RU2044074C1

RU2044074C1 - Method for heating soaking pit with burner in bottom center

Info

Publication number: RU2044074C1
Application number: RU93033663A
Authority: RU
Inventors: А.В. Аксенов; И.И. Ионочкин; Н.П. Селезнев
Original assignee: Московский вечерний металлургический институт
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method for heating soaking pit with burner in bottom center consists in formation of free flame with periodically varied length by acting with air jets on flame and flame swirling along the tangent and generating line with preservation of total flow rate of gas and air constant. Flame swirled by air jets is supplied to the surface of pit cover with coating occupying its center area part which presents ellipse truncated by pit end walls and featuring emissivity factor determined by formula given in the invention description. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в системах отопления нагревательных колодцев металлургических и машиностроительных заводов. The invention relates to metallurgical heat engineering and can be used in heating systems of heating wells of metallurgical and engineering plants.

Известен способ нагрева металла в печи открытым факелом, позволяющий за счет интенсификации теплообмена в рабочем пространстве достичь экономии топлива, включающий нанесение покрытия на поверхность в направлении развития факела кладки по ее длине, разбиваемой на зоны, при этом каждая из зон имеет покрытие с различной степенью черноты. Значения степени черноты в каждой зоне рассчитывают по экспоненциальному закону, который выводится из уравнения температурного поля факела по его длине. Интенсифицирующие возможности покрытия в этом случае позволяют не только снизить расход топлива, но и за счет повышения равномерности температурного поля факела при разной теплоотдаче от него по длине к поверхности кладки ухудшить качество нагрева металла. A known method of heating metal in a furnace with an open torch, which allows fuel economy to be achieved by intensifying heat transfer in the working space, includes coating the surface in the direction of development of the masonry torch along its length, divided into zones, each zone having a coating with a different degree of blackness . The values of the degree of blackness in each zone are calculated according to the exponential law, which is derived from the equation of the temperature field of the torch along its length. The intensifying possibilities of the coating in this case allow not only to reduce fuel consumption, but also by deteriorating the uniformity of the temperature field of the torch with different heat transfer from it along the length to the masonry surface to reduce the quality of metal heating.

Однако в нагревательных колодцах данный способ нагрева неприменим, так как при оси факела, расположенной перпендикулярно к крышке колодца, использование покрытия с переменой степенью черноты не дает повышения равномерности и качества нагрева и более того будет вести к дальнейшему перегреву центральной зоны крышки и преждевременному выходу ее из строя. However, in heating wells, this heating method is not applicable, since with a torch axis located perpendicular to the well cover, the use of a coating with a varying degree of blackness does not increase the uniformity and quality of heating and, moreover, will lead to further overheating of the central zone of the cover and its premature exit system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ отопления нагревательного колодца с горелкой в центре пода, включающий формирование свободного факела с периодически изменяемой длиной, подачу газа в горелку двумя потоками радиальным и аксиальным и воздействием на факел воздушным потоком с изменением степени крутки факела и пропорциональным изменением расхода газа, подаваемого радиально в горелку. Факел дополнительно закручивают путем подачи с двух боковых сторон его из-под колодца дополнительных струй сжатого воздуха по касательной и образующей факела с возможностью плавного их отклонения синхронно с изменением длины факела, причем струи при максимальной длине факела отклоняют на 40-50^о от горизонтали в сторону пода колодца, а воздух, идущий на горение через горелку, дополнительными струями подают соответственно в количестве 0,85-0,9 и 0,2-0,15 от теоретически необходимого, расход воздуха через горелку изменяют обратно пропорционально степени крутки факела, а суммарный расход газа и воздуха на горение сохраняют постоянным. При этом способе повышается равномерность нагрева слитков и срок службы крышки (свода) колодца за счет местных, особенно в зоне развития факела, охлаждающих воздействий воздушными струями на температурное поле слитков. Это ведет либо к снижению энергетического уровня процесса нагрева и увеличению времени нагрева слитков, либо к дополнительному расходу топлива для компенсации тепловой энергии факела.The closest in technical essence and the achieved effect to the invention is a method of heating a heating well with a burner in the center of the hearth, including the formation of a free torch with a periodically variable length, the gas supply to the burner with two radial and axial flows and exposure of the torch to an air stream with a change in the degree of torch twist and a proportional change in the flow rate of gas supplied radially to the burner. Torch further curled by feeding from two sides of it from the well additional compressed air jets tangentially and forming a flame, with their smooth deflection in synchronism with the change of length of the torch, wherein a jet with a maximum length of the torch to deflect from ^about 40-50 towards the horizontal the bottom of the well, and the air going to the combustion through the burner is supplied with additional jets in the amount of 0.85-0.9 and 0.2-0.15 of the theoretically necessary, the air flow through the burner is changed inversely degrees of torch twist, and the total gas and air consumption for combustion is kept constant. This method increases the uniformity of heating the ingots and the service life of the lid (arch) of the well due to local, especially in the zone of development of the torch, cooling effects of air jets on the temperature field of the ingots. This leads either to a decrease in the energy level of the heating process and an increase in the heating time of the ingots, or to an additional fuel consumption to compensate for the thermal energy of the torch.

