Охлаждаемый элемент металлургической печи

 

1. ОХЛАЖДАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, состоящий ИЗ несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя, с погруженным в него охлаждающим элементом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежной и безопасной работы охлаждаемого элемента и возможности утилизации тепла. выделяемого из печного пространства , теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несущая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой. 2.Охлаодаемый элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов . 3.Охлаждаемый элемент по п. t, отличающийся тем, что сл в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металличес с: кой стружки из высокотепЛопроводного материала с дробленым металлическим скрапом крупностью до одной трети расстояния между охлаждающим , элементом и защитной оболочкой. эо :о о :л У1 4.Oxлaждae 9 Iй элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокотеплопроводного материала используют стружку из медных или алюминиевых сплавов.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3(51) F 27 9 1/12

"" 1Ж! ЩУн с ) 1 й- .те6 „„

) 1) ))1,„ ., ° Б )) 4-) f)- 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3483166/22-02 (22) 24,08.82 (46) 30.03.84. Бюл. У 12 (72) М.С. Бройт, Я.А. Слободчиков, Л.Н. Бзжанов, А.М. Птицын и В.А. Кошелев (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров (53) 669. 162. 214 (088. 8) (56) 1. Заявка Франции 1) 2449862, кл. F 27 0 l/12, онублик. 1980.

2. Заявка ФРГ У 2717641, кл. F 27 D 9/00, опублик. 1980.

3. Патент США У 4245133, кл. F 27 D 1/1.2, опублик. 1979.

4. Заявка Франции )) 2424499, кл. Е 27 D 1/16. опублик. 1979. (54) (57) 1. ОХЛАЖДАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, состоящий ,,из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя. с погруженным в него охлаждающим элементом, отличающийся тем, что,, с целью обеспечения надежной и безопасной работы охлаждаемого элемента и воэможности утилизации тепла, выделяемого из печного пространства, теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несущая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой.

2. Охлаждаемый элемент по п. отличающийся тем, что в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов.

3. Охлаждаемый элемент по п. 1, о т )) и ч а ю шийся тем, что. в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металличес С кой стружки из высокотеплопроводного материала с дробленым металли- р ческим скрапом крупностью до одной трети расстояния между охлаждающим элементом и защитной оболочкой.

4. Охлаждаем)й элемент по и. f, .отличающийся тем, что в качестве высокотеплопроводного материала используют стружку иэ медных или алюминиевых сплавов.

1083055

Изобретение относится к металлур= гии, а именно к конструктивным элементам промышленных плавильных печей.

Известны конструкции охлаждаемых элементов металлургических печей, состоящие из монолитного металлургического блока с просверленными и отфрезерованными в нем каналами j1j.

Эта конструкция обеспечивает наи- .1О лучший отвод тепла от металлоконструк ции к охлаждающей жидкости, однако она требует большого расхода дефицитного дорогостоящего материала, чаще всего меди. Кроме того она пре- 15 допределяет огромные теплопотери печного пространства с охлаждающей жидкостью и невозможность использовать вторичное тепло для возмещения энергозатрат из-за сложности поста- 20 новки элемента под давление, так как медные элементы не допускаются технадзором для работы под давлением.

Известны конструкции охлаждаемых 25 элементов, выполненных в виде отливки из теплопроводного материала, например, медных сплавов, нри этом для создания каналов, в которых движется охлаждающая жидкость, например вода, в отливку вкладываются трубы.

Недостатком этой конструкции является ненадежный контакт между трубами и материалом основного блока, в результате чего в месте нарушения контакта часто возникают перегревы основного материала, прогары и аварии.

Известны попытки улучшить эту конструкцию за счет применения флюсующих слоев из отдельных металлов (никеля, кобальта, марганца, серебра) или их комбинаций и оксидов металлов (2) . !

Однако, эти слои, по существу являющиеся припоем, не могут гарантировать абсолютного контакта, так

Как при плавлении флюсующих слоев из металлов и их оксидов обязательно 50 происходит образование пустот и пузы рей, которые в свою очередь являются факторами, обеспечивающими неравномерный теплоотвод.

