ОХЛАЖДАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ Российский патент 2007 года по МПК F27B1/24 C21B7/10 

Изобретение касается охлаждающей панели, состоящей из меди или низколегированного медного сплава для металлургических печей, снабженных внешней облицовкой из стального листа, с минимум одним, преимущественно, минимум с двумя каналами для охлаждающей жидкости, проходящими внутри охлаждающей панели, при этом патрубки для подвода и/или отвода охлаждающей жидкости выведены через облицовку наружу.

Такого рода охлаждающие панели расположены между кожухом и футеровкой и подсоединены к системе охлаждения. На стороне, обращенной к внутренней полости печи, охлаждающие панели частично снабжены огнеупорным материалом.

Из DE 3925280 известна охлаждающая панель, в которой каналы для охлаждающей жидкости выполнены из залитых в чугун труб. Патрубок также подсоединен к системе охлаждения. Для этих панелей характерен низкий отвод тепла, связанный с небольшой теплопроводностью чугуна, а также с наличием сопротивления между охлаждающими трубами и собственно телом панели, вследствие присутствия слоя окислов или воздушного зазора.

В случае потери части футеровки в доменной печи после определенного периода эксплуатации внутренняя поверхность охлаждающей панели подвергается непосредственному воздействию температуры в печи. Так как температура в печи значительно превышает температуру плавки чугуна и внутреннее термическое сопротивление охлаждающей панели ведет к недостаточному охлаждению горячей стороны панели, это влечет за собой неизбежно ускоренный износ чугунной панели и соответственно сокращение ее срока службы.

В DE 19943287 A1 описана медная охлаждающая панель, которая вблизи верхних патрубков для охлаждающей жидкости с помощью точечных крепежных элементов неподвижно соединена с облицовкой. Дополнительно и верхние патрубки также неподвижно соединены с облицовкой. Другие крепежные элементы выполнены в виде подвижных крепежных элементов, позволяющих перемещаться как в горизонтальном (x), так и вертикальном (y) направлениях. Нижние патрубки для охлаждающей жидкости газонепроницаемо соединены с облицовкой только с помощью обычных компенсаторов. В этой области охлаждающая панель не фиксируется ни в одном из трех направлений.

В связи с тем, что температура охлаждающей панели на стороне, обращенной к внутренней полости печи, достигает значения, превышающего 300°С, а на стороне, обращенной к облицовке, остается равной температуре охлаждающей жидкости, или равной окружающей среде, охлаждающая панель испытывает очень большие температурные напряжения. В охлаждающей панели согласно DE 19943287 A1 это ведет к тому, что панель, которая полностью зафиксирована во многих местах, под влиянием температуры претерпевает пластические деформации и при охлаждении происходит ее чашеобразное коробление в сторону внутренней полости печи. Следствием этого является появление трещин в патрубках и выход охлаждающей жидкости.

Задачей изобретения является создание охлаждающей панели, в которой по сравнению с уровнем техники были бы невозможны такие чашеобразные деформации коробления и не возникали бы обусловленные напряжениями трещины в патрубках для охлаждающей жидкости.

Эта задача согласно изобретению решается таким образом, что охлаждающая панель снабжена крепежными трубами, которые выведены через облицовку из стального листа наружу и которые после прохода через облицовку из стального листа снабжены крепежными элементами, в частности крепежными пластинами или крепежными шайбами, при этом крепежные трубы и крепежные элементы выполнены из материала, имеющего более высокую прочность, чем медь или низколегированный медный сплав.

Предложенная охлаждающая панель в месте расположения крепежных труб подвижна как в вертикальном (y), так и в горизонтальном (x) направлениях, в то время как имеется препятствие смещению в z-направлении, т.е. "выпиранию" в направлении внутренней полости печи за счет установленных на трубах крепежных элементов, которые снаружи опираются на облицовку из стального листа.

