НАСАДКА РЕГЕНЕРАТОРОВ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 1995 года по МПК F27B3/26 F27D17/00 

Изобретение относится к металлургии и производству стекла и может быть использовано в конструкциях плавильных печей, точнее мартеновских, для выплавки стали и стекловаренных печей Сименса.

Известна насадка регенераторов, применяемая в системе доменных печей для выплавки чугуна, называемая насадкой Каупера [1] Особенностью ее является то, что огнеупорные каналы выкладываются вертикальными и сплошными по всей высоте без боковых отверстий (каналов) для сообщения друг с другом вертикальных каналов. Это приводит при засорении любого вертикального канала на любом уровне по высоте к полному отсечению его и исключению из работы, так как обходных боковых отверстий для прохода продуктов горения и воздуха не имеется. Потому этот вид насадок, кроме доменных печей, как правило, нигде не применяется.

Известна также насадка регенераторов из кирпича Петерсена Т-образной и даже крестообразной формы [2] в которой имеются, кроме вертикальных, и боковые каналы. Такая насадка имеет относительно большую поверхность теплообмена.

Недостатком ее является более сложная форма кирпича, следовательно, она более трудоемка в изготовлении. Другим недостатком ее является отсутствие универсальности, так как каждый размер кирпича пригоден только для выкладки соответствующего одного размера ячейки. Это вызывает затруднения ввиду разнообразия типоразмеров печей и размеров ячеек регенераторов. В связи с изменением вида применяемых огнеупоров в кладке самих печей или регенеративных насадок, а также с изменением технологических и тепловых режимов работы ограничение возможности изменения размеров ячеек, соответственно, ограничивает возможности регулировки (маневра). Кроме того, для регенераторов с ячейками насадок размерами 135 мм и менее кирпич Петерсена не изготовляется.

Для выкладки насадок с такими размерами ячеек применяют обыкновенный в форме прямоугольного параллелепипеда кирпич длиной 300 и 230 мм, и насадка выкладывается так, что содержит сообщающиеся друг с другом вертикальные ячейки, выложенные из уложенных на ребро перемещающихся по высоте продольных и поперечных прямолинейных рядов кирпичей с торцовыми гранями, примыкающими плотно друг к другу (насадка Сименса) [3] Такая система кладки насадки является наиболее близкой предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату [3]
Эта насадка характеризуется недостаточной поверхностью теплообмена на единицу массы кирпича, так как торцовые грани кирпичей закрыты и не участвуют в теплообмене. По этой причине недостаточно эффективно используются огнеупоры и расход их на единицу поверхности теплообмена высок.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования огнеупоров посредством раскрытия для теплообмена торцовых граней кирпичей и снижение расхода их.

Предлагаемая насадка регенераторов, содержащая сообщающиеся друг с другом вертикальные ячейки, выложенные из установленных на ребро перемещающихся по высоте продольных и поперечных рядов огнеупорных кирпичей, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда выполнена так, что в продольных и(или) поперечных рядах огнеупорные кирпичи смещены относительно смежных с ним на расстояние не более чем од середины смежных ячеек с возможностью открытия торцовых граней огнеупорных кирпичей для теплообмена.

Кроме того, кирпичи в рядах расположены по прямой линии и смещены относительно смежных с ним в рядах с зазором между торцовыми гранями.

Помимо этого (как вариант), кирпичи расположены в рядах по ломанной линии и смещены относительно смежных с ними в рядах в боковом направлении.

На фиг. 1-7 показаны варианты, относящиеся к пп,1 и 3 формулы изобретения; на фиг,8-11 варианты, относящиеся к пп.1 и 2 формулы изобретения. Продольное направление насадок на всех вариантах показано стрелками без буквенных обозначений.

На фиг. 1 показан вариант, когда каждая пара кирпичей продольных рядов, смещена относительно друг друга, в боковую сторону на полную толщину кирпича, а поперечные ряды (не заштрихованы) в боковом направлении со смещением каждого кирпича относительно смежных примерно на 0,5 толщины кирпича, а на продольных кирпичи смещены на полную толщину кирпича.

