Способ охлаждения стенок металлургических печей

 

Использование: системы охлаждения печей, преимущественно для плавки в жидкой ванне. Сущность: для охлаждения стенок металлургических печей в секции кессонов подают охлаждающую жидкость с рабочим расходом и напором из распределительного коллектора, при этом для увеличения кампании печи перекрывают основную подачу в кессон охлаждающей жидкости с рабочими параметрами и в каждый перегретый кессон от дополнительного источника увеличивают в 2 - 5 раз подачу охлаждающей жидкости с напором в 1,4 - 2,3 раза выше рабочего, а после восстановления температурного режима потоки охлаждающей жидкости переключают на первоначальный рабочий режим. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургическим плавильным печам, в частности к системам охлаждения печей, преимущественно для плавки в жидкой ванне.

Известен способ охлаждения металлургических печей путем подачи в секции кессонов охлаждающей жидкости с рабочим расходом и напором.

Затем нагревающуюся жидкость собирают и отводят в холодильник.

Недостатком известного способа является то, что при перегреве и запаривании каких-либо единичных кессонов или их секций увеличение подачи охлаждающей жидкости из распределительного источника не позволяет направленно распределять основной поток в аварийный кессон и восстановить температурный режим.

Целью изобретения является увеличение кампании печи, предотвращение локального перегрева и запаривания отдельных кессонов.

Поставленная цель достигается тем, что основную подачу в кессон охлаждающей жидкости с рабочими параметрами перекрывают и в каждый перегретый кессон от дополнительного источника увеличивают в 2-5 раз подачу жидкости с напором в 1,4 - 2,3 раза выше рабочего, а после восстановления температурного режима потоки охлаждающей жидкости переключают на первоначальный режим.

На чертеже приводится схема охлаждения стенок печей от рабочего распределительного коллектора при нормальных рабочих температурах; от дополнительного коллектора с увеличенным в 2-5 раз расходов охлаждающей жидкости при перегреве кессона.

В системе охлаждения металлургической печи 1, имеющей стенку, состоящую из кессонов 2, соединенных между собой трубопроводами 3, забор охлажденной жидкости осуществляется из холодильника 4.

При существующем способе охлаждения (фиг.1а) с рабочими параметрами из холодильника 4 насосом 5 подается жидкость в распределительный коллектор 6, из которого по трубопроводам 7 жидкость подается в нижний кессон 2 и, пройдя последовательно всю секцию кессонов, нагревается и по трубопроводам 8 поступает в сборный коллектор 9, из которого самотеком или в замкнутом контуре 10 подается для охлаждения в холодильник 4.

В случае небольшого локального перенагрева части секций кессонов возможна регулировка подачи в кессоны охлаждающей жидкости задвижками 11, но в небольших пределах.

Главное воздействие на тепловой режим в печи в случае перегрева осуществляется изменением подачи шихты и кислорода, что существенно влияет на стабильность процесса и производительность печи. Однако такой путь приводит к разрегулированию технологического процесса плавки.

Существенно влияет на предотвращение локального перегрева секций кессонов увеличение скорости охлаждающей жидкости внутри кессона в 2-5 раза, а следовательно, и расходы жидкости.

Выбор параметров обусловлен тем, что увеличение расхода примерно пропорционально корню квадратному из увеличенного напора жидкости.

Нижний предел параметров определяется из условия, что меньше 2-кратного увеличения скорости и подачи жидкости не окажет существенного быстрого влияния на внешний температурный режим стенок печи, в этом случае напор увеличивается 1,2 - 1,41 раза.

Верхний предел параметров связан с тем, что при 5-кратном увеличении расхода напор увеличивается примерно в 2,25-2,3 раза, что приближается к пределу запаса прочности стенок кессона 2,5 - 3 раза.

Если увеличивать подачу охлаждающей жидкости по всей системе в 2-5 раз, такая система будет энергоемкой, а с другой стороны, предотвращая перегрев одной части кессонов, более интенсивно будет охлаждаться другая часть, что приведет к излишним потерям тепла в агрегате.

Локальный перегрев происходит не более чем в 20% кессонов, поэтому для предотвращения перегрева, согласно изобретению, поступают следующим образом.

