Муфель одностопной колпаковой печи

(51) 21 9/673 (2009.01) 27 5/10 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Сущность изобретения заключается в снижении перегрева наружных витков рулонов, снижению перепада температур в процессе нагрева рулонов и садки в целом по их сечению, увеличению производительности колпаковых печей за счет снижения времени охлаждения рулонов под муфелем. Техническим результатом данного изобретения является увеличение эффективной площади цилиндрической стенки муфеля, что позволило интенсифицировать конвективный и лучистый теплообмен. Достигнутый технический результат осуществляется за счет того, что стенка цилиндрического корпуса выполнена в виде вертикальных гофров, тем самым, увеличивая ее поверхность.(72) Кузьминов Игорь Иванович Польшиков Вячеслав Владимирович Винокуров Олег Валерьевич Сабельников Юрий Анатольевич Корепанов Сергей Геннадьевич(73) Акционерное общество АрселорМиттал Темиртау(54) МУФЕЛЬ ОДНОСТОПНОЙ КОЛПАКОВОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в колпаковых печах для термообработки плотно смотанных рулонов на заводах металлургии и машиностроении. 22694 Изобретение относится к металлургической теплотехнике, а именно - к конструкциям колпаковых печей. Предлагаемый муфель может быть использован для термообработки в колпаковых печах плотно смотанных рулонов холоднокатаного проката, жести, фольги на заводах металлургии и машиностроения. Сущность изобретения заключается в снижении перегрева наружных витков рулонов, снижению перепада температур в процессе нагрева рулонов и садки в целом по их сечению, увеличению производительности колпаковых печей за счет снижения времени охлаждения рулонов под муфелем. Известен Муфель (чертеж 445287 конструкции Стальпроекта от 1968 г. применяемый на колпаковых печах АО Миттал Стил Темиртау) цилиндрический корпус которого изготовлен из плоских листов. Основное достоинство данного муфеля - простота изготовления. Основные недостатки небольшая площадь поверхности,ограничивающая теплообмен между колпаком муфелем - садкой перегрев наружных витков рулонов из-за прямого излучения от муфеля большой перепад температур по сечению рулонов и садки в целом. Известна Колпаковая печь (А.с. СССР 1770409, МКИ С 21 9/673, 27 В 5/10,опубликовано 23.10.1992 г., бюллетень 39) содержащая муфель с элементами теплообмена,закрепленными по периметру на наружной и внутренней поверхностях муфеля и выполненными в виде отрезков проволоки. Данная конструкция позволят развить поверхность теплообмена и за счет этого интенсифицировать передачу тепла от нагревателей к печной атмосфере при нагреве садки и отбор тепла из подмуфельного пространства при охлаждении садки. Недостатками этой конструкции муфеля являются- большое количество проволочных элементов теплообмена и обечаек для их крепления к стенкам муфеля, что значительно усложняет изготовление муфеля- при накрывании садки таким муфелем необходимо строго соблюдать центровку, поскольку при задевании стенками муфеля о конвекторные кольца или наружные витки рулонов проволочные элементы теплообмена неизбежно будут гнуться или отрываться, что приведет к уменьшению поверхности теплообмена и ухудшению интенсивности передачи тепла между муфелем и садкой в процессе всего цикла термообработки- в процессе эксплуатации данных муфелей необходимо постоянно следить за проволочными элементами теплообмена поскольку они будут терять свою первоначальную ориентацию из-за протекающих в них процессов ползучести при больших температурах, что также отрицательно скажется на теплопередаче между садкой и муфелем. 2 Наиболее близким по технической сущности является Муфель колпаковой печи (патент РФ 2169779, МКИ С 21 9/673, 27 В 5/10,опубликован 27.06.2001 г., бюллетень 18) содержащий цилиндрический корпус, на наружной и внутренней поверхностях которого прикреплены ребра, с размещенными между ними полосами,выполненными в виде сетки и прикрепленными к цилиндрической части корпуса, создавая тем самым более развитую поверхность. Кроме того, на поверхности корпуса имеются микрорельефные рифления. Такая конструкция муфеля позволяет достаточно рационально использовать тепло, выделяемое в процессе сгорания топлива за счет образования микротурбулентных потоков, создаваемых сеткой, а микрорельефные рифления способствуют более полному поглощению излучения газов и футеровки колпака. Однако и эта конструкция муфеля имеет недостатки- муфель содержит на стенках корпуса много ребер, увеличивающих поверхность муфеля,которые крепятся к стенкам посредством сварки. В процессе работы под действием высоких температур сварные соединения будут лопаться, нарушая целостность конструкции, снижая, тем самым,эффективную площадь муфеля- наличие сетки на внутренней поверхности муфеля также требует точной центровки муфеля при накрывании