Водоохлаждаемый свод печи

 

Сущность изобретения: водоохлаждаемый свод печи содержит плоскую сварную коробку с тепловой изоляцией 28 со стороны рабочего пространства печи и отверстиями 16 для электродов и сводовое кольцо 8. Сварная коробка разделена на две рабочие полости: центральную 1 и периферийную 2, внутри которых расположены коллекторы 4, 5 для подвода охладителя. Сварная коробка и сводовое кольцо 8 установлены между собой с зазором, сводовое кольцо 8 соединено с коробкой при помощи обечайки. Кроме того, в центральной части свода установлено кольцо 20 из трубы, коллектор 5 в центральной полости 2 свода соединен с помощью радиальных диаметрально противоположно расположенных отводов со сводовым кольцом 8, а коллектор 4 в периферийной полости 1 свода соединен со сводовым кольцом 8 отводов 9 с установленным в нем регулировочным элементом. При этом отверстия 6, 7 в коллекторах расположены с внешней стороны и горизонтально, а отношение величины зазора между плоской сварной коробкой и сводовым кольцом 8 к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности сварной коробки равно 0,25-0,3. 2 ил. е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1749672 А1 (И) (1() (я)5 F 27 0 1/02 (21) 4805037/02 (22) 19.12.89 (46) 23,07.92. Бюл, М 27 (71) Рязанский литейный завод "Центролит" (72) Р.Т. Даминов, Е.А. Минкин и В.A. Власов (56) Сосонкин О. Н., Кудрин В. А. Водоохлаждаемый свод электродуговой печи. — M.: Металлургия, 1985. с. 17-21, Авторское свидетельство СССР

М 766215, кл. F 27 0 1/02, 1979.

5 для подвода охладителя. Сварная коробка и сводовое кольцо 8 установлены между собой с зазором, сводовое кольцо 8 соединено . с коробкой при помощи обечайки. Кроме того, в центральной части свода установлено кольцо 20 из трубы, коллектор 5 в центральной полости 2 свода соединен с помощью радиальных диаметрально противоположно расположенных отводов со сводовым кольцом 8, а коллектор 4 в периферийной поло сти 1 свода соединен со сводовым кольцом

8 отводов 9 с установленным в нем регулировочным элементом. При этом отверстия

6, 7 в коллекторах расположены с внешней стороны и горизонтально, а отношение величины зазора между плоСкой сварной коробкой и сводовым кольцом 8 к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности сварной коробки равно 0,25-0,3. 2 ил. (54} ВОДООХЛАЖДАЕМЫИ СВОД ПЕЧИ (57) Сущность изобретения: водоохлаждаемый свод печи содержит плоскую сварную коробку с тепловой изоляцией 28 со стороны рабочего пространства печи и отверстиями 16 для электродов и сводовое кольцо 8.

Сварная коробка разделена на две рабочие полости; центральную 1 и периферийную 2, внутри которых расположены коллекторы 4, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

° .1

IlO N3O6PFTEHMRM И OTIIPblTMRM .. 6. 1 ) g 3 2 (ПРИ ГКНТ СССР

1="-"-- --Ъ...;-... л Ж;, „ ;,: pj ",.:„K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1749672

Изобретение относится к производству металлов и сплавов и может быть использовано, преимущественно, в электродуговых печах металлургических заводов и литейных цехов машиностроительных заводов.

Известен водоохлаждаемый свод дуговой печи, состоящий из цилиндрической плоской сварной коробки с тепловой изоляцией со стороны рабочего пространства печи, с отверстиями для электродов, коллекторов, расположенных внутри водоохлаждаемой полости, с двумя рядами отверстий для подачи воды в полость, водоохлаждабмого сводового кольца из трубы большого диаметра и отводов для подачи охладителя из сводового кольца. Сварная коробка и сводовое кольцо установлены между собой с зазором, а сводовое кольцо соединено с плоской сварной коробкой при помощи цилиндрической обечайки.

