RU2055287C1

RU2055287C1 - Technological furnace for thermal treatment of materials and products

Info

Publication number: RU2055287C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Еремеевич Еринов; Алексей Матвеевич Семернин; Владимир Николаевич Асцатуров; Сергей Сергеевич Егоров; Владимир Альбертович Поваренков; Игорь Николаевич Шинкарук
Original assignee: Институт газа АН Украины
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: through furnaces with shielding or air atmosphere in mechanical engineering, metallurgy and other branches of industry. SUBSTANCE: furnace for thermal treatment of materials and products at temperature range of 300-1100 C has carrier carcass made from hollow metal members with inner surfaces filled with thermal fibrous insulation. Flat emitting modules are rigidly and tightly fixed on carcass members in furnace in equally spaced relation, with emitting module space of S=(B+L)/B, where B is module width; L is distance between module ends equal to 1.2-1.3. Charging-discharge window is made in furnace end wall. Plate is adapted for charging and discharge of products. Charging- discharge window is sealed with door. Shielding atmosphere mixing fan is mounted in furnace dome. Pallet mounting guides are positioned on furnace bottom. EFFECT: increased efficiency, wider operational capabilities, reduced power consumption, simplified furnace dome and sidewall manufacture process. 3 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к камерным или проходным печам с защитной или воздушной атмосферой, используемым для тепловой обработки материалов и изделий в широком диапазоне рабочих температур от 300 до 1100^оС в машиностроительной, металлургической промышленности и других отраслях производства.The invention relates to a through passage or chamber furnaces with protective atmosphere or the air used for thermal processing of materials and products in a wide range of operating temperatures from 300 to 1100 ^C. engineering, metallurgical industry and other industries.

Известна проходная муфельная печь с контролируемой атмосферой (а.с. СССР N 866379, кл. F 27 B 5/16; 9/26, 1981), которая состоит из нагревательной камеры, выполненной из теплоизоляционного материала, внутри которой установлены нагреватели, расположенные группами, образующими температурные зоны, металлического муфеля, выполненного из жаропрочного материала, системы ввода технологического газа в муфель, выполненной в виде распределительного коллектора с отверстиями. Known muffle furnace with a controlled atmosphere (AS USSR N 866379, class F 27 B 5/16; 9/26, 1981), which consists of a heating chamber made of heat-insulating material, inside of which are installed heaters located in groups forming temperature zones, a metal muffle made of heat-resistant material, a system for introducing process gas into the muffle, made in the form of a distribution manifold with holes.

Недостатками этой печи являются громоздкость ее элементов, сложность изготовления и ненадежность в эксплуатации. Конструкция печи отличается высокой материалоемкостью и инерционностью. Тепло от нагревателей к садке передается через экран (муфель), что снижает тепловую мощность печи и приводит к перерасходу топлива, производительность печи невелика, так как с увеличением габаритов муфеля снижается надежность печи. В промышленности такие печи не нашли применения. The disadvantages of this furnace are the bulkiness of its elements, the complexity of manufacturing and unreliability in operation. The design of the furnace is characterized by high material consumption and inertia. The heat from the heaters to the charge is transferred through the screen (muffle), which reduces the thermal power of the furnace and leads to excessive fuel consumption, the productivity of the furnace is small, since the reliability of the furnace decreases with an increase in the dimensions of the muffle. In industry, such furnaces have not found application.

