СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПЕЧИ С ТЕПЛОПРОВОДЯЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ МЕЖДУ ОХЛАЖДАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
FURNACE COOLING SYSTEM WITH THERMALLY CONDUCTIVE JOINTS BETWEEN COOLING ELEMENTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящая заявка относится в общем к системам охлаждения печей и, более конкретно, к охлаждающим элементам, которые соединены между собой теплопроводящим соединением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Охлаждающие элементы устанавливают на внутренней поверхности кожуха плавильной или доменной печи для поддержания кожуха в охлажденном состоянии и, за счет этого, поддержания целостности конструкции кожуха. Охлаждающими элементами обычно являются металлические изделия, включающие один или несколько каналов. Жидкость, обычно вода, циркулирует по этим каналам, чтобы отводить теплоту от охлаждающего элемента. Доменную печь исторически охлаждали путем установки чередующихся слоев огнеупорного материала и горизонтально ориентированных охлаждающих элементов пластинчатого типа (пластинчатые охладители). Горизонтальные пластинчатые охладители образуют выступы, на которые опирается защитный слой гарнисажа, этим защищая охладители от износа. Благодаря своей способности выдерживать настыль, пластинчатые охладители в сочетании с огнеупорной облицовкой имеют длительный срок службы в зоне высокой нагрузки печи, обычно около 20 лет. Пластинчатые охладители также обеспечивают стабильную эксплуатацию печи. Однако пластинчатые охладители также обладают относительно низкой способностью отводить теплоту и занимают большую площадь, т.е., имеют значительный объем в кожухе печи. Горизонтальные пластинчатые охладители раскрыты, например, в патенте США №3,849,587.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен дополнительный охлаждающий элемент для использования вместе с первичным (холодильного типа) охлаждающим элементом, чтобы отводить теплоту от первичного охлаждающего элемента, например, если первичный охлаждающий элемент не обеспечивает достаточного охлаждения. Дополнительный охлаждающий элемент включает первый компонент и второй компонент с каналом, в который входит первый компонент, при этом второй компонент имеет наружный размер, который позволяет ему входить в отверстие с внутренней стенкой в первичном охлаждающем элементе. Движение одного из первого компонента и второго компонента относительно другого создает изменение в наружном размере второго компонента дополнительного охлаждающего элемента, этим вызывая образование теплопроводящего прижимного соединения между вторым компонентом и внутренней стенкой отверстия в первичном охлаждающем элементе.
[0004] Теплота может поглощаться из печи через первичный охлаждающий элемент и затем передаваться дополнительному охлаждающему элементу посредством теплопроводящего соединения для отвода из печи. Можно установить эти дополнительные охлаждающие элементы одновременно с первичными охлаждающими элементами или позднее снаружи печи, например, после повреждения первичных охлаждающих элементов.
[0005] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен дополнительный охлаждающий элемент для использования вместе с первичным охлаждающим элементом. Дополнительный охлаждающий элемент включает первый компонент с каналом, в котором циркулирует жидкость для отвода теплоты, и второй компонент с каналом, в который входит первый компонент, при этом второй компонент имеет наружный размер, который позволяет ему входить в отверстие в первичном охлаждающем элементе, причем отверстие имеет внутреннюю стенку. Движение одного из первого компонента и второго компонента относительно другого из первого компонента и второго компонента создает изменение в наружном размере второго компонента, этим вызывая образование теплопроводящего прижимного соединения между первым компонентом и вторым компонентом и образование теплопроводящего прижимного соединения между вторым компонентом и внутренней стенкой отверстия в первичном охлаждающем элементе.
[0006] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложено устройство для использования вместе с двумя охлаждающими элементами. Устройство включает первый компонент и второй компонент, причем движение одного из первого компонента и второго компонента относительно другого из первого компонента и второго компонента создает изменение в наружном размере устройства, этим вызывая образование теплопроводящего прижимного соединения между двумя охлаждающими элементами посредством первого компонента и второго компонента.
[0007] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен способ ремонта сборной конструкции стенки печи, причем сборная конструкция стенки печи включает стальную плиту. Способ включает выполнение резки стальной плиты конструкции кожуха для формирования первого отверстия таким образом, чтобы второе отверстие, вырезанное в плитовом холодильнике, было совмещено с первым отверстием. Способ также включает введение первого компонента в совмещенные первое и второе отверстия, причем первый компонент имеет канал и имеет наружный размер, позволяющий ему входить во второе отверстие, и причем второе отверстие имеет внутреннюю стенку. Способ кроме того включает введение второго компонента с каналом второго компонента, в котором циркулирует жидкость для отвода теплоты, в канал первого компонента с усилием, подходящим для создания изменения в наружном размере первого компонента, этим вызывая образование теплового соединения между первым компонентом и внутренней стенкой второго отверстия.
