ОХЛАЖДАЕМОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО ШЛАКОВОЙ ДВЕРЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ Российский патент 2022 года по МПК F27B3/10 

[0001] Настоящее изобретение относится к области плавления металлов.

[0002] Более конкретно, настоящее изобретение относится к охлаждаемым жидкостями пороговым устройствам дверец металлургических печей, также известным как дверцы для спуска шлака или шлаковые дверцы.

[0003] Известно, что в сталелитейной промышленности металл плавят в различных печах, в частности, в дуговых электропечах, с целью производства различных марок стали при плавлении помещаемых в печь металлолома, чугуна, ферросплавов и других металлических материалов под действием электрической дуги.

[0004] На стадии плавления электрическая дуга и горелки расплавляют металлическую шихту в ванне до расплавленного металла. Обычно процесс плавления включает также стадию рафинирования и/или обезуглероживания. На этой стадии, согласно способам, известным в данной области техники, металл продолжает нагреваться дугой до тех пор, пока на поверхности не появится шлак.

[0005] Перед выпуском металла из печи этот шлак и примеси необходимо удалить с поверхности расплава. Кроме того, доступ к расплаву нужен для отбора проб металла с целью контроля его химического состава, содержания углерода и кислорода, измерения температуры и других параметров. Обычно это делается через шлаковый порт или дверцу, расположенную в боковой стенке печи.

[0006] Порог этой дверцы (называемый на техническом жаргоне отрасли «электрод»), как правило, размещается в нижней части шлакового порта металлургической печи и предназначен для контроля появления шлака и защиты кромки устья печи. Такой порог обычно представляет собой либо цельный графитовый блок, либо блок со вставкой из куска графитового электрода, ранее использовавшегося для плавления, а потом поврежденного или сломанного, которая должна принимать на себя основное воздействие высоких температур в процессе слива шлака и/или металла из печи.

[0007] Но такое известное решение имеет и свои недостатки. Электрод в виде графитового блока подвержен быстрому износу из-за агрессивного действия расплавленного шлака, и поэтому его приходится довольно часто менять в зависимости от режима эксплуатации печи.

[0008] Соответственно нужно иметь запас графитовых блоков или графитовых электродов на складе, а также отключать всю систему на время замены.

[0009] Для устранения этого недостатка было предложено делать порог из меди или медных сплавов и включать в него систему жидкостного охлаждения, что позволило бы повысить срок службы по сравнению с графитовым порогом.

[0010] Однако указанные медные пороги также со временем изнашиваются и требуют замены.

[0011] Следовательно, вышеупомянутые медные пороги, несмотря на значительные преимущества над графитовыми порогами, могут и далее совершенствоваться с точки зрения увеличения срока службы.

[0012] Целью настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков известных порогов шлаковых дверок и, в частности, создание порогового устройства для шлаковых дверок металлургических печей, обладающего увеличенным сроком службы.

[0013] Согласно настоящему изобретению, этот технический результат достигается за счет использования порогового устройства шлаковой дверцы металлургической печи и металлургической печи в целом, соответствующим независимым пунктам формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения.

[0014] Признаки и преимущества предлагаемого порогового устройства шлаковой дверцы металлургической печи и металлургической печи будут ясны из приведенного ниже в качестве неограничивающего примера описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

[0015] - Фиг. 1 показывает вид в перспективе порогового устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, установленного вблизи шлаковой дверцы металлургической печи;

[0016] - Фиг. 1а показывает вид в перспективе отдельного порогового устройства согласно тому же варианту осуществления настоящего изобретения;

[0017] - Фиг. 2 представляет вид в перспективе порогового устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения со снятой торцевой крышкой;

[0018] - Фиг. 3 показывает вид порогового устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в плоскости, перпендикулярной продольной оси X устройства;

[0019] - Фиг. 4 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости А-А на Фиг. 3;

[0020] - Фиг. 5 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости B-B на Фиг. 3;

