Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца

Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к регенеративным нагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальных слитков. Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производительности колодца. Способ включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы с образованием колеблющегося с частотой 0,3-2 Гц по высоте рабочей камеры факела, что осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха ±(0,09-0,26) при выдержке максимальной порции воздуха в период подъема температуры 0,66-0,75 и в период выдержки 0,25-0,34. При подаче минимальной порции воздуха факел за счет разряжения в дымовом тракте формируется в нижней части камеры нагрева, а при подаче максимальной порции - в верхней. При смыкании в средней части камеры нагрева факелов происходит дожог компонентов газовоздушной смеси. 2 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15 4 С 21 0 9/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4247395/31-02 (22) 18.05.87 (46) 15.!0.89. Бюл. № 38 (71) Запорожский индустриальный институт (72) И. И. Кригульский, А. В. Гребенюков, В. Г. Антипенко, М. Т. Исаков, Е. К. Миронов, Л. И. Тамарков и Ю. С. Приходько (53) 621.783.25 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 500274, кл. С 21 D 9/70, 1976.

Производство передельных и товарных слябов из слитков углеродистой и низкоуглеродистых марок стали. Технологическая инструкция Т.И. 226 †.ОЗ вЂ” 01 — 82. Запорожье, 1983, с. 26. (54) СПОСОБ АВТОДИНАМИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ФАКЕЛОМ РЕГEHEPAТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к регенеративным

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к регенеративным нагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальнЬ|х. слитков перед прокаткой.

Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производительности колодца.

Способ автодинамического управления факелом включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы, смешивание и ввод их в камеру нагрева колодца с об„„Я0„„1514808 А ) нагревательным колодцам, применяемым для нагрева стальных слитков. Цлью изобретения является улучшение равномерности нагрева садки, снижение потерь металла от окисления и увеличение производител ьности колодца. Способ включает подачу топлива и воздуха через регенеративные колодцы с образованием колеблющегося с частотой 0 3 — 2 Гц по высоте рабочей камеры факела, что осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха ++- (0,09 — 0,26) при выдержке максимальной порции воздуха в период подъема гемпературы 0,66 — 0,75 и в период выдержки

0,25 — 0,34. При подаче минимальной порции воздуха факел за счет разрежения в дымовом тракте формируется в нижней части камеры нагрева, а при подаче максимальной порции — в верхней. При смыкании в средней части камеры нагрева факелов происходит дожог компонентов газовоздушной смеси. 2 ил., 3 табл. разованием колеблющегося с частотой

0,3 — 2 Гц по высоте камеры факела. Колебание осуществляется путем подачи воздуха с амплитудой отклонения от коэффициента расхода воздуха +-0,09 — 0,26. При этом длительность, выдержки максимальной порции воздуха от общей длительности одного колебания в период подъема температуры 0,66 — 0,75, а в период выдержки — 0,25 — 0,34.

Способ управления факелом регенеративного нагревательного колодца обеспечивает равномерный нагрев слитков как по

1514808

3 высоте, так и по длине рабочей камеры, при этом уменьшается окисление и onëàBление слитков, повышается производительность регенеративного нагревательного колодца, снижается образова ние и выбросы в атмосферу окислов азота.

Способ автодинамичеcKOI управления факелом реализуется с использованием известного устройства, предполагающего выполнение надсадочных каналов переменного сечения с сужением над разделительной стенкой и расширением в сторону камеры нагрева каналов, причем высота канала в узкой части составляет 0,4--0,7 высоты надсадочного канала воздушного регенератора, а угол раскрытия расширяющегося канала составляет 20 — 45 .

Способ реализуется следующим образом.

Газ подают в рабочую камеру стационарным потоком через газовый регенератор l. Воздух вводят в рабочую камеру через воздушный регенератор 2 чередующимися расходными порциями ниже установочного коэффициента расхода воздуха минимальными и максимальными, свыше его величины.

На фиг. 1,2 показа но расположение факела при вводе минимальной и максимальной соответственно расходной порции воздуха.