Несмотря на то, что возможно появление напряжений в z-направлении, однако они воздействуют не на медные патрубки для охлаждающей жидкости, которые чувствительны к этим напряжениям, как это имеет место в уровне техники, а на крепежные трубы и крепежные элементы, изготовленные из гораздо более подходящего материала.

Конкретно предпочтительным материалом для крепежных труб и крепежных элементов является сталь, при необходимости, высококачественная сталь. В принципе подходит любой материал, который соответствует требованию наличия существенно большей прочности по сравнению с медью или низколегированным медным сплавом, как это имеет место в случае стали. Далее предпочтительным является материал, детали из которого, как минимум могут быть сварены между собой и, предпочтительно, могут быть сварены с медью или с низколегированным медным сплавом, что также имеет место в случае такого предпочтительного материала, как сталь.

Согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения предложенная охлаждающая панель в своей центральной области соединена с облицовкой из стального листа с помощью неподвижного крепежного элемента.

Таким неподвижным крепежным элементом может быть, например, крепежный болт, который фиксирует панель в этом месте в каждом из трех направлений в пространстве.

Согласно изобретению охлаждающая панель благодаря этому зафиксирована в своем положении и в целом не может сместиться из этого положения в результате возникновения термически обусловленных напряжений. Термическое расширение панели от этой центральной точки далее может быть неограниченным.

Согласно другому предпочтительному варианту исполнения охлаждающая панель снабжена, в частности при соотношении высота/ширина ≥3, минимум одним расположенным выше и/или ниже неподвижного крепежного элемента элементом с подвижным закреплением, позволяющим смещение только в вертикальном направлении.

Альтернативой этому является охлаждающая панель, в частности при соотношении высота/ширина <3, предпочтительно <2, которая снабжена расположенным слева и/или справа от неподвижного крепежного элемента подвижным крепежным элементом, позволяющим смещение только в горизонтальном направлении.

Таким подвижным крепежным элементом может быть, например, крепежный болт с шайбой, при этом шайба остается не приваренной к облицовке из стального листа и может перемещаться относительно нее и фиксирует в зависимости от расположения крепежного элемента панель либо относительно x-направления, либо относительно y-направления, но в любом случае в z-направлении.

Оба названных варианта обеспечивают дополнительно к фиксации, достигаемой с помощью центральной точки крепления то, что охлаждающая панель теперь не только зафиксирована в своем положении, но и то, что охлаждающая панель защищена от скручивания, вызываемого термически обусловленными напряжениями. Далее становится возможным термическое расширение панели в направлениях, которые допускаются подвижным крепежным элементом.

Особо предпочтительная форма исполнения предложенной охлаждающей панели состоит в том, что она на стороне, обращенной к внутренней полости печи, имеет поперечные ребра и канавки, причем поперечные ребра в продольном направлении разбиты на секции.

Поперечные ребра являются той частью охлаждающей панели, которая меньше всего испытывает охлаждающее воздействие охлаждающей жидкости. По этой причине поперечные ребра имеют максимальную температуру относительно всей панели (составляет, как уже упоминалось, около 300°С). Благодаря разбивке поперечных ребер на отдельные участки уменьшаются до возможного минимума напряжения, вызванные тепловым расширением поперечных ребер. Разбивка ребер на секции могла бы стать пригодным средством уже сейчас для охлаждающих панелей, известных из уровня техники, для того, чтобы уменьшить "выпучивание" охлаждающей панели и существенно повысить срок службы охлаждающих панелей, в частности патрубков для охлаждающей жидкости.

Чтобы не оказывать отрицательного влияния на механическую прочность всей охлаждающей панели, является предпочтительным то, что разбивка поперечных ребер на секции выполнена в виде расположенных в основном под прямым углом к ребру разрезов.

Эти разрезы преимущественно выполнены таким образом, что они расположены не над каналами с охлаждающей жидкостью, а между ними. При возможном образовании трещины благодаря этому уменьшается опасность распространения трещины в каналы для охлаждающей жидкости.

