Охлаждающая батарея для шахтных печей
Изобретение относится к области металлургии, в частности к охлаждающим устройствам шахтных печей. Охлаждающая батарея содержит каркас с внутренним проводящим охлаждающую жидкость каналом, выполненным с направляющим элементом, разделяющим канал на участке кромок, для подвода охлаждающей жидкости к участку кромок и возврату в противоположном направлении. Канал входит в соединенные с охлаждающей батареей патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости и имеет на участке кромок увеличенное по сравнению с поперечным сечением внутреннего канала поперечное сечение. Участок кромок с участком охлаждения и направляющим элементом может быть выполнен в виде отдельного наконечника, закрепленного на каркасе. Использование изобретения обеспечивает улучшенное охлаждение на концевых участках. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к охлаждающей батарее для шахтных печей, например доменных печей с участком, по которому протекает охлаждающая жидкость, предпочтительно вода, за счет выполнения по меньшей мере одного внутреннего проводящего охлаждающую жидкость канала, входящего в соединенные с охлаждающей батареей патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости, а также с участками кромок.
Такие охлаждающие батареи, известные также под названием холодильник Stave, служат для охлаждения стенок доменных печей, обычно устанавливаются между кожухом или броневым листом печи и кирпичной футеровкой печи и снабжаются на обращенной внутрь печи стороне огнеупорным материалом.
Известны охлаждающие батареи, в которых охлаждающие каналы образованы залитыми в чугун трубами обычно из стали. Проходящие через охлаждающую батарею охлаждающие каналы расположены, как правило, вертикально к продольной оси каркаса. Эти плиты наряду с чугуном могут выполняться из медного литья. Кроме того, известны кованые или полученные прокаткой охлаждающие плиты из меди или низколегированных сплавов меди, охлаждающие каналы которых представляют собой проходящие вертикально глухие отверстия, выполненные механическим глубоким сверлением или также фрезерованием. Наконец, известно также изготовление охлаждающей батареи из одного или нескольких полученных непрерывным прессованием или прокаткой отрезков профиля с выполненными внутри них каналами для охлаждающей жидкости.
При этом в известных холодильниках Staves общим в основном является то, что они имеют проточный для пропускания охлаждающей жидкостью участок, образованный охлаждающими каналами, которые выходят в соответствующие, проходящие через стенку доменной печи патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости, а также имеют участок кромок, расположенный в основном вне патрубков. Эти участки кромок охлаждаются, разумеется, не так интенсивно, как участок холодильника с проходящими через него охлаждающими каналами. Причина менее интенсивного охлаждения участков кромок заключается в относительно большом промежутке между пересекаемым охлаждающей жидкостью участком и углами или кромками холодильника Stave, то есть концевыми участками. Выделяющаяся в данном месте теплота должна передаваться пересекаемому охлаждающей жидкостью поперечному сечению. Это приводит к более высоким температурам на углах и кромках по сравнению с остальным участком холодильника Stave и тем самым к термическим напряжениям, перегревам и быстрому износу. Прежде всего, потере материала подвергаются холодильники Staves из чугуна в основном на углах, а также кромках, вследствие чего, в конечном итоге, кожух доменной печи недостаточно защищен в этих местах и становится необходимой замена соответствующих холодильников Staves. В медных холодильниках Staves возникают преимущественно те же проблемы, но благодаря намного большей теплопроводности материала только позднее и менее сильно.
По геометрическим и технологическим причинам охлаждающие трубки нельзя установить на любом расстоянии на участки кромок холодильников для того, чтобы тем самым создать улучшенное охлаждение. На наружной стороне кожуха доменной печи размещены так называемые компенсаторы, обеспечивающие газонепроницаемость вывода охлаждающих трубок из обшивки доменной печи. Вследствие их геометрических размеров они требуют соблюдения определенного вертикального и горизонтального расстояния между центрами охлаждающих трубок относительно друг друга. Это расстояние требуется также для того, чтобы кожух доменной печи не так сильно ослаблялся из-за слишком близко расположенных друг к другу рядов отверстий. В холодильниках Staves с залитыми трубками угол сгиба трубок ограничен в зависимости от наружного диаметра и толщины стенки так, что форма сгиба, которая была бы необходима для прохождения участка кромок, недостижима.
