КОНСТРУКЦИЯ СТЕНЫ ИЗ ОГНЕУПОРНОГО КИРПИЧА Российский патент 2001 года по МПК C21B7/10 

Изобретение относится к конструкции стены из огнеупорного кирпича для печи, в частности для металлургической печи, такой, например, как доменная печь с высокой температурой процесса во время работы, причем на эту конструкцию стены действует высокая тепловая нагрузка, содержащая:
- стальную наружную стенку,
- огнеупорную футеровку, состоящую из одного или более слоев материала, обладающего высокой теплопроводностью, на внутренней стороне наружной стенки, и
- средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича.

В конструкции стены такого типа огнеупорная футеровка подвергается воздействию высокой температуры. Вследствие этого имеет место значительный износ огнеупорной футеровки и срок ее службы уменьшается. В известном уровне техники указанная температура удерживается низкой посредством охлаждения и предпринимаются попытки удержать внутреннюю температуру низкой также посредством использования огнеупорных материалов, обладающих высокой теплопроводностью, таких как графит, полуграфит или другие огнеупорные материалы, содержащие графит. Средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича могут состоять из средств на наружной стороне стальной стенки, таких, например, как струйное охлаждение, воздушное охлаждение или охлаждающие каналы для жидких хладагентов, или других средств на внутренней стороне стальной стенки, таких, например, как охлаждаемые водой охлаждающие элементы, такие как холодильники горна или холодильные плиты, которые в основном изготовляются из меди.

Задачей изобретения является уменьшение износа этой конструкции стены и увеличение ее срока службы.

Задачей изобретения является также создание способа ремонта конструкции стены из огнеупорного кирпича для печи, который увеличивает срок ее службы.

Посредством изобретения это достигается тем, что конструкция стены также содержит сплошной, обладающий высокой теплопроводностью металлический заполнитель в зазоре конструкции стены из огнеупорного кирпича, причем этот заполнитель расплавлен внутри зазора и затем после затвердевания создает низкое термическое сопротивление в зазоре.

Изобретение основано на том, что зазоры, которые неизбежно возникают или образуются в конструкции стены из огнеупорного кирпича, которая обычно имеет составной характер, создают значительные термические сопротивления для потока рассеянного тепла, проходящего через нее, так что внутренняя температура огнеупорной футеровки остается высокой. Заполнитель в расплавленном состоянии имеет тесный тепловой контакт со стенками зазора, причем этот контакт, который остается неизменным при последующем затвердевании, и высокая теплопроводность материала заполнителя совместно обеспечивают низкое термическое сопротивление в зазоре, так что внутренняя температура огнеупорной футеровки понижается. В определенных случаях слой типа шлака может даже затвердеть или создать нарост на внутренней стороне. В результате создается сплошной износостойкий слой.

В WO95/22732 описана конструкция футеровки стены для печи, в которой элементы, обладающие высокой теплопроводностью, проходят из охлаждаемого металлического наружного кожуха внутрь огнеупорной футеровки. Сами эти элементы могут состоять из огнеупорного материала, в котором поры насыщены металлом. В этой публикации не рассматривается вопрос об уменьшении тепловых барьеров, которые образуются в зазорах между огнеупорными кирпичами или между элементами и огнеупорными кирпичами.

Предпочтительно, зазор с обладающим высокой теплопроводностью металлическим заполнителем представляет собой зазор в огнеупорной футеровке, или зазор между стальной наружной стенкой и огнеупорной футеровкой, или, если средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича представляют собой охлаждаемые водой медные охлаждающие элементы, зазор между огнеупорной футеровкой и охлаждающим элементом. Зазор в огнеупорной футеровке может быть зазором между двумя слоями огнеупорной футеровки либо зазором между двумя элементами, такими как блоки или кирпичи огнеупорной футеровки, или таким зазором, как термическая трещина в материале огнеупорной футеровки. Наиболее эффективными являются заполнители в зазорах, которые находятся под прямым углом к потоку тепла, так что термическое сопротивление для рассеяния тепла уменьшается.

Температура плавления металлического заполнителя предпочтительно ниже, чем температура процесса, выше чем 200^oC и ниже чем 1100^oC, и заполнитель имеет коэффициент теплопроводности выше 15 Вт/м^oC.

Заполнитель предпочтительно выбирают из группы, состоящей из олова, свинца, цинка, алюминия, серебра, меди и их сплавов и их сочетаний.