[0008] Другие аспекты и признаки настоящего раскрытия станут очевидными для средних специалистов в данной области техники после изучения нижеприведенного описания конкретных реализаций раскрытия вместе с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Теперь будет сделана ссылка, как пример, на прилагаемые чертежи, на которых представлены примеры реализации и на которых показано следующее.
[0010] Фиг. 1А - перспективный вид спереди плитового холодильника, включающего некоторое число охлаждающих элементов согласно вариантам осуществления, раскрытым в настоящем описании.
[0011] Фиг. 1В - соответственный перспективный вид сзади плитового холодильника, показанного на Фиг. 1А.
[0012] Фиг. 2 - вид сбоку в поперечном разрезе холодильника согласно одному варианту осуществления из настоящего описания, установленного в существующий холодильник.
[0013] Фиг. 3 - вид сбоку в поперечном разрезе холодильника согласно одному варианту осуществления из настоящего описания, установленного в существующий холодильник.
[0014] Фиг. 4 - перспективный вид холодильника с Фиг. 2, отделенного от существующего холодильника.
[0015] Фиг. 5 - перспективный вид в поперечном разрезе холодильника согласно одному варианту осуществления из настоящего описания, установленного в существующий холодильник.
[0016] Фиг. 6 - перспективный вид холодильника согласно одному варианту осуществления из настоящего описания, установленного в существующий холодильник.
[0017] Фиг. 7 - перспективный вид в поперечном разрезе устройства согласно одному варианту осуществления из настоящего описания, установленного в существующий холодильник.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] В последнее время вертикально ориентированные охлаждающие элементы плитового типа заменили охлаждающие элементы пластинчатого типа, поскольку охлаждающие элементы плитового типа обычно дешевле, могут отводить больше теплоты и тоньше. Более тонкий охлаждающий элемент оставляет больший внутренний объем печи и позволяет соответственно увеличить объем производства. Однако на многих установках охлаждающие элементы плитового типа получают повреждения в пределах 10 лет с даты монтажа из-за чрезмерного абразивного износа внутренней горячей поверхности. Более короткий срок службы охлаждающих элементов плитового типа в сравнении с пластинчатыми охладителями может быть отнесен, по меньшей мере отчасти, на счет их пониженной способности сохранять защитный слой гарнисажа на передней поверхности холодильника, т.е. горячей поверхности, обращенной внутрь печи. Это приводит к повышенному износу и термоциклированию, сокращая срок службы холодильника.
[0019] Плитовые конструкции, включающие выступающие поверхности или цилиндры для удержания настыля, были разработаны для того, чтобы лучше удерживать гарнисаж; однако эти поверхности изнашиваются, приводя к необходимости ремонта или замены плиты. Некоторые конструкции включают выступающие элементы с горячей поверхностью, которые могут быть заменены при износе. Одна такая конструкция раскрыта в международной заявке №WO 2012/107322 А1, опубликованной 16 августа 2012 г. Авторы полагают, что повышенная турбулентность, вызываемая выступающими валами, замедляет износ плитового холодильника из-за способности наращивать и удерживать слой настыля на горячей поверхности холодильника. Валы, раскрытые в этой публикации, имеют по существу круглое поперечное сечение и могут выступать через цилиндрические или конические отверстия, выполненные в теле плитового холодильника.
[0020] Плитовые холодильники трудно заменять снаружи печи. В результате, для замены холодильников может потребоваться остановка и слив печи. Для того, чтобы избежать дорогостоящего и длительного простоя, обычно вместо замены поврежденных охлаждающих элементов устанавливают дополнительные охлаждающие элементы снаружи печати, используя вырезанные/просверленные отверстия. Такие дополнительные охлаждающие элементы по форме обычно прямоугольные (пластины) или цилиндрические и выступают за лицевую поверхность поврежденного охлаждающего элемента, чтобы удерживать защитный слой настыля. Хотя эти дополнительные охлаждающие элементы обеспечивают локализованное охлаждение на их конце, они отводят минимум теплоты от самого плитового холодильника. Число дополнительных охлаждающих элементов, которые могут быть установлены в стенке печи, обычно ограничено доступом или конструкционными ограничениями. Ограниченное число дополнительных охлаждающих элементов обычно покрывает только часть площади стенки печи и не обеспечивает уровень охлаждения, эквивалентный оригинальному плитовому холодильнику, который покрывает всю стенку. Такое уменьшение в охлаждающей способности может неблагоприятно влиять на процесс в печи и объем производства.
[0021] Существует необходимость в предложении дополнительного холодильника, который может эффективно отводить теплоту от плитового холодильника и, таким образом, обеспечивать улучшенные характеристики охлаждения на большей площади стенки печи.
[0022] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен охлаждающий элемент (холодильник), состоящий из двух или больше компонентов. Эти компоненты могут быть отрегулированы так, чтобы относительное движение одного или больше из составляющих компонентов создавало изменение в наружном размере/форме/оболочке холодильника. Такое изменение в размере /форме/оболочке вызывает образование теплового соединения со смежным холодильником.
