Колпаковая печь

 

Сущность изобретения заключается в том, что на стенд печи внутрь стопы рулонов установлен конвектор, выполненный из двух коаксиальных цилиндров: наружного 1 и внутреннего 2 с зазором между ними. Цилиндры 1 и 2 установлены с возможностью осевого перемещения друг относительно друга и выполнены со средствами фиксации 4. На боковых поверхностях цилиндров 1 и 2 выполнены щели 5 и 6, расположенные по винтовым линиям. В щели 5, зазоре 3 и щели 6 свободно пропущен хвостовик 7 секции 8 спиральных ребер. К хвостовику 7 с одного конца прикреплена рабочая часть 9, а с другого - фиксатор 10 для удержания секций 8 в конвекторе, расположенный во внутренней полости 11 цилиндра. В дне 15 наружного цилиндра 1 выполнены отверстия 14, в которые пропущены стойки 13 цилиндра 2, имеющие возможность свободно вертикально перемещаться в отверстиях 14. Стойки 13 жестко закреплены на внутреннем цилиндре 2, обеспечивая образование зазора между дном наружного цилиндра 1 и стендом 12. 3 ил.

Изобретение относится к термической обработки металла, а именно к конструкции колпаковых печей для отжига металла в рулонах и может быть использовано на заводах металлургической и машиностроительной промышленности.

Известна типовая конструкция колпаковой печи для отжига листа в рулонах, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, установленный на стенде муфель с песочными затворами, охватывающий муфель нагревательный колпак с нагревающими устройствами, конвекторные кольца для расположения между торцевыми поверхностями рулонов. Во внутренней полости муфеля находится защитный газ (Аптерман В. Н. и др. Колпаковые печи. М. Металлургия, 1965).

Однако в известной конструкции печи мала теплопередача между защитным газом и внутренней полостью нагреваемых или охлаждаемых рулонов. Коэффициент теплоотдачи конвекцией во внутренней полости рулонов примерно в 2,5 раза меньше, чем на их торцевых поверхностях (Расчет нагревательных и термических печей. Справочник /Под ред. Тымчака В. М. Гусовского В. Л. М. Металлургия, 1983). Малый коэффициент теплоотдачи конвекцией во внутренней полости рулонов приводит к увеличению продолжительности отжига. Особенно сказывается пониженная теплоотдача во внутренней полости рулонов широкополосной стали, когда высота рулона больше толщины его намотки, что в целом ведет к снижению производительности известной печи.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является колпаковая печь для отжига металла в рулонах (заявка N 4642698/31-02(016818, по которой получено а. с. N 1657535), содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, муфель с затворами, колпак с нагревательными устройствами, установленный на стенде в его центре центральный конвектор защитного газа, выполненный в виде цилиндра, боковая поверхность которого снабжена спиральными ребрами.

Недостатком прототипа является то, что величина дополнительного в нем положительного эффекта, а именно, величина повышения производительности колпаковой печи, ограничена, получение максимального эффекта от применения центрального конвектора не может быть достигнуто. Это объясняется следующим: Повышение производительности печи при применении конвектора (за счет увеличения коэффициента теплоотдачи внутри рулонов) зависит, как это следует из результатов наших экспериментов, приведенных ниже в таблице, от отношения диаметра конвектора (Д_конв) к внутреннему диаметру рулона (Д_рул), достигая максимальной величины при Д_конв/Д_рул 1.

Под Д_конв здесь и в дальнейшем понимается диаметр воображаемого цилиндра, охватывающего спиральные ребра конвектора.

В известном решении диаметр центрального конвектора должен быть ограничен по следующим причинам: 1. Диаметр конвектора должен быть меньше диаметра внутренних отверстий конвекторных колец, так как конвектор, при установке его на стенд должен проходить сквозь эти отверстия. Известно (Аптерман В.Н. и др. Колпаковые печи. М. Металлургия, 1965, c. 124), что диаметр отверстий конвекторных колец меньше Друл на 100 160 мм и, следовательно, Д_конв/Д_рул <1. Исключение составляет вариант, когда конвектор вставляется в нижний рулон до установки конвекторного кольца, но в этом случае не интенсифицируется нагрев верхних рулонов стопы.

