ОХЛАЖДАЮЩАЯ ПЛИТА Российский патент 2007 года по МПК C21B7/10 F27B1/24 

Изобретение относится к охлаждающей плите для шахтных печей, снабженных огнеупорной футеровкой, в частности для доменных печей, с обращенной внутрь печи первой катаной частью охлаждающей плиты, а также второй катаной задней частью охлаждающей плиты, которые сварены друг с другом, и с образованным между первой и второй частями охлаждающей плиты каналом охлаждения, а также с отрезками трубы для впуска охладителя и соответственно выпуска охладителя. При этом как первая, так и вторая части охлаждающей плиты выполнены из меди или из низколегированного медного сплава. Кроме того, изобретение относится к системе охлаждения.

Охлаждающая плита вышеуказанного типа описана в заявке Германии 10000987.5. В ней раскрыта охлаждающая плита для шахтных печей, снабженных огнеупорной футеровкой, с каналами охлаждения для подачи охладителя, причем, по меньшей мере, обращенная внутрь печи фронтальная сторона представляет собой изготовленный предпочтительно из меди или низколегированного медного сплава блюм, снабженный канавками для приема огнеупорного материала, причем два желобообразных катаных профиля, обращенных своими желобами соответственно вовне, сварены друг с другом и при этом в заднем катаном профиле или в дополняющем профиле выполнены отверстия для приема концов трубчатых соединительных деталей, которые приварены, и при этом свободные концы катаных профилей закрыты крышками.

Изгибание первой части охлаждающей плиты или щита, а также введение канавок в изогнутый щит сопряжено с высокими затратами при изготовлении. К тому же обусловленное желобообразной формой обеих частей охлаждающей плиты примерно "линзообразное" поперечное сечение канала охлаждения оказывается не оптимальным с точки зрения гидродинамики. В то время как текущее с боковых направляющих элементов щита к каналу водяного охлаждения количество тепла является наибольшим, непосредственно в углах "линзы" скорость потока охлаждающей воды является наименьшей. Низкая скорость потока приводит к низким коэффициентам α теплопередачи от внутренней стороны канала охлаждения к охлаждающей воде. Кроме того, протекающая водная масса при известных условиях нагревается недопустимо сильно.

В основе изобретения лежит задача создания охлаждающей плиты вышеописанного типа с улучшенными технологическими и гидродинамическими характеристиками, а также характеристиками охлаждения.

Эта задача решается посредством охлаждающей плиты с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также посредством системы с признаками пункта 12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно основной идее изобретения первая часть охлаждающей плиты или щит охлаждающей плиты или холодильника выполнен уже не выпуклым, а в виде блюма с плоской фронтальной стороной, обращенной внутрь печи, т.е. с плоской горячей стороной, и площадь поперечного сечения канала охлаждения, образующегося между первой и второй частью охлаждающей плиты, в концевых зонах, если смотреть на протяженность в продольном направлении площади поперечного сечения, больше, чем в средней зоне. Концевые зоны поперечного сечения канала охлаждения представляют собой зоны вблизи линий соединения или сварочных швов обеих частей охлаждающей плиты. Концевые зоны могут принимать любую форму, поскольку они имеют большую площадь поперечного сечения, чем в средней зоне. Эта соответствующая изобретению форма поперечного сечения обуславливает то, что наибольшая часть охлаждающей воды протекает теперь не в средней зоне, а в испытывающих тепловую нагрузку концевых зонах канала охлаждения, причем достигаются более высокие скорости потока и тем самым более оптимальные значения коэффициентов теплопередачи. При этом поперечное сечение в средней зоне следует рассчитывать таким образом, чтобы поступающие туда меньшие количества тепла могли отводиться удовлетворительным образом.

В целом, таким образом создается охлаждающая плита с улучшенными гидродинамическими свойствами охлаждающей воды и, следовательно, свойствами охлаждения. Достигается выравнивание температуры на горячей стороне, т.е. на стороне, обращенной внутрь печи. К тому же обеспечивается существенное технологическое преимущество, состоящее в том, что первая часть охлаждающей плиты выполняется плоской и больше не должна изгибаться. Кроме того, введение канавок в плоскую охлаждающую плиту выполняется значительно более просто, чем в изогнутую, например, путем фрезерования или профильной прокатки.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления концевые зоны поперечного сечения канала охлаждения выполняются выпуклыми с одной стороны или с обеих сторон. С учетом средней зоны получается поперечное сечение канала охлаждения, которое сравнимо с формой кости или разрезанной по продольной оси половины кости. За счет такой формы достигается особенно хорошее соотношение скорости потока охлаждающей воды к поступающей тепловой нагрузке.