[0023] Согласно еще одному аспекту, по меньшей мере один из составляющих компонентов холодильника может иметь конический профиль. Движение одного или нескольких составляющих компонентов холодильника относительно этого конуса заставляет холодильник расширяться наружу и создавать теплопроводящий контакт со смежным холодильником.
[0024] Согласно еще одному аспекту, один из составляющих компонентов цилиндрический и включает коническую секцию и окружающий втулку/цангу с соответствующим конусом. Холодильник предназначен для установки в отверстие в основном холодильнике. Предусмотрена регулировка холодильника для того, чтобы втулка двигалась по конической секции цилиндрического элемента для принудительного расширения наружу. Расширение холодильника наружу приводит к его давлению на отверстие в основном холодильнике и, за счет этого, к созданию теплопроводящего соединения между установленным холодильником и основным холодильником.
[0025] Согласно еще одному аспекту, один из составляющих компонентов включает коническую секцию и один или несколько дополнительных составляющих компонентов с соответствующим конусом. Предусмотрена регулировка холодильника, чтобы конические составляющие компоненты двигались относительно друг друга, вызывая расширение внешней поверхности холодильника наружу. Наружное расширение холодильника приводит к его давлению на прорезь в основном холодильнике и, за счет этого, к созданию теплопроводящего соединения между установленным холодильником и основным холодильником.
[0026] Согласно еще одному аспекту, в холодильник включены одна или больше пружин, чтобы заставлять составляющие компоненты двигаться относительно друг друга до создания одним или несколькими составляющими компонентами теплопроводящего контакта со смежным охлаждающим элементом. Усилие пружины улучшает тепловой контакт в соединении между смежными холодильниками. Если соединение между смежными холодильниками движется или изменяет форму во время эксплуатации печи, то усилие пружины будет вызывать дальнейшее движение одного или нескольких составляющих компонентов, чтобы сохранять тепловой контакт.
[0027] Следующие варианты осуществления относятся к сменным охлаждающим элементам, предназначенным для установки в новый или существующий плитовый холодильник для доменной печи, имеющей наружную стальную оболочку. Эти охлаждающие элементы именуются ниже "дополнительные охлаждающие элементы", поскольку они дополняют охлаждение, обеспечиваемое существующим плитовым холодильником. Следует, однако, понимать, что дополнительные охлаждающие элементы, описанные в настоящем документе, могут быть установлены в любой новый или существующий плитовый холодильник, независимо от типа печи, в которую он установлен.
[0028] Дополнительные охлаждающие элементы, описанные в настоящем документе, могут быть заменены снаружи печи через отверстия, вырезанные/просверленные в кожухе печи и плитовом холодильнике. Это позволяет удалять и/или устанавливать дополнительные охлаждающие элементы во время эксплуатации печи. Возможность заменять поврежденные охлаждающие элементы и/или устанавливать дополнительные охлаждающие элементы снаружи печи помогает улучшить и/или поддерживать эксплуатационные характеристики плитового холодильника с течением времени, этим продляя срок службы плитового холодильника и снижая необходимость в останове и сливе печи для замены холодильника.
[0029] Поскольку кожух печи является элементом конструкции, число дополнительных охлаждающих элементов, которые могут быть установлены в стенку печи, и процент площади стенки, который они охватывают, ограничены. Доля охлаждаемой стенки печи может быть увеличена за счет эффективного использования существующих плитовых холодильников, которые поглощают теплоту и передают ее на дополнительные охлаждающие элементы, которые проходят через стенку печи. Поэтому эффективная теплопроводность между телом существующего плитового холодильника и дополнительными охлаждающими элементами позволяют осуществлять эффективный перенос теплоты от плитового холодильника на дополнительные охлаждающие элементы, этим отводя избыточную теплоту от печи.
[0030] Эффективная теплопроводность также очень важна, когда ряд или набор дополнительных охлаждающих элементов отводит теплоту от одного или нескольких плитовых холодильников, поскольку она эффективно обеспечивает тепловое соединение между охлаждающими элементами, входящими в этот набор. Расположение холодильников с тепловым соединением более надежное в том, что оно поддерживает эффективное охлаждение стенки печи в том случае, когда отдельный охлаждающий элемент поврежден или когда поток охлаждающей среды к одному охлаждающему элементу прерван.
[0031] Теперь со ссылками на чертежи будут описаны охлаждающие элементы согласно конкретным вариантам осуществления. Далее в описании термины "внутренний" и "наружный" относятся к местам расположения компонентов и поверхностей относительно друг друга и к внутреннему пространству печи, так что "внутренний" компонент или поверхность расположен ближе к центру печи чем один или несколько "наружных" компонентов или поверхностей. Также, термин "внутренний", когда он используется по отношению к компоненту или поверхности, указывает, что компонент или поверхность расположен внутри печи, тогда как термин "внешний" указывает, что компонент или поверхность расположен снаружи печи.
