Технические науки / Металлургя

Усенко Ю.И., Иванов В.И., Чепрасов А.И., Мосейко Ю.В.

О повышениИ эффективности использования тепловой энергии в КОЛПАКОВЫХ ПЕЧАХ

ПРИ отжигЕ стального проката

(Сообщение 1)

Национальная металлургическая академия Украины,

Запорожская государственная инженерная академия

Известно, что качество термической обработки стального проката определяется как равномерностью поля температуры в рабочем объеме печей, так и точностью реализации соответствующих режимов для различных участков металла по объему садки.

Данное сообщение посвящено совершенствованию конструкции и тепловой работы газовых колпаковых печей, применяемых для отжига стального проката в пакетах.

Тепловая работа газовых колпаковых печей с прямоугольным муфелем, оборудованных инжекционными горелками, размещенными на продольных стенках стенда (или колпака), характеризуется наличием неравномерного подвода тепловой энергии от продуктов горения, истекающих из сопл горелок, к различным участкам наружной поверхности муфеля и, как следствие, - от потоков защитного газа, циркулирующего в подмуфельном пространстве, к поверхности пакетов стального проката.

Результаты экспериментов на аэродинамической модели печей данного типа показывают, что, при больших расходах топлива основная часть продуктов горения омывает сводовую часть колпака и, под действием разрежения, создаваемого системой их отвода, минуя торцевые стенки муфеля, направляется в дымоотводящие каналы, а при малых расходах топлива продукты горения из горелок, расположенных на периферии боковых стенок колпака, перемещаются в систему их отвода, не участвуя в процессе теплообмена в рабочем объеме печи.

В этой связи на торцевых стенках нагревательного колпака печей данного типа предложено дополнительно разместить две пары горелок, направленных на муфель по траекториям, симметрично расходящимся в сторону периферии его торцевых стенок, при угле между ними 60°, а горелки, расположенные на его боковых стенках, установить под углом 30° к горизонтальной плоскости [1]. При таком размещении горелочных устройств обеспечивается дополнительный подвод тепловой энергии к торцевым участкам пакетов стального проката и, тем самым, снижается до минимума неравномерность их нагрева.

Однако последующие испытания на огневом стенде зафиксировали наличие разного уровня температуры на отдельных участках поверхности муфеля: самый низкий - в центральной части его боковых стенок и самый высокий - на углах периферийной части данных стенок, что приводит к неравномерному распределению температуры по объему садки отжигаемого металла.

Наиболее высокую температуру металла наблюдали на пакетах стального проката, размещенных в верхних угловых частях садки металла, так как участки пакетов, расположенных возле центральной части боковых стенок муфеля, нагреваются только продуктами горения горелок, работающих в зоне их расположения, в то время как участки пакетов, размещенных возле периферийных участков боковых стенок муфеля, имеют дополнительный подвод тепловой энергии от продуктов горения, отходящих из центральной части рабочего объема печи. При этом, чем ближе пакеты проката расположены к торцевым участкам рабочего объема печи, тем большее количество горелок передает им дополнительное количество теплоты.

Для повышения качества нагрева пакетов стального проката предложено увеличить траекторию движения потоков продуктов горения по наружной боковой поверхности муфеля путем установки горелок, размещенных на боковых стенках колпака, с переменным углом наклона к продольной оси печи и увеличением его величины в направлении от ее поперечной оси к периферии боковых стенок муфеля, при этом величину угла наклона a_i горелок к продольной оси печи рассчитывают по формуле [2]:

, (1)

где L_i, L - расстояние от оси i-ой и крайней периферийной горелки до центральной оси печи соответственно, м; a - угол наклона оси крайней периферийной горелки к продольной оси печи, a = 27-30°.

При переменном угле наклона горелок, расположенных на боковых стенках колпака, относительно продольной оси печи присходит снижение интенсивности теплоотдачи от потоков продуктов горения к различным участкам боковой поверхности муфеля по длине стенда: ее максимальное значение зафиксировано для горелок, расположенных в области центральной оси печи, а минимальное - для горелок, размещенных на периферии боковых стенок колпака. Предложенная схема перераспределения потоков продуктов горения в печи позволяет обеспечить организацию их течения по боковой поверхности муфеля в виде отдельных струй, которые не смешиваются и не накладываются друг на друга. Равномерному омыванию наружной поверхности муфеля также способствует достаточно интенсивное обтекание его торцевых стенок струями продуктов горения, истекающих из сопл торцевых горелок. При этом повышается однородность уровня температуры различных участков садки стального проката, а, следовательно, и равномерное увеличение их теплосодержания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.с. 1546503 (СССР). Газовая колпаковая печь / И.П.Тандура, В.И.Иванов, Ю.И.Усенко и др. - Опубл. 1990. – Бюл. № 8.

2. А.с. 1695106 (СССР). Газовая колпаковая печь / Ю.И.Усенко, В.И.Иванов, В.А.Скачков и др. - Опубл. 1991. – Бюл. № 44.