излучения перегородок на обращенные друг к другу боковые поверхности слитков уменьшается, эффективность и скорость нагрева снижаются, появляется неравномерность нагрева слитков по их высоте, что приводит к дополнительному расходу топлива, снижению производительности нагревательного колодца.When the height of the transverse lined baffles is less than 0.6-0.7 of the wall height, the height of the baffles is less than the height of the ingots, and the thermal radiation fluxes of the baffles to the side surfaces of the ingots facing each other decrease, the efficiency and heating rate decrease, and uneven heating of the ingots along their height appears, which leads to additional fuel consumption, a decrease in the performance of the heating well.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема рекуперативного нагревательного колодца; на фиг. 2 - вид сверху в разрезе А-А; на фиг. 3 - вид сбоку в разрезе В-В; на фиг. 4 изображено распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков колодца устройства - прототипа (а - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных друг к другу; б - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к оси симметрии печи; в - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к боковым стенам); на фиг. 5 - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков предлагаемого колодца, камера дополнительно снабжена поперечными футерованными перегородками, установленными вертикально на под камеры, и соединенными с боковыми стенами, и содержащими каналы для удаления продуктов сгорания, причем высота перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен (а - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам; б - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к оси симметрии печи; в - распределение тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков, обращенных к боковым стенам).The device is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a diagram of a recuperative heating well; in fig. 2 - top view in section A-A; in fig. 3 is a side view in section B-B; in fig. 4 shows the distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots of the well of the device - prototype (a - the distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing each other; b - the distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing the axis of symmetry of the furnace; c - distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing the side walls); in fig. 5 - distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots of the proposed well, the chamber is additionally equipped with transverse lined partitions installed vertically on the chambers, and connected to the side walls, and containing channels for removing combustion products, and the height of the partitions is 0.6-0, 7 wall heights (a - distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing each other and to the transverse lined partitions; b - distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing the axis of symmetry of the furnace; c - distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots facing the side walls).

Рекуперативный нагревательный колодец состоит из камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, камера 1 с боков ограничена футерованными стенами: фронтальной 2, двумя 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 нагреваемыми слитками 8 факел 3. Камера 1 разделена на секции поперечными футерованными перегородками 10, установленными на под 6 и соединенными с боковыми стенами 3. В поперечных футерованных перегородках 10 предусмотрены каналы 11 для удаления продуктов сгорания. В нижней части фронтальной стены 2 расположен сборный канал 12 для сбора и удаления продуктов сгорания из камеры 1 колодца.The recuperative heating well consists of a chamber 1, made in the form of a rectangular parallelepiped, the chamber 1 is limited from the sides by lined walls: front 2, two side 3, rear 4. From above, chamber 1 is limited by a moving cover 5, from below by a hearth 6. In the front wall 2 in the upper part of the chamber 1 of the well, a burner 7 is installed, which creates a torch 3 above the heated ingots 8. The chamber 1 is divided into sections by transverse lined partitions 10 installed on under 6 and connected to the side walls 3. Channels 11 are provided in the transverse lined partitions 10 to remove combustion products . In the lower part of the front wall 2 there is a collection channel 12 for collecting and removing combustion products from the chamber 1 of the well.

Рекуперативный нагревательный колодец работает следующим образом. Нагревательные слитки 8 при открытой перемещающейся крышке 5 устанавливают на под 6 камеры 1 между поперечными футерованными перегородками 10, фронтальной стеной 1 и задней стеной 4, 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 факел 9. Факел 9 нагревает верхнюю часть слитков 8 (фиг. 4), верхнюю часть фронтальной стены 2, боковых стен 3, задней стены 4, поперечных футерованных перегородок 10. Продукты сгорания из факела 9 устремляются через каналы 11 для удаления продуктов сгорания в поперечных футерованных перегородках 10 в нижней части камеры 1 и нагревают нижнюю часть слитков 8, нижнюю часть задней стены 4, боковых стен 3, нижнюю часть поперечных футерованных перегородок 10 и нижнюю часть фронтальной стены 2. Нагретые факелом 9 и продуктами сгорания боковые стены 3 излучают тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенные к боковым стенам 3, увеличивая тепловые потоки от факела 9 и создавая суммарные тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенные к боковым стенам 3 (фиг. 5, в), от факела 9 и боковых стен 3.Recuperative heating well works as follows. Heating ingots 8 with an open moving cover 5 are installed on under 6 of the chamber 1 between the transverse lined partitions 10, the front wall 1 and the back wall 4, after which the chamber 1 of the well is closed with a cover 5. Gas and air enter the burner 7 installed on the front wall 2 of the chamber 1. In the burner 7, a gas-air mixture is formed, which flows out of the burner 7, ignites and creates a torch 9 above the ingots 8. The torch 9 heats the upper part of the ingots 8 (Fig. 4), the upper part of the front wall 2, side walls 3, rear wall 4, transverse lined partitions 10. Combustion products from the torch 9 rush through the channels 11 to remove combustion products in the transverse lined partitions 10 in the lower part of the chamber 1 and heat the lower part of the ingots 8, the lower part of the rear wall 4, side walls 3, the lower part of the transverse lined partitions 10 and the lower part of the front wall 2. The side walls 3 heated by the torch 9 and combustion products radiate heat fluxes to the side surfaces of the ingots 8 facing the side walls 3, increasing the heat fluxes from torch 9 and creating total heat fluxes on the side surfaces of the ingots 8, facing the side walls 3 (Fig. 5, c), from the torch 9 and side walls 3.

