ПЛИТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНИК ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПЛИТОВОГО ХОЛОДИЛЬНИКА
STAVE COOLER FOR METALLURGICAL FURNACE AND METHOD FOR PROTECTING STAVE COOLER

Область техники
Настоящее изобретение, в основном, относится к плитовому холодильнику для металлургической печи. Изобретение также относится к способу защиты плитового холодильника, и прежде всего защиты полки такого плитового холодильника.
Уровень техники
Плитовые холодильники для металлургической печи являются хорошо известными из уровня техники. Их используют для покрытия внутренней стенки внешней оболочки металлургической печи, такой как, например, доменная печь или электродуговая печь, с целью обеспечения: (1) теплоотводящего защитного экрана между внутренним пространством печи и внешним корпусом печи, и (2) крепежного средства в печи для огнеупорной или металлической кирпичной облицовки, огнеупорного торкретирования или создаваемого в ходе процесса наращиваемого слоя. Первоначально, плитовые холодильники были представлены пластинами из литейного чугуна с отлитыми в них охлаждающими трубами. В качестве альтернативы плитам из литейного чугуна были разработаны медные плиты. В настоящее время большинство плитовых холодильников для высоких температурных нагрузок для металлургических печей изготавливают из меди, медного сплава или, в последнее время, из стали.
Медный плитовой холодильник для доменной печи описан, например, в немецком патенте DE 2907511 С2. Он содержит панелеобразное тело, имеющее горячую поверхность (то есть, обращенную к внутреннему пространству печи поверхность), которая подразделена посредством параллельных углублений на пластинчатые ребра. Назначение этих углублений и ребер, предпочтительно имеющих поперечное сечение в виде ласточкина хвоста (или раздвоенного хвоста) и расположенных горизонтально, когда плитовой холодильник смонтирован на корпусе печи, состоит в прикреплении огнеупорной или металлической кирпичной облицовки, огнеупорного материала торкретирования или создаваемого в ходе процесса наращиваемого слоя к горячей поверхности плитового холодильника. Высверленные охлаждающие каналы простираются через панелеобразное тело поблизости от задней поверхности, то есть холодной поверхности, плитового холодильника перпендикулярно горизонтальным углублениям и ребрам.
Огнеупорная или металлическая кирпичная облицовка, огнеупорный материал торкретирования или наращиваемый в ходе процесса слой образуют защитную облицовку, расположенную перед горячей поверхностью панелеобразного тела. Эта защитная облицовка является полезной для защиты плитового холодильника от износа, вызываемого господствующей в печи агрессивной средой. На практике защитная облицовка подвергается эрозии таким образом, что панелеобразное тело может быть подвергнуто воздействию агрессивной среды печи, что влечет, в свою очередь, повреждение плитового. холодильника.
Абразивный износ защитной облицовки и плитового холодильника, кроме того; может быть вызван накоплением невосстановленного материала напротив защитной облицовки или плитового холодильника, прежде всего, на уровне заплечиков и распара металлургической печи, которые являются цилиндрической и, соответственно, конически сходящейся частями печи.
В US 3 881 860 плитовой холодильник с целью поддержания защитной облицовки оснащен выступом на его передней поверхности. Охлаждающий канал проложен через выступ. В US 3 881 860 учтена проблема возможного разрушения защитной облицовки и тем самым подвергания плитового холодильника и, прежде всего, его выступа воздействию тяжелых условий в металлургической печи. Предпринята попытка предотвращения проблем просачивания в печь охлаждающей текучей среды путем обеспечения улучшенного охлаждения для выступа и тем самым воспрепятствования повреждению выступа. Это решение не может, однако, в достаточной степени защитить выступ или плитовой холодильник как таковой от повреждения воздействием господствующих в металлургической печи тяжелых условий.
