Свод электродуговой печи Советский патент 1990 года по МПК F27D1/02 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям сводов элех- |тродуговых сталеплавильных печей. , Цель изобретения - повышение экс- |плуатационной стойкости, снижение стои- JMOCTH изготовления и эксплуатационных расходов.

I На фиг. 1 показан свод электродуго- иой печи, вид сверху; на фиг. 2 - раз- 1рез АА на фиг. 1; на фиг. 3 - модуль охлаждаемого свода; на фиг. 4 - гечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - график тепловых нагрузок; на фиг. 6 - схема работы подвижных перегородок; на фиг. 7 - схема работы неподвижных перо городе к.

Свод электродуговой печи содержит центральную огнеупорную В и охлаждаемую периферийную Г части. Периферийная часть Г свода состоит из автономных модульных циркуляционных теплообменни- i коп, каждый из которых содержит наружные 1 и внутренние 2 кольцевые коллекторы, соединенные между собой/радиаль- но расположенными трубами 3. Кроме того, модуль содержит дополнительную промежуточную кольцевую трубу 4, снабженную глухими перегородками 5.

Раднально расположенные трубы 3 объединены в пучки, образующие циркуляционные контуры с последовательным увеличением в них количества труб. Каждый циркуляционный контур состоит из даух последовательно расположенных пучков труб, соединенных один с другим чере.ч пространство, образованное глухими перегородками 5 промежуточной кольцевой трубы 4. Внутренний 2 и наружный кольцевые коллекторы снабжены плавниковыми перегородками 6, закрепленными и соединенными между собой с помощью гибкой связи 7, что создает три степени свободы плавниковой перегородки.

Внутренние 2 и наружные кольцевые 5- ллекторы разделены на поворотные камеры, иар.ример, Д различной длины с подсоединенными к ним с равномерным тагом радиально расположенными трубами 3. Камеры Д выполнены так, что отношение количества труб в последнем пучке отводящего контура к количеству труб в пер5

вом пучке подводящего контура состав- ляет 1,5-2,5. OiHoujeHHe площади сечения плавниковой перегородки 6 к площади сечения каждого коллектора 1 или 2 составляет 0,75-0,90. Плавниковые перегородки 6 могут быть выполнены как в форме шаров, так и в виде двух конусов с об- 0 щим основанием.

Радиус окружности дополнительной промежуточной кольцевой трубы 4 составляет 0,55-0,75 радиуса окружности наружного кольцевого коллектора 1. Автономный модульный циркуляционный теплообменник оснащен раздающим 8 и сливным 9 коллекторами, а также сливным патрубком 10. Газоплотность модулей-теплообменников обеспечивается огнеупорным кирпичом, укладываемым поверх труб плашмя или на 0 ребро.

Свод электродуговой печи работает следующим образом.

Охлаждающая жидкость (вода) от раз: дающего коллектора 8 свода в равных объемах поступает в модульные циркуля- 5 ционные теплообменники, в которых из камеры Д наружного коллектора 1, равномерно распределяясь по радиально расположенным трубам 3 пучка, через камеру промежуточной кольцевой трубы 4 поступает в поворотную камеру внутреннего коллектора 2, где происходит разделение потока на две части. Основной поток поворачивается на 180°, направляясь по-радиально расположенным трубам 3. через камеры, образованные глухими перегород- 5 ками 5 промежуточной кольцевой трубы 4, в наружный коллектор I.

Часть потока вдоль оси внутреннего 2 и наружного 1 коллекторов направляется к сливному патрубку 10, унося с собой отделившиеся от труб 3 частицы на- 50 кипи и окалины. Осуществив, таким образом, несколько поворотов на ISO, охлаждающая жидкость (вода) через сливной патрубок 10 поступает в сливной коллектор 9.

Выполнение плавниковых перегородок 6 55 в форме щаров или двух конусов с общим основанием обеспечивает их высокую подвижность за счет трехступенчатой свободы закрепления. Малое гидравл|{ческое

сопротивление перегородок 6 создает условия для перетока и выиоса крупных частиц накипи и окалины вдоль наружного I и внутреннего 2 коллекторов при последовательном прохождении пространства поворотных камер и далее из сливного коллектора 9, что обеспечивает в процессе работы свода освобождение модульного циркуляционного теплообменника от грязи. Наличие плавниковых перегородок 6 с гибкими связями 7 обеспечивает также слив воды из модуля при его ремонте, что особенно важно в зимних условиях. Последовательное увеличение количества труб в пучках облегчает работу контура в условиях образования пара в трубах 3 при местном кипении и его конденсацию.

Выбранный радиус (0,55-0,75 радиуса окружности наружного кольцевого коллектора 1) промежуточной кольцевой трубы 4 способствует расположению труб 3 в пучке с одинаковым зазором по всей поверхности свода, обеспечивая защиту ог- неупорного кирпича, укладываемого поверх труб плашмя или на ребро, а также газоплотность и эффективность охлаждения в различных температурных зонах.

