RU2009218C1

RU2009218C1 - Convector ring

Info

Publication number: RU2009218C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Аптерман; А.М. Беленький; В.А. Кривандин; А.Ф. Попутников; М.С. Бронников; А.В. Зайцев; Е.Д. Захарова; М.П. Мишин; В.Н. Михайловский
Original assignee: Магнитогорский металлургический комбинат
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: convection. SUBSTANCE: convector ring is formed by multiplicity of plates. Double-plate convective parts of ring have channel defining inner plates and connecting walls disposed between plates. Double-plate convective parts are defined by central portion of gasket within the limits of circumscribing circle with diameter not exceeding D-1/3(D-d), where D and d are outer and inner diameters of gasket, respectively. Rings are interconnected by supporting ribs along radii of surfaces faced one towards the other ( within the limits of double-plate convective parts - over inner plates and within the limits of peripheral single-plate convective parts over plates ). Distance between main supporting ribs along outer circle of gasket is at least 0.5 of gasket radius. Peripheral single-plate parts of rings are additionally connected by intermittent supports, which are disposed between main supporting ribs centrally of them. EFFECT: enhanced reliability in operation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, в частности к термической обработке в колпаковых печах садок (стоп) из нескольких, установленных друг на друга плотносмотанных рулонов тонколистовой холоднокатаной полосы и ленты из стали, цветных металлов и сплавов, например, рулонов жести. The invention relates to ferrous and non-ferrous metallurgy, in particular to heat treatment in bell-type furnaces of a cage (stop) of several tightly wound rolls of cold rolled sheet and tape made of steel, non-ferrous metals and alloys, for example, tin rolls.

Традиционно в колпаковых печах с принудительной циркуляцией защитной атмосферы под муфелем 3-4 рулона жести собирают в стопу с прокладками, выполненными в виде двухплитных конвекторных колец, состоящих из двух одинаковых шайбообразных плит, соединенных между собой параболически изогнутыми (или радиально- и наклонно расположенными) перегородками, которые образуют между плитами кольца сужающиеся к центру конвективные каналы высотой проходного сечения 30-50 мм. Эти кольца обеспечивают необходимую для жести сплошную опорную поверхность под (над) торцами рулонов в стопе и конвективный торцевой нагрев и охлаждение всех рулонов в стопе, циркулирующим через кольца в радиальном направлении защитным газом. Однако их эффективность весьма ограничена, ввиду экранирования торцевого конвективного потока тепла плитами колец и практически полного диафрагмирования потока излучения в системе "муфель-торцы рулонов в стопе" из-за малой высоты колец. Traditionally, in bell-type furnaces with forced circulation of the protective atmosphere under the muffle, 3-4 rolls of tin are assembled in the foot with gaskets made in the form of two-plate convector rings consisting of two identical washer-shaped plates interconnected by parabolic curved (or radially and inclined) partitions , which form between the plates of the ring, convective channels tapering towards the center with a passage section height of 30-50 mm. These rings provide the continuous supporting surface necessary for tin under (above) the ends of the rolls in the foot and convective end heating and cooling of all the rolls in the foot, circulating shielding gas through the rings in the radial direction. However, their effectiveness is very limited, due to the shielding of the end convective heat flow by the plates of the rings and the almost complete diaphragm of the radiation flux in the muffle-ends of the rolls in the foot system due to the small height of the rings.