[0032] На Фиг. 1А и 1В схематически показана часть стенки в сборе 100 печи. Внутренняя сторона стенки в сборе 100 показана на Фиг. 1А, и внешняя сторона стенки в сборе 100 показана на Фиг. 1В. Стенка в сборе 100 включает внутренний вертикальный плитовой холодильник 104 (также именуется в настоящем документе как "основной холодильник 104") и наружную наружная пластина 105 кожуха из конструкционной стали. Стенка в сборе 100 печи может включать, например, стенку доменной печи, и огнеупорный слой (не показан на Фиг. 1) может быть выполнен на внутренней поверхности пластины 105 кожуха, между пластиной 105 кожуха и плитовым холодильником 104. Стенка в сборе 100 печи может быть цилиндрической в случае круглой печи или может быть плоской в случае прямоугольной печи.
[0033] Хотя это не показано на Фиг. 1, внутренняя лицевая поверхность плитового холодильника 104 может быть снабжена последовательностью горизонтальных выступов и канавок, например, как сказано в вышеупомянутой международной публикации № WO 2012/107322 А1, чтобы помогать поддерживать защитный слой настыля на открытых поверхностях плитового холодильника 104. Для того, чтобы более наглядно показать признаки плитового холодильника 104 и охлаждающих элементов, настыль на чертежах не показан.
[0034] Плитовой холодильник 104 имеет форму прямоугольной плиты, которая расположена вертикально на внутренней поверхности пластины 105 кожуха печи, и может включать некоторое число внутренних каналов для охлаждающей среды (не показаны). Если плитовой холодильник 104 имеет внутренние каналы для охлаждающей среды, он будет иметь одно или несколько входных отверстий для охлаждающей среды и одно или несколько выходных отверстий для охлаждающей среды, причем входные и выходные отверстия для охлаждающей среды снабжены патрубками для соединения с системой циркуляции охлаждающей среды (не показана). Обычно охлаждающей средой является жидкость, например, вода. На Фиг. 1 В показан плитовой холодильник 104, который имеет некоторое число патрубков 10б для входа охлаждающей среды и некоторое число патрубков 108 для выхода охлаждающей среды, расположенных на противоположных концах плитового холодильника 104. Патрубки 106, 108 для охлаждающей среды имеют форму цилиндрических трубок, выступающих из наружной поверхности плитового холодильника 104 (т.е., поверхности, которая обращена к пластине 105 кожуха). Патрубки 106, 108 выступают через отверстия в пластине 105 кожуха и, поэтому, выходят за пределы печи. Если внутренняя лицевая поверхность плитового холодильника имеет значительную эрозию, можно остановить подачу охлаждающей среды на плитовой холодильник 14, чтобы избежать утечки охлаждающей среды внутрь печи.
[0035] Система 100 стенки печи включает некоторое число цилиндрических охлаждающих элементов 102, вставленных в цилиндрические сквозные отверстия 101, которые проходят через плитовой холодильник 104 и пластину 105 кожуха изнутри наружу стенки в сборе 100 печи. Система 100 стенки печи также включает некоторое число пластинчатых охлаждающих элементов 103, вставленных в прямоугольные пазы 110, проходящие через плитовой холодильник 104 и пластину 105 кожуха изнутри наружу стенки в сборе 100 печи. Цилиндрические охлаждающие элементы 102 и пластинчатые охлаждающие элементы 103 иногда вместе именуются "дополнительными охлаждающими элементами". Хотя система стенки показана на Фиг. 1А и 1В с цилиндрическими и пластинчатыми охлаждающими элементами 102, 103, следует понимать, что это не является необходимостью. Скорее возможно, чтобы система стенки включала только один из этих типов дополнительных охлаждающих элементов.
[0036] Каждый из дополнительных охлаждающих элементов 102, 103 имеет внутренний конец, который выступает из внутренней поверхности плитового холодильника 104 во внутреннее пространство печи, и наружный конец, который доступен и/или выступает из наружной поверхности пластины 105 кожуха в направлении от печи. Внутренние концы дополнительных охлаждающих элементов 102, 103 выступают из внутренней поверхности плитового холодильника 104 на величину, достаточную для того, чтобы способствовать образованию настыля или гарнисажа на внутренней лицевой поверхности охлаждающей плиты 104, чтобы защищать плитовой холодильник 104 от чрезмерного тепла и коррозии, вызываемой прямым воздействием высоких температур и агрессивной среды во внутреннем пространстве печи.
