МЕДНАЯ ОХЛАЖДАЮЩАЯ ПЛИТА С МНОГОСЛОЙНЫМИ ВЫСТУПАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ИЗНОСОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ, ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2020 года по МПК C21B7/10 

Изобретение касается доменных печей и, более точно, охлаждающих плит (или холодильников), которые закреплены в доменных печах.

Как известно специалисту в рассматриваемой области, доменная печь, в общем, содержит внутреннюю стенку, которая частично покрыта охлаждающими плитами (или холодильниками).

В некоторых вариантах осуществления изобретения эти охлаждающие плиты (или холодильники) содержат основной элемент, внутренняя (или горячая) поверхность которого содержит ребра, которые расположены параллельно друг другу и которые отделены канавками, которые также параллельны друг другу. Эти ребра и канавки выполнены с возможностью обеспечения фиксации огнеупорного покрытия (брусков или торкрета) или ошлакованного слоя внутри доменной печи.

Когда основной элемент выполнен из меди или сплава меди, для обеспечения хорошей теплопроводности, ребра подвергаются раннему разрушению, так как медь не является износостойким материалом.

Для исключения такого раннего разрушения, возможно увеличить твердость ребер путем введения стальной детали в канавках у боковых стенок ребер и основания канавок, как описано в патентном документе EP 2285991. Такие стальные детали позволяют хорошо защищать ребра и также позволяют холодильникам свободно расширяться и деформироваться, так как они термически совместимы с деформациями холодильников. Но они не охлаждаются надлежащим образом и могут быть смыты газом.

Так что цель изобретения заключается исправлении ситуации.

С этой целью изобретение касается охлаждающей плиты (или холодильника) для использования в доменной печи и содержащей медный основной элемент с внутренней поверхностью, которая содержит ребра, которые расположены параллельно друг другу и которые содержат первые крайние точки, противоположные друг другу, и которые отделены канавками со вторыми крайними точками, противоположными друг другу.

Эта охлаждающая плита (или холодильник) отличается тем, что по меньшей мере одна из указанных канавок содержит по меньшей мере часть многослойного выступа, который продолжается между указанными вторыми крайними точками и который содержит по меньшей мере один слой, выполненный из износостойкого материала, который локально увеличивает износостойкость соседних ребер.

Охлаждающая плита (или холодильник), соответствующая изобретению, также может обладать следующими необязательными характеристиками, которые рассматривают отдельно или которые соответствуют всем возможным техническим комбинациям:

- износостойкий материал может быть выбран из группы, содержащей металл и керамику;

- износостойкий металл может быть износостойкой сталью или литейным чугуном;

- износостойкая керамика может быть карбидом кремния, экструдированным карбидом кремния или другим огнеупорным материалом с хорошей стойкостью к расслаиванию и высокой твердостью;

- многослойный выступ может содержать первый слой, который выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, и второй слой, который выполнен из износостойкого материала и который установлен сверху указанного первого слоя$

- материал первого слоя может быть выбран из группы, содержащей металлическую медь с высокой проводимостью и сплав меди;

- в первом варианте осуществления изобретения каждый многослойный выступ может быть связан с одной канавкой;

- многослойный выступ может дополнительно содержать третий слой, который расположен между первым и вторым слоями и который выполнен из материала, твердость которого приспособлена для увеличения твердости многослойного выступа;

- третий слой может быть выполнен из керамики с хорошей устойчивостью к расслаиванию и высокой твердостью, такой как SiC или экструдированный SiC;

- во втором варианте осуществления изобретения первый и второй слои каждого многослойного выступа могут быть соответствующим образом связаны с двумя соседними канавками;

- первый слой каждого многослойного выступа может содержать щель, которая продолжается между вторыми крайними точками и которая содержит другую вставку, выполненную из материала, твердость которого приспособлена для увеличения твердости этого первого слоя;

- другая вставка может быть выполнена из керамики или износостойкой и/или термостойкой стали;

- внутренняя поверхность медного основного элемента может содержать ребра, обладающие по меньшей мере двумя разными значениями высоты;

- канавки могут обладать поперечным сечением типа «ласточкин хвост».

Изобретение также касается доменной печи, содержащей по меньшей мере одну охлаждающую плиту, такую как описанная выше плита.