[0021] - Фиг. 6 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости C-C на Фиг. 3;

[0022] - Фиг. 7 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости D-D на Фиг. 4;

[0023] - Фиг. 8 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости E-E на Фиг. 4;

[0024] - Фиг. 9 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости F-F на Фиг. 4;

[0025] - Фиг. 10 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости G-G на Фиг. 4;

[0026] - Фиг. 11 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости H-H на Фиг. 4;

[0027] - Фиг. 12 показывает разрез порогового устройства согласно настоящему изобретению по плоскости I-I на Фиг. 4;

[0028] - Фиг. 13 показывает перспективный вид в разрезе порогового устройства согласно настоящему изобретению по первой плоскости;

[0029] - Фиг. 14 показывает перспективный вид в разрезе порогового устройства согласно настоящему изобретению по второй плоскости;

[0030] - Фиг. 15 показывает перспективный вид в разрезе порогового устройства согласно настоящему изобретению по третьей плоскости;

[0031] - Фиг. 16 показывает перспективный вид в разрезе порогового устройства согласно настоящему изобретению по четвертой плоскости;

[0032] - Фиг. 16а показывает перспективный вид в разрезе порогового устройства согласно настоящему изобретению по пятой плоскости;

[0033] - Фиг. 17 показывает вид в перспективе трубчатой вставки в пороговое устройство согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0034] На прилагаемых чертежах пороговое устройство шлакового порта металлургической печи обозначено цифрой 1.

[0035] Пороговое устройство 1 предназначено для использования в металлургической печи 10 с плавильным бассейном 11, доступ к которому осуществляется через дверцу 12 для спуска шлака. В частности, пороговое устройство 1 устанавливается вблизи порога 13 шлаковой дверцы и предпочтительно под шлаковой дверцей.

[0036] Пороговое устройство 1 рассчитано на охлаждение охлаждающей жидкостью и имеет корпус 2, сделанный из металла, предпочтительно, меди или медного сплава, вытянутый вдоль продольной оси X от впускного конца 21 до выпускного конца 22. Предпочтительно корпус 2 изготовляется ковкой, но может также быть литым.

[0037] Благодаря этим особенностям корпус 2 может входить в контакт с высокотемпературным горячим шлаком, выходящим из металлургической печи через шлаковую дверцу.

[0038] В корпусе 2 предусмотрено впускное отверстие IN для входа охлаждающей жидкости на впускном конце 21 и аналогичное отверстие для выхода жидкости на выпускном конце 22. Впускное отверстие IN и выпускное отверстие OUT для охлаждающей жидкости соединены с контуром циркуляции охлаждающей жидкости, предпочтительно, воды, например, трубами подачи и возврата.

[0039] Внутри корпуса 2 имеется коллекторная полость 27 для жидкости, по крайней мере частично замкнутая стенкой 28 корпуса. Коллекторная полость 27 гидравлически связана с выпускным отверстием для рабочей жидкости.

[0040] Помимо коллекторной полости, в корпусе 2 предусмотрены охлаждающие каналы 23A, 23A', 24A, 24A', 25A, 25A', 23R, 24R и 25R, выполненные в стенке 28 корпуса и гидравлически связанные с впускным отверстием для охлаждающей жидкости IN и с внутренней полостью 27.

[0041] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в число этих охлаждающих каналов входят подводящие каналы 23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А' и отводящие каналы 23R, 24R, 25R, которые проходят в целом параллельно продольной оси X и расположены вокруг нее. Охлаждающая жидкость в таких каналах проходит через подводящие каналы 23A, 23A', 24A, 24A', 25A и 25A' в одном направлении, а через отводящие каналы 23R, 24R, 25R - в противоположном. Подводящие каналы 23A, 23A', 24A, 24A', 25A, 25A' и отводящие каналы 23R, 24R, 25R гидравлически связаны друг с другом.