2. Дополнительное ограничение Д_конв связано с возможной неточностью установки стопы рулонов и конвекторных колец на стенд: оси рулонов и конвекторных колец не всегда совпадают между собой и с осью стенда.

3. Несмотря на обвязку рулонов стальной лентой, внутренний виток рулона в некоторых местах может отходить от остальных витков, нарушая правильную геометрическую форму (форму цилиндра вращения) внутренней поверхности рулона. Даже при отсутствии такого дефекта наличие внутри рулона стальной ленты обвязки также препятствует применению конвектора максимального диаметра.

Таким образом, ограничение в известном решении диаметра конвектора снижает производительность колпаковой печи.

Цель изобретения повышение производительности колпаковой печи для отжига металла в рулонах за счет интенсификации нагрева и охлаждения внутренней полости стопы рулонов при отжиге.

Цель достигается тем, что в известной колпаковой печи для отжига металла в рулонах, содержащей стенд с циркуляционным вентилятором, муфель с затворами, колпак с нагревательными устройствами, в центре стенда установленный центральный конвектор защитного газа, снабженный боковыми спиральными ребрами, в устройстве центральный конвектор выполнен в виде двух расположенных коаксиально с зазором цилиндров, внутренний из которых выполнен с возможностью осевого перемещения внутри наружного, снабженного дном с отверстиями, в которые свободно пропущены стойки, прикрепленные к внутреннему цилиндру и предназначенные для установки конвектора на стенд с образованием зазора между стендом и дном наружного цилиндра, причем последний снабжен узлом регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров друг относительно друга. К цилиндрам конвектора крепятся спиральные ребра, выполненные из отдельных подвижных секций, каждая из которых состоит из рабочей части, расположенной снаружи внешнего цилиндра, и соединенного с ней хвостовика, свободно пропущенного через отверстия, выполненные в боковых поверхностях обоих цилиндров. На конце хвостовика, расположенном во внутренней полости внутреннего цилиндра, закреплен фиксатор, предназначенный для удержания секции в конвекторе. При этом при условии установки конвектора на стенд в рабочее положение рабочие части секций спиральных ребер составляют определенный угол (в пределах 0 90^o) с образующими поверхности внешнего цилиндра, причем величина этого угла задается узлом регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров. Высота внутреннего цилиндра меньше высоты наружного на величину, равную максимальному относительному смещению цилиндров.

Кроме того, высота отверстий на боковой поверхности внутреннего или наружного цилиндра выполнена равной величине максимально относительного перемещения цилиндров.

В предлагаемом решении в рабочем положении конвектор имеет максимальный, а в транспортном (конвектор подвешен за наружный цилиндр к грузоподъемному механизму) минимальный диаметр. Заполнение конвектором в рабочем положении всего объема внутренней полости рулонов обеспечит максимальный коэффициент теплоотдачи внутри рулонов, что повышает производительность колпаковой печи.

Наличие в предлагаемом изобретении двух коаксиальных цилиндров, выполненных с возможностью осевого перемещения внутреннего цилиндра внутри внешнего обеспечивает возможность поворота секций спиральных ребер, относительно поверхности внешнего цилиндра и соответственно увеличение за счет этого диаметра конвектора и повышение производительности печи.

Узел регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров позволяет ограничить перемещение рабочих частей секций спиральных ребер и осуществить их поворот при переходе конвектора из транспортного в рабочее положение на любой угол (в пределах 0 90^o) с целью получения в рабочем положении максимально возможного для данной садки диаметра конвектора, что позволяет получить максимальную производительность колпаковой печи.

Выполнение боковых спиральных ребер, расположенных на боковой наружной поверхности внешнего цилиндра, из отдельных подвижных секций, каждая из которых состоит из рабочей части и соединенного с ней хвостовика, который расположен в зазоре между цилиндрами и свободно пропущен в отверстия, выполненные в боковых поверхностях обоих цилиндров, позволяет использовать конвектор в рабочем положении большего диаметра, чем в прототипе, что обеспечивает повышение теплоотдачи внутри рулона, что приведет к повышению производительности печи.