Известна также прокладка между рулонами, обеспечивающая более эффективный радиационно-конвективный торцевой нагрев и охлаждение стопы рулонов жести в колпаковой печи. Эта прокладка содержит два одинаковых двухплитных конвекторных кольца, аналогичных рассмотренному выше, которые установлены друг над другом параллельно и соосно с зазором не менее 0,15 наружного радиуса прокладки и соединены между собой герметично в центре посредством центральной полой цилиндрической вставки и дополнительно по радиусам взаимообращенных внутренних плит расходящимися от вставки сплошными или прерывистыми опорными ребрами. Циркуляция защитного газа в радиальном направлении через конвекторные кольца-прокладки обеспечивает конвективный теплообмен с примыкающими к прокладке торцами рулонов. Секторные полости прокладки между внутренними взаимообращенными плитами конвекторных колей закрыты центральной вставкой для циркуляции в радиальном направлении и открыты с внешней стороны для теплообмена излучением с муфелем колпаковой печи. Относительно большой зазор между кольцами прокладки позволяет, несмотря на щелевой диафрагмирующий эффект прокладки, поддерживать относительно высокую плотность проникающего теплового излучения в системе "муфель-секторные полости прокладки" и радиационного теплообмена в системе "муфель-торцы рулонов в стопе". Это излучение повышает общую плотность торцевых потоков тепла и, соответственно, скорость и равномерность нагрева и охлаждения стопы рулонов по сравнению с традиционной схемой конвективного нагрева и охлаждения в случае применения конвекторных колец. A gasket between the rolls is also known, which provides a more efficient radiation-convective end heating and cooling of the stack of tin rolls in a bell furnace. This gasket contains two identical two-plate convector rings, similar to the one discussed above, which are mounted on top of each other in parallel and coaxially with a gap of at least 0.15 of the outer radius of the gasket and are tightly connected to each other in the center by a central hollow cylindrical insert and additionally along the radii of the inverted inner plates solid or intermittent support ribs diverging from the insert. The shielding gas circulation in the radial direction through convector rings-gaskets provides convective heat transfer with the ends of the rolls adjacent to the gasket. The sector cavities of the gasket between the internal mutually inverted plates of the convector tracks are closed by the central insert for circulation in the radial direction and open from the outside for heat exchange by radiation with the muffle of the bell furnace. The relatively large gap between the rings of the gasket allows, despite the slotted diaphragm effect of the gasket, to maintain a relatively high density of penetrating heat radiation in the system "muffle-sector cavity laying" and radiation heat transfer in the system "muffle-ends of the rolls in the foot." This radiation increases the overall density of the end heat fluxes and, accordingly, the speed and uniformity of the heating and cooling of the stack of rolls in comparison with the traditional scheme of convective heating and cooling in the case of convector rings.

К существенному недостатку прокладки - прототипа следует отнести лимитирующий эффект двойного экранирования теплового излучения к торцам (при охлаждении - от торцов) рулонов по всей их поверхности плитами конвекторных колец прокладки, что значительно уменьшает общую плотность и эффективность радиационной составляющей торцевых потоков тепла в стопе рулонов. Промышленная полезность прокладки - прототипа ограничена также ее высокой металлоемкостью вследствие массивности используемых в прокладке двухплитных конвекторных колец. A significant drawback of the prototype gasket is the limiting effect of double shielding of thermal radiation to the ends (during cooling from the ends) of the rolls over their entire surface by plates of convector rings of the strip, which significantly reduces the overall density and efficiency of the radiation component of the end heat fluxes in the stack of rolls. The industrial utility of the gasket - prototype is also limited by its high metal consumption due to the massiveness of the two-plate convector rings used in the gasket.

Целью изобретения является повышение скорости и равномерности нагрева и охлаждения рулонов и, повышение производительности и улучшение качества отжига садок рулонов в колпаковых печах. Дополнительная цель - уменьшение металлоемкости заявляемого устройства по сравнению с прототипом. The aim of the invention is to increase the speed and uniformity of heating and cooling rolls, and to increase productivity and improve the quality of annealing of cage rolls in bell furnaces. An additional goal is to reduce the metal consumption of the claimed device compared to the prototype.

Поставленная цель достигается тем, что прокладку в стопе рулонов, содержащую аналогично прототипу два одинаковых двухплитных, шайбообразных конвекторных кольца, установленных параллельно и соосно друг над другом с зазором не менее 0,15 наружного радиуса прокладки и соединенных между собой герметично посредством центральной полой цилиндрической вставки и по радиусам опорными ребрами, предлагается выполнить из разноплитных конвекторных колец, двухплитные конвективные части которых, включающие каналообразующие внутренние плиты и межплитные соединительные перегородки, ограничены центральной областью прокладки в пределах описывающей окружности диаметром не более D- 1/3 - (D-d), где D и d - соответственно, наружный и внутренний диаметры прокладки. Соединение этих колец между собой опорными ребрами предлагается выполнить по радиусам взаимообращенных поверхностей: в пределах двухплитных конвективных частей - по внутренним плитам, в периферийных одноплитных частях - по наружным плитам. This goal is achieved by the fact that the gasket in the stack of rolls, containing, similarly to the prototype, two identical two-plate, washer-shaped convector rings mounted in parallel and coaxially above each other with a gap of at least 0.15 of the outer radius of the strip and sealed together by means of a central hollow cylindrical insert and along the radii by supporting ribs, it is proposed to carry out of multi-plate convector rings, two-plate convective parts of which, including channel-forming inner plates and interplanes total connecting partitions are limited by the central gasket region within the describing circle with a diameter of not more than D- 1/3 - (D-d), where D and d are the outer and inner diameters of the gasket, respectively. It is proposed to connect these rings to each other with support ribs along the radii of mutually inverted surfaces: within double-plate convective parts — on internal plates, in peripheral single-plate parts — on external plates.

