Свод электродуговой печи

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 F 27 D 1 02

ГОСУД4РСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йиераЯ

il àþåðà (21) 4484140/27-02 (22) 06.06.88 (46) 23.10.90. Бюл. ¹ 39 (7I) Научно-производственное объединение по защите атмосферы, водоемов, использованию вторичных энергоресурсов и охлаждению металлургических агрегатов на предприятиях черной металлургии (72) C. И. Щадных, В. С. Бобошко, H. П. Олейник, E. А. Шувалов, П. Е. Наливайко, Е. К. Николин и А. А. Угаров (53) 669.187.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1259088, кл. F 27 0 1/02, 1985.

Патент США № 44!7343, кл. F 27 0 1/12, 1983.

„„ЯО„„1601487 А 1

2 (54) СВОД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ (57) . 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 теплообменннков, каждый из которых содержит дополнительную промежуточную кольцевую трубу 4, снабженную глухими перегородками 5. Радиально расположенные трубы 3 свода объединены в пуч160 l 487 ки и образуют циркуляционные контуры последовагельным увеличением в иих к .личества труб. Каждый циркуляционный

;«птур состоит из двух последовательно ,расположенных пучков труб, соединенных один с другим через пространство, образованное глухими перегородками 5 промежуточной кольцевой трубы 4, а внутренний 2 и

Изобретение относится к металлургии, а частности к конструкциям сводов элех:тродуговых сталеплавильных печей.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости, снижение стои-мости изготовления и эксплуатационных

;расходов.

На фиг, 1 показан свод электродуго иой печи, вид сверху; на фиг. 2 — раз: рез А ---А на фиг. 1; на фиг. 3 — модуль охлаждаемого свода; на фиг. 4 сечение Б- — Б на фиг. 3: на фиг. 5 график тепловых нагрузок; иа фиг. 6 с хема работы подвижных перегородок; на фиг. 7 - — схема работы неподвижных перегородок.

Свод электродуговой печи содержит центральную огнеупорную В и охлаждаемую периферийную Г части. Периферийная часть Г свода состоит из автономных модульных циркуляционных теплообменников, каждый из которых содержит наружные l и внутренние 2 кольцевые коллскторы, соединенные между собой радиально расположенными трубами 3. Кроме того, модуль содержит дополнительную промежуточную кольцевую трубу 4, снабженную глухи м и пе регородка м и 5.

Радиально расположенные трубы 3 объелинены и пучки, образующие циркуляционные контуры с последовательным увелич кием в них количества труб. Каждый циркул яционный контур состоит из двух последовательно расположенных пучков труб соединенных один с другим через пространство, образованное глухими перегородками 5 промежуточной кольцевой трубы 4.

Внутренний 2 и наружный l кольцевые коллекторы снабжены плаBíèêîâûMè перегородками 6, закрепленными и соединенными между собой с помощью гибкой связи ?, что создает три степени свободы плавниковой перегородки.

Внутренние 2 и наружные i кольцевые ллскторы разделены на поворотные камеры. например, Д различной длины с подсоединенными к ним с равномерным шагом радиально расположенными трубами 3. Камеры Д выполнены так, что отношение количества труб в последнем пучке отводящего контура к количеству труб в пернаружный 1 кольцевые коллекторы снабжены плавникоными перегородками 6, закргпленными на общей гибкой связи 7. Выбранные соотношения параметров отдельных элементов свода позволяют обеспечить

его эффективное охлаждение . газоплотность и до минимума свести в нем термонапряжения. 3 з. п. ф-лы, 7 ил. вом пучке подводящего контура составляет 1,5 — 2,5. Отношение площади сечения плакниковой 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 общим основанием.

Радиус окружности дополнительной промежуточной кольцевой трубы 4 составляет

0,55 — 0,75 радиуса окружности наружного кольцевого коллектора 1. Автономный мор5 дульный 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

З0 ребро.

Свод электродуговой печи работает следующим образом.

Охлаждающая жидкость (вода) от раздающего коллектора 8 свода в равных об.ьемах поступает в модульные циркуляционные 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 перегородками 5 промежуточной кольцевой трубы 4. в наружный коллектор 1.

Часть потока вдоль оси внутреннего 2 и наружного 1 коллекторов направляется к сливному патрубку 10, унося с собой отделившиеся от труб 3 частицы нащ кипи и окалины. Осуществив, таким образом, несколько поворотов на 180 ; охлаждающая жидкость (вода) через сливной патрубок 10 поступает в сливной коллектор 9.

Выполнение плавниковых перегородок 6

55 в форме шаров или двух конусов с общим основанием обеспечивает их высокую подвижность за счет трехступенчатой свободы закрепления. Малое гидравлическое

1601487 сопротивление перегородок 6 создает условия для перетока и выноса крупных частиц накипи и окалины вдоль наружного I u 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 иэ 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 ) промежуточной кольцевой трубы 4 способствует расположению труб 3 в пучке с одинаковым зазором по всей

° поверхности свода, обеспечивая защиту огнеупорного 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 охлаждения свода в целом, облегчает и ускоряет ремонт свода при замене труб, вышедших из строя.

Выполнение циркуляцнонного модуля с дополнительной промежуточной кольцевой трубой, концентрически расположенной по отношению к внутреннему и наружному кольцевым коллекторам, соединенным между собой с помощью радиально расположенных труб с различным количеством в зависимости от стороны, обращенной к наФ ружному 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.