При подаче минимальной расходной порции воздуха, топливный поток при выходе из газового регенератора обладает большим количеством движения, чем малый встречный воздушный поток, движущийся со стороны пережима 3, в результате чего под действием сил инерции топливный поток будет практически полностью заполнять надсадочное пространство, одновременно смешиваясь с вводимой минимальной порцией воздуха. При этом образуется факел с преобладанием горючих компонентов или богатая горючая смесь. Далее малую в количественном отношении порцию факела вводят через диффузор 4 в рабочую камеру

5. Ввиду малого количества введенных в рабочую камеру газов под действием тягового устройства в ней образуется в данный момент разрежение и факел протягивают напрямую по нижней траектории 6, омывая и нагревая при этом в основном нижнюю часть слитков 7.

При подаче максимальной расходной порции воздуха большей величиной количества движения уже будет обладать воздушный поток, кинематическая энергия которого усиливается возросшей его скоростью в узком надсадочном пережиме.

Под действием более сильного воздушного потока газовый поток, выходящий из газового регенератора, сносится в сторону рабочей камеры с одновременным интенсивным перемешиванием с воздухом и образованием факела с преобладанием воздуха-окислителя

55 или бедной горючей смеси. Далее максимальную порцию факела вводят через диффузор в рабочую камеру и, ввиду большого количества вводимых газов давление их в рабочей камере возрастает, в результате чего факел прижимают к верхней части рабочей камеры, направляют по верхней траектории

8 с отдачей энергии в основном верхней части слитков.

Во втброй по ходу движения газов части рабочей камеры производят смыкание и смешение факельных импульсов, движущихся по нижней и верхней траекториям, дожигают горючие компоненты из состава богатых топливовоздушных смесей и отводят общие продукты сгорания через противоположное окно, обеспечивая таким образом полноту сжигания топлива.

Далее производят аналогичное повторение порционного ввода воздуха в камеру нагрева, осуществляя таким образом цикличное колебание факела в вертикальной плоскости. После реверсирования факела по аналогичному способу вводят воздух через противоположное пламенное окно с повторением процесса, идущего уже в обратном направлении.

Равномерный нагрев слитков по глубине рабочей камеры получают за счет снижения температуры факела на входе в рабочую камеру и выравнивая ее по всему объему садки. Это обусловлено тем, что при вводе в рабочую камеру порций как бедных, так и богатых топливовоздушных смесей температура горения топлива снижается по сравнению с вводом стехиометрических смесей.

Снижение пиковых температур одновременно приводит к уменьшению окисления металла. Кроме того, дополнительное снижение окисления металла происходит вследствие снижения окислительного потенциала газовой фазы при вводе минимальной порции факела, представляющей богатую топливовоздушную смесь восстановительного характера.

Увеличение производительности колодца получают за счет сокращения необходимого времени томления металла, так как к концу периода нагрева вся садка металла прогрета более равномерно.

Сокращение образования окислов азота получают за счет снятия пиковых температур и практического исключения их образования в минимальных порциях факела, образованных богатыми тогливовоздушными смесями, так как в восстановительной среде окислы азота образовываться не могут.

Частота дискретно-периодического изменения подачи воздуха через воздушные регенераторы, отношение величин расхода воздуха при максимальной его и минимальной подаче, а также соотношение длительностей их ввода по периодам нагрева

1514808 металла выбраны из оптимальных условий качества нагрева слитков, минимального окисления металла, максимальной производительности колодцев.

Результаты влияния частоты изменения подачи воздуха на брак по перегреву и пережогу слитков, потери металла от окисления и производительность регенеративного нагревательного колодца представлены в табл. 1.

Результаты влияния отношения величин расхода воздуха при максимальной и минимальной его подаче на технико-экономические показатели нагревательного колодца представлены в табл. 2.

Результаты влияния соотношения дли- 15 тельностей ввода максимальных расходных порций воздуха по периодам нагрева представлены в табл. 3.

