RU153827U1

RU153827U1 - BELL FURNACE FOR METAL ANNEALING IN ROLLS

Info

Publication number: RU153827U1
Application number: RU2015103271/02U
Authority: RU
Inventors: Артур Иванович Перепелица; Сергей Юрьевич Бубнов; Александр Юрьевич Каменьков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2015-08-10

Abstract

1. Колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержащая стенд, установленные на нём муфель и нагревательный колпак, снабжённый газовыми горелками, сообщёнными с трубопроводами подачи топливного газа и эжекторного воздуха, оснащёнными регулирующими клапанами, соединёнными с приводными элементами, эжекторами с газоотводящими патрубками, пристендовые трубопроводы, сообщённые с боровом, систему управления тепловым режимом нагревательного колпака, соединенную с интерфейсом оператора, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, приводные элементы регулирующих клапанов трубопроводов подачи топливного газа и эжекторного воздуха выполнены в виде сервоприводов с позиционированием, система управления тепловым режимом нагревательного колпака выполнена с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов, а газоотводящие патрубки выполнены гибкими из термостойкого материала и смонтированы с возможностью размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов в рабочем положении, при этом упомянутая система управления тепловым режимом нагревательного колпака соединена с датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, сервоприводами клапанов подачи топливного газа и эжекторного воздуха.2. Колпаковая печь по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена затворами, периодически перекрывающими каналы пристендовых трубопроводов.3. Колпаковая печь по п. 2, отличающаяся тем, что каждый из затворов выполнен шиберного типа.1. A bell furnace for metal annealing in rolls, comprising a stand, a muffle mounted on it and a heating cap equipped with gas burners in communication with pipelines for supplying fuel gas and ejector air, equipped with control valves connected to actuating elements, ejectors with gas outlet pipes, and bench pipelines connected with the hog, a control system for the thermal regime of the heating cap connected to the operator interface, characterized in that it is equipped with a pressure sensor shielding gas in the muffle space, the actuating elements of the control valves of the fuel gas and ejector air pipelines are made in the form of servo-drives with positioning, the thermal control system of the heating cap is individually controlled by the valves, and the gas outlets are made of flexible heat-resistant material and are mounted with the possibility of placement in the channels of the corresponding bench pipelines in the working position, while the said system thermal management ma heating hood is connected to a pressure sensor in a protective gas space podmufelnom, servo valves and the fuel gas supply vozduha.2 ejector. A bell furnace according to claim 1, characterized in that it is equipped with gates periodically blocking the channels of the bench pipelines. 3. The bell furnace according to claim 2, characterized in that each of the gates is of a slide type.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к устройствам для термической обработки полосового проката в рулонах.The proposed utility model relates to ferrous metallurgy, in particular, to devices for heat treatment of strip products in rolls.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является колпаковая печь для термической обработки рулонов по книге А.Л. Бергауза и др. «Справочник конструктора печей прокатного производства», том 2, УДК 621.771, «Металлургия», Москва, 1970 г. стр. 918-940, рис. XXXIII-5. Исходя из описания и рисунка колпаковая печь для отжига металла в рулонах содержит стенд, установленные на нем муфель и нагревательный колпак, снабженный газовыми горелками, сообщенными с трубопроводами подачи топливного газа и эжекторного воздуха, оснащенными регулирующими клапанами, соединенными с приводными элементами, эжекторами с газоотводящими патрубками, пристендовые трубопроводы, сообщенные с боровом, систему управления тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс оператора.The closest to the proposed technical solution for the technical nature and the achieved result (prototype), according to the authors, is a bell furnace for heat treatment of rolls according to the book of A.L. Bergauz et al. “Designer Guide for Furnaces for Rolling Production”, Volume 2, UDC 621.771, Metallurgy, Moscow, 1970, pp. 918-940, Fig. XXXIII-5. Based on the description and figure, the bell furnace for annealing the metal in rolls contains a stand, a muffle mounted on it and a heating cap equipped with gas burners in communication with the fuel gas and ejector air pipelines, equipped with control valves connected to actuating elements, ejectors with exhaust pipes , bench pipelines connected with a hog, a control system for the thermal regime of the heating hood and an operator interface.

