ОХЛАЖДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ШАХТНЫХ ПЕЧЕЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F27B1/24 C21B7/10 

Изобретение относится к охлаждающему элементу для шахтных печей, снабженных жаростойкой обшивкой, в частности доменных печей, состоящему из меди или низколегированного сплава меди с каналами для хладагента, расположенными в полости.

Системы охлаждения для кожуха шахтных печей, в частности доменных печей, подробно описаны в журнале "Stahl und. Eisen" ("Сталь и железо"), 106 (1986), 5, с. 205-210. Наряду с охлаждением так называемого коробчатого холодильника в последние годы стало все чаще применяться охлаждение посредством охлаждающих плит, так называемый холодильник из чугуна и меди.

Из DE 39 25 280 известна охлаждающая плита из серого чугуна, охлаждающие каналы в котором образованы охлаждающими трубами, залитыми в тело отливки. Недостатком при этом является то, что для исключения науглероживания необходимо покрытие охлаждающих труб, предотвращающее поток тепла от горячей стороны охлаждающих плит или холодильника, через корпус холодильника и трубчатую стену, к охлаждающей воде.

Поэтому такие холодильники часто достигают высоких температур, при которых происходит разрушение перлита (>760^oС); в чугунном корпусе образуются трещины, а уже через сравнительно короткое время литейный материал сходит с охлаждающих труб.

Делались попытки повысить стойкость этих чугунных холодильников за счет того, что отливали множество охлаждающих труб и располагали их частично и в разных плоскостях параллельно горячей стороне. Хотя при этом чугунные холодильники становились гораздо сложнее и дороже, но их стойкость не повышалась в той же степени.

Значительное улучшение представляют так называемые медные холодильники, известные из DE 29 07 511 и выполненные из катаного медного материал, причем охлаждающие каналы прокладываются глубоким сверлением параллельно горячей стороне. За счет этого достигается ничем не нарушаемый поток тепла, не защищаемый покрытием трубы. Такие медные холодильники на своей горячей стороне значительно холоднее, чем холодильники из серого чугуна, поэтому там - иначе, чем в случае чугунных холодильников, - образуется стабильная корка из материала шихты, которая действует как изоляция. Медные холодильники несмотря на высокую теплопроводность этого материала отводят из доменной печи меньше тепла, чем холодильники из серого чугуна. Еще одним преимуществом медных холодильников является то, что конструктивно они выполняются более тонкими (около 150 мм), чем холодильники из серого чугуна (около 250 мм). При заданном профиле доменной печи, при применении медных холодильников, значительно повышается полезный объем.

Однако настоящим преимуществом медных холодильников по сравнению с холодильниками из серого чугуна является то, что благодаря свойствам материала трещинообразования не наблюдается, износ их поверхностей является чрезвычайно небольшим. При эксперименте, продолжавшемся более чем 10 лет, износ материала составил только 3-4 мм. Из этого следует, что при высоте ребер, равной 50 мм, расчетный срок службы составит около 150 лет, что далеко выходит за срок службы самой доменной печи.

Недостатком простых медных холодильников является то, что они выполняются все еще относительно массивными и являются поэтому тяжелыми и дорогими. Вследствие такой механической обработки со всех сторон, как фрезерование канавок, сверление глубоких отверстий, а также приваривание патрубков, расходы на обработку являются значительными. Материал, идущий в стружку, составляет значительную часть общего веса и после утилизации возвращается в значительно меньшем количестве. Другим недостатком является то, что при глубоком сверлении на глубину выше 2-3 м диаметр канала не должен уменьшаться, так как иначе возникает опасность увода сверла. Охлаждающие каналы, полученные при этом, по размеру являются большими, чем это необходимо; то же самое относится к количеству воды, так как необходима наименьшая скорость - около 1,5 м/с, для того чтобы при более высокой термической нагрузке разрушались пузырьки пара, образующиеся, возможно, на стенке трубы. Вследствие этого скорость нагрева охлаждающей воды неэкономично мала.