Известен водоохлаждаемый свод электродуговой печи, состоящий из плоской сварной коробки с тепловой изоляцией со стороны рабочего пространства печи.и отверстиями для электродов, причем в плоскости ее расположены коллекторы для подвода охладителя и трубчатого сводового кольца, при этом сварная коробка, разделенная на две рабочие полости — центральную и периферийную, и сводовое кольцо. установлены между собой с зазором, запол-. ненным огнеупорной массой, -сводовое кольцо соединено с плоской сварной коробкой при помощи цилиндрической обечайки, а отношение величины зазора к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности сварной коробки равно 0,3 — 0,7.

Однако известные водоохлаждаемые своды имеют ряд недостатков (что подтверждено и экспериментально), к которым можно отнести неудовлетворительную работу коллекторов. Зто объясняется тем, что в конструкциях водоохлаждаемых сводов отверстия для выхода охладителя, как правило, выполняются все одного диаметра ирасполагаются они по периметру чаще всего с внутренней стороны коллектора и под углом 30 — 45 к горизонту. Кроме того, сами коллекторы по всему периметру имеют одно и то же сечение, так как они изготавливаются из труб одного диаметра, выбор таких конструкций коллекторов вызван, прежде всего, простотой в изготовлении). Однако такие коллекторы не позволяют обеспечить равномерное истечение охладителя (одинаковую скорость и расход) из всех отверстий и подвод его в труднодоступные участки свода, так как в месте подвода охладителя из сводового кольца в коллектор сопротивление движению охладителя минимальное. скорость выхода охладителя максимальная, по мере удэлейия отверстий от места подвода сопротивление движению

5 охладителя увеличивается, следовательно, скорость его. истечения снижается, уменьшается количество истекающего из отверстий коллектора охладителя: отверстия под углом 30-45 с внутренней стороны коллек10 тора направляют охладитель только на нижнюю часть свода ближе к центру, исключая труднодоступные периферийные и верхние участки полости свода. В результате этого и неравномерного расхода охладителя из

15 всех отверстий коллектора происходит, естественно, неравномерная интенсивность теплоотвода с тепловоспринимающей поверхности свода. Это резко снижает физико-механические свойства металла, из

20 которого выполнена эта часть свода, свод деформируется, сварные швы разрушаются, что, в конечном счете, приводит к снижению эксплуатационной надежности, сокращению стойкости свода, 25 Другим недостатком является неэффективная система рециркуляции охладителем в полости свода. Эта объясняется тем, что отвод воды (отработанный охладитель) производится из верхней точки плоской

30 сварной коробки через патрубок, установленный вне центра свода на расстоянии, примерно равномерном радиусу большего коллектора. При такой системе отвода охладителя последний через отверстия, распо35 ложенные в коллекторе ближе к сливному патрубку, выходит из нега быстрее и менее нагретым, а через отверстия, расположен- ные дальше, медленнее и более нагретым, Зто способствует тому, что интенсивность

40 охлаждения (теплоотвода) в различных точках устанавливается неодинаковой, что ведет здесь к деформации конструкции свода.

Кроме того, при такой системе отвода охладителя, особенно при наклонах печи, рецир45 куляция резко нарушается, при этом образуются паровые пробки внутри полости. которые приводят к еще более значительным деформациям с образованием выпуклостей на верхней части свода. Тем самым ухудша50 ется эксплуатационная надежность свода, . снижается его стойкость.

