Печной ролик

Печной ролик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистическим. Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1Ц 654845 —I

1 (61) ДоПолнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 210377(21) 2464892/29-02 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет—

Опубликовано ЗО.ОЗ79, Бюллетень .% 12

Дата опубликования описания 300 379 (51) M. Кл.

F 27 D 3/02

С 21 D 9/50

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621.783, .231.5(088.8) В.В.Антонсв, В.Л.Дзюба, Н.A.Кияшко, A.Í.Íåñìà÷íûé

Ю.В.Мних и Б.Г.Иленский (72) Авторы изобретения

Pl) Заявитель (54) ПЕЧИОИ РОЛИК

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее — к технике транспортирования заготовок через нагревательные печи с роликовым подом.

Известен печной водоохлаждаемый ролик, состоящий иэ двух и более концентрично расположенных труб (1) .

Наружная труба (бочка ролика) изолирована от водоохлаждаемой внутренней Ф трубы различными термоизоляторами засыпкой из шамотного порошка, металлическими экранами и др.

Недостатками этих роликов являются низкая эффективность термоизоляции и низкая стойкость роликов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является печной охлаждаемый ролик, содержащий полый корпус и расположен"20 ную концентрично относительно корпуса внутреннюю трубу с отверстиями, через которые в зазор между трубой и корпусом поступает охлаждающая среда (2) . 25

Недостатками известного ролика являются низкая стойкость, высокие удельные расходы топлива на нагрев и ухудшение качества нагрева металла.

Низкая стойкость обуславливается зна-30 чительными перепадами температуры в стенке бочки. Холодные .поверхности роликов вызывают более медленный нагрев нижней поверхности металла, вследствие чего создается температурный перепад в сечении металла. Тепло, уносимое с охлаждающей средой, как правило, не используется, что увеличивает расход топлива на нагрев металла.

Целью изобретения является увеличение стойкости ролика и повышение

КПД печи.

Это достигается тем,-что ролик выполнен в виде герметичного корпуса с жидким теплоносителем и снабжен на торцах холодильниками, при этом крепление к корпусу выполнено в виде перегородок с отверстиями, площадь которых составляет 0,25 — 0,1 площади отверстий внутренней трубы.

Внутренняя полость ролйка наполнена жидким теплоносителем, например водой. При работе средняя часть ролика находится в рабочем пространстве печи (в высокотемпературной зоне) .

В среднюю часть ролика через отверстия в перегородках поступает жидкий теплоноситель, который охлаждает внутреннюю поверхность ролика ° Тепло654845 — — 2080 кг/ч носитель при этом нагревается и частично испаряется. В средней части ролика несколько повышается давление.

Образовавшаяся двухфазная смесь движется к торцам ролика, преимущественно по внутренней трубе,где минимальные гидравлические сопротивления.Пло- 5 щадь отверстий в средней части внутренней трубы в 4-10 раз больше площади отверстий перегородок. Соотношение площадей отверстий в средней части внутренней трубы и в перегородке on- 10 ределяется из условия обеспечения подвода необходимого количества жидкого теплоносителя из холодильников к рабочей части ролика и беспрепятственного отвода образовавшейся двух- 5 фазной смеси к холодильникам. жидкий теплоноситель занимает нижнюю часть сечения кольцевого канала. Отверстия в перегородке распределены равномерно по окружности с тем, чтобы обеспечить непрерывное течение теплоносителя при вращении ролика.

Количество отверстий должно быть не менее четырех. Поступающая в холодильники двухфазная смесь охлаждается, пары теплоносителя конденсируются,и.в жидком состоянии стекают в нижнюю часть полости. Так как объем смеси при конденсации уменьшается, то на участках расположения холодильников давление понижается.

Жидкий теплоноситель через отверстия в перегородках перетекает в среднюю часть ролика, охлаждает. его внутреннюю поверхность и частично испаряется. Процесс нагрева, испаре- 35 ния, охлаждения и конденсации теплоносителя и переноса тепла из высокотемпературной зоны к холодильникам происходит непрерывно.

