RU2086672C1

RU2086672C1 - Method and device for cooling metal in bell-type furnace

Info

Publication number: RU2086672C1
Application number: RU95110183/02A
Authority: RU
Inventors: Э.В. Алиев; А.М. Беленький; В.Ф. Бердышев; М.С. Бронников; В.Н. Горбулин; А.А. Гостев; А.В. Зайцев; М.П. Мишин; И.А. Прибытков; В.Е. Хребто; Б.А. Басов; М.Н. Середников
Original assignee: Акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат"; Акционерное общество "ИНФЭКС"
Priority date: 1995-06-18
Filing date: 1995-06-18
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU95110183A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to heat treatment of tightly wound coils of cold-rolled sheet of steel or nonferrous metal and alloy and is distinguished with that metal is cooled with air stream flowing round the muffle from above and from below. Method is implemented with aid of device containing cylindrical casing opened on its ends and fans. EFFECT: facilitated process. 3 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к термической обработке в колпаковых печах плотносмотанных рулонов холоднокатаной полосы из стали или цветных металлов и сплавов и может быть использовано в черной и цветной металлургии. The invention relates to heat treatment in bell furnaces of tightly-wound rolls of cold-rolled strip of steel or non-ferrous metals and alloys and can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy.

Известен способ охлаждения садки в колпаковой печи, принятый в качестве аналога, когда охлаждение стопы рулонов, покрытых муфелем, осуществляется естественным путем: излучением и естественной конвекцией тепло отдается окружающей среде. A known method of cooling the charge in a bell furnace, adopted as an analogue, when the cooling of the foot of the rolls coated with a muffle is carried out in a natural way: radiation and natural convection heat is transferred to the environment.

Данный способ достаточно прост, но весьма длителен, что приводит к значительным потерям производительности и перерасходу защитной атмосферы и электроэнергии. This method is quite simple, but very long, which leads to significant losses in productivity and overuse of the protective atmosphere and electricity.

Известен способ, наиболее близкий к предлагаемому и принятый в качестве прототипа, который заключается в принудительной подаче потока холодного воздуха снизу вверх параллельно поверхности муфеля, засасываемого из цеха через нижнее кольцевое отверстие в зазоре между муфелем и колпаком охлаждения. Холодный воздух входит внизу в зазор и при своем движении отбирает тепло от стенки муфеля. Затем воздух, уже нагретый, выбрасывается вверх крыльчатками просасывающих вентиляторов [1]
Данный способ позволяет ускорить процесс охлаждения, однако имеет недостатки. К верхней части муфеля воздух приходит уже нагретым, т.е. эффективность охлаждения снижается и довольно значительно с высотой, причем при снижении температуры муфеля (на поздней стадии периода охлаждения) этот процесс торможения охлаждения более ощутим. Горячий воздух выбрасывается в цех на большой высоте, практически в непосредственной близости от крановщиков, что ухудшает условия их труда.There is a method closest to the proposed and adopted as a prototype, which consists in forcing the flow of cold air from bottom to top parallel to the surface of the muffle, sucked from the workshop through the lower annular opening in the gap between the muffle and the cooling cap. Cold air enters the gap below and during its movement takes heat from the muffle wall. Then the air, already heated, is thrown up by the impellers of the suction fans [1]
This method allows you to speed up the cooling process, but has drawbacks. Air comes to the top of the muffle already heated, i.e. the cooling efficiency decreases and quite significantly with height, and with a decrease in the temperature of the muffle (at the late stage of the cooling period) this cooling braking process is more noticeable. Hot air is emitted into the workshop at a high altitude, almost in the immediate vicinity of the crane operators, which worsens their working conditions.

Известно охлаждение стопы рулонов холоднокатаной полосы в колпаковой печи, включающей стенд, на который устанавливают 3-7 рулонов, муфель. Для ускорения нагрева и охлаждения металла в колпаковой печи с помощью специальных вентиляторов, расположенных под стендом, создают принудительную циркуляцию защитного газа, который проходит через конвекторные кольца, разделяющие рулоны в стопе, и тем самым обеспечивается интенсивный теплообмен. После окончания нагрева и выдержки, этапа, необходимого для выравнивания температур по садке и прохождения процессов рекристаллизации, отключается топливо, нагревательный колпак снимается и переносится на другой стенд, где начинается новый цикл нагрева, а на данной печи происходит процесс охлаждения. Он заканчивается, когда наиболее медленно остывающая точка садки достигает температуры 160^oC. При этой температуре происходит распаковка стенда снимается муфель, а рулоны последовательно переносятся на склад или передаются на дрессировочный стан.It is known to cool the foot of rolls of cold rolled strip in a bell furnace including a stand on which 3-7 rolls, a muffle, are mounted. To accelerate the heating and cooling of the metal in the bell furnace using special fans located under the stand, create a forced circulation of the protective gas, which passes through the convector rings separating the rolls in the stack, and thereby provides intensive heat transfer. After the end of heating and aging, the stage necessary to equalize the temperatures in the charge and undergo recrystallization processes, the fuel is turned off, the heating cap is removed and transferred to another stand, where a new heating cycle begins, and the cooling process takes place on this furnace. It ends when the most slowly cooling point of the charge reaches a temperature of 160 ^o C. At this temperature, the stand is unpacked, the muffle is removed, and the rolls are subsequently transferred to the warehouse or transferred to a temper mill.