Еще одним недостатком известного водоохлаждаемого свода является недопустимо большой диапазон значений, опреде55 ляющий отношение величины зазора между плоской сварной коробкой и сводовым кольцом к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности коробки, который находится в пределах 0,3 — 0.7. Экспериментально уста1749672 новлено, что это отношение не должно пре- диаметрально расположенных отводов, ревышать0,3. Этообъясняетсяследующимоб- гулировочный элемент установлен на отворазом, При постоянной величине зазора(д) де, соединяющем сводовое кольцо с между плоской сварной коробкой и сводо- периферийным коллектором, а отверстия е вым кольцом указанное отношение будет 5 коллекторах выполнены горизонтально с их изменяться только с изменением диаметра внешней стороны, причем отношение велисводового кольца. Так, при значении ука- чины зазора между плоской сварной коробзанной величины, равной 0,3, диаметр сво- кой и сводовым кольцом к расстоянию от дового кольца соответствует значению нижней точки сводового кольца до теплоD=2,3 д -S, где S — толщина плоского коль- 10 воспринимающей поверхности сварной коца, устанавливаемого под сводовым коль- робки составляет 0,25-0,3. цом, д -величина зазора между плоской 8 данной конструкции водоохлаждаесварной коробкой и сводовым кольцом. При мого свода обеспечивается равномерный значениях более 0,3 диаметр сводового теплоотвод с тепловоспринимающей покольца уменьшается, обьем рабочего про- 15 верхности свода вследствие того, что из странства печи также уменьшается, что при- всех отверстий коллектора для подвода охводиткдополнительным подвалкамшихты, ладителя обеспечивается одинаковая скоухудшая, в конечном счете, технико-эконо- рость истечения последнего и, стало быть, мические показатели работы печи. Умень- одинаковый расход благодаря повышению шение значения этого отношения менее 20 эффективности работы коллектора. Одина0,25 приводит к увеличению диаметра тру- ковая скорость достигается благодаря тобы, из.которой выполнено сводовое коль- му, что при соединении коллектора в цо, что также нежелательно, так как центральной полостисо сводовым кольцом изготовление сводовых колец из труб боль- с помощью одной пары радиальных, диашего диаметра имеет определенные техно- 25 метрально расположенных отводов необхологические сложности. димое количество охлаждающей воды

К недостаткам известных водоохлажда- (охладителя) перераспределяется из сводоемыхсводовследуетотнестиинеравномер- вого кольца на два отвода, через которые ный теплоотвод с тепловоспринимающей равные ее части подаются по коллектору поверхности свода из-за невозможности 30 навстречу друг другу, обеспечивая практиобеспечить одинаковую скорость истечения чески одинаковое давление в любой ее точохладителя из сводового кольца в TlOllocTb, ке; В результате создания таких условий так как коллекторы соединены со сводовим работы коллектора интенсивность теплооткольцом одним отводом, установленным в вод в центральной полости свода выравниодной точке сводового кольца, в результате 35 вается, следовательно, деформация чего снижается эксплуатационная надеж- конструкции исключается, сварные швы не ность и уменьшается стойкость свода, разрушаются, Благодаря этому повышается

Целью изобретения является повыше- эксплуатационная надежность свода, увение надежности свода, увеличение его стой- личивается его стойкость. кости и повышение технико-экономических 40 Экспериментально установлено, что на показателей работы печи с этим сводом. равномерность теплоотвода с тепловосприУказанная цель достигается тем, что во- нимающей поверхности свода влияет в недоохлаждаемый свод печи, состоящий из меньшей степени также и рециркуляция цилиндрическойплоскойсварнойкоробкис охлаждающей воды внутри полости-свода. тепловой изоляцией со стороны рабочего 45 Для повышения эффективности системы репространства печи и с отверстиями для циркуляции воды в данной конструкции воэлектродов, разделенной на две рабочие доохлаждаемого свода изменена система ее полости — центральную и периферийную, отвода из центральной полости, заключавнутри которых расположены коллекторы с ющаяся в том, что сливной патрубок устаотверстиями для подвода охладителя, сво- 50 новлен в точке радиуса свода. т, е. в этом дового кольца, соединенного с зазором с случае все отверстия коллектора равноплоской сварной коробкой при помощи ци- удалены от места слива охладителя. Инлиндрической обечайки и отводов для под- тенсивность охлаждения при этом в ачи охладителя из сводового кольца в различных точках центральной полости полости свода, снабжен кольцом из трубы, 55 свода устанавливается еще более равноустановленным в его центре, и регулировоч- мерной, так как вода, выйдя через отверным Элементом, коллектор в центральной стия в коллекторе до сливного патрубка. полости соединен со сводовым кольцом с проходит одинаковое расстояние с одинапомощью не менее одной пары радиальных, . ковой степенью нагрева. Необходимо отметить, что на улучшение системы