[0037] Как будет сказано ниже, жидкая охлаждающая среда, такая как вода, также может циркулировать через дополнительные охлаждающие элементы 102, 103. В этой связи дополнительные охлаждающие элементы 102, 103 могут быть снабжены входными и выходными отверстиями и патрубками для соединения с системой циркуляции охлаждающей среды (не показана), возможно той же системой циркуляции, которая осуществляет циркуляцию охлаждающей среды через плитовой холодильник 104. Например, на Фиг. 1В показано, что каждый из пластинчатых холодильников 103 имеет пару патрубков 112 для охлаждающей среды, выступающих на наружном конце охлаждающего элемента 103 в направлении от печи и, также на Фиг. 1 В показано, что каждый из цилиндрических охлаждающих элементов 102 имеет пару патрубков 114 для охлаждающей среды, выступающих в направлении от наружного конца охлаждающего элемента 102 в направлении от печи.
[0038] На Фиг. 2 и 4 представлены более детальные виды цилиндрического охлаждающего элемента 102 с Фиг. 1. Цилиндрический охлаждающий элемент 102 показан на поперечном сечении на Фиг. 2 вставленным в цилиндрическое сквозное отверстие 101 системы 100 стенки печи, включающей пластину 105 наружного кожуха, внутренний плитовой холодильник 104 и слой огнеупорного материала 204 между пластиной 105 кожуха и плитовым холодильником 104. Как в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1В, внутренний конец охлаждающего элемента 102 выступает из внутренней поверхности плитового холодильника 104 во внутреннее пространство печи, и наружный конец охлаждающего элемента 102 доступен и/или выступает из наружной поверхности пластины 105 кожуха в направлении от печи.
[0039] Цилиндрический охлаждающий элемент 102 имеет такую конструкцию, которая обеспечивает теплопроводящее соединение между охлаждающим элементом 102 и плитовым холодильником 104. В этой связи, цилиндрический охлаждающий элемент 102 имеет первый цилиндрический компонент 201, имеющий удлиненную боковую стенку с секцией конической наружной поверхности 211 по меньшей мере на части его длины, и такой конус вызывает уменьшение диаметра первого цилиндрического компонента в направлении внутреннего пространства печи. Первый цилиндрический компонент 201 концентрически входит во второй цилиндрический компонент 202, который имеет форму круглой втулки или манжеты. Второй цилиндрический компонент 202 имеет удлиненную боковую стенку с секцией конической внутренней поверхности 212, совпадающей с конусностью конической секции 211 первого цилиндрического компонента 201. Совпадающие конические поверхности 211, 212 цилиндрических компонентов 201, 202 обеспечивают тепловой контакт между этими компонентами, как сказано ниже.
[0040] Показано, что цилиндрическое сквозное отверстие 101 имеет первый диаметр в плитовом холодильнике 104 и второй, больший диаметр в огнеупорном слое 204 и пластине 105 кожуха. Часть сквозного отверстия 101 меньшего диаметра в плитовом холодильнике 104 имеет такой размер, что внутренняя цилиндрическая поверхность 214 сквозного отверстия 101 в плитовом холодильнике 104 находится в тепловом контакте с наружной поверхностью цилиндрической секции 216, проходящей по меньшей мере по части длины второго цилиндрического компонента 202.
[0041] Компоненты 201, 202 и плитовой холодильник 104 могут быть изготовлены из металла одной или разной теплопроводности, такого как медь или сплав меди.
2
2
2
[0042] Адекватный тепловой контакт между компонентами 201, 202 и плитовым холодильником 104 требует нечто большее чем простая посадка за счет трения между этими компонентами. Соответственно, охлаждающий элемент 102 включает средства для принудительного введения первого цилиндрического компонента 201 во второй цилиндрический компонент 202, заставляющие конические секции 211, 212 двигаться относительно друг друга и заставляющие вторую цилиндрическую секцию 202 увеличиваться в диаметре, чтобы наружная поверхность цилиндрической секции 216 второго цилиндрического компонента прилагала радиальное усилие (также именуемое в настоящем документе "поперечная сила") к внутренней цилиндрической поверхности 214 сквозного отверстия 101. Например, если компоненты 201, 202 и плитовой холодильник 104 выполнены из меди или ее сплава, то теплопроводность контакта свыше приблизительно 10 кВт/м°С между медными компонентами может в некоторых случаях обеспечивать достаточную теплопроводность между компонентами. Авторы изобретения также установили, что повышенная теплопроводность контакта в интервале приблизительно от 50 кВт/м°С до 150 кВт/м°С может быть достигнута за счет радиального усилия приблизительно 5 МПа, прилагаемого снаружи к внутренней цилиндрической поверхности 214 сквозного отверстия 101. Эти значения теплопроводности и усилия приведены только для примера, и следует понимать, что желательный уровень радиального усилия, необходимый для достижения адекватной проводимости при контакте будет зависеть от ряда факторов, включая отделку поверхности компонентов 201, 202 и отделку внутренней цилиндрической поверхности 214 сквозного отверстия 101.
[0043] Как сказано выше, диаметр второго цилиндрического компонента 202 принудительно радиально увеличивается, когда первый цилиндрический компонент 201 вводят дальше во второй компонент 202. Это увеличение может быть облегчено путем выполнения второго цилиндрического компонента 202 в форме цанги или втулки с некоторым числом продольных прорезей 403, как показано на Фиг. 4.