В качестве прототипа выбрана однокамерная печь многоцелевого назначения с контролируемой атмосферой, обогреваемая газовыми радиационными трубами фирмы "Ипсен" серии KR, содержащая газоплотный металлический каркас, теплоограждающие стены, свод и под, выполненные из огнеупорного кирпича, керамический муфель, радиационные нагревательные трубы газовые (электрические), установленные вертикально в печи между боковыми теплоограждающими стенами и муфелем, уплотнительные дверки, направляющие для загрузки и выгрузки садки, вентилятор для перемешивания защитной атмосферы в печи, коммуникации для подвода воздуха, топлива в нагреватели, отвода продуктов сгорания. Печь, выбранная в качестве прототипа, является многоцелевой и отличается высокой механизацией и автоматизацией процессов, однако она имеет существенные недостатки. Конструкция печи отличается сложностью, высокой материало- и металлоемкостью, которая определяет ее высокую тепловую инерционность. При изготовлении печи требуется большое количество фасонных огнеупоров и выполнение в значительном объеме футеровочных работ, применение громоздкого муфеля. Для обогрева печи используются дорогостоящие трубчатые радиационные нагреватели. В связи с тем, что теплота от продуктов сгорания передается садке через две экранирующие стенки (корпус трубчатого нагревателя и муфель) тепловая эффективность и удельная производительность печи весьма низкие. As a prototype, a single-chamber multi-purpose furnace with a controlled atmosphere, heated by Ipsen gas radiating pipes of the KR series, containing a gas-tight metal frame, heat-insulating walls, a roof and under, made of refractory bricks, a ceramic muffle, gas (electric) radiation heating pipes, was selected installed vertically in the furnace between the side walls and the muffle, sealing doors, guides for loading and unloading the charge, a fan for mixing the protective atmosphere in the furnace, communications for supplying air, fuel to heaters, removal of combustion products. The furnace selected as a prototype is multi-purpose and has high mechanization and automation of processes, however, it has significant drawbacks. The design of the furnace is complex, high material and metal consumption, which determines its high thermal inertia. In the manufacture of the furnace requires a large number of shaped refractories and a significant amount of lining work, the use of a bulky muffle. To heat the furnace, expensive tubular radiation heaters are used. Due to the fact that the heat from the combustion products is transferred to the charge through two shielding walls (a tube heater body and a muffle), the thermal efficiency and specific productivity of the furnace are very low.

В настоящее время одной из актуальных народно-хозяйственных задач является создание высокоэффективных технологических печей многоцелевого назначения, способных с высоким экономическим эффектом заменить малоэффективные действующие на заводах печи. Для создания таких печей требуются новые подходы и концепции в проектировании и изготовлении печей. At present, one of the urgent national economic problems is the creation of highly efficient technological multi-purpose furnaces capable of replacing ineffective furnaces operating in factories with high economic effect. The creation of such furnaces requires new approaches and concepts in the design and manufacture of furnaces.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, снижение энергозатрат и упрощение изготовления. The aim of the invention is the expansion of technological capabilities, reducing energy consumption and simplifying manufacturing.

Цель достигается тем, что в технологической печи для тепловой обработки материалов и изделий, преимущественно в защитной атмосфере, содержащей рабочую камеру, ограниченную несущим каркасом, теплоизолирующие боковые стенки, свод, под, дверку, нагревающие элементы, теплоизолирующие боковые стены, свод выполнены в виде плоских излучающих модулей, жестко закрепленных на каркасе печи в один или несколько рядов по высоте, длине и ширине печи с относительным шагом S (B + L)/B, равным 1,20-1,30. The goal is achieved in that in a technological furnace for the heat treatment of materials and products, mainly in a protective atmosphere containing a working chamber bounded by a supporting frame, heat-insulating side walls, a vault, under a door, heating elements, heat-insulating side walls, the vault is made in the form of flat radiating modules rigidly fixed to the furnace frame in one or more rows in height, length and width of the furnace with a relative step S (B + L) / B equal to 1.20-1.30.

Дополнительными отличительными признаками являются следующие: несущий каркас печи выполнен из соединенных между собой металлических пустотелых элементов, заполненных волокнистой теплоизоляцией, на внешней стороне каждого элемента по всей длине выполнена щель, перекрытая съемным изогнутым упругим металлическим листом; дверка выполнена в виде плоского излучающего модуля, прикрепленного к каркасу печи. Additional distinguishing features are as follows: the supporting frame of the furnace is made of interconnected metal hollow elements filled with fiber insulation, a gap is made on the outside of each element along the entire length, covered by a removable curved elastic metal sheet; the door is made in the form of a flat emitting module attached to the furnace frame.

На фиг. 1 показана схема предлагаемой технологической печи, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed process furnace, a longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 node I in FIG. 2.