1749672рециркуляции влияет определенным обра- бы диаметром D=2,3 д-S, где д — величина зом горизонтальное расположение отвер- зазора, S — толщина плоского кольца устастий в коллекторах на их внешней стороне, навливаемого под сводовым кольцом. Свотак как.вода, поступающая на охлаждение, довое кольцо из трубы такого диаметра выходит из коллектора поддэвлением, омы- 5 является наиболее оптимальным при таких вэет труднодоступные участки свода в зоне размерах свода и обеспечивает необходиустановки обечайки и, меняя свое направле- мый расчетный обьем рабочего пространстние, устремляется к сливному патрубку на ва печи, дополнительной подвалки выход. Кроме того, установка сливного пат- металлической шихты не требуется, а значит рубка в центре свода позволяет решить воп- 1О цикл плавки металла на плавильной печи не рос по обеспечению достаточной жесткости увеличивается, что ведет к повышению техконструкции свода; тэк как при этом благо- нико-экономических показателей работы даря переходному элементу, каковым явля- печи с этим сводом. Увеличение отношения ется деталь сливного патрубка (кольцо из более 0,3 приведет неизбежно к понижению трубы), сварное соединение трех ребер же- 15 эксплуатационной надежности свода, сткости и трех секторов выполняется более уменьшит его стойкость и понизит техниконэдежным и гораздо лучшего качества. Так, экономические показатели работы. Такой при значительных внутренних напряжени- свод не позволит обеспечить необходимый ях, возникающих в конструкции свода при расчетный обьем рабочего пространства

его работе в таких тяжелых условиях, даже 20 печи. Увеличится цикл плавки, потребуется при появлении признаков деформации сво- . дополнительная подвалка шихты, увеличида, нарушений сварного соединения этих . вается расход электроэнергии на 1 т жидкоэлементов не наблюдается. Для улучшения ro металла. Уменьшение соотношения ниже рециркуляции охлаждающей воды в целом 0,25 приведет только к усложнению техносводе(в обеих полостях) на отводе, соединя- 25 логии изготовления свода, увеличению меющем сводовое кольцо с периферийным таллоемкости, трудоемкости изготовления коллектором, устанавливается регулировоч- сводового кольца, ный элемент. Так как соотношение расхода Ка фиг, 1 изображен продольный раэохладителя между периферийной и цент- рез, водоохлаждаемый свод; нэ фиг. 2 — то ральной полостями с помощью расчетов с ЗО же, горизонтальный разрез. достаточной точностью определить практи- Водоохлаждаемый свод представляет .чески нельзя, то это возможно лишь с по-. собой сварную конструкцию, имеющую вид мощью подгонки в процессе работы, полой крышки, футерованную со стороны изменяя сечение условного прохода отвода рабочего пространства печи огнеупорной установленным регулировочным элемен- 35 набивкой массой. Внутри полая крышка том. Первый регулировочный элемент соот- разделена на периферийную 1 и центральветстаует расчетному условному проходу ную 2 полости при помощи цилиндрической трубы, из которой выполнен отвод. После обечайки 3. В обеих полостях установлены проведения 20-30 плавок сечение условно- кольцевые коллекторы 4 и 5 с отверстиями 6 го прохода при необходимости уменьшают. 40 и 7 с внешней стороны, оси отверстий расПосле проведения 50 — 60 плавок подбор за- положены горизонтально. Периферийный вершают, при этом температура to воды на коллектор 4 соединен со саодовым кольцом выходе из обеих полостей достигается 8спомощьюотвода9,нэкоторомфланцами практически одинаковой, разница допуска- 10 крепится регулировочный элемент 11; ется не более 3-5ОС. В результате такого 45 Коллектор 5 а центральной полости 2 свода распределения воды между полостями, соединен со сводовым кольцом 8 с пообеспечивающего указанные параметры, мощью одной пары радиальных, диаметвыравнивается теплоотвод с тепловоспри- рэльно расположенных отводов 12, 13. нимающих поверхностей обеих полостей,т, Верхняя часть свода выполнена из трех е, свода в целом, что в конечном счете, при- 50 секторов 14 и трех кольцевых секторов 15, водит и к повышению эксплуатационной на- которые закрывают центральную 2 и перидежности к увеличению стойкости, ферийную 1 полости свода соответственно.

