RU2138749C1

RU2138749C1 - Method of cooling metal in bell-type furnace

Info

Publication number: RU2138749C1
Application number: RU98101058A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Франценюк; А.М. Беленький; В.Ф. Бердышев; Г.Б. Беремблюм; А.П. Коньшин; И.А. Прибытков; С.В. Семянников; Б.М. Басукинский
Original assignee: АО "Новолипецкий металлургический комбинат"; Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: thermal treatment of tightly wound coils of sheet cold-rolled steel strips, for example, sheet iron, automobile body sheets, etc. SUBSTANCE: cooling the charge is the most extensive stage of the coil annealing cycle in bell-type furnace: heating takes 30 to 50 hours at delays and cooling takes 60 to 90 hours. Method consists in watering the muffle from above from header of special-purpose cooling bell mounted on stand after removal of heating bell. Cooling water is fed by stepped manner, not continuously; ratio of duration of supply to duration of disconnected ranges from 0.1 to 100 and may change in the course of cooling the charge. EFFECT: intensification of charge cooling process; reduced consumption of water.

Description

Изобретение относится к термической обработке плотносмотанных рулонов тонколистовой холоднокатаной полосы, например жести, автолиста и т.п., и может быть использовано в черной и цветной металлургии. The invention relates to the heat treatment of tightly-wound rolls of cold-rolled sheet, for example, tin, a sheet, etc., and can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy.

Для термической обработки плотносмотанных рулонов широко применяются одностопные колпаковые печи. На стенде печи располагают садку металла в сиде стопы, состоящей из одного или нескольких рулонов (3-8), поставленных один на другой. Сверху стопу накрывают муфелем из жароупорной стали, который предназначен для образования рабочего пространства, изолированного от факелов горелок и продуваемого защитным газом. Для ускорения процесса нагрева и охлаждения металла в печи с помощью специальных вентиляторов, расположенных под стендом, создают принудительную циркуляцию защитного газа, который проходит через специальные конвекторные кольца (прокладки), разделяющие рулоны в стопе, и тем самым обеспечивая интенсивный теплообмен между газом и торцами рулонов. Во время нагрева на стенд устанавливают нагревательный колпак, на котором имеются газовые горелки или электронагреватели. После окончания процессов нагрева и выдержки нагревательный колпак снимается со стенда и переносится на другой, где начинается новый цикл нагрева, а на данном стенде происходит процесс охлаждения садки, который заканчивается, когда наиболее медленно остывающая часть садки достигает температуры 140-160^oC, при которой снимают муфель. Рулоны со стенда транспортируют на склад, а на данной печи начинают формировать новую садку и весь цикл термообработки повторяется.For the heat treatment of tightly wound rolls, single-foot bell furnaces are widely used. At the furnace stand, a metal cage is placed in the side of the foot, consisting of one or more rolls (3-8), placed one on top of the other. From above, the foot is covered with a muffle made of heat-resistant steel, which is designed to form a working space isolated from the torches of the burners and blown with protective gas. To accelerate the process of heating and cooling the metal in the furnace using special fans located under the stand, create a forced circulation of protective gas, which passes through special convector rings (gaskets) separating the rolls in the foot, and thereby providing intensive heat exchange between the gas and the ends of the rolls . During heating, a heating cap is installed on the stand, on which there are gas burners or electric heaters. After completion of the heating and holding processes, the heating hood is removed from the stand and transferred to another, where a new heating cycle begins, and on this stand, the charge cooling process takes place, which ends when the most slowly cooling part of the charge reaches a temperature of 140-160 ^o C, at which take off the muffle. Rolls from the stand are transported to the warehouse, and on this furnace they begin to form a new cage and the entire heat treatment cycle is repeated.

Охлаждение являются самой длительной стадией во всем цикле отжига: нагрев с выдержкой длится 30-50 ч, а охлаждение - 60-90 ч. (В зависимости от массы садки и конструкции печи). В первых конструкциях колпаковых печей охлаждение происходило естественным путем в окружающее пространство цеха, затем были созданы специальные способы принудительного охлаждения, которые позволили заметно ускорить этот процесс. Cooling is the longest stage in the entire annealing cycle: holding heating lasts 30-50 hours, and cooling takes 60-90 hours (depending on the mass of the charge and the design of the furnace). In the first designs of bell-type furnaces, cooling took place naturally in the surrounding space of the workshop, then special forced cooling methods were created that made it possible to significantly accelerate this process.

