Устройство для обеспечения безопасности печи, снабженной системой быстрого охлаждения и нагрева, работающей в контролируемой среде

Номер патента: 12867

Опубликовано: 30.12.2009

Авторы: Клюзель Ксавье, Жоде Жерар, Гайяр Кристиан, Мармонье Фредерик

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для ограничения опасности образования взрывоопасной среды в печи непрерывной линии термообработки металлических лент, участки которой находятся в среде, образованной смесью инертного газа и водорода, в которой объемное содержание водорода составляет от 5 до 100%, при этом печь (2) снабжена участком быстрого индукционного нагрева и участком быстрого охлаждения, отличающееся тем, что оно содержит

камеру (9) с инертным газом, размещенную на входе участка быстрого нагрева печи (2) и на выходе участка быстрого охлаждения, при этом давление в камере (9) превышает атмосферное давление при нормальном нагреве печи,

устройство (10) входа ленты в камеру (9) из атмосферного воздуха,

устройство (11) для разделения среды и входа ленты на участок нагрева печи из камеры (9) с инертным газом, при этом устройство (11) снабжено средством откачки (14) газа,

устройство (13) для разделения среды и выхода ленты из участка печи с быстрым охлаждением, снабженное средством откачки (14) газа, и

устройство (12) выхода ленты из камеры (9) в атмосферный воздух.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что относительное давление в камере (9) с инертным газом при нормальном нагреве печи равно по меньшей мере 20 даПа.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что относительное давление в камере (9) с инертным газом при нормальном нагреве печи равно или превышает давление газа в печи (2).

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что инертным газом является азот.

5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что расстояние (Н) между устройством (10) входа ленты в камеру (9) и устройством (11) для разделения среды и входа ленты на участок быстрого нагрева печи, с одной стороны, и между устройством (13) для разделения среды и выхода ленты из участка быстрого охлаждения печи и устройством выхода ленты в камеру (9), с другой стороны, превышает длину (Р) воздушного факела (20), образующегося в камере (9) в случае разрежения в печи, вызванного внезапной остановкой нагрева.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в заданный момент длина (Р) воздушного факела (20), образующегося в камере (9), выбрана как длина по оси огибающей факела (С2), определяемой изоконцентрацией воздуха в инертном газе, соответствующей изоконцентрации по Limite Supйrieure d'Explosivitй, если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н2), имеющейся в печи.

7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что объем камеры (9) превышает или равен объему (V), для которого расход входящего воздуха до момента, когда давление в печи вновь станет равным давлению среды, привел бы к концентрации воздуха в инертном газе в этом объеме, равной концентрации, соответствующей Limite Supйrieure d'Explosivitй, если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н2), имеющейся в печи.

8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройства (11, 13), предназначенные для осуществления разделения среды между печью и камерой (9), содержат два двухроликовых или шиберных блока, размещенных с обеих сторон ленты, и что средство откачки (14) среды выполнено между двумя роликовыми или шиберными блоками таким образом, что выход среды из печи (2) к средству откачки (14) и из камеры (9) к средству откачки (14) происходит без перемешивания сред печи (2) и камеры (9).

9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройства входа и выхода (10, 12) и устройства разделения сред (11, 13) размещены на одном уровне для того, чтобы давление газа на входе и выходе этих устройств было идентичным.

10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в нижней части печи между восходящей линией печи и нисходящей линией выполнен связывающий туннель (15) для связи сред восходящей и нисходящей линий в нижней части печи для уравновешивания давлений и уменьшения количества откачиваемой среды в области устройств разделения сред (11 и 13).

11. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что предусмотрены одна или несколько точек (16) инжекции азота в камеру (9) и одна или несколько точек (18) инжекции азота в печь (2).

12. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит последовательность нескольких камер (9), размещенных последовательно с устройствами (11, 13) для разделения сред между каждой из этих камер.

13. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит две камеры (9а, 9b), одна из которых размещена на входе в печь, а другая на выходе из печи.

14. Устройство по пп.1и 11, позволяющее ограничить уровень разрежения в печи (2) и камере (9) и опасность образования взрывоопасной среды в печи, отличающееся использованием инжекции инертного газа, в частности азота, в несколько точек печи (2) и камеры (9), и/или обходной (байпасной) системы холодообменников, и/или устройства для прекращения рециркуляции вентиляторов с момента определения разрыва ленты или внезапного прекращения нагрева.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что устройство для прекращения рециркуляции вентиляторов содержит блок управления закрытием клапанов или шиберов и/или электрический тормоз, а именно регулятор частоты питания двигателя вентиляторов.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

