RU2343387C2

RU2343387C2 - Recuperator for heating of furnace primary air of open little-oxidising heating and method of primary air heating in recuperator

Info

Publication number: RU2343387C2
Application number: RU2007100828/02A
Authority: RU
Inventors: Рафаил Айзикович Юдин (RU); Рафаил Айзикович Юдин; ков Сергей Валентинович Ковр (RU); Сергей Валентинович Ковряков; Василий Иванович Колодезный (RU); Василий Иванович Колодезный; Алексей Владимирович Виноградов (RU); Алексей Владимирович Виноградов; Вадим Клавдиевич Селезнев (RU); Вадим Клавдиевич Селезнев; Алексей Николаевич Яничев (RU); Алексей Николаевич Яничев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь-метиз"
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2007100828A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns metallurgy field. Particularly it concerns recuperators of open little-oxidising heating furnaces for metal production, for instance, wire and can be used at metallurgical and machine works. For heating temperature equalisation of primary air and, respectively, improving of metal production and productivity improvement of furnace, recuperator contains even quantity of U-shaped tubes, but not less than four, paired through one tube by external nozzles with flanges at ends, at that heated air from outlet branch of the first U-shaped tube is fed through the nozzle into supplying branch of the third U-shaped tube, and heated air from outlet branch of the second U-shaped tube is fed into supplying branch of the fourth U-shaped tube, at that heated air from outlet branches of the third and fourth U-shaped tubes is independently separated by right and left side walls of furnace and it is fed to burners of these sides.

EFFECT: equalisation of primary air heating temperature and, respectively, improving of metal production and furnace productivity improvement.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к металлургии железа, в частности к рекуператорам печей открытого малоокислительного нагрева металлопродукции, например проволоки, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах.The present invention relates to metallurgy of iron, in particular to recuperators for open low oxidative heating furnaces of metal products, such as wire, and can be used in metallurgical and engineering plants.

Известны печи по патентам РФ N1570311 и 2139944 (C21D 1/52, 9/56, F27B 9/28), содержащие последовательно размещенные камеры предварительного нагрева, окончательного нагрева и выдержки металла при заданной температуре, разделенные по высоте на параллельные зоны высокотеплопроводным промежуточным подом, горелки, сопла, рекуператоры, размещенные для нагрева первичного воздуха под промежуточным подом на участке в конце камеры предварительного нагрева, а для нагрева вторичного воздуха в надподовом пространстве в начале этой камеры. По способам движения продуктов сгорания и воздуха рекуператор для нагрева первичного воздуха является классическим рекуператором перекрестного тока. Его основанием является основной под печи, выполненный из огнеупорных материалов. Рекуператор закрыт секциями промежуточного пода. Боковыми поверхностями рекуператора являются боковые стены печи, выполненные из огнеупорных материалов. Внутри указанных поверхностей установлены U-образные трубы, изготовленные из жаростойкой стали. Возможна также установка W-образных труб. Однако длина рекуператора ограничена и, как показывают теплотехнические расчеты, наиболее эффектный нагрев первичного воздуха достигается при установке U-образных труб. В межтрубном пространстве движутся уходящие продукты полного сгорания, а в трубах первичный воздух. По способу передачи тепла от продуктов сгорания к воздуху этот рекуператор является радиационно-конвективным. По способу движения уходящих продуктов сгорания и воздуха рекуператор для нагрева вторичного воздуха может являться прямоточным и противоточным, а по способу теплопередачи исключительно конвективным, так как уходящие газы перед ним очень сильно охлаждены. Их температура при значительной длине камеры предварительного нагрева составляет 250-350°С, поэтому существует возможность конденсации водяных паров из уходящих газов и, как следствие, выход рекуператора из строя.Known furnaces according to the patents of the Russian Federation N1570311 and 2139944 (C21D 1/52, 9/56, F27B 9/28) containing sequentially placed chambers of preheating, final heating and soaking of metal at a given temperature, divided in height into parallel zones by a highly conductive intermediate hearth, burners, nozzles, recuperators placed for heating primary air under the intermediate hearth at the section at the end of the preheating chamber, and for heating secondary air in the above-water space at the beginning of this chamber. According to the methods of movement of combustion products and air, the recuperator for heating primary air is a classic cross-flow recuperator. Its base is the main one under the furnace, made of refractory materials. The recuperator is closed by sections of the intermediate hearth. The side surfaces of the recuperator are the side walls of the furnace made of refractory materials. U-shaped pipes made of heat-resistant steel are installed inside these surfaces. Installation of W-shaped pipes is also possible. However, the length of the recuperator is limited and, as shown by thermotechnical calculations, the most effective heating of the primary air is achieved by installing U-shaped pipes. The outgoing products of complete combustion move in the annulus and the primary air flows in the pipes. By the method of heat transfer from combustion products to air, this recuperator is radiation-convective. According to the method of movement of the exhaust products of combustion and air, the recuperator for heating the secondary air can be straight-through and countercurrent, and according to the method of heat transfer it is exclusively convective, since the exhaust gases in front of it are very much cooled. Their temperature with a significant length of the preheating chamber is 250-350 ° C, so there is the possibility of condensation of water vapor from the flue gases and, as a result, the recuperator will fail.