Техническая проблема
Целью настоящего изобретения является предоставление улучшенного плитового холодильника для металлургической печи, причем плитового холодильника, не имеющего вышеупомянутых недостатков. Эта цель достигнута плитовым холодильником, как он заявлен в п. 1 формулы изобретения. Другой целью настоящего изобретения является предоставление способа защиты плитового холодильника. Эта цель достигнута способом, как он заявлен в п. 14 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Плитовой холодильник для металлургической печи, прежде всего для доменной печи, согласно настоящему изобретению содержит панелеобразное тело, имеющее обращенную к внутреннему пространству металлургической печи переднюю поверхность, противоположную заднюю поверхность, верхнюю поверхность, противоположную нижнюю поверхность и две боковые поверхности. В панелеобразном теле расположен по меньшей мере один внутренний охлаждающий канал. Панелеобразное тело на его передней поверхности оснащено полкой, причем полка простирается между боковыми поверхностями для расположения в горизонтальной плоскости. Согласно аспекту настоящего изобретения предусмотрен по меньшей мере один защитный элемент для покрытия, по меньшей мере, части верхней поверхности полки.
Было обнаружено, что расположенные на передних поверхностях плитовых холодильников полки не только служат опорой для защитной облицовки, но также и в качестве защиты для плитового холодильника как такового. Действительно, поскольку защитная облицовка страдает от эрозии в результате опускания шихты, плитовой холодильник подвергается опасности своего раскрытия и, тем самым, в свою очередь, вероятного повреждения. Полка, однако, образует застойную зону выше и ниже полки, причем застойной зоне защитная облицовка не разрушается. Поэтому, основной целью воспрепятствования повреждению полки является защита плитового холодильника как такового. Оснащение верхней поверхности полки защитным элементом помогает поддержанию сохранности полки, и тем самым, застойной зоны, что защищает плитовой холодильник как таковой и продляет срок его службы. По меньшей мере один защитный элемент может быть реализован в контакте с верхней поверхностью полки или в ее окрестности.
Предпочтительно, полка выполнена монолитно с панелеобразным телом, что тем самым обеспечивает достаточную теплопередачу за счет непрерывности материала посредством проводимости через панелеобразное тело. Расположенные в панелеобразном теле охлаждающие каналы могут быть расположены таким образом, что они простираются в область полки для способствования в охлаждении полки. Не является, однако, исключенным обеспечение полки, прикрепленной к панелеобразному телу посредством, например, винтов. Прикрепленные таким образом полки могут быть более легкосменными в тех случаях, когда это является желательным или необходимым.
Предпочтительно, для покрытия верхней поверхности полки предусмотрено несколько защитных элементов, причем защитные элементы размещены так, чтобы покрывать по существу всю ширину плитового холодильника. Такое несколько защитных элементов легко размещать и заменять, причем оно защищает полку по всей ширине плитового холодильника.
Каждый защитный элемент содержит первый боковой участок, второй боковой участок и центральный участок, причем каждый из числа первого и второго боковых участков имеет расширенную переднюю секцию и узкую соединительную секцию. Панелеобразное тело, кроме того, оснащено по меньшей мере одним сквозным отверстием, расположенным для прохождения через него последовательно каждого из числа первого и второго боковых участков, а также центрального участка защитного элемента. Сравнительно малое сквозное отверстие может быть использовано для последовательной подачи составных частей защитного элемента от задней поверхности через панелеобразное тело. Такие сравнительно малые сквозные отверстия не ослабляют в значительной мере конструкцию плитового холодильника и не мешают проложенным через панелеобразное тело охлаждающим каналам. Тем не менее, размещаемые через такие сквозные отверстия защитные элементы после сборки становятся шире сквозного отверстия таким образом, что они способны закрывать всю верхнюю поверхность полки, тем самым защищая полку по всей ширине плитового холодильника. Следует также отметить, что защитный элемент, предпочтительно, расположен заподлицо с передней поверхностью полки. Однако защитный элемент может также быть расположен таким образом, что он создает небольшой выступ, то есть защитный элемент может выступать в печь далее, чем полка. Такое выступание может составлять примерно 10 мм.