Предпочтительно заполнитель получают в продолжение работы путем плавления фольги, которую помещают в зазор в продолжение монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича, заполнитель заливают в зазор в расплавленном состоянии в продолжение монтажа, или заполнитель получают в продолжение работы путем плавления металла, который помещают в зазор в форме массы, содержащей частицы металла, в продолжение монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича. Эти конструктивные исполнения изобретения являются очень эффективными.

Вариант осуществления изобретения, включающий массу, содержащую частицы металла, также является пригодным для более широких зазоров, таких как швы, которые обычно заполняются раствором, бетоном, массой набивки, цементом или другими вяжущими веществами, таких, например, как шов между кожухом (1) и слоем графита (3') на фиг. 2. Частицы металла в форме порошка, зерен, гранулированного материала, стружек, иголок, маленьких проволочек или тому подобных добавляются к этой массе. Эту массу, содержащую металл, помещают в шов в продолжение монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича. В этом положении металлические частицы равномерно распределены в соответствующем шве, но еще не образуют в шве теплового мостика. После плавления и повторного затвердевания металла, однако, шов заполнен металлом неоднородно, но при достаточном содержании в массе частиц металла, например, 10-40% по объему непрерывная металлическая решетка с пористой или оболочковой структурой образуется в шве с низким термическим сопротивлением в связи с высокой теплопроводностью металла и таким образом образуется тепловой мостик.

Также предпочтительно получение заполнителя во время работы путем плавления металла в виде одной или более гранул, которые помещены в одну или более полостей в конструкции стены из огнеупорного кирпича до или после пуска печи в работу. В ряде случаев в альтернативном варианте выполнения гранулы могут также помещаться во время работы. В данном контексте формой заполнителя выбраны гранулы, которые могут быть помещены в полость по одной или во множестве в виде таблеток круглой, овальной или цилиндрической формы, но также в виде кусков такой формы, которая подходит к форме полости, или, например, кусков в форме стержней в случае, когда они помещаются впоследствии во время работы. Также возможны капсулы с дозирующим отверстием, такие что заполнитель разгружается в течение более длительного периода времени, или несколько раз, например, когда конструкция стены из огнеупорного кирпича изменяет свои размеры в случае температурных флюктуаций.

Предпочтительно заполнитель получают во время работы путем плавления металла, который вводят в форме перекачиваемой массы, содержащей металл, в конструкции стены из огнеупорного кирпича через канал. Перекачиваемая масса может, например, представлять собой шлам или суспензию, в которой содержится металл в тонко измельченном состоянии, таком как порошок или зерна, вплоть до такого количества, например, от 10 до 60% по весу, что он не оседает. Предпочтительно, перекачиваемая масса также содержит продукт переработки нефти, такой как гудрон или пек, или термореактивную смолу, как носитель, и перекачиваемая масса также содержит графит, например, в форме порошка. Также могут быть добавлены раствор и цемент. После того как перекачиваемая масса введена в зазор при помощи насосов, металл плавится и образует тепловой мостик в зазоре. Последующее коксование гудрона или пека образует каркас, который, например, создает в зазоре определенную газонепроницаемость. Тот же эффект может быть получен посредством смолы после затвердевания, в то время как графит может создать чрезвычайно высокие сопротивление износу и/или теплопроводность конструкции стены из огнеупорного кирпича. Варианты осуществления изобретения, в которых используются гранулы и перекачиваемая масса, в частности, пригодны для того, чтобы вводить заполнитель после начала работы печи.

Предпочтительно во время монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича используются охлаждающие элементы, которые, по крайней мере частично, снабжены покрытием с веществом металлического заполнителя. Под покрытием в данном случае понимается слой, который во время своего нанесения образовал хороший теплообменный контакт с охлаждающим элементом.

Например, покрытие может быть нанесено путем направления слоя вещества на охлаждающий элемент путем погружения охлаждающего элемента в расплав этого вещества в положении электрода или путем напыления.

Упомянутые выше варианты осуществления изобретения могут сочетаться между собой. Так, конструктивное исполнение, например, в котором масса, содержащая частицы металла, помещается в зазор во время монтажа, может идеально сочетаться с помещением перекачиваемой массы в этот зазор после начала работы.