Хвостовики секций спиральных ребер, передавая движение от перемещающихся цилиндров конвектора к рабочим частям секций спиральных ребер, позволяют получить в рабочем состоянии конвектора положение рабочих частей секций, при котором происходит заполнение внутренней полости рулонов, соответствующее максимальной теплоотдаче внутри рулона.

Фиксаторы для удержания секций спиральных ребер в конвекторе препятствуют выпадению отдельных секций спиральных ребер при транспортировке конвектора или его установке на стенд печи, что обеспечивает повышение производительности печи из-за предотвращения нарушения непрерывности спиральных ребер.

Изготовление предлагаемого конвектора с отверстиями в наружном или внутреннем цилиндре в виде щелей, высота которых равна величине относительного перемещения цилиндров, дает секциям в рабочем положении степень свободы, что позволяет в рабочем положении конвектора получить такое расположение секций спиральных ребер, при котором воображаемая вертикальная цилиндрическая поверхность, огибающая их, всегда совпадает по конфигурации и размерам с внутренней поверхностью стопы рулонов, что позволяет получить максимальную производительность печи при неточностях сборки стопы рулонов, неточной установке конвектора и (или) нарушении геометрии внутренней поверхности рулонов.

Уменьшенная высота внутреннего цилиндра по сравнению с наружным на величину h, равную величине относительного перемещения цилиндров, и наличие дна у наружного цилиндра позволяет герметизировать конвектор, предотвращая утечку защитного газа через внутреннюю часть конвектора, что увеличивает объем газа, приходящего по внешней, рабочей части конвектора, повышает теплопередачу на внутренней поверхности рулона, а следовательно, повышает производительность колпаковой печи. Кроме того, дно наружного цилиндра является ограничителем относительного смещения цилиндров в транспортном положении конвектора.

Наличие стоек, прикрепленных к внутреннему цилиндру конвектора, позволяет при установке конвектора на стенд осуществить перемещение наружного цилиндра относительно неподвижного, стоящего на опорах, внутреннего, что и переводит конвектор в рабочем положение, соответствующее максимальной производительности колпаковой печи.

Кроме того, стойки позволяют после установки конвектора на стенд в рабочее положение получить зазор между стендом и нижней частью конвектора (дном наружного цилиндра), обеспечивающий пропускание защитного газа во всасывающее отверстие стендового вентилятора, что необходимо для обеспечения циркуляции защитного газа под муфелем.

На фиг. 1 изображен конвектор; на фиг.2 колпаковая печь, разрез; на фиг. 3 конвектор в рабочем положении.

Конвектор (фиг.1) состоит из двух коаксиальных цилиндров: наружного 1 и внутреннего 2 с зазором между ними 3. Цилиндры имеют возможность смещаться друг относительно друга вдоль оси на величину h, определяемую узлом регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров друг относительно друга, который выполнен в виде ограничителей хода 4. На боковых поверхностях цилиндров 1 и 2 имеются отверстия (щели) соответственно 5 и 6, расположенные по винтовым линиям, указанным на чертежах пунктиром. В эти отверстия 5 и 6 пропущены хвостовики 7 секции 8 спиральных ребер, т. е. хвостовики 7 проходят в зазоре 3 между цилиндрами 1 и 2 и выходят в отверстия 5 и 6 своими концами. К хвостовикам 7 крепятся рабочие части 9 секций 8 спиральных ребер и фиксаторы 10, предназначенные для удержания секций 8 в конвекторе и расположенные во внутренней полости 11 внутреннего цилиндра 2. Рабочие части 9 секций спиральных ребер 8 могут иметь любые размеры и форму, обеспечивающие в рабочем положении диаметр конвектора, близкий к внутреннему диаметру рулонов и непрерывность спиральных ребер. Конвектор установлен на стенд 12 колпаковой печи на стойках 13, которые прикреплены к внутреннему цилиндру 2 и пропущены в отверстия 14, выполненные в дне 15 наружного цилиндра 1. Стойки 13 имеют возможность свободного вертикального перемещения в отверстиях 14, т. е. установлены в последних свободно. Между стендом 12 и дном 15 наружного цилиндра 1 образован зазор 16 (фиг. 1). Под стендом 12 расположен циркуляционный вентилятор 17, на стенде 12 установлена стопа рулонов 18, между которыми расположены конвекторные кольца 19. Муфель 20 с песочными затворами 21 и колпак 22 с нагревательными устройствами 23 в рабочем положении установлены на стенд 12. Под позицией 24 изображен крюк на наружном цилиндре 1.