[0044] Усилие, необходимое для расширения второго цилиндрического компонента 202 обеспечивают одна или несколько тарельчатых пружин 206 или пружин Бельвиля. Пружины 206 установлены в кольцевое пространство 218, окруженное цилиндрической частью 219 наружного конца второго цилиндрического компонента 202, причем кольцевое пространство 218 расположено продольно между плоской поверхностью 220 на наружном конце первого цилиндрического компонента 201 и кольцевой пружиной 222, расположенной внутри цилиндрической крышки 207, которая установлена внутри цилиндрической части 219 наружного конца второго цилиндрического компонента 202. Крышка 207 может быть выполнена из стали, такой как нержавеющая сталь, как и плоская поверхность 220 первого цилиндрического компонента 201. Усилие, прилагаемое к первому цилиндрическому компоненту 201 пружинами 206, можно регулировать болтами 208, которые ввинчены по резьбе в крышку 207 и которые выступают наружу из наружного конца цилиндрического охлаждающего элемента 102. Во время использования пружины поддерживают по существу постоянное давление на первый цилиндрический компонент 201, этим поддерживая по существу постоянную теплопроводность между цилиндрическим охлаждающим элементом 102 и плитовым холодильником 104.
[0045] Для обеспечения дополнительного теплового соединения между цилиндрическим охлаждающим элементом 102 и плитовым холодильником 104 огнеупорный слой 204 может включать теплопроводящий цементный раствор.
[0046] Как сказано выше, жидкая охлаждающая среда может циркулировать в цилиндрическом охлаждающем элементе 102. В этой связи, первый цилиндрический компонент 201 снабжен продольным каналом 224 для потока охлаждающей среды. Канал 224 для потока охлаждающей среды имеет форму цилиндрического отверстия, проходящего от плоской поверхности 220 на наружном конце первого цилиндрического компонента 201 к внутреннему концу цилиндрического охлаждающего элемента 102. Однако следует понимать, что канал 224 для потока охлаждающей среды имеет такую длину, что он не проходит по всему отверстию 101 до внутренней поверхности плитового холодильника 104. Поэтому, когда часть внутреннего конца цилиндрического охлаждающего элемента 102 будет разрушена эрозией из-за контакта с опускающейся шихтой в печи, практически будет отсутствовать возможность того, что канал 224 для потока охлаждающей среды будет подвергаться воздействию печной среды, и произойдет утечка охлаждающей среды внутрь печи.
[0047] Вместо двух раздельных входного и выходного отверстий канал 224 для потока охлаждающей среды цилиндрического охлаждающего элемента 102 имеет одно отверстие, в которое входит пара концентрических трубок 209, при этом один из входного/выходного каналов определен кольцевым пространством между трубками 209, и другой определен внутренним пространством центральной внутренней трубки 209. Впускная и выпускная трубки 209 проходят наружу от внешней поверхности стенки в сборе 100 печи через крышку 207. Как показано на Фиг. 4, внешняя часть концентрических трубок 209 может быть разветвлена в позиции 401, чтобы получить раздельные входной и выходной патрубки для охлаждающей среды.
[0048] Как также показано на Фиг. 4, внутренняя часть первого цилиндрического компонента 201, которая будет выступать внутрь плитового холодильника 104 (не показана на Фиг. 4), необязательно должна иметь цилиндрическую форму. Например, как показано на Фиг. 4, верхняя поверхность 405 внутренней части первого цилиндрического компонента 201 может быть выполнена плоской, чтобы лучше удерживать гарнисаж или настыль на внутренней поверхности плитового холодильника 104.
[0049] На Фиг. 4 также показана усиленная форма манжеты 207, включающая продольную втулку 402, окружающую часть концентрической трубки 209, чтобы защищать и упрочнять соединение между трубкой 209 и манжетой 207.
[0050] На Фиг. 3 показан вид в разрезе цилиндрического охлаждающего элемента 311 согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Цилиндрический охлаждающий элемент 311 подобен цилиндрическому охлаждающему элементу 102, описанному выше, за исключением того, что описано ниже.
[0051] Цилиндрический охлаждающий элемент 311 введен в цилиндрическое сквозное отверстие 101 системы 100 стенки печи, включающей пластину 105 наружного кожуха, внутренний плитовой холодильник 104 и слой огнеупорного материала 204 между пластиной 105 кожуха и плитовым холодильником 104. Как и в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1В, внутренний конец охлаждающего элемента 311 выступает из внутренней поверхности плитового холодильника 104 во внутреннее пространство печи, и наружный конец охлаждающего элемента 311 доступен и/или выступает из наружной поверхности пластины 105 кожуха в направлении от печи.