Чтобы не оказывать отрицательного воздействия на несущую способность поперечных ребер, которые, обычно, проходят горизонтально, является предпочтительным, что разбивка ребер выполнена таким образом, что отдельные секции смещены в горизонтальном направлении относительно друг друга.

Другие различные варианты исполнения изобретения касаются детальной конструкции крепежных труб, крепежных элементов и патрубков для охлаждающей жидкости. Эти особые варианты исполнения являются предметом пунктов 6-12 формулы изобретения.

В принципе предпочтительно, чтобы крепежная труба окружала патрубок для охлаждающей жидкости, чтобы крепежная труба проходила наружу через облицовку из стального листа и чтобы патрубок выходил наружу через облицовку внутри крепежной трубы.

Вид соединения между крепежной трубой и охлаждающей панелью, и/или между патрубком для охлаждающей жидкости и панелью или между трубой и патрубком может быть самым разным.

По первому и предпочтительному варианту к крепежной трубе, окружающей патрубок для охлаждающей жидкости, приварен соединительный элемент, имеющий вид шайбы, и этот соединительный элемент привинчен к охлаждающей панели. Патрубок для охлаждающей жидкости соединен с охлаждающей панелью с помощью сварки.

По второму варианту крепежная труба, окружающая патрубок для охлаждающей жидкости, соединена непосредственно с охлаждающей панелью с помощью сварки, также патрубок для охлаждающей жидкости приварен к охлаждающей панели.

По одному из других вариантов исполнения между патрубком для охлаждающей жидкости и крепежной трубой установлен соединительный элемент, имеющий форму кольца или шайбы. Патрубок и крепежная труба установлены на этом соединительном элементе. Соединение между соединительным элементом и охлаждающей панелью с одной стороны, а также между соединительным элементом и патрубком или крепежной трубой осуществляется, предпочтительно, с помощью сварки.

По одному из других вариантов патрубок для охлаждающей жидкости выполнен цельным и снабжен фланцем, и этот фланец закреплен на охлаждающей панели. Крепежная труба окружает патрубок, установлена на этом фланце и соединена с ним с помощью сварки.

Согласно одному из других вариантов исполнения крепежная труба выполнена также как патрубок для охлаждающей жидкости, таким образом она выполняет обе функции, т.е. служит для подвода и/или отвода охлаждающей жидкости, а также для функций крепления этого патрубка.

За исключением последнего варианта при всех вариантах исполнения патрубки для охлаждающей жидкости изготовлены либо из того же материала, что и охлаждающая панель, либо из другого материала, предпочтительно из материала, из которого изготовлена крепежная труба.

При последнем варианте отсутствует возможность такого выбора, здесь патрубок является одновременно и крепежной трубой, и поэтому изготовлен в любом случае из материала крепежной трубы.

Изобретение ниже более подробно поясняется с помощью фиг.1-9.

Фиг.1: Охлаждающая панель с двумя каналами.

Фиг.2: Охлаждающая панель с четырьмя каналами.

Фиг.3: Расположение нескольких охлаждающих панелей.

Фиг.4: Разбивка на секции охлаждающей панели с четырьмя каналами.

Фиг.5-9: Различные варианты исполнения крепежной трубы.