Узел регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров друг относительно друга, который выполнен в виде ограничителей хода 4, представляющих собой болты, ввернутые в верхнюю крышку наружного цилиндра 1, причем нижние торцы болтов находятся во внутренней полости наружного цилиндра 1 и в рабочем положении конвектора упираются в верхний торец, бурт или крышку внутреннего цилиндра 2, препятствуя перемещению вниз наружного цилиндра 1 и приостанавливая тем самым поворот секций 8 спиральных ребер на заданном угле.

В рабочем положении рабочие части 9 секций 8 спиральных ребер перпендикулярны к образующим цилиндров 1 и 2.

В транспортном положении конвектор поднят со стенда 12 за наружный цилиндр 1 с помощью грузоподъемного механизма (на чертежах не показан) за крюк 24, в результате чего наружный цилиндр 1 поднимается относительно внутреннего цилиндра 2 до соприкосновения дна 15 цилиндра 1 с нижним торцом цилиндра 2. В этом положении рабочие части 9 секций 8 спиральных ребер занимают вертикальное положение.

Хвостовик 7, расположенный в зазоре 3 между цилиндрами 1,2 и свободно пропущенный в отверстия 5 и 6, выполненные в боковых поверхностях цилиндров 2 и 1 частично выходит во внутреннюю полость 11 внутреннего цилиндра 2.

Фиксатор 10 расположен внутри цилиндра 2 и закреплен на хвостовике 7. Острый угол между рабочей частью 9 и хвостовиком 7 секции 8 равен (фиг. 2).

Между длиной x_i(i 1,2) части хвостовика, расположенной в зазоре 3, углом b и величиной зазора 3 между цилиндрами 1 и 2 равным D, существует следующая зависимость (1) (2) Формулы (1) и (2) вытекают из прямоугольных треугольников abc и a'b'c' на фиг. 1 и 3 при расположении конвектора соответственно в рабочем положении (угол между рабочими частями 9 секций спиральных ребер 8 и образующими цилиндров равен 90^o) и в транспортном положении (Толщиной материала цилиндров 1 и 2 пренебрегаем). Длина d той части хвостовика 7, которая расположена в полости 11 внутреннего цилиндра 2, определяется из технологических соображений (удобства крепления к хвостовику 7 фиксатора 10).

Минимальная длина Х хвостовиков 7 секций 8 при данном угле определяется большим из двух значений x_i, полученных из формул (1) и (2), и длиной d X x₁ + d если x₁ > x₂ (3) X x₂ + d если x₂ > x₁ (4) Максимальная длина хвостовика не должна превышать D+D_внутр. во избежание выталкивания секции 8 из конвектора при повороте ее из транспортного в рабочее положение и обратно, т. е.

X_max=+D_внутр. (5) где X_max максимальная длина хвостовика 7; Д_внутр диаметр внутреннего цилиндра 2 конвектора.

Условие (5) накладывают ограничение на величину максимального _max и минимального _min угла


Формулы (6) и (7) вытекают из формул (1), (2) и (5). При выборе угла следует учитывать, что минимальная длина X_min хвостовика 7 обеспечивается при угле b 45^o и в соответствии с формулами (1) - (4) равна
X_min=2+d (8)
Если за критерий оптимальности конструкции секций конвектора принять минимальную длину Х хвостовика 7, то оптимальный угол 45^o.