012867 Настоящее изобретение касается усовершенствования секций линий непрерывной термической обработки металлических лент, содержащих участки быстрого нагрева и охлаждения. Под быстрым нагревом и быстрым охлаждением понимают нагрев или охлаждение с градиентом температуры, равным или превышающим 100C/с. В изобретении предлагается, в частности, уменьшить опасность образования взрывоопасной среды на участках линии, в которых среда образована смесью инертного газа, обычно азота и водорода. На фиг. 1 схематично изображена известная из уровня техники линия непрерывной термической обработки металлических лент, содержащая участки быстрого нагрева и охлаждения. На фиг. 1 показано, что лента 1 проходит по печи 2, в которой находится защитная среда, и проходит по многим направляющим роликам 3. Герметичность печи обеспечивается входным устройством 7 и выходным устройством 8. При проходе по печи 2 лента 1 последовательно подвергается воздействию средств 5 нагрева и средств 6 охлаждения, размещенных с обеих сторон ленты. Находящаяся в печи защитная среда предназначена для исключения окисления ленты при циклах нагрева до высокой температуры и охлаждения. Указанная среда обычно образована смесью инертного газа, в частности азота и водорода, причем раскисляющие свойства этой среды позволяют уменьшить возможное окисление поверхности ленты. Содержание водорода равняется или превышает 4%. Среда с высоким содержанием водорода, часто составляющим от 20 до 75%, часто используется во многих непрерывных линиях на участках охлаждения для усиления охлаждающих свойств путем конвекции. В линиях глянцевого отжига ленты из нержавеющей стали содержание водорода, доходящее до 95%, используется для получения требуемых качеств поверхности. Давление в печи превышает атмосферное давление для исключения проникновения воздуха, а точнее кислорода, в печь. Наличие кислорода в печи должно быть исключено из соображений безопасности для исключения любого риска образования взрывоопасной среды. Наличие кислорода также должно быть исключено для исключения образования окислов на ленте. Входное устройство 7 и выходное устройство 8 позволяют установить границы входного и выходного участков печи для уменьшения величины утечки и, следовательно, расхода среды печи. Эти устройства обычно выполнены в виде роликовых или шиберных шлюзовых камер. Эти устройства обеспечивают только относительную герметичность, и давление в печи должно быть также уменьшено насколько возможно для уменьшения количества атмосферного газа, проникающего внутрь печи вблизи этих устройств, и уменьшения расхода среды печи. Избыточное давление в печи по сравнению с атмосферным давлением позволяет также сгладить изменения давления, связанные с уменьшениями среды при изменении размеров ленты, при изменениях термических циклов или изменениях скорости линии или при нештатных ситуациях, таких, например,как аварийная остановка или обрыв ленты. Если в печи появляется разрежение, воздух может войти в печь через входное устройство 7 и выходное устройство 8. Наличие кислорода в среде с высоким содержанием водорода в печи может вызвать значительный риск образования взрывоопасной среды в печи. Одновременное наличие взрывоопасной среды и точек возникновения взрыва, какими являются имеющиеся в печи опасные точки, помимо самой ленты, увеличивает опасность взрыва. В традиционной печи, снабженной участками электронагрева или горелочным оборудованием, таким как открытые пламенные горелки или газовые радиационные трубы, значительный объем нагревательного участка и его большая теплоемкость являются буфером и исключают появление в печи разрежения. В соответствии с примером выполненной в соответствии с известным уровнем техники традиционной печи, изображенной на фиг. 2, взятой из патента Франции 2809418, принадлежащего заявителю, участок 2 позволяет разделить среду между нагревательным участком 1 с небольшим содержанием водорода и участком 3 быстрого охлаждения с высоким содержанием водорода. Откачка 5, выполненная на участке 2, позволяет поддерживать эту секцию при давлении, несколько меньшим давления на участках 1 и 3,для того, чтобы течение среды между этими участками осуществлялось от участков 1 и 3 к участку 2. Сильное разрежение на участке охлаждения 3, вызывающее уменьшение объема его среды, происходит вследствие перетекания среды от участка 2 к участку 3 и вызывает разрежение на участке 2. Таким образом, разрежение на участке 2 происходит из-за перетекания среды от участка 1 к участку 2. Большой объем среды, содержащейся в участке 1, позволяет компенсировать разрежение на участках 1 и 3, сохраняя положительное давление в печи, что исключает поступление воздуха и образование, таким образом,взрывоопасной среды. Вместе с тем, значительное расстояние между устройством 7 а входа ленты в печь и устройством 7b входа ленты на участок 2 позволяет уменьшить опасность поступления воздуха на участок 3 с высоким содержанием водорода в случае поступления воздуха в печь через устройство 7 а. В соответствии с этим примером непрерывной линии из известного уровня техники, изображенным на фиг. 2, участок 4 с низким содержанием водорода медленного охлаждения или поддержания его перед финальным охлаждением размещен на выходе участка 3 быстрого охлаждения с высоким содержанием водорода. Как и в случае нагревательного участка 1, этот участок 4 играет роль буферного объема в случае уменьшения объема среды на участке 3. В соответствии с другим примером непрерывной линии из известного уровня техники, изображен-1 012867 ным на фиг. 3 патента Франции 2809418, когда линия не содержит участка 4 на выходе участка 3 охлаждения с большим содержанием водорода, устройство 8b выхода ленты из печи размещено со стороны нагревательного участка для того, чтобы последний играл роль буферного объема, и расстояние между устройствами 8 а и 8b является значительным для уменьшения опасности поступления воздуха на участок 3 с высоким содержанием водорода в случае поступления воздуха в печь через устройство 8b. Наличие больших буферных объемов на линиях, представленных на фиг. 2 и 3, позволяет ограничить относительное давление (т.