ОХЛАЖДАЮЩАЯ ПЛИТА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ СО ВСТРОЕННОЙ СИСТЕМОЙ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗНОСА Российский патент 2018 года по МПК C21B7/10 

Область изобретения

Настоящее изобретение, в общем, относится к охлаждающим плитам для металлургических печей, а именно доменных печей, и прежде всего к охлаждающим плитам со средствами для обнаружения износа корпуса в результате истирания огнеупорной стенки.

Уровень техники

Охлаждающие плиты для металлургических печей, также называемые «планками», являются хорошо известными из уровня техники. Они используются для покрытия внутренней стенки внешнего кожуха металлургической печи, такой как, например, доменная печь или электродуговая печь, и служат для обеспечения:

(1) теплоотводного защитного экрана между внутренним пространством печи и внешним кожухом печи, и

(2) крепежного средства для облицовки из огнеупорного кирпича, огнеупорного материала торкретирования или наращиваемого в ходе процесса слоя в печи.

Первоначально, охлаждающие плиты были представлены плитами из литейного чугуна с отлитыми в них охлаждающими трубами. В качестве альтернативы планкам из литейного чугуна, были разработаны медные планки. В настоящее время большинство охлаждающих плит для металлургической печи изготавливают из меди, медного сплава или, в последнее время, из стали.

Облицовка из огнеупорного кирпича, огнеупорный материал торкретирования или наращиваемый в ходе процесса слой образуют защитный слой, размещенный перед горячей поверхностью панелеобразного корпуса. Этот защитный слой является полезным для защиты охлаждающей плиты от ухудшения характеристик, вызываемого господствующей в печи агрессивной средой. На практике, однако, печь также иногда используют без этого защитного слоя, что приводит к эрозии пластинчатых ребер на горячей поверхности.

Как это является известным из уровня техники, в то время как в доменной печи первоначально предоставляется облицовка из огнеупорного кирпича на передней стороне планок, эта облицовка изнашивается в течение срока службы. Прежде всего, было замечено, что в секции заплечиков доменной печи огнеупорная облицовка может исчезнуть относительно быстро. В то время как в этом случае нарастающий слой шлака и шихты, как правило, образуется на горячей стороне охлаждающих плит, этот слой фактически непрерывно нарастает и стирается таким образом, что в течение некоторых периодов времени охлаждающие плиты оказываются подвергнутыми непосредственному воздействию тяжелых условий в доменной печи, что проводит к износу корпуса охлаждающей плиты.

Основными причинами износа нарастающего слоя и, само собой разумеется, облицовки и охлаждающих плит является восходящий поток горячих газов, а также истирание посредством опускающейся шихты (уголь, руда и т.д.). Относительно потока горячих газов, износ происходит не только вследствие тепловой нагрузки, но также и в результате истирания несомыми в восходящих газах частицами.

Документ JP-A2-61264110 описывает охлаждающую планку, содержащую систему обнаружения износа с помощью ультразвукового датчика, пребывающего в контакте с задней поверхностью корпуса планки для обнаружения его эрозии. Такая техника представляется как громоздкая для реализации в окружении доменной печи.

Цель изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении альтернативного и надежного способа отслеживания состояния износа охлаждающих плит.

Эта цель достигнута охлаждающей плитой, как заявлено в п. 1 формулы изобретения.

Сущность изобретения

Охлаждающая плита для металлургической печи согласно настоящему изобретению содержит корпус с передней поверхностью и с противоположной ей задней поверхностью, причем корпус имеет в себе по меньшей мере один канал теплоносителя. В процессе использования передняя поверхность, которая, предпочтительно, содержит чередующиеся ребра и углубления, обращена к внутреннему пространству печи.

Следует отметить, что охлаждающая плита оснащается средствами обнаружения износа, которые содержат несколько закрытых напорных камер, распределенных по различным местоположениям в пределах корпуса и размещенных на заданных глубинах ниже передней поверхности корпуса. Датчик давления соотнесен с каждой напорной камерой с целью обнаружения отклонения от эталонного давления, когда напорная камера становится открытой вследствие износа участка корпуса.

Тем самым настоящее изобретение предлагает способ обнаружения износа охлаждающих плит, основанный на физическом принципе изменения давления, что является легким и относительно недорогим для контроля. Кроме того, сеть закрытых, заделанных в корпус плиты напорных камер, позволяет осуществлять совместный контроль износа в нескольких местоположениях, и предоставляет возможность различения нескольких состояний износа (или уровней износа), в зависимости от числа закрытых напорных камер и их расстояния от поверхности. Следовательно, настоящее изобретение позволяет осуществлять расширенный контроль над охлаждающей плитой, который обеспечивает обнаружение состояния износа охлаждающей плиты в нескольких областях корпуса, а также обеспечивает различение отличных условий износа в той же области.