Другой аспект изобретения заключается в способе ремонта доменной печи во время работы с конструкцией стены из огнеупорного кирпича в соответствии с п. 1, содержащей стальную наружную стенку (кожух), огнеупорную футеровку (кирпичную кладку) и средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича, содержащем следующие стадии:
- во время работы просверливают канал в стальной наружной стенке и в огнеупорной футеровке, проходящей через зазор или далее него в конструкции стены из огнеупорного кирпича,
- во время работы вводят в канал металл с температурой плавления, близкой к мгновенной температуре в зазоре.

Предпочтительно металл вводят в виде одной или нескольких гранул или в виде массы, содержащей металл, перекачиваемой посредством насосов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, в котором средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича содержат холодильники горна, в холодильниках горна оставляют выемки, через которые во время работы может быть просверлен канал. Изобретение описано ниже путем ссылки на чертежи.

Фиг. 1 изображает конструкцию стены из огнеупорного кирпича в соответствии с изобретением в основном варианте осуществления изобретения на различных стадиях износа, а также соответствующую кривую температуры,
фиг. 2 - пример конструкции стены из огнеупорного кирпича по изобретению для горна доменной печи,
фиг. 3 - пример конструкции стены из огнеупорного кирпича по изобретению для конвертера окончательного восстановления процесса восстановительной плавки.

Конструкция стены из огнеупорного кирпича по фиг. 1 содержит стальную наружную стенку (1), средства для охлаждения в виде охлаждаемых водой медных холодильников горна (2) и огнеупорную футеровку высокой теплопроводности (3), например, из графита. Пространство между стальной наружной стенкой и холодильниками горна (2) заполнено, например, раствором (4).

Положение непосредственно после пуска в работу доменной печи обозначено буквой А, при этом износ еще не произошел и огнеупорная футеровка (3) все еще имеет свою первоначальную толщину. Соответствующая кривая температуры обозначена как Т_А в нижней части фиг. 1. T_{процесс} обозначает температуру процесса и Т_{охлажден.} обозначает ссылку на температуру охлаждения. На фигурах показано, что значительный перепад температуры имеет место в зазоре (5) между холодильниками горна (2) и огнеупорной футеровкой (3) в результате высокого термического сопротивления в зазоре (5).

Положение после того, как печь проработала некоторое время, обозначено буквой В. Огнеупорная футеровка (3) частично изношена в результате воздействия высокой температуры и коррозии. В частности, шлак, содержащий FeO, является особенно агрессивным. Т_В обозначает кривую температуры. В результате уменьшения толщины огнеупорной футеровки (3) общее сопротивление теплопередаче конструкции стены уменьшилось и плотность потока тепла через конструкцию стены увеличилась. Результатом этого является более крутая кривая температуры в толщине оставшейся огнеупорной футеровки (3) и больший перепад температуры в зазоре (5). Если процесс износа может быть продолжен, тогда огнеупорная футеровка (3) продолжает изнашиваться дальше и риск разрушения возрастает.

С - обозначает положение с металлическим заполнителем (6) в зазоре (5), причем этот заполнитель уже расплавлен и поэтому продолжает сохранять хороший тепловой контакт со стенками зазора. В этом случае заполнителем является металл с низкой температурой плавления, такой как, например, сплав олова. Т_с показывает, что в результате низкого термического сопротивления заполнителя перепад температур в зазоре (5) значительно меньше. Температура огнеупорной футеровки (3) падает, так что может затвердеть слой шлака (7), который не обладает хорошей теплопроводностью, так что в нем имеет место большой перепад температур, но который защищает толщину оставшейся огнеупорной футеровки (3) от дальнейшего износа. Заполнитель (6) может быть залит в зазор (5) во время монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича или может быть помещен в него в виде пленки, которая плавится в положении В.

На фиг. 2 показан пример использования изобретения в горне доменной печи. Кожух (1) охлаждается снаружи посредством струйного охлаждения (2). В показанном здесь случае огнеупорная футеровка (3) состоит из двух слоев, а именно слоя (3') из графита и слоя (3'') из полуграфита. Набивочная смесь из графита помещается в зазор (5) между слоями (3') и (3''). Положения А и В аналогичны показанным на фиг. 1. В положении В значительная часть внутреннего слоя футеровки (3'') изношена и значительный перепад температуры имеет место в зазоре (5).

