Устройство охлаждаемой шахты доменной печи

 

Изобретение относится к области металлургии. Конструкция охлаждения шахты выполнена из крупноблочных бетонированных панелей и толстостенных охлаждаемых труб длиной, равной охлаждаемой высоте шахты со совмещенным вводом и выводами охлаждающей среды, двумя скользящими опорами, фиксирующими расположение трубы. Расстояние между осями труб равно 1,8-2,2, а толщина слоя бетона равна 2,5-3,5 наружного диаметра охлаждающей трубы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к конструкции охлаждаемых элементов шахты доменных печей.

Известен ряд конструкций охлаждаемых элементов шахты доменной печи, выполненных из стальных толстостенных труб с межтрубным пространством, заполненным огнеупорным бетоном.

Известна трубчатая система охлаждения шахты, в которой охлаждаемые стальные толстостенные трубы монтируются на отдельных царгах кожуха, бетонируются и в готовом виде устанавливаются на доменной печи при ее строительстве и ремонте.

Достоинством данного изобретения является изготовление крупноблочных бетонированных панелей до их установки на печь, в стороне на специальной монтажной площадке. Благодаря этому изготовление панелей производится в комфортных условиях, без обычной спешки. Кроме того, сокращается на несколько суток монтаж или ремонт доменной печи.

Однако, в этой конструкции остался крупный недостаток: наличие в охлаждаемых скобах термомеханических напряжений от различия температур скоб и кожуха печи. Как показывают расчеты, величина этих напряжений приводит к пластическим деформациям скоб, а периодический нагрев холодильников к усталостному разрушению.

Действительно, в течении суток происходит несколько изменений температурного режима за счет особенностей хода плавки и периодического оползания гарнисажа.

Таким образом в течение кампании печи происходит несколько тысяч теплосмен, что приводит к разрушению труб и течи воды в печь.

С целью устранения этого недостатка предложено охлаждаемые элементы шахты выполнить из прямоугольных водоохлаждаемых труб, длина которых равна охлаждаемой высоте шахты. Внутри этих труб расположены опускные трубы (по типу "труба в трубе").

Прямоугольная труба имеет один выход наружу в верхний охлаждаемой части шахты. Снизу эта труба заглушена. Внутренняя (опускная) труба проходит через кожух печи в том же месте, что и прямоугольная подъемная труба. Таким образом вся система труб при нагреве имеет возможность свободно расширятся без возникновения термомеханических напряжений. (см. а.с. N 222410, C 21 B 7/06, 1978) Это изобретение взято за прототип.

Данное изобретение имеет ряд недостатков: 1. Панели изготавливаются из прямоугольных труб. В настоящее время прямоугольные трубы на Украине не изготавливаются и для их получения требуется специальный заказ.

2. Ошиповка труб для лучшего удерживания карборундовой или какой-либо другой обмазки со стороны рабочего пространства печи является излишней, так как не обеспечивает сохранности обмазки. Опыт работы доменных печей с бетонированными охлаждаемыми конструкциями показал, что независимо от состава бетонной массы и ее крепления, бетон разрушается до охлаждаемых труб.

3. Коллектор для сбора пароводяной смеси в верхней части трубы прямоугольного сечения усложняет конструкцию и ослабляет ее из-за сложностей "Т"- образной формы.

4. Трубы no высоте печи крепятся к кожуху неохлаждаемыми стальными планками. Эти планки расположены со стороны рабочего пространства, быстро выйдут из строя, отойдут от проектного положения и перестанут защищать кожух печи.

5. Опускные трубы приняты также прямоугольного сечения.

6. Сосредоточение нескольких отверстий для ввода прямоугольных труб вместе (впритык одно к другому) сильно ослабляет кожух шахты и является опасным.

Кроме того, в указанном изобретении не указаны оптимальные конструктивные размеры, а именно размеры прямоугольных труб по сечению, расстояние между трубами и расстояние от труб до кожуха. Произвольно выбранные размеры могут привести к совершенно неработоспособной конструкции.