Недостатками известного технического решения являются следующее. Низкая точность регулирования температурного цикла отжига, отсутствие регулирования во всем диапазоне тепловой мощности, непроизводительный расход электроэнергии на привод воздуходувок и расход топливного газа, в результате неоптимального регулирования режима сжигания топлива, преждевременный выход из строя муфелей, за счет локального перегрева в районе горелочного пояса и науглероживания оксидом углерода II. При проведении строительных работ по установке пристендового оборудования, а именно, пристендовых трубопроводов и при установке нагревательных колпаков (которые в процессе эксплуатации неоднократно ремонтировались), а также в ходе эксплуатации, возникает отклонение в расположении центральных осей упомянутых трубопроводов и газоотводящих патрубков нагревательных колпаков, а также их торцовых поверхностей, что приводит к значительным конструктивным зазорам между упомянутыми элементами и как следствие - нарушению режима дымоудаления, выбиванию продуктов сгорания на рабочую площадку, снижению тепловой мощности нагревательной печи, увеличению цикла отжига, ухудшение условий эксплуатации оборудования за счет повышения температуры и ухудшение условий труда обслуживающего персонала.The disadvantages of the known technical solutions are as follows. Low accuracy of regulation of the annealing temperature cycle, lack of regulation over the entire range of thermal power, unproductive energy consumption for driving blowers and fuel gas consumption, as a result of non-optimal regulation of the fuel combustion mode, premature muffle failure due to local overheating in the region of the burner belt and carburization carbon monoxide II. When carrying out construction work on the installation of bench equipment, namely, bench pipelines and when installing heating caps (which were repeatedly repaired during operation), as well as during operation, a deviation occurs in the location of the central axes of the pipelines and gas outlets of the heating caps, as well as their end surfaces, which leads to significant structural gaps between the above elements and, as a consequence, a violation of the smoke removal mode knocking out combustion products at the work site, reducing the heat output of the heating furnace, increasing the annealing cycle, deteriorating the operating conditions of the equipment due to an increase in temperature and deteriorating working conditions for maintenance personnel.

Задача, на осуществление которой направлено техническое решение - повышение качества регулирования термического цикла отжига металлопроката (эффективности режима дымоудаления, полное использование установленной тепловой мощности печи и снижение цикла отжига). При этом достигается получение такого технического результата, как снижение расхода топлива и электроэнергии при производстве проката, снижение выхода отбракованной и несоответствующей продукции, а также снижение объема ремонта и замены вышедших из строя муфелей.The task to which the technical solution is aimed is to improve the quality of regulation of the thermal cycle of annealing of rolled metal (the efficiency of the smoke removal mode, the full use of the installed heat output of the furnace and the reduction of the annealing cycle). At the same time, it is possible to obtain such a technical result as reducing fuel and energy consumption during the production of rolled products, reducing the yield of rejected and inappropriate products, as well as reducing the volume of repair and replacement of failed muffles.

Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержащая стенд, установленные на нем муфель и нагревательный колпак, снабженный газовыми горелками, сообщенными с трубопроводами подачи топливного газа и эжекторного воздуха, оснащенными регулирующими клапанами, соединенными с приводными элементами, эжекторами с газоотводящими патрубками, пристендовые трубопроводы, сообщенные с боровом, систему управления тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс оператора, снабжена датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, приводные элементы регулирующих клапанов трубопроводов подачи топливного газа и эжекторного воздуха выполнены в виде сервоприводов с позиционированием, система управления тепловым режимом нагревательного колпака выполнена с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов, газоотводящие патрубки выполнены гибкими из термостойкого материала и смонтированы с возможностью размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов в рабочем положении, при этом упомянутая система управления тепловым режимом нагревательного колпака соединена с датчиком давления защитного газа в подмуфельном пространстве, сервоприводами клапанов подачи топливного газа и эжекторного воздуха, и интерфейсом оператора; колпаковая печь снабжена затворами, периодически перекрывающими каналы пристендовых трубопроводов; а каждый из затворов выполнен шиберного типа.The above disadvantages are eliminated by the fact that the bell furnace for annealing the metal in rolls, containing a stand, a muffle mounted on it and a heating cap equipped with gas burners in communication with pipelines for supplying fuel gas and ejector air, equipped with control valves connected to actuating elements, ejectors with gas outlets, bench pipelines in communication with the hog, the thermal management system of the heating hood and the operator interface, equipped with a sensor yes shielding gas in the muffle space, the actuating elements of the control valves of the fuel gas and ejector air pipelines are made in the form of servos with positioning, the thermal control system of the heating cap is individually controlled by the mentioned valves, the gas outlets are made of flexible heat-resistant material and are mounted with the possibility of placement in the channels of the corresponding bench pipelines in the working position, while the thermal control mode of the heating cap is connected to the shielding gas pressure sensor in the muffle space, the servos of the fuel gas and ejector air supply valves, and the operator interface; the bell furnace is equipped with valves periodically blocking the channels of the bench pipelines; and each of the gates is made of slide type.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного своим конструктивным исполнением, а именно, введением в конструкцию печи, датчика давления защитного газа в подмуфельном пространстве, выполнением приводных элементов регулирующих клапанов трубопроводов подачи топливного газа и эжекторного воздуха в виде сервоприводов с позиционированием, а также выполнением газоотводящих патрубков гибкими из термостойкого материала. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию полезной модели «Новизна».A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed technical solution differs from the known one for its design, namely, the introduction of a protective gas pressure sensor in the muffle space into the furnace design, the implementation of the actuating elements of the control valves of the fuel gas and ejector air pipelines in the form servos with positioning, as well as the execution of gas outlets flexible of heat-resistant material. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of the utility model "Novelty."

Так как предлагаемое изобретение может быть использовано в промышленности, а проведение испытаний макета уже показали положительные результаты, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию полезной модели «Промышленная применимость».Since the present invention can be used in industry, and testing the layout has already shown positive results, therefore, this technical solution meets the criterion of the utility model "Industrial Applicability".

Сравнительный анализ предложенного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволил выявить существенные признаки, присущие заявленному решению. Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий обеспечивает получение упомянутого технического результата.A comparative analysis of the proposed solution, not only with the prototype, but also with other technical solutions, did not reveal the essential features inherent in the claimed solution. It follows that the claimed combination of significant differences provides the mentioned technical result.

Предложенное техническое решение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей:The proposed technical solution will be clear from the following description and the drawings attached to it:

На фиг. 1 - схематически изображена предлагаемая колпаковая печь;In FIG. 1 - schematically shows the proposed bell furnace;

На фиг. 2 - изображен вид A фиг. 1.In FIG. 2 is a view A of FIG. one.

Колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержит стенд 1, установленные на нем муфель 2 и нагревательный колпак 3, между которыми образуется рабочая камера 4. Нагревательный колпак 3 содержит топливные горелки 5, сообщенные с трубопроводом 6 подачи топливного газа и трубопроводом 7 эжекторного воздуха, которые оснащены клапанами, соответственно 8 и 9, соединенными с приводными элементами 10, 11, а также эжекторы 12 и газоотводящие патрубки 13. Колпаковая печь также содержит пристендовые трубопроводы 14, сообщенные с боровом (на рисунках не показано), термопары 15 и 16, контролирующие температуру соответственно в подколпаковом и подмуфельном пространствах, систему управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака и интерфейс 18 оператора. Колпаковая печь снабжена датчиком 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве, приводные элементы 10, 11 регулирующих клапанов 8 и 9 трубопроводов подачи топливного газа 6 и эжекторного воздуха 7 выполнены в виде сервоприводов с позиционированием. А система управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака 3 выполнена с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов 8 и 9, газоотводящие патрубки 13 выполнены гибкими из термостойкого материала и смонтированы с возможностью размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов 14 в рабочем положении. При этом упомянутая система 17 управления тепловым режимом нагревательного колпака 3 соединена с датчиком 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве, сервоприводами 10, 11 клапанов подачи топливного газа 6 и эжекторного воздуха 7, и интерфейсом 18 оператора. Колпаковая печь содержит затворы 20, каждый из которых своим корпусом жестко присоединен к соответствующему пристендовому трубопроводу 14, а шиберный элемент 21 перемещается в направляющих 22 затвора 20 с возможностью периодического перекрывания канала пристендового трубопровода 14 борова, в том числе, в периоды нахождения колпаковой печи на стенде в режиме охлаждения садки.The bell furnace for annealing the metal in rolls contains a stand 1, a muffle 2 installed on it and a heating cap 3 between which a working chamber 4 is formed. The heating cap 3 contains fuel burners 5 in communication with the fuel gas supply pipe 6 and ejector air pipe 7, which are equipped with valves 8 and 9, respectively, connected to actuating elements 10, 11, as well as ejectors 12 and gas outlet pipes 13. The bell-type furnace also contains bench pipelines 14 connected to the hog (in the figures Zano), thermocouples 15 and 16, respectively, in the temperature control and podkolpakovom podmufelnom spaces 17 control the thermal conditions of the heating system and the cap 18 of the operator interface. The bell-type furnace is equipped with a protective gas pressure sensor 19 in the muffle space, the actuating elements 10, 11 of the control valves 8 and 9 of the fuel gas supply pipes 6 and ejector air 7 are made in the form of positioning actuators. And the control system 17 of the thermal regime of the heating cap 3 is made with individual regulation of the mentioned valves 8 and 9, the gas outlet pipes 13 are made of heat-resistant material and are mounted with the possibility of placement in the channels of the corresponding bench pipelines 14 in the working position. Moreover, said thermal management system 17 of the heating cap 3 is connected to a protective gas pressure sensor 19 in the muffle space, servos 10, 11 of the fuel gas supply valve 6 and ejector air 7, and an operator interface 18. The bell-type furnace contains closures 20, each of which is rigidly connected to the corresponding bench pipeline 14 by its body, and the slide element 21 moves in the guides 22 of the valve 20 with the possibility of periodically blocking the channel of the boron bench pipeline 14, including when the bell-furnace is on the stand in cage cooling mode.

Колпаковая печь для отжига металла в рулонах работает следующим образом.Bell furnace for annealing metal in rolls is as follows.

На стенд 1 укладывают рулоны металла 23, накрывают муфелем 2 и уплотняют песочным затвором 24. Затем полость под муфелем 2 продувают защитным газом, устанавливают нагревательный колпак 3 и включают рециркуляционный вентилятор 25. При установке нагревательного колпака 3 газоотводящие патрубки 13 размещают (устанавливают) в каналах соответствующих пристендовых трубопроводах 14 борова, при этом затворы 20 должны быть открытыми. В рабочую камеру 4 через горелки 5 подается топливо, химической теплотой сгорания которого поддерживается температура отжига рулонов металла 23 под муфелем 2. Продукты сгорания из рабочей камеры 4 посредством эжекторов 12 по газоотводящим патрубкам 13 попадают в пристендовые трубопроводы 14, а по ним в отводящий боров.Rolls of metal 23 are laid on stand 1, covered with muffle 2 and sealed with a sand valve 24. Then the cavity under the muffle 2 is blown with protective gas, the heating hood 3 is installed and the recirculation fan 25 is turned on. When installing the heating hood 3, the gas exhaust pipes 13 are placed (installed) in the channels the corresponding bench pipelines 14 of the hog, while the closures 20 should be open. Fuel is supplied to the working chamber 4 through the burners 5, the chemical heat of combustion of which maintains the temperature of annealing of the metal coils 23 under the muffle 2. The combustion products from the working chamber 4 by means of ejectors 12 through the gas exhaust pipes 13 enter the bench pipelines 14, and through them into the exhaust burs.