Продукты сгорания и факел 9 нагревают поперечные футерованные перегородки 10, которые излучают тепловые потоки на боковые поверхности слитков 8, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам 10 (фиг. 5, в). Таким образом на боковые поверхности слитков 8, обращенных друг к другу и к поперечным футерованным перегородкам 10, падают суммарные тепловые потоки от факела 9 и футерованных перегородок 10. Поперечные футерованные перегородки 10 часть своего теплового потока излучают на боковые поверхности слитков 8, обращенных к оси симметрии колодца, создавая совместно с тепловым потоком излучения факела 9 суммарный тепловой поток на боковые поверхности слитков 8, обращенных к оси симметрии колодца (фиг. 5, а).Combustion products and flame 9 heat the transverse lined baffles 10, which radiate heat fluxes to the side surfaces of the ingots 8 facing each other and to the transverse lined baffles 10 (Fig. 5, c). Thus, the total heat fluxes from the torch 9 and lined partitions 10 fall on the side surfaces of the ingots 8 facing each other and to the transverse lined partitions 10. The transverse lined partitions 10 radiate part of their heat flux to the side surfaces of the ingots 8 facing the axis of symmetry well, creating, together with the heat flux of radiation of the torch 9, the total heat flux to the side surfaces of the ingots 8, facing the axis of symmetry of the well (Fig. 5, a).

Таким образом факел 9 нагревает верхнюю часть слитков 8, боковые стены 3, задняя стена 4, фронтальная стена 2, поперечные футерованные перегородки 10 излучают тепловые потоки по высоте всех четырех боковых поверхностей слитков 8, создавая суммарные тепловые потоки, падающие от факела 9, стен, перегородок 10, по периметру и высоте боковых поверхностей слитков 8, равномерность нагрева слитков 8 увеличивается. На фиг. 4, 5 приведены графики распределения тепловых потоков по высоте боковых поверхностей слитков 8 колодца устройства - прототипа и предлагаемого колодца: а - по высоте боковых поверхностей, обращенных друг к другу; б - по высоте боковых поверхностей, обращенных к оси симметрии колодца; в - по высоте боковых поверхностей, обращенных к боковым стенам. Из графиков видно, что при одновременном нагреве слитков 8 факелом 9, стенами, поперечными футерованными перегородками 10 тепловые потоки на слитки 8 увеличиваются и они более равномерно распределяются по высоте и периметру слитков 8. При увеличении тепловых потоков и их более равномерном распределении по высоте и периметру слитков 8 значительно уменьшается время их нагрева до необходимой температуры, повышается производительность рекуперативного нагревательного колодца, снижается расход топлива.Thus, the torch 9 heats the upper part of the ingots 8, the side walls 3, the back wall 4, the front wall 2, the transverse lined partitions 10 radiate heat flows along the height of all four side surfaces of the ingots 8, creating total heat flows falling from the torch 9, walls, partitions 10, along the perimeter and height of the side surfaces of the ingots 8, the uniformity of heating of the ingots 8 increases. In FIG. 4, 5 shows graphs of the distribution of heat flows along the height of the side surfaces of the ingots 8 of the well of the device - the prototype and the proposed well: a - along the height of the side surfaces facing each other; b - along the height of the side surfaces facing the axis of symmetry of the well; c - along the height of the side surfaces facing the side walls. It can be seen from the graphs that with simultaneous heating of ingots 8 by a torch 9, walls, transverse lined partitions 10, heat fluxes to ingots 8 increase and they are more evenly distributed over the height and perimeter of ingots 8. With an increase in heat fluxes and their more uniform distribution along the height and perimeter of ingots 8, the time of their heating to the required temperature is significantly reduced, the performance of the recuperative heating well is increased, and fuel consumption is reduced.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.The invention is currently at the technical proposal stage.

Claims

Рекуперативный нагревательный колодец, содержащий камеру, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченную футерованными стенами, подом, перемещающейся крышкой, и горелку, отличающийся тем, что камера дополнительно снабжена поперечными футерованными перегородками, установленными вертикально на под камеры, и соединенными с боковыми стенами, и содержащими каналы для удаления продуктов сгорания, причем высота перегородок равна 0,6-0,7 высоты стен.A recuperative heating well containing a chamber made in the form of a rectangular parallelepiped, bounded by lined walls, a hearth, a moving cover, and a burner, characterized in that the chamber is additionally equipped with transverse lined partitions installed vertically on the chambers, and connected to the side walls, and containing channels for removing combustion products, and the height of the partitions is equal to 0.6-0.7 of the height of the walls.