На фигуре показано, как в положении В конструкция стены ремонтируется после начала работы и во время работы. Для этого каналы (8) просверливают в кожухе (1), слое раствора (4) и слое огнеупорной футеровки (3'), причем эти каналы (8) проходят в зазоре (5) или далее него между слоями футеровки (3') и (3''). Вообще просверливание не может иметь места во время производства передельного чугуна, потому что печь находится под давлением. Поэтому отверстия просверливаются не во время работы, а во время так называемого перебоя или остановки на ремонт, посредством чего производство передельного чугуна прерывается, горячее дутье выключается и давление понижается. В новой печи, однако, каналы могут быть уже выполнены целиком или частично во время монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича. После просверливания одна или несколько гранул (9) из металла с температурой плавления, близкой к мгновенной температуре зазора, вводятся в отверстие. Поскольку каналы уже просверлены, эта температура может быть измерена, а металл выбран соответственно. В этом случае металл может представлять собой сплав алюминия или меди. Когда гранулы (9) расплавятся, металл вытекает в зазор (5). Пониженное термическое сопротивление в зазоре (5) приводит к тому, что перепад температуры в зазоре (5) понижается и температура наружного слоя футеровки (3'') падает. Заполнитель (6) затвердевает и слой шлака (7) может затвердеть и образовать нарост. Гранулы (9) также, конечно, могут быть помещены в соответствующие места в конструкции стены из огнеупорного кирпича перед началом работы доменной печи. Если гранулы помещены через такие каналы, как (8) или подобные им, тогда эти каналы могут, конечно, быть заполнены и уплотнены (возможно, временно) после того, как гранулы были помещены.

В другом варианте осуществления изобретения каналы (8) могут быть снабжены штуцерами (не показаны) на наружной стороне кожуха (1), с которыми соединена труба, находящаяся под давлением, через которую перекачиваемая масса, содержащая металл, может быть запрессована в каналы (8). Масса затем распространяется по зазорам в конструкции стены из огнеупорного кирпича, а последующее плавление и т.п. образует тепловые мостики в зазорах. В противоположность просверливанию перекачивание может иметь место, когда печь находится под давлением.

На фиг. 3 показано изобретение при использовании в конвертере окончательного восстановления для процесса восстановительной плавки, например, типа глубокого переплава шлака, такого, например, как способ в Циклонной Конвертерной Печи (ЦКП). Тепловая нагрузка здесь особенно велика. Поэтому на фиг. 3 использованы не только холодильники горна (2), но и охлаждаемые водой медные пороги (10), которые проходят внутрь огнеупорной футеровки и которые служат для улучшения теплового контакта между огнеупорной футеровкой и охлаждающими средствами (2), (10). Огнеупорная футеровка (3) состоит по меньшей мере из слоя (3') графита. Охлаждающие средства (2), (10) ограничивают возможности помещения гранул впоследствии, то есть во время работы. Поэтому в этом случае было решено помещать гранулы (9) во время монтажа конструкции стены из огнеупорного кирпича в соответствующие полости (11) в конструкции стены из огнеупорного кирпича, причем эти гранулы заполняют зазор (5) по мере того, как они плавятся при пуске в эксплуатацию или когда огнеупорная футеровка (3) частично износилась. Полости могут быть также выполнены, например, непосредственно над порогами (10). Также имеется возможность выполнить углубления в холодильниках горна, через которые могут быть просверлены каналы во время работы.

В конце концов имеется возможность использовать во время монтажа охлаждающие элементы, которые на стороне, обращенной к зазору (5), снабжены покрытием. Низкое термическое сопротивление в зазоре (5) может быть достигнуто уже во время монтажа посредством монтажа огнеупорной футеровки (3), в то время как по меньшей мере со стороны, обращенной к зазору, ее нагревают, так что заполнитель плавится.

Низкое термическое сопротивление может, однако, также быть достигнуто позже во время работы.