Изготовление свода, из модульных блоков позволяет осуществить принцип раздельного питания охлаждающей водой отдельных частей трубчатой конструкции, что позволяет повысить эффективность охлажде- иия свода в целом, облегчает и ускоряет ремонт свода при замене труб, вышедших из строя.

Выполнение циркуляционного модуля с дополнительной промежуточной кольцевой трубой, концентрически расположенной по отношению к внутреннему и наружному кольцевым коллекторам, соечиненны.ч между собой с помощью радиально расположенных труб с различным количеством в зависимости от стороны, обращенной к наружному или внутреннему коллектору, позволяет более оптимально учесть области с различными тепловыми нагрузками путем одинакового теплосъема за счет различных скоростей протекания охлаждающей среды в трубах благодаря их различному количеству при одинаковом количестве теплоносителя. Учнтывая то, что в электродуговых печах нового поколения окружность распада электродов умеиьщается, а электрическая мощность возрастает, повышается тепловая нагрузка на центральную часть. Вместе с тем различие в величине тепловых нагрузок на центральную и периферийиую части характерно для дуговых печей всех типов и мощностей.

Величина 0,55-0,75 (отношение радиуса кольца окружности промежуточной кольцевой трубы к радиусу окружности кольца наружного кольцевого коллектора) позволяет учесть изменение этой границы в зависимости от мощности и других парамет«

ров дуговой печи. Для печей крупного тоннажа и печей нового поколения более оптимально соотношение, равное 0,55. Для печей малого тоннажа и с меньшей удель5 ной электрической мощностью более оптимально соотношение, равное 0.75. Выход за эти пределы нецелесообразен, так как границы области с различными тепловыми нагрузками соответствуют указанным преде10

Такая конструкция свода позволяет наиболее эффектнвно дифференцировать интен- снвность водоохлаждения в различных, зонах свода путем ввода промежуточного 15 кольцевого коллектора, размещаемого на радиусе величиной 0,55-0,75 R свода Для этого водоохлаждаемая перифернйная часть свода (фиг. 4) промежуточным коллектором 4 делится на зоны 1 и И раз- личающиеся между собой существенно раз- - У личнымн тепловыми нагрузками, график изменения которых представлен на фиг 5 полученный экспериментальный путем на 100-тонной печи, оснащенной сводом конструкции фирмы «Демаг.

25 На графике четко виден крутой перегиб, начинающийся на радиусе составляющем 0,55 R свода. Переходной характер соответствует участку, находящемуся в пределах 0,55-0,75 R свода. Дополнительными исследованиями установлено, что пере- 30 гиб кривой на графике изменения тепловых нагрузок может отодвигаться до 0,6-0,7 R свода, а затем еще более круто выходить в область максимальных - значений.

Наличие промежуточной кольцевой трубы 35 позволяет изменить плотность радиально расположенных труб в центральной и периферийной областях водоохлаждаемой части свода с одновременным изменением интенсивности теплообмена на границе областей различной теплонапряженности. Это досTUrai T r Cl«ААЖmww.

40

45

тигается тем, что в пределах одного хода количество радиальных труб благодаря кольцевой трубе изменяется по соотношению.

- n h.-f (1-2).

Такое соотношение количества труб содержащихся в последовательных пучках каждого хода, позволяет увеличить скорость движения охлаждающей среды и за счет этого повысить интенсивность теплоотвода и 0 тем самым, снять более высокие тепловые нагрузки, возникающие во внутренней области водоохлаждающей части свода.

Увеличение количества труб в каждом последующем ходе позволяет в пределах циркуляционного модуля поддерживать по ходу движения воды непрерывно возрастающее проходное сечение тракта охлаждающей среды, что необходимо как в силу увеличения объема жидкости в результате

е нагрева, так к в силу ее частичого перехода в парообразную фазу.

Отношение количества труб в последем пучке, отводящем от контура охлажающую рабочую среду, к количеству руб в первом пучке, подводящем к контуру охлаждающую жидкость, меньше 1,5 приводит к возрастанию гидравлического сопротивления циркуляционного контура и уменьшению его пропускной способности (снижению расхода охлаждающей воды), что, в свою очередь, вследствие роста объема парообразной фазы косвенно влияет также на расход воды и, следовательно, приводит к падению эффективности теплоотвода от трубчатых элементов модульного контура. Соотношение этих величин больше 2,5 нежелательно из-за падения эффективности теплоотвода на кольцевых участках циркуляционного контура вследствие недостаточных скоростей, прохождения охлаждающей среды.

Размещение внутри кольцевых коллекторов плавниковых перегородок на гибкой связи типа металлической нити позволяет разделить их внутреннее пространство на автономные объемы различной длины, служащие . поворотными камерами для охлаждающей воды, при этом они одновременно играют роль водосборного и во- дораздающего коллекторов.