Для получения канала охлаждения с такой формой, подобной форме кости, предложены различные конструктивные комбинации. В случае поперечного сечения примерно в форме половины кости применяются либо первая часть охлаждающей плиты с углублениями, введенными в ее заднюю орошаемую сторону, либо вторая часть охлаждающей плиты, имеющая двойную желобообразную форму с выпуклостями, обращенными к стене печи. Подобная первая часть охлаждающей плиты объединяется с примерно плоской второй частью охлаждающей плиты; желобообразная вторая часть охлаждающей плиты объединяется с первой частью охлаждающей плиты с плоской орошаемой задней стороной. Для получения поперечного сечения в форме кости первая часть охлаждающей плиты с углублениями объединяется с соответствующей второй частью охлаждающей плиты с углублениями или с второй частью охлаждающей плиты двойной желобообразной формы.

Углубления, которые предпочтительно проходят параллельно продольной оси охлаждающей плиты, наносятся либо профильным накатыванием, либо фрезерованием. Желобообразная вторая часть охлаждающей плиты, которая выполнена более тонкой, чем первая часть охлаждающей плиты, изготавливается профильным накатыванием или гибкой.

Как первая, так и вторая части охлаждающей плиты состоят из меди или медного сплава.

Желобообразная вторая часть охлаждающей плиты в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления имеет по своей ширине различную толщину материала. Она выполнена на краях более толстой, чем в ее средней зоне. Это имеет то преимущество, что в зоне более сильного теплового потока, т.е. в краевой зоне, в распоряжении имеется больше медесодержащего материала и тем самым больше материала для передачи тепла. На основе усиленных краевых зон сварочный шов для соединения обеих частей друг с другом может быть выполнен более массивным. Это способствует механической стабильности охлаждающей плиты и тем самым дальнейшему улучшению характеристик охлаждения.

Вторая часть охлаждающей плиты может свариваться с краями первой части охлаждающей плиты; согласно предпочтительному варианту осуществления она сваривается как дополнительный профиль своими изогнутыми к задней стороне первой части охлаждающей плиты продольными кромками с задней стороной первой части охлаждающей плиты. Чтобы предотвратить образование волнистости краев первой части охлаждающей плиты вследствие неравномерного распределения температуры, предлагается в краевых зонах первой части охлаждающей плиты перпендикулярно продольной оси охлаждающей плиты выполнить с одинаковыми промежутками пазы.

В предпочтительном варианте осуществления свободные концы обеих связанных друг с другом частей охлаждающей плиты закрыты крышками, и отрезки труб для впуска и выпуска охладителя выступают через отверстия в задней второй части охлаждающей плиты. Чтобы снизить потери давления с орошаемой стороны в зоне впуска или соответственно выпуска охладителя, первая часть охлаждающей плиты, которая снабжена углублениями для канала охлаждения, на высоте отрезков труб выдолблена, например, путем удаления меди фрезерованием. Переход увеличенной таким образом зоны впуска и соответственно выпуска к углублениям канала охлаждения реализуется тем, что глубина выемки ступенчато убывает к углублениям канала охлаждения. Основу для снижения потерь давления теперь создает более плавный переход от круглого отрезка трубы к предложенному в изобретении поперечному сечению канала охлаждения с увеличенными концевыми зонами и с уменьшенной средней зоной.

Наряду с соединением в виде поперечины и фиксатора, для навешивания охлаждающей плиты на стенки шахтной печи, предложено, чтобы охлаждающая плита имела, по меньшей мере, две точки подвешивания, причем первая точка подвешивания реализуется как жесткое соединение в верхней части охлаждающей плиты, предпочтительно выше отрезка трубы для впуска или выпуска охладителя, а вторая точка подвешивания реализуется в виде свободного соединения в нижней части охлаждающей плиты, предпочтительно непосредственно над отрезком трубы для впуска или соответственно выпуска охладителя. За счет такого предпочтительного варианта подвеса со свободными (незакрепленными) точками, который предпочтительно реализован как навешивание, достигается то, что нижняя часть охлаждающей плиты может термически расширяться. Дополнительные детали и преимущества изобретения поясняются в зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании, в котором представленные на чертежах примеры осуществления пояснены более подробно. При этом наряду с приведенными выше комбинациями признаков, существенными для изобретения являются и сами признаки в отдельности и в других комбинациях. На чертежах представлено:

Фиг. 1 - поперечное сечение охлаждающей плиты согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 2 - поперечное сечение охлаждающей плиты согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 3 - предпочтительный вариант выполнения второй части охлаждающей плиты по фиг. 2;

Фиг. 4 - продольный разрез охлаждающей плиты, смонтированной на стенках шахтной печи;

Фиг. 5 - фрагмент продольного разреза первой части охлаждающей плиты согласно предпочтительному варианту выполнения по фиг. 1;

Фиг. 6 - вид сбоку охлаждающей плиты с первой частью охлаждающей плиты в предпочтительном варианте выполнения;

Фиг. 7 - фрагмент системы охлаждения, смонтированной на стенках печи;

Фиг. 8 - продольный разрез А-А охлаждающей плиты по фиг. 7;

Фиг. 9 - показанный на фиг. 8 верхний фрагмент в увеличенном масштабе;

Фиг. 10 - показанный на фиг. 8 нижний фрагмент в увеличенном масштабе.

На фиг. 1 показана охлаждающая плита 1 или холодильник с первой частью 2 охлаждающей плиты, которая обращена во внутреннее пространство О_i печи, и с второй задней частью 3 охлаждающей плиты, которые сварены друг с другом. Сварочные швы 4 лежат на защищенной холодной стороне охлаждающей плиты или холодильника. Между орошаемой задней стороной 5 первой части 2 охлаждающей плиты в виде катаного медного слитка и орошаемой стороной 6 второй части 3 охлаждающей плиты формируется канал 7 охлаждения, в который подается охладитель, предпочтительно охлаждающая вода. Для впуска и выпуска воды в отверстиях во второй части 3 охлаждающей плиты смонтированы отрезки 8, 9 труб. Крепление охлаждающей плиты 1 к стенке 10 печи осуществляется, например, посредством поперечины 11, которая вводится в смонтированный на стенке печи держатель 12 и фиксируется посредством болта 13 (см. фиг. 4). Первая часть 2 охлаждающей плиты выполнена в виде массивного блюма с плоской - в смысле не выпуклой - фронтальной стороной 14, в которой выполнены проходящие поперек продольной оси охлаждающей плиты 1 канавки 15, которые при завершении монтажа облегчают нанесение огнеупорной массы для набивки или торкрет-массы.

На орошаемой задней стороне 5 первой части 2 охлаждающей плиты или щита выполнены два проходящих параллельно продольной оси плиты 1 разнесенные на расстояние друг от друга углубления 16, 17, каждое из которых имеет поперечное сечение примерно в форме полукруга. Канал 7 охлаждения с задней стороны, т.е. со стороны стенки печи, замкнут примерно плоской или немного выпуклой вовне второй частью 3 охлаждающей плиты в смысле дополняющей части. Тем самым образуется канал 7 охлаждения с площадью поперечного сечения, причем концевые зоны 18, 19, если смотреть в направлении продольной протяженности (направление х), имеют большую площадь поперечного сечения, чем в средней зоне 20.

Другой предпочтительный вариант осуществления охлаждающей пластины 101 с поперечным сечением канала охлаждения согласно изобретению представлен на фиг. 2. В этом варианте осуществления желательное поперечное сечение канала 107 - в данном случае поперечное сечение, перпендикулярное продольной оси охлаждающей плиты, - определяется формой второй части 103 охлаждающей плиты. Указанная часть выполнена двойной желобообразной формы. За счет формы кривизны желобов 121, 122, а также выполнения - в данном случае - короткой или более длинной средней зоны 123, создается желательное поперечное сечение канала охлаждения с увеличенными концевыми зонами 118, 119 по отношению к средней зоне 120 поперечного сечения.

Чтобы такую охлаждающую плиту 101 стабилизировать механически, желобообразная вторая часть 203 охлаждающей плиты или соответственно медный лист в ее краевых зонах 324, 325 усиливается, т.е. выполняется с большей толщиной, как показано на фиг. 3.

