RU2220393C1

RU2220393C1 - Electric furnace for jet heating of metal

Info

Publication number: RU2220393C1
Application number: RU2002118268/02A
Authority: RU
Inventors: В.А. Арутюнов; Л.М. Коганов; А.Ф. Попутников; В.В. Руднев; В.Н. Самонин; Я.Б. Улановский
Original assignee: ООО "Стройинжиниринг СМ"; ОАО "Самарский металлургический завод"
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2003-12-27
Also published as: RU2002118268A

Abstract

FIELD: electrothermal equipment for metal working. SUBSTANCE: electric furnace for jet heating of metal has body with hearth, heating system in the form of injection unit, heating units containing electric heaters and unit feeding heat transfer agent in the form of pressure boxes with supplying nose pieces facing heated metal. Electric heaters come in the form of rows of vertically positioned metal strips placed in parallel and possessing microroughness oriented perpendicular to direction of heated flow of heat transfer agent. Heating system is fitted with turbulization grates in the form of poorly streamlined bodies installed in front of each heating unit perpendicular to direction of heated flow of heat transfer agent. Turbulization grates are located ahead of each row of strips of electric heater and have thickness and width equal correspondingly to 1-20 and 5-40 thicknesses of strip of electric heater. Each nose piece is of conical shape and includes swirler of heated flow of heat transfer agent placed concentric in it. EFFECT: simplified design of electric furnace, more uniform heating of metal, prevented local heating of surface of metal, raised operational reliability of electric furnace. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротермическому оборудованию для обработки металлов. The invention relates to electrothermal equipment for metal processing.

Известна печь, содержащая корпус, нагревательные калориферы, экраны со щелевыми соплами, делящими камеру печи на напорные зоны (см. а.с. 708127 СССР, F 27 D 7/04). A known furnace containing a housing, heating heaters, screens with slotted nozzles dividing the furnace chamber into pressure zones (see AS 708127 USSR, F 27 D 7/04).

Недостатками известного технического решения являются:
- конструктивная сложность;
- невысокая прочность конструкции печи;
- недостаточная надежность из-за наличия узлов (экранов со щелями, неспособными обеспечить качественный нагрев-охлаждение).The disadvantages of the known technical solutions are:
- structural complexity;
- low structural strength of the furnace;
- insufficient reliability due to the presence of nodes (screens with slots, unable to provide high-quality heating-cooling).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является печь с конвективным нагревом, содержащая камеру с циркулирующим потоком, нагреватель потока и средства для его вихревого движения от нагревателя к деталям (см. заявка 2476293, Франция, F 27 D 7/04, F 27 В 5/02). The closest technical solution to the proposed is a convective heating furnace containing a chamber with a circulating flow, a flow heater and means for its vortex movement from the heater to the parts (see application 2476293, France, F 27 D 7/04, F 27 V 5 / 02).

К недостаткам данного решения можно отнести:
- конструктивную сложность;
- громоздкость конструкции;
- малую приспособленность для термообработки монолитного металла, а в основном для деталей;
- недостаточная прочность;
- невозможность обеспечить равномерный нагрев металла;
- низкая интенсивность теплоотдачи от электронагревателей к потоку.The disadvantages of this solution include:
- constructive complexity;
- bulkiness of the structure;
- low fitness for heat treatment of monolithic metal, and mainly for parts;
- insufficient strength;
- the inability to ensure uniform heating of the metal;
- low intensity of heat transfer from electric heaters to the stream.

Задачами предлагаемого изобретения являются упрощение конструкции печи, достижение более равномерного нагрева поверхности металла (сляба), исключение возможности местного перегрева поверхности металла (сляба), повышение надежности печи. The objectives of the invention are to simplify the design of the furnace, achieving a more uniform heating of the metal surface (slab), eliminating the possibility of local overheating of the metal surface (slab), increasing the reliability of the furnace.