Известны также конструкции охлаж- 55 даемых элементов в которых с одной стороны для упрощения изготовления по сравнению с конструкцией (1), с другой .стороны для повышения надежности по сравнению с конструкцией (2), используется промежуточное решение, а именно, к высокотемпературному пространству обращается толстостенная плита из теплопроводного материала, например меди, а с тыльной, холодной стороны навариваются каналы, образующие змеевик, в котором движется охлаждающий агент, например вода j3) . Конструкция эта надежна, как конструкция (1), однако несколько дешевле. Недостатками ее являются такой же высокий расход де". фицитных дорогостоящих теплопроводных материалов и отсутствие возможности использования вторичного тепла для получения энергии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является охлаждаемый элемент металлургической печи, состоящий из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя с погруженным в него охлаждающим эле ментом (4).

Однако в охлаждаемом элементе охлаждающие трубы находятся в напряженном состоянии, поскольку утрам. бованный слой и трубы имеют разные коэффициенты линейного расширения, в связи с чем в неоднородном температурном поле возникают механические напряжения. Материалы же для изготовления утрамбованных слоев с коэффициентом линейного расширения, равным металлическому, пока неизвестны. Исключение составляет партландцемент, который в виде водного бетона имеет коэффициент линейного расширения, равный коэффициенту линейного расширения стали. Од.нако ему присущи низкая теплопроводность и изменение физических свойств в поле температуры. Поскольку все утрамбованные слои обладают высоким термическим сопротивлением, поле в них неравномерно, а значит неравномерно расширение, вследствие чего обязательно возникают термические напряжения. Кроме того, утрамбованный слой, как и бетон, не обладает механической податливостью.

Ненадежный контакт охлаждающих труб с теплопроводным слоем, ввиду того, что слой утрамбован, т.е. при разном температурном расширении теплопроводного слоя и охлаждающих

3 О труб возможно нарушение контакта между ними. Следовательно, возможны местные перегревы и аварии.

При повреждении охлаждающих труб выливающаяся жидкость задерживается утрамбованным теплопроводным слоем, Своевременное обнаружение повреждения труб при такой конструкции затруднено, что ведет к скоплению большого количества охлаждающей жид- 10 кости около места повреждения и вэры ву элемента.

° Невозможна утилизация тепла, выделяемого печным пространством по следующим причинам: Трубы распо15 ложены горизонтально, так что образующийся в ходе нагревания пар скапливается в верхней части труб, там же, где имеется наиболее интенсивный нагрев. Применить повышенное

20 давление, т. е. давление, при котором не происходит образование пара за счет указанных выше ненадежных контактов с утрамбованным слоем и

25 .тому подобных недостатков опасно, поэтому установки работают на низком давлении.

Кроме того, исключена возможность температурной компенсации, что

30 влечет за собой рост механических напряжений, не допускаемых в трубопроводах, работающих под давлением.

Секционирование охлаждающих эле- 35 ментов сложно и с этим связана невозможность управления. Элемент ограничен в пространственном расположении, может быть расположен только горизонтально. 40

Цель изобретения — обеспечение надежной и безопасной работы охлаждаемого элемента и возможности утилизации тепла, выделяемого из печного пространства.

Поставленная цель достигается тем, что в охлаждаемом элементе металлургической печи, состоящем из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ни- 50 ми теплопроводного слоя с погруженным в него охлаждающим элементом, теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несущая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом

55 4 арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой..

Кроме того, в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов.

Помимо этого, в качестве упругоro дисперсного материала использована смесь металлической стружки из высокотеплопроводного материала с дробленым металлическим скрапом крупностью до одной трети расстояния между охлаждающим элементом и защитной оболочкой.

Кроме того, в качестве высокотокопроводного материала используют стружку их медных или алюминиевых сплавов.

На фиг. 1 изображен охлаждаемый элемент, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — вид по стрелке

Б (несущий блок и теплопроводный слой условно не показаны).