Каждая соединительная секция первого и второго бокового участка может иметь сужающееся в направлении удаления от передней секции поперечное сечение. Альтернативно или дополнительно, сквозное отверстие может иметь расширяющееся в направлении задней поверхности поперечное сечение. За счет этого в сквозном отверстии создается сужающаяся щель между панелеобразным телом и защитным элементом.
Предусмотренное для присоединения защитного элемента к панелеобразному телу стопорящее средство, предпочтительно, содержит клин, предпочтительно изготовленный в форме двойного конуса, и вставленный в сквозное отверстие между панелеобразным телом и защитным элементом, а также концевую шайбу, перекрывающую клин и присоединенную к защитному элементу. Такой клин может быть вставлен в сужающуюся щель. По мере того, как концевая шайба задвигает клин далее в сквозное отверстие, образуется плотное соединение между панелеобразным телом и защитным элементом, которое тем самым плотно стопорит защитный элемент относительно панелеобразного тела. Для присоединения концевой шайбы к защитному элементу могут быть предусмотрены болтовые или винтовые средства. Хотя является предпочтительным выполнение клина монолитным, также является возможным обеспечение нескольких клиновых элементов.
Передняя поверхность панелеобразного тела для удержания огнеупорного материала может содержать чередующиеся удерживающие ребра и удерживающие углубления. Такие углубления и ребра являются полезными для поддержания огнеупорного материала и создаваемого в ходе процесса наращиваемого слоя на передней поверхности панелеобразного тела. Такой защитный слой защищает панелеобразное тело от чрезмерного изнашивания, вызываемого господствующими в металлургической печи абразивными условиями.
Предпочтительно, плитовой холодильник изготовлен из материала, выбранного из группы, содержащей медь, медный сплав, сталь и стальной сплав. Защитный элемент (или его участки), предпочтительно, изготовлен из стойкого к абразивному износу материала, выбранного из группы, содержащей сталь, стальные сплавы, литейный чугун, медные сплавы или медь с наплавкой твердым сплавом. Следует также отметить, что составные участки защитного элемента, то есть первый боковой участок, второй боковой участок и центральный участок, не обязательно изготовлены из одного материала. Действительно, может быть выгодным, например, использование центрального участка, изготовленного из имеющего более высокие способности к теплопередаче материала.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к металлургической печи, содержащей несколько плитовых холодильников, как они описаны выше.
Изобретение также относится к способу защиты полки имеющего панелеобразное тело плитового холодильника, причем способ содержит обеспечение полки с, защитным элементом. Предпочтительно, способ содержит:
- подачу первого бокового участка через расположенное в панелеобразном теле плитового холодильника сквозное отверстие, причем первый боковой участок содержит расширенную переднюю секцию и узкую соединительную секцию,
- протаскивание первого бокового участка поперечно к его направлению введения,
- подачу второго бокового участка через сквозное отверстие, причем второй боковой участок содержит расширенную переднюю секцию и узкую соединительную секцию,
- протаскивание второго бокового участка поперечно к его направлению введения,
- подачу центрального участка через сквозное отверстие между первым и вторым боковыми участками,
- протаскивание первого и второго боковых участков к центральному участку,
- подачу клина в щели, созданные между панелеобразным телом и защитным элементом, и
- присоединение концевой шайбы к защитному элементу, причем концевая шайба перекрывает клин так, чтобы образовывать между панелеобразным телом и защитным элементом плотное прилегание форм.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты изобретения далее описываются посредством примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 является схематическим вертикальным поперечным разрезом через участок плитового холодильника согласно изобретению,
Фиг. 2 является горизонтальным поперечным разрезом через плитовой холодильник на фиг. 1 при рассмотрении сверху,
Фиг. 3А-Е являются схематическими видами узла защитного элемента на фиг. 1 на различных этапах монтажа, и
Фиг. 4 является вырезом защитного элемента на фиг. 1.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Плитовые холодильники используют для покрытия внутренней стенки внешней оболочки металлургической печи, такой как, например, доменная печь или электродуговая печь. Цель таких плитовых холодильников состоит в образовании: (1) теплоотводящего защитного экрана между внутренним пространством печи и внешним корпусом печи, и (2) крепежного средства в печи для огнеупорной или металлической кирпичной облицовки, огнеупорного торкретирования или создаваемого в ходе процесса наращиваемого слоя.