На фиг. 4 показан продольный разрез охлаждающей плиты 1 в положении крепления на стенке печи, например на стенке доменной печи. После фиксации охлаждающей плиты 1 по принципу поперечины и держателя оставшееся пространство между охлаждающей плитой 1 и стенкой 10 печи заполняется массой 26 теплоизолирующей засыпки. Отрезки 8 и 9 труб сварены (27) с второй частью 3 охлаждающей плиты. Канал 7 охлаждения закрыт на свободных концах крышками 28, 29.

Другой предпочтительный вариант выполнения охлаждающей плиты 1, исходя из варианта выполнения по фиг. 1, представлен на фиг. 5. Выполненная массивной первая часть 2 охлаждающей плиты в зонах, которые являются противолежащими по отношению к отрезкам 8, 9 труб для впуска или соответственно выпуска охлаждающей воды, дополнительно выдолблена (выемки 30), так что зона впуска или соответственно выпуска увеличивается. Это увеличение поперечного сечения постепенно - ступенчатым образом - сопрягается с формой углублений 16, 17 канала охлаждения. Это положительно воздействует на уменьшение потерь давления охлаждающей воды.

Поскольку вторая часть 3 охлаждающей плиты размещена на задней стороне первой части 2 охлаждающей плиты таким образом, что краевые зоны 2а,b (или также плавниковые зоны) не покрыты, существует опасность возникновения волнистости первой части охлаждающей плиты. Это предотвращается путем выполнения канавок 31 в краевых зонах 2а,b поперек продольной оси охлаждающей плиты, которые проходят от краевой области 32 почти до второй части 3 охлаждающей плиты. За счет канавок краевые зоны имеют возможность термического расширения без напряжений в процессе работы.

Охлаждающие плиты в соответствии с изобретением объединяются в систему охлаждения. Они размещаются, например, непосредственно рядом друг с другом, причем их стабильность может поддерживаться за счет использования принципа шип-паз в первых частях охлаждающих плит. Альтернативно краевые зоны первых частей охлаждающих плит могут также размещаться с перекрытием.

Фрагмент такой системы 33 охлаждения, включающей в себя несколько охлаждающих плит 1 или соответственно холодильников, показан на фиг. 7, на которой представлен предпочтительный вариант выполнения системы подвески для холодильников на стенке 10 печи. Для этого каждая охлаждающая плита 1 или соответственно холодильник имеет несколько точек 34-39 подвеса, в данном случае шесть, причем соответствующие верхние точки 34, 35 подвеса выполнены в виде неподвижных (фиксированных) точек, а лежащие под ними точки 36-39 подвеса выполнены как свободные точки.

В фиксированных точках 34, 35 (см. фиг. 8 и особенно фиг. 9) выполняется неподвижное соединение между охлаждающей плитой 1 и стенкой 10 печи путем вкручивания сверху винта 40. Для этого на стенке 10 печи выполняется выступ 41, а на задней стороне охлаждающей плиты 1 вне зоны канала охлаждения - соответствующий выступ 42, предпочтительно посредством сварки, которые имеют соответствующие отверстия и которые соединяются между собой посредством винта 40. Свободные точки 36-39 выполнены способом, подобным навешиванию дверей, как наглядно представлено на фиг. 10. Для этого охлаждающая плита в соответствующих местах на ее задней стороне имеет снабженные отверстиями выступы 43, которые навешиваются на соответственно выступающие из стенок печи цапфы 44, закрепленные в выступе 45. Эти свободные точки 36-39 обеспечивают возможность термического расширения охлаждающей плиты 1 вниз. Для того чтобы требуемое для термического расширения место в подвесках или соответственно свободных точках не блокировалось массой теплоизолирующей засыпки, на этих местах при монтаже вставляется теряемая деталь 46 из синтетического материала, предпочтительно пенополистирола.

В целом, благодаря предложенному поперечному сечению канала охлаждения, создается холодильник с оптимизированными гидродинамическими характеристиками и характеристиками охлаждения, который также обладает технологическими преимуществами по сравнению с известным холодильником. По сравнению с известными холодильниками из меди заявленный холодильник, ввиду меньшей толщины, обеспечивает существенную экономию материала и веса, следствием чего является больший полезный объем рабочего пространства печи.