Изобретение относится к конструкции стен для печи, в частности для металлургической печи, такой, например, как доменная печь с высокой температурой процесса во время работы. Устройство содержит стальную наружную стенку, огнеупорную футеровку, состоящую из одного или более слоев материала, обладающего высокой теплопроводностью, на внутренней стороне наружной стенки и средства для охлаждения конструкции стены из огнеупорного кирпича, при этом устройство дополнительно содержит сплошной, обладающий высокой теплопроводностью металлический заполнитель в зазоре конструкции стены из огнеупорного кирпича, причем этот заполнитель расплавлен внутри зазора и затем после затвердевания создает низкое термическое сопротивление в зазоре. При использовании изобретения обеспечивается уменьшение износа огнеупорной стены и увеличение ее срока службы. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Конструкция стены печи, в частности металлургической, например доменной печи, имеющей высокую температуру процесса и высокую тепловую нагрузку на эту конструкцию стены, включающая стальную наружную стенку, на внутренней стороне которой расположена состоящая из одного или более слоев футеровка из огнеупорного кирпича, обладающая высокой теплопроводностью, и средства для охлаждения конструкции стены, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сплошной, обладающий высокой теплопроводностью металлический заполнитель в зазоре конструкции стены, причем этот заполнитель расплавлен внутри зазора с возможностью создания низкого термического сопротивления в нем после затвердевания. 2. Конструкция стены печи по п.1, отличающаяся тем, что она имеет слой шлака, затвердевший на внутренней стороне футеровки из огнеупорного кирпича. 3. Конструкция стены печи по п.1, отличающаяся тем, что зазор расположен в футеровке из огнеупорного кирпича. 4. Конструкция стены печи по любому из пп 1-3, отличающаяся тем, что зазор расположен между стальной наружной стенкой и футеровкой из огнеупорного кирпича. 5. Конструкция стены печи по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что средства для охлаждения выполнены в виде охлаждаемых водой медных охлаждающих элементов, а зазор расположен между охлаждающими элементами и футеровкой из огнеупорных кирпичей. 6. Конструкция стены печи по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что металлический заполнитель имеет температуру плавления ниже, чем температура процесса в печи. 7. Конструкция стены печи по п.6, отличающаяся тем, что температура плавления металлического заполнителя выше 200^oС. 8. Конструкция стены печи по любому из пп.6-7, отличающаяся тем, что температура плавления металлического заполнителя ниже 1100^oС. 9. Конструкция стены печи по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что коэффициент теплопроводности металлического заполнителя выше 15 ВТ/м^oС. 10. Конструкция стены печи по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что в качестве металлического заполнителя использована группа, состоящая из олова, свинца, цинка, алюминия, серебра, меди, их сплавов и их сочетаний. 11. Конструкция стены печи по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что металлический заполнитель получен в процессе работы печи путем плавления фольги, помещенной в зазор во время монтажа конструкции стены печи. 12. Конструкция стены печи по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что металлический заполнитель залит в расплавленном состоянии во время монтажа конструкции стены печи. 13. Конструкция стены печи по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что металлический заполнитель получен в процессе работы печи путем плавления металла, помещенного в зазор в виде массы, содержащей частицы металла, во время монтажа конструкции стены печи. 14. Конструкция стены печи по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что металлический заполнитель получен в процессе работы печи путем плавления металла в виде одной или более гранул, помещенных в выполненные в футеровке из огнеупорных кирпичей одну или более полости до или после пуска печи в эксплуатацию. 15. Конструкция стены печи по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что охлаждаемые водой медные охлаждающие элементы, по меньшей мере, частично снабжены покрытием с веществом металлического заполнителя. 16. Конструкция стены печи, в частности металлургической, например доменной печи, имеющей высокую температуру процесса и высокую тепловую нагрузку на эту конструкцию стены, включающая стальную наружную стенку, на внутренней стороне которой расположена состоящая из одного или более слоев футеровка из огнеупорного кирпича, обладающая высокой теплопроводностью, и средства для охлаждения конструкции стены, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сплошной, обладающий высокой теплопроводностью заполнитель в зазоре конструкции стены, причем заполнитель получен в процессе работы печи путем плавления перекачиваемой массы, содержащей металл, вводимый в конструкцию стены через выполненный в ней канал, с возможностью создания в зазоре низкого термического сопротивления после затвердевания металла. 17. Конструкция стены печи по п.16, отличающаяся тем, что перекачиваемая масса дополнительно содержит продукт переработки нефти, такой, как гудрон или пек, или термоактивную смолу. 18. Конструкция стены печи по любому из пп.16 и 17, отличающаяся тем, что перекачиваемая масса дополнительно содержит графит.

Приоритет по пунктам:
30.05.1997 - по пп.1-3 и 5-11;
08.08.1997 - по пп.4 и 13;
31.07.1997 - по пп.12, 14 и 16-18;
28.05.1998 - по п.15.