Предлагаемая технологическая печь для тепловой обработки материалов и изделий, преимущественно в защитной атмосфере, содержит рабочую камеру, ограниченную несущим каркасом, выполненным из соединенных между собой металлических пустотелых элементов 1, заполненных волокнистой теплоизоляцией 2. На внешней стороне каждого элемента 1 каркаса печи по всей длине выполнена щель, перекрытая съемным изогнутым упругим металлическим листом 3. К элементам 1 каркаса печи жестко и герметично прикреплены плоские излучающие модули 4, установленные с относительным шагом, равным 1,2-1,3, выполняющие одновременно роль нагревателей, а в случае необходимости охладителей и теплоизоляционных панелей, загрузочно-разгрузочное окно 5, выполненное в торцовой стенке печи, стол 6 для загрузки в печь и выгрузки из печи изделий, размещенный перед загрузочно-разгрузочным окном 5 и жестко присоединенный к каркасу печи. Загрузочно-разгрузочное окно 5 уплотнено дверкой 7, выполненной в виде плоского излучающего модуля, прикрепленного к каркасу печи. В своде печи установлен вентилятор 8 для перемешивания защитной атмосферы. На поде печи 9 расположены направляющие 10 из жаропрочной стали, служащие для установки поддонов 11, для размещения садки. Каждый плоский излучающий модуль 4 оборудован горелкой 12 с патрубком 13 для подвода газа, а патрубком 14 для подвода воздуха и патрубком 15 для удаления уходящих продуктов сгорания. The proposed technological furnace for the heat treatment of materials and products, mainly in a protective atmosphere, contains a working chamber limited by a supporting frame made of interconnected metal hollow elements 1 filled with fiber insulation 2. On the outside of each element 1 of the furnace frame along the entire length a gap covered by a removable curved elastic metal sheet 3. Flat radiating modules 4 are mounted rigidly and hermetically to the elements 1 of the furnace frame, mounted with a relative a relative step equal to 1.2-1.3, performing simultaneously the role of heaters, and, if necessary, coolers and heat-insulating panels, loading and unloading window 5, made in the end wall of the furnace, table 6 for loading into the furnace and unloading products from the furnace, placed in front of the loading and unloading window 5 and rigidly attached to the furnace frame. The loading and unloading window 5 is sealed with a door 7 made in the form of a flat radiating module attached to the furnace frame. A fan 8 is installed in the roof of the furnace to mix the protective atmosphere. On the bottom of the furnace 9 are guides 10 made of heat-resistant steel, used to install pallets 11, for placing cages. Each flat emitting module 4 is equipped with a burner 12 with a nozzle 13 for supplying gas, and a nozzle 14 for supplying air and a nozzle 15 for removing flue gases.

В процессе испытаний технологической печи предлагаемой конструкции было установлено, что совокупность отличительных признаков заявляемой технологической печи позволяет интенсифицировать процесс теплообмена в печи, обеспечивает равномерность нагрева, сокращает время нагрева (охлаждения) садки до заданной технологической температуры, резко снижает объем футеровочных работ, снижает материалоемкость и уменьшает энергозатраты на нагрев садки, упрощает технологию изготовления, монтажа и ремонта печей. In the process of testing the technological furnace of the proposed design, it was found that the set of distinguishing features of the inventive technological furnace allows to intensify the heat transfer process in the furnace, ensures uniform heating, reduces the heating (cooling) time of the charge to a given technological temperature, sharply reduces the volume of lining work, reduces material consumption and reduces energy costs for heating cages, simplifies the technology of manufacturing, installation and repair of furnaces.

Опытный образец печи предлагаемой конструкции прошел испытания на экспериментальной базе Института газа АН УССР. A prototype furnace of the proposed design was tested at the experimental base of the Gas Institute of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR.

В таблице приведены основные теплотехнические и эксплуатационные характеристики печи, полученные при различном относительном шаге (S (B + L) /B) расположения нагревателей по длине, ширине и высоте печи, где S относительный шаг расположения модулей при установке их на печи; B ширина (высота) модуля; L расстояние между торцами модулей. The table shows the main thermotechnical and operational characteristics of the furnace obtained at various relative step (S (B + L) / B) of the location of the heaters along the length, width and height of the furnace, where S is the relative step of the location of the modules when installing them on the furnace; B width (height) of the module; L the distance between the ends of the modules.