В предпочтительном варианте осуществления напорные камеры выполнены в виде глухих отверстий, высверленных от задней поверхности корпуса, и закрыты герметично смонтированными пробками. Каждый датчик давления в этом случае может быть поддержан его соответствующей пробкой, а присоединительный провод датчика давления герметично пропущен через пробку наружу. Подходящими являются, например, датчики пьезоэлектрического типа. Для простоты реализации напорные камеры и, соответственно, глухие отверстия могут быть выполнены в виде удлиненных полых камер, простирающихся по существу перпендикулярно передней поверхности корпуса. Глухие отверстия могут, например, иметь диаметр менее 5 мм, предпочтительно от 1 до 3 мм.

Предпочтительно, напорные камеры распределены по различным местоположениям группами по меньшей мере из двух напорных камер, причем каждая напорная камера в пределах группы размещена на различной заданной глубине ниже передней поверхности корпуса. Прежде всего, в пределах каждой группы одна напорная камера может быть размещена под ребром, а другая напорная камера может быть размещена под углублением. При этом можно отслеживать несколько областей охлаждающей плиты, и в каждой области также различать между различными уровнями износа. Например, группы напорных камер могут быть расположены в верхней, нижней и центральной секциях корпуса, предпочтительно с использованием 2 или 3 групп на секцию.

На практике напорные камеры изготавливают в виде закрытых и уплотненных камер, содержащих заданную текучую среду под эталонным давлением, выбранным таким образом, что в процессе использования эталонное давление в камерах отличается от рабочего давления доменной печи. Для простоты реализации текучая среда в напорных камерах является воздухом, хотя в принципе, могут быть использованы и другие газы (прежде всего, инертные газы). В принципе, текучая среда в напорных камерах может быть представлена жидкостью, например водой, но опять-таки предпочтительными являются газы, и прежде всего воздух, поскольку следует избегать попадания воды в печь даже в небольших количествах. Эталонное давление для газа может быть выбрано из: вакуумметрического давления, давления ниже рабочего давления печи, давления выше рабочего давления печи. Предположим, типичное рабочее давление доменной печи находится в диапазоне 2-3 бар, эталонное давление (измеренное при температуре окружающей среды) может составлять, например, около 1 бар (атмосферное давление), или около 4 бар или выше.

Согласно другому аспекту изобретение относится к доменной печи, содержащей кожух, облицованный охлаждающими плитами, как описано выше, а также содержит систему управления, которая выполнена для: получения сигналов давления от каждого из датчиков давления напорных камер в охлаждающих плитах, обнаружения отклонения давления от эталонного давления на датчиках давления, и отображения схемы распределения состояния износа облицовки из охлаждающих плит на основании информации из сигналов давления и известного местоположения охлаждающих плит в доменной печи.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение далее описывается в качестве примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1: принципиальный чертеж варианта осуществления предложенной охлаждающей плиты,

Фиг. 2: вертикальное представление вида в разрезе через охлаждающую плиту на фиг. 1, смонтированную на внешнем кожухе печи,

Фиг. 3: увеличенный вид детали А на фиг. 2.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Предпочтительный вариант предложенной охлаждающей плиты 10 схематично показан на фиг. 1-3. Охлаждающая плита 10 содержит корпус 12, который, как правило, формуют из плоской заготовки, например изготавливают из отливки или из медной, медносплавной или стальной штамповки. Кроме того, корпус 12 имеет по меньшей мере один заделанный в него обычный канал 14 теплоносителя. Как это может быть отмечено на фиг. 1, охлаждающая плита 10 в настоящем документе представлена с четырьмя каналами 14 теплоносителя с целью обеспечения теплоотводного защитного экрана между внутренним пространством печи и внешним кожухом печи 16 печи (или защитой).

Фиг. 2 показывает охлаждающую плиту 10 на фиг. 1 в поперечном разрезе, смонтированную на кожухе 16 печи. Корпус 12 имеет переднюю поверхность, обозначенную в общем как 18, также называемую горячей поверхностью, которая обращена к внутреннему пространству печи, и противоположную ей заднюю поверхность 20, также называемую холодной поверхностью, которая в процессе использования обращена к внутренней поверхности кожуха 16 печи.

