UA55746A

UA55746A - A soaker

Info

Publication number: UA55746A
Application number: UA2002064497A
Authority: UA
Inventors: Віктор Вікторович Трегубов; Виктор Викторович Трегубов; Олександр Олександрович Кучерявий
Original assignee: Віктор Вікторович Трегубов; Виктор Викторович Трегубов
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-04-15

Abstract

A soaker contains the refractory material chamber from a refractory material with a cover and smoke-deflecting windows, the hearth and at least one burner for the fuel delivery. The hearth has a central part for the metal ingots placement, and elevated relative to the peripheral zone thereof and forming a bore for fuel combustion products circulation. The burner is placed horizontally in the chamber wall at the level of circular bore and is oriented along the wall thereof, and the smoke-deflecting windows are made in the circular bore.

Description

Винахід стосується чорної металургії, а саме - конструкції так званих нагрівальних колодязів тобто печей, що використовуються для нагрівання зливків металу перед прокаткою.The invention relates to ferrous metallurgy, namely, the construction of so-called heating wells, that is, furnaces used to heat ingots of metal before rolling.

Відомі нагрівальні колодязі, що містять виконану з вогнетривкого матеріалу стаціонарну робочу камеру з подиною та кришкою, пальник, розташований в центрі подини і спрямований вертикально, димовідвідні вікна, керамічні повітряні рекуператори, димову трубу, а також відомі прилади регулювання та контролю. (див. книгу «Нагревательньсе колодць», Аксельрод Л.Г. и др. Металлургиздат, М.,- 1962,- 0. 757-759)Well-known heating wells contain a stationary working chamber made of refractory material with a pit and a cover, a burner located in the center of the pit and directed vertically, smoke exhaust windows, ceramic air recuperators, a smoke pipe, as well as known regulation and control devices. (see the book "Heating wells", Axelrod L.G. and others. Metallurgizdat, M., - 1962, - 0. 757-759)

В процесі роботи таких колодязів, паливо, що подається до пальника, утворює при згорянні спрямований догори факел, що вдаряє в кришку камери, розвертається на 180 градусів і обтікає встановлені на подині зливки згори донизу, після чого продукти згоряння евакуюються через димовідвідні вікна в стінках камери.During the operation of such wells, the fuel supplied to the burner forms an upwardly directed torch during combustion, which hits the chamber cover, turns 180 degrees and flows around the ingots installed on the floor from top to bottom, after which the combustion products are evacuated through the smoke exhaust windows in the chamber walls .

До недоліків такої конструкції слід віднести нерівномірний прогрів зливків по вертикалі, а також підвищений угар металу і оплавленння окалини внаслідок тісного безпосереднього контакту поверхні зливків з високотемпературними, агресивними продуктами згоряння, що містяться в факелі. Для більш рівномірного прогріву зливків процес доводиться вести в помірному режимі, що спричиняє до зайвих витрат часу, палива і додаткових втрат металу, а спроби інтенсифікувати і прискорити процес призводять і до прискореного оплавлення верхньої частини зливків, що неприпустимо.Disadvantages of this design include uneven vertical heating of ingots, as well as increased metal soot and slag melting due to close direct contact of the surface of ingots with high-temperature, aggressive combustion products contained in the torch. For a more uniform heating of the ingots, the process has to be conducted in a moderate mode, which leads to excessive consumption of time, fuel and additional losses of metal, and attempts to intensify and speed up the process also lead to accelerated melting of the upper part of the ingots, which is unacceptable.

Ці недоліки частково усунені в вибраній нами за найближчий аналог конструкції нагрівального колодязя, розкритій в описі до авторського свідоцтва СРСР Мо 508545 (Мкл. С 21 О 9/70).These shortcomings are partially eliminated in the design of the heating well, which we chose as the closest analogue, disclosed in the description of the author's certificate of the USSR Mo 508545 (Mkl. C 21 O 9/70).