При рассмотрении фиг. 1 следует отметить, что плитовой холодильник 10 имеет панелеобразное тело 12, которое изготовлено, например, из литого или кованого медного, медносплавного или стального тела. Это панелеобразное тело 12 (от которого на фиг. 1 показан только нижний участок) имеет переднюю поверхность 14, также называемую горячей поверхностью, которая обращена к внутреннему пространству печи, и заднюю поверхность 16, также называемую холодной поверхностью, которая обращена к внутренней поверхности корпуса печи. Панелеобразное тело 12 в большинстве случаев имеет вид четырехугольника с парой длинных краев в составе первого и второго, а также парой коротких краев в составе верхнего и нижнего. Большинство современных плитовых холодильников имеет ширину в диапазоне 600-1300 мм и высоту в диапазоне 1000-4200 мм. Следует, однако, понимать, что высота и ширина плитового холодильника могут быть приспособлены, среди прочего, к конструктивным особенностям металлургической печи, а также к ограничениям, проистекающим из способа его изготовления. Панелеобразное тело 12 может быть плоским или изогнутым таким образом, что оно соответствует искривлению металлургической печи.
Плитовой холодильник 10, кроме того, на задней поверхности 16 содержит соединительные трубы 17 для циркуляции охлаждающей текучей среды, в большинстве случаев воды, через охлаждающие каналы (не показаны на фиг. 1), расположенные в панелеобразном теле 12.
Необходимо отметить, что передняя поверхность 14 подразделена посредством углублений 18 на пластинчатые ребра 20. Обычно, ограничивающие пластинчатые ребра 20 по бокам углубления 18 выточены в панелеобразном теле 12. Эти углубления 18 могут, однако, также быть отфрезерованы в передней поверхности 14 панелеобразного тела 12. Когда плитовой холодильник 10 монтируется в печи, углубления 18 и пластинчатые ребра 20 в большинстве случаев размещаются горизонтально. Они образуют средства закрепления для закрепления огнеупорной или металлической кирпичной облицовки, огнеупорного торкретирования или создаваемого в ходе процесса наращиваемого слоя на передней поверхности 14.
Согласно настоящему изобретению плитовой холодильник 10 оснащают по меньшей мере одной полкой 22, размещаемой на передней поверхности 14 панелеобразного тела 12 и выступающий от нее. Такая полка 22, как показано на фиг. 1, может быть расположена вдоль нижнего края панелеобразного тела 12. Не исключается, однако, расположение такой полки вдоль верхнего края или даже в центральной области панелеобразного тела 12. Полка 22 также может быть оснащена углублением 24 для формирования средств закрепления, подобных углублениям 18. Полка 22, предпочтительно, выполнена монолитно с панелеобразным телом 12, что обеспечивает за счет непрерывности материала достаточное распределение тепла в панелеобразном теле 12. Не исключается, однако, оснащение полкой, прикрепляемой к панелеобразному телу 12 посредством, например, винтов. Одно из преимуществ прикрепленных таким образом полок состоит в том, что они являются сменными. Фиг. 1 также показывает участок корпуса 26 печи, к которому плитовой холодильник 10 присоединяется с помощью соединительных средств 28.