[0042] Предпочтительно, корпус симметричен относительно продольной оси X, и его стенка 28 расположена коаксиально вдоль этой оси. Выходящий из металлургической печи горячий шлак течет по этой стенке 28 корпуса снаружи.

[0043] Еще более предпочтительно, корпус имеет цилиндрическую форму, что облегчает скольжение шлака без потери его контакта с другими участками поверхности корпуса 2 благодаря его вращению.

[0044] В одном из вариантов осуществления изобретения коллекторная полость 27 представляет собой сквозное отверстие в корпусе 2 от впускного конца 21 до выпускного конца 22. Входная торцевая крышка 3 герметично перекрывает отверстие 271 коллекторной полости 27 на ее входном конце 21.

[0045] Предпочтительно, охлаждающие каналы 23A, 23A', 24A, 24A', 25A, 25A', 23R, 24R и 25R распределены по окружности вокруг продольной оси X и коллекторной полости 27.

[0046] В частности, в одном из вариантов осуществления изобретения охлаждающие каналы 23A, 23A', 24A, 24A', 25A, 25A', 23R, 24R и 25R расположены вокруг продольной оси X вдоль направляющих виртуального цилиндра, ось которого совпадает с продольной осью X. Такое расположение способствует более эффективному охлаждению наружной поверхности устройства 1.

[0047] Предпочтительно, некоторые из подводящих каналов 23A, 23A', 24A, 24A', 25A и 25A', например, 23А, 24А и 25А, являются первичными подающими каналами, получающими охлаждающую жидкость непосредственно из впускного отверстия IN для рабочей жидкости.

[0048] В частности, первичные подводящие каналы 23А, 24А, 25А представляют собой пары первичных каналов 231, 232; 241, 242; 251, 252; и при этом каждая из указанных пар 231, 232; 241, 242; 251, 252 расположены на одинаковом угловом расстоянии от соседних пар, предпочтительно под углами около 120°, вдоль осевой окружности.

[0049] Предпочтительно, некоторые другие из подводящих каналов 23A, 23A', 24A, 24A', 25A и 25A', например, 23А', 24А' и 25А', являются вторичными подводящими каналами, получающими охлаждающую жидкость из отводящих каналов 23R, 24R, 25R через вторую соединительную полость 400, 401 или 402, расположенную вблизи впускного конца 21.

[0050] В частности, вторичные подводящие каналы 23А', 24А', 25А' представляют собой пары вторичных каналов 235, 236; 245, 246; 255, 256; и при этом каждая из указанных пар 235, 236; 245, 246; 255, 256 расположена на одинаковом угловом расстоянии от соседних пар, предпочтительно под углами около 120°, вдоль осевой окружности.

[0051] Предпочтительно, возвратные каналы 23R, 24R, 25R представляют собой пары отводящих каналов 233, 234; 243, 244; 253, 254; и при этом каждая из указанных пар 233, 234; 243, 244; 253, 254 расположена на одинаковом угловом расстоянии от соседних пар, предпочтительно под углами около 120°, вдоль осевой окружности.

[0052] Другими словами, подводящие и отводящие каналы располагаются по окружности с чередованием подачи-отвода.

[0053] Текучая среда, поступающая с впускного конца 21, идет по первичным подающим каналам 23A, 24A, 25A и подается на выпускной конец 22, после чего проходит через первую соединительную полость 300, 301 или 302 в отводящие каналы 23R, 24R, 25R, пройдя которые снова поступает во впускной конца 21. На впускном конце 21 рабочая жидкость проходит через вторую соединительную полость 400, 401 или 402 во вторичные подающие каналы 23А', 24А', 25А', через которые она снова поступает во выпускной конец 22. После чего текучая рабочая среда попадает в коллекторную полость 27 вблизи выпускного конца 22 через соединительное окно 500, 501 или 502. Из коллекторной полости 27 охлаждающая жидкость направляется к выпускному порту OUT для рабочей жидкости.