Известна наиболее близкая к предлагаемой печь с промежуточным подом по патенту РФ N2210707 (C21D 9/56, F21B 9/30, F27D 1/02), также содержащая рекуператор перекрестного для нагрева первичного воздуха, размещенный под промежуточным подом на участке в конце камеры предварительного нагрева. Общим для предлагаемой печи и печи по указанному патенту является то, что промежуточный свод на участке установки рекуператора для нагрева первичного воздуха выполнен из стойкого к ударным нагрузкам материала, что повышает срок службы рекуператора в целом.Known closest to the proposed furnace with an intermediate hearth according to the patent of the Russian Federation N2210707 (C21D 9/56, F21B 9/30, F27D 1/02), also containing a cross recuperator for heating primary air, located under the intermediate hearth in the area at the end of the preheating chamber . Common to the proposed furnace and furnace according to the specified patent is that the intermediate arch in the installation area of the recuperator for heating the primary air is made of shock-resistant material, which increases the life of the recuperator as a whole.

Однако рекуператор перекрестного тока для нагрева первичного воздуха в печи с промежуточным подом по патенту РФ N2210707 содержит только две U-образные трубы. Этого количества явно недостаточно для эффективной работы рекуператора нагрева первичного воздуха до высокой температуры, позволяющей подавить процессы сажеобразования при неполном сжигании топлива горелками печи, что отрицательно отражается на качестве малоокислительной атмосферы в ее рабочем пространстве над промежуточным подом, а в конечном итоге на качестве металлопродукции в связи с высокой степенью окисления ее поверхности и снижает производительность печи.However, a cross-current recuperator for heating primary air in an intermediate hearth furnace according to RF patent N2210707 contains only two U-shaped pipes. This amount is clearly not enough for the effective operation of the recuperator of heating primary air to a high temperature, which allows suppressing soot formation processes when the fuel is burned incompletely by the burners of the furnace, which negatively affects the quality of the low-oxidizing atmosphere in its working space above the intermediate hearth, and ultimately the quality of metal products due to with a high degree of oxidation of its surface and reduces the productivity of the furnace.

Технической задачей изобретения является выравнивание температуры нагрева первичного воздуха по боковым сторонам печи и соответственно улучшение качества металлопродукции и повышение производительности печи.An object of the invention is to equalize the heating temperature of the primary air on the sides of the furnace and, accordingly, improve the quality of metal products and increase the productivity of the furnace.