Известен способ охлаждения металла в колпаковой печи, который заключается в охлаждении защитной атмосферы, циркулирующей под муфелем, с помощью специальных холодильников, расположенных под стендом печи и охлаждаемых водой [1,2]. Защитный газ циркулирует через данные водоохлаждаемые холодильники либо с помощью статического давления, перепад которого создается в направляющем аппарате [1], либо с помощью специального дополнительного вентилятора [2] . Однако данный способ имеет недостатки: требуется значительное количество химочищенной воды; в тех случаях, когда на печи используется затвор, холодильник засоряется и резко падает его эффективность. Кроме этого следует отметить, что в дополнительном контуре циркулирует только часть всего объема защитного газа, находящегося под муфелем. A known method of cooling metal in a bell furnace, which consists in cooling the protective atmosphere circulating under the muffle, using special refrigerators located under the furnace stand and cooled by water [1,2]. Shielding gas circulates through these water-cooled refrigerators either using static pressure, the difference of which is created in the guide apparatus [1], or using a special additional fan [2]. However, this method has disadvantages: a significant amount of chemically purified water is required; in those cases when the shutter is used on the stove, the refrigerator becomes clogged and its efficiency drops sharply. In addition, it should be noted that only a part of the total volume of protective gas under the muffle circulates in the additional circuit.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ охлаждения садки металла поливкой водой сверху муфеля из специального колпака, устанавливаемого на стенд печи после снятия нагревательного колпака [3] . Струи воды движутся сверху вниз по поверхности гофрированного муфеля, причем гофры расположены по всей высоте муфеля параллельно горизонтальной поверхности. Потоки движущейся воды прилипают к поверхности муфеля на всем протяжении своего движения и собираются внизу стенда, имеющего герметичное уплотнение. Данный способ является наиболее эффективным из существующих и позволяет практически охлаждать садку за 22-25 часов, т.е. сделать одинаковыми период нагрева с выдержкой и период охлаждения. The closest technical solution adopted for the prototype is a method of cooling metal cages by pouring water on top of a muffle from a special hood installed on a furnace stand after removing the heating hood [3]. Water jets move from top to bottom on the surface of the corrugated muffle, and the corrugations are located along the entire height of the muffle parallel to the horizontal surface. Streams of moving water stick to the surface of the muffle throughout its movement and collect at the bottom of the stand, which has a tight seal. This method is the most effective of the existing ones and allows you to practically cool the charge in 22-25 hours, i.e. make the heating period with exposure and cooling period the same.

Однако и данный способ имеет недостатки, которые заключаются в том, что охлаждающий эффект воды используется не полностью и имеется перерасход воды. После того, как началось охлаждение муфеля водой, через некоторое время его наружная поверхность охладится, причем его температура станет практически равной температуре воды, и теплообмен между ними резко уменьшится. Так как процесс передачи тепла от металла к защитному газу, а от него к внутренней поверхности муфеля и затем теплопроводность к наружной поверхности происходит во времени, то на этот период прогрева эффективность охлаждения снизится, что приведет к значительному перерасходу воды и снижению скорости охлаждения садки. However, this method also has drawbacks in that the cooling effect of water is not fully utilized and there is an overspending of water. After the cooling of the muffle with water has begun, after some time its outer surface will cool, and its temperature will become almost equal to the temperature of the water, and the heat transfer between them will decrease sharply. Since the process of heat transfer from the metal to the shielding gas, and from it to the inner surface of the muffle and then the thermal conductivity to the outer surface occurs in time, the cooling efficiency will decrease for this heating period, which will lead to a significant waste of water and a decrease in the cooling rate of the charge.

Целью изобретения является ускорение процесса охлаждения садки металла в колпаковой печи и уменьшение расхода воды на данный процесс. The aim of the invention is to accelerate the cooling process of the charge of metal in a bell furnace and reduce water consumption for this process.