В данной конструкции водоохлаждае- В секторах 14 имеются отверстия 16 для мого свода значйтельно сужено значение электродов, а которых установлены кольца отношение величины зазора (д) между пло- 55 17 в виде усеченного конуса, Нижняя часть ской сварной коробкой и сводовым кольцом I! свода выполнена из сплошного листа 18 с к расстоянию (h) от нижней точки сводоаого отверстиями 16 для электродов, В эти отверкольца до тепловоспринимающей поверх- стия установлены и приварены кольца 17 ности коробки и доведено до 0,25-0,3 за череэпереходники19воизбежаниеугловых. счет изготовления сводового кольца иэ тру- сварных швов. В центре свода установлено

1749672

5

20

30

45

50 кольцо 20, нижняя часть которого приварена сплошным швом к листу 18, а верхняя часть заканчивается фланцевым соединением 21 и сливным патрубком 22, В кольце имеются три отверстия 23. Это кольцо является частью сливного патрубка 22 и переходным элементом для соединения трех ребер 24 жесткости и трех секторов 14 в центре свода, исключившим соединение этих деталей в одной точке. В области центральной полости дополнительную жесткость создают три ребра 25, отходящие от электродных отверстий (колец). Для обеспечения жесткости конструкции в области периферийной полости в последней выполнены ребра 26 жесткости, В ребрах жесткости выполнены отверстия 27 для циркуляции охлаждающей воды в секторах обеих полостей, которые образуются этими ребрами. Боковая часть!11 свода выполнена в виде цилиндрической обечайки, верхний край которой соединен с кольцевыми секторами 15, нижний — co сводовым кольцом 8, причем диаметр обечайки, соответствует диаметру сводового кольца 8. На нижней части 11,свода выполнены ячейки 28, на которых крепится огнеупорная масса, состоящая их хромомагнезитоваго порошка, жидкого стекла и кремнефтористого натрия.

Сводовое кольцо 8 нижней частью опирается на нож 29 через плоское кольцо 30. Для подвода охладителя в сводовое кольцо врезаны два ниппеля 31. Внутри сводового кольца установлена перегородка 32, разделяющая поток воды от двух ниппелей в про-. 3 тивоположные направления. Для слива охладителя из периферийной полости установлен патрубок 33. Все детали свода выполнены из конструкционной сталй обыкновенного качества.

Водоохлаждаемый свод работает следующим образом, его устанавливают на электродуговую печь, на которой имеется песчаный затвор, С помощью так называемого ножа 29 и плоского кольца 30 обеспечивается достаточная герметичность внутри рабочего пространства печи, Охлаждающая вода через два ниппеля 31 поступает в сводовое кольцо 8, из которого она по отводу 9 через регулировочный элемент 11 подается в коллектор 4, далее через отверстие 6 равномерно поступает в периферийную полость свода, обеспечивая необходимой интенсивности теплоотвода от ее тепловоспри- 5 нимающей поверхности. С помощью регулировочного элемента 11 за счет изменения сечения условного прохода обеспечивают необходимое соотношение расхода охладителя между обеими полостями свода, в результате которой достигнута одинаковая степень теплоотвода Отводы воды производится из верхней точки свода через сливной патрубок 33, расположенный со стороны рабочего окна плавильной печи.