е. относительно атмосферного давления) в печи примерно до 20 декаПа(даПа) без опасности появления разрежения в случае падения давления среды на участке охлаждения. В случае линий глянцевого отжига нержавеющей стали, выполненных в соответствии с известным уровнем техники, конфигурация печи представлена на фиг. 4. На фиг. 4 показано, что лента 1 проходит по печи 2 с защитной средой с высоким содержанием водорода, обычно 95%, проходя по многим направляющим роликам 3. Герметичность печи обеспечивается входным устройством 7 и выходным устройством 8. При проходе через печь 2 лента 1 подвергается последовательно воздействию средств 5 нагрева и средств 6 охлаждения, размещенных с обеих сторон ленты. Глянцевый отжиг нержавеющей стали требует, чтобы нагрев и охлаждение ленты осуществлялись на одной вертикальной ветви для исключения любого контакта ленты с роликами вне определенной температуры ленты, вредно влияющего на качество получаемой поверхности. В этом варианте осуществления средства нагрева и охлаждения размещены на спускающейся части, в другом варианте осуществления они могут быть размещены на поднимающейся части. Линии глянцевого отжига в соответствии с известным уровнем техники обычно снабжены устройствами 5 радиационного нагрева, состоящими из резистивных матриц. В связи с тем, что затруднено введение в единственную вертикальную линию, а также с тем, что максимальная высота этой линии ограничена механическим сопротивлением ленты при температуре отжига, малое количество резистивных матриц приводит в линиях с малой мощностью к малой скорости перемещения. В противовес линиям, изображенным на фиг. 2 и 3, линии глянцевого отжига, выполненные в соответствии с известным уровнем техники, не имеют буферных объемов с малым содержанием Н 2 для компенсации возможного уменьшения объема среды, вызванного разрывом ленты. Тем не менее, большая тепловая инерция используемых средств нагрева и малая мощность производства линии приводит к тому, что среда уменьшается в объеме. Для уменьшения опасности поступления воздуха в печь относительное давление в печи просто доводится в линиях для глянцевого отжига, примерно до 60-70 даПа. В дальнейшем будет пояснено, почему решения, используемые для ограничения образования взрывоопасной среды в традиционных линиях, снабженных средствами медленного нагрева, не приемлемы для печей со средствами нагрева и быстрого охлаждения, т.е. работающих в соответствии с градиентами температуры в зависимости от времени (положительными или отрицательными), равными или превышающими по абсолютному значению 100C/с. Печь непрерывной линии термической обработки металлических лент, снабженная участком быстрого нагрева, например индукционного нагрева в продольном или поперечном потоке, имеет при мощности идентичной линии меньшие размеры по сравнению с печью с участком резистивного нагрева или горелочным оборудованием, таким как открытые пламенные горелки или радиационные газовые трубы. Объем среды N2H2, содержащийся в участке индукционного нагрева, является гораздо меньшим, чем объем, содержащийся в участке традиционного нагрева. Такой малый объем среды не позволяет играть роль буферного объема в случае уменьшения объема среды в традиционной печи. Следует отметить, что среда в индукционных нагревательных участках является холодной по сравнению с традиционными участками нагрева, где лучистый или конвекционный обмен требует сред с высокой температурой. Более того, индукционный нагревательный участок характеризуется очень малой тепловой инерцией, причем включение и остановка нагрева является практически мгновенной. В сравнении, участки традиционного нагрева имеют высокую тепловую инерцию в связи со значительной массой материалов, нагреваемых до высокой температуры, и, следовательно, требуют больше времени для поднятия до искомой температуры средств нагрева в процессе запуска печи или их охлаждения в случае остановки печи. Исходя из этого, в противовес участкам традиционного нагрева, участок быстрого индукционного нагрева привносит слишком мало калорий после прекращения нагрева, чтобы помешать охлаждению среды на участке быстрого охлаждения и ограничить уровень разрежения, получаемый в печи. Непрерывные линии большой мощности для термической обработки металлических лент имеют значительную скорость перемещения ленты, например от 100 до 800 м/мин, со значительной установленной мощностью нагрева порядка многих мегаватт. Для обеспечения быстрого охлаждения ленты эти линии снабжены участками быстрого конвекционного охлаждения в среде, содержащей смесь азота и водорода с большим количеством водорода, например от 30 до 100% водорода. Эти участки охлаждения снабжены центробежными мотовентиляторами, осуществляющими продувание газа через участки охлаждения. После теплообмена с лентой горячий газ всасывается вентиляторами, охлаждается в водяном теплообменнике и затем вновь подается на ленту. Значительные преимущества участков охлаждения и большая производительность этих линий требует подачи большого количества среды на ленту, откуда