[0054] Предпочтительно, под входной торцевой крышкой 3 находится плоская выемка 31, вытянутая в радиальном направлении Y, перпендикулярном продольной оси X, и гидравлически связанная с входным отверстием IN для рабочей жидкости, которая напрямую поступает только в первичные подводящие каналы 23A, 24A и 25A.

[0055] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в коллекторной полости 27 установлена трубчатая вставка 5, образующая цилиндрическую камеру 54. Между трубчатой вставкой 5 и боковой стенкой 272 коллекторной полости имеется некоторое расстояние, которое образует кольцевую коллекторную полость 27, параллельную продольной оси X.

[0056] Предпочтительно, внутри трубчатой вставки 5 расположена дополнительная трубчатая стенка 51, расположенная в направлении продольной оси X и отделяющая дополнительную цилиндрическую камеру 54. Для удерживания трубчатого элемента 5 на расстоянии от боковой стенки 272 коллекторной полости, из дополнительной трубчатой стенки 51 выступают центрирующие выступы 52, упирающиеся в указанную боковую стенку 272 коллекторной полости.

[0057] Предпочтительно, трубчатая вставка 5 расположена в продольном направлении X не на всю длину коллекторной полости 27 в том же продольном направлении X, а лишь на ее часть, так что ее правое входное отверстие 53 для жидкости расположено на некотором расстоянии от входной торцевой крышки 3.

[0058] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, второе отверстие полости 272 коллекторной полости 27 на ее выпускном конце 22 герметично закрыто выходной торцевой крышкой 4 с целью предотвращения утечки охлаждающей жидкости в районе стенки 28 корпуса.

[0059] Предпочтительно, в выходной торцевой крышке 4 выполнено сквозное отверстие 41, соединенное с цилиндрической камерой 54 и обеспечивающее гидравлическую связь между цилиндрической камерой 54 и выпускным отверстием OUT.

[0060] Предпочтительно, выходная торцевая крышка 4 герметично закрывает левое отверстие 55 трубчатой вставки 5 для того, чтобы охлаждающая жидкость могла протекать из цилиндрической камеры 54 в выпускное отверстие OUT для охлаждающей жидкости только через сквозное отверстие 41.

[0061] Весь путь охлаждающей жидкости внутри устройства можно проследить по чертежам Фиг. 7-12. На этих чертежах направление охлаждающей жидкости, входящей в плоскость листа, обозначено знаком «x», а направление охлаждающей жидкости, выходящей из плоскости листа, обозначено точкой. Тот же путь рабочей жидкости показан стрелками на Фиг. 4-6 и 13-16A.

[0062] От впускного отверстия IN охлаждающая жидкость направляется через плоскую выемку 31 в пары первичных подводящих каналов 231, 232; 241, 242 и 251, 252 и по ним подается в выпускной конец 22. В области выпускного конца 22, наглухо закрытого выходной торцевой крышкой 4, рабочая жидкость через первую соединительную полость 300, 301 или 302, выполненную в корпусе 2, поступает в пары отводящих каналов 233, 234; 243, 244 или 253, 254 и по ним снова возвращается ко впускному концу 21. В области впускного конца 21, наглухо закрытого входной торцевой крышкой 3, рабочая жидкость через вторую соединительную полость 400, 401 или 402, выполненную в торце 21 корпуса 2, поступает в пары вторичных подающих каналов 235, 236; 245, 246 или 255, 256 и по ним снова возвращается к выпускному концу 22. После чего, вблизи выпускного конца 22, рабочая среда поступает в коллекторную полость 27 через соединительное окно 500, 501 или 502, выполненное в выходной торцевой крышке 4. Из коллекторной полости 27 охлаждающая жидкость направляется к выпускному отверстию OUT для рабочей жидкости. В коллекторную полость 27 рабочая жидкость поступает в обратном направлении через скользящий зазор между боковой стенкой коллекторной полости и дополнительной трубчатой стенкой 51. Из указанного зазора охлаждающая среда поступает в область входной торцевой крышки 3, а затем в цилиндрическую камеру 54, в которой она течет в направлении подачи до выходного отверстия OUT для рабочей жидкости.