Зазначений колодязь також містить виконану з вогнетривкого матеріалу камеру з кришкою, подину для розміщення зливків, центральний, орієнтований догори пальник, встановлений в подині, та димовідвідні вікна в стінках камери. З метою створення більш рівномірного по висоті камери температурного поля колодязь - прототип додатково обладнано поперечною проміжною арочною перегородкою з вогнетривкого матеріалу, розташованою в середній частині камери. Перегородка, що утворює проміжне арочне склепіння, відвертає частково продукти згоряння і забезпечує їх додаткову рециркуляцію в нижній частині камери, внаслідок чого нижні частини зливків отримують додаткове тепло і зливки прогріваються дещо скоріше і рівномірніше. В той же час, посилення процесу конвективної теплопередачі має місце в умовах посиленої турбулентності, що сприяє у цьому випадку ще більшому утворенню окалини та її оплавленню на нижній частині зливків.Said well also contains a chamber made of refractory material with a lid, a pit for placing ingots, a central, upwardly oriented burner installed in the pit, and smoke exhaust windows in the walls of the chamber. In order to create a more uniform temperature field along the height of the chamber, the well - the prototype is additionally equipped with a transverse intermediate arched partition made of refractory material, located in the middle part of the chamber. The partition, which forms an intermediate arched vault, partially diverts the combustion products and ensures their additional recirculation in the lower part of the chamber, as a result of which the lower parts of the ingots receive additional heat and the ingots are heated somewhat faster and more evenly. At the same time, the strengthening of the convective heat transfer process takes place in conditions of increased turbulence, which in this case contributes to even greater scale formation and its melting on the lower part of the ingots.

В основу винаходу покладено задачу побудувати нагрівальний колодязь такої конструкції, де б за рахунок створення оптимальних умов передачі тепла від згоряння палива до зливків забезпечувався швидкий рівномірний прогрів зливків з мінімальним угаром металу і мінімальним оплавленням окалини.The invention is based on the task of building a heating well of such a design that, due to the creation of optimal conditions for the transfer of heat from fuel combustion to the ingots, fast, uniform heating of the ingots with minimal metal soot and minimal slag melting would be ensured.

Відповідно до винаходу, ця задача вирішується шляхом обладнання нагрівального колодязя, що містить камеру із вогнетривкого матеріалу з кришкою, димовідвідними вікнами і пальником, спеціальною (дворівневою) подиною, центральна частина якої, призначена для розміщення зливків, піднята по відношення до периферійної зони з утворенням кільцевого каналу для циркуляції продуктів згоряння палива, пальник встановлено горизонтально в стінці камери на рівні кільцьового каналу і орієнтовано вздовж його стінки , а димовідвідні вікна облаштовані в кільцевому каналі.According to the invention, this task is solved by equipping a heating well containing a chamber made of refractory material with a lid, smoke windows and a burner, a special (two-level) pit, the central part of which, intended for placing ingots, is raised in relation to the peripheral zone with the formation of an annular channel for the circulation of fuel combustion products, the burner is installed horizontally in the wall of the chamber at the level of the ring channel and oriented along its wall, and smoke exhaust windows are arranged in the ring channel.

Крім того, нагрівальний колодязь може містити другий, додатковий, пальник, подібний першому, встановлений горизонтально в стінці камери на рівні кільцевого каналу вздовж його стінки із зміщенням по відношенню до першого пальника переважно на половину довжини кільцевого каналу і орієнтований в супутньому з першим пальником напряму, а димовідвідні вікна можуть бути виконані в донній частині кільцевого каналу, тобто власне в подині.In addition, the heating well may contain a second, additional, burner, similar to the first one, installed horizontally in the chamber wall at the level of the annular channel along its wall with an offset relative to the first burner preferably by half the length of the annular channel and oriented in the same direction as the first burner, and smoke exhaust windows can be made in the bottom part of the ring channel, that is, in the podin itself.