Введение в конструкцию печи датчика 19 давления защитного газа в подмуфельном пространстве способствует организации контроля избыточного давления с обеспечение в системе управления тепловым режимом нагревательного колпака световой и звуковой сигнализации при его отклонениях для принятия оперативных мер.The introduction of a protective gas pressure sensor 19 in the muffle space into the furnace design helps to control overpressure by providing light and sound alarms in the control system for the heating mode of the heating cap with deviations for taking operational measures.

Выполнение приводных элементов регулирующих клапанов 8, 9 трубопроводов 6, 7 подачи топливного газа и эжекторного воздуха в виде сервоприводов 10, 11 с позиционированием, а выполнение системы управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака с индивидуальным регулированием упомянутых клапанов, обеспечивает плавное изменение тепловой нагрузки колпаковой печи с поддержанием оптимального режима сжигания топлива при любом значении требуемой тепловой мощности во все диапазоне для поддержания необходимой температуры садки рулонов металла, а также обеспечивает снижение общего периода времени работы горелок колпаковой печи в цикле отжига с максимальной тепловой нагрузкой, что способствует снижению периодов локального перегрева муфелей в районе горелочного пояса, снижению выхода их из строя за счет науглероживания оксидом углерода II при неоптимальном режиме сжигания топливного газа.The implementation of the actuating elements of the control valves 8, 9 of the pipelines 6, 7 for supplying fuel gas and ejector air in the form of servos 10, 11 with positioning, and the implementation of the control system 17 of the thermal regime of the heating hood with individual control of the valves, provides a smooth change in the heat load of the bell furnace with maintaining the optimal mode of fuel combustion at any value of the required thermal power in the entire range to maintain the required temperature of the charge of metal rolls It also reduces the total operating time of the bell-type burners in the annealing cycle with the maximum heat load, which helps to reduce the periods of local overheating of the muffles in the region of the burner belt, and to reduce their failure due to carbon monoxide carbonization II with an unsuitable mode of fuel gas combustion .

Соединение системы управления 17 тепловым режимом нагревательного колпака с датчиком давления 19 защитного газа в подмуфельном пространстве и интерфейсом 18 оператора обеспечивает контроль наличия необходимого избыточного давления защитного газа в подмуфельном пространстве и возможность его обеспечения, что исключает инфильтрацию атмосферного воздуха в подмуфельное пространство и дефекты рулонов полосы по подкислению металла.The connection of the thermal control system 17 of the heating cap with the protective gas pressure sensor 19 in the muffle space and the operator interface 18 provides control of the presence of the necessary overpressure of the protective gas in the muffle space and the possibility of providing it, which eliminates the infiltration of atmospheric air into the muffle space and the strip roll defects on acidification of metal.

Выполнение газоотводящих патрубков 13 гибкими, из термостойкого материала, обеспечивает возможность их перемещения (ориентации) в пристендовой зоне и размещения в каналах соответствующих пристендовых трубопроводов 14 в рабочем положении, что способствует снижению подсосов атмосферного воздуха, повышению эффективности режима дымоудаления и повышению тепловой мощности печи.The implementation of the gas outlet pipes 13 flexible, made of heat-resistant material, allows them to be moved (oriented) in the bench zone and placed in the channels of the corresponding bench pipelines 14 in the working position, which helps to reduce air leakage, increase the efficiency of the smoke removal mode and increase the heat output of the furnace.

Введение в конструкцию колпаковой печи затворов 20, шиберами 21 которых периодически перекрывают каналы пристендовых трубопроводов 14, способствует также снижению подсосов атмосферного воздуха, повышению эффективности режима дымоудаления всей группы стендов, в том числе, при нахождении колпаковой печи на стенде в режиме охлаждения садки.The introduction of gates 20 into the design of the bell furnace, with valves 21 periodically blocking the channels of the bench pipelines 14, also helps to reduce atmospheric air leaks, increase the efficiency of the smoke removal mode of the entire group of stands, including when the bell furnace is on the stand in the charge cooling mode.