Задачей изобретения является значительное снижение как материала, так и расходов на обработку по сравнению с известными медными холодильниками, и создание тем не менее стабильного охлаждающего элемента, выдерживающего высокие нагрузки при работе доменной печи, который может монтироваться с незначительными затратами на монтаж и имеет срок службы, по меньшей мере, того же порядка, что и доменная установка.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы за счет соответствующей, отличающейся от круглой, формы поперечного сечения потока охлаждающей воды получить более высокую скорость нагрева охлаждающей воды, не переходя за необходимую минимальную скорость для охлаждающей воды, которая необходима для того, чтобы при высоких термических нагрузках разрушать и выводить пузырьки воздуха, образующиеся на стенке трубы.

И, наконец, сторона нагрева выполнена таким образом, что и при незначительных расходах получается поверхность, к которой хорошо пристает корка из материала шихты.

Решение этой задачи обеспечивается в охлаждающем элементе для шахтных печей, снабженных жаропрочной обшивкой, в частности доменных печей, выполненном из меди или низколегированного сплава с, по меньшей мере, одним охлаждающим каналом, расположенным в полости, за счет того, что он состоит из отрезка профиля, выполненного непрерывным прессованием или прокаткой, снабжен боковыми ребрами и имеет на стороне, противоположной кожуху доменной печи, по меньшей мере, одно проходящее в вертикальном направлении шлаковое ребро, а на стороне, обращенной к кожуху доменной печи, по меньшей мере, одно крепежное ребро.

Согласно предпочтительной форме выполнения охлаждающего элемента его верхние и нижние концы вместе с охлаждающим каналом отогнуты в направлении стенки доменной печи на 90^o и отделены от боковых ребер.

При этом на стороне охлаждающего элемента, противоположной кожуху доменной печи, имеется, по меньшей мере, два шлаковых ребра, проходящих параллельно друг другу в вертикальном направлении.

Кроме того, в крепежном ребре может быть выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, а в ребре - выступ, при этом крепежные ребра могут быть установлены на крепежных элементах кожуха доменной печи посредством пальцев, а ребра расположены с перехлестом в выступе или ребра охлаждающих элементов соединены друг с другом заподлицо.

Упомянутая задача решается в охлаждающем элементе для шахтных печей, снабженных жаропрочной обшивкой, в частности доменных печей, выполненном из меди или низколегированного сплава меди с, по меньшей мере, одним охлаждающим каналом, расположенным в полости, за счет того что он состоит из отрезка, полученного непрерывным прессованием прямоугольного профиля с канавкой и отрезка, полученного непрерывным прессованием прямоугольного профиля с выступом, причем охлаждающие каналы расположены в отрезках профиля, закрытых верхней и нижней крышкой, а на верхней крышке и нижней крышке сбоку установлено по одному патрубку, которые соединены с охлаждающими каналами охлаждающего элемента.

При этом является предпочтительным, что охлаждающий элемент закреплен крепежными элементами на кожухе доменной печи, причем верхняя и нижняя крышка снабжены каждая одним выступом.