Как известно из уровня техники, передняя поверхность 18 корпуса 12, предпочтительно, имеет структурированную поверхность, выполненную, прежде всего с чередующимися ребрами 22 и углублениями 24. Когда охлаждающая плита 10 смонтирована в печи, углубления 24 и пластинчатые ребра 22 размещают по существу горизонтально с целью обеспечения крепежных средств для облицовки из огнеупорного кирпича (не показана).

Как известно, во время функционирования доменной печи или подобного устройства, облицовка из огнеупорного кирпича разрушается под действием спускающегося шихтового материала, что приводит к тому обстоятельству, что охлаждающие плиты оказываются незащищенными и должны противостоять агрессивной среде в доменной печи.

В результате, происходит также истирание охлаждающих плит, и является желательным иметь информацию о состоянии износа охлаждающих плит.

Следует учесть, что предложенная охлаждающая плита 10 оборудуется средствами обнаружения износа, как объясняется далее.

Предложенные средства обнаружения износа содержат несколько закрытых напорных камер 26, 28, распределенных по различным местоположениям в корпусе 12 и размещенных на заданных глубинах ниже передней поверхности 18 корпуса 12. Закрытые напорные камеры 26, 28 изготовлены для задания в них внутреннего эталонного давления (обычно отличающегося от рабочего давления доменной печи), и с каждой напорной камерой 26, 28 соотнесен датчик давления 30. Когда корпус 12 эродирует до глубины размещения закрытой напорной камеры, последняя становится открытой, и давление в ней выравнивается с рабочим давлением доменной печи. В рамках контроля над давлением в закрытой напорной камере 26, 28 тем самым можно измерить момент открывания закрытой напорной камеры, который обозначается отклонением от начального эталонного давления. На практике, закрытые напорные камеры 26, 28 могут быть выполнены в виде глухих отверстий, высверленных от задней поверхности охлаждающей плиты. Эти отверстия высверливают по существу перпендикулярно передней поверхности 18 охлаждающей плиты 10, как это может быть отмечено на фиг. 2 и 3. Глухие отверстия могут иметь малый диаметр, предпочтительно в диапазоне 1-3 мм. Каждое глухое отверстие закрывают пробкой 32 с целью уплотнения напорной камеры 26, 28. Кроме того, пробка поддерживает датчик 30 давления таким образом, что датчик давления обращен к внутренней части закрытой напорной камеры. Такой датчик 30 давления может быть представлен датчиком пьезоэлектрического типа. Соединительные провода 34 каждого датчика 30 давления герметично пропущены через пробку 32 и проходят наружу печи через отверстие 36 в кожухе печи, как представлено на фиг. 2.

Как указано выше, принцип контроля основывается на отклонении давления от эталонного давления. Соответственно, в каждой напорной камере 26, 28 первоначально задают эталонное давление газа, которое отличается от обычного рабочего давления доменной печи. За счет этого может быть измерено существенное изменение давления, когда закрытая напорная камера становится открытой вследствие износа участка корпуса, первоначально отделяющего внутренний конец напорной камеры от переднего края панели. Давление в каждой напорной камере 26, 28, таким образом, может быть задано на уровне эталонного давления, которое является либо менее, либо более высоким, чем рабочие давления доменной печи, или может также быть задано вакуумметрическое давление.

На фиг. 1 положение напорных камер 26, 28 схематично обозначается выполненными сплошными линиями окружностями. Как это может быть замечено, они распределены на корпусе охлаждающей плиты в различных четко заданных местоположениях. Как уже очевидно из других чертежей, закрытые напорные камеры, предпочтительно, размещены группами.

Например, напорные камеры могут быть распределены группами по меньшей мере из двух напорных камер, причем каждая напорная камера в пределах группы размещена на различной заданной глубине ниже передней поверхности корпуса. Возвращаясь к фиг. 3, можно увидеть, что одна напорная камера является соотнесенной с ребром 22, тогда как другая напорная камера является соотнесенной с углублением.

Внутренняя оконечность напорной камеры 28 располагается на расстоянии D1 ниже поверхности ребра, тогда как камера 26 располагается на расстоянии D2 ниже соответствующего углубления, которое может также упоминаться как расстояние D'2 при соотнесении его с соседним ребром 22.

Таким образом, так называемая «глубина» напорной камеры соответствует расстоянию от внутреннего конца напорной камеры в корпусе до передней поверхности 18 охлаждающей плиты, в настоящем документе - D1 и D'2 при соотнесении передней стороны с уровнем неизношенных ребер 22 в новой охлаждающей плите.

Обнаружение изменения давления в напорных камерах 28 тем самым подразумевает, что толщина ребра уменьшилась более чем на D1. Обнаружение изменения давления в напорной камере 26 подразумевает, что толщина корпуса 25 в углублении 24 уменьшилась более чем на D'2 или, что уровень износа в углублении 22 является большим, чем D2 (в зависимости от точки отсчета).