Поставленная задача решается в электропечи для струйного нагрева металла, содержащей корпус с подом, систему нагрева в виде нагнетательного блока, блоков нагрева, имеющих электронагреватели, и блока подвода теплоносителя в виде напорных коробов с подающими насадками, обращенными на нагреваемый металл, электронагреватели выполнены в виде параллельно расположенных рядов вертикальных металлических лент с макрошероховатостью, ориентированной перпендикулярно направлению нагреваемого потока теплоносителя, при этом система нагрева снабжена установленными перед каждым блоком нагрева перпендикулярно к направлению нагреваемого потока теплоносителя и к блокам нагрева турбулизирующими решетками в виде плохообтекаемых тел, размещенных перед каждым рядом лент электронагревателя и имеющих толщину и ширину, равные соответственно 1-20 и 5-40 толщинам ленты электронагревателя, каждая насадка выполнена конической формы и имеет завихритель нагретого потока теплоносителя, концентрично расположенный в ней, высоты выступов и впадин макрошероховатости электронагревателя равны и составляют 0,5-2,0 толщины электронагревателя, а расстояние между соседними выступами и впадинами равно 1-4 толщинам ленты электронагревателя, завихритель потока выполнен шнековым или лопаточным, нижний торец насадки перекрывается завихрителем не более чем на 30%, плохо обтекаемые тела выполнены в виде пластин. The problem is solved in an electric furnace for jet heating of metal, containing a hearth, a heating system in the form of a discharge unit, heating units having electric heaters, and a coolant supply unit in the form of pressure boxes with feed nozzles facing the heated metal, electric heaters are made in parallel arranged rows of vertical metal strips with macro-roughness oriented perpendicular to the direction of the heated coolant flow, while the heating system is equipped with installed in front of each heating unit perpendicular to the direction of the heated coolant flow and to the heating blocks with turbulent gratings in the form of poorly streamlined bodies placed in front of each row of electric heater tapes and having a thickness and width equal to 1–20 and 5–40 thicknesses of the electric heater tape, respectively, each nozzle made of conical shape and has a swirl of the heated coolant flow concentrically located in it, the heights of the protrusions and troughs of the macro-roughness of the electric heater are equal to and they are 0.5–2.0 times the thickness of the electric heater, and the distance between adjacent protrusions and troughs is 1–4 times the thickness of the tape of the electric heater, the flow swirl is made with a screw or blade, the lower end of the nozzle is blocked by no more than 30%, the poorly streamlined bodies are made in in the form of plates.

Пределы изменения параметров
При толщине элемента турбулизирующей решетки (плохообтекаемого тела или пластина), меньшей толщины ленты, не обеспечивается необходимая прочность этого элемента. При толщине, большей 20 толщин ленты электронагревателя, элемент решетки перестает играть роль турбулизатора: вместо двух вихревых дорожек за ним будет образовываться зона замкнутой циркуляции.Parameter Change Limits
When the thickness of the element of the turbulizing lattice (poorly streamlined body or plate), less than the thickness of the tape, the required strength of this element is not provided. With a thickness greater than 20 thicknesses of the electric heater tape, the lattice element ceases to play the role of a turbulator: instead of two vortex tracks, a closed circulation zone will form behind it.

При ширине элемента турбулизирующей решетки, меньшей 5 толщин ленты электронагревателя, затрудняется центровка элемента относительно ленты, а, кроме того, вихревые дорожки, образованные элементом решетки, будут быстро затухать на поверхности ленты, что приведет к ослаблению эффекта турбулизации потока. При ширине элемента решетки, большей 40 толщин ленты, элемент решетки будет практически перекрывать расстояние между соседними рядами ленты и тем самым препятствовать течению воздуха вдоль рядов электронагревателей. If the width of the element of the turbulizing lattice is less than 5 thicknesses of the tape of the electric heater, it is difficult to center the element relative to the tape, and in addition, the vortex tracks formed by the element of the lattice will attenuate quickly on the surface of the tape, which will weaken the effect of turbulization of the flow. With a width of the lattice element greater than 40 thicknesses of the tape, the lattice element will practically cover the distance between adjacent rows of the tape and thereby prevent air flow along the rows of electric heaters.

При высоте выступов (глубине впадин) макрошероховатости, меньшей 0,5 толщины ленты, макрошероховатость не будет выполнять ту роль, для которой она предназначена: генерировать вихри, интенсифицирующие теплоотдачу от ленты электронагревателя к потоку воздуха. При высоте (глубине), превышающей 2 толщины ленты, возрастает до недопустимой величины самооблучение ленты нагревателя, что приведет к ее перегреву и преждевременному выходу из строя. If the height of the protrusions (the depth of the depressions) of the macro roughness is less than 0.5 of the tape thickness, the macro roughness will not fulfill the role for which it is intended: to generate vortices intensifying the heat transfer from the heater ribbon to the air stream. At a height (depth) exceeding 2 tape thicknesses, the self-irradiation of the heater tape increases to an unacceptable value, which will lead to its overheating and premature failure.