[0052] Цилиндрический охлаждающий элемент 311 имеет первый цилиндрический компонент 301 с удлиненной боковой стенкой, имеющей коническую секцию 313 наружной поверхности по меньшей мере на части ее длины, и эта конусность заставляет первый цилиндрический компонент уменьшаться в диаметре в направлении от печи. Первый цилиндрический компонент 301 концентрически входит во второй цилиндрический компонент 302, который имеет форму кольцевой втулки или манжеты и который может иметь продольные прорези подобно цанге 403, показанной на Фиг. 4. Второй цилиндрический компонент 302 имеет удлиненную боковую стенку с секцией 312 конической внутренней поверхности, совпадающей с конусностью конической секции 313 первого цилиндрического компонента 201, также уменьшающейся в диаметре в направлении от печи.
[0053] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, первый цилиндрический компонент 301 принудительно сдвигается в направлении от стенки в сборе 100 печи (т.е., направо на Фиг. 3) через второй цилиндрический компонент 302 тарельчатыми пружинами 306 или пружинами Бельвиля, действующими во втулке 307. Усилие, развиваемое пружинами, можно регулировать болтами 308, выступающими через крышку 310. Как и в варианте осуществления с Фиг. 2 и 4, пара концентрических трубок 309 проходит через крышку 310 в цилиндрический канал для потока охлаждающей среды 324, выполненный в первом цилиндрическом компоненте 301.
[0054] На Фиг. 3 можно видеть, что канал для потока охлаждающей среды 324 имеет такую длину, чтобы не проходить через все отверстие 101 до внутренней поверхности плитового холодильника 104. Поэтому, когда часть внутреннего конца цилиндрического охлаждающего элемента 102 будет разрушена эрозией из-за контакта с шихтой, опускающейся в печи, практически отсутствует возможность того, что канал для потока охлаждающей среды 324 будет открыт, и охлаждающая среда попадет внутрь печи. Расположение такое же как сказано выше со ссылкой на вариант осуществления с Фиг. 2 и 4.
[0055] На Фиг. 5 представлен более детальный вид пластинчатого охлаждающего элемента 103, показанного на Фиг. 1А и Фиг. 1В. Пластинчатый охлаждающий элемент 103 введен в прямоугольный паз 110 в системе 100 стенки печи, включающей пластину 105 наружного кожуха, внутренний плитовой холодильник 104 и слой огнеупорного материала 204 между пластиной 105 кожуха и плитовым холодильником 104. Как и в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1В, внутренний конец пластинчатого охлаждающего элемента 103 выступает из внутренней поверхности плитового холодильника 104 во внутреннее пространство печи, и наружный конец пластинчатого охлаждающего элемента 103 доступен и/или выступает из наружной поверхности пластины 105 кожуха в направлении от печи.
[0056] Пластинчатый охлаждающий элемент 103 имеет первый компонент 501 с прямоугольным поперечным сечением, немного меньшим чем поперечное сечение прямоугольного паза 110 в системе 100 стенки печи. Длина первого компонента 501 определяется в продольном направлении параллельно плоскости поперечного сечения с Фиг. 5 и параллельно направлению, в котором паз 110 входит в систему стенки 100. Как показано на Фиг. 5, первый компонент 501 включает внешнюю секцию, имеющую трапецеидальное поперечное сечение, которое сходит на конус по направлению внутрь по меньшей мере на части ее длины, при этом конусность вызывает схождение верхней и нижней поверхностей 512, 513 первого компонента 501 на конус одна к другой в направлении внешней поверхности печи. Вместо второго компонента выполнена пара клиновидных элементов 505 на верхней и нижней поверхностях 512, 513 первого компонента 501. Каждый из пары клиновидных элементов 505 имеет сходящую на конус внутреннюю поверхность, соответствующую конусности верхней и нижней поверхностей 512, 513 первого компонента 501.
[0057] Подобно варианту осуществления, показанному на Фиг. 3, первый компонент 501 принудительно движется в направлении от стенки в сборе 100 печи (т.е., направо на Фиг. 5) относительно клиновидных элементов 505 тарельчатыми пружинами 507 или пружинами Бельвиля, действующими через втулку 506. Усилие, развиваемое пружинами 507, можно регулировать болтами 508, выступающими через крышку 504, которая удерживает пружины 507, при этом на Фи г. 5 видно только один болт 508. Следует понимать, что может быть несколько болтов 508, разнесенных по ширине первого компонента 501. Как показано, болт 508 может быть выполнен из двух деталей, включая резьбовую вставку 510, имеющую конец с наружной резьбой, которая постоянно ввинчена в резьбовое отверстие первого компонента 501. Резьбовая вставка 510 также включает резьбовое отверстие, в которое ввинчивается болт 508. Усилие, развиваемое пружинами 507, можно регулировать, поворачивая болт 508 в резьбовой вставке 510. Эта конструкция предпочтительнее чем ввинчивание регулировочного болта 508 непосредственно в первый компонент 501, в частности если болт 508 изготовлен из стали, а компонент 501 выполнен из меди.