Для исключения указанных недостатков предлагается конструкция представленная на чертеже.

Шахта включает кожух 1, огнеупорную кладку 2, которая опирается на мараторный холодильник 3. Кладка неохлаждаемой части шахты опирается на холодильники 4. Шахта составляется из отдельных царг кожуха крупноблочных панелей. В панелях установлены круглые толстостенные стальные трубы 5, которые вводятся в печь через кожух в верхней части охлаждаемой части шахты.

Внутрь этих труб заведены опускные трубы 6. Положение наружных толстостенных труб 5 фиксируется двумя рядами скользящих опор 7, которые обеспечивают беспрепятственное перемещение труб параллельно кожуху и исключают радиальные перемещения. Пространство между трубами заполнено огнеупорным материалом 8, между кожухом и бетоном предусматривается слой термоизоляции 9.

Данная конструкция равно пригодна для испарительного и водяного охлаждения шахты.

Система работает следующим образом.

Охлаждающая вода поступает по трубе 6 в самую нижнюю часть наружной толстостенной стальной трубы 5. Перемещаясь по кольцевому зазору вверх она охлаждает стенки толстостенной трубы и обеспечивает ее прочность. Из толстоетенной трубы при испарительном охлаждении пароводяная смесь поступает в подъемные коллекторы и оттуда в барабан-сепаратор. При водяном охлаждении подогретая вода сливается в приемные воронки системы оборотного водоснабжения. Толстостенная труба в процессе работы нагревается несколько выше температуры охлаждающей среды (за счет внешнего нагрева со стороны рабочего пространства). Температура трубы делается выше температуры кожуха и поэтому тепловые удлинения трубы превосходят тепловое расширение кожуха. В предложенной системе труба свободно перемещается вдоль кожуха вниз по скользящим опорам без возникновения термомеханических напряжений.

По прошедствии примерно одного года после задувки печи кладка в районе охлаждаемой части шахты полностью разрушается. В скорости разрушается и слой бетона со стороны рабочего пространства. Однако бетон, находящейся между трубами и за трубами (со стороны кожуха) сохраняется до конца кампании печи и надежно защищает кожух от нагрева.

Для надежной защиты кожуха от нагрева необходимо правильно выбрать конструктивные параметры. Эти параметры выбраны на основании расчета температурных полей в бетонированных панелях и натурных замеров на действующих печах. В результате этих исследований нами установлено, что надежное охлаждение кожуха обеспечивается при следующих конструктивных параметрах.

Наружный диаметр толстостенной трубы 90-120 мм.

Толщина стенки в пределах 14-18 мм.

Количество скользящих опор 2 (одна внизу толстостенной трубы, одна на ее середине).

Толщина слоя огнеупорного бетона от 2,5 до 3,5 диаметров наружной трубы.

Расположение толстостенной трубы на середине слоя бетона.

Расстояние между осями толстостенных труб от 1,8 до 2,2 наружных диаметров.

Сечение опускной трубы назначается из теплового и гидравлического расчета.

Формула изобретения

1. Устройство охлаждаемой шахты доменной печи, включающее крупноблочные панели из огнеупорного материала, в котором расположены на всю высоту шахты печи концентричные охлаждаемые трубы с совмещенным вводом и выводом охлаждающей среды, отличающееся тем, что охлаждаемые трубы выполнены толстостенными с круглым сечением и расположены в бетонном слое, толщина которого составляет 2,5-3,5 наружного диаметра толстостенной охлаждаемой трубы, при этом расстояние между осями охлаждаемых труб равно 1,8-2,2 того же диаметра.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено двумя скользящими опорами, установленными на кожухе печи внизу и в центре охлаждаемой толстостенной трубы, обеспечивающие ее вертикальное перемещение.

РИСУНКИ

Рисунок 1