способ нагрева сталей продуктами сгорания углеводородов без окисления и обезуглероживания их поверхности

Формула изобретения

Способ нагрева стальных изделий, включающий нагрев изделий в печной атмосфере продуктов сгорания углеводородов, устраняющих окисление и обезуглероживание поверхности изделий, отличающийся тем, что в состав продуктов сгорания углеводородов вводят окись углерода и водород, объемное количество которых превышает объемное количество в печной атмосфере СО₂ и Н₂О на 20-30% от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, металлургии, конкретно для прокатного, кузнечного, штамповочного и других производств, в которых нагрев стальных изделий осуществляется продуктами сгорания углеводородов, а для защиты их от окисления и обезуглероживания в состав продуктов сгорания углеводородов дополнительно вводится окись углерода (СО) и водорода (Н ₂), при этом их объемное количество СО и H₂ на 20-30% превышает объемное количество H₂O и СO ₂ от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания с учетом температурного режима.

Известны в промышленности печи [1], как прототип, с двухстадийным сжиганием углеводородных газов, в которых важнейшим фактором, влияющим на угар металла, является состав печной атмосферы, причем это воздействие определяется соотношением СО/СО₂ и Н₂/Н₂O и дополнительно зависит от температуры, уменьшая или увеличивая степень реакций. Для безокислительного и обезуглероживающего нагрева стали до 1250°С и выше необходимо иметь печную атмосферу с соотношением СО/СО₂>3,2 и Н₂/Н ₂O>1,3, что обеспечивается сжиганием природного или другого углеводородного газа с коэффициентом расхода воздуха =0,45-0,55. Такие низкие значения приводят к большой химической неполноте горения углеводородов, достигающей 60-70%, а угар металла достигает 0,15-0,20% и более. На практике же это положение вообще неосуществимо, так как при горении углеводородов непрерывно и с большой частотой и разной по объему выходит газ из горелочного устройства, что непрерывно меняет величину температуры в камере нагрева металла. Величина этих отклонений температур незначительна, но она достаточна для стабильного протекания процессов окисления и обезугрероживания металла.

Техническим результатом данного изобретения является исключение окисления и обезуглероживания поверхности изделий при нагреве продуктами сгорания углеводородов при коэффициенте расхода воздуха =1.

Для достижения технического результата способ включает нагрев изделий в печной атмосфере продуктов сгорания углеводородов, устраняющих окисление и обезуглероживание поверхности изделий, при этом в состав продуктов сгорания углеводородов вводят окись углерода и водород, объемное количество которых превышает объемное количество в печной атмосфере CO₂ и Н ₂О на 20-30% от начала равновесных реакций окисления и обезуглероживания.

Соответствующий анализ способа с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ соответствует критерию новизна.

Анализ известных способов в исследуемой области, т.е. в машиностроении, металлургии, конкретно прокатного, кузнечного, штамповочного и других производств, в которых нагрев стальных изделий осуществляется продуктами сгорания углеводородов, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе.

Осуществление изобретения

Нагревательные печи, камерные или методические- непрерывно работающие, дополнительно комплектуются эндогенератором, шкафом управления и трубопроводом с патрубками. Эндогенератор служит для приготовления эндогаза, состоящего из 20% СО, 40% H₂ и остальное азот. Шкаф управления согласовывает работу эндогенератора и газовых горелок. При уменьшении расхода природного газа на горение шкаф управления уменьшает одновременно и подачу эндогаза в печь, поддерживая требуемое соотношение компонентов СО/СО₂ и Н₂ /Н₂О. Трубопровод с патрубками предназначен для ввода эндогаза в печь через отверстия, которые выполняются в кожухе и футеровке.

Способ, обеспечивающий нагрев сталей открытым пламенем без окисления и обезуглероживания их поверхности, работает следующим образом. В камеру нагрева изделий непрерывно подаются из газовых горелок горячие продукты сгорания, которые состоят из СO₂, Н₂О и азота. Окисление и обезуглероживание поверхности нагреваемой стали производят компоненты продуктов сгорания СО₂ и H₂O. Для их нейтрализации в состав продуктов сгорания вводятся компоненты эндогаза СО и Н₂, которые препятствуют вредному действию компонентов продуктов сгорания на нагреваемую сталь. Количество вводимых компонентов эндогаза в продукты сгорания должно соответствовать величине равновесных их реакций. Так как граница равновесных реакций является переменной по окислению и восстановлению, то для полного исключения окисления и обезуглероживания поверхности стали необходимо количество СО и Н₂ увеличить на 20-30% относительно количества для равновесных реакций компонентов.

Особенностью предлагаемого способа является то, что все печи при проводимой модернизации не претерпевают каких-либо конструктивных и других дорогих их изменений и дополнений. Суть решения предлагаемой проблемы состоит в приобретении эндогенератора и шкафа управления, которые изготавливаются серийно на заводе «Индуктор» г.Новозыбков. Далее от эндогенератора по трубопроводу подается в камеру нагрева эндогаз в нужном количестве.

Источники информации

1. В.И.Михеев, Ю.П.Медников. Сжигание природного газа. Л.: Недра, 1975, стр.292-295, рис.1Х-1, прототип.