Выполнение плавниковых перегородок с ечением, составляющим 0,75--0,90 проходного сечения коллектора, позволяет основной поток охлаждающей среды направить по циркуляционному пути модульного теплообменника с поворотом его в камерах коляекторов. Выполнение плавниковых перегородок в форме щаров или двух конусов с общим основанием позволяет сохранить выбранное соотношение сечений 0,75-0,90 независимо от положения перегородки.

Указанное отношение площади сечения плавниковой перегородки к площади сечения коллектора позволяет регулировать гидравлическне параметры движения охлаждающей воды, а именно более равномерно распределить давление в контурах, а также снизить гидравлические потери при поворотах потока. Поэтому при соотношении площади сечения меньше 0,75 может нарушиться однонаправленное - от входа в подводящий коллектор до выхода из бт- водящего коллектора - движение охлаждающей воды, а при соотношении более 0,90 возрастают гидравлические потери, что нежелательно.

При выходе величины отношения плош.а- ди сечения плавниковой перегородки к площади внутреннего сечения коллектора за предел, равный 0,75, нарушается нормальная; циркуляция охлаждающей воды в модуле. При выходе величины отношения площади сечения плавниковой перегородки

к площади внутреннего .сечения коллектора за верхний предел, равный 0,9, не обеспечивается эффективное удаление частиц накипи и окалины.

Конструкцию, функциональные особенности и работу плавниковых перегородок, отличия условий работы коллекторов при их оснащении плавниковой и глухой перегородками поясняют фиг. 6 и 7. И плавйи- ковая, и глухая перегородки позволяют осуществлять поворот потока охлаждающей воды 8 торцовых коллекторах модуля. При плавниковых перегородках на стенках трубь5 отсутствуют отложения частичек на- д кипи и окалины, в то время как при глухой перегородке отложения образуются и интенсивно растут в процессе эксплуатации свода, что приводит к преждевременному выходу его на строя. Выполнение плавниковых перегородок с отношением пло- 0 щади ее сечения к площади внутреннего сечения коллектора, составляющим 0,75- -0,90, позволяет промывать стенку трубы на участке поворота основного потока охлаждающей воды в торцовых коллекторах и тем самым предотвращать обра- зовання отложений. Указаиная форма перегородок обеспечивает их самоцентрирование в коллекторе./

Конструкция свода за счет введения дополнительного промежуточного коллектора с 30 глухими перегородками позволяет организовать новые циркуляционные контуры, а выбранные параметры конструкции - максимально реализовать технологические возможности предлагаемого свода.

Формула изобретения

1. Свод электродуговой печи, включающий центральную огнеупорную часть и охлаждаемую периферийную часть, состоящую из отдельных водоохлаждаемых панелей,

отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, снижения стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, водоохлаждаемые панели выполнены в виде автономных модульных теплообменников, каждый из которых содержит внутренний и наружный кольцевые коллекторы с перегородками, промежуточную кольцевую трубу со стационарными перегородками, которые делят трубу на отдельные участки, а также радиальные трубы,

соединяющие внутренний и наружный коллекторы с промежуточной трубой, йрнчем перегородки внутреннего и наружного коллекторов свободно установлены на гибкой связн, а } адиальные трубы расположены с равным шагом, при этом стационарные перегородни делят промежуточную трубу так, что количество радиальных труб, подсоединен- ,ных к каждому последующему участку, больше, чем к предыдущему.

2.Свод по п. I, отличающийся тем, что отношение количества труб на последнем участке к количеству труб на первом участке составляет 1,5-2,5.

3.Свод по п. 1, отличающийся тем, что отношение площадн сеченне подвижной перегородкн к площадн сечения коллектора составляет 0,75-0,9,, причем подвижные перегородки выполнены в форме шаров или двух конусов с общим основанием. 4. Свод по п. I, отличающийся тем, что раднус окружности промежуточной трубы составляет 0,5-0,75 радиуса окружности наружного кольцевого коллектора.

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям сводов электродуговых сталеплавильных печей. Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов. Свод электродуговой печи содержит центральную огнеупорную часть и охлаждаемую периферийную часть. Последняя выполнена в виде автономных модульных циркуляционных теплообменников, каждый из которых содержит дополнительную промежуточную кольцевую трубу 4, снабженную глухими перегородками 5. Радиально расположенные трубы 3 свода объединены в пучки и образуют циркуляционные контуры с последовательным увеличением в них количества труб. Каждый циркуляционный контур состоит из 2-х последовательно расположенных пучков труб, соединенных друг с другом через пространство, образованное глухими перегородками 5 промежуточной кольцевой трубы 4, а внутренний 2 и наружный 1 кольцевые коллекторы снабжены плавниковыми перегородками 6, закрепленными на общей гибкой связи 7. Выбранные соотношения параметров отдельных элементов свода позволяют обеспечить его эффективное охлаждение и газоплотность и до минимума свести в нем термонапряжения. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Фие.2

Фи.г.З

Фиг. в