Недостаток охлаждения непосредственно в печи это длительность процесса охлаждения, если нагрев длится в течение 30-50 ч, то охлаждение в течение 60-90 ч. The disadvantage of cooling directly in the furnace is the duration of the cooling process, if heating lasts for 30-50 hours, then cooling takes 60-90 hours.

Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемому является устройство для охлаждения стопы рулонов в колпаковой печи, которое содержит кожух цилиндрической формы и два вентилятора с электродвигателями. Вентиляторы установлены на верху кожуха [2]
Недостатком данного устройства является то, что кожух имеет высоту, как правило, 5-7 м, а следовательно, обслуживание вентилятора требует значительных затрат, кроме того, так как необходимо просасывать значительное количество воздуха, то для исключения значительных гидравлических потерь необходимо делать зазор между колпаком и муфелем достаточно большим, что уменьшает скорость движения охлаждающего воздуха и снижает коэффициент теплоотдачи.The closest in design features to the claimed is a device for cooling a stack of rolls in a bell furnace, which contains a casing of a cylindrical shape and two fans with electric motors. Fans mounted on top of casing [2]
The disadvantage of this device is that the casing has a height of, as a rule, 5-7 m, and therefore, fan maintenance requires significant costs, in addition, since a significant amount of air must be sucked in, it is necessary to make a gap between the hood to exclude significant hydraulic losses and the muffle is large enough, which reduces the speed of movement of the cooling air and reduces the heat transfer coefficient.

Технической задачей изобретения является ускорение процесса охлаждения металла в колпаковой печи. An object of the invention is to accelerate the metal cooling process in a bell furnace.

Задача решается путем деления потока охлаждающего воздуха на два потока, движущихся навстречу друг другу снизу вверх и сверху вниз параллельно поверхности муфеля. The problem is solved by dividing the flow of cooling air into two streams moving towards each other from bottom to top and top to bottom parallel to the surface of the muffle.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрический кожух, стойки и вентиляторы, кожух выполнен открытым с обоих торцов, снабжен патрубками с установленными в них вентиляторами для отсоса воздуха из-под кожуха, причем патрубки установлены на расстоянии 1/3-2/3 высоты кожуха. Причем на внутренней поверхности кожуха могут быть выполнены ребра. In addition, the technical result is achieved by the fact that in the device containing the cylindrical casing, racks and fans, the casing is made open from both ends, is equipped with nozzles with fans installed therein for exhausting air from under the hood, and the nozzles are installed at a distance of 1/3 -2/3 of the height of the casing. Moreover, ribs can be made on the inner surface of the casing.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения, реализующее заявляемый способ; на фиг. 2,3 развертки внутренней поверхности кожуха охлаждающего устройства. In FIG. 1 shows a device for cooling that implements the inventive method; in FIG. 2.3 scan of the inner surface of the casing of the cooling device.

Пример. Через 2 ч после снятия нагревательного колпака муфель, под которым находится охлаждаемая стопа рулонов, накрывают устройством для охлаждения и включают в работу вентиляторы. Охлаждение ведут до температуры 150^oC по стендовой термопаре. По достижении этой температуры устройство для охлаждения переносят на другой стенд, на котором закончился нагрев металла, должно быть начато охлаждение. Параметры охлаждаемой садки металла и эффективность предлагаемого устройства для охлаждения в сравнении с прототипом приведены в таблице.Example. 2 hours after removing the heating cap, the muffle, under which there is a cooled stack of rolls, is covered with a cooling device and fans are turned on. Cooling is carried out to a temperature of 150 ^o C by bench thermocouple. Upon reaching this temperature, the cooling device is transferred to another stand on which the heating of the metal has ended, cooling should be started. The parameters of the cooled metal cages and the effectiveness of the proposed device for cooling in comparison with the prototype are shown in the table.

Как видно из таблицы, предлагаемое устройство для охлаждения и способ его применения позволяют на 8-12% повысить производительность охлаждения металла под муфелем. As can be seen from the table, the proposed device for cooling and the method of its application allow for 8-12% increase in the cooling capacity of the metal under the muffle.