Из таблицы видно, что при относительном шаге ниже заявленного предела улучшаются условия нагрева садки за счет более высокой равномерности нагрева, снижаются затраты на изготовление и монтаж печи за счет уменьшения габаритов печи, однако при этом увеличиваются потери теплоты через теплоограждающие стенки печи, так как в этом случае сечение элементов каркаса печи, заполненных волокнистой теплоизоляцией, уменьшается и, следовательно, снижаются теплоизоляционные способности теплоограждающих элементов, кроме того снижается надежность несущего каркаса печи. С увеличением потерь теплоты через теплоограждающие элементы печи увеличивается время нагрева и снижается время охлаждения садки до заданной температуры. При относительном шаге между модулями выше заявленного предела ухудшаются условия нагрева садки из-за увеличения перепада температур на поверхности садки, увеличивается время нагрева и охлаждения садки до заданной температуры, так как увеличиваются потери теплоты через теплоограждающие элементы печи, увеличиваются затраты на изготовление и монтаж печи. Таким образом в заявляемых пределах относительный шаг расположения плоских излучающих модулей по высоте, длине и ширине печи S (B + L) /B 1,2-1,3 является оптимальным, так как в этом случае достигаются снижение энергозатрат, повышение удельной производительности при тепловой обработке изделий, более высокая равномерность нагрева садки по высоте, ширине и длине, снижаются затраты на изготовление и монтаж печи. The table shows that with a relative step below the stated limit, the conditions for heating the cage are improved due to the higher uniformity of heating, the costs of manufacturing and installing the furnace are reduced by reducing the dimensions of the furnace, however, the heat loss through the heat-protecting walls of the furnace increases, since this In this case, the cross-section of the furnace frame elements filled with fibrous thermal insulation decreases and, therefore, the thermal insulation abilities of heat-protecting elements decrease, and the reliability of existent furnace casing. With an increase in heat losses through the heating elements of the furnace, the heating time increases and the cooling time of the charge to a predetermined temperature decreases. At a relative step between the modules above the stated limit, the conditions for heating the cage deteriorate due to an increase in the temperature difference on the surface of the cage, the time for heating and cooling the cage to a predetermined temperature increases, since heat losses through the heat-protecting elements of the furnace increase, and the cost of manufacturing and installing the furnace increases. Thus, within the claimed limits, the relative step of the location of the flat emitting modules along the height, length and width of the furnace S (B + L) / B 1.2-1.3 is optimal, since in this case a reduction in energy consumption, increase in specific productivity with heat processing of products, higher uniformity of heating the cages in height, width and length, reduces the cost of manufacturing and installing the furnace.

Работа технологической печи предлагаемой конструкции заключается в следующем. Садку устанавливают на разгрузочно-загрузочный стол 6, с которого через загрузочно-разгрузочное окно 5 перемещают на поддон 11, размещенный на направляющих 10, установленных на поде печи. После загрузки садки плотно закрывают загрузочно-разгрузочное окно 5 печи дверкой 7, заполняют рабочее пространство печи защитной атмосферой и включают вентилятор 8 для перемешивания защитной атмосферы, затем включаются нагреватели плоские излучающие модули 4. С излучающей поверхности модулей, обращенной непосредственно в рабочее пространство печи, теплота излучением передается на тепловоспринимающую поверхность садки. В горелки 12 нагревателей-модулей 4 газ подается через патрубки 13, а воздух через патрубки 14, продукты сгорания отводятся через патрубки 15. The operation of the technological furnace of the proposed design is as follows. The cage is installed on the unloading and loading table 6, from which through the loading and unloading window 5 is moved to the pallet 11, placed on the rails 10 mounted on the bottom of the furnace. After loading the cages, the loading and unloading window 5 of the furnace is tightly closed with a door 7, the working space of the furnace is filled with a protective atmosphere and the fan 8 is turned on to mix the protective atmosphere, then the heaters are flat emitting modules 4. From the radiating surface of the modules facing directly into the working space of the furnace, heat radiation is transmitted to the heat-absorbing surface of the charge. In the burner 12 of the heater-modules 4, gas is supplied through the nozzles 13, and air through the nozzles 14, the combustion products are discharged through the nozzles 15.

После нагрева садки уменьшают подачу газа и воздуха в нагреватели, отключают подачу защитной атмосферы в печь, открывают дверку 7 и выгружают садку на загрузочно-разгрузочный стол 6. After heating, the cages reduce the supply of gas and air to the heaters, turn off the supply of the protective atmosphere to the furnace, open the door 7 and unload the cage on the loading and unloading table 6.

Claims

1. TECHNOLOGICAL FURNACE FOR THERMAL PROCESSING OF MATERIALS AND PRODUCTS mainly in a protective atmosphere, containing a working chamber limited by a supporting frame, heat-insulating side walls, arch, under, door, heating elements, characterized in that, in order to expand technological capabilities, reduce energy consumption, simplification of manufacture, heat-insulating side walls, arch are made in the form of flat radiating modules rigidly fixed to the furnace frame in one or several rows in height, length and width of the furnace with an integral step S = (B + L) / B equal to 1.20 - 1.30, where B is the width (height) of the module, L is the distance between the ends of the modules, and the heating elements are placed in the module.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the supporting frame of the furnace is made of interconnected metal hollow elements filled with fiber insulation, a gap is made on the outside of each element along the entire length, covered by a removable curved elastic metal sheet.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the door is made in the form of a flat radiating module attached to the frame of the furnace.