В то время как обычный медный охлаждающий элемент имеет четыре параллельных охлаждающих канала, проходящих в медном блоке параллельно горячей стороне, охлаждающий элемент согласно изобретению состоит из медного профиля подходящей длины, полученного непрерывным прессованием или прокаткой. При этом он может иметь охлаждающие каналы круглой или отличающейся от круглой формы. За счет соответствующих ребер, отходящих от охлаждающего канала или охлаждающих каналов, достигается достаточная жесткость профиля, полученного непрерывным прессованием или прокаткой, благодаря чему он переносит высокие нагрузки во время работы доменной печи, это относится, в частности, к крепежному ребру или крепежным ребрам, расположенным на охлаждающем элементе на стороне, обращенной к кожуху доменной печи. Они служат одновременно для закрепления охлаждающего элемента на кожухе доменной печи. Боковые ребра медных охлаждающих элементов, расположенные параллельно кожуху доменной печи, служат для защиты кожуха доменной печи по всей площади. Их ширина выбирается таким образом, чтобы они осуществляли полное перекрытие за счет перехлеста соседних ребер или их соединения заподлицо. За счет этого выравнивается также разница в диаметрах или окружная разница в конусных частях кожуха доменной печи (заплечики, шахта). Шлаковые ребра, выступающие внутрь печи на горячей стороне, выполнены посредством механической обработки таким образом, что они облегчают образование и стабильное удерживание слоя из твердых или пастообразных материалов шихты на горячей стороне медных охлаждающих элементов.

Перед сборкой на строительной площадке медные охлаждающие элементы могут разрезаться на нужную длину и изгибаться. Для этого на верхней и нижней сторонах охлаждающих элементов распиливанием, разделительным шлифованием или разрезанием посредством горелок отделяют или удаляют боковые перемычки, оставшееся круглое или некруглое поперечное сечение канала огибают соответствующим образом и через соответствующее проходное отверстие вводят в кожух доменной печи. Посредством промежуточных патрубков для пропускания охлаждающей воды в циркуляционный охлаждающий контур доменной печи включаются охлаждающие элементы. При этом для того чтобы получить как можно меньшие диаметры отверстий в кожухе, поперечное сечение канала, лежащего в кожухе доменной печи и вне его, снова приводят к круглому поперечному сечению. Для закрепления охлаждающих элементов на кожухе охлаждающие элементы снабжаются отверстиями в ребрах, проходящих в сторону кожуха, в эти ребра вставляются несущие элементы, закрепленные на кожухе доменной печи; соединение между ребрами и несущими элементами осуществляется, например, вставляемыми предохранительными пригоночными штифтами или пальцами. После механической сборки известным образом осуществляется заполнение медных охлаждающих элементов огнеупорной массой, имеющей низкую теплопроводность.

В альтернативной форме выполнения изобретения применяются также медные профили, полученные прокаткой или непрерывным прессованием, причем они выполняются прямоугольными и на своих сторонах имеют канавки и выступы для соединения охлаждающих элементов между собой.

За счет стыковки нескольких таких элементов между собой образуется медный блок, составленный в одно целое, с расположенными в нем прямоугольными охлаждающими каналами. Путем такого выполнения сторон охлаждающих элементов достигается бесшовный переход отдельных конструктивных частей, который необходим для выравнивания конусности в шахте доменной печи и заплечиках доменной печи. Благодаря этому во всех местах обеспечивается бесстыковая защита кожуха доменной печи от высоких температур.

На головных концах охлаждающих элементов предусмотрены аналогичные, полученные прессованием профили U-образной формы, но с поперечными каналами большого поперечного сечения. Ввод и вывод охлаждающей воды осуществляется тогда через патрубок на каждой верхней и нижней части собранного охлаждающего элемента. Изготовленный таким образом охлаждающий элемент хотя и требует несколько больших расходов материала и расходов на изготовление, обусловленных стыковкой профилей корпуса, а также изготовление элементов основания и головной части, но он выполняется более плоским, чем медные охлаждающие элементы с поперечным сечением или поперечными сечениями труб, а также с насаженными ребрами, и может поэтому легче приспосабливаться к кривизне кожуха печи. Закрепление на кожухе печи может осуществляться обычным образом с помощью глухих отверстий с резьбой в охлаждающем элементе, а также с помощью крепежных винтов, проходящих через кожух печи, которые выполнены газоплотными на наружной стороне с наваренными защитными колпачками.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью примера выполнения, показанного на чертежах, где
на фиг. 1 показано поперечное сечение медного охлаждающего элемента со шлаковыми ребрами;
фиг.2 - вид сбоку медного охлаждающего элемента со шлаковыми ребрами;
фиг.3 - медный охлаждающий элемент в продольном разрезе со шлаковыми ребрами;
фиг. 4 - поперечное сечение медного охлаждающего элемента из прямоугольных профилей;
фиг. 5 - вид сбоку медных охлаждающих элементов, расположенных друг над другом, из прямоугольных профилей;
фиг. 6 - медный охлаждающий элемент из прямоугольных профилей в продольном разрезе;
фиг. 7 - вид сверху на верхнюю крышку медного охлаждающего элемента из прямоугольных профилей;
фиг. 8 - вид сверху на нижнюю крышку медного охлаждающего элемента из прямоугольных профилей.