Согласно настоящему изобретению верхнюю поверхность 30 полки 22 оснащают защитным элементом 100. Такой защитный элемент 100 изготовлен из абразивно-стойкого материала, такого как сталь, стальной сплав, литейный чугун, медный сплав или медь с наплавкой твердым сплавом, и защищает полку 22 от эрозии/абразивного износа под воздействием протекающей через печь шихты. Полка 22 создает застойную зону выше и ниже полки 22. За счет этой застойной зоны область плитового холодильника 10 выше и ниже полки 22 также защищена от эрозии. Защитный элемент 100 тем самым защищает от эрозии не только полку 22, но также и область выше и ниже этой полки. Поэтому весь плитовой холодильник, или даже узел плитового холодильника, лучше защищен от изнашивания, и его срок службы может быть продлен.
Панелеобразное тело 12 оснащают сквозным отверстием 31, простирающимся от задней поверхности 16 к передней поверхности 14 и выполненным для подачи через него защитного элемента 100. Также и в корпусе 26 печи предусмотрено отверстие 32, которое расположено соосно сквозному отверстию 31 и выполнено для подачи через него защитного элемента 100. Это позволяет размещать и удалять защитный элемент 100 из-за пределов печи. Защитный элемент 100 прикрепляют на месте посредством стопорящего средства 34, доступного от задней поверхности 16 плитового холодильника 10. Поврежденный защитный элемент 100 может быть заменен на новый или на восстановленный элемент путем демонтажа стопорящего средства 34 и извлечения защитного элемента 100 через панелеобразное тело 12 и корпус 26 печи. После этого может быть смонтирован новый или восстановленный защитный элемент 100.
При обращении теперь к фиг. 2, можно увидеть поперечный разрез через плитовой холодильник 10 при рассмотрении сверху. Этот плитовой холодильник 10 имеет панелеобразное тело 12 с четырьмя охлаждающими каналами 36 и присоединенными соединительными трубами 17 для подачи охлаждающей текучей среды через плитовой холодильник 10. Также показаны четыре защитных элемента 100, закрывающие верхнюю поверхность 30 полки. По существу, защитные элементы 100 размещены таким образом, что они закрывают по существу всю верхнюю поверхность 30 полки на протяжении по существу всей ширины плитового холодильника. Также заслуживает внимания то обстоятельство, что защитные элементы 100 имеют более или менее Т-образное поперечное сечение с головкой, которая значительно превышает по размеру сквозные отверстия 31, через которые вставляют защитные элементы 100. Головка Т-образного защитного элемента 100 образует защитную часть, закрывающую верхнюю поверхность 30 полки, в то время как нога Т-образного защитного элемента 100 является соединительной частью, расположенной в сквозном отверстии 31.
Защитный элемент 100 и, прежде всего различные части, составляющие защитный элемент 100, теперь более подробно разъясняются путем обращения к фиг. 3А-Е, которые показывают этапы монтажа защитного элемента 100.
Фиг. 3А показывает участок плитового холодильника 10 со сквозным отверстием 31, проложенным через его панелеобразное тело 12. Как недвусмысленно показано, сквозное отверстие 31 расположено между двумя охлаждающими каналами 36. Поперечное сечение сквозного отверстия 31 расширяется в направлении задней поверхности 16 панелеобразного тела 12 не только с целью облегчения введения частей, составляющих защитный элемент 100, но также и для содействия стопорящему средству 34, как показано далее. Соосно сквозному отверстию 31 корпус печи 26 имеет отверстие 32. Первая составная часть защитного элемента 100 является первым боковым участком 110 с обращенной влево расширенной передней секцией 112 и узкой соединительной секцией 114. Необходимо отметить, что первый боковой участок 110 выполнен более узким, чем отверстие 32 или сквозное отверстие 31 таким образом, что он может быть подан через них. После того, как передняя секция 112 первого бокового участка 110 прошла через сквозное отверстие 31, первый боковой участок 110 протаскивают влево относительно представленного стрелкой 38 направления введения до тех пор, пока первый боковой участок 110 не окажется в положении, показанном на фиг. 3Б.
