Конструкция и упрощенная методика расчета нагрева рулонной стали в одностопной газовой колпаковой печи

Abstract

Колпаковая печь относится к классу камерных печей с изменяющейся ра-бочей температурой, работающих циклами, в пределах которых нагревается садка из стальных рулонов, установленных друг на друга в стопу. Сложный температурный режим термообработки формируется технологами и проходит в несколько этапов: нагрев рулонов до заданной температуры поверхности, выдержка для выравнивания температуры по объему рулонов и для образования необходимой структуры металла после холодной прокатки, охлаждение садки под колпаком, муфелем и в дальнейшем на воздухе. Равномерность нагрева рулонов зависит, прежде всего, от конструкции печи. Расчет сложного внешнего теплообмена между газами, колпаком, муфелем и рулонами в современных колпаковых печах осложняется из-за неравномерного по высоте печи горения топлива. В ходе данной работы были рассмотрены методики расчёта нагрева рулонов в одностопной газовой колпаковой печи, обогреваемой инжекционными, либо двухпроводными (дутьевыми) горелками, разработанные Гусовским В.Л. [1], Кривандиным В.А. [2], Тайцем Н.Ю. [3] и Лыковым А.В. [4], что не позволяет достаточно равномерно нагревать садку из-за вертикального движения продуктов сгорания снизу вверх. Поэтому необходимо разработать упрощенную методику с допущением, что каждый рулон прогревается равномерно по всей стопе, а основной происходит за счет передачи тепла излучением от внутренней поверхности муфеля к наружной поверхности рулонов с добавлением конвективного теплообмена от защитной атмосферы к наружной поверхности рулона. Этого можно добиться в корне изменив систему отопления печи, используя современные рекуперативные скоростные горелки, размещаемые равномерно по высоте и по образующей круглого нагревательного колпака. Упрощенная методика предполагает значительное сокращение объема расчётов тепловой работы одностопной колпаковой газовой печи.

The bell-type furnace belongs to the class of chamber furnaces with varying oper-ating temperature, operating in cycles, within which a charge of steel coils stacked on top of each other is heated. The complex temperature regime of heat treatment is formed by technologists and takes place in several stages: heating the coils to a predetermined surface temperature, holding to equalize the temperature over the volume of the coils and to form the necessary metal structure after cold roll-ing, cooling the charge under the cap, muffle and later in air. The uniformity of heating rolls depends primarily on the design of the furnace. Calculation of complex external heat exchange between gases, hood, muffle and rolls in modern bell-type furnaces is complicated due to uneven fuel combustion along the height of the furnace. In the course of this work, the methods for calculating the heating of rolls in a single-foot gas bell-type furnace heated by injection or two-wire (blast) burners developed by V.L. Gusovsky [1], V.A. Krivandin [2], N. Yu. [3] and Lykov A.V. [4], which does not allow sufficiently uniform heat-ing of the cage due to the vertical movement of combustion products from bottom to top. Therefore, it is necessary to develop a simplified method with the assumption that each roll is heated evenly over the entire stack, and the main one occurs due to the transfer of heat by radiation from the in-ner surface of the muffle to the outer surface of the rolls with the addition of convective heat trans-fer from the protective atmosphere to the outer surface of the roll. This can be achieved by radically changing the heating system of the furnace, using modern recuperative high-speed burners, placed evenly along the height and along the generatrix of the round heating hood. The simplified technique assumes a significant reduction in the amount of calculations of the thermal work of a single-foot bell-type gas furnace.