На фиг. 1 показано поперечное сечение охлаждающего элемента из отрезка профиля, полученного способом непрерывного прессования или прокаткой, который имеет внутри один или несколько круглых или в форме, отличающейся от круглой, продольно отформованных охлаждающих каналов 2.

Охлаждающий элемент 1 снабжен боковыми ребрами, у которых на стороне, противоположной стальному кожуху 9 доменной печи, расположено шлаковое ребро 4. На стороне, обращенной к кожуху 9 доменной печи расположено крепежное ребро 5.

Охлаждающий элемент 1 с помощью пальцев 7 закреплен в отверстиях 6 крепежного элемента 8, стального кожуха 9 доменной печи и крепежного ребра 5, промежуток между охлаждающим элементом 1 и кожухом 9 доменной печи заполнен жаростойкой обшивкой 10.

В соответствии с фиг.2 верхние и нижние концы охлаждающего элемента 1 с охлаждающим каналом 2 отогнуты в направлении кожуха 9 доменной печи на угол 90^o и проходит через отверстия 19 в кожухе доменной печи. Верхние и нижние боковые ребра 3 и шлаковые ребра 4 проходят вертикально и образуют посредством выступов 18 стыковое соединение с каждым следующим охлаждающим элементом. Закрепление на стальном кожухе 9 доменной печи осуществляется с помощью пальца 7, который проходит через крепежное ребро 5 и крепежный элемент 8.

На фиг. 3 показан в продольном разрезе охлаждающий элемент 1 с овальным охлаждающим каналом 2. По обе стороны от охлаждающего канала 2 расположены боковые ребра 3. На обращенной к крепежному элементу 8 стороне кожуха 9 доменной печи, имеется удлиненное крепежное ребро 5.

Через отверстие 6 в крепежном ребре 5 и крепежном элементе 8 проходит палец 7 для закрепления охлаждающего элемента на кожухе 9 доменной печи.

На фиг.4 показан вид сверху на еще одну, альтернативную форму выполнения охлаждающего элемента 1, который состоит из прямоугольного охлаждающего элемента 11 с канавкой, а также из прямоугольного охлаждающего элемента 13 с выступом, в которых выполнен охлаждающий канал 12.

Охлаждающий элемент 1 закреплен на кожухе 9 доменной печи посредством крепежных элементов 14. Между элементом 1 и кожухом 9 доменной печи вставлена жаростойкая обшивка 10.

На фиг.5 показан вид сбоку охлаждающих элементов (1, 11), между которыми расположен охлаждающий канал 12, и охлаждающего элемента 13 с выступом, закрепленных друг над другом на кожухе 9 доменной печи. Каждый охлаждающий элемент 1 герметично закрыт верхней крышкой 15 и нижней крышкой 17 с патрубками 16 для подвода и отвода хладагента.

Благодаря смещенно расположенным выступам 18 в крышках 15, 17 обеспечивается расположение охлаждающих элементов на стальном кожухе 9 с перехлестом.

На фиг. 6 показан в продольном расположении смонтированный охлаждающий элемент, который состоит из прямоугольного охлаждающего элемента 11 с канавкой и прямоугольного охлаждающего элемента 13 с выступом, а также с верхней и нижней крышками (15, 17), каждая с патрубком 16 и выступом 18.