следует использование мотовентиляторов большой мощности и, обычно, большой номинальной скоро-2 012867 сти вращения турбины. В линиях большой мощности, где нагрев осуществляется посредством индукции, неожиданное прекращение нагрева, например вследствие разрыва ленты или срочной остановки, сопровождается практически мгновенным тепловым ударом ленты. Остановка вентиляторов обеспечивается при определении системой контроля линии остановки движения ленты или прекращения нагрева. Тем не менее, вследствие их механической инерции остановка мотовентиляторов требует нескольких минут. Смещение, существующее между квазимгновенной остановкой индукционного нагрева и прекращением охлаждения,обеспечивается очень быстрым охлаждением среды H2N2, циркулирующей в охлаждающих трубопроводах, так как мощность, отдаваемая водяными теплообменниками, остается эквивалентной мощности,внесенной индукцией. Очень быстрое охлаждение среды непосредственно после остановки нагрева осуществляется сильным падением давления среды, что вызывает не только сильное разрежение на участке охлаждения, но также и квазимгновенно во всей печи. Через Т обозначают время, которое протекает между началом разрежения в печи из-за неожиданного прекращения нагрева и моментом, когда давление в печи достигнет значения давления среды. В случае непрерывных линий, снабженных участками индукционного нагрева и быстрого охлаждения, величина уровня разрежения, получаемого в печи, усиливается комбинацией малого объема печи, связанного с компактностью участка индукционного нагрева по сравнению с традиционными участками резистивного электрического нагрева или горелочного оборудования,участка холодного нагрева, привносящего мало калорий после прекращения нагревания для предотвращения охлаждения среды на участке охлаждения,значительного расхода среды на участке охлаждения, рециркулирующей через водяные теплообменники для получения требуемой мощности теплообмена, откуда следует быстрое охлаждение малого объема в печи,значительной тепловой установленной мощности, связанной со значительным весом линии, вследствие чего требуется большая холодпроизводительность для очень быстрого охлаждения малого объема печи при внезапном прекращении индукционного нагрева. В непрерывных линиях термообработки металлических лент, снабженных участками индукционного нагрева и быстрого охлаждения, относительное разрежение, получаемое сразу после прекращения нагрева, может также достичь высокого уровня. Повышение номинального давления функционирования печи, которое требовалось бы для компенсации этого разрежения и предотвращения разрежения в печи,не является промышленно реализуемым по причине значительной утечки среды, которая могла бы произойти в области входного устройства и выходного устройства, что влечет за собой значительную опасность образования большого объема взрывоопасной среды снаружи печи вблизи этих устройств и чрезмерного потребления среды, приводящего к росту стоимости производства линии, способной снизить рентабельность установки. Индукционная печь большой мощности, снабженная участком быстрого охлаждения с большим содержанием водорода, повышает, таким образом, опасность взрыва среды печи в случае внезапной остановки линии по сравнению с традиционной линией, снабженной нагревательной секцией больших размеров с электронагревательными элементами или горелочным оборудованием. Изобретение предлагает решение этой технической проблемы таким образом, чтобы ограничить опасность образования взрывоопасной атмосферы в печи. В соответствии с изобретением устройство позволяет ограничить опасность образования взрывоопасной среды в печи с непрерывной линией термообработки металлических лент, участки которой находятся в среде, образованной смесью инертного газа и водорода, при объемном содержании водорода от 5 до 100%, и содержащей участок быстрого индукционного нагрева и участок быстрого охлаждения, при этом устройство отличается тем, что оно содержит камеру с инертным газом на входе участка быстрого нагрева печи и на выходе участка быстрого охлаждения, причем давление в камере превышает атмосферное давление при нормальном функционировании нагрева печи,устройство ввода ленты в камеру из атмосферного воздуха,устройство для разделения среды и ввода ленты на участок нагрева печи из камеры с инертным газом, обеспечивающее откачивание газа,устройство для разделения среды и вывода ленты из участка быстрого охлаждения печи, обеспечивающее откачивание газа, и устройство для вывода ленты из камеры в атмосферный воздух. Предпочтительно, чтобы относительное давление в камере с инертным газом при нормальном функционировании нагрева печи было равно по меньшей мере 20 даПа. Давление в камере обычно равно или немного превышает давление газа в печи, например на 2 даПа. В качестве инертного газа может быть использован азот. Предпочтительно, чтобы расстояние между устройством ввода ленты в камеру и устройством для разделения среды и ввода ленты на участок быстрого нагрева печи, с одной стороны, и между устройством для разделения среды и вывода ленты с участка быстрого охлаждения печи и устройством вывода ленты из камеры, с другой стороны, превышало-3 012867 длину воздушного факела, образующегося в камере в случае разрежения в печи, вызванного внезапной остановкой нагрева. Предпочтительно, чтобы длина в заданный момент воздушного факела, образующегося в камере, была выбрана как длина по оси огибающей факела, определяемая по изоконцентрации воздуха в инертном газе, равной изоконцентрации, которая соответствовала бы Limite Suprieure d'Explosivit (верхняя граница