Охлаждаемый элемент металлургической печи Советский патент 1984 года по МПК F27D1/12 

Изобретение относится к металлур гии, а именно к конструктивным элементам промышленных плавильных печей. Известны конструкции охлаждаемых элементов металлургических печей, состоящие из монолитного металлургического блока с просверленными и отфрезерованными в нем каналами LlJ . Эта конструкция обеспечивает наи лучший отвод тепла от металлоконстр ции к охлажданяцей жидкости однако она требует большого расхода дефици ного дорогостоящего материала, чаще всего меди. Кроме того она предопределяет огромные теплопотери печного пространства с охлаждающей жидкостью и невозможность использовать вторичное тепло для возмещения энергозатрат из-за сложности постановки элемента под давление, так как медные элементы не допускаются технадзором для работы под давлением. Известны конструкции охлаждаемых элементов, выполненных в виде отлив ки из теплопроводного материала, на пример, медных сплавов, при этом для создания каналов, в которых дви жется охлаждающая жидкость, например вода, в отливку вкладьшаются трубы. Недостатком этой конструкции является, ненадежный контакт между тру бами и материалом основного блока, в результате чего в месте нарушения контакта часто возникшот перегревы основного материала, прогары и аварии. Известны попытки улучшить эту конструкцию за счет применения флюсующих слоев из отдельных металлов (никеля, кобальта, марганца, серебра) или их комбинаций и оксидов металлов 2 . Однако, эти слои, по существу являющиеся припоем, не могут гарантировать абсолютного контакта, так kaK при плавлении флюсующих слоев и металлов и их оксидов обязательно происходит образование пустот и пуз рей, которые в свою очередь являются факторами, обеспечивающими нерав номерный теплоотвод. Известны также конструкции охлаж даемых элементов в которых с одной стороны для упрощения изготовления по сравнению с конструкцией ij , с 552 другой .стороны для повышения надежности по сравнению с конструкцией l2J , используется промежуточное решение, а именно, к высокотемпературному пространству обращается толстостенная плита из теплопроводного материала, например меди, а с тыльной, холодной стороны навариваются каналы, образующие змеевик, в котором движется охлаждающий агент, например вода Гз. Конструкция зта надежна, как конструкция (1), однако несколько дешевле. Недостатками ее являются такой же высокий расход дег фицитных дорогостоящих теплопроводных материалов и отсутствие возможности использования вторичного тепла для получения энергии. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является охлаждаемый элемент металлургической печи, состоящий из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного меладу ними теплопроводного слоя с погруженным в него охлаждающим эле ментом Г41. Однако в охлаждаемом элементе охлаждающие трубы находятся в напряженном состоянии, поскольку утрамбованный слой и трубы имеют разные коэффициенты линейного расширения, в связи с чем в неоднородном температурном поле возникают механические напряжения. Материалы же для изготовления утрамбованных слоев с коэффициентом линейного расширения, равным металлическому, пока неизвестны. Исключение составляет партландцемент, который в виде водного бетона имеет коэффициент линейного расширения, равный коэффициенту линейного расширения стали. Однако ему присущи низкая теплопроводность и изменение физических свойств в поле температуры. Поскольку все утрамбованные слои обладают высоким термическим сопротивлением, поле в них неравномерно, а значит неравномерно расширение, вследствие чего обязательно возникают термические напряжения. Кроме того, утрамбованный слой, как и бетон, не обладает механической податливостью. Ненадежный контакт охлаждаюш 1х труб с теплопроводным слоем, ввиду того, что слой утрамбован, т.е. при разном температурном расширении тепопроводного слоя и охлаждающих труб возможно нарушение контакта между ними. Следовательно, возможны местные перегревы и аварии. При повреждении охлаждающих тру выливающаяся жидкость задерживается утрамбованным теплопроводным сл ем. Своевременное обнаружение повреждения труб при такой конструкци затруднено, что ведет к скоплению большого количества охлаждающей жи кости около места повреждения и вз ву элемента. Невозможна утилизация тепла, вьщеляемого печным пространством по следующим причинам: Трубы распо ложены горизонтально, так что обра зующийся в ходе нагревания пар ска ливается в верхней части труб, там же, где имеется наиболее интенсивный нагрев. Применить повьш1енное давление, т.е. давление, при котором не происходит образование пара за счет указанных вьш1е ненадежных контактов с утрамбованным слоем и .тому подобных недостатков опасно, поэтому установки работают на низком давлении. Кроме того, исключена возможнос температурной компенсации, что влечет за собой рост механических напряжений, не допускаемых в трубопроводах, работающих под давлением. Секционирование охлаждающих эле ментов сложно и с этим связана невозможность управления. Элемент ограничен в пространственном рас положении, может быть расположен только горизонтально. Цель изобретения - обеспечение надежной и безопасной работы охлаж даемого элемента и возможности ути лизации тепла, вьщеляемого из печного пространства. Поставленная цель достигается тем, что в охлазкдаемом элементе металлургической печи, состоящем из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ни ми теплопроводного слоя с погружен ным в него охлаждающим элементом, теплопроводный слой выполнен из уп ругого .дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несущая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при это арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой. Кроме того, в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов. Помимо этого, в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металлической стружки из высокотеплопроводного материала с дробленый металлическим скрапом крупностью до одной трети расстояния меящу охлаждающим элементом и защитной оболочкой. Кроме того, в качестве высокотокопроводного материала используют стружку их медных или алюминиевых сплавов. На фиг. 1 изображен охлаждаемый элементу на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1-, на фиг. 3 - вид пострелке Б (несущий блок и теплопроводный слой условно не показаны). Охлаждаемый элемент содержит несущий блок 1, выполненный из огнеупорного бетона и снабженный армирующими стержнями 2, защитную оболочку 3, соединенную неразъемно со стержнями .2 несущего блока 1 . Между несущим блоком 1 и защитной оболочкой 3 расположен теплопроводный слой 4 из упругого дисперсного материала, в качестве которого использована либо металлическая стружка из высокотеплопроводных алюминиевых или медных сплавов, либо из ее смеси с дробленым металлическим скрапом, крупность которого выбирается с учетом сохранения упругости этой смеси и не превьшает одной трети расстояния между охлаждающим элементом И защитной оболочкой. В теплопроводном слое 4 размещен охлаждающий элемент, выполненный в виде отдельного блока труб змеевикового типа. В нижней и верхней части охлаждаемого элемента установлены свистовые трубки 6. Для монтажа и демонтажа охлаждаемого элемента предусмотрены уши 7, . жестко связанные с армирующими стержнями 2. Охлаждаемый элемент работает слеующим образом. Охлаждаемый элемент устанавливается на место и собирается таким обазом, чтобы образовать конструкцию печного пространства. Затем отводы подводы охлаждающего блока труб 5