При оптимальном угле b 45^o размеры отверстий 5 и 6 в цилиндрах 1,2 выбираются следующие: высота отверстий 5 и 6 в цилиндрах 1 и 2 для возможности поворота в них хвостовиков на угол 90^o должна составлять , где f толщина хвостовика 7 (толщиной материала цилиндров пренебрегаем). Ширина отверстий 5,6 в цилиндрах 1,2 должна быть равна ширине хвостовика 7.

При оптимальном угле между хвостовиком 7 и рабочей частью 9 (b 45^o) в рабочем положении конвектора отверстие 6 для хвостовика 7 во внутреннем цилиндре 2 смещено вверх относительно отверстия 5 в наружном цилиндре 1 на величину D; в транспортном положении смещено вниз на величину D; в промежуточном положении, когда смещение цилиндров равно D, эти отверстия 5 и 6 находятся в одной горизонтальной плоскости (а рабочая часть 9 секции 8 повернута по отношению к образующей внешнего цилиндра 1 на угол 45^o).

Рассмотренное выше устройство конвектора с высотой щелей в цилиндрах, равной , предусматривает горизонтальное или иное, определяемое ограничителями 4 на фиг.1, но строго определенное расположение рабочих частей 9 секций 8 спиральных ребер относительно наружного цилиндра 1 в рабочем положении.

Заполнение вышеописанным конвектором всего объема внутренней полости рулонов возможно лишь в том случае, если все рулоны и конвектор установлены соосно и нет нарушений геометрии внутренней поверхности рулонов.

При несоблюдении этих условий при переходе конвектора из транспортного в рабочее положение рабочие части 9 некоторых секций 8 спиральных ребер могут упереться во внутренние поверхности рулонов, еще до момента опускания наружного цилиндра 1 до упора 4, в результате чего под действием силы тяжести наружного цилиндра 1 конвектора эти секции будут либо деформированы, либо при достаточной прочности, остановят опускание наружного цилиндра 1 и тогда все секции 8 спиральных ребер после опускания конвектора на стенд 12 не займут рабочее положение, т.е. не раскрываются на нужный угол.

Для того, чтобы исключить отрицательное влияние неточности установки конвектора внутри стопы рулонов (несоосности стопы и конвектора), неточности сборки самой стопы (несоосности рулонов в стопе), а также нарушение геометрии внутренней поверхности рулонов (внутренний виток рулона не прилегают плотно к остальным виткам, наличие внутри рулонов стальной ленты обвязки рулонов) на заполнение конвектором внутренней полости рулонов, предлагается выполнение отверстий 5 для хвостовиков 7 секций 8 спиральных ребер в наружном цилиндре 1 в виде вертикальных щелей прямоугольной формы, причем нижняя граница щелей 5 лежит на винтовой линии на поверхности наружного цилиндра 1, высота щелей равна h (фиг. 1), ширина щелей равна ширине хвостовика. Аналогичный результат получится, если отверстие для хвостовика 7 в виде щели высотой h выполнено во внутреннем цилиндре 2, причем в этом случае на винтовой линии внутреннего цилиндра 2 лежит верхняя граница щели. При такой конструкции конвектора регулирование осевого перемещения цилиндров является не обязательным, нужен только ограничитель хода внутреннего цилиндра, обеспечивающий номинально поворот секций спиральных ребер на 90^o; фактический угол раскрытия каждой из секций зависит от величины зазора между наружным цилиндром 1 и внутренней поверхностью рулона 18, т. е. является саморегулирующимися.

Работу колпаковой печи с предлагаемым конвектором рассмотрим в оптимальном варианте, когда угол между рабочей и хвостовой частью секций 8 спиральных ребер равен 45^o, а отверстия для хвостовиков 7 секций 8 спиральных ребер в наружном цилиндре 1 выполнены в виде щелей высотой h.

Печь работает следующим образом.