[0063] Новизна порогового устройства в соответствии с заявленным изобретением заключается в улучшении охлаждения стенок корпуса благодаря системе каналов в базовой стенке корпуса, ведущих в коллекторные полости, что позволяет продлить срок службы такого устройства.

[0064] Кроме того, срок службы устройства увеличивается благодаря однородности распределения охлаждающей жидкости, достигаемой за счет пропускания рабочей жидкости вдоль стенки корпуса в противоположных направлениях в соответствующих каналах (подводящих и отводящих).

[0065] Еще одним отличием настоящего изобретения служит осесимметричная и, в частности, цилиндрическая форма порогового устройства, которая позволяет изменять положение устройства, вращая его вокруг своей продольной оси X, так что выходящий из печи горячий шлак все время вступает в контакт с новым участком поверхности, отличным от предыдущего. Это позволяет поддерживать площадь контакта между устройством и шлаком практически постоянной в течение всего срока службы устройства. В свою очередь, это позволяет задействовать в работу всю поверхность стенки корпуса и тем самым использовать весь ресурс порогового устройства, что опять-таки продлевает срок службы устройства.

[0066] Кроме того, более длительный срок службы и прочность устройства обеспечиваются за счет улучшения теплообмена благодаря равномерному круговому распределению каналов в стенке корпуса.

[0067] Также устройство в соответствии с заявленным изобретением является более дешевым, поскольку может быть изготовлено путем ковки, благодаря чему себестоимость значительно снижаются по сравнению с себестоимостью устройств известного уровня техники.

[0068] Изготовление заявленного устройства ковкой обеспечивается за счет наличия входной и выходной торцевых крышек, наглухо привариваемых к корпусу 2.

[0069] Представляется очевидным, что специалист в данной области техники может внести изменения в описанное выше изобретение для решения каких-либо своих специфических или конкретных задач, не выходя за рамки объема правовой охраны изобретения, раскрытого в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к пороговому устройству шлаковой дверцы металлургической печи. Пороговое устройство содержит металлический корпус, вытянутый вдоль продольной оси (X) от впускного конца до выпускного конца, впускное отверстие (IN) для охлаждающей жидкости вблизи впускного конца и выпускное отверстие (OUT) для охлаждающей жидкости вблизи выпускного конца. Внутри корпуса выполнена коллекторная полость для жидкости, расположенная в стенке корпуса. Коллекторная полость гидравлически связана с выпускным отверстием для рабочей жидкости. Помимо коллекторной полости в корпусе предусмотрены охлаждающие каналы, выполненные в стенке корпуса и гидравлически связанные с впускным отверстием для охлаждающей жидкости (IN) и с коллекторной полостью. Обеспечивается увеличение срока службы порогового устройства. 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Пороговое устройство (1) шлаковой дверцы металлургической печи, выполненное с возможностью охлаждения охлаждающей жидкостью, содержащее:

- металлический корпус (2), предпочтительно, из меди или медного сплава, вытянутый вдоль продольной оси (X) от впускного конца (21) до выпускного конца (22);

- впускное отверстие (IN) для охлаждающей жидкости впускного конца (21) и выпускное отверстие (OUT) для охлаждающей жидкости выпускного конца (22),

отличающееся тем, что упомянутый корпус (2) содержит коллекторную полость (27), вокруг которой расположена стенка (28) корпуса, причем указанная коллекторная полость (27) гидравлически связана с выходным отверстием для рабочей жидкости;

при этом в упомянутом корпусе (2) выполнены охлаждающие каналы (23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А', 23R, 24R и 25R), выполненные в стенке (28) корпуса и гидравлически связанные с впускным отверстием (IN) для охлаждающей жидкости и с коллекторной полостью (27).