Проблема более плохого охлаждения углов и кромок охлаждающей батареи решается охлаждающей плитой из ЕР 94115821 за счет того, что ее участки кромок снабжены отверстиями, которые по сравнению с собственно охлаждающими каналами имеют меньшие поперечные сечения. В целом вертикальными и горизонтальными отверстиями для участка кромок предложена собственная система охлаждения с собственными вводами и выводами для охлаждающей жидкости с необходимыми тем самым патрубками, проходящими через стенку доменной печи.
Из DE 3313998 A1 известна охлаждающая плита для металлургических печей, а также способ ее изготовления. Данная охлаждающая плита выполнена из полученного литьем материала, причем каналы для охлаждающей жидкости образованы стальными трубами. Для выполнения охлаждающей батареи с не закрытой кожухом стальной трубой при безупречной теплопередаче необходимо предусмотреть отверстие, проходящее с узкой боковой поверхности отлитого корпуса внутрь отлитого корпуса, причем в отверстие вставлена находящаяся в прессовом соединении со стенкой отверстия стальная труба. Так как в вертикальное отверстие трудно ввести трубу с изогнутым коленчатым участком и относительно большие отверстия на головном и концевом участках плит должны быть закрыты огнеупорным материалом, предлагается объединить подвод и отвод охлаждающей жидкости на одной стороне охлаждающей плиты. Стальная труба образована в виде трубы в трубе, которая на своем нижнем конце закрыта днищем. Охлаждающая жидкость проходит через наружный кольцевой участок в охлаждающую батарею и назад во внутреннюю трубу.
В основу изобретения положена задача создания охлаждающей батареи того типа, который описан в ограничительной части формулы изобретения с улучшенным охлаждением на концевых участках, то есть на участках кромок.
Для решения данной задачи предлагается охлаждающая батарея с признаками пункта 1 формулы изобретения. Преимущественные усовершенствования раскрыты в подпунктах.
В противоположность уровню техники в предложенном охлаждении речь идет не об отдельной системе охлаждения с собственными патрубками, которые могли бы ослабить стенку доменной печи, а об изменении подачи охлаждающей жидкости путем удлинения проходящих через каркас охлаждающих каналов на участке кромок, под который могут подпадать также угловые участки. Поперечное сечение каналов, проходящих на участке кромок сравнительно больше и снабжено такими охлаждающими направляющими элементами, что при отводе охлаждающей жидкости охлаждающая жидкость, протекающая от каркаса, отклоняется и в основном течет в обратном направлении против прежнего направления потока к устью патрубка. При подводе охлаждающая жидкость вначале отклоняется к участку кромок и оттуда в направлении каркаса. При этом преимуществом является то, что поперечное сечение участка охлаждения удваивается, то есть собственно поперечное сечение охлаждающего канала для потока вперед и назад остается и тем самым сохраняется равномерная скорость потока внутри системы охлаждения.
Таким образом эффективность охлаждения на участках кромок и углов холодильника Staves улучшается без изменения расстояния участков охлаждения и патрубков в броневом листе печи, которое определяется компенсаторами. В целом тем самым достигается то, что охлаждающая жидкость поступает к краевому участку холодильника, причем еще остающееся расстояние между охлаждающей водой пересекается и непересеченные участки значительно сокращаются, а именно на значение, которое в нормальной части охлаждающей батареи является достаточным для нормального охлаждения.
В качестве особенно предпочтительного варианта выполнения предлагается выполнить участок кромок охлаждающей батареи в виде отдельного наконечника, снабженного участками охлаждающего канала с направляющими элементами. Отдельный наконечник закрепляют на каркасе, в котором выполнены внутренние охлаждающие каналы. Наконечник может быть изготовлен цельным, например в виде отлитой или откованной заготовки, или из нескольких заготовок в виде сварной конструкции. Наконечник предпочтительно выполнен так, что он имеет соответствующее отверстие для приема устья патрубка для подвода или отвода охлаждающей жидкости, который проходит через стенку доменной печи.
В холодильнике с каркасом с несколькими вертикальными охлаждающими каналами рекомендуется такая установка наконечника, количество которых на участках охлаждения согласовано с количеством внутренних вертикальных охлаждающих каналов. В состоящем из нескольких профилей холодильнике может быть также соответствующее количество наконечников.
Ниже показан предпочтительный вариант выполнения охлаждающей батареи согласно изобретению.