Предлагаемое устройство используется в комплексе с колпаковой печью, содержащей стенд 1 со встроенным циркуляционным вентилятором 2 и направляющим аппаратом 3, а также расположенный на стенде 1 муфель 4, уплотненный песочным затвором 5. Под муфелем 4 установлены рулоны 6, разделенные по высоте конвекторными кольцами 7. В период охлаждения на стенд устанавливается предлагаемое устройство, которое содержит кожух 8, стойки 9, узел для транспортировки 10. В кожухе 8 выполнены два отверстия 11, к которым присоединены патрубки 12. В последних расположены вентиляторы 13 с электроприводом 14. На внутренней поверхности кожуха 8 могут быть приварены ребра 15,16,17. The proposed device is used in combination with a bell furnace, comprising a stand 1 with a built-in circulation fan 2 and a guiding apparatus 3, as well as a muffle 4 located on a stand 1, sealed with a sand lock 5. Under the muffle 4, rolls 6 are installed, separated by convector rings 7 in height. During the cooling period, the proposed device is installed on the stand, which contains a casing 8, racks 9, a transportation unit 10. In the casing 8 there are two openings 11 to which the nozzles 12 are connected. The fans 13 are electrically driven 14. On the inner surface of the casing 8, ribs 15,16,17 can be welded.

Данное устройство работает следующим образом, После окончания периода нагрева и выдержки стопы рулонов 6 в колпаковой печи нагревательный колпак переносится на другой стенд 1, а вместо него с помощью крана узел 10 сверху на стопу, закрытую муфелем 4, устанавливается устройство для охлаждения. Стойки 9 располагаются на стенде 1. После фиксации кожуха 8 на стенде 1 подключаются к электропитанию приводы 14 вентиляторов 13, которые начинают пересасывать холодный воздух из цеха через два кольцевых зазора сверху и снизу кожуха 8. This device works as follows. After the heating period and soaking of the stack of rolls 6 in the bell furnace expire, the heating bell is transferred to another stand 1, and instead, using a crane, the assembly 10 is placed on top of the stack closed by the muffle 4 and a cooling device is installed. Racks 9 are located on the stand 1. After fixing the casing 8 on the stand 1, the drives 14 of the fans 13 are connected to the power supply, which begin to suck in the cold air from the workshop through two annular gaps above and below the casing 8.

Основные преимущества предлагаемой конструкции следующие. В 2 раза уменьшается длина образующей муфеля, относительно которой движется воздух, поэтому его температура в среднем ниже и коэффициент теплоотдачи от муфеля выше, и, следовательно, теплообмен в системе муфель-кожух более интенсивен. Так как поток разбивается на два, то уменьшается количество воздуха, проходящего через зазор между муфелем и кожухом, и можно увеличить скорость, не увеличивая потерь на гидравлическое сопротивление системы, т.е. при том же вентиляторе можно уменьшить зазор между муфелем и кожухом и увеличить теплообмен за счет конвекции и теплопроводности газового зазора. Вследствие того что путь движения воздуха меньше, он не нагревается до температуры муфеля, что имеет место в прототипе, и в свою очередь не нагревает внутреннюю поверхность кожуха охлаждающего устройства до температуры муфеля, что исключает возможность образования двух параллельных поверхностей с одинаковой температурой и обеспечивает теплообмен излучением от муфеля к кожуху, что значительно повышает скорость охлаждения садки. Высота расположения вентиляторов выбирается в зависимости от садки и диаметра рулонов таким образом, чтобы температура воздуха, покидающего кольцевой зазор, не была равной температуре муфеля, что имеет место в области от 1/3 до 2/3 высоты муфеля. К достоинству данной конструкции охлаждающего устройства следует также отнести и то, что нагретый воздух выбрасывается на большем расстоянии от крановщиков, что улучшает условия их труда. The main advantages of the proposed design are as follows. The length of the muffle generatrix relative to which the air moves is reduced by a factor of 2; therefore, its temperature is lower on average and the heat transfer coefficient from the muffle is higher, and, therefore, heat transfer in the muffle-casing system is more intense. Since the flow is divided into two, the amount of air passing through the gap between the muffle and the casing decreases, and the speed can be increased without increasing the loss of hydraulic resistance of the system, i.e. with the same fan, you can reduce the gap between the muffle and the casing and increase heat transfer due to convection and thermal conductivity of the gas gap. Due to the fact that the path of air movement is less, it does not heat up to the temperature of the muffle, which takes place in the prototype, and in turn does not heat the inner surface of the casing of the cooling device to the temperature of the muffle, which excludes the possibility of two parallel surfaces with the same temperature and provides heat transfer by radiation from the muffle to the casing, which significantly increases the cooling rate of the charge. The height of the fans is selected depending on the cage and the diameter of the rolls so that the temperature of the air leaving the annular gap is not equal to the temperature of the muffle, which takes place in the region from 1/3 to 2/3 of the height of the muffle. The advantage of this design of the cooling device should also include the fact that the heated air is ejected at a greater distance from the crane operators, which improves their working conditions.