Учитывая то, что в электродуговых печах нового поколения окружность распада электродов уменьшается, а электрическая мощность возрастает, повышается тепловая нагрузка на центральную часть. Вместе с тем различие в величине тепловых нагрузок на центральную и периферийную 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 па рамет5

10 — n =h,„+ (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, 50 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

55 ходу движения воды непрерывно возрастающее проходное сечение тракта охлаждающей среды, что необходимо как в силу увеличения объема жидкости в результате

40 ров дуговой печи. Для печей крупного тоннажа и печей нового поколения более оптимально соотношение, рявное 0,55. Для печей малого тоннажа и с меньшей удельной электрической мощностью более оптимально соотношение, равное 0,75. Выход за эти пределы нецелесообразен, так как границы области с различными тепловыми нагрузками соответствуют указанным пределамм.

Такая конструкция свода позволяет наиболее эффективно дифференцировать интенсивность водоохлаждения в различных зонах свода путем ввода промежуточного кольцевого коллектора, размещаемого на радиусе величиной 0 55 — 0,75 R свода.

Для этого водоохлаждаемая периферийная часть свода (фиг. 4) промежуточным коллектором 4 делится на эоны и 11, различающиеся между собой существенно различными тепловыми нагрузками, график изменения которых представлен на фиг. 5. полученный экспериментальным путем на

1ОО-тонной печи, осна щенной сводом конструкции фирмы сДемаг».

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 перегиб кривой на графике изменения тепловых нагрузок может отодвигаться до

0,6 — 0,7 К свода, а затем еще более круто выходить в область ма кси мальных значений.

Наличие промежуточной кольцевой трубы позволяет изменить плотность радиально расположенных труб в центральнои и периферийной областях водоохлаждаемой части свода с одновременным изменением интенсивности теплообмена на границе областей различной теплояапряженности. Это достигается тем, что в пределах одного хода количество радиальных труб благодаря кольцевой трубе изменяется по соотношению.

1603 487 ее нагрева, так и в силу ее частичного перехода в парообразную фазу.

Отношение количества труб в последнем пучке, отводящем от контура охлаждающую рабочую среду, к количеству труб в первом пучке, подводящем к контуру охлаждающую жидкость, меньше I,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 охлаждаюшей воды, при этом они одновременно играют роль водосборного и,водораздающего коллекторов.

Выполнение плавниковых перегородок с сечением, составляющим 0,75 — 0,90 проходного сечения коллектора, позволяет основной поток охлаждающей среды направить по циркуляционному пути модульного теплообменннка с поворотом его в камерах коллекторов. Выполнение плавниковых перегородок в форме шаров 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 гидравлические параметры движения охлаждающей воды, а именно более равномерно распределить давление в контурах, а также снизить гидравлические потери при поворотах потока. Г(оэтому при соотношении площади сечения меньше 0,75 может нарушиться однонаправленное — от входа в подводящий коллектор до выхода из бтводящего коллектора — движение охлаждающей воды, а при соотношении более

0,90 возрастают гидравлические потери, что нежелательно.

При выходе величины отношения площади сечения плавниковой перегородки к площади внутреннего сечения коллектора за предел, равный 0,75, нарушается нормальная1 циркуляция охлаждающей воды в модуле. При выходе величины отношения площади сечения плавииковой перегородки

Формула изобретения

40 мости изготовления и эксплуатационных расходов, водоохлаждаемые панели выполйены в виде автономных модульных теплообменииков, 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, я0 соединяющие внутренний и наружный коллекторы с промежуточной трубой, йричем перегородки внутреннего и наружного коллекторов свободно установлены на гибкой связи, а радиальные трубы расположены с равным шагом, при этом стационарные перегород55 ки делят промежуточную трубу так, что количество радиальных труб, подсоединен, ных к каждому последующему участку, больше, чем к предыдущему.

1Î

16

ЗО 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 плавника вая, и глуха я перегородки позволяют осуществлять поворот потока охлаждающей воды в торцовых коллекторах модуля.

При плавниковых перегородках на стенках трубы отсутствуют отложения частичек накипи н окалины, в то время как при глухой перегородке отложения образуются и интенсивно растут в процессе эксплуатации свода, что приводит к преждевременному выходу его из строя. Выполнение плавниковых перегородок с отношением площади ее сечения к площади внутреннего сечения коллектора, составляющим 0?5— — 0,90, позволяет промывать стенку трубы на участке поворота основного потока охлаждающей воды в торцовых коллекторах и тем самым предотвращать образования отложений. Указанная форма перегородок обеспечивает их самоцентрирование в коллекторе.

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

1. Свод электродуговой печи, включающий центральную огнеупорную часть и охлаждаемую периферийную часть, состоящую из отдельных водоохлаждаемых панелей, атликающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, снижения стои1601487

Фиг.l

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

3. Свод по п. 1, отличающийся тем, что отношение площади сечение подвижной перегородки к площади сечения коллектора составляет 0,75 — 05 причем подвижные перегородки выполнены в форме шаров илн двух конусов с общи м основанием.

4. Свод по и. I, отличающийся тем, что радиус окружности промежуточной трубы составляет 0,5 — 0,75 радиуса окружности наружного кольцевого коллектора.

)Q)l487

Puz. 6

Составитель В Гранберг

Редактор А. Козорт«з Техред А. Кравчук Корректор В. Гнрняк

Заказ 3264 Тираж 515 Подписное етениям и открытиям при ГI(IIT (.(.(.Р

ВН КИПИ Государственного комитета по изобретениям р ..(..

113035, Москва, Ж вЂ” 35. Раушская нзб.. д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «ате э.

Л ига. г. Ужго д. ул. Гагарина. t!) I