Решение технической задачи достигается тем, что рекуператор для нагрева первичного воздуха печи открытого малоокислительного нагрева состоит из U-образных труб, содержащих подводящую и выходную (или обратную) ветви, установленных под промежуточным подом печи в конце камеры предварительного нагрева и расположенных во взаимно противоположном направлении друг по отношению к другу. Отличительными признаками является то, что рекуператор содержит четное количество U-образных труб, при этом каждая пара соседних друг с другом труб, выходящих на одну сторону печи, соединены последовательно между собой внешним патрубком с фланцами на концах.The solution to the technical problem is achieved by the fact that the recuperator for heating the primary air of an open low-oxidation heating furnace consists of U-shaped pipes containing inlet and outlet (or reverse) branches installed under the intermediate hearth of the furnace at the end of the preheating chamber and located in opposite directions in relation to a friend. Distinctive features is that the recuperator contains an even number of U-shaped pipes, with each pair of pipes adjacent to each other extending on one side of the furnace connected in series with each other by an external pipe with flanges at the ends.

Известен наиболее близкий к предлагаемому способ нагрева первичного воздуха в рекуператоре печи открытого малоокислительного нагрева, включающий подачу холодного воздуха в подводящую ветвь U-образной трубы рекуператора и отвод нагретого воздуха из выходной ветви трубы к горелкам печи, расположенным на той же стороне печи, куда выходят ветви U-образной трубы, (патент RU N2210707). К недостаткам этого способа следует отнести то, что температура нагрева воздуха, подаваемого в горелки, существенно отличается по боковым сторонам печи, так как перекрестный рекуператор содержит только две U-образные трубы. Температура нагретого воздуха, отводимого к горелкам от первой по ходу движения металла U-образной трубы, всегда существенно ниже, чем от второй (не менее 50-70°С), так как уходящие продукты полного сгорания охлаждаются, отдав часть тепла предварительно во второй трубе по ходу движения проволоки.Known closest to the proposed method for heating primary air in a recuperator of an open low-oxidation furnace, comprising supplying cold air to a supply branch of a U-shaped recuperator pipe and venting heated air from the outlet branch of the pipe to the burners of the furnace located on the same side of the furnace where the branches exit U-shaped pipe, (patent RU N2210707). The disadvantages of this method include the fact that the heating temperature of the air supplied to the burner differs significantly on the sides of the furnace, since the cross recuperator contains only two U-shaped pipes. The temperature of the heated air discharged to the burners from the first U-shaped pipe in the direction of the metal is always significantly lower than from the second (not less than 50-70 ° C), since the exhausting products of complete combustion are cooled, having given up some of the heat previously in the second pipe in the direction of the wire.

Техническая задача предлагаемого способа нагрева первичного воздуха в рекуператоре печи открытого малоокислительного нагрева совпадает с технической задачей новой конструкции перекрестного рекуператора.The technical problem of the proposed method for heating primary air in a recuperator of an open low oxidation heating furnace coincides with the technical task of a new design of a cross recuperator.

Решение технической задачи достигается тем, что нагретый воздух, выходящий из выходной ветви первой U-образной трубы из пары труб, выходящих на одну сторону печи, направляют в подводящую ветвь следующей за ней U-образной трубы через дополнительный внешний патрубок, а затем нагретый воздух подают к горелкам печи, расположенным на той же стороне печи, куда выводят ветви пары U-образных труб. Это позволяет выровнять температуры нагрева первичного воздуха, подаваемого на горелки правой и левой сторон печи и решить поставленную техническую задачу.The solution to the technical problem is achieved by the fact that the heated air leaving the output branch of the first U-shaped pipe from a pair of pipes extending to one side of the furnace is sent to the supply branch of the next U-shaped pipe through an additional external pipe, and then the heated air is supplied to the burners of the furnace located on the same side of the furnace, where the branches of a pair of U-shaped pipes are led out. This allows you to align the heating temperature of the primary air supplied to the burners of the right and left sides of the furnace and solve the technical problem.