взрывоопасности), если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н 2) в печи. Предпочтительно, чтобы объем камеры был равен или превышал объем, в котором количество воздуха, входящего до момента, когда давление в печи вновь станет равным давлению среды, привело бы к концентрации воздуха в инертном газе в этом объеме, равной концентрации, которая соответствовала быLimite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н 2), имеющейся в печи. Устройства, предназначенные для разделения среды между печью и камерой, могут содержать два двухроликовых или шиберных комплекса, расположенных с обеих сторон ленты, а откачка среды осуществляется между двумя комплексами роликов и/или шиберов таким образом, чтобы среда поступала из печи к откачке и из камеры к откачке без перемешивания среды между камерой и печью. Предпочтительно, чтобы входное и выходное устройства и устройство разделения среды были размещены на одной высоте, чтобы давления газа на входе и на выходе были идентичными. В нижней части печи может быть предусмотрен связывающий туннель между восходящей и нисходящей линией для того, чтобы обеспечить подачу среды восходящей и нисходящей линий в нижнюю часть печи для уравновешивания давлений и уменьшения требуемой откачки на уровне устройств разделения среды. В печи могут быть предусмотрены одна или несколько точек инжекции азота в камеру и одна или несколько точек введения инертного газа, в частности азота. Устройство может содержать последовательность нескольких камер с устройствами разделения среды между каждой из этих камер. Устройство может содержать две отдельные камеры - одна на входе печи и вторая на выходе из печи. Изобретение касается также способа, позволяющего уменьшить опасность образования взрывоопасной среды в печи с непрерывной линией термообработки металлических лент, участки которых находятся в среде, образованной смесью инертного газа и водорода, в которой объемное содержание водорода составляет от 5 до 100%, снабженной участком быстрого индукционного нагрева и участком быстрого охлаждения, при этом способ отличается использованием в момент определения разрыва ленты или срочного прекращения нагрева комплекса контрмер для ограничения охлаждения среды, находящейся в печи, причем контрмеры включают инжекцию инертного газа, в частности азота, в несколько точек в печи и в камере, и/или обходную (байпасную) систему холодообменников, и/или устройство для прекращения рециркуляционного расхода вентиляторов, в частности привод для закрытия клапанов или шиберов, или электрический тормоз, а именно регулятор частоты питания двигателя вентиляторов. В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 схематично изображает вертикальный разрез печи в соответствии с известным уровнем техники; фиг. 2 схематично изображает вертикальный разрез печи в соответствии с одним из ее вариантов,известным из уровня техники; фиг. 3 схематично изображает вертикальный разрез печи в соответствии с другим вариантом печи,известным из уровня техники; фиг. 4 также схематично изображает вертикальный разрез печи в соответствии с известным уровнем техники; фиг. 5 схематично изображает вертикальный разрез индукционной печи по изобретению; фиг. 6 изображает вариант осуществления печи по изобретению; фиг. 7 изображает другой вариант печи по изобретению; фиг. 8 изображает еще один вариант осуществления печи по изобретению; фиг. 9 иллюстрирует три факела воздуха, соответствующего трем последовательным моментам; и фиг. 10 изображает последовательные кривые изоконцентрации воздуха. Обращаясь к чертежам, можно видеть, что фиг. 5 схематично изображает вариант осуществления изобретения. В изобретении предлагается устройство, позволяющее ограничить опасность образования взрывоопасной среды в печи непрерывной линии термообработки металлических лент, участки которой находятся в среде, образованной смесью инертного газа, в частности азота и водорода, объемное содержание которого составляет от 5 до 100%, содержащей участок быстрого индукционного нагрева и участок быстрого охлаждения, отличающееся тем, что печь 2 содержит камеру 9, содержащую азот при давлении, превышающем атмосферное, в частности относительном давлении, составляющем по меньшей мере 20 даПа; устройство 10 для входа ленты в камеру 9 из атмосферного воздуха;-4 012867 устройство 11 для разделения атмосферы и входа ленты в печь 2, снабженную средством откачки 14; устройство 13 для разделения атмосферы и выхода ленты из печи 2, снабженной откачкой; устройство 12 выхода ленты из камеры 9 в атмосферу. Устройство по изобретению отличается также тем, что расстояние Н между устройствами 10 и 11, с одной стороны, и устройствами 12 и 13, с другой стороны, превышает длину Р воздушного факела 20,образующегося в камере 9 в случае разрежения в печи, вызванного внезапным прекращением нагрева. В соответствии с изобретением длина Р воздушного факела 20, образующегося в камере 9 в момент Т, характеризуется как длина вдоль оси огибающей воздушного факела, образованной изоконцентрацией воздуха в азоте, равной изоконцентрации, которая соответствовала бы Limite Suprieure d'Explosovit,если бы речь шла о смеси воздуха и газовой нейтральной среды или N2+H2, имеющейся в печи. Другими словами, концентрация воздуха в азоте внутри этой огибающей факела воздуха выше упомянутой границы, в то время как концентрация воздуха в азоте внутри этой огибающей факела 20 еще не достигает этой границы. Устройство по изобретению также отличается тем, что объем камеры 9 превышает или равен объему V, для которого в случае внезапного прекращения нагрева печи