Нормальное охладжение осуществляют как указано.

Для отдельных перегретых кессонов перекрывают подачу охлаждающей жидкости с рабочими параметрами из распределительного коллектора 6 и подают в эти кессоны от дополнительного коллектора увеличенное в 2-5 раз количество охлаждающей жидкости с напором в 1,4 - 2,3 выше номинального рабочего (фиг. 1б).

Реализация указанного режима осуществляется путем подачи увеличенного расхода жидкости в перегретый кессон 2 от дополнительного насоса 12 через дополнительный коллектор 13, трубопровод 14 с переключателем 15 при открытии задвижки 16.

После восстановления температурного режима дополнительные источники отключают и переходят на рабочий режим.

Преимущества предложенного способа вытекают из следующих соображений.

Количество тепла, передаваемое от стенки кессона к протекающей по нему жидкости, определяется как Q = α˙F˙ (t_ст - t_f) (1) где Q - количество тепла; α - коэффициент теплоотдачи; F - поверхность стенке кессона; t_ст - температура стенки кессона; t_f - температура жидкости.

При напорном движении жидкости и при неизменном направлении теплового потока (от стенки к жидкости, что имеет место в рассматриваемом случае, значение коэффициента теплоотдачи α = , (2) где Nu - критерий Нуссельта; λ - коэффициент теплопроводности; d - приведенный диаметр отверстия кессона.

Таким образом, коэффициент теплопередачи α - практически прямопропорционален критерию N_uf= 0,021R⁰_f^,8P (3) где R_uf - число Рейнольдса для протекающей жидкости;
P_rt - критерий Прандтля при температуре жидкости;
P _{r ω} - критерий Прандтля при температуре стенки.

В формуле (3) отношение учитывает изменение направления теплового потока в пограничном слое. Поскольку это направление постоянно (от кессона к жидкости), то величина критерия практически будет величиной постоянной.

С учетом изложенного из формулы (3) следует, что при турбулентном режиме теплоотдача в наибольшей степени зависит от скорости течения жидкости, т.к. критерий Рейнольдса при прочих равных условиях изменяется прямо пропорционально изменению скорости течения жидкости
R_c= (4) где ω - скорость течения жидкости
ν - коэф. кинемат. вязкости.

Отсюда вытекает (и полностью корреспондируется с (3)), что количество тепла, отводимое от стенки кессона, увеличивается в прямой пропорции с увеличением скорости течения жидкости в кессоне, т.е. в 2⁰⁸- 5^0,8 или 1,74-3,62 раза. Это приведет к снижению температуры стенке кессона, увеличению толщины гарниссажа и к уменьшению "теплоотъема от расплава к телу кессона, а следовательно, и снижению его температуры.

Таково физическое обоснование целесообразности увеличенной подачи охлаждающей жидкости при перегреве кессонов, что приводит к оптимизации температурного режима, к защите кессонов и увеличению компании печи.

Следует отметить, что фактические значения расхода и напора насосов могут отличаться от рекомендуемых значений увеличения расхода в 2-5 раз и напора в 1,4 - 2,3 раза на 10-15%, т.к. это связано с подбором насосов из типоряда со своими показателями, а также с тем, что у центробежных насосов криволинейная характеристика взаимозависимости расход-напор.

Для рекомендуемых граничных значений реализации способа расчетные данные параметров и подобранное оборудование представлено в таблице (на примере одного из действующих комбинатов).

Таким образом, очевидно значительное сокращение расхода охлаждающей жидкости и затрат электроэнергии.

Формула изобретения

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕНОК МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ, включающий подачу в секции кессонов охлаждающей жидкости с рабочим расходом и напором, отличающийся тем, что, с целью увеличения кампании печи и предотвращения локального перегрева, при перегреве отдельных кессонов подачу в них охлаждающей жидкости с рабочими параметрами прекращают и в каждый перегретый кессон от дополнительного источника подают охлаждающую жидкость в количестве, в 2 - 5 раз превышающем количество охлаждающей жидкости, с рабочим расходом при напоре, в 1,14 - 2,3 раза превышающем рабочий напор, а после восстановления температурного режима охлаждающую жидкость подают с рабочими параметрами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2