При этом на фиг.1 показан вид сбоку двух установленных друг над другом изображенных частично охлаждающих батарей с предложенным согласно изобретению наконечником;
фиг.2 - вид охлаждающих батарей по фиг.1 со стороны броневого листа печи;
фиг.3 - вид сбоку двух расположенных друг над другом изображенных частично охлаждающих батарей согласно уровню техники;
фиг.4 - вид охлаждающих батарей по фиг.3 со стороны броневого листа печи.
На фиг.1 показаны в частичном изображении два холодильника 1, 2. При этом у нижнего холодильника 1 изображена головная зона с присоединяемым патрубком 3 для отвода охлаждающей жидкости и у верхнего холодильника 2 показана концевая зона с присоединяемым патрубком 4 для подвода охлаждающей жидкости. Патрубки 3, 4 проходят через введенные в стенку 5 печи отверстия 6, 7.
Холодильники 1, 2 содержат каркас 8 с вертикальными охлаждающими каналами 9. Холодильники выполнены из меди или низколегированного сплава меди. В направлении внутреннего пространства печи холодильники 1, 2 снабжены выступами 10 и пазами 11 для приема огнеупорного материала. К каркасу 8 холодильника 1 с головной стороны приварен предложенный согласно изобретению наконечник 12. Он имеет в продолжении к соответствующему вертикальному охлаждающему каналу 9 и к другим не видимым в поперечном сечении охлаждающим каналам каркаса участок 13 канала с увеличенным поперечным сечением по сравнению с поперечным сечением вертикального охлаждающего канала и частично разделенный направляющим элементом 14. Направляющий элемент 14 проходит в показанном примере выполнения как непосредственное продолжение направленной к броневому листу печи стороны 15 показанного канала каркаса.
При выполнении в виде отлитой детали на высоте патрубка 3 в отдельном наконечнике выполнено соответствующее отверстие для соединения с проходящими в стенке доменной печи патрубками. При выполнении в виде сварной конструкции наконечник может состоять из нескольких частей, соединенных между собой сварными швами.
Далее водоподвод описан в нижнем холодильнике 1 в его головной части 12, которая обозначена стрелками. Предложенным наконечником 13 охлаждающая вода проводится так, что она вначале проходит до непосредственной кромки охлаждающей батареи. Затем она проходит после поворота на 180 градусов некоторое расстояние противоположно прежнему направлению течения и затем еще раз изменяет направление на 90° относительно патрубка 3 для того, чтобы пройти через патрубок 3 и неизображенное колено трубы (обозначенное в данном примере штриховой линией) к патрубку 4 расположенного над ним холодильника 2. Из верхнего холодильника охлаждающая жидкость подается в охлаждающий контур.
Сами патрубки 3, 4 окружены компенсаторами 16, 17, необходимыми для обеспечения газонепроницаемости на патрубках. Ясно, что несмотря на промежуток между патрубками 3, 4, обусловленный компенсаторами 16, 17, достигается оптимальное охлаждение участков кромок охлаждающей батареи.
Предпочтительно наконечники уже до монтажа снабжены патрубками 3.
Нет необходимости обязательно заменять как головную деталь, так и нижнюю деталь холодильника с наконечником согласно изобретению с измененным направлением прохождения воды. Уже показанное в данном случае одностороннее изменение водоподвода обеспечивает большее охлаждение на участках кромок двух установленных друг над другом холодильников. Холодильник снабжен раздельным наконечником преимущественно только с одной стороны хотя по сравнению с двумя наконечниками, то есть в головной зоне и зоне основания, он хотя и может выполняться с большей длиной, но имеет экономические преимущества с точки зрения изготовления.
Установка на стенке доменной печи холодильников, имеющих наконечники только с головной стороны, показана на фиг.2. Показанные в данном случае холодильники 1, 2 состоят из полученных непрерывным прессованием или прокаткой профилей, сваренных вдоль своей продольной стороны со своими выступами (сравни штрихованные линии). Каждый профиль сварен с головной стороны с наконечником 12 с предложенным согласно изобретению водоподводом, что поясняется с помощью штрихпунктирной линии сварного шва 19. Соответствующие патрубки для подвода и отвода воды размещены на разных расстояниях от стыка 18 между обоими установленными друг над другом холодильниками 1, 2. Поэтому стык расположен не по центру (сравни фиг.4).