Выполнение каждого из затворов 20 шиберного типа способствует простоте их конструкции и, следовательно, минимальным эксплуатационным затратам.The implementation of each of the valves 20 slide type contributes to the simplicity of their design and, therefore, the minimum operating costs.

Пример.Example.

На испытательном участке, предназначенном для отжига рулонов стали, были проведены испытания макета предложенного технического решения. Отжигу подвергалась стопа из трех рулонов: максимальный диаметр рулона - 2200 мм, ширина - 1850 мм, толщина полосы - 2,0 мм. Заданная температура поддерживалась до достижения требуемой температуры в средней части толщины смотки рулонов.At the test site, designed for annealing steel coils, tests of the layout of the proposed technical solution were carried out. A stop of three rolls was annealed: the maximum roll diameter was 2200 mm, the width was 1850 mm, and the strip thickness was 2.0 mm. The set temperature was maintained until the required temperature was reached in the middle part of the thickness of the coil winding.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет за счет индивидуального регулирования сервоприводами клапанов подачи топливного газа и эжекторного воздуха, обеспечивать плавное изменение тепловой нагрузки колпаковой печи с поддержанием оптимального режима сжигания топлива при любом значении требуемой тепловой мощности во всем диапазоне для поддержания необходимой температуры садки рулонов металла, что позволило повысить качество регулирования термического цикла отжига металлопроката.Thus, the use of the proposed technical solution allows, due to individual control by servos of the fuel gas and ejector air supply valves, to provide a smooth change in the heat load of the bell furnace while maintaining the optimal fuel combustion mode at any value of the required heat power in the entire range to maintain the required temperature of the metal coil , which allowed to improve the quality of regulation of the thermal cycle of annealing of metal.

Как показали предварительные расчеты снижение условного топлива на тонну выпускаемой продукции составит 13%, а потребление электроэнергии уменьшится на 5% в год. При этом достигается получение такого технического результата, как снижение выхода отбракованной и несоответствующей продукции, снижение выхода из строя муфеля, за счет локального перегрева в районе горелочного пояса и науглероживания оксидом углерода II.As preliminary calculations showed, the reduction in fuel equivalent per tonne of output will be 13%, and electricity consumption will decrease by 5% per year. In this case, obtaining such a technical result as reducing the yield of rejected and inappropriate products, reducing the muffle failure due to local overheating in the region of the burner belt and carbonization by carbon monoxide II is achieved.

Отсюда можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено техническое решение - выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.From this we can conclude that the task whose solution the technical solution is aimed at is fulfilled, while achieving the above technical result is achieved.

Claims

1. A bell furnace for metal annealing in rolls, comprising a stand, a muffle mounted on it and a heating cap equipped with gas burners in communication with pipelines for supplying fuel gas and ejector air, equipped with control valves connected to actuating elements, ejectors with gas outlet pipes, and bench pipelines connected with the hog, a control system for the thermal regime of the heating cap connected to the operator interface, characterized in that it is equipped with a pressure sensor shielding gas in the muffle space, the actuating elements of the control valves of the fuel gas and ejector air pipelines are made in the form of servo-drives with positioning, the thermal control system of the heating cap is individually controlled by the valves, and the gas outlets are made of flexible heat-resistant material and are mounted with the possibility of placement in the channels of the corresponding bench pipelines in the working position, while the said system thermal conditions of the heating hood control ma is connected to a pressure sensor in a protective gas podmufelnom space servo valves of fuel gas and air ejector.

2. A bell furnace according to claim 1, characterized in that it is equipped with gates periodically blocking the channels of the bench pipelines.

3. A bell furnace according to claim 2, characterized in that each of the gates is of a slide type.