На стенд 12 устанавливают стопу рулонов 18 подлежащего отжигу металла. Между рулонами 18 помещают конвекторные кольца 19, затем краном за крюк 24 поднимают конвектор; при этом под действием силы грузоподъемного механизма, приложенной к крюку 24, внешний цилиндр 1 поднимается вверх на величину h до соприкосновения дна 15 внешнего цилиндра 1 с нижним торцом внутреннего цилиндра 2, что сопровождается поворотом хвостовиков 7, расположенных в зазоре 3 между цилиндрами 1 и 2 на угол 90^o и соответствующим поворотом рабочих частей 9 секций спиральных ребер 8 и вертикальное положение, как это показано на фиг.2. При дальнейшем подъеме конвектора осуществляется подъем обоих цилиндров 1 и 2, так как усилие, прикладываемое через крюк 24 к наружному цилиндру 1 передается через дно 15 наружного цилиндра 1 также внутреннему цилиндру 2. В таком положении конвектор имеет минимальный диаметр и может быть опущен на стенд 12 колпаковой печи с собранной стопой рулонов 18.

При опускании конвектора на стенд 12 первыми коснутся стенда 12 стойки 13 внутреннего цилиндра 2 и его дальнейшее перемещение вниз прекратится. Наружный цилиндр 1 под действием силы тяжести продолжает опускаться, так как благодаря зазору 14 между дном 15 наружного цилиндра 1 и стойками 13 эти стойки не препятствуют его опусканию.

Перемещение вниз наружного цилиндра 1 продолжается до момента соприкосновении ограничителей 4 с верхним торцом внутреннего цилиндра 2. Во время смещения наружного цилиндра 1 относительно внутреннего цилиндра 2 рабочие части 9 секций спиральных ребер 8 начинают поворачиваться (под действием силы тяжести) из вертикального в горизонтальное положение и такой поворот происходит до тех пор, пока рабочие части 9 секций 8 ни коснутся внутренней поверхности рулонов 18, либо ни примут, после полного опускания наружного цилиндра 1, горизонтальное положение, фиксируемое нижней границей щели 5 в наружном цилиндре 1. В таком положении конвектор займет весь объем внутренней полости рулонов (см.штриховые линии, представляющие проекции кромок боковых спиральных ребер).

После установки конвектора на стенд 12 устанавливают муфель 20 с песочным затвором 21. Подают под муфель защитный газ, включают стендовый вентилятор 17 и проводят продувку печи защитным газом. Устанавливают нагревательный колпак 22 и производят нагрев рулонов 18 при работающем стендовом вентиляторе 17. При этом муфель 20 нагревается от колпака 22, защитный газ нагревается, проходя вверх в зазоре между наружной поверхностью рулонов 18 и стенкой муфеля 20. Далее защитный газ проходит через конвекторные кольца 19, отдавая часть тепла торцам рулонов 18, а затем движется вниз через центральный конвектор по спиральным ребрам, образуемым рабочими частями 9 секций спиральных ребер 8, отдавая тепло внутренней полости рулонов 18.

После окончания нагрева и выдержки нагревательный колпак 22 снимается с печи и происходит охлаждение защитного газа путем передачи тепла от защитного газа в окружающую среду через муфель 20. Защитный газ при охлаждении продолжает циркулировать в печи так же, как и при нагреве. Охлажденный газ проходит через конвекторные кольца 19, отнимая тепло от торцов рулонов 18, затем проходит через центральный конвектор, отнимая тепло от внутренней полости рулонов 18. Центральный конвектор как при нагреве, так и при охлаждении садки увеличивает коэффициент теплоотдачи во внутренней полости рулонов 18. После окончания охлаждения муфель 20 снимается, затем извлекается конвектор. При подъеме конвектора за крюк 24 вначале перемещается вверх на высоту h только наружный цилиндр 1, что переводит конвектор в транспортное положение, то есть, уменьшает диаметр конвектора и делает возможным извлечение его через отверстия в конвекторных кольцах 19. После соприкосновения нижнего торца внутреннего цилиндра 2 с дном 15 наружного цилиндра 1 взаимное смещение цилиндров 1 и 2 прекращается и конвектор в транспортном положении извлекается из внутренней полости стопы рулонов. Дальнейшая разгрузка стенда 12 осуществляется по обычной технологии.

