способ нагрева изделий

Формула изобретения

Способ нагрева, в котором изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду печи с промежутками в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов с образованием циклона, осуществляют выравнивание температуры по объему садки изделий посредством совокупного взаимодействия циклона и дополнительных высокоскоростных струй энергоносителя, направленных в каналы пакетов, обеспечивая принудительное распределение печных газов внутри и снаружи садки изделий в заданных количествах и направлениях, отличающийся тем, что формируют в пакетах центральные вертикальные или горизонтальные каналы и подают в них дополнительные, регулируемые по скорости истечения и температуре высокоскоростные струи, создаваемые дополнительными высокоскоростными горелками, расположенными на своде или стенах печи, напротив центральных каналов пакетов, создают в промежутках между пакетами встречно направленными высокоскоростными горелками, расположенными на разной высоте, поперечные циклоны, которые встречно направлены в каждом промежутке при помощи шахматного расположения высокоскоростных горелок на продольных стенах печи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термообработке изделий и может быть использовано в различных отраслях промышленности для нагрева и обжига различных материалов, в том числе изделий из металла и керамики.

Известен способ обжига керамических изделий в печи периодического действия (Заявка ФРГ № 2512485, C04B 33/32, 05.04.79 DE, «Способ обжига керамических изделий в зоне обжига печи периодического действия и обжигательная печь для его осуществления»), в котором изделия расположены в нескольких штабелях, последовательно установленных в продольном направлении на определенном расстоянии друг от друга. При этом изделия собираются таким образом, что в штабелях образуются каналы для циркуляции газа, которые параллельны продольному направлению печи. С целью создания равномерного нагрева во время обжига, по всей длине печи создают циркуляционный поток дымовых газов в продольном направлении от одного конца до другого, а тепловые потоки подводят перпендикулярно к циркуляционному потоку прямо в промежутки между штабелями.

Данная система распределения тепловых потоков улучшает равномерность нагрева изделий, однако предложенный способ имеет следующие недостатки. При расположении керамических изделий в зоне обжига печи периодического действия в нескольких штабелях, последовательно установленных в продольном направлении на определенном расстоянии друг от друга, невозможно создать вращение печных газов с образованием циклона вокруг садки для выравнивания температуры внутри ее. При продольной циркуляции дымовых газов в рабочем пространстве печи верхние поверхности штабелей перегреваются больше, чем средние нижние слои за счет движения преобладающего количества дымовых газов в зазорах, образованных между наружными поверхностями штабелей, сводом и боковыми стенками печи. Это вызывает неравномерный нагрев по объему штабеля. Введение тепловых потоков, перпендикулярных продольному потоку, в промежутки между штабелями приводит в какой-то мере к выравниванию температуры наружных поверхностей штабелей, однако для выравнивания температуры по объему внутри штабелей необходимо дополнительное время, что увеличивает время обжига до 24 часов.

Известен способ нагрева керамических изделий, реализованный в полезной модели № 939, F27B 11/00, 16.10.95. «Колпаковая циркуляционная печь». В известном способе изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду колпаковой печи, в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов вокруг садки изделий, при этом для направленного входа теплоносителя устанавливают в промежутках между пакетами сопловой аппарат с соплами, ориентированными в горизонтальные каналы пакетов.

Недостатком способа является неравномерное распределение печных газов внутри садки изделий и перегрев боковой поверхности пакетов. Установка между пакетами соплового аппарата с длиной трубки для подачи энергоносителя не менее высоты пакета приводит к деформации трубок в процессе нагрева и охлаждения. Осевые и радиальные деформации вызывают удлинение, изгиб и скручивание трубок соплового аппарата, что приводит к смещению трубок относительно каналов, а следовательно, и нарушению подачи дымовых газов по оси каналов, что вызывает перегрев боковой поверхности пакета.

Наиболее близким по технической сущности является способ нагрева изделий (Евразийский патент № 000787, C04B 33/32, F27B 11/00, «Способ обжига керамических изделий и устройство для его осуществления», опубликованный 2000.04.24), в котором изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду колпаковой печи в виде садки с промежутками между пакетами, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов вокруг нее, осуществляют выравнивание температуры по объему садки изделий посредством совокупного взаимодействия циклона и дополнительных высокоскоростных струй энергоносителя, направленных в каналы пакетов с возможностью перемещения, обеспечивая принудительное распределение печных газов внутри и снаружи садки в заданных количествах и направлениях.

Известный способ позволяет эффективно выравнивать температуру по объему пакетов изделий, расположенных на поду колпаковой печи, увеличить ее производительность и улучшить качество изделий.

Известный способ эффективен применительно к колпаковым и другим печам с квадратной формой пода, являющейся оптимальной как для создания циклона вокруг садки и выравнивания температуры по объему садки, так и использования площади пода печи. Однако в печах, имеющих длину пода, в несколько раз превышающую его ширину, создать циклон вокруг садки невозможно. Кроме того, выполнение сопла в известном способе в виде системы трубок, ориентированных по оси вертикальных каналов пакета с возможностью подъема и опускания, по меньшей мере, в четырех каналах пакета, требует высокой точности выполнения сопла и четкой центровки каналов. При этом, холодные высокоскоростные струи энергоносителя, выполняя функцию эжекции и инжекции печных газов в каналы пакетов, забирают на себя часть тепла, что приводит к увеличению расхода топлива.