количество входящего воздуха до момента Т привело бы к концентрации воздуха в азоте в этом объеме, равном концентрации, которое соответствовало бы Limite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и нейтральной газовой среды или N2+H2, имеющейся в печи. Устройства 11 и 13 предназначены для осуществления разделения между атмосферой и печью с высоким содержанием водорода и камерой 9 с азотом. В соответствии с вариантом осуществления изобретения они выполнены в виде двух двухроликовых блоков, размещенных с обеих сторон ленты. В соответствии с другим примером осуществления изобретения они образованы из двух роликовых или шиберных блоков. Откачка среды осуществляется между двумя роликовыми или шиберными блоками таким образом, что среда поступает из печи 2 к откачке 14 и из камеры 9 к средству откачки 14 без перемешивания среды между печью 2 и камерой 9. Давления в печи 2 и в камере 9 поддерживаются очень близкими для того, чтобы ограничить производительность средства откачки 14 и, таким образом, резерв среды 17, необходимый для поддержания уровня давления в печи 2, и поступление азота 16 для поддержания в камере 9 ее уровня давления. Давление в камере 9 при нормальном функционировании нагрева печи является, предпочтительно, равным или немного превышающим давление в печи. При резком прекращении нагрева в печи наступает разрежение, что приводит к разрежению в камере 9 относительно давления среды, инертного газа, в частности азота, поступающего из камеры 9 в печь 2. Введение устройств 10, 12 и 11, 13 по изобретению выполнено таким образом, что соответственно устройства 10 и 12 и устройства 11 и 13 находятся на одном уровне для того, чтобы давления газа на входе и на выходе этих устройств были идентичными для исключения циркуляции газа благодаря эффекту вытяжки или разности весов газового столба. Согласно изобретению в нижней части печи предусмотрен туннель 15 для связи между восходящей линией и нисходящей линией печи для того, чтобы соединить среды восходящей и нисходящей линий в нижней части печи для обеспечения равновесия давлений и уменьшения производительности откачки,необходимой в области устройств 11 и 13. С целью ограничения уровня разрежения в печи и ограничения времени Т, в течение которого печь находится в разреженном состоянии, в изобретении предлагается также способ, позволяющий также ограничить опасность образования взрывоопасной атмосферы в печи с непрерывной линией тепловой обработки металлических лент, участки которой находятся в среде, образованной смесью инертного газа, в частности азота и водорода, при этом объемное содержание водорода составляет от 5 до 100%, причем печь снабжена участком быстрого индукционного нагрева и участком быстрого охлаждения, отличающийся использованием при обнаружении разрыва ленты или внезапном прекращении нагрева комплекса контрмер для ограничения охлаждения среды, имеющейся в печи, причем эти контрмеры включают инжекцию инертного газа, в частности азота, в несколько точек в печь 2 и в камеру 9, и/или использование байпасных холодообменников и/или устройства для прекращения рециркуляционного расхода вентиляторов. Устройство для прекращения рециркуляционного расхода вентиляторов может быть выполнено в виде привода для закрытия клапанов или шиберов либо электрического тормоза, а именно регулятора частоты питания двигателя вентиляторов. Изобретение предусматривает одну или несколько точек 16 инжекции азота в камеру 9 и одну или несколько точек 18 инжекции азота в печь 2. Одна или несколько точек 19 выпуска, снабженных открывающимися устройствами при скачках давления, позволяет исключить переход давления в печи за номинальную рабочую величину. Они размещены, например, в верхней части печи. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для линий глянцевого отжига нержавеющей стали расстояние Н ограничено до расстояния, необходимого для того, чтобы оно равнялось длине факела Р для ограничения высоты самой горячей точки ленты в печи. Объем камеры 9 получают путем увеличения ширины или длины камеры.-5 012867 В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, представленном на фиг. 6, поступление и выход ленты осуществляется сбоку камеры 9. В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг. 7, камера 9 заменена двумя или более размещенными последовательно камерами 9 с азотом, включающими устройства 11 или 13 разделения среды между каждой из этих камер. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг. 8, камера 9 заменена двумя камерами 9 а, 9b, одна из которых размещена на входе в печь, а другая на выходе из печи. В дальнейшем приводится описание метода определения длины Р воздушного факела в камере 9. Длина Р определяется по законам, описывающим физику струй. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 5, речь идет о плоской струе воздуха, введенной в азот. Этот плоский турбулентный поток распространяется и разбавляется в азоте, т.