Предлагаемая печь обеспечивает преимущества по сравнению с прототипом. Отличительные признаки заявляемого решения, а именно, выполнение центрального конвектора в виде двух расположенных коаксиально с зазором цилиндров, которые выполнены с возможностью осевого перемещения друг относительно друга, причем наружный цилиндр снабжен дном с отверстиями, в которые свободно пропущены стойки, прикрепленные к внутреннему цилиндру и предназначенные для установки конвектора на стенд с образованием зазора между стендом и дном наружного цилиндра, причем последний снабжен узлом регулирования и ограничения осевого перемещения цилиндров друг относительно друга, боковые спиральные ребра выполнены из отдельных подвижных секций, каждая из которых состоит из расположенной снаружи внешнего цилиндра рабочей части и соединенной с ней хвостовика, который расположен в зазоре между цилиндрами, свободно пропущен в отверстия, выполненные в боковых поверхностях обоих цилиндров и снабжен фиксатором для удержания секции, расположенным в полости внутреннего цилиндра, а высота отверстий, выполненных в боковых поверхностях внутреннего или наружного цилиндров, равна величине относительного перемещения цилиндров, обеспечивают получение положительного эффекта от предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, заключающегося в ускорении нагрева и охлаждения садки, что увеличивает производительность колпаковой печи.

Ускорение нагрева и охлаждения садки достигается увеличением диаметра конвектора в рабочем состоянии до максимального, обеспечивающего максимальную теплоотдачу внутри рулонов. Приведенные выше данные о зависимости коэффициента теплопередачи от отношения диаметров конвектора и рулона позволяют оценить ожидаемое повышение производительности предлагаемой колпаковой печи по сравнению с прототипом.

Пример внутренний диаметр рулона Д_рул равным 800 мм, внутренний диаметр конвекторных колец 670 мм. Так как диаметр конвектора (Д_конв) в прототипе не может быть больше внутреннего диаметра конвекторных колец, то принимая Д_конв 670 мм, получим Д_конв/Д_рул 0,84 и в соответствии с приведенной выше таблицей коэффициент теплоотдачи внутри рулона .

В предлагаемом техническом решении Д_конв/Д_рул 1 и a 122 Вт/(м² К).

Таким образом, в предлагаемом решении ожидаемое повышение коэффициента теплоотдачи внутри рулона по сравнению с прототипом составляет

С учетом этого повышения коэффициента теплоотдачи проведем расчет производительности колпаковой печи для двух сравниваемых решений. Расчет выполнен по методике, предложенной в книге: (Расчет нагревательных и термических печей. Справочник под ред. Тымчака В. М. и Гусовского В. Л. М. Металлургия, 1983). Результаты расчета показали, что при принятых в расчете условиях (наружный диаметр рулона 2000 мм, высота рулона 1250 мм, допустимый перепад температур в садке в конце нагрева 50^o, температура распаковки металла после отжига 180^oC) производительность предлагаемой колпаковой печи за счет повышения коэффициента теплоотдачи внутри рулонов возрастает по сравнению с прототипом на 14 При большей высоте рулонов эффект повышения производительности будет большим.

Формула изобретения

Колпаковая печь для отжига металла в рулонах, содержащая стенд с циркуляционным вентилятором, муфель с затворами, нагревательный колпак, установленный в центре стенда конвектор защитного газа с боковыми спиральными ребрами на наружной стороне стенки, отличающаяся тем, что конвектор выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров с днищами, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга и выполненных с щелевыми пазами в боковых стенках и со средствами фиксации их положения, при этом в днище наружного цилиндра выполнены отверстия, конвектор установлен на стенд посредством стоек, жестко закрепленных на внутреннем цилиндре и свободно пропущенных через отверстия в днище наружного цилиндра, спиральные ребра выполнены секционными и размещены в щелевых пазах, при этом каждая секция имеет рабочую часть и хвостовик с фиксатором, рабочая часть и хвостовик соединены друг с другом под тупым углом, причем рабочая часть размещена снаружи внешнего цилиндра, хвостовик в зазоре между цилиндрами, а фиксатор - внутри внутреннего цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4