Плитовый холодильник для металлургических печей

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для охлаждения шахт металлургических печей, и может использоваться в системах водяного и испарительного охлаждения кожухов шахт доменных печей и вагранок. Плитовый холодильник для металлургических печей содержит плиту с ребрами на рабочей поверхности и залитые в плиту охлаждающие трубы, ребра выполнены прерывистыми с глубиной паза равной 0,1-1,0 от высоты ребра и длиной паза равной 0,1-1,5 от толщины основания ребра. При использовании изобретения обеспечивается повышение эксплуатационной стойкости плитового холодильника. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для охлаждения шахт металлургических печей, и может использоваться в системах водяного и испарительного охлаждения кожухов шахт доменных печей и вагранок.

Известен плитовый чугунный холодильник для доменной печи, содержащий чугунную плиту, которая может иметь на рабочей поверхности горизонтальные ребра и залитые в чугунную плиту охлаждающие змеевики, выполненные из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (Патент РФ №2151195, МПК 7 С 21 В 7/10, опубл. 2000 г., Бюл. №17). Такой холодильник имеет невысокую стойкость, т.к. ребра на рабочей поверхности плиты выполнены сплошными, что приводит при эксплуатации холодильника к быстрому образованию на них трещин и преждевременному выходу холодильника из работы.

Известен плитовый холодильник металлургической печи, рабочая поверхность которого разделена ребрами на ячейки шестигранной или овальной формы (SU №1092177, МПК 3 С 21 В 7/10, опубл. 1984 г.). Недостатком такой конструкции наружной поверхности является низкая стойкость холодильника, т.к. ребра между ячейками выполнены сплошными, в результате в них образуются трещины термической усталости, приводящие к поломке холодильника.

Известен плитовый холодильник доменной печи, состоящий из чугунной плиты с залитыми в нее охлаждающими трубами, причем наружная облицовка выполнена в виде прилегающих друг к другу пластин из износостойкого чугуна, закрепленных в теле плиты по типу “ласточкина хвоста”, при этом между пластинами и телом плиты нанесен слой огнеупорной краски (а.с. СССР №545676, МПК 2 С 21 В 7/10, опубл. 1977 г.). Недостатком такого холодильника является его низкая стойкость, т.к. пластины, изолированные от тела холодильника, быстро перегреваются и изнашиваются или вываливаются из пазов, которые также подвержены растрескиванию.

Наиболее близким к заявляемому является плитовый холодильник, содержащий плиту со сплошными ребрами на рабочей поверхности (а.с. СССР №222413, МПК 2 С 21 В 7/10, опубл. 1978 г.).

Недостатком прототипа является невысокая эксплуатационная стойкость холодильника при эксплуатации его в доменной печи из-за быстрого образования трещин за счет малоцикловой усталости в сплошных ребрах, приводящих к разрушению плиты холодильника.

Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости плитового холодильника для металлургических печей.

Технический результат достигается тем, что в плитовом холодильнике для металлургических печей, содержащем плиту с ребрами на рабочей поверхности и залитые в плиту охлаждающие трубы, ребра выполнены прерывистыми с глубиной паза равной 0,1-1,0 от высоты ребра и длиной паза равной 0,1-1,5 от толщины основания ребра. Высота каждого ребра составляет 0,10-0,95 от толщины плиты. Ребра сопряжены с поверхностью плиты с радиусом 5-35 мм, а расстояние между рядами ребер составляет 0,1-1,9 от толщины основания ребра. Боковые стенки ребер наклонены относительно поверхности плиты под углом 15-160°. Пазы в каждом ребре расположены по высоте холодильника друг под другом. Плита и ребра плитового холодильника могут быть выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным или вермикулярным графитом, а также из меди и/или ее сплавов или из стали.

Ребра в плитовых холодильниках служат для удержания огнеупорной массы, которой заполняют пространство между ребрами, а также они обеспечивают более развитую рабочую поверхность, что позволяет осуществлять повышенный отвод тепла от кожуха печи. Однако в плите-прототипе ребра выполнены непрерывными рядами. При эксплуатации холодильника ребра будут подвергаться периодическому нагреву до высоких температур (600-900°С) и охлаждению, что приводит к быстрому образованию в них трещин термической усталости. При дальнейшей эксплуатации холодильника трещины распространяются в тело плиты, что приводит к ее поломке. В результате холодильник преждевременно выходит из строя, часто не отработав регламентированное для него время.

В заявленной конструкции плитового холодильника ребра выполнены прерывистыми, что обеспечивает каждому участку ребра возможность свободного расширения и сжатия при нагревах и охлаждениях холодильника. В результате в таких ребрах не образуются трещины термической усталости, что предотвращает разрушение плиты, т.к. возникающие в такой плите напряжения ниже условного предела текучести. Было установлено, что глубина каждого паза в ребре должна быть равна 0,1-1,0 от высоты ребра. При меньшей глубине паза еще возможно образование трещин в остатках ребер, а при большем значении уменьшается толщина плиты, что снижает ее стойкость. Длина каждого паза должна составлять 0,1-1,5 от толщины основания ребра, в противном случае при меньшем значении длины паза в ребре возникают трещины, а при большем значении длины паза трещины уже не образуются, но резко снижается общая протяженность ребер, что снижает стойкость холодильника.