е. скорость струи, а также ее концентрация по воздуху уменьшается, когда она удаляется от впрыскивающей прорези устройства 10 или устройства 12. Как изображено на фиг. 9, распространение факела является нестационарным. Длина Р увеличивается в течение времени Т, когда печь находится в разрежении. Длина Р может быть определена по механической математической модели текучих сред (вычислительная гидродинамика), исходя из геометрии и расчетного разрежения, при этом области скоростей и концентрации рассчитаны во всем объеме камеры во временной зависимости. В зависимости от результатов, в частности от концентрации воздуха на входе камеры при высоком давлении Н 2, длина Н может быть изменена. Расчет длины Р выполнен для факела, выходящего из входного устройства 10, так как в связи с наличием привода, связанного со скоростью перемещения ленты, этот факел будет более длинным, чем факел в области выходного устройства 12, где лента движется в направлении, обратном развитию факела. В расчет принимается распространение факела в азоте, так как факел, выходящий из устройства 10,не доходит до устройства 11 и никакое количество воздуха не поступает в печь с водородом. Опасность образования взрывоопасной среды является, таким образом, нулевой. Если символом W обозначают скорость распространения факела, то длина Pmax такова, что никакое количество воздуха не поступает к устройству 11 в момент Т, когда печь находится в разрежении, и она равна TxW. Длина Pmax может быть рассмотрена в качестве обеспечивающей высокую безопасность; действительно, за счет диффузии, даже если факел распространяется до устройства 11, концентрация воздуха, проникающего в водородную зону, будет оставаться малой и, таким образом, в конечном итоге, концентрация воздуха в смеси N2H2 будет не опасной. В соответствии с изобретением определяют длину Р в момент Т как длину по оси огибающей факела, определяемой изоконцентрацией воздуха в азоте, равной изоконцентрации, соответствующей LimiteSuprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды N2H2, имеющейся в печи. Как показано на фиг. 10, факел 20 образован последовательностью изоконцентраций воздуха в азоте. Кривые С 1, С 2 и С 3 изображают три изоконцентрации воздуха в азоте, при этом изоконцентрация С 3 превышает изоконцентрацию С 2, которая в свою очередь превышает изоконцентрацию С 1. Длина Р в соответствии с изобретением является, например, длиной по оси огибающей факела, определяемой изоконцентрацией C2. Для обеспечения в течение времени Т, когда камера 9 находится в разреженном состоянии, хорошей диффузии воздуха в N2 необходимо, чтобы объем камеры V был достаточно большим для того, чтобы этот объем азота мало разбавлялся малым количеством воздуха в процессе разрежения. Объем камеры 9 по изобретению превышает или равен объему V, для которого поступление воздуха до момента Т приводило бы к концентрации воздуха в азоте в этом объеме до концентрации, которая соответствовала бы Limite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды N2H2,имеющейся в печи. Объемное количество Q воздуха, поступающего через устройства 10 и 12, зависит от коэффициента падения давленияв этих устройствах и пропускающей поверхности S этих устройств. Объемное поступление Q воздуха, входящего через устройства 10 и 12, зависит от коэффициента падения давленияи пропускающей поверхности S устройств. Оно находится из уравнений (А) где U является скоростью воздуха, входящего через устройства 10 и 12. Таким образом, входящий поток зависит от разности давлений Р между давлением среды и давлением внутри камеры 9. Значение air определяет объемную массу воздуха. Изменение во времени давления в камере должно быть вычислено для определения мгновенного расхода входящего воздуха и изменения общей концентрации воздуха в объеме V. Изменение общего давления в камере 9 и печи может быть оценено с помощью переходной модели,-6 012867 которая в каждый момент времени определяет баланс среды в камере 9 и печи (расход входящего азота и расход выходящей газовой смеси) и баланс энтальпии, позволяющий знать температуру газового объема в камере 9 и в печи. Исходя из этих условий, материального и температурного расхода вычисляют давление. Моделью принимаются в расчет контрмеры, например обходная система (байпасная) учитывается при энтальпическом балансе из-за обходного пути расхода свежего газа, вновь впрыскиваемого в объем; объем продувки азотом учитывается при балансе среды. Концентрация воздуха в азоте в камере 9 может быть определена различными методами расчета. В качестве примера ниже используют классический метод из Gnie des Procds для реактора с высокой степенью перемешивания, в котором концентрация однородна во всем объеме. Концентрация воздуха в азоте находится из выражения (В), приведенном ниже где [А]т является объемной концентрацией воздуха в азоте в момент Т, когда камера 9 вновь находится под давлением,[A]entrant является концентрацией воздуха в газе, входящем в камеру 9 через устройства 10 и 12,[А]0 является начальной концентрацией воздуха в камере 9 перед ее разрежением,tgeom является геометрическим временем камеры 9. Геометрическое время tgeom определяется из нижеприведенного выражения (С) в котором V является объемом камеры 9, a Q является объемным поступлением, входящим в камеру 9 через устройства 10 и 12. Из выражений (А), (В) и (С) можно определить объем V камеры 9 в зависимости от концентрации воздуха в азоте в камере. Значение [А]т концентрации воздуха в азоте в камере 9, удерживаемого размером камеры 9, является, например, таким значением концентрации по воздуху, которая соответствовала бы Limite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды N2H2, имеющейся в печи. Она бы равнялась, таким образом, 0,3 (30% воздуха), если бы речь шла о среде N2H2 при 95 об.% Н 2. Значения [A]entrant и [А]0 равнялись бы соответственно 1,0 (100% воздуха) и 0,0 (100% азота). Расчет выполнен, например, для разности давлений Р между давлением среды и наибольшим давлением внутри камеры 9 при наступлении разрежения в камере 9. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для ограничения опасности образования взрывоопасной среды в печи непрерывной линии термообработки металлических лент, участки которой находятся в среде, образованной смесью инертного газа и водорода, в которой объемное содержание водорода составляет от 5 до 100%, при этом печь (2) снабжена участком быстрого индукционного нагрева и участком быстрого охлаждения, отличающееся тем, что оно содержит камеру (9) с инертным газом, размещенную на входе участка быстрого нагрева печи (2) и на выходе участка быстрого охлаждения, при этом давление в камере (9) превышает атмосферное давление при нормальном нагреве печи,устройство (10) входа ленты в камеру (9) из атмосферного воздуха,устройство (11) для разделения среды и входа ленты на участок нагрева печи из камеры (9) с инертным газом, при этом устройство (11) снабжено средством откачки (14) газа,устройство (13) для разделения среды и выхода ленты из участка печи с быстрым охлаждением,снабженное средством откачки (14) газа, и устройство (12) выхода ленты из камеры (9) в атмосферный воздух. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что относительное давление в камере (9) с инертным газом при нормальном нагреве печи равно по меньшей мере 20 даПа. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что относительное давление в камере (9) с инертным газом при нормальном нагреве печи равно или превышает давление газа в печи (2). 4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что инертным газом является азот. 5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что расстояние (Н) между устройством (10) входа ленты в камеру (9) и устройством (11) для разделения среды и входа ленты на участок быстрого нагрева печи, с одной стороны, и между устройством (13) для разделения среды и выхода ленты из участка быстрого охлаждения печи и устройством выхода ленты в камеру (9), с другой стороны, превышает длину (Р) воздушного факела (20), образующегося в камере (9) в случае разрежения в печи, вызванного внезапной остановкой нагрева. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в заданный момент длина (Р) воздушного факела (20),образующегося в камере (9), выбрана как длина по оси огибающей факела (С 2), определяемой изокон-7 012867 центрацией воздуха в инертном газе, соответствующей изоконцентрации по Limite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н 2), имеющейся в печи. 7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что объем камеры (9) превышает или равен объему (V), для которого расход входящего воздуха до момента, когда давление в печи вновь станет равным давлению среды, привел бы к концентрации воздуха в инертном газе в этом объеме,равной концентрации, соответствующей Limite Suprieure d'Explosivit, если бы речь шла о смеси воздуха и среды (инертный газ+Н 2), имеющейся в печи. 8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройства (11, 13),предназначенные для осуществления разделения среды между печью и камерой (9), содержат два двухроликовых или шиберных блока, размещенных с обеих сторон ленты, и что средство откачки (14) среды выполнено между двумя роликовыми или шиберными блоками таким образом, что выход среды из печи(2) к средству откачки (14) и из камеры (9) к средству откачки (14) происходит без перемешивания сред печи (2) и камеры (9). 9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройства входа и выхода (10, 12) и устройства разделения сред (11, 13) размещены на одном уровне для того, чтобы давление газа на входе и выходе этих устройств было идентичным. 10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в нижней части печи между восходящей линией печи и нисходящей линией выполнен связывающий туннель (15) для связи сред восходящей и нисходящей линий в нижней части печи для уравновешивания давлений и уменьшения количества откачиваемой среды в области устройств разделения сред (11 и 13). 11. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что предусмотрены одна или несколько точек (16) инжекции азота в камеру (9) и одна или несколько точек (18) инжекции азота в печь (2). 12. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит последовательность нескольких камер (9), размещенных последовательно с устройствами (11, 13) для разделения сред между каждой из этих камер. 13. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит две камеры (9 а, 9b), одна из которых размещена на входе в печь, а другая на выходе из печи. 14. Устройство по пп.1 и 11, позволяющее ограничить уровень разрежения в печи (2) и камере (9) и опасность образования взрывоопасной среды в печи, отличающееся использованием инжекции инертного газа, в частности азота, в несколько точек печи (2) и камеры (9), и/или обходной (байпасной) системы холодообменников, и/или устройства для прекращения рециркуляции вентиляторов с момента определения разрыва ленты или внезапного прекращения нагрева. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что устройство для прекращения рециркуляции вентиляторов содержит блок управления закрытием клапанов или шиберов и/или электрический тормоз, а именно регулятор частоты питания двигателя вентиляторов.

МПК / Метки

МПК: C21D 1/613, C21D 9/56, F27D 23/00, C21D 9/573, C21D 9/60, C21D 1/42

Метки: обеспечения, печи, устройство, контролируемой, быстрого, системой, охлаждения, нагрева, снабженной, среде, работающей, безопасности

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/12-12867-ustrojjstvo-dlya-obespecheniya-bezopasnosti-pechi-snabzhennojj-sistemojj-bystrogo-ohlazhdeniya-i-nagreva-rabotayushhejj-v-kontroliruemojj-srede.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для обеспечения безопасности печи, снабженной системой быстрого охлаждения и нагрева, работающей в контролируемой среде</a>

Похожие патенты