При кипении и конденсации создаются весьма высокие коэффициенты теплоотдачи, что обеспечивает эффективное равномерное охлаждение роликов и эффективный отвод тепла. При работе внутренняя полость ролика находится под давлением в несколько атмосфер, что также способствует эффективности теплообмена, так как коэффициенты теплоотдачи с повышением давления до

50 определенного уровня при прочих равных условиях увеличиваются. В ролике практически полностью отсутствует опасность образования накипи и выпадения шлама, так как в обороте находится один и тот же объем теплоноси- 55 .теля.

Вследствие этого увеличивается стойкость ролика, Разделение трактов нагретого и охлажденного теплоносите- 0 ля посредством внутренней трубы с перегородками позволяет создавать интенсивное движение теплоносителя внутри ролика и с помощью холодильников поддерживать нужную температуру по>5 верхности ролйка.

Б (opn,ó oñ . ролика UHpKó лирует жидкий теплоноситель :. двухфазная смесь под давлением в несколько атмосфер . Температура кипения с повышением давления, как известно, увеличивается.

Например, температура кипения воды при давлении 10 атм равна 179 С. Поэтому внутренняя поверхность корпуса будет иметь более высокую температуру, чем в случае охлаждения ролика холодной водой. При аналогичных внешних условиях (температуре печи) перепад температуры в стенке ролика уменьиается, а температура наружной поверхности корпуса увеличивается. Вследствие этого при аналогичных условиях уменьшается перепад температуры между верхней и нижней поверхностями нагреваемого металла, т.е. в целом по печи улучшается качество нагрева металла. Повышение температуры наружной поверхности ролика вызывает также уменьшение выноса тепла из рабочего пространства печи, т.е. снижение потерь тепла на охлаждение. Кроме того, при таком исполнении представляется возможность для утилизации тепла путем включения холодильников в систему подогрева воды или даже производства пара.

Отношение площадей отверстий в перегородках и в средней части внутренней трубы зависит от интенсивности теплоотвода. В связи с тем, что теплоноситель внутри корпуса движется за счет естественной конвекции, гидравлические сопротивления контура циркуляции должны быть минимальными. Из высокотемпературной зоны движется смесь, состоящая из жидкой и газообразной фаз, объем которой больше, чем жидкого теплоносителя. Количество газообразной фазы зависит от интенсивности теплоотвода и скорости циркуляции теплоносителя.

Обоснование заявляемых пределов отношений площадей приводится на примере, где в качестве теплоносителя взяты вода и водяной пар. Предполагается, что необходимо отвести

1 млн. ккал за 1 час при среднем давлении внутри корпуса ролика 10 ата.

Для этого необходимо подвести воды

= щ . Ч вЂ” 2080 . 0,00112б р в — 2, 34 м3/ч; где m — масса воды, кг/ч;

В

u — количество отводимого тепла, ккал/ч;

r — скрытая теплота парообразования, ккал/кг;

V â€, объем воды, м /ч;

Ь

Ч вЂ” удельный объем сухого насыЬ

3 щенного пара, м /кг.

При скорости движения воды через отверстия перегородки, равной 1 м/с, гидравлическое сопротивление перегородки составляет г

32 . 630

Ч7 2j = 00т 2g62

56 кг/мг или мм вод.стев

654845 хадимая для прапус;<". ж.,кого теплоносителяя. — 3 Š— .3 )тд 3-С".3 —.,6» 5 М

Отношение площади отверстий -.:.-.òåíке BHутренней труби к плошади атнерс тий перегородки :.оставляет где а Р— гидравлическое сопротивление перегородки, мм вод.ст.;

W — скорость движения воды через в отверстия перегородки, м/с;

У вЂ” плотность воды при рабочих 10

8 условиях, кг/м ; р ; коэффициент расхода;

