9.4.4 Конструкции кольцевых печей. Мероприятия по снижению расхода топлива в кольцевых печах

Кольцевая печь – методическая печь, в которой перемещение заготовок происходит за счёт вращения кольцевого пода. Поэтому иногда кольцевую печь называют печью с кольцевым подом или карусельной печью.

Преимущества кольцевой печи перед остальными методическими печами: а) заготовки лежат неподвижно на вращающемся поду, поэтому в них можно нагревать заготовки и круглого сечения; б) самый низкий угар металла (0,5-0,7 %); в) высокая равномерность нагрева по периметру заготовок круглого сечения; г) возможность перевода печи на камерный режим отопления.

Схема кольцевой печи приведена на рис. 9.11. Печь работает следующим образом. Заготовки (трубные или колесные) загружаются в печь через окно загрузки с помощью внешних механических устройств. Далее за счёт периодического движения подины (на 10-12 при каждом движении) заготовки вместе с подиной проходят все необходимые зоны нагрева и выдаются через окно выгрузки также с помощью внешних механизмов. Угол между окнами загрузки и выгрузки в данном случае составляет около 28. Время нагрева заготовки соответствует времени вращения подины на 360‑28 = 332. Скорость вращения подины может изменяться в зависимости от размеров заготовок и марки стали.

Рис. 9.11 – Схема кольцевой печи:

1 ‑ заготовки; 2 ‑ дымоотбор; 3 ‑ стойки каркаса; 4 ‑ горелки; 5 ‑ промежуточный дымоотбор; 6 ‑ заслонка; 7 ‑ перегородка; 8 ‑ каркас; 9 ‑ воздухо- и газопроводы; 10 ‑ водоохлаждаемые трубы, поддерживающие перегородку; 11 ‑ вращающаяся подина; 12 ‑ опорная рама подины; 13 ‑ водяной затвор; 14 ‑ механизм перемещения подины

Печь отапливается газообразным топливом через горелки, расположенные в наружной и внутренней боковых стенах. Боковое расположение горелок, по аналогии со сводовым, позволяет достаточно просто организовать многозонный режим нагрева заготовок.

Продукты горения от сжигания топлива движутся навстречу нагреваемому металлу (вращению пода) и проходят три условные зоны: томильную (1200-1250 С), сварочную (1300-1350 С) и методическую. В конце методической зоны дым с температурой 700-900 С удаляется через дымоход и направляется в металлический рекуператор (радиационный щелевой или трубчатый).

Газоплотность сочленения подины и стен обеспечивается применением песочных или водяных (гидравлических) затворов.

В отличие от других методических печей в кольцевой печи имеется возможность нагревать металл как по методическому, так и по камерному режиму. С этой целью в методической зоне предусмотрены горелки и между методической и сварочной зонами предусмотрен дополнительный дымоотбор. При камерном режиме нагрева заготовок включены горелки методической зоны и открыт шибер промежуточного дымоотбора.

Для поддержания определённых температурных и гидравлических условий в печи используются подвесные перегородки. Между подом и перегородкой остаётся зазор, необходимый для свободного перемещения заготовок. Обычно в печи от одной до четырёх перегородок. Перегородки изолируют окна загрузки и выгрузки, а также экранируют высокотемпературные зоны от низкотемпературных. С помощью перегородок создаётся необходимое гидравлическое сопротивление, направляющее продукты горения по большей дуге круга навстречу вращению подины.

Также как в печи с шагающим подом, в кольцевой печи возможен подсос холодного воздуха в методической зоне и в связи с этим – повышенный расход топлива.

Самая ответственная часть кладки – подина. Подина должна хорошо противостоять истиранию при посаде и выдаче заготовок, а также не взаимодействовать с окалиной, которая периодически удаляется вручную. Для повышения стойкости подины в ее составе должен быть большой процент Al₂O₃. Для уменьшения истирания подины печь оборудуется механизмами бережного посада и выдачи заготовок.

Удельный расход условного топлива в кольцевой печи 60-70 кг у.т./т металла.

Для снижения расхода топлива можно предложить следующее:

1. разбивка печи на максимально возможное количество зон регулирования с целью оптимизации температурного режима нагрева по минимуму расхода топлива;

2. в небольших печах исключение внутреннего кольца отопления и создание внутри единого огнеупорного монолита. Это позволит исключить потери через внутреннее кольцо, повысить температуру кладки и сократить время нагрева;

3. применение современных огнеупорных и теплоизоляционных материалов в кладке печи, а также интенсификация теплообмена в рабочем пространстве печи;

4. исключение подсосов холодного воздуха путём применения газоуплотняющей арматуры смотровых окон;

5. обогащение воздуха горения кислородом, что повышает парциальные давления СО₂ и Н₂О в продуктах горения с интенсификацией лучистого теплообмена и сокращает температуру и расход уходящих продуктов горения.