На фиг.2 показан вариант, когда в продольных рядах кирпичи смещены относительно смежных на полную (на 1,0) толщину кирпича, а в поперечных рядах кирпичи состыкованы без смещения кирпичей (прямолинейно). На фиг.1-4 продольные ряды заштрихованы.

На фиг.3 и 4 показаны варианты, когда продольные ряды уложены со смещением кирпичей в боковую сторону относительно смежных на величины до середины смежных ячеек, а поперечные ряды прямолинейные.

При этом на фиг.1 для иллюстрации примера конкретного осуществления принят кирпич размерами 230х115х65, а на фиг.2 и 3 кирпич размерами 300х150х65 мм. На фиг.1 нижний поперечный ряд из кирпича 300х150х65 мм. Торцовые стыки кирпичей в прямолинейных поперечных рядах (не заштрихованных) на фиг.2, 3 и 4 не показаны.

Эти ряды могут быть уложены из кирпича любых размеров из вышеуказанных. Ячейка на фиг.1 160х120 мм, а на фиг.2 80х80 мм; При этом в продольных рядах кирпичи смещены в боковую сторону на размер полной толщины, а поперечные ряды на фиг.1 на 0,5 толщины кирпича. Увеличение удельной поверхности нагрева насадок по сравнению с насадкой Сименса при том же размере ячеек составляет по фиг. 1 (пример 3 в таблице, см.ниже) 1,56, а по фиг.2 (пример 4) 1,65 м²/м³. Как видим, при меньшем размере ячейки (во втором случае) удельная поверхность нагрева увеличивается больше (хотя смещение кирпичей сделано только в продольных рядах). На фиг.3 показан вариант ячейки 200х200 мм из кирпича 300х150 мм, причем продольный ряд со смещением кирпичей в боковую сторону по сравнению со смежными до середины смежных ячеек (т.е. кирпичи продольных рядов расположены в шахматном порядке).

Поперечные ряды выполнены прямые. Лучше их укладывать из кирпича 230х115 (удельная поверхность нагрева больше из-за того, что горизонтальных граней по высоте больше, чем при кирпиче 300х150 мм). В случае отсутствия кирпича 230х115 поперечные ряды тоже могут быть выложены из большого кирпича (300х150). По удельной поверхности нагрева такая насадка может заменить насадку Сименса с меньшей ячейкой 200х300 мм, увеличение же удельной поверхности нагрева по сравнению с насадкой Сименса при том же размере ячейки составляет 0,52 м²/м³ (пример 5).

На фиг.4 (пример 6), показан вариант того же размера ячейки 200х200 мм, но выложена насадка здесь из малого кирпича (230х115 мм). Поперечные ряды при недостатке малого кирпича могут быть выложены и из большого. Продольные ряды кирпичей тоже шахматные, как и на фиг.3 (пример 5). Разница между вариантами по фиг.3 и 4 заключается в том, что торцовые грани кирпичей в варианте по фиг. 3 выходят почти вплотную к смежным ячейкам, а в варианте по фиг.4 они утоплены в глубь. Участие в теплообмене торцовых граней в варианте по фиг.3 поэтому несколько более эффективно, чем в варианте по фиг.4.

На фиг. 5 (пример 7) показан вариант насадки, аналогичный предыдущим по шахматному расположению кирпичей продольных рядов, но с ячейкой 135х135 мм вместо ячейки 120х120 мм насадки Сименса. Кирпич 230х115 мм.

На фиг. 6 (пример 8) показан вариант, аналогичный предыдущим, но с ячейкой 95х95 мм, вместо 80х80 мм насадки Сименса. Кирпич 300х115 мм.