Показанными на фиг.2 участками А и А' изображено, каким образом путем установки пересекаемого водой наконечника 12 с соответствующим элементом для водоподвода 14 сокращается промежуток между участком, через который протекает охлаждающая вода, и наружными кромками холодильников и тем самым достигается улучшение охлаждающего действия в углах и на кромках.
Следует упомянуть, что установленный в головной части наконечник имеет то преимущество, что он служит в качестве опорной точки для подвешивания охлаждающей батареи. Установка наконечника на нижней части охлаждающей батареи имеет в противоположность этому, то преимущество, что предотвращается опасность образования пространств, заполненных воздухом и паром, которые вследствие своего изолирующего эффекта препятствуют хорошему охлаждению.
Для сравнения на фиг.3 показан водоподвод в известных до настоящего времени холодильниках. Детали этих охлаждающих батарей, соответствующие деталям на фиг.1, имеют одинаковые позиции. Изображенные в данном случае холодильники 20, 21 снабжены залитыми трубами 22, 23 в качестве охлаждающих каналов, которые проведены с помощью защитных труб 24, 25 через соответствующие отверстия 6, 7 через стенку 5 печи. Подвод охлаждающей воды между двумя холодильниками также обозначен штриховой линией. Становится ясно, что в сравнении с предложенными в соответствии с изобретением охлаждающими батареями не охлаждаются намного большие участки 26, 27 кромок, которые тем самым подвержены большему износу. Фиг.4 показывает для сопоставления с фиг.2 вид расположенных друг над другом охлаждающих батарей 20, 21 с проходящими вертикально охлаждающими каналами 22, 23 по уровню техники. В данной обычно принятой конфигурации холодильников стык между двумя вертикально установленными друг над другом вдоль стенки доменной печи холодильниками расположен в основном на одинаковом расстоянии от охлаждающих каналов и тем самым по центру соответствующих участков кромок.
1. Охлаждающая батарея для шахтных печей с каркасом (8), по которому протекает охлаждающая жидкость за счет размещения, по меньшей мере, одного внутреннего проводящего охлаждающую жидкость канала (9), а также с направляющим элементом (14), частично разделяющим участок (13) канала на участке кромок, для подвода охлаждающей жидкости к участку кромок охлаждающей батареи и возврата в противоположном этому направлению потока, отличающаяся тем, что проводящий охлаждающую жидкость канал (9) входит в соединенные с охлаждающей батареей (1,2) патрубки (3, 4) для подвода и отвода охлаждающей жидкости, а соответствующий проводящий охлаждающую жидкость канал проходит на подводе и/или отводе охлаждающей жидкости через выходной участок патрубков наружу в соответствующее устье следующего участка кромок охлаждающей батареи, и что проводящий охлаждающую жидкость канал (9) имеет на участках кромок увеличенное по сравнению с поперечным сечением внутреннего канала поперечное сечение.
2. Охлаждающая батарея по п.1, отличающаяся тем, что участок кромок, включая соответствующий участок (13) охлаждения с направляющим элементом (14), выполнен в виде отдельного наконечника, который закреплен на каркасе (8), в котором проходят внутренние охлаждающие каналы (9).
3. Охлаждающая батарея по п.2, отличающаяся тем, что отдельный наконечник (12) выполнен в виде отлитой детали или сварной конструкции и сварен с каркасом.
4. Охлаждающая батарея по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что размер поперечного сечения отрезка (13) канала в сравнении с размерами охлаждающего канала (9) в каркасе (8) приблизительно в два раза больше и что направляющий элемент установлен так, что разделяет отрезок канала (13) на два охлаждающих канала с соответствующими размерами.
5. Охлаждающая батарея по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что отдельный наконечник (12) на стороне броневого листа печи содержит по меньшей мере одно отверстие, в которое введен или с которым сварен входной участок соответствующего патрубка (3, 4) для подвода или отвода охлаждающей жидкости.
6. Охлаждающая батарея по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что она содержит каркас (8) по меньшей мере из двух приваренных друг к другу, полученных непрерывным прессованием или прокаткой профилей, через которые проходит по меньшей мере один охлаждающий канал (9), а также некоторое количество наконечников (12), при этом количество профилей соответствует количеству наконечников, которые верхними или донными частями сварены с профилями.