Другие характеристики и достоинства изобретения будет легко понятны из приведенного ниже описания, которое надо рассматривать как указание, а не ограничение изобретения и в котором содержатся ссылки на приложенные чертежи, на которых:

на фиг. 1 - вид в перспективе, схематично показывающий часть первого примера варианта осуществления охлаждающей плиты в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 - вид, схематично показывающий поперечное сечение части второго примера варианта осуществления охлаждающей плиты в соответствии с изобретением;

на фиг. 3 - вид, схематично показывающий поперечное сечение варианта охлаждающей плиты, показанной на фиг. 2; и

на фиг. 4 - вид, схематично показывающий поперечное сечение части третьего примера варианта осуществления охлаждающей плиты в соответствии с изобретением.

В частности, изобретение направлено на то, чтобы предложить охлаждающую плиту 1 (или холодильник), которая может быть использована в доменной печи и которая обладает увеличенной износостойкостью.

Пример варианта осуществления охлаждающей плиты 1 (или холодильника), которая соответствует изобретению, показан на фиг. 1. Такая охлаждающая плита 1 (или холодильник) выполнена с возможностью крепления на внутреннюю стенку доменной печи.

Как показано, охлаждающая плита 1 (или холодильник), соответствующая изобретению, содержит медный основной элемент 2 с внутренней (или горячей) поверхностью 3, которая содержит несколько ребер 4-j, который параллельны друг другу. Эти ребра 4-j содержат первые крайние точки 6, противоположные друг другу, и ребра 4-j отделены канавками 5, которые содержат вторые крайние точки 7, противоположные друг другу. Когда охлаждающая плита 1 закреплена на внутренней стенке доменной печи, ее ребра 4-j и канавки 5 расположены горизонтально. В этом случае медный основной элемент 2 содержит внешнюю поверхность 14, которая противоположна его внутренней поверхности 3 и которая прикреплена к внутренней стенке доменной печи. Так что внутренняя поверхность 3 является поверхностью основного элемента, которая может контактировать с очень горячим материалом и газом, которые присутствуют внутри доменной печи.

Например, как показано на фиг. 2 - 4, канавки 5 обычно обладают поперечным сечением типа «ласточкин хвост», чтобы оптимизировать фиксацию огнеупорных брусков 15. Но ребра 4-j и канавки 5 могут обладать другими формами поперечного сечения. Хотя поперечное сечение типа «ласточкин хвост» канавок 5 является предпочтительным, в частности, для расположения многослойных выступов 10, как показано на фиг. 1, канавки 5 могут обладать прямоугольным поперечным сечением.

Более того, как показано в не ограничивающем изобретение примере с фиг. 1, внутренняя поверхность 3 медного основного элемента 2 может содержать ребра 4-j, которые обладают двумя разными значениями h1 и h2 высоты. Этот вариант позволяет оптимизировать фиксацию огнеупорных брусков 15. В примере с фиг. 1, первые ребра 4-1 (j = 1) обладают первой высотой h1, а вторые ребра 4-2 (j = 2), определенные между первыми ребрами 4-1, обладают второй высотой h2, которая меньше первой высоты h1. Но, как показано, в других примерах варианта осуществления изобретения с фиг. 2 - 4, медный основной элемент 2 может содержать ребра 4-1 одинаковой высоты.

Также, как показано на фиг. 2 и 3, медный основной элемент 2 содержит, предпочтительно, внутренние каналы 16, в которых течет охлаждающая жидкость.

Как показано на фиг. 1 - 4, по меньшей мере одна из канавок 5 содержит по меньшей мере часть многослойного выступа 10, который продолжается между ее вторыми крайними точками 7 и который содержит по меньшей мере один слой 12, выполненный из износостойкого материала, который локально увеличивает износостойкость соседних ребер 4-j.

Благодаря многослойным выступам 10 (которые расположены в канавках 5), ощутимо уменьшаются скорость и давление, приложенное спускающейся нагрузкой к холодильнику, что позволяет исключить раннее разрушение его материала (то есть, меди или сплава меди) и основного элемента холодильника. Другими словами, выступы позволяют выработать область малого перемещения материала для минимизации износа.

Например, износостойкий материал слоя 12 может быть металлом или керамикой. Этот износостойкий металл может быть, например, сталью или литейным чугуном, предпочтительно, огнеупорной марки (например, термостойкой формовочной стали, такой как GX40CrSi13, в которой химический состав содержит следующее, при этом содержимое выражено в процентах по весу): 0,3% ≤ C ≤ 0,5%, 1% ≤ Si ≤ 2,5%, 12 ≤ Cr ≤ 14%, Mn ≤ 1%, Ni ≤ 1%, P ≤ 0,04%, S ≤ 0,03% и Mo ≤ 0,5%) или износостойкая сталь способна работать при высоких температурах. Износостойкая керамика может быть, например, карбидом кремния (SiC), экструдированным карбидом кремния (большая теплопроводность) или другим огнеупорным материалом с хорошей стойкостью к расслаиванию и высокой твердостью.