Охлаждающая вода поступает через патрубок 16 в нижней крышке и после протекания по охлаждающим каналам 12 выходит через верхнюю крышку 15 и патрубок 16.

На фиг.7 и 8 показан вид сверху на верхнюю крышку 15 и нижнюю крышку 17 с патрубками 16, охлаждающими элементами 11 и 13 с канавками и выступами и охлаждающими каналами 12.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к устройствам для охлаждения шахтных печей. Охлаждающий элемент для шахтных печей, снабженных жаропрочной обшивкой, в частности доменных печей, состоит из отрезка профиля из меди или низколегированного медного сплава, изготовленного непрерывным прессованием или прокаткой, с каналами для хладагента, расположенными в полости. Охлаждающий элемент закреплен пальцами на крепежном элементе кожуха доменной печи и собственным крепежным ребром. Верхние и нижние концы охлаждающего элемента изогнуты на 90^o в направлении кожуха доменной печи и пропущены через его отверстия. Верхние и нижние ребра и шлаковые ребра охлаждающего элемента проходят вертикально и посредством выступов образуют с каждым следующим охлаждающим элементом соединение, перекрытое по поверхности. Использование изобретения обеспечивает повышение срока службы охлаждающих элементов и снижает затраты на его изготовление и монтаж. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Охлаждающий элемент для шахтных печей, снабженных жаропрочной обшивкой, в частности доменных печей, выполненный из меди или низколегированного сплава меди с, по меньшей мере, одним охлаждающим каналом, расположенным в полости, отличающийся тем, что он состоит из отрезка профиля, выполненного непрерывным прессованием или прокаткой, снабжен боковыми ребрами и имеет на стороне, противоположной кожуху доменной печи, по меньшей мере, одно проходящее в вертикальном направлении шлаковое ребро, а на стороне, обращенной к кожуху доменной печи, по меньшей мере, одно крепежное ребро. 2. Охлаждающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что его верхние и нижние концы вместе с охлаждающим каналом отогнуты в направлении кожуха доменной печи на 90^o и отделены от боковых ребер. 3. Охлаждающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что он имеет на стороне, противоположной кожуху доменной печи, по меньшей мере, два шлаковых ребра, проходящих параллельно друг другу в вертикальном направлении. 4. Охлаждающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что в крепежном ребре выполнено, по меньшей мере, одно отверстие. 5. Охлаждающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что в боковом ребре выполнен выступ. 6. Охлаждающий элемент по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что крепежные ребра установлены на крепежных элементах кожуха доменной печи посредством пальцев, а боковые ребра расположены с перехлестом в выступе. 7. Охлаждающий элемент по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что крепежные ребра расположены на крепежных элементах кожуха доменной печи посредством пальцев, а боковые ребра охлаждающих элементов соединены друг с другом заподлицо. 8. Охлаждающий элемент для шахтных печей, снабженных жаропрочной обшивкой, в частности доменных печей, выполненный из меди или низколегированного сплава меди с, по меньшей мере, одним охлаждающим каналом, расположенным в полости, отличающийся тем, что он состоит из отрезка, полученного непрерывным прессованием прямоугольного профиля с канавкой, и отрезка, полученного непрерывным прессованием прямоугольного профиля с выступом, причем охлаждающие каналы расположены в отрезках профиля, закрытых верхней и нижней крышками, а на верхней крышке и нижней крышке сбоку установлено по одному патрубку, каждый из которых соединен с охлаждающими каналами охлаждающего элемента. 9. Охлаждающий элемент по п. 8, отличающийся тем, что он закреплен крепежными элементами на кожухе доменной печи. 10. Охлаждающий элемент по п. 9, отличающийся тем, что верхняя и нижняя крышка снабжена каждая одним выступом.