Для обеспечения равномерного заполнения движущимся воздухом кольцевого зазора (фиг. 2) на внутренней поверхности кожуха 8 приварены ребра 15 высотой 1/3-2/3 величины зазора. Они расположены равномерно с разбивкой по окружности на интервалы 15-30^o, причем начало и окончание каждого ребра 15 смещены относительно друг друга на 60-90^o, а окончание не доходит до уровня отверстий 11 отводящих патрубков 12 на 50-500 мм.To ensure uniform filling of the annular gap (Fig. 2) with moving air, ribs 15 with a height of 1 / 3-2 / 3 of the gap are welded on the inner surface of the casing 8. They are arranged uniformly with a breakdown around the circumference at intervals of 15-30 ^o , with the beginning and end of each rib 15 offset from each other by 60-90 ^o , and the end does not reach the level of the holes 11 of the outlet pipes 12 by 50-500 mm.

Данный вариант предлагаемого устройства работает следующим образом. После установки на стенд 1 и включения вентиляторов 13 засасываемый воздух движется в кольцевом зазоре и между ребрами 15 соответственно сверху вниз и снизу вверх до отверстий 11 отводящих патрубков 12 вентиляторов 13. This option of the proposed device works as follows. After installing on the stand 1 and turning on the fans 13, the sucked air moves in the annular gap and between the ribs 15, respectively, from top to bottom and from bottom to top to the holes 11 of the outlet pipes 12 of the fans 13.

Преимущества данного устройства заключаются в следующем. Воздух по кольцевым зазорам движется не сразу к патрубкам, а вынужден более равномерно заполнить кольцевой зазор, причем приваренные ребра 15 удлиняют его путь, что также приводит к улучшению процесса теплообмена между муфелем и охлаждающим его воздухом. The advantages of this device are as follows. The air through the annular gaps does not move directly to the nozzles, but is forced to more uniformly fill the annular gap, and the welded ribs 15 extend its path, which also leads to an improvement in the heat exchange process between the muffle and its cooling air.

Для обеспечения интенсификации теплообмена поверхности кожуха 8 сверху и снизу отверстий 11 приварены по два ряда ребер верхний 16 и нижний 17, расположенных симметрично по оси отверстий 11 патрубков 12 один над другим на расстоянии друг от друга и от края кожуха 8, равном 1/10 высоты муфеля 4. Каждое ребро 16, 17 состоит из двух отрезков, образующих между собой угол 120-150^o, причем длина нижнего отрезка составляет 0,5-0,7 длины 1/4 окружности муфеля 4, а отрезки верхнего ряда в 2 раза короче.To ensure the intensification of heat transfer, the surface of the casing 8 above and below the holes 11 are welded in two rows of ribs upper 16 and lower 17, located symmetrically along the axis of the holes 11 of the pipes 12 one above the other at a distance from each other and from the edge of the casing 8, equal to 1/10 muffle 4. Each rib 16, 17 consists of two segments forming an angle of 120-150 ^o with each other, the length of the lower segment being 0.5-0.7 of the length 1/4 of the circumference of the muffle 4, and the segments of the upper row are 2 times shorter .

Преимущество данного варианта устройства заключается в том, что обеспечивается турбулизация воздушного потока внутри зазора между муфелем 4 и кожухом 8, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена и ускорению процесса охлаждения садки. The advantage of this embodiment of the device is that it provides for the turbulization of the air flow inside the gap between the muffle 4 and the casing 8, which leads to an increase in the intensity of heat transfer and accelerate the cooling process of the charge.

Указанные преимущества способа охлаждения металла в колпаковой печи и устройств, его реализующих, позволят сократить длительность периода охлаждения, повысить производительность одного стенда, сократить расход электроэнергии и защитного газа. The indicated advantages of the method of cooling metal in a bell furnace and devices implementing it will reduce the duration of the cooling period, increase the productivity of one bench, and reduce the consumption of electricity and protective gas.

Claims

1. A method of cooling metal in a bell furnace, comprising supplying a stream of air washing the muffle, characterized in that the air stream is organized in the form of oncoming flows moving from top to bottom and bottom to top parallel to the surface of the muffle.

2. A device for cooling metal in a bell furnace, containing a cylindrical casing, racks and fans, characterized in that the cylindrical casing is made with nozzles for exhausting air from under the casing and has open ends, and the fans are placed in these nozzles, and the nozzles are placed on the distance from the lower end of the casing, comprising 1/3 - 2/3 of the height of the casing.

3. The device according to claim 2, characterized in that the ribs are made on the inner surface of the casing.