соединяются с магистралями отвода и подвода охлаждающей жидкости к элементу. Давление и расход этой жидкости выбирается таким, чтобы при нормальной работе не возникало пленочного кипения. При подаче теплового воздействия на защитную оболочку 3 во время разогрева печи устан вливается стационарное температурное поле в трех средах: защитная оболочка 3, теплопроводный -слой 4, охлаждающий блок труб 5. В случае повреждения трубы охлаждающего блока 5 жидкость попадает в прогретый дисперсный слой 4, при этом происходит интенсивное парообразование, и образовавшийся пар выходит через верхнюю свистовую трубку 6, а избыток жидкости через нижнюю трубку 6, сигнализируя тем самым обслуживающему персоналу об опасности.

В предлагаемом элементе охлаждающие трубы разгружены от напряжения, поскольку охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока из труб и отделен от защитной оболочки и от несущего бетонного блока слоем упругого дисперсного теплопроводного материала. В местах прохода соединительных звеньев (калачей и отводов) охлаждающего элемента через бетон образуются естественные компенсато1иа в виде гибов труб, кроме того бетон имеет тот же самый температурный коэффициент линейного расширения, что и сталь. Поэтому вероятность возникновения термических напряжений в охлаждающем блоке труб сводится к минимуму, а в идеальном случае к нулю. В то же время несущая конструкция в виде армированного бетонного блока обладает весьма большой жесткостью, что позволяет ей воспринимать фактически всю нагрузку от

стыковки с соседними элементами на себя, не передавая эти усилия ни на защитную оболочку ни на охлаждакиций элемент, как это имеет место во всякой статически неопределимой системе.

Выполнение теплопроводного слоя упругого дисперсного материала обеспечивает гарантированньй контакт между теплопроводным слоем и трубами охлаждающего блока, и между теплопроводным слоем и защитной оболочкой что исключает возможность местных перегревов и аварий, вызванных ими.

В случае повреждения труб охлаждающего блока, выливающаяся жидкость не скапливается внутри элемента, а вьшодится наружу, предупреждая обслуживающий персонал с неисправности. В этом случае охлаждающиГ. блок труб отсоединяется от подводящей и отводящей магистрали и до неаварийного останова печи охлаждаемый элемент работает на несущем блоке, вьтолненном из огнеупорного бетона.

Разгрузка охлаждающего блока труб от термических и механических напряжений позволит повысить давление в сети охлаждающей жидкости вплоть до энергетических параметров, что в свою очередь позволит утилизировать тепло, вьщеляемого печным пространством.

Выполнение несущей конструкции в виде армированного бетонного блока, неразъемно связанного с защитной оболочкой, позволяет ориентировать охлаждаемый элемент при установке относительно вертикали произвольным образом.

Ориентировочный экономический эффект за счет экономии материалов составит 146 тыс. руб.

А-А

Фиг.}

9U8.2

б иг.З

1. ОХЛАЖДАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, состоящий ИЗ несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя, с погруженным в него охлаждающим элементом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежной и безопасной работы охлаждаемого элемента и возможности утилизации тепла. выделяемого из печного пространства, теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несущая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой. 2.Охлаодаемый элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов . 3.Охлаждаемый элемент по п. t, отличающийся тем, что сл в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металличес с: кой стружки из высокотепЛопроводного материала с дробленым металлическим скрапом крупностью до одной трети расстояния между охлаждающим , элементом и защитной оболочкой. эо :о о :л У1 4.Oxлaждae 9 Iй элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокотеплопроводного материала используют стружку из медных или алюминиевых сплавов.