Во втором периоде, когда нужно обеспечить выравнивание температур по сечению слитков и послиточно во всей камере нагрева уже при высокой температуре поверхностей слитков, преобоадающей должна быть восстановительная атмосфера в камере нагрева, что обеспечит более ровную температуру по объему камеры нагрева и 25 низкую скорость окисления стали. Чем более окислительная среда имела место в первом периоде нагрева, тем более восстановительной она должна быть во втором периоде выдержки металла при постоянной температуре его поверхности. Это обеспечит ми- ЗО нимум суммарного окисления металла, максимум производительности колодца, достаточную равномерность нагрева слитков по объему камеры нагрева.

Однако при соотношении длительностей ввода максимальных и минимальных рас- 35 ходных порций воздуха менее 0,66 в первом периоде подъема температуры в камере нагрева и, соответственно, более 0,34 во втором периоде выдержки металла будет наблюдаться снижение скорости нагрева металла в первом периоде, что дает снижение производительности колодца и черезмерное окисление металла во втором периоде выдержки металла ввиду экспоненциального наростания окислительной способности газовой среды. Также снижается равномерность нагрева слитков во 45 втором периоде вследствие роста температуры факела на входе в камеру нагрева и увеличения таким образом перепада температур по ее длине.

При соотношении длительностей ввода максимальных и минимальных расходных 50 порций воздуха более 0,75 в первом периоде подъема температуры в камере нагрева и, соответственно, менее 0,25 во втором периоде выдержки металла будет наблюдаться через.мерное окисление металла в первом периоде нагрева ввиду роста окислительной способности среды, что увеличит общие потери металла от окисления, увеличит перегрев крайних слитков, расположенных против пламенных окон (возрастает неравномерность температур), увеличит брак металла по нагреву и вызовет увеличение длительности второго периода выдержки металла, т.е. снизится общая производительность колодца.

Пример. Регенеративный нагревательный колодец для нагрева стальных слитков перед прокаткой отапливается коксодоменным газом в первом периоде--нагрева и доменным газом во втором периоде — выдержки металла. Расход смешанного газа в первом периоде нагрева составляет

3800 м /ч, расход воздуха — 3900 м /ч.

Средний расход доменного газа во втором периоде нагрева составляет 1400 м /ч, расход воздуха — 122 м /ч. Нагревают слитки весом 8 т с температурой посада

750"С марки Ст 5 СП. Количество слитков в ячейке 8 шт. Нагрев производят в ячейке обычной конструкции с прямыми узкими по высоте плазменными окнами при стационарной подаче топлива и воздуха.

Положение факела в ячейке регулируK)T ручной установкой степени открытия дымового шибера. Требуемая конечная температура поверхности слитков 1220 С.

Результаты на грева следующие: время выхода температуры поверхности на контрольную величину — 1,3 ч; время томления

2,9 ч, суммарное время нагрева 4,2 ч. средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева 110 С.

Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 частей от основания 65 С. П ри выдаче слитки, расположенные против пламенных окон, оказались оплавленными, перегретыми.

Слитки, расположенные в центре ячейки, наоборот, недогретые с;xoлодной» головной частью. Статистические показатели колодца: производительность 250 т/сут; потери металла от окисления 2,1О; брак по перегреву и пережогу металла 0,8О.

Реконструкция колодца включила перекладку надсадочных каналов переменного сечения с сужением 0,5 от их высоты и углом раскрытия диффузора, равным 35, и установку электромагнитного клапана двухпозиционного регулирования соотношения.

После загрузки колодца слитками весом

8 т с температурой посада 750"С, марки

Ст 5СП, в количестве 8 шт. с помощью первой подсистемы регулирования установили общую частоту работы электромагнитного клапана 1,2 Гц, что обеспечивало полную длительность цикла качения факела

0,8 с. Регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долю длительности ввода максимальной порции воздуха, равную

0,7 от общей длительности цикла 0,8 с.