На фиг.7 (пример 8) показан вариант с такой же ячейкой и продольные ряды из такого же кирпича, но смещены они относительно смежных не до середины смежной ячейки, а только на полную толщину кирпича, т.е. до края смежной ячейки.

Смещение кирпичей относительно смежных с ними в рядах на величину менее 0,2 толщины кирпича нецелесообразно, так как смещение слишком мало и эффект от увеличения удельной поверхности теплообмена будет малоощутим. С другой стороны, такое незначительное смещение (на 0,2 толщины кирпича) может быть оправданным в случаях когда, например, в продольных рядах смещение кирпичей принято на полную толщину кирпича (фиг.1 и 2) или максимальным до середины смежных ячеек (фиг.3 и 4) и поперечные ряды в этом случае сильно смещать нельзя. Например, на фиг.1 ячейка б в отличие от ячейки а является искаженной, что может привести к ускоренному заносу ее шлаковой пылью. Поэтому поперечные ряды могут быть сделаны без раздвижения кирпичей (фиг.2-4).

Для возможности подбора требуемых размеров ячеек и удельной поверхности нагрева (при наличии ограничивающего фактора всего двух размеров стандартных кирпичей по длине 230 и 300 мм) необходимо шире использовать ячейки прямоугольных вместо квадратных сечений в плане (например, варианты 1-3 в таблице).

На фиг.8 показан вариант, когда продольные и поперечные ряды прямолинейные, но кирпичи в рядах раздвинуты в продольном направлении и между торцами кирпичей имеется зазор. При этом зазор в вышерасположенном ряду относительно нижерасположенного смещен на длину кирпича так, что по высоте они от ряда к ряду перемежаются.

На фиг.9 показан вид А и Б на фиг.8 (одинаков в обоих случаях).

Как видно из фиг.8 и 9, все кирпичи насадки имеют открытые торцовые грани (100-процентное выполнение варианта, фиг,8 и 9).

На фиг.10, показан вариант вида Б, при котором поперечные ряды выложены сплошными (без зазоров между торцами), а поперечные выложены, как на фиг.9, с зазорами (50-процентное выполнение варианта по фиг.8). При этом экономия огнеупоров вдвое меньше.

На фиг.11 показан вариант, когда сплошные ряды по высоте перемежаются с рядами с зазорами через ряд. Если другой боковой вид выполнить по фиг.9, то имеет место 75-процентное выполнение варианта по фиг.8, а при выполнении другого бокового вида по фиг.10 всего лишь 23-процентное выполнение варианта по фиг.8.

Соответственно, в той же доле изменяются и показатели этих неполных вариантов относительно 100-процентного.

Показатели (поверхность нагрева и экономия огнеупорного кирпича) при 100-процентном выполнении, т.е. когда все кирпичи в насадке имеют открытые торцы, приведены в таблице.

Что касается работы насадки (по сравнению с насадкой Сименса), то следует отметить, что газопроницаемость насадки значительно больше когда кирпичи в рядах смещены в продольном направлении (фиг.8-11). При этом удельная поверхность теплообмена (в м² на м³ объема насадки может несколько уменьшиться, хотя масса кирпича уменьшается значительно в большей степени (в случае, если ячейка Сименса и предлагаемой насадки одинаковы по размеру).

При необходимости сохранить удельную поверхность нагрева предлагаемой насадки целесообразно ячейку несколько уменьшить, как это рекомендовано в примерах 9а, б и в. В этом случае расход кирпича на м³ насадки все равно значительно меньше, так как торцовые грани кирпичей участвуют в теплообмене и заменяют собой почти полностью ту часть поверхности нагрева, которая потеряна от поверхности боковых граней в результате смещения и образования просветов между торцами кирпичей в рядах.

В связи с образованием просветов между кирпичами в насадке могут возникнуть опасения в уменьшении устойчивости рядов насадки в процессе выкладки их при ремонтах печей.

Действительно, в насадке Сименса кирпичи в рядах выложены торцами плотно друг к другу. В то время как в предлагаемой между торцами в рядах выполнены зазоры.