Например, как показано на фиг. 1 - 4, многослойный выступ 10 может содержать первый слой 11, который выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, и второй слой 12, который выполнен из износостойкого материала и который установлен сверху указанного первого слоя 11. Этот вариант осуществления изобретения позволяет приспосабливать обычную охлаждающую плиту без этапа какой-либо обработки.

Первый слой 11, обладающий высокой теплопроводностью, расположен в самом нижнем положении многослойного выступа 10, чтобы действовать в качестве тепловой изоляции, так как тепловая нагрузка в основном исходит от горячих потоков газа, текущих наверх. Например, материал указанного первого слоя 11 может быть металлической медью с высокой проводимостью или сплавом меди. Второй слой 12 выполнен из износостойкого материала и расположен сверху первого слоя 11 для его защиты от раннего разрушения. Как упомянуто выше, этот второй слой 12 может быть выполнен из износостойкой стали, литейного чугуна или керамики.

Также, например, как показано на фиг. 1 - 3, каждый многослойный выступ 10 может быть связан с одной канавкой 5. Другими словами часть каждого многослойного выступа 10 расположена в одной канавке 5, хотя оставшаяся часть этого многослойного выступа 10 продолжается за пределы этой одной канавки 5.

В этом случае каждый многослойный выступ 10 может дополнительно содержать третий слой 13, который расположен между первым слоем 11 и вторым слоем 12 и который выполнен из керамического материала с очень высокой твердостью, которая приспособлена для увеличения износостойкости всего выступа.

В этом примерах с фиг. 1 и 2, каждый третий слой 13 контактирует с частью внутренней поверхности 3, которая отделяет основание от связанной с ней канавки 5, при этом в примере с фиг. 3 каждый третий слой 13 отделен с помощью выступающей части расположенного ниже первого слоя 11 от части внутренней поверхности 3, которая отделяет основание от связанной с ней канавки 5. Альтернатива, показанная на фиг. 1 и 2, может быть установлена на холодильник с передней стороны, а альтернатива, показанная на фиг. 3, может быть установлена в канавку только сбоку. Преимущество этого последнего вариант заключается в большей надежности установки в случае разрушения хрупкой керамической детали на куски.

Например, каждый третий слой 13 может быть выполнен из керамики высокой твердости, такой как SiC или экструдированный SiC. Керамика может быть здесь использована, так как она расположена в середине и, следовательно, защищена от воздействия падающего материала и не зависит от изгиба охлаждающей плиты, который может быть обусловлен тепловым расширением.

В одном варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 4, первый слой 11 и второй слой 12 каждого многослойного выступа 10 могут быть соответствующим образом связаны с двумя соседними канавками 5. Другими словами, часть первого слоя 11 многослойного выступа 10 расположена в первой канавке 5, а оставшаяся часть этого первого слоя 11 продолжается за пределы этой первой канавки 5, и часть второго слоя 12 этого многослойного выступа 10 расположена во второй канавке 5, которая находится рядом с первой канавкой 5, а оставшаяся часть этого второго слоя 12 продолжается за пределы этой второй канавки 5. Так что первый слой 11 в нижней части передает тепловую нагрузку по направлению к медному основному элементу 2, а второй слой 12 сверху защищает связанный первый слой 11 от износа.

В этом случае, как показано в не ограничивающем изобретение примере с фиг. 4, первый слой 11 каждого многослойного выступа 10 может содержать щель 17, которая продолжается между вторыми крайними точками 7 и которая содержит вставку 18. Эта вставка 18, встроенная в первый слой 11, выполнена из материала, твердость которого приспособлена для увеличения твердости указанного первого слоя 11. Например, как показано в не ограничивающем изобретение примере с фиг. 4, поверхность первого слоя 11, в которой образована (или выполнена) щель 17, может быть наклонена для перемещения газа наружу и также для помощи в плавном течении нагрузки в «карманы», которые выполнены в выступах 10.