Задачей изобретения является снижение расхода топлива и улучшение качества нагрева слитков. The objective of the invention is to reduce fuel consumption and improve the quality of heating ingots.

Это достигается тем, что осуществляют подачу закрученного воздушными струями факела на поверхность крышки колодца, на центральную часть которой, представляющую собой усеченный торцовыми стенками колодца эллипс, предварительно наносят слой покрытия, имеющий степень черноты, определяемую по формуле
ε_ц=

где ε_ц степень черноты слоя покрытия центральной части крышки колодца;
ε_п степень черноты остальной части поверхности крышки колодца;
a/b соотношение половины длины большей оси эллипса к половине длины его меньшей оси, которое составляет 1,5 < a/b < 2.This is achieved by supplying a torch swirling air jets onto the surface of the well cover, on the central part of which is an ellipse truncated by the end walls of the well, a coating layer having a degree of blackness determined by the formula is preliminarily applied
ε _c =

where ε _{c the} degree of blackness of the coating layer of the Central part of the lid of the well;
ε _{p the} degree of blackness of the rest of the surface of the cover of the well;
a / b is the ratio of half the length of the major axis of the ellipse to half the length of its smaller axis, which is 1.5 <a / b <2.

На фиг. 1 представлена схема распределения температур по поверхности крышки нагревательного колодца, поперечное сечение его рабочего пространства; на фиг.2 то же, продольное сечение. In FIG. 1 shows a temperature distribution diagram over the surface of a lid of a heating well, a cross section of its working space; figure 2 is the same, longitudinal section.

Сущность изобретения поясняется следующим. The invention is illustrated as follows.

При сравнении эпюр распределения температур при обычном отоплении 1, при отоплении с применением воздушных струй 2 и при отоплении с одновременным использованием воздушных струй и покрытий 3 выявлено, что наилучшие условия эксплуатации колодца обеспечиваются при подаче закрученными струями воздуха факела на поверхность крышки с нанесенным покрытием 3, так как при сохранении энергетического уровня факела и поверхности крышки за счет повышения равномерности температур значение максимальной температуры в отдельных зонах поверхности снижается, что повышает качество нагрева слитков и облегчает условия службы футеровки крышки. When comparing temperature distribution plots for conventional heating 1, for heating using air jets 2 and for heating with simultaneous use of air jets and coatings 3, it was found that the best operating conditions of the well are ensured when the torch is applied by swirling air jets to the surface of the lid with coating 3, since while maintaining the energy level of the torch and the surface of the lid by increasing the uniformity of temperatures, the value of the maximum temperature in individual zones of the surface below It is believed that it improves the quality of heating ingots and facilitates the service conditions of the lining of the lid.

Выравнивание температурного поля поверхности крышки достигается за счет воздействия, оказываемого покрытием при увеличении его степени черноты по сравнению с другой частью поверхности крышки. При этом покрытие, нанесенное на поверхность крышки, имеет форму эллипса, т.е. занимает именно ту площадь поверхности, где развиваются наиболее высокие температуры факела и ограждающих его поверхностей (поверхности слитков и крышки колодца). Нанесение покрытия на остальную часть поверхности крышки нецелесообразно, так как в этих зонах процессы теплообмена излучением имеют меньший энергетический уровень. Alignment of the temperature field of the lid surface is achieved due to the effect of the coating upon increasing its degree of blackness compared to another part of the lid surface. In this case, the coating applied to the surface of the lid has the shape of an ellipse, i.e. It occupies exactly the surface area where the highest temperatures of the torch and its enclosing surfaces (surface of ingots and well covers) develop. Coating the rest of the surface of the lid is impractical, since in these areas the processes of heat transfer by radiation have a lower energy level.

