ПЛИТА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Уровень техники
Изобретение относится к области металлургии, в частности к оборудованию для охлаждения металлургической печи.
Уровень техники
Металлургические агрегаты, независимо от типа, работают при высоких температурах. Высокотемпературному воздействию подвергаются и огнеупорная футеровка корпусов и металлические конструкции агрегатов. Без технических решений по защите агрегатов от высоких температур, они выходят из строя и снижается их производительность, ухудшаются технико-экономические показатели работы агрегата. Для защиты металлургических агрегатов от воздействия высоких температур применяют различные устройства для охлаждения. Чаще всего для этой цели используют водяное охлаждение металлических конструкций и футеровки плавильного агрегата. Широко применяют водяное охлаждение стен и сводов дуговых сталеплавильных печей, плавильных печей цветной и черной металлургии [2], выполняя металлические конструкции печей полыми (Шевченко В.Ф. Устройство и эксплуатация оборудования ферросплавных заводов // Справочник. - М.: Металлургия. 1982. - 208 с.). Надежность работы агрегата зависит не только от степени охлаждения узлов, но и от конструктивных особенностей холодильных устройств.
Из уровня техники известен способ изготовления холодильной плиты для металлургической печи (патент RU, 2423529, F27B 1/04, опубл. 10.07.2011), включающий выполнение металлической плиты с внутренней поверхностью для облицовки внутренней поверхности печи и с противоположной внешней поверхностью, оснащение плиты по меньшей мере одной охлаждающей трубой, которую для установления теплопроводящего контакта с металлической плитой имеет уплощенную форму и крепится снаружи к ее внешней поверхности, уплощенную наружную поверхность крепят к внешней поверхности металлической плиты посредством боковой сварки. Недостатком данной конструкции является низкая надежность холодильной плиты, так как теплоноситель находится с наружной стороны металлургического агрегата и не обеспечивает плотного контакта с его поверхностью и необходимый отбор тепла для безопасной работы агрегата.
Из уровня техники известна система охлаждения металлургического агрегата (патент RU 2448315, F27D 9/04, опубл. 20.04.2015), содержащая охлаждаемую секцию, состоящую из зон охлаждения с охлаждаемыми элементами, которые соединены с подводящими и отводящими коллекторами, бак, расположенный выше отводящих коллекторов, циркуляционный насос, всасывающий и напорный магистральный трубопроводы, общий подводящий трубопровод, отводящие трубопроводы, соединенные с отводящими коллекторами каждой зоны охлаждения, устройство для подпитки воды в системе охлаждения, соединенное электроавтоматикой с датчиком уровня воды в баке, устройство для создания повышенного давления газа в баке и теплообменник, снабжена общим раздающим коллектором, выполненным из всасывающего и напорного участков, разделенных запорной арматурой, трубопроводом технической воды резервного назначения и сливными желобами, причем всасывающий участок общего раздающего коллектора соединен всасывающим магистральным трубопроводом с циркуляционным насосом и общим подводящим трубопроводом с баком, а напорный участок общего раздающего коллектора соединен с напорным магистральным трубопроводом, с подводящими коллекторами каждой зоны охлаждения и через запорную арматуру с трубопроводом технической воды резервного назначения, при этом отводящие коллекторы каждой зоны охлаждения соединены через запорную арматуру со сливными желобами и отводящими трубопроводами с баком, а выходы отводящих трубопроводов расположены выше уровня воды в баке, который снабжен патрубком для выпуска пара с установленной на нем запорной арматурой. Кроме того уровень воды в баке определен из условия обеспечения заданной продолжительности работы системы в аварийном режиме с использованием испарительного охлаждения с естественной циркуляцией, а теплообменник установлен на напорном магистральном трубопроводе. Конструктивным недостатком описанной в данном патенте системы является сложность при изготовлении и монтаже оборудования ввиду многочисленных датчиков и запорной арматуры в системе охлаждения. Кроме того испарительная система охлаждения металлургических агрегатов не способствует их высокопроизводительной работе, так любые ремонтные работы требуют длительного охлаждения агрегата. А это ограничивает применение подобных систем в металлургии.