Также, например, как показано на фиг. 4, каждая щель 17 и, следовательно, связанная с ней вставка 18, может обладать поперечным сечением типа «ласточкин хвост». Также, например, каждая вставка 18 может быть выполнена из керамики, такой как SiC, или стали (износостойкой, термостойкой или с комбинацией указанного). Могут быть использованы другие варианты реализации для увеличения твердости слоя 11. Например, каждая щель 17 может быть отверстием с резьбой, в которую ввинчивают винт, определяющий вставку 18.

Важно заметить, что форма и/или размеры канавок 5, в которых расположены многослойные выступы 10, могут зависеть от доменной печи. Например, как показано на фиг. 2 - 3, многослойный выступ 10 может быть расположен через каждые три канавки 5. Но в других примерах многослойный выступ 10 может быть расположен каждые две или четыре или даже пять канавок 5.

Изобретение относится к области металлургии и касается охлаждающей плиты для использования в доменной печи. Охлаждающая плита содержит медный основной элемент с внутренней поверхностью, содержащей ребра (4-j), которые параллельны друг другу и которые содержат первые крайние точки, противоположные друг другу и отделены канавками со вторыми крайними точками. По меньшей мере одна из этих канавок содержит по меньшей мере часть многослойного выступа, который продолжается между вторыми крайними точками и содержит по меньшей мере один слой, выполненный из износостойкого материала, который локально увеличивает износостойкость соседних ребер (4-j). Изобретение позволяет создать охлаждающую плиту для доменной печи увеличенной износостойкости. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Охлаждающая плита (1) для доменной печи, содержащая медный основной элемент (2) с внутренней поверхностью (3), имеющей ребра (4-j), которые параллельны друг другу и содержат первые крайние точки (6), противоположные друг другу, и которые отделены канавками (5) со вторыми крайними точками (7), противоположными друг другу, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из указанных канавок (5) содержит по меньшей мере часть многослойного выступа (10), который продолжается между указанными вторыми крайними точками (7) и содержит по меньшей мере один слой (12), выполненный из износостойкого материала, который локально увеличивает износостойкость соседних ребер (4-j).

2. Плита по п.1, отличающаяся тем, что указанный износостойкий материал выбран из группы, содержащей металл и керамику.

3. Плита по п. 2, отличающаяся тем, что указанный износостойкий металл является износостойкой сталью или литейным чугуном.

4. Плита по п. 2, отличающаяся тем, что указанная износостойкая керамика является карбидом кремния, экструдированным карбидом кремния или другим огнеупорным материалом с хорошей устойчивостью к расслаиванию и высокой твердостью.

5. Плита по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что указанный многослойный выступ (10) содержит первый слой (11), который выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, и второй слой (12), который выполнен из указанного износостойкого материала и который установлен сверху указанного первого слоя (11).

6. Плита по п. 5, отличающаяся тем, что указанный материал первого слоя (11) выбран из группы, содержащей металлическую медь с высокой проводимостью и сплав меди.

7. Плита по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что каждый многослойный выступ (10) связан с одной канавкой (5).

8. Плита по п. 7, отличающаяся тем, что каждый многослойный выступ (10) дополнительно содержит третий слой (13), который расположен между указанными первым слоем (11) и вторым слоем (12) и который выполнен из материала, твердость которого приспособлена для увеличения твердости указанного многослойного выступа (10).

9. Плита по п. 8, отличающаяся тем, что указанный третий слой (13) выполнен из керамики с хорошей устойчивостью к расслаиванию и высокой твердостью, такой как SiC или экструдированный SiC.

10. Плита по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что первый слой (11) и второй слой (12) каждого многослойного выступа (10) соответствующим образом связаны с двумя соседними канавками (5).

11. Плита по п. 10, отличающаяся тем, что указанный первый слой (11) каждого многослойного выступа (10) содержит щель (17), которая продолжается между указанными вторыми крайними точками (7) и которая содержит вставку (18), выполненную из материала, твердость которого приспособлена для увеличения твердости указанного первого слоя (11).

12. Плита по п. 11, отличающаяся тем, что указанная вставка (18) выполнена из керамики или износостойкой и/или термостойкой стали.

13. Плита по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что указанная внутренняя поверхность (3) указанного медного основного элемента (2) содержит ребра (4-j), которые обладают по меньшей мере двумя разными значениями высоты.

14. Плита по любому из пп. 1-13, отличающаяся тем, что указанные канавки (5) обладают поперечным сечением типа «ласточкин хвост».

15. Доменная печь, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну охлаждающую плиту (1) по любому из пп. 1-14.