Дополнительно предложено расстояние между основными опорными ребрами прокладки по ее наружной окружности принимать не менее 0,5 радиуса прокладки, а периферийные одноплитные части колец соединить прерывистыми опорами, установленными по средним линиям между основными опорными ребрами. In addition, it is proposed that the distance between the main supporting ribs of the gasket along its outer circumference be taken at least 0.5 of the radius of the gasket, and the peripheral single-plate parts of the rings should be connected with discontinuous supports installed along the middle lines between the main supporting ribs.

На фиг. 1 изображена прокладка, поперечный разрез; на фиг. 2 - вид сверху. In FIG. 1 shows a gasket, a cross section; in FIG. 2 is a plan view.

Прокладка содержит два одинаковых конвекторых кольца 1, состоящих из плит 2 и 3 разного диаметра, параллельно и соосно соединенных между собой параболически изогнутыми перегородками 4, образующими в центральных двухплитных конвективных частях колец сужающиеся к центру спиральные каналы 5 для циркуляции защитного газа. The gasket contains two identical convector rings 1, consisting of plates 2 and 3 of different diameters, parallel and coaxially connected to each other by parabolic curved partitions 4, forming spiral channels 5 tapering towards the center in the central two-plate convective parts of the rings to circulate the protective gas.

Наружный диаметр плит 2 равен диаметру прокладки D и несколько больше диаметра рулонов, что обеспечивает сплошные опорные поверхности для рулонов в стопе. Наружный диаметр каналообразующих внутренних плит 3 и перегородок 4 конвективных двухплитных частей колец согласно заявляемому изобретению не превышает значения D- 1/3 - (D-d). Периферийная часть прокладки за пределами окружности указанного диаметра состоит из одноплитных частей колец. The outer diameter of the plates 2 is equal to the diameter of the gasket D and slightly larger than the diameter of the rolls, which provides continuous supporting surfaces for rolls in the foot. The outer diameter of the channel-forming inner plates 3 and partitions 4 of the convective two-plate parts of the rings according to the claimed invention does not exceed the value D-1/3 - (D-d). The peripheral part of the gasket outside the circumference of the specified diameter consists of single-plate parts of the rings.

Кольца 1 соединены между собой по взаимообращенным поверхностям плит 2 и 3: в центре - герметично полой цилиндрической вставкой 6 и дополнительно по радиусам - опорными ребрами 7, а в периферийной части - прерывистыми опорами 8. The rings 1 are interconnected along the mutually inverted surfaces of the plates 2 and 3: in the center, a hermetically hollow cylindrical insert 6 and, additionally, on the radii, by supporting ribs 7, and in the peripheral part, by intermittent supports 8.

Секторные полости прокладки, образуемые взаимообращенными поверхностями плит 2 и 3 и опорных ребер 7, закрыты вставкой 6 для циркуляции защитного газа в радиальном направлении, а снаружи полностью открыты для теплообмена излучением с муфелем колпаковой печи. Увеличение на 30-50% свободной высоты секторных полостей с соответствующим уменьшением диафрагмирующего эффекта и исключение двойного экранирования торцов прилегающих рулонов в одноплитной периферийной части прокладки позволяет существенно повысить по сравнению с прокладкой-прототипом плотности радиационных потоков тепла в системе "муфель-полости прокладки-торцы рулонов". Проникающее излучение муфеля в секторные полости возрастает примерно на 30-40% , а результирующее излучение на торцы рулонов в одноплитной части - в 2,2-2,5 раза и в двухплитной - В 1,2-1,3 раза. The sector cavities of the gasket, formed by the mutually inverted surfaces of the plates 2 and 3 and the supporting ribs 7, are closed by an insert 6 for circulating the protective gas in the radial direction, and outside are completely open for heat exchange by radiation with the muffle of the bell furnace. A 30-50% increase in the free height of sector cavities with a corresponding decrease in the diaphragm effect and the elimination of double screening of the ends of adjacent rolls in the single-plate peripheral part of the gasket can significantly increase the density of radiation heat fluxes in the muffle-cavity gasket-gasket ends " The penetrating radiation of the muffle in the sector cavities increases by about 30-40%, and the resulting radiation on the ends of the rolls in the single-plate part - 2.2-2.5 times and in the double-plate - 1.2-1.3 times.