Технічний результат, що досягається завдяки такій конструкції колодязя, полягає в тому, що продукти згоряння циркулюють в кільцевому каналі і лише у вкрай незначній мірі безпосередньо контактують з металом зливків. Теплопередача до зливків здійснюється при цьому опосередковано, переважно шляхом випромінювання, перевипромінювання та вторинної конвекції. Відсутність контакту між швидкісним потоком агресивних продуктів згоряння і металом, а також рівномірний розподіл тепла, що випромінюється після виходу колодязя на робочий режим стінками і кришкою камери, які в свою чергу нагріваються через випромінювання від зони кільцевого каналу, дозволяють розігрівати зливки швидко і рівномірно по висоті при мінімальному оплавленню окалини і дуже незначному угарі металу. Супротив враженню, що може скластися, відсутність прямого контакту між потоком продуктів згоряння і поверхнею зливків не тільки не призводить до уповільнення процесу розігрівання останніх і зменшенню ефективності використання палива, а напроти - дозволяє проводити швидкісний і рівномірний нагрів завдяки можливості вести процес горіння в зоні кільцевого каналу в інтенсивному режимі, який призвів би до руйнації зливків, якби продукти згоряння входили з ними в контакт, як це має місце в відомих конструкціях. Як буде показано нижче, винахід, завдяки описаній формі виконання, забезпечує досягнення і інших переваг у порівнянні з відомими рішеннями. Суть винаходу пояснюється поданим нижче описом варіантів його реалізації та кресленнями, на яких схематично зображено: - на фіг.1 - нагрівальний колодязь із встановленими зливками металу, вид зверху, без кришки - на фіг.2 - переріз по А-А колодязя по фіг. 1, із встановленою кришкою Нагрівальний колодязь містить стаціонарну камеру 1 з вогнетривкого матеріалу, яка складається із стінок 2, рухомої кришки З (див. фіг.2) та подини 4. Подина 4 має центральну частину 5, призначену для розміщення зливків металу б, що підлягають розігріву, яка піднята по відношенню до її периферійної зони, внаслідок чого утворюється кільцевий канал 7, що охоплює центральну частину 5 подини 4. На практиці, вугли камери 1 та подини 4 можуть бути в плані округлені. Ширина кільцевого каналу 7 вибирається такою, аби запобігти випадковому потраплянню в канал зливка, що розігрівається. Оскільки нагрівальний колодязь завжди будується під зливки певної конфігурації і розміру, а це визначає і всі інші виміри і параметри колодязя, абсолютне значення ширини кільцевого каналу в різних колодязях може бути різним, але має дорівнювати 0,5 - 0,7, переважно - 0,6 мінімальної ширини зливка, для розігріву якого призначений колодязь. Глибина кільцевого каналу 7, тобто висота центральної частини 5 подини, може бути близькою до його ширини і канал 7 у перетині є переважно квадратним. В двох діагонально протилежних кутах кільцевого каналу 7 в стінках 2 камери 1 встановлені двопровідний пальник 8 та додатковий двопровідний пальник 9, відомої конструкції.The technical result, which is achieved thanks to such a design of the well, is that the products of combustion circulate in the annular channel and only to an extremely small extent directly contact with the metal of the ingots. Heat transfer to ingots is carried out indirectly, mainly by radiation, reradiation and secondary convection. The lack of contact between the high-speed flow of aggressive combustion products and the metal, as well as the uniform distribution of heat emitted after the well enters operating mode by the walls and lid of the chamber, which in turn are heated by radiation from the ring channel zone, allow ingots to be heated quickly and evenly in height with minimal slag melting and very little metal carbonation. Contrary to the impression that may be formed, the lack of direct contact between the flow of combustion products and the surface of the ingots not only does not slow down the heating process of the latter and reduce the efficiency of fuel use, but on the contrary - allows for rapid and uniform heating due to the possibility of conducting the combustion process in the zone of the ring channel in an intensive mode, which would lead to the destruction of the ingots if the products of combustion came into contact with them, as is the case in known designs. As will be shown below, the invention, thanks to the described form of execution, provides achievements and other advantages in comparison with known solutions. The essence of the invention is explained by the following description of the variants of its implementation and the drawings, which schematically show: - in Fig. 1 - a heating well with installed metal ingots, top view, without a cover - in Fig. 2 - a cross-section along A-A of the well in Fig. 1, with an installed cover. The heating well contains a stationary chamber 1 made of refractory material, which consists of walls 2, a movable cover C (see Fig. 2) and a floor 4. The floor 4 has a central part 5, intended for placing metal ingots b, which subject to heating, which is raised in relation to its peripheral zone, as a result of which an annular channel 7 is formed, covering the central part 5 of the podin 4. In practice, the corners of the chamber 1 and the podin 4 can be rounded in plan. The width of the ring channel 7 is chosen to prevent accidental ingress of the heated ingot into the channel. Since a heating well is always built for ingots of a certain configuration and size, and this determines all other dimensions and parameters of the well, the absolute value of the width of the ring channel in different wells may be different, but it should be equal to 0.5 - 0.7, preferably - 0, 6 of the minimum width of the ingot for which the well is intended to be heated. The depth of the ring channel 7, i.e. the height of the central part 5 of the floor, can be close to its width and the channel 7 is mostly square in cross-section. In two diagonally opposite corners of the annular channel 7 in the walls 2 of the chamber 1, a two-wire burner 8 and an additional two-wire burner 9 of a known design are installed.