3
2
Известен способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления (патент RU 2383837, F27D 1/12, F27D 9/00, опубл. 10.03.2010), включающий охлаждение промежуточным жидкометаллическим теплоносителем корпуса плавильной камеры, выполненного в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, охлаждение промежуточного жидкометаллического теплоносителя вторичным газообразным теплоносителем, проходящим через теплообменник. Холодный газообразный теплоноситель подают с расходом 0,05-0,50 нм/с на 1 м. Плавильный агрегат содержит плавильную камеру с полым металлическим корпусом, заполненным промежуточным жидкометаллическим теплоносителем - натрием, теплообменник, огнеупорную футеровку, системы загрузки, нагрева и расплавления шихты, раздельного выпуска металла и шлака, удаления, утилизации тепла и очистки печных газов. Теплообменник размещен непосредственно на корпусе плавильной камеры, его оболочка выполнена в виде герметичного металлического цилиндра или его части с патрубками для подачи вторичного газообразного теплоносителя, охватывающего плавильную камеру, наружная стенка которой служит внутренней оболочкой теплообменника, и расположена на расстоянии 50-300 мм по диаметру от наружной стенки плавильной камеры, в полости между наружной стенкой плавильной камеры и наружной оболочкой теплообменника на наружной стенке плавильной камеры закреплены на расстоянии 3-300 мм друг от друга изогнутые медные полосы. Недостатком данного способа является сложность конструктивных решение, необходимость дополнительного оборудования на каждый агрегат в виде теплообменников, что не гарантирует эффективного охлаждения металлургического агрегата и его плавильных камер.
Известна система охлаждения металлургического агрегата (патент RU 2457414, С21В 7/10, F27B 1/24, F27D 9/00, опубл. 27.07.20120), содержащая охлаждаемую секцию, состоящую из зон охлаждения с охлаждаемыми элементами, которые соединены с подводящими и отводящими коллекторами, расположенный выше отводящих коллекторов, циркуляционный насос, всасывающий и напорный магистральные трубопроводы, общий подводящий трубопровод, отводящие трубопроводы, соединенные с отводящими коллекторами каждой зоны охлаждения, устройство для подпитки воды в системе охлаждения, соединенное электроавтоматикой с датчиком уровня воды в баке, устройство для создания повышенного давления газа в баке и теплообменник, снабжена общим раздающим коллектором, соединенным с напорным магистральным трубопроводом и с подводящими коллекторами каждой зоны охлаждения, а отводящие коллекторы каждой зоны охлаждения соединены с баком отводящими трубопроводами, выходы которых расположены выше уровня воды в баке, а теплообменник установлен на напорном магистральном трубопроводе. Недостатком данной системы является сложность системы, состоящей из различных элементов, в том числе и дополнительных устройств в виде насосов и трубопроводов. Многообразие оборудования не может обеспечивать надежность снабжения охлаждающей жидкостью охлаждаемых элементов металлургического агрегата.
Известна холодильная плита (патент RU 2482192, С21В 7/10, F27D 1/12, 20.05.2013), состоящая из выполненного в виде панели корпуса, имеющего лицевую и заднюю стороны, а также верхнюю и нижнюю грани, первую и вторую боковые грани. Лицевая сторона холодильной плиты выполнена с канавками, простирающимися между первой и второй боковыми гранями. Канавки образуют пластинчатые ребра на лицевой стороне холодильной плиты. Каждое пластинчатое ребро имеет гребень и примыкающие боковые стенки. По меньшей мере одна из канавок снабжена металлическим вкладышем, расположенным вплотную по меньшей мере к одной из боковых стенок. Недостатком данной плиты является сложность изготовления и высокая трудоемкость при изготовлении.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является холодильная плита для металлургической печи (патент RU 2495940, С21В 7/10, F27D 1/12, F27D 7/10, опубл. 20.10.2013), содержащая корпус с передней стороной, противоположной задней стороной, четырьмя боковыми гранями и по меньшей мере одним внутренним охлаждающим каналом, простирающимся от одной боковой грани к противоположной боковой грани, изогнутую соединительную трубу, соединяющую по меньшей мере один конец каждого охлаждающего канала для подачи или отвода охлаждающей жидкости, а изогнутая соединительная труба герметично соединена с концом соотнесенного с ней внутреннего охлаждающего канала внутри соответствующей выемки в корпусе, которая выполнена открытой по направлению к задней стороне, при этом отверстие внутреннего охлаждающего канала в выемке в соединительной поверхности скошено к задней стороне, а изогнутая соединительная труба не выступает за соответствующую боковую грань. Данная холодильная плита взята за ближайший аналог. Недостатком данной плиты является соединение охлаждающих каналов изогнутыми трубами, соединительная поверхность которых имеет скосы. В подобных места, при перегреве плиты, возможно скопление паров охлаждающей жидкости, а это ухудшает охлаждение плиты и приводит к выходу этого элемента из строя.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы оборудования для охлаждения металлургических печей.