2 ускорение силы тяжести, м/с

Необходимая площадь для пропуска втото количества воин составляет

0 2 34 в = 360 Х 3600 3

О, 00065 мт

Принимаем, что все тепло отводится за счет парообразования. При этом образуется пагйЧ„,=т V„=2080. О, 198=412 м /ч, где V — объем сухого насыщенного пара, м /ч;

V — удельный объем сухого насы9 щенного пара, м /кг. 25 . Для обеспечения устойчивости циркуляции воды и водяного пара в кон- туре сопротивление на пути пара должно быть меньше сопротивлеяия на пути воды. В качестве минимального значе- 30 ния отношение *лощадей следует принять такое, при котором сопротивления на пути воды и водяного пара равны (перепад давления в стенке внутренней труби также равен 56 мм вод.ст.).

При этом условии скорость пара в отверстиях внутренней труби составляет

2Я,. ° »Я 2.9 81,59 и = 9 — - 0,0 = 33,6 H(c

9„ 5,051 40 где у — коэффициент расхода;

4P- перепад давления до и после отверстий внутренней трубы, мм вод.ст. р„ - плотность сухого насыщенного пара при рабочих условиях, кг/м3.

Необходимая площадь для пропуска этого количества пара составляет

f = Чп 412 — 0,0086 мь

3600 Х 3600 ° 13,3

Жидким теплоносителем заполнена не вся полость корпуса ролика, а лишь

40-50% объема.

Жидкая фаза занимает нижнюю часть полости. В сечении это сегмент, длияа 55 дуги которого равна приблизительно

1/2 — 1/3 длины окружности. Определенная выше необходимая площадь пропуска жидкого теплоносителя (f = 0,00065M ) и даяна находиться в пределах этого 60 сегмента. Но так как ролик вращается и поступление жидкого теплоносителя должно быть непрерывным, то отверстия в перегородках расположеяи равномерно по всей окружности, а их суммарная площадь в три раза больше, чем необf23 О, 0086

f ïåð О, 0019)

Как предельное нижнее значение это отношение может быть уменьшена яа

10%, т.е. до 4,0. Умеяы«ение этого отношения менее 4,0 нецелесообразяо, так как при этом уменьшается оТНосН тельная площадь для пропуска газообразной фазы. Поэтому значительная часть газообразной фазы будет двигаться в холодильники через отверстия в верхней части перегородок, что мажет ухудшить равномерность охлаждения корпуса ролика. При увеличении уменьшается сопротивление

«3 ПЕр на пути газообразной фазы.

За верхний предел этога отношения следует принять такую величину, при которой сопротивление на пути газообразной фазы в 4 раза меньше, чем на пути жидкой фазы. Для этого площадь отверстий ва внутренней трубе должна быть в 2 раза больше, чем в случае, когда сопра-»ивлеяия одинаковы.

Отношение f . fö при этом составляет 8,8. На случай отклонения фактических тепловых и температуряых параметров работы ролика от расчетных верхнее значение отношения плошадей отверстий в трубе и в перегородке целесообразна увеличить да 10. Дальнейшее увеличение не имеет смысла, так как при этам асяавяым сопротивлением циркуляционнага контура будет являться сопротивление перегородок.

На фиг. 1 представлен ролик при установке холодильников с обеих торцов, продольный разрез.. на Фиг. 2 сечение A-A на фиг. 1; «а фиг. 3 вариант ролика при установке холодильника с одного торца.

Корпус 1 ролика представляет собой толстостенную трубу. Толщина стенок участков корпуса, выступающих из печи, несколько умеяьшена.

Внутри корпуса находится жидкий теплонаситель.В одном торце корпуса 1 установлен плоский диск 2, во BTopoM торце — диск 3 с цапфай 4, служащей для сообщения ролику вращательного движения. С обеих сторон корпус 1 снабжен подшипниками 5 и холодильниками 6. В корпусе устанавлеяа внутренняя труба 7 с перегородками 8, в которых выполнены отверстия 9. В средней части трубы 7 выполнеяы отверстия 10.