Что касается строительной прочности от давления массы верхних рядов насадки на нижние, то в этом случае прочности вполне достаточно.

Для устойчивости кирпичей от падения на бок в боковом направлении во время выкладки насадки предлагается через три слоя рядов на четвертой выполнять один слой сплошных рядов (фиг.11) и на этот четвертый слой сплошных рядов устанавливать металлические листы, на которые становится рабочий при выкладке следующих четырех рядов по высоте. Только в этом случае предлагаемая система кладки насадки будет реализована на 75%
Другим средством повышения устойчивости кирпичей кладки насадки рекомендуется кладка в перевязку (фиг.9), когда просветы между торцами по высоте насадки в поперечных (или в продольных рядах) поочередно смещены на полкирпича (влево, вправо от вертикальной линии) так, что просвет на одном любом ряду по вертикали перекрывается смежными (выше и ниже) одноименными (поперечными или продольными) рядами.

Для обеспечения равномерности работы насадки по ширине при относительно широкой по сравнению с длиной насадки регенератора центральную зону насадки по ширине и длине рекомендуется выкладывать с большим сопротивлением, нежели боковые зоны.

Большее сопротивление движению газов можно создать, например, тем, что центральную зону выложить с меньшим на 5-15 мм размером ячейки, чем краевые зоны или с большим размером насадки по высоте в центральной зоне.

В связи с тем что газопроницаемость предлагаемой насадки существенно выше, чем насадки Сименса, при работе насадки необходимо регулировать (уменьшать) тягу дымовой трубы опусканием общего (регулировочного) шибера.

В остальное предлагаемая регенеративная насадка работает так же, как и известные, в том числе и насадка Сименса. Каждая плавильная печь имеет два регенератора для нагрева одной среды, например воздуха, для сжигания топлива. Сначала через одну из регенеративных насадок печи пропускаются продукты сгорания (т.е. дымовые газы), через другую нагреваемый воздух. После разогрева первой насадки и охлаждения второй производится перекидка клапанов и направление потока газов изменяется. Через первую насадку теперь уже начинают пропускать воздух для подогрева, а через вторую выпускаются в дымовую трубу продукты горения для подогрева насадки и т.д.

Использование: в черной металлургии и стеклоплавильной промышленности при разработке конструкции регенераторов. Сущность изобретения: насадка регенератора плавильной печи содержит сообщающиеся друг с другом вертикальные ячейки, выложенные из установленных на ребро перемеживающихся по высоте продольных и поперечных рядов огнеупорных кирпичей ОК, которые имеют форму прямоугольного параллелепипеда. В продольных и/или поперечных рядах ОК смещены относительно смежных с ними в рядах на расстояние не более, чем до середины смежных ячеек, с возможностью открытия торцовых граней ОК для теплообмена. ОК могут быть расположены в рядах по прямой линии и смещены относительно смежных с ними по прямой линии с зазором между их торцовыми гранями. ОК в рядах также могут быть расположены по ломаной линии и смещены относительно смежных с ними в боковом направлении. 2 з.п. ф-лы, 11 ил. 1 табл.

1. НАСАДКА РЕГЕНЕРАТОРОВ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ, содержащая сообщающиеся одна с другой вертикальные ячейки, выложенные из установленных на ребро перемежающихся по высоте продольных и поперечных рядов огнеупорных кирпичей, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, отличающаяся тем, что в продольных и/или поперечных рядах огнеупорные кирпичи смещены относительно смежных с ними в рядах на расстояние не более чем до середины смежных ячеек с возможностью открытия торцевых граней огнеупорных кирпичей для теплообмена. 2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что кирпичи в рядах расположены по прямой линии и смещены относительно смежных с ними по прямой линии, при этом между торцевыми гранями выполнены зазоры. 3. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что кирпичи в рядах расположены по ломаной линии и смещены относительно смежных с ними в рядах в боковом направлении.