На фиг.1 представлен продольный разрез печи на участке установки рекуператора нагрева первичного воздуха, а на фиг.2 - поперечный разрез этого же участка по оси установки рекуператора. Здесь показаны направления движения воздуха и продуктов сгорания. Рекуператор содержит четыре U-образные трубы, соответственно: 1, 2, 3, 4, установленные перпендикулярно направлениям протяжки проволоки (фиг.1), и продуктов сгорания (фиг.1-2). Первая и третья, вторая и четвертая U-образные трубы попарно соединены между собой патрубком 5 с фланцами 6 на концах. Из фиг.1-2 видно, что проволока и продукты сгорания движутся относительно друг друга в противоположном направлении, отвечающем наиболее эффективной схеме теплообмена, а нагреваемый воздух и продукты сгорания в перекрестном направлении. Именно поэтому рекуператор для нагрева первичного воздуха является рекуператором перекрестного тока. Нагретый воздух из выходных ветвей третьей и четвертой U-образной трубы автономно разводят по правой 7 и левой 8 сторонам печи и подводят его к горелкам (не показаны).Figure 1 shows a longitudinal section of the furnace in the installation area of the recuperator for heating the primary air, and figure 2 is a transverse section of the same section along the axis of installation of the recuperator. Shown here are the directions of air and combustion products. The recuperator contains four U-shaped pipes, respectively: 1, 2, 3, 4, installed perpendicular to the directions of the wire broach (figure 1), and combustion products (figure 1-2). The first and third, second and fourth U-shaped pipes are connected in pairs by a pipe 5 with flanges 6 at the ends. Figure 1-2 shows that the wire and products of combustion move relative to each other in the opposite direction, corresponding to the most efficient heat transfer scheme, and the heated air and products of combustion in the cross direction. That is why the recuperator for heating primary air is a cross current recuperator. Heated air from the output branches of the third and fourth U-shaped pipes is independently bred on the right 7 and left 8 sides of the furnace and brought to the burners (not shown).

Изоляцией нижней части рекуператора является основной под печи 9, а верхней - промежуточный под 10, выполненный из отдельных секций, через которые протягивают нитки проволоки, а также съемный свод 11, выполненный из шамотоволокнистых плит (ШВП). Предлагаемый рекуператор для нагрева первичного воздуха, содержащий четыре U-образные трубы, внедрен на одной из протяжных отжигательных печей открытого малоокислительного нагрева проволоки сталепроволочного цеха №1 ОАО «Северсталь - метиз» Череповецкий завод. Существенно улучшено качество поверхности проволоки и повышена производительность печи, то есть полностью выполнена поставленная техническая задача.The insulation of the lower part of the recuperator is the main one under the furnace 9, and the upper one is the intermediate one under 10, made of separate sections through which the wire strands are pulled, as well as a removable arch 11 made of chamotte fiber boards (ball screws). The proposed recuperator for primary air heating, containing four U-shaped pipes, was introduced on one of the continuous annealing furnaces of the open low-oxidizing heating wire of the steel wire workshop No. 1 of Severstal-metiz OJSC, Cherepovets Plant. The quality of the surface of the wire is significantly improved and the productivity of the furnace is increased, that is, the technical task is completely completed.

Claims

1. A recuperator for heating the primary air of an open low-oxidation heating furnace, consisting of U-shaped pipes containing inlet and outlet branches, installed under the intermediate hearth of the furnace at the end of the preheating chamber and located in the opposite direction to each other, characterized in that the recuperator contains an even number of U-shaped pipes, with each pair of adjacent pipes extending to one side of the furnace connected in series with each other by an external pipe with flanges at the ends.

2. A method of heating primary air in a recuperator of a non-oxidative heating furnace, comprising supplying cold air to the supply branch of the U-shaped pipe of the recuperator and removing heated air from the outlet branch of the pipe to the burners of the furnace located on the same side of the furnace, where the branches of the U-shaped pipe are led characterized in that the heating is carried out in the recuperator according to claim 1, wherein the heated air leaving the output branch of the first U-shaped pipe from a pair of pipes extending to one side of the furnace is directed to the supply branch of the next U-shaped pipe second pipe through an external pipe, and then from the output branch of this U-shaped pipe, heated air is supplied to the burners of the furnace.