В предлагаемом техническом решении покрытие наносится на внутреннюю рабочую поверхность крышки нагревательного колодца в виде обмазки, имеющей по площади вид усеченного эллипса с полуосями а и b. Если соотношение a/b > 2, то увеличивается площадь поверхности, не содержащей покрытие, что при низких значениях ее степени черноты ведет к снижению эффективности работы покрытия крышки в процессе лучистого теплообмена в рабочем пространстве нагревательного колодца и снижению эффекта экономии топлива. In the proposed technical solution, the coating is applied to the inner working surface of the lid of the heating well in the form of a coating, having the area in the form of a truncated ellipse with half axes a and b. If the ratio a / b> 2, the surface area that does not contain the coating increases, which at low values of its degree of blackness leads to a decrease in the efficiency of the cover coating during radiant heat transfer in the working space of the heating well and to a decrease in the effect of fuel economy.

Если соотношение a/b < 1,5, то это ведет к росту расхода материала покрытия, связанного с увеличением площади поверхности центральной зоны покрытия, и к росту неравномерности нагрева слитков по длине и ширине рабочего пространства колодца. If the ratio a / b <1.5, then this leads to an increase in the consumption of coating material associated with an increase in the surface area of the central coating zone, and to an increase in the uneven heating of the ingots along the length and width of the working space of the well.

Оценка эффективности предложенного способа отопления нагревательного колодца была проведена на огневом стенде с размерами рабочего пространства 2,0х0,6х0,6 м. Стенд отапливался горелкой типа ГНП-5, установленной в центре пода. На факел горелки воздействовали закрученными воздушными потоками, подаваемыми под съемную крышку камеры стенда. Под крышкой устанавливали термопары, с помощью которых проводили измерения температуpных полей по длине и ширине рабочего пространства стенда, с наружной стороны крышки термопары для измерения температуры поверхности для определения тепловых потерь через кладку крышки. Между торцовых стенок камеры стенда и горелкой на поду монтировали тепломеры, имитирующие нагреваемую садку-слитки, для определения величины падающих тепловых потоков и неравномерности температурного поля по высоте слитка. Для этого тепломеры устанавливали вертикально. Отвод продуктов сгорания производили через два дымовых канала, расположенных с двух торцов камеры стенда под съемной крышкой. Камера стенда была футерована шамотным кирпичом класса А. На поверхность крышки наносили по различным схемам покрытия в виде обмазки с различной степенью черноты. Работа стенда была максимально приближена к реальным условиям нагрева слитков в нагревательном колодце с горелкой в центре поля. Evaluation of the effectiveness of the proposed method for heating a heating well was carried out on a fire stand with a working space of 2.0x0.6x0.6 m. The stand was heated by a GNP-5 type burner installed in the center of the hearth. The torch of the burner was affected by swirling air flows supplied under the removable cover of the stand chamber. Thermocouples were installed under the cover, with the help of which temperature fields were measured along the length and width of the working space of the stand, on the outside of the thermocouple cover to measure the surface temperature to determine heat loss through the cover masonry. Between the end walls of the booth chamber and the burner, heat meters imitating a heated ingot cage were mounted on the bottom to determine the magnitude of the incident heat fluxes and the unevenness of the temperature field along the height of the ingot. For this, heat meters were installed vertically. The combustion products were removed through two smoke channels located at the two ends of the stand chamber under a removable cover. The booth chamber was lined with class A fireclay bricks. On the surface of the lid was applied according to various coating schemes in the form of a coating with a different degree of blackness. The work of the stand was as close as possible to the actual conditions of heating ingots in a heating well with a burner in the center of the field.

Результаты исследований эффективности применения предлагаемого способа отопления нагревательного колодца приведены в таблице. The results of studies of the effectiveness of the proposed method for heating a heating well are given in the table.

Таким образом, опытная проверка предлагаемого способа в лабораторных условиях подтвердила наличие положительного эффекта, заключающегося в достижении снижения расхода топлива по сравнению с базовым способом отопления на 12-14% и повышение равномерности нагрева слитков. Thus, an experimental verification of the proposed method in laboratory conditions confirmed the presence of a positive effect, which consists in achieving a reduction in fuel consumption compared to the basic heating method by 12-14% and increasing the uniformity of heating ingots.

Claims

METHOD FOR HEATING A HEATING WELL WITH A BURNER IN THE POD CENTER, which includes forming a free torch with a periodically variable length due to exposure to it with air jets, and twisting the torch along its tangent and forming while keeping the total flow of gas and air to combustion constant, characterized in that the flow a torch swirling with air jets is carried out on the surface of the well cover, while on the central part of the cover, which is an ellipse truncated by the end walls of the well, tionary applied coating layer with the degree of blackness, is determined by the formula

where ε _{c the} degree of blackness of the coating layer of the Central part of the lid of the well;
ε _{p the} degree of blackness of the rest of the surface of the cover of the well;
and / in the ratio of half the length of the major axis of the ellipse to half the length of its smaller axis, which is 1.5 <a / b <2.