садки, иначе она будет цепляться за конвекторные кольца или наружные витки рулонов,что вызовет ее повреждение и снижение эффективности работы муфеля. Техническим результатом данного изобретения является увеличение эффективной площади цилиндрической стенки муфеля, что позволило интенсифицировать конвективный и лучистый теплообмен. Достигнутый технический результат осуществляется за счет того, что стенка цилиндрического корпуса выполнена в виде горизонтальных гофров, тем самым, увеличивая поверхность теплопередачи (Фиг. 1). Пример реализации изобретения. На стенде колпаковой печи, оснащенном циркуляционным вентилятором, формируют садку из плотно смотанных рулонов, между которыми уложены конвекторные кольца. Далее садку накрывают предлагаемым муфелем и колпаком,открывают кран подачи защитного газа и включают циркуляционный вентилятор. После розжига горелок производят нагрев садки согласно действующей технологической инструкции (ТИ). После окончания времени нагрева горелки тушат (начинается цикл охлаждения). Через пять часов после тушения горелок колпак снимают и дальнейшее охлаждение производится только под муфелем. После достижения температуры садки по показаниям стендовой термопары до значений,указанных в технологической инструкции,отключается циркуляционный вентилятор,закрывается кран подачи защитного газа, снимается 22694 муфель. Рулоны садки краном развозятся для дальнейшего охлаждения до температуры дрессировки на участок принудительного охлаждения. Для обоснования достижения положительного результата по заявленному эксперименту авторами были проведены эксперименты. На первом этапе проводили замер температуры по сечению рулонов в садке состоящей из 3-х рулонов, для чего в этих рулонах были высверлены отверстия 10 мм на разную глубину (Фиг. 2) куда закладывались термопары. На фиг. 3 показана схема замера температур в садке. Испытаниям подвергали муфель, описанный в первом прототипе, и предлагаемый муфель. После формирования садки, закладки термопар в рулоны, их подключения к потенциометру и проверки, садку накрыли муфелем с гладкими цилиндрическими стенками(1-й прототип). Производили нагрев и охлаждение (снимали колпак и включали холодильники защитного газа через 5 часов после отключения горелок) данной садки согласно действующей ТИ. После охлаждения металла до 120 С по стендовой термопаре отключали подачу защитного газа, холодильники,циркуляционный вентилятор, снимали муфель и садка охлаждалась на стенде до температуры не более 25 С по закладным термопарам. Далее садку накрывали предлагаемым муфелем и повторяли этот же режим отжига. На фиг. 4 и 5 показаны графики цикла термообработки опытных рулонов с гладким и предлагаемым муфелем. Из приведенных графиков видно, что разброс температур по показаниям закладных термопар между холодной точкой применением предлагаемого муфеля меньше на 30 С чем при отжиге с гладким муфелем. Температура наружного витка (точка 16, фиг. 3) при отжиге с предлагаемым муфелем также значительно ниже. Разница составила 43 С. Таким образом,отжиг металла под предлагаемым муфелем предпочтительнее, т.к. перегрев наружных витков меньше, что снизит их склонность к свариванию. Значения механических свойств по длине полосы будут иметь меньший разброс за счет более равномерного прогрева рулонов садки. Полученный результат стал возможен вследствие того, что предлагаемый муфель имеет более развитую поверхность, которая поглощает больше энергии в процессе нагрева от раскаленных продуктов горения топлива, футеровки колпака и передает ее защитному газу и рулонам. За счет наличия гофров продукты горения с наружи муфеля и защитный газ внутри турбулизируются, что также интенсифицирует процессы теплообмена. Из-за того,что стенки предлагаемого муфеля гофрированные, излучение на рулоны передается не прямое, а рассредоточенное, что не вызывает сильного перегрева внешних витков отжигаемых рулонов. Кроме того, в процессе охлаждения развитая поверхность муфеля и турбулизированный поток защитного газа эффективно отнимают тепло от рулонов садки и отдают его окружающей атмосфере. В результате этого производительность колпаковых печей значительно возрастает. Результаты эксперимента показали, что процесс охлаждения под предлагаемым муфелем происходит гораздо быстрее. Результаты представлены в таблице. Таблица Производительность колпаковых печей в зависимости от применяемого муфеля Тип муфеля Цилиндрический с гладкими стенками Цилиндрический с гофрированными стенками Примечание в скобках, указанувеличения производительности колпаковых печей с предлагаемым муфелем по отношению к колпаковым печам с муфелем, имеющим гладкие стенки (1-й прототип) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Муфель содержащий отличающийся тем, что стенки цилиндрического корпуса выполнены в виде вертикальных гофров.