2. Пороговое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что охлаждающие каналы включают в себя подводящие каналы (23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А') и отводящие каналы (23R, 24R, 25R), которые расположены параллельно продольной оси X и расположены вокруг нее, причем охлаждающая жидкость в таких каналах проходит через подводящие каналы (23А, 23А', 24А, 24А', 25А и 25А') в одном направлении, а через отводящие каналы (23R, 24R, 25R) - в противоположном,

при этом указанные подводящие (23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А)' и отводящие каналы (23R, 24R, 25R) гидравлически связаны друг с другом.

3. Пороговое устройство (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что корпус имеет симметричную форму относительно продольной оси (X), а стенка (28) корпуса расположена коаксиально вдоль этой оси.

4. Пороговое устройство (1) по п. 3, отличающееся тем, что корпус имеет цилиндрическую форму.

5. Пороговое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что коллекторная полость (27) представляет собой сквозное отверстие в корпусе (2) от впускного конца (21) до выпускного конца (22), и при этом входная торцевая крышка (3) герметично закрывает второе отверстие полости (272) коллекторной полости (27) на ее входном конце (21).

6. Пороговое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что охлаждающие каналы (23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А', 23R, 24R и 25R) распределены по окружности вокруг продольной оси (X) и коллекторной полости (27).

7. Пороговое устройство (1) по п. 6, отличающееся тем, что охлаждающие каналы (23А, 23А', 24А, 24А', 25А, 25А', 23R, 24R и 25R) расположены вокруг продольной оси (X) вдоль направляющих виртуального цилиндра, ось которого совпадает с продольной осью (X).

8. Пороговое устройство (1) по п. 2, отличающееся тем, что некоторые (23А, 24А и 25А) из подающих каналов (23А, 23А', 24А, 24А', 25А и 25А') являются первичными, получающими охлаждающую жидкость из впускного отверстия (IN) для рабочей жидкости, и при этом под входной торцевой крышкой (3) находится плоская выемка (31), вытянутая в радиальном направлении (Y), перпендикулярном продольной оси (X), и гидравлически связанная с входным отверстием (IN) для рабочей жидкости, которая прямо поступает только в первичные подающие каналы (23А, 24А и 25А).

9. Пороговое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что в коллекторной полости (27) установлена трубчатая вставка (5), образующая цилиндрическую камеру (54), причем между трубчатой вставкой (5) и боковой стенкой (272) коллекторной полости образована кольцевая коллекторная полость (27), параллельная продольной оси (X).

10. Пороговое устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что внутри трубчатой вставки (5) расположена дополнительная трубчатая стенка (51), расположенная в направлении продольной оси (X) и отделяющая дополнительную цилиндрическую камеру (54), причем для удерживания трубчатого элемента (5) на расстоянии от упомянутой боковой стенки (272) коллекторной полости из дополнительной трубчатой стенки (51) выступают центрирующие выступы (52), упирающиеся в указанную боковую стенку (272) коллекторной полости.

11. Пороговое устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что трубчатая вставка (5) расположена в продольном направлении (X) не на всю длину коллекторной полости (27) в том же продольном направлении (X), а лишь на часть ее, так что ее правое входное отверстие (53) для жидкости оказывается на некотором расстоянии от входной торцевой крышки (3).

12. Пороговое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что содержит выходную торцевую крышку (4), закрывающую второе отверстие полости (272) коллекторной полости (27) на ее выпускном конце (22) с целью предотвращения утечки охлаждающей жидкости в районе стенки (28) корпуса.

13. Пороговое устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что в выходной торцевой крышке (4) выполнено сквозное отверстие (41), соединенное с цилиндрической камерой (54) и предназначенное для гидравлической связи между цилиндрической камерой (54) и выпускным отверстием (OUT) для охлаждающей жидкости.

14. Пороговое устройство (1) по п. 13, отличающееся тем, что выходная торцевая крышка (4) герметично закрывает левое отверстие (55) трубчатой вставки (5), обеспечивающее прохождение охлаждающей жидкости из цилиндрической камеры (54) в выпускное отверстие (OUT) для охлаждающей жидкости только через это сквозное отверстие (41).