Охлаждаемый элемент содержит несущий блок 1, выполненный из огнеупорного бетона и снабженный армирующими стержнями 2, защитную оболочку 3, соединенную неразъемно со стержнями 2 несущего блока 1. Иежду несущим блоком i и защитной оболочкой 3 расположен теплопроводный слой

4 из упругого дисперсного материала, в качестве которого использована либо металлическая стружка из высокотеплопроводных алюминиевых или медных сплавов, либо из ее смеси с дробленым металлическим скрапом, круп" ность которого выбирается с учетом сохранения упругости этой смеси и не превышает одной трети расстояния между охлаждающим элементом и защитной оболочкой. В теплопроводном слое

4 размещен охлаждающий элемент, выполненный в виде отдельного блока труб змеевикового типа. В нижней и верхней части охлаждаемого элемента установлены свистовые трубки 6.

Для монтажа и демонтажа охлаждаемого элемента предусмотрены уши 7, жестко связанные с армирующими стерж. нями 2.

Охлаждаемый элемент работает следующим образом.

Охлаждаемый элемент устанавливаетея на место и собирается таким образом, чтобы образовать конструкцию печного пространства. Затем отводы и подводы охлаждающего блока труб 5

1083055

d соединяются с магиатралями отвода и подвода охлаждающей жидкости к элементу. Давление и расход этой жидкости выбирается таким, чтобы при нормальной работе не возникало пле- 5 ночного кипения. При подаче теплового воздействия на защитную оболочку 3 во время разогрева печи устанавливается стационарное температурное поле в трех средах: защитная оболочка 3, теплопроводный слой 4, охлаждающий блок труб 5. В случае повреждения трубы охлаждающего блока 5 жидкость попадает в прогретый дисперсный слой 4, при этом происходит интенсивное парообразование, и образовавшийся пар выходит через верхнюю свистовую трубку 6, а избыток жидкости через нижнюю трубку 6, сигнализируя тем самым обслу- 20 живающему персоналу об опасности.

В предлагаемом элементе охлаждающие трубы разгружены от напряжения, поскольку охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока из труб и отделен от защитной оболочки и от несущего бетонного блока слоем упругого дисперсного теплопроводного материала. В местах прохода соединительных звеньев (калачей и отводов) 3ð охлаждающего элемента через бетон образуются естественные компенсаторы в виде гибов труб, кроме того бетон имеет тот же самый температурный коэффициент линейного расширения, что и .сталь. Поэтому вероятность воз никновения термических напряжений в охлаждающем блоке труб сводится к минимуму, а в идеапьном случае к нулю. В то же время несущая кон- 4р струкция в виде армированного бетонного блока обладает весьма большой жесткостью, что позволяет ей воспринимать фактически всю нагрузку от стыковки с соседними элементами на себя, не передавая эти усилия ни на защитную оболочку ни на охлаждающий элемент, как это имеет место во всякой статическч неопределимой системе.

Выполнение теплопроводного слоя упругого дисперсного материала обеспечивает гарантированный контакт между теплопроводным слоем и трубами охлаждающего блока, и между теплопроводным слоем и защитной оболочкой, что исключает возможность местных перегревов и аварий, вызванных ими.

В случае повреждения труб охлаждающего блока, выливающаяся жидкость не скапливается внутри элемента, а выводится наружу, предупреждая обслуживающий персонал с неисправности.

В этом случае охлаждающи1". блок труб отсоединяется от подводящей и отводящей магистрали и до неаварийного останова печи охлаждаемый элемент ра. ботает на несущем блоке, выполненном из огнеупорного бетона.

Разгрузка охлаждающего блока труб от термических и механических напряжений позволит повысить давление в сети охлаждающей жидкости вплоть до энергетических параметров, что в свою очередь позволит утилизировать тепло, выделяемого печным пространством.

Выполнение несущей конструкции в виде армированного бетонного блока, неразъемно связанного с защитной оболочкой, позволяет ориентиро" вать охлаждаемый элемент при установке относительно вертикали произвольным образом.

Ориентировочный экономический эффект за счет экономии материалов составит 146 тыс. руб.

1083055

А-А

1083055 ид б иг.

Составитель Л. Шарапова

Редактор Е. Лушникова Техред С.Легеэа Корректор В. Бутяга

Закаэ 1726/36 Тираж 578 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4