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающая вода подается не непрерывно, а импульсно - с соотношением в цикле длительности периода подачи воды к длительности периода отключения воды от 0,1 до 100,0, причем данное соотношение может изменяться по ходу охлаждения садки. This goal is achieved by the fact that the cooling water is not supplied continuously, but in a pulsed manner, with a ratio in the cycle of the duration of the water supply period to the duration of the water shutdown period from 0.1 to 100.0, and this ratio can vary during cooling of the charge.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. После окончания периода нагрева и выдержки нагревательный колпак снимают со стенда и на его место устанавливают охлаждающий колпак, который подсоединяют к трубопроводу воды. На охлаждающем колпаке имеется труба, подводящая воду к верхним коллекторам, из которых она подается на муфель и охлаждает его. В предлагаемом способе на подводе воды дополнительно к имеющемуся запорному крану устанавливается регулирующий клапан с электрическим или пневматическим приводом, который приводится в действие управляющей машиной, микропроцессором или специальным регулятором. В зависимости от заданного алгоритма регулирующий клапан включает или выключает подачу воды в верхние коллекторы на определенный период, чтобы обеспечить соотношение длительности периодов подачи охладителя к периоду отключения подачи охладителя в пределах от 0,1 до 100,0. В зависимости от состояния охлаждаемой садки, т.е. по мере охлаждения металла, длительность периода включения воды уменьшается, а длительность ее подачи может сохраняться или увеличиваться. The proposed method is implemented as follows. After the end of the heating and holding period, the heating cap is removed from the stand and a cooling cap is installed in its place, which is connected to the water pipeline. There is a pipe on the cooling cap that supplies water to the upper collectors, from which it is supplied to the muffle and cools it. In the proposed method, in addition to the existing shut-off valve, a control valve with an electric or pneumatic actuator is installed in addition to the existing shut-off valve, which is driven by a control machine, microprocessor or a special regulator. Depending on the given algorithm, the control valve turns on or off the water supply to the upper collectors for a certain period in order to provide a ratio of the duration of the periods of supply of the cooler to the period of shutdown of the supply of cooler in the range from 0.1 to 100.0. Depending on the condition of the cooled charge, i.e. as the metal cools, the duration of the water inclusion period decreases, and the duration of its supply can be maintained or increased.

В данном способе процесс охлаждения интенсифицируется за счет:
1) более высокой разности температур между поверхностью муфеля и охлаждающей водой при ее импульсной подаче;
2) испарения воды, происходящего вследствие повышенной температуры муфеля;
3) потерь тепла с поверхности муфеля в окружающее пространство излучением вследствие отсутствия слоя проточной воды, омывающей муфель.In this method, the cooling process is intensified by:
1) a higher temperature difference between the surface of the muffle and cooling water when it is pulsed;
2) evaporation of water occurring due to the increased temperature of the muffle;
3) heat loss from the surface of the muffle to the surrounding space by radiation due to the absence of a layer of running water washing the muffle.

Испарение воды позволяет существенно сократить ее расход, поскольку затраты тепла на испарение единицы массы воды примерно в 5 раз выше по сравнению с затратами тепла на ее нагрев до температуры кипения. Evaporation of water can significantly reduce its consumption, since the cost of heat for the evaporation of a unit mass of water is approximately 5 times higher compared to the cost of heat for heating it to a boiling point.

Способ может быть применен на колпаковых печах как с азотной, так и водородной защитной атмосферой, причем во втором случае эффект выше. Способ обеспечит сокращение длительности охлаждения на 5-10% по сравнению с охлаждением муфеля непрерывным потоком воды. The method can be applied on bell-type furnaces with both nitrogen and hydrogen protective atmosphere, and in the second case the effect is higher. The method will provide a reduction in cooling time by 5-10% compared to cooling the muffle with a continuous stream of water.

Литература. Literature.

1. Аптерман В. Н. Методы ускоренного охлаждения в колпаковых печах для термической обработки рулонов. Сб. трудов Стальпроекта, вып. 7.- М.: Металлургия, 1968, с.38-46. 1. Apterman VN Methods of accelerated cooling in bell-type furnaces for heat treatment of rolls. Sat Proceedings of Steelproject, vol. 7.- M .: Metallurgy, 1968, p. 38-46.

2. Голиков Ю.Г., Подольский Б.Г., Тюков А.В. и др. Модернизированные установки ускоренного охлаждения рулонов в колпаковых печах. Сталь. -1994, N11, с. 51-54. 2. Golikov Yu.G., Podolsky B.G., Tyukov A.V. and others. Modernized units for accelerated cooling of coils in bell-type furnaces. Steel. -1994, N11, p. 51-54.

3. Лохнер X. Печь Н1СОN (H2 - лучшая колпаковая печь 1989 года). Iron and Steel Enginner. - 1990, N 3, p.43-48. 3. Lochner X. The Н1СОN furnace (H2 - the best bell-type furnace of 1989). Iron and Steel Enginner. - 1990, N 3, p. 43-48.

Claims

A method of cooling metal in a bell furnace, which consists in pouring water on the muffle from the top of the collectors of a special cooling cap installed on a stand after removing the heating cap, characterized in that the cooling water is supplied pulsed with a ratio in the cycle of the duration of the water supply period to the duration of the period of the water supply shutdown from 0.1 to 100.0, and this ratio may vary during cooling of the charge.