Фиг.1 показывает охлаждающую панель 1 с двумя каналами, которая закреплена на облицовке 2 из стального листа. Охлаждающая панель состоит из меди и имеет на своей стороне, обращенной к внутренней полости печи, поперечные ребра 3. Промежуточное пространство между охлаждающей панелью 1 и облицовкой 2 из стального листа заполнено огнеупорным материалом. Над и под, а также сбоку, это не показано, от охлаждающей панели 1 расположены другие охлаждающие панели 1'. Охлаждающая панель 1 снабжена вертикально проходящими каналами 5 для охлаждающей жидкости, которые выполнены в виде глухих отверстий в отлитом или полученном методом прокатки теле панели. К верхнему, а также к нижнему концам каждого канала 5 для охлаждающей жидкости подведены патрубки 6 для подвода и/или отвода охлаждающей жидкости (обычно воды), которые проходят через облицовку 2. Каждый патрубок 6 заключен в крепежную трубу 7, которая точно также проходит наружу через облицовку. К крепежной трубе 7 приварен соединительный элемент 8 в виде шайбы, который со своей стороны с помощью резьбового соединения 9 закреплен на охлаждающей панели 1. С внешней стороны облицовки 2 крепежная труба 7 снабжена приваренной шайбой 10, которая ограничивает подвижность охлаждающей панели 1 в направлении внутренней полости печи. Крепежная труба 7 и патрубок для охлаждающей жидкости 6 соединены газонепроницаемо с помощью обычных компенсаторов 11 с облицовкой 2 из стального листа. В середине охлаждающей панели 1 она с помощью неподвижного элемента крепления 12, выполненного в виде крепежного болта, фиксировано соединена с облицовкой 2. Неподвижный элемент крепления 12 газонепроницаемо с помощью сварки соединен с облицовкой 2. Над и под элементом крепления 12 расположены подвижные крепежные элементы 13. Крепежные элементы 13 точно также выполнены в виде крепежных болтов, однако они не приварены газонепроницаемо к облицовке 2, а могут скользить в направляющей 14 вверх или вниз. Для уплотнения относительно внутренней полости печи над крепежными элементами 13 установлены уплотнительные колпаки 15.

На фиг.2 показана охлаждающая панель 16 с четырьмя каналами, которая за исключением удвоенного количества каналов 5 в значительной мере идентична охлаждающей панели 1, изображенной на фиг.1. В связи с исполнением с другим соотношением высота/ширина подвижные крепежные элементы 13 расположены не под и над неподвижным крепежным элементом 12, а находятся сбоку. Направляющие 14 расположены таким образом, что позволяют скользить крепежным элементам 13 в горизонтальном направлении.

На фиг.3 схематически показано расположение охлаждающих панелей 1 с двумя каналами и панелей 16 с четырьмя каналами для охлаждающей жидкости в одной печи. Здесь же представлена система координат, на которой можно видеть x-, y- и z-направления, на которые в тексте имелись ссылки.

На фиг.4 показаны разбитые на секции в горизонтальном направлении поперечные ребра 3 на охлаждающей панели 16. Отдельные секции примерно одинаковы по величине и расположены со смещением в горизонтальном направлении равными примерно половине их длины.

На фиг.5 показан в увеличенном виде предпочтительный вариант исполнения крепежной трубы 7, патрубка 6 для охлаждающей жидкости и крепления соединительного элемента 8 с помощью резьбового соединения 9 к охлаждающей панели 1.

Показанный на фиг.6 вариант исполнения отличается от приведенного на фиг.5 тем, что соединение крепежной трубы 7 и охлаждающей панели 1 выполнено с помощью сварки.

На фиг.7 показано исполнение, при котором на соединительном элементе 8 закреплены как крепежная труба 7, так и патрубок 6 для охлаждающей жидкости.

На фиг.8 можно видеть выполненный цельным, снабженный фланцем патрубок 6 для охлаждающей жидкости, при этом на фланце закреплена также крепежная труба 6.

На фиг.9 представлена особая форма исполнения. На приваренном к охлаждающей панели кольцеобразном соединительном элементе 8 установлен сваренный с ним патрубок 17, при этом патрубок 17 изготовлен из материала крепежной трубы, например, из стали и по причине более высокой прочности, по сравнению с медью, этот патрубок служит одновременно как патрубок для охлаждающей жидкости, и как крепежная труба.