Таким образом, показанная на иллюстрациях конфигурация позволяет осуществлять контроль 9 за различными местоположениями/областями охлаждающей плиты 10: охлаждающая плита разделяется на верхнюю, нижнюю и центральную секции, каждая из которых подразделяется на левый, правый и центральный участки.

Кроме того, для каждой области можно отслеживать износ ребра и углубления.

Изобретение относится к металлургии. Охлаждающая плита для металлургической печи содержит корпус с передней поверхностью и с противоположной ей задней поверхностью, который выполнен с по меньшей мере одним каналом теплоносителя, причем передняя поверхность предпочтительно содержит чередующиеся ребра и углубления и в процессе использования обращена к внутреннему пространству печи. Охлаждающая плита для металлургической печи содержит также средства обнаружения износа, выполненные с возможностью контроля износа корпуса, которые содержат несколько закрытых напорных камер, распределенных по различным местоположениям в корпусе, причем напорные камеры размещены на заданных глубинах ниже передней поверхности корпуса, и датчик давления, соотнесенный с каждой напорной камерой с возможностью обнаружения отклонения от эталонного давления в напорной камере, когда последняя становится открытой вследствие износа корпуса. Предлагается надежный альтернативный способ отслеживания состояния износа охлаждающих плит. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Охлаждающая плита для металлургической печи, содержащая:

- корпус (12) с передней поверхностью (18) и с противоположной ей задней поверхностью (20), причем корпус выполнен с по меньшей мере одним каналом (14) теплоносителя, причем передняя поверхность (18) предпочтительно содержит чередующиеся ребра (22) и углубления (24) и в процессе использования обращена к внутреннему пространству печи,

- средства обнаружения износа, выполненные с возможностью контроля износа корпуса (12),

отличающаяся тем, что средства обнаружения износа содержат:

- несколько закрытых напорных камер (26, 28), распределенных по различным местоположениям в корпусе, причем напорные камеры размещены на заданных глубинах ниже передней поверхности (18) корпуса, и

- датчик (30) давления, соотнесенный с каждой напорной камерой (26, 28) с возможностью обнаружения отклонения от эталонного давления в напорной камере, когда последняя становится открытой вследствие износа корпуса.

2. Охлаждающая плита по п. 1, отличающаяся тем, что напорные камеры (26, 28) выполнены в виде глухих отверстий, высверленных от задней поверхности (20) корпуса, и закрыты герметично смонтированными пробками (32).

3. Охлаждающая плита по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что напорные камеры (26, 28) в виде глухих отверстий представляют собой удлиненные полые камеры, простирающиеся по существу перпендикулярно передней поверхности (18) корпуса.

4. Охлаждающая плита по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что датчик (30) давления поддерживается пробкой (32), а присоединительные провода (34) датчика (30) давления герметично пропущены через пробку (32) наружу.

5. Охлаждающая плита по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что напорные камеры (26, 28) в виде глухих отверстий имеют диаметр менее 5 мм, предпочтительно от 1 до 3 мм.

6. Охлаждающая плита по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что напорные камеры (26, 28) распределены по различным местоположениям группами по меньшей мере из двух напорных камер, причем каждая напорная камера в пределах группы размещена на различной заданной глубине ниже передней поверхности корпуса.

7. Охлаждающая плита по п. 6, отличающаяся тем, что в пределах каждой группы одна напорная камера размещена под ребром (22), а другая напорная камера размещена под углублением (24).

8. Охлаждающая плита по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что группы напорных камер расположены в верхней, нижней и центральной областях корпуса, предпочтительно по 2 или 3 группы на область.

9. Охлаждающая плита по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что датчик (30) давления выполнен в виде датчика пьезоэлектрического типа.

10. Охлаждающая плита по одному из пп. 1-9, отличающаяся тем, что каждая напорная камера (26, 28) находится под эталонным давлением, выбранным из вакуумметрического давления, давления газа ниже рабочего давления печи или давления газа выше рабочего давления печи.

11. Доменная печь, содержащая кожух, облицованный охлаждающими плитами по одному из пп. 1-10, и систему управления, выполненную с возможностью:

получения сигналов давления от каждого из датчиков давления напорных камер в охлаждающих плитах,

обнаружения отклонения давления от эталонного давления на одном или нескольких датчиках давления и

отображения схемы распределения состояния износа облицовки из охлаждающих плит на основании информации из сигналов давления и известного местоположения охлаждающих плит в доменной печи.