Конвективные торцевые потоки тепла рационально перераспределяются по поверхности торцов рулонов. За счет снижения их плотности в периферийной части обеспечивается существенное (на 20-30% ) повышение температурного напора и, соответственно, плотности конвективной теплопередачи в каналах центральной двухплитной части прокладки, что способствует ускорению нагрева и охлаждения центральной части рулонов и выравниванию поля температур по их радиусу. Уменьшение плотности конвективной теплопередачи в периферийной части с избытком компенсируется интенсификацией теплообмена излучением. Convective end heat fluxes are rationally redistributed over the surface of the ends of the rolls. By reducing their density in the peripheral part, a significant (by 20-30%) increase in temperature head and, accordingly, convective heat transfer density in the channels of the central two-plate part of the gasket is ensured, which helps to accelerate the heating and cooling of the central part of the rolls and align the temperature field along their radius . The decrease in the convective heat transfer density in the peripheral part is more than compensated by the intensification of heat transfer by radiation.

Дополнительный, ускоряющий и выравнивающий эффект, обеспечивается тем, что в секторных полостях заявляемой прокладки созданы благоприятные условия для свободного переизлучения избыточного тепла в радиальном направлении от "горячих" к более "холодным" виткам торцов рулонов в процессе их нагрева и охлаждения: при нагреве - от опережающих по прогреву наружных к внутренним виткам, при охлаждении - от внутренних к более быстро охлаждаемым наружным виткам. An additional accelerating and leveling effect is ensured by the fact that favorable conditions are created in the sector cavities of the inventive gasket for free re-emission of excess heat in the radial direction from “hot” to more “cold” turns of the ends of the rolls during their heating and cooling: when heated, from leading in heating of the external to the internal coils, during cooling - from the internal to the more quickly cooled external coils.

Предлагаемая прокладка за счет повышения плотности и рационального распределения по торцам рулонов стопы радиационно-конвективных потоков тепла обеспечивает существенное ускорение и повышение равномерности нагрева и охлаждения рулонов в колпаковых печах с циркуляцией защитного газа под муфелем и, как следствие, повышение производительности, качества и экономичности процесса термической обработки. По расчету при использовании заявляемой прокладки в случае рекристаллизационного отжига в колпаковых печах рулонов жести наружным диаметром 1,8-2,1 м, шириной полосы 0,7-1,05 м, массой 10-25 т скорости нагрева и охлаждения возрастут, соответственно, в 1,25-1,35 и 1,15-1,2 раза, производительность печи - примерно на 15-20% , разница в структуре уменьшится до 1-2 баллов по величине зерна металла и разбег механических свойств - до 1-2 единиц твердости по Роквеллу. Экономия топлива составит не менее 10% . The proposed laying by increasing the density and rational distribution of the radiation-convective heat fluxes along the ends of the foot rolls provides a significant acceleration and increasing the uniformity of heating and cooling rolls in bell furnaces with shielding gas circulation under the muffle and, as a result, increasing the productivity, quality and economy of the thermal process processing. According to the calculation, when using the inventive gasket in the case of recrystallization annealing in bell-type furnaces of sheet metal rolls with an outer diameter of 1.8-2.1 m, a strip width of 0.7-1.05 m, and a mass of 10-25 tons, the heating and cooling rates will increase, respectively, 1.25-1.35 and 1.15-1.2 times, the furnace productivity is about 15-20%, the difference in structure will decrease to 1-2 points in terms of the grain size of the metal and the takeoff of mechanical properties - up to 1-2 Rockwell hardness units. Fuel economy is at least 10%.

Дополнительный эффект достигается за счет уменьшения металлоемкости заявляемой прокладки, ввиду уменьшения массивности используемых колец. (56) Патент Японии N 46-27928, кл. С 21 D 9/68, 1971. An additional effect is achieved by reducing the metal consumption of the inventive gasket, due to a decrease in the massiveness of the rings used. (56) Japanese Patent N 46-27928, CL C 21 D 9/68, 1971.

Claims

1. CONVECTOR RING for annealing rolls of sheet metal, mainly in bell furnaces with a protective atmosphere circulating under the muffle, containing two washer-shaped discs interconnected by parabolic curved partitions forming spiral channels narrowing toward the center for circulating protective gas, characterized in that it is additionally provided similar symmetrically located and interconnected disks, while the interchanged internal disks are interconnected by means of prices tral cylindrical insertion diameter of the inner disc is not more than D -

(Dd) and the distance between the disks is not less than 0.15

where D and d are the outer and inner diameters of the convector ring, respectively, and the mutually inverted surfaces of the outer and inner disks are interconnected by radial continuous supporting ribs.

2. The ring according to claim 1, characterized in that the distance between the supporting ribs along the outer circumference of the ring is not less than 0.5 of the outer radius of the ring, and the reciprocal surfaces of the inner and outer disks in the peripheral part are additionally connected by supporting ribs installed along the middle lines between solid support ribs.