Фиг. 3Б показывает вторую составную часть защитного элемента 100, которая является вторым боковым участком 120 с обращенной вправо расширенной передней секцией 122 и узкой соединительной секцией 124. Необходимо отметить, что второй боковой участок 120 является по существу зеркальным отображением первого бокового участка 110. После того, как передняя секция 122 второго бокового участка 120 прошла через сквозное отверстие 31, второй боковой участок 120 протаскивают вправо относительно направления введения, представленного стрелкой 38, до тех пор, пока второй боковой участок 120 не окажется в положении, показанном на фиг. 3В.
Фиг. 3В, наконец, показывает третью и последнюю составную часть защитного элемента 100: центральный участок 130 подают между первым и вторым боковыми участками 110, 120. После вставления центрального участка 130 первый и второй боковые участки 110, 120 протаскивают к центральному участку 130 для завершения защитного элемента 100 как показано на фиг. 3Г. Центральный участок 130 содержит в его задней части резьбовое отверстие 132, выполненное для приема в нем болта или винта.
Как упомянуто выше, поперечное сечение сквозного отверстия 31 расширяется в направлении задней поверхности 16 панелеобразного тела 12. Кроме того, фиг. 3Г также показывает, что соединительные секции 114, 124 сужаются в направлении задней поверхности 16. Таким образом, образуется сужающаяся щель между сквозным отверстием 31 и соединительной частью защитного элемента 100. Стопорящее средство 34 содержит клин 140, вставляемый в сужающуюся щель таким образом, что он создает плотное соединение между панелеобразным телом 12 и соединительной частью защитного элемента 100. Такой клин 140 может быть изготовлен монолитным и может иметь форму двойного конуса.
После введения клина 140 перекрывающая клин 140 концевая шайба 150 прикрепляется к центральному участку 130 защитного элемента 100 посредством болта или винта 160 во взаимодействии с резьбовым отверстием 132, как показано на фиг. 3Д. По мере затягивания винта 160 клин 140 задвигается в направлении 38 введения посредством концевой шайбы 150, в то время как центральный участок 130 вытягивается в противоположном направлении. За счет своей клиновой формы клин 140 создает уплотняющие боковые усилия, действующие между боковыми стенками сквозного отверстия 31 и соединительным участком защитного элемента 100, жестко прикрепляя тем самым защитный элемент 100 к панелеобразному телу 12.
На фиг. 3Е показан защитный элемент 100 в его полностью смонтированном положении. После монтажа защитного элемента 100 крышку 170 присоединяют, например, с помощью сварки к корпусу 26 печи с целью закрывания в нем отверстия 32. Для закрывания отверстия 32 также может быть применен фланец с креплением на болтах.
Для снятия защитного элемента 100 сначала снимают крышку 170, а затем винт 160 и концевую шайбу 150. Впоследствии, клин 140 снимают прежде снятия частей защитного элемента 100 в порядке, обратном описанной выше последовательности. Вследствие причиненных защитным элементам деформации или износа, их снятие через сквозное отверстие 31 может оказаться невозможным. В таком случае, защитный элемент 100 может быть протолкнут в печь для его разрушения в ней. После того, как защитный элемент 100 был снят, новый элемент может быть расположен.
Наконец, фиг. 4 показывает вырез защитного элемента 110. Как показано, полка 22, наряду с плоской верхней поверхностью 30, также может иметь волнистую поверхность, причем защитный элемент 110 имеет сопряженную форму. За счет этого обеспечивается правильное выравнивание и расположение на полке 22 защитного элемента 110.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10
плитовой холодильник
38
направление введения
12
панелеобразное тело
100
защитный элемент
14
передняя поверхность
110
первый боковой участок
16
задняя поверхность
112
передняя секция
17
соединительная труба
114
соединительная секция
18
углубление
120
второй боковой участок
20
ребро
122
передняя секция
22
полка
124
соединительная секция
24
углубление
130
центральный участок
26
корпус печи
132
резьбовое отверстие
28
соединительные средства
140
клин
30
верхняя поверхность
150
концевая шайба
31
сквозное отверстие
160
винт
32
отверстие
170
крышка
34
стопорящее средство
36
охлаждающий канал