В корпусе 1 установлен также клапан 11, .срабатывающий при повышении давления выше допустимого, например в случае выхода из строя одного или обеих холодильников.К <олодильникам 6 йрисаединеяы патрубки 12 и 13, слу654845 жащие для подвода и отвода воды. При, расположении холодильника с одного торца отверстия во внутренней трубе выполняются вблизи торца с противоположной от холодильника стороны см. фиг. 3).

Ролики проходной подогревательной 5 печи крупносортного стала 600 изготав-. ливают следующим образом..

В корпус ролика, представляющий собой трубу с наружным диаметром

200 мм, внутренним диаметром 100 мм, 10 длиной 3 м, вставляют внутреннюю трубу с наружным диаметром 75 мм, внутренним 70 мм, с перегородкой на участке между высокотемпературной зоной печи и холодильником и в полость корпуса объемом 0,02 м заливают в качестве теплоносителя воду в количестве 10 кг и заваривают. -Максимальный тепловой поток к поверхности ролика составляет 220000 ккал/м ° ч .

Площадь ролика, находящаяся в печи, составляет 1 м, тепловые параметры работы ролика определяют из условия, что теплоотвод полностью осуществляется за счет испарения воды.

Расход воды составляет 25 m = — = 456 кг/ч

22ОООО в 482,1

Среднее давление внутри корпуса ролика 10 ата. Объемный расход воды

Vg = 456 ° 0,001126 = 0,515 м /ч. 30

Площадь перегородки при скорости воды 0,5 м/с с учетом свободного сечения над поверхностью воды составляет

3 ° Ок.515 0,00086 м 35 лир - 3600 ° 0,5

В перегородке выполнено 8 отверстий диаметром. 12 мм. Фактическая площадь отверстий в перегородке 0,0009 м.

В стенке внутренней трубы со стороны, 40 противоположной холодильнику, выполнено 20 отверстий диаметром 16 мм общей площадью 0,00402 м . При этом отношение площади отверстий в стенке внутренней трубы к площади отверстий перегородки составляет 4,5. Скорость пара в отверстиях внутренней трубы равна 6,3 м/с, во внутренней трубе

6,5 м/с.

Холодильник выполнен в виде цилиндрического корпуса, в который устанавливается охлаждаемый участок ролика.

С целью. интенсификации теплообмена внутренняя часть охлаждаемого участка ролика выполнена оребренной. Подвод воды к холодильнику осуществляется тангенциально. Корпус холодильника снабжен отверстием для периодической очистки внешней поверхности ролика.

Эффективность применения предложенного ролика заключается.в увеличении стойкости роликов, уменьшении удельных расходов топлива, улучшении качества нагрева металла. Ожидается увеличение стойкости роликов по меньшей мере в три раза.

Экономический эффект от увеличения стойкости роликов составляет 100 тыс.. руб. в год. Снижение удельных расходов топлива составляет около 10%, что дает экономический эффект в сумме

40 тыс ° руб. в год. Суммарный ожидаемый экономический эффект от применения предложенного ролика в условиях проходной подогревательной печи крупносортного стана 600 составляет около 140 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Печной ролик, содержащий корпус и закрепленную концентрично внутри его трубу с отверстиями, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения стойкости ролика и повышения КПД печи, ролик выполнен в виде герметичного корпуса, заполненного жидким теплоносителем и снабжен холодильниками, расположенными на торцах, при этом крепление трубы к корпусу выполнено в виде перегородок с отверстиями, площадь которых составляет 0,25-0,1 площади отверстий внутренней трубы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рвторское свидетельство СССР

Р 160196, кл. С 21 D 9/50, 1975 °

2. ПатЕнт ФРГ Р 1408274, кл 18 с

9/00, 1970.

5 1f

Составитель В.Бербенев

Редактор Д.Павлова Техред O.AHäðåéêî . КорректорО. Билак

Заказ 2151/11 Тираж 695 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Рауиская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, Ул.Проектная,4