Это позволяет избежать образования паровых пробок в периферийной полости свода во время слива жидкого металла. В центральную полость свода охлаждающая вода из сводового кольца 8 поступает по двум радиальным. диаметрально установленным отводам 13 и 12 и коллектору 5. Охлаждающая вода из отверстий 7 коллектора

5 выходит под давлением, омывает труднодоступные участки свода в зоне установки обечайки 3, ударяется о ее стенку, и меняя свое направление, устремляется к сливному патрубку 22. На своем пути охлаждающая вода отбирает тепло с тепловоспринимающей поверхности нижней части свода и электродных колец 17. Интенсивность охлаждения при этом в различных точках центральной полости свода одинаковая, так как скорость и количество охлаждающей воды, выходящей из всех отверстий коллектора, распределены равномерно.

Нижняя часть II свода, являющаяся тепловоспринимающей со стороны рабочего пространства печи, набивается огнеупорной массой 28, толщиной, равной размеру д . Огнеупорная масса предохраняет тепловоспринимающую поверхность свода от воздействия теплового излучения жидкого металла. После проведения 50-70 плавок огнеупорная масса (набивка) ошлаковывается, спекается с металлической решеткой, на которой она держалась, и отстает, На поверхности свода остается лишь тонкий металлизированный слой, называемый rapнисажем. Дальнейшая эксплуатация свода повторных набивок огнеупорной массой не требует, так как образующийся гарнисаж обеспечивает достаточную теплоизоляцию.

При проведении капитальных ремонтов orнеупорную набивку производят заново

Установка в центре водоохлаждаемого свода кольца из трубы, соединение коллек-. тора в центральной полости со сводовым кольцом с помощью не менее одной пары радиальных, диаметрально расположенных отводов, установка регулировочного элемента на отводе, соединяющем сводовое кольцо с периферийным коллектором, выполнение отверстий в коллекторах горизонтально с их внешней стороны, отношение величины зазора между плоской сварной коробкой и сводовым кольцом к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности сварной коробки 0,25--0,3 позволяет

1749672

Фиг. Я. Составитель Р. Даминов

Техред М.Моргентал Корректор M. Демчик

Редактор С. Пекарь

Заказ 2585 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 повысить стойкость предлагаемого свода за счет увеличения количества плавок от средней 1200 плавок в год (прототип) до

1800 плавок в год у предлагаемого свода, сократить длительность одной плавки на 5 печах с предлагаемым сводом на 7 мин по сравнению с прототипом, Эксплуатационная надежность предлагаемого водоохлаждаемого свода печи повйвается за счет исключения остановок печи (12 раз в год). 10

Формула изобретения, Водоохлаждаемый свод печи, состоящий из цилиндрической плоской сварной . коробки с тепловой изоляцией со Ст6ромы 15 рабочего пространства печи и с отверстиями для"электродов, разделенной на две рабочие полости — центральную и периферийную, внутри которых расположены коллекторы с отверстиями для подвода 20 охладителя, сводового кольца, соединенно- . го с зазором с плоской сварной коробкой при помощи цилиндрической обечайки, и отводов для подачи охладителя из сводового кольца в полости свода, отличающийся тем, что, .с целью повышения надежности свода, увеличения его стойкости и повышения технико-экономических показателей работы печи, свод снабжен кольцом из трубы, установленным в его центре, и регулировочным элементом, коллектор в центральной полостй соединен со сводовым кольцом с помощью не менее одной пары радиальных; диаметрально расположенных отводов, регулировочный элемент установлен на отводе, соединяющем сводовое кольцо с периферийным коллектором, а отверстия в коллекторах выполнены горизонтально с их внешней стороны, причем отношение величины зазора между плоской сварной коробкой и сводовым кольцом к расстоянию от нижней точки сводового кольца до тепловоспринимающей поверхности сварной коробки составляет 0.25-0,3..