Техническим результатом является увеличение срока службы водоохлаждаемых элементов металлургической печи.
Раскрытие полезной модели
Технический результат достигается тем, что плита для охлаждения металлургической печи выполняется в виде плоской конструкции из стальных листов (фиг. 1), соединенных по периметру стальными пластинами из этого же материала. Все элементы плиты соединяются с помощью сварки и имеют трубы для подвода и отвода воды, с помощью которых производится отвод тепла с поверхностей плиты. Вода протекает по каналам, сформированным перегородками из стальных пластин из материала плиты (фиг. 2). Так выполняются плиты сводов руднотермических печей, производящих ферросплавы и цветные металлы, периферийные конструкции сводов сталеплавильных электрических печей и различных узлов других металлургических печей. Трубы подвода и отвода воды крепятся к верхней поверхности плиты с помощью накладок, закрывающих отверстия для сбора газов или пара образовавшихся в случае перегрева воды, находящейся в плите. Кроме того, воздух, растворенный в холодной воде, используемой для охлаждения металлургических печей, при повышении температуры воды выделяется из воды и скапливается под верхней пластиной плиты охлаждения печи. При дальнейшем повышении температуры, воздух расширяется и, если он не удаляется с потоком воды, увеличивает давление на поверхности плиты при дальнейшем перегреве охлаждаемой детали происходит образование водяного пара, который оказывает дополнительное давление на плоские поверхности охлаждаемой детали, что приводит к разрушению охлаждаемой детали в районе соединения отдельных элементов или за счет деформации детали, когда нарушается общая целостность конструкции.
Создание полостей в местах отвода воды способствует накоплению воздуха или пара в этих места и удалению их с потоком воды из охлаждаемой плиты, а это снижает давление на поверхности плиты и увеличивает срок службы плиты.
Краткое описание чертежей
Плита для охлаждения металлургической печи показана на чертежах:
Фиг. 1: поперечный разрез;
Фиг. 2: вид сверху.
На фиг. 1 показано, что плита состоит из двух стальных пластин: нижней (1) и верхней (2), соединенных между собой боковыми стенками (7). На верхнюю пластину укладывается накладка (3). Накладка закрывает полость (5) в верхней пластине (2), которая служит для сбора воздуха или водяного пара из-под верхней пластины и удаления их из охлаждаемой детали потоком воды (на чертеже показано стрелками). К накладке сваркой крепится труба (4) подвода (отвода) воды для охлаждения плиты, при этом труба не должна выступать за нижнюю поверхность накладки.
На фиг. 2 показано формирование с помощью вертикальных пластин (8) каналов (9) для протока воды: к нижней пластине (1) сваркой крепятся пластины (8), равные по высоте с боковым стенками (7). После приварки пластин (8), сверху укладывается верхняя пластина (2) и между нижней (1) и верхней (2) пластинами (8) и образуются каналы (9) для протока воды. Все детали плиты, в том числе накладка и трубы, крепятся между собой с помощью электрической сварки (6). Трубы (4) для подвода (отвода) охлаждающей вода крепятся к плите с противоположных сторон плиты охлаждения.
Работа устройства Во время работы печи происходит нагрев охлаждающей детали печи воды. Воздух, растворенный в холодной воде, при повышении температуры выделяется из воды и скапливается под верхней пластиной (2) плиты охлаждения печи. При дальнейшем повышении температуры, при образовании водяного пара, потоком воды газы (воздух и водяной пар) переносятся к полости (6) и удаляются с водой через трубу отвода воды (4), давление газов на пластины плиты (1, 2, 7) уменьшается, тем самым, предотвращается разрушение плиты.
Конструкцию плиты охлаждения испытывали на промышленной закрытой печи мощностью 22,5 МВА. Устройство было применено при изготовлении плиты свода. Стойкость плиты до разрушения составила 11 месяцев. Предыдущая стойкость плит свода составляла 6-8 месяцев. Одновременно техническое устройство было применено на этой же печи при ремонте нижнего кольца несущего цилиндра (объемной детали), имеющей в верхней пластине подвод и отвод воды. После 14 месяцев эксплуатации разрушений кольца не наблюдалось. Предыдущая периодичность ремонта кольца несущего цилиндра составляла 10-12 месяцев.