Пальники 8 і 9 послідовно орієнтовані вздовж стінок камери в супутньому по ходу каналу 7 напрямку і віддалені один від одного завдяки зазначеному розташуванню фактично на половину довжини кільцевого каналу. Принципово, бажаний ефект може бути досягнуто і при використанні одного пальника, але з точки зору забезпечення рівномірного температурного поля по перетину камери доцільніше використовувати два пальники.The burners 8 and 9 are sequentially oriented along the walls of the chamber in the direction parallel to the course of the channel 7 and are separated from each other due to the specified location by half the length of the annular channel. In principle, the desired effect can be achieved when using one burner, but from the point of view of ensuring a uniform temperature field across the cross section of the chamber, it is more appropriate to use two burners.

Центральна частина 5 подини з метою посилення конструкції зв'язана зі стінками камери розпірними елементами 10 з вогнетривкого матеріалу. Розпірні елементи розміщені безпосередньо над кільцевим каналом 7 таким чином, аби не перекривати його перетин.In order to strengthen the structure, the central part 5 of the pod is connected to the walls of the chamber by spacer elements 10 made of refractory material. The spacer elements are placed directly above the annular channel 7 in such a way as not to block its cross section.

Димовідвідні вікна 11, через які евакуюються продукти згоряння палива, облаштовані в кільцевому каналі 7, зокрема - в його донній частині, тобто власне в периферійній зоні подини.Smoke exhaust windows 11, through which fuel combustion products are evacuated, are arranged in the annular channel 7, in particular - in its bottom part, that is, in the peripheral zone of the podina itself.

Таке розташування димовідвідних вікон 11 забезпечує евакуацію продуктів згоряння палива безпосередньо з кільцевого каналу, без їх суттєвих викидів до камери 1. Димовідвідні вікна 11 зв'язані з димовою трубою (на кресленнях не показана). Крім описаних вузлів, нагрівальний колодязь може бути обладнаним Іншими відомими пристроями і системами (контрольна апаратура, елементи автоматичного управління, рекуператори тепла та ін.), що не мають безпосереднього відношення до суті винаходу, тому на кресленнях не показані.Such an arrangement of the exhaust windows 11 ensures the evacuation of fuel combustion products directly from the annular channel, without their significant emissions to the chamber 1. The exhaust windows 11 are connected to the smoke pipe (not shown in the drawings). In addition to the described nodes, the heating well can be equipped with other known devices and systems (control equipment, automatic control elements, heat recuperators, etc.), which are not directly related to the essence of the invention, therefore they are not shown in the drawings.