Для уменьшения концентрации напряжений и снижения вероятности отрыва ребер они сопряжены с поверхностью плиты с радиусом 5-35 мм, а расстояние между рядами ребер составляет 0,1-1,9 от толщины основания ребра. Высота ребра составляет 0,10-0,95 от толщины плиты. При меньшей высоте ребра снижается теплосъем с холодильника, а при большей - наблюдается отрыв ребер от плиты. Боковые стенки ребер наклонены относительно поверхности плиты под углом 15-160°. При значении угла наклона меньшем нижнего предела края ребер становятся тонкими и в них из-за перегрева быстро образуются трещины термической усталости. При значении угла наклона большем верхнего значения боковые стенки ребер становятся пологими, в результате защитная огнеупорная масса и гарнисаж быстро сходят с поверхности плиты, что приводит к быстрому ее выходу из строя. Пазы в ребрах располагаются по высоте холодильника друг под другом. Для повышения срока службы плитового холодильника плиту и ребра выполняют из высокопрочного чугуна с шаровидным или вермикулярным графитом, меди и/или ее сплавов или из стали.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция плитового холодильника с прерывистыми ребрами на рабочей поверхности, на фиг.2 - варианты наклоны боковой стенки ребер с острым и тупым углом.

На фигурах цифрами и буквами обозначено:

1 - плита;

2 - охлаждающие трубы;

3 - горизонтальные ребра;

4 - пазы в ребре;

Н - толщина плиты;

h - высота ребра;

а - глубина паза;

в - толщина основания ребра;

с - длина паза;

d - расстояние между рядами ребер;

R - радиус сопряжения ребра с поверхностью плиты;

α - угол наклона боковой стенки ребра относительно поверхности плиты.

Заявленный плитовый холодильник для металлургических печей содержит плиту 1 толщиной Н, в которую залиты охлаждающие трубы 2. На рабочей стороне плиты имеются горизонтальные ребра 3 высотой h и толщиной основания в. Ребра выполнены прерывистыми с пазами 4 глубиной а и длиной с. Ребра сопряжены с поверхностью плиты с радиусом R. Расстояние между горизонтальными рядами ребер равно d. Угол наклона боковой стенки ребра относительно поверхности плиты равен α.

Пример выполнения плитового холодильника. Плитовый холодильник для металлургических печей содержит плиту и ребра из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, в которую залиты охлаждающие стальные трубы. На рабочей поверхности холодильника имеются горизонтальные прерывистые ребра с высотой ребра h=60 мм и толщиной основания в=75 мм. Глубина пазов в ребрах равна высоте ребра и составляет a=h=60 мм, а длина каждого паза с=40 мм. Пазы в каждом ребре по высоте холодильника располагаются друг под другом. Ребра сопряжены с поверхностью плиты с радиусом R=12 мм. Расстояние между горизонтальными рядами ребер равно толщине основания ребра и составляет d=в=75 мм. Толщина плиты составляет Н=170 мм. Угол наклона боковой стенки ребер относительно поверхности плиты составляет α=90°.

Технико-экономическое преимущество заявленной конструкции плитового холодильника заключается в повышении его стойкости за счет предотвращения образования трещин термической усталости в ребрах и преждевременного разрушения холодильника. В результате повышается стабильность работы доменной печи, увеличивается срок ее эксплуатации между капитальными ремонтами, а также облегчаются условия проведения плавки.

Формула изобретения

1. Плитовый холодильник для металлургических печей, содержащий плиту с ребрами на рабочей поверхности и залитые в плиту охлаждающие трубы, отличающийся тем, что ребра выполнены прерывистыми с глубиной паза, равной 0,1÷1,0 от высоты ребра, и длиной паза, равной 0,1÷1,5 от толщины основания ребра.

2. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что высота ребра составляет 0,10÷0,95 от толщины плиты.

3. Плитовый холодильник по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что расстояние между рядами ребер составляет 0,1÷1,9 от толщины основания ребра.

4. Плитовый холодильник по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ребра сопряжены с поверхностью плиты радиусом 5÷35 мм.

5. Плитовый холодильник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что боковые стенки ребер наклонены относительно поверхности плиты под углом 15÷160°.

6. Плитовый холодильник по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что пазы в каждом ребре расположены по высоте холодильника друг под другом.

7. Плитовый холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что плита и ребра выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

8. Плитовый холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что плита и ребра выполнены из высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом.

9. Плитовый холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что плита и ребра выполнены из меди и/или ее сплавов.

10. Плитовый холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что плита и ребра выполнены из стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2