При расстоянии между выступами (впадинами), меньшем толщины ленты, возрастает самооблучение, а при расстоянии, превышающем 4 толщины ленты, макрошероховатость практически прекращает генерировать вихри, интенсифицирующие теплоотдачу. With a distance between the protrusions (troughs) less than the thickness of the tape, self-irradiation increases, and with a distance exceeding 4 thicknesses of the tape, macro roughness practically stops generating vortices that intensify heat transfer.

Термин "плохообтекаемое тело" широко применяется в газодинамике и, в частности в технике стабилизации горения, см., например, книгу Ильяшенко С. М. , Таланов А. В. Теория и расчет прямоточных камер сгорания. -М.: Машиностроение, 1964, стр.265-269. The term "poorly streamlined body" is widely used in gas dynamics and, in particular, in the technique of stabilization of combustion, see, for example, the book Ilyashenko S. M., Talanov A. V. Theory and calculation of direct-flow combustion chambers. -M.: Mechanical Engineering, 1964, pp. 265-269.

При перекрытии завихрителем выходного сечения насадки на величину, превышающую 30%, недопустимо возрастает сопротивление на выходе воздуха, что приведет к неоправданному повышению требуемой мощности вентилятора (в формуле сказано "не более", т.е. меньше 30% вполне может быть). When the swirl overlaps the nozzle exit section by an amount exceeding 30%, the resistance at the air outlet unacceptably increases, which will lead to an unjustified increase in the required fan power (in the formula it says “no more”, that is, less than 30% may well be).

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема электропечи для струйного нагрева металла, на фиг. 2 - вид спереди на элемент блока нагрева; на фиг.3 - вид сверху на электронагреватель, на фиг.4 - сечение насадки с завихрителем, на фиг.5 - вид на насадку сверху. The proposed technical solution is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a schematic diagram of an electric furnace for jet heating of metal, in Fig. 2 is a front view of an element of a heating unit; figure 3 is a top view of the electric heater, figure 4 is a cross section of a nozzle with a swirl, in figure 5 is a view of the nozzle from above.

Электропечь для струйного нагрева металла содержит корпус 1 с загрузочной дверью 2, под печи 3 в виде стоек, нагнетательный блок 4, блоки нагрева 5 из рядов электронагревателей 6 зигзагообразной формы 7, блок подвода теплоносителя 8 в виде напорных коробов 8, связанных трубопроводами 9, с множеством подающих насадок 10, электронагреватели 6 имеют макрошероховатость 11 в виде выступов и впадин, высота и глубина которых составляет 0,5-2,0 толщины электронагревателя 6, причем данные размеры подобраны экспериментально исходя из максимальной способности к турбулизации, перед каждым блоком электронагревателей 6 установлены турбулизирующие решетки 12 перпендикулярно к нагреваемому потоку теплоносителя, решетки 12 выполнены из плохо обтекаемых тел с толщиной 1-20 и шириной 5-40 толщин ленты электронагревателя, из условий максимальной способности к турбулизации, решетки выполнены, например, из пластин. На напорных коробах 8 установлены насадки 13 конической формы, внутри них концентрично установлены завихрители нагретого потока теплоносителя 14 шнекового или лопаточного типа, нижний торец насадки (донышко) 13 перекрывается завихрителями 14 не более чем на 30%, управление и электропитание блока нагрева ведется управляющим блоком 15. An electric furnace for jet heating of metal contains a housing 1 with a loading door 2, under the furnace 3 in the form of racks, a discharge unit 4, heating units 5 from the rows of electric heaters 6 in a zigzag shape 7, a heat supply inlet 8 in the form of pressure boxes 8 connected by pipelines 9, s a plurality of feed nozzles 10, the electric heaters 6 have a macro-roughness 11 in the form of protrusions and depressions, the height and depth of which is 0.5-2.0 thicknesses of the electric heater 6, and these sizes are selected experimentally based on maximum capacity for turbulization, in front of each block of electric heaters 6 turbulizing lattices 12 are installed perpendicular to the heated coolant flow, lattices 12 are made of poorly streamlined bodies with a thickness of 1-20 and a width of 5-40 thicknesses of the electric heater tape, from the conditions of maximum turbulization ability, the lattices are made, for example made of plates. On the pressure boxes 8, conical shaped nozzles 13 are installed, swirls of a heated coolant flow 14 of a screw or blade type are concentrically installed inside them, the lower end of the nozzle (bottom) 13 is blocked by no more than 30% swirls 14, the heating unit is controlled and supplied with a control unit 15 .