Працює заявлений колодязь таким чином: кришку З зсувають відповідним механізмом і всередину колодязя, на центральну частину 5 подини 4 встановлюють злівки металу 6, що підлягають розігріву. Після завантаження зливків кришку встановлють на місце і включають в роботу пальники 8 і 9. Факели, що утворюються при згорянні палива в кожному з пальників, розповсюджуються вздовж кільцевого каналу 7 і таким чином формується потік полум'я, що з великою швидкістю циркулює в кільцевому каналі в напряму, позначеному стрілками. Завдяки тому, що продукти згоряння евакуюються через димовідвідні вікна 11 безпосередньо з того ж кільцевого каналу, вони практично не контактують зі зливками 6.The declared well works as follows: the lid C is moved by the appropriate mechanism and into the well, metal ingots 6 to be heated are placed on the central part 5 of the bottom 4. After loading the ingots, the cover is put in place and the burners 8 and 9 are turned on. The torches formed during the combustion of fuel in each of the burners spread along the annular channel 7 and thus a flame stream is formed, which circulates at high speed in the annular channel in the direction indicated by the arrows. Due to the fact that the combustion products are evacuated through the flue windows 11 directly from the same annular channel, they practically do not come into contact with the ingots 6.

Втім, в зоні кільцевого каналу 7 створюється висока температура і через випромінювання від цієї зони забезпечується розжарення стінок і кришки камери і прогрів зливків. Прогрів через випромінювання та шляхом вторинної конвекції від стінок та кришки камери проходить рівномірно, в інтенсивному режимі, але без ризику оплавлення окалини і з мінімальним угаром металу, оскільки агресивні продукти згоряння до простору камери, де розташовані зливки, практично не надходять.However, a high temperature is created in the zone of the annular channel 7 and due to radiation from this zone, the walls and lid of the chamber are heated and the ingots are heated. Heating through radiation and by means of secondary convection from the walls and lid of the chamber takes place evenly, in an intensive mode, but without the risk of melting the slag and with minimal metal fumes, since aggressive combustion products practically do not enter the space of the chamber where the ingots are located.

Розрахунки свідчать про те, що ведення процесу в більш інтенсивному режимі з більшими витратами палива за одиницю часу кінець кінцем обертається економією того ж палива на один цикл роботи колодязя через суттєве скорочення циклу нагріву, а також економією металу, що не зазнає угару і не втрачається через оплавлення окалини.Calculations show that conducting the process in a more intensive mode with higher fuel consumption per unit of time ultimately translates into savings of the same fuel for one cycle of well operation due to a significant reduction in the heating cycle, as well as savings of metal that is not subjected to burnout and is not lost due to slag melting.

Крім зниження питомих витрат пального та угару металу, досягається також економія вогнетривів, оскільки інтенсифікація теплообміну за рахунок високої швидкості руху продуктів згоряння в обмеженому просторі кільцевого каналу дозволяє використовувати не керамічні рекуператори, а металічні.In addition to reducing the specific consumption of fuel and metal soot, refractories are also saved, since the intensification of heat exchange due to the high speed of combustion products in the limited space of the ring channel allows the use of metal recuperators instead of ceramic ones.

/ л й ли вия у Я анря ру/ l y li vya u Ya anrya ru

Те -ЯВ //Te -YAV //

ЕЕ С КЗ І ;EE S KZ I ;

Claims

1. A heating well comprising a chamber made of refractory material with a cover and flue windows, a bottom and at least one burner for supplying fuel, characterized in that the bottom has a central part intended for placing metal ingots, raised in relation to its peripheral area with the formation of an annular channel for the circulation of fuel combustion products, the burner is installed horizontally in the wall of the chamber at the level of the annular channel and oriented along its wall, and the smoke exhaust windows are made in the annular channel.

2. The heating well according to claim 1, which is characterized by the fact that the central part of the pod is connected to the walls of the chamber by spacer elements made of refractory material installed above the annular channel.

C. The heating well according to claim 1, which is characterized by the fact that it contains an additional burner, installed horizontally in the chamber wall at the level of the ring channel along its wall, distant from the burner preferably by half the length of the ring channel and oriented in the direction accompanying the channel.

4. The heating well according to claim 1, which differs in that the smoke windows are made in the bottom part of the ring channel.