При таких параметрах работы электромагнитного клапана произвели нагрев слитков

1514808

Формула изобретения

Та блица1

Брак по пере греву из пережогу метал ла, /

Частота дискретио-периодической подачи воздуха, Гц

Предлагаемая

0,1

0,3

1,1

2,0

2,2

Прототип

255,0

268,0

270,4

267,2

253,6

250

0,6

0,16

0,0

0,2

0,7

0,9

2,0

1,52

1,45

1,49

2,04

2,2 импульсно-колеблющимся факелом в первом периоде до достижения в ячейке контрольной температуры. Время этого периода составило 1,4 ч. После этого регулятором соотношения между временем открытого состояния клапана и закрытого установили долю длительности ввода максимальной порции воздуха, равную 0,3. Далее произвели нагрев слитков и выравнивание температур по их сечению импульсно-колеблющимся факелом во втором периоде.

Время второго периода до достижения требуемого конечного температурного состояния металла составило 2,4 ч. Общее время нагрева металла в ячейке 3,8 ч.

При этом средний перепад температур по высоте слитков в конце первого периода нагрева составил 40 С. Перепад температур по сечению слитков перед выдачей на высоте 2/3 от их основания 45 С. При выдаче оплавленных и перегретых поверхностей слитков не было. Вся садка металла»рогрета ровно. Статистические показатели колодца: производительность 270 т/ сут; потери металла от окисления 1,42О; брак по перегреву и пережогу металла отсутствует.

Предлагаемый способ позволяет получить принципиально новый метод управления положением факела, не предусматривающий никаких подвижных механизмов в дымоотводящем борове, что обеспечивает его надежность и работоспособность. Периодическое перемещение факела по всей высоте слитков, включая первые слитки, расположенные против пламенного окна, а также импульсное перемещение факела по длине рабочей камеры дает равномерный нагрев слитков любой формы по их высоте, а также равнометрный прогрев всей садки слитков по глубине рабочей камеры. Это исключает местные перегревы металла, снижает его окисление и оплавление за счет сглаживания температурных пиков и снижения окислительного потенциала газовой фазы, а также увеличивает производительность колодца за счет сокращения необходимого времени выдержки металла во втором периоде нагрева ввиду более ровного прогрева садки к концу первого форсированного периода.

Способ автодинамического управления факелом регенеративного нагревательного колодца, включающий подачу топлива и воздуха через регенераторы, смешивание и ввод их в камеру нагрева с изменением положения факела по высоте, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности и качества нагрева садки, снижения потерь металла от окисления и увеличения производительности колодца, изменение по25 ложения факела осуществляют колебаниями

его с частотой 03 — 2 Гц путем подачи воздуха с равным отклонением от уровня, установочного расхода воздуха с амплитудой отклонения + (0,09 — 0,26) установочного расхода воздуха, а длительность ввода

30 максимальной порции воздуха составляет

0,66 — 0,75 от общей длительности полного цикла качания факела для периода подъема температуры в камере нагрева и 0,25—

0,34 — для периода выдержки металла при постоянной температуре.

Окисление ме- Производительталла, % ность нагревательного колодца, т/сутки

1514808

Таблица2

Брак по перегреву и пережогу металла, Окисление »еталла, Производительность нагревательного

Отношение величин расхода воздуха при максимальной и минимальной его колодца, т/сутки подаче

Предлагаемое

<0,05

+0,09

+0,17

+0,26

+0,3

Прототип

1,72

1,46

1,4

1,48

1,78

Брак по перегреву и пережогу металла, Ж

Окисление ме- талла, Х

Соотноыение длительностей ввода максимальных и минимальных расходных порций воздуха по периодам нагрева

Период подъе- Период выма температуры держки металла

Предлагаемое

0,61

0,66

0,7

0,75

0,79

Прототип

0,39

0,34

0,3

0,25

0,21

0,65

0,12

О,О

0,09

0,64

0,8

0„42

0,10

О

0,80

0,54

0,80

1,69

1,37

1,30

1,35

1,74

2,12

257

267

274

269

259

250

Та блица 3

Производительность нагревательного колодца, т/сут

258

272

276

269

250

1514808 о

Рр33ур и УН

Составитель Г. Авакимов

Редактор М. Бандура Техред И. Верес Корректор О. Ципле

Заказ 6195/98 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москвà, XK — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101