Изобретение относится к области металлургии, точнее к охлаждающим устройствам шахтных печей. Охлаждающая плита для шахтных печей, снабженных огнеупорной футеровкой, имеет первую часть, обращенную во внутреннее пространство печи, а также вторую катаную заднюю часть, которые сварены между собой, и канал охлаждения, образованный между первой и второй частью охлаждающей плиты, а также отрезки труб для впуска охладителя или соответственно выпуска охладителя. Первая часть охлаждающей плиты выполнена в виде блюма с плоской фронтальной стороной к внутреннему пространству печи, а площадь поперечного сечения канала охлаждения относительно продольной протяженности поперечного сечения в концевых зонах больше, чем в средней зоне. Множество расположенных рядом друг с другом охлаждающих плит образуют систему охлаждения шахтной печи. Использование изобретения улучшает технологические и гидродинамические характеристики системы охлаждения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Охлаждающая плита (1, 101) для шахтных печей, снабженных огнеупорной футеровкой, содержащая первую часть (2, 102) охлаждающей плиты, обращенную во внутреннее пространство (О_i), а также вторую заднюю часть (3, 103) охлаждающей плиты, которые сварены между собой, и канал (7, 107) охлаждения, образованный между первой и второй частями охлаждающей плиты, а также отрезки (8, 9) трубы для впуска охладителя или соответственно выпуска охладителя, отличающаяся тем, что первая часть (2, 102) охлаждающей плиты выполнена в виде блюма с плоской фронтальной стороной (14) к внутреннему пространству (O_i) печи, а площадь поперечного сечения канала охлаждения относительно продольной протяженности поперечного сечения в концевых зонах (18, 19; 118, 119) больше, чем в средней зоне (20; 120).2. Охлаждающая плита по п.1, отличающаяся тем, что концевые зоны (18, 19; 118, 119) с одной стороны или с обеих сторон выполнены выпуклыми.3. Охлаждающая плита по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что поперечное сечение канала охлаждения на своей обращенной к внутреннему пространству (О_i) печи стороне образовано первой частью (2) охлаждающей плиты по меньшей мере с двумя проходящими в ее задней стороне (5) углублениями (16, 17).4. Охлаждающая плита по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что поперечное сечение канала охлаждения с задней стороны образовано второй частью (103) охлаждающей плиты по меньшей мере двойной желобообразной формы с выпуклостями, обращенными к стенке печи.5. Охлаждающая плита по п.3, отличающаяся тем, что поперечное сечение канала охлаждения с задней стороны образовано примерно плоской второй частью (3) охлаждающей плиты.6. Охлаждающая плита по любому из пп.4 и 5, отличающаяся тем, что вторая часть (103) охлаждающей плиты в своей краевой зоне 324, 325) выполнена с большей толщиной, чем в своей средней зоне.7. Охлаждающая плита по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что вторая часть (3, 103) охлаждающей плиты своими продольными краями приварена к задней стороне (5) первой части (2, 102) охлаждающей плиты.8. Охлаждающая плита по п.7, отличающаяся тем, что вторая часть (3) охлаждающей плиты приварена к задней стороне первой части (2) охлаждающей плиты на расстоянии от ее краев (2а, 2b) и в краевых зонах (2а, 2b) первой части (2) охлаждающей плиты перпендикулярно продольной оси охлаждающей плиты выполнена по меньшей мере одна канавка (31).9. Охлаждающая плита по любому из пп.3-8, отличающаяся тем, что отрезки (8, 9) труб для впуска и выпуска охладителя выступают через отверстия в задней стороне второй части (3) охлаждающей плиты и на высоте этих отрезков (8, 9) труб первая часть (2) охлаждающей плиты выдолблена, причем глубина выемки (30) ступенчатым образом уменьшается к углублениям (16, 17) канала охлаждения.10. Охлаждающая плита по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что охлаждающая плита (1, 101) для соединения со стенками (10) шахтной печи имеет по меньшей мере две точки (34, 38) подвеса, причем первая точка (34) подвеса выполнена как фиксированное соединение в верхней части охлаждающей плиты, а вторая точка (38) подвеса выполнена как свободное соединение в нижней части охлаждающей плиты.11. Охлаждающая плита по п.10, отличающаяся тем, что первая точка (34) подвеса в качестве фиксированного соединения включает в себя винтовое соединение, а вторая точка (38) подвеса в качестве свободного соединения включает в себя соединение навешивания.12. Система (33) охлаждения шахтной печи, снабженной огнеупорной футеровкой, включающая в себя множество расположенных рядом друг с другом и/или друг над другом охлаждающих плит (1, 101) по любому из пп.1-11, выполненных из катаной меди или из катаного медного сплава.