Техническим результатом является повышение равномерности нагрева и качества изделий, снижение удельного расхода топлива при продольном расположении садки изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нагрева, в котором изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду печи с промежутками в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов с образованием циклона, осуществляют выравнивание температуры по объему садки изделий посредством совокупного взаимодействия циклона и дополнительных высокоскоростных струй энергоносителя, направленных в каналы пакетов, обеспечивая принудительное распределение печных газов внутри и снаружи садки изделий в заданных количествах и направлениях, согласно изобретению, формируют в пакетах центральные вертикальные или горизонтальные каналы и подают в них дополнительные, регулируемые по скорости истечения и температуре высокоскоростные струи, создаваемые дополнительными высокоскоростными горелками, расположенными на своде или стенах печи, напротив центральных каналов пакетов, создают в промежутках между пакетами встречно направленными высокоскоростными горелками, расположенными на разной высоте, поперечные циклоны, которые встречно направлены в каждом промежутке при помощи шахматного расположения высокоскоростных горелок на продольных стенах печи.

Формирование в пакетах центральных вертикальных или горизонтальных каналов и подача в них дополнительных регулируемых по скорости истечения и температуре высокоскоростных струй, созданных высокоскоростными горелками, расположенными напротив центральных каналов, позволяет повысить эффективность выравнивания температуры внутри пакета за счет возможности регулирования режима работы высокоскоростных горелок в широких диапазонах, в том числе с возможностью обеспечения переменного коэффициента избытка воздуха от 1 до 30, что обеспечивает температуру факела от 100 до 2000°C и скорость истечения факела от 20 до 200 м/сек. Кроме того, применение высокоскоростных горелок для подачи дополнительных высокоскоростных струй внутрь одного центрального канала пакетов значительно упростило их введение, при этом отпала необходимость вертикального перемещения горелки в канале.

Расположение в промежутках между пакетами на противоположных стенах печи встречно направленных высокоскоростных горелок на разной высоте, а именно, одна вверху, а другая внизу, позволяет создать в них поперечные циклоны, что улучшает теплообмен и повышает равномерность нагрева изделий

Расположение на продольных стенах печи высокоскоростных горелок в шахматном порядке с чередованием положения их по высоте в каждом последующем промежутке, где в одном промежутке горелка - вверху, в другом промежутке - внизу и так далее, что позволяет создать встречно направленные поперечные циклоны в каждом промежутке.

Создание поперечных последовательно расположенных и встречно направленных в каждом промежутке садки циклонов при помощи высокоскоростных горелок позволяет создать между циклонами, в частности в центре пакетов, плоскость нулевого давления с нулевой скоростью движения печных газов, что позволяет осуществить из этой зоны свободное эжектирование дымовых газов в поперечные циклоны. Подача высокоскоростными и высокотемпературными струями дополнительного тепла от высокоскоростных горелок в центральные каналы с нулевой зоной давления позволяет равномерно распределять путем эжекции тепло через пакеты в поперечные циклоны, что повышает равномерность нагрева пакетов и сокращает время выравнивания температуры по садке изделий.

Создание в промежутках между пакетами поперечных встречно направленных циклонов позволяет формировать продольную несимметричную садку различных изделий, в том числе из керамики и металла, что позволяет использовать способ для нагрева различных материалов в различных типах печей.

Применение высокоскоростных горелок позволяет увеличить более чем на 45% удельную производительность с квадратного метра пода печи и на 15-30% уменьшить удельный расход топлива, а также достичь высокой равномерности нагрева изделий, а следовательно, повышения их качества.

Способ осуществляется следующим образом. Изделия собирают в пакеты с формированием каналов, в том числе центральных каналов, площадь сечения которых примерно в 20 раз превышает площадь сечения сопла горелки. Устанавливают пакеты на поду печи таким образом, чтобы промежутки между пакетами были ориентированы напротив печных высокоскоростных горелок, встречно расположенных на продольных стенах печи на разной высоте в каждом промежутке и в шахматном порядке вдоль стен, с чередованием положения их по высоте в каждом последующем промежутке. Сопла дополнительных высокоскоростных горелок ориентируют напротив центральных каналов пакетов. По заданной программе включают основные печные высокоскоростные горелки, которые образуют в промежутках между пакетами поперечные циклоны, встречно направленные в каждом последующем промежутке. Одновременно или после достижения в печи температуры, определенной технологией нагрева, включают по заданной программе, в соответствии с графиком нагрева, дополнительные высокоскоростные горелки, сопла которых ориентированы напротив центральных каналов пакетов. Количество подаваемого топлива, коэффициент избытка воздуха автоматически регулируют на основании заданных параметров ведения режима нагрева, который выбирают в зависимости от объема печного пространства, размеров и количества пакетов садки, коэффициента заполнения рабочего пространства, материала обрабатываемых изделий и технологии тепловой обработки: нагрев, обжиг, термообработка, сушка, плавление. В известном способе коэффициент избытка воздуха от 1 до 30 обеспечивает температуру факела от 100 до 2000°C и скорость истечения факела от 20 до 200 м/сек. Заявляемый способ более эффективен, чем способ обжига изделий в колпаковых печах, время обжига в которых составляет до 12 часов. Время нагрева по заявляемому способу составляет 9-11 часов, что является недостижимым для известных способов нагрева изделий в печах периодического и непрерывного действия.