На всех фиг.5-9 охлаждающие панели 1 фиксируются в z-направлении в сторону внутренней полости печи с помощью установленных снаружи облицовки 2, приваренных к крепежным трубам 7, 17 крепежных шайб 10.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к охлаждающим устройствам металлургических печей. Охлаждающая панель состоит из меди или низколегированного медного сплава для металлургических печей, снабженных внешней облицовкой из стального листа преимущественно с двумя проходящими внутри охлаждающей панели каналами для охлаждающей жидкости. Патрубки для охлаждающей жидкости выведены наружу через облицовку из стального листа. На охлаждающей панели установлены крепежные трубы. Охлаждающая панель зафиксирована в направлении к внутренней полости печи. Крепежные трубы с внешней стороны облицовки из стального листа снабжены крепежными элементами. Крепежные трубы и крепежные элементы изготовлены преимущественно из стали. Использование изобретения исключает чашеобразные деформации коробления охлаждающей панели и трещины в патрубках для охлаждающей жидкости, обусловленные напряжениями. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Охлаждающая панель (1, 16), состоящая из меди или низколегированного медного сплава, для снабженных наружной облицовкой (2) из стального листа металлургических печей, с минимум одним, преимущественно минимум с двумя проходящими внутри охлаждающей панели (1, 16) каналами 5 для охлаждающей жидкости, при этом патрубки (6) для подвода или отвода охлаждающей жидкости выведены наружу через облицовку (2) из стального листа, отличающаяся тем, что охлаждающая панель (1, 16) снабжена крепежными трубами (7), которые через облицовку (2) из стального листа выведены наружу и которые после вывода через облицовку (2) из стального листа снабжены крепежными элементами (10), в частности крепежными пластинами или крепежными шайбами, и при этом крепежные трубы (7) и крепежные элементы (10) изготовлены из материала, который имеет более высокую прочность, чем медь или низколегированный медный сплав, а охлаждающая панель (1, 16) в своей центральной области соединена с облицовкой (2) из стального листа с помощью неподвижного крепежного элемента (12).2. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что она при соотношении высота/ширина в охлаждающей панели (1, 16) ≥3 снабжена минимум одним расположенным над и/или под неподвижным крепежным элементом (12) подвижным крепежным элементом (13), позволяющим перемещение только в вертикальном направлении.3. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что она при соотношении высота/ширина в охлаждающей панели (1, 16) <3, предпочтительно <2 снабжена минимум одним расположенным слева и/или справа от точечного неподвижного крепежного элемента (12) подвижным крепежным элементом (13), позволяющим перемещение только в горизонтальном направлении.4. Охлаждающая панель (1, 16) по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что она на стороне, обращенной к внутренней полости печи, имеет поперечные ребра (3) и канавки, причем поперечные ребра (3) в своем продольном направлении разбиты на секции.5. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что крепежная труба (7) окружает патрубок (6) для охлаждающей жидкости и закреплена на охлаждающей панели (1, 16), например, с помощью винтов или сварки.6. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что между крепежной трубой (7) и патрубком (6) для охлаждающей жидкости предусмотрен предпочтительно кольцеобразный или имеющий форму шайбы соединительный элемент (8).7. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что патрубок (6) для охлаждающей жидкости выполнен цельным и снабжен фланцем, который закреплен на охлаждающей панели (1, 16).8. Охлаждающая панель (1, 16) по п.7, отличающаяся тем, что крепежная труба (7), окружающая патрубок (6) для охлаждающей жидкости, закреплена на фланце.9. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что патрубки (6) для подвода и/или отвода охлаждающей жидкости изготовлены из такого же материала, как и охлаждающая панель (1, 16).10. Охлаждающая панель (1, 16) по п.1, отличающаяся тем, что патрубок (17) выполнен как крепежная труба (7) и как патрубок (6) для охлаждающей жидкости.11. Охлаждающая панель (1, 16) по одному из п.10, отличающаяся тем, что патрубки (7, 17) для подвода и/или для отвода охлаждающей жидкости изготовлены из того же материала, что и крепежные трубы (7).