С электропечью для струйного нагрева металла разработают следующим образом. Через загрузочную дверь 2 на под печи 3 загружают термообрабатываемый металл, например, в виде алюминиевого сляба, включают нагнетательный блок 4; пройдя через турбулизирующие решетки 12, теплоноситель (воздух) поступает в блок нагрева 5, где, обтекая макрошероховатости 11 электронагревателей 6, теплоноситель нагревается, после чего теплоноситель по блоку подвода теплоносителя 8 и трубопровод 9 поступает к подающим насадкам 10, где за счет завихрителя рабочего потока 14 через донышко насадки 13 закрученный поток теплоносителя попадает на поверхность сляба, вызывая его нагрев, после чего теплоноситель возвращается в блок нагнетания 4 и устанавливается циркуляционный нагревательный процесс, регулируемый управляющим блоком 15; после нагрева сляба, проведения необходимой тепловой выдержки сляб охлаждают с заданной скоростью и разгружают в печь через загрузочную дверь 2. With an electric furnace for jet heating of metal will be developed as follows. Through the loading door 2 on the under the furnace 3 load the heat-treating metal, for example, in the form of an aluminum slab, include a discharge unit 4; passing through the turbulizing gratings 12, the coolant (air) enters the heating unit 5, where, flowing around the macro roughness 11 of the electric heaters 6, the coolant is heated, after which the coolant passes through the coolant supply unit 8 and the pipeline 9 to the supply nozzles 10, where, due to the swirl of the working flow 14 through the bottom of the nozzle 13 a swirling flow of coolant enters the surface of the slab, causing it to heat, after which the coolant returns to the discharge unit 4 and a circulation heating process is installed SS regulated by the control unit 15; after heating the slab, conducting the necessary thermal exposure, the slab is cooled at a given speed and unloaded into the furnace through the loading door 2.

Достижение решения задачи предлагаемого изобретения проверено испытаниями экспериментальных моделей входящих в него устройств: турбулизирующей решетки, электронагревателей (особенно их конфигурации, формы и размеров макрошероховатости, конструкции подающих насадок и т.п.); испытания подтвердили высокую надежность и полезность принятых решений и высокое качество термообработки металла, то есть минимальное отклонение по температуре всей поверхности сляба. Achievement of the solution of the problem of the present invention was verified by testing experimental models of the devices included in it: turbulent grating, electric heaters (especially their configuration, shape and size of macro-roughness, design of feed nozzles, etc.); tests confirmed the high reliability and usefulness of the decisions made and the high quality of metal heat treatment, that is, the minimum temperature deviation of the entire surface of the slab.

Данное предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень. This invention meets the criteria of inventive step.

Claims

1. An electric furnace for jet heating of metal, comprising a casing with a hearth, a heating system in the form of an injection unit, heating units having electric heaters, and a coolant supply unit in the form of pressure boxes with feed nozzles facing the heated metal, characterized in that the electric heaters are made in in the form of parallel arranged rows of vertical metal strips with macro roughness oriented perpendicular to the direction of the heated coolant flow, while the heating system is equipped with updated in front of each heating block perpendicular to the direction of the heated coolant flow and to the heating blocks with turbulent gratings in the form of poorly streamlined bodies placed in front of each row of electric heater tapes and having a thickness and width equal to 1-20 and 5-40 thicknesses of the electric heater tape, respectively, each nozzle is made conical shape and has a swirl of a heated coolant flow concentrically located in it.

2. The electric furnace according to claim 1, characterized in that the heights of the protrusions and depressions of the macro-roughness of the electric heater are equal and comprise 0.5-2 thicknesses of the electric heater, and the distance between adjacent protrusions and depressions is 1-4 thicknesses of the tape of the electric heater.

3. An electric furnace according to claim 1, characterized in that the flow swirl is made screw.

4. The electric furnace according to claim 1, characterized in that the flow swirler is made scapular.

5. An electric furnace according to claim 1, characterized in that the swirl is located in the nozzle with an overlap of its lower end not more than 30%.

6. An electric furnace according to claim 1, characterized in that the streamlined bodies are made in the form of plates.