[0058] На Фиг. 5 показан канал 511 для потока охлаждающей среды, проходящий по ширине через первый компонент 501 охлаждающего элемента 103, при этом понимается, что канал 511 для потока охлаждающей среды будет иметь одно или несколько входных и выходных отверстий для охлаждающей среды с патрубками 112 для охлаждающей среды (не показаны на Фиг. 5), проходящими в направлении от печи и доступными. Как в вариантах осуществления, описанных выше, канал 511 для потока охлаждающей среды расположен в первом компоненте 501, так что он незначительно выходит за внутреннюю поверхность плитового холодильника 104.
[0059] На Фиг. 6 показан детальный вид цилиндрического охлаждающего элемента 611 согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Цилиндрический охлаждающий элемент 611 подобен цилиндрическому охлаждающему элементу 311, описанному выше, за исключением следующего.
[0060] Цилиндрический охлаждающий элемент 611 имеет первый цилиндрический компонент 601 с удлиненной боковой стенкой, имеющей коническую секцию наружной поверхности, проходящую по меньшей мере по части ее длины, причем конусность заставляет первый цилиндрический компонент 601 увеличиваться в диаметре в направлении от печи.
[0061] Второй цилиндрический компонент 602, который имеет форму кольцевой втулки в сборе, включающей ряд отдельных пальцев 613 на окружности, может иметь продольные прорези, подобные цанге 403, показанной на Фиг. 4. Второй цилиндрический компонент 602 может быть расположен концентрически вокруг первого цилиндрического компонента 601. Каждый палец 613 включает коническую секцию внутренней поверхности (не показана), которая соответствует конусности секции внутренней конической поверхности первого цилиндрического компонента 601, также увеличиваясь в диаметре в направлении от печи.
[0062] В варианте осуществления на Фиг. 6 пальцы 613 второго цилиндрического компонента 602 могут двигаться в направлении от стенки в сборе 100 печи (т.е., направо на Фиг. 6) по первому цилиндрическому компоненту 601 за счет усилия пружин 606 или пружин Бельвиля, действующего через фланцевый наружный конец 607 первого цилиндрического компонента 601. Усилие, развиваемое пружинами 606, можно регулировать путем затяжки болтов 608, которые выступают через фланцевый наружный конец 607 и соединены с концом каждого пальца 613. Это может быть осуществлено путем затяжки натяжных гаек 620, расположенных на концах натяжных болтов 608, отдаленных от пальцев 613. При затяжке каждой натяжной гайки 620 отдельный палец 613, прикрепленный к другому концу натяжного болта 608, отводится от печи, заставляя палец 613 двигаться вверх по секции внутренней конической поверхности первого цилиндрического компонента 601 и вызывая выход отдельного пальца 613 в направлении наружу.
[0063] Как в варианте осуществления с Фиг. 2, 3 и 4, пара концентрических трубок (не показана) проходит через фланцевый наружный конец 607 в цилиндрический канал для потока охлаждающей среды, выполненный в первом цилиндрическом компоненте 601. Как в описанных выше вариантах осуществления, канал для потока охлаждающей среды имеет такую длину, чтобы он незначительно проходил через отверстие 101 к внутренней поверхности плитового холодильника 104. Поэтому при эрозии части внутреннего конца второго цилиндрического компонента 602 из-за контакта с опускающейся шихтой в печи, практически отсутствует возможность того, что канал для потока охлаждающей среды откроется, и охлаждающая среда попадет внутрь печи. Эта конструкция соответствует конструкции, описанной выше со ссылкой на вариант осуществления с Фиг. 2 и 4.
[0064] Натяжение отдельных пальцев 613 в варианте осуществления, показанном на Фиг. 6, может быть выполнено по отдельности, что в результате позволит адаптировать охлаждающий элемент 611 к сквозным отверстиям 101 системы 100 стенки печи неправильного поперечного сечения, этим создавая улучшенный проводящий контакт, который не был бы возможен с охлаждающими элементами, имеющими симметричное поперечное сечение.
[0065] На Фиг. 7 показан вид в разрезе пластинчатого охлаждающего элемента 701 согласно еще одному варианту осуществления изобретения.
[0066] Пластинчатый охлаждающий элемент 701 введен в прямоугольный паз 110 в системе 100 стенки печи, включающей пластину 105 наружного кожуха, внутренний плитовой холодильник 104 и слой огнеупорного материала 204 между пластиной 105 кожуха и плитовым холодильником 104. Как и в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1 В, внутренний конец пластинчатого охлаждающего элемента 701 выступает из внутренней поверхности плитового холодильника 104 во внутреннее пространство печи, и наружный конец пластинчатого охлаждающего элемента 701 доступен и/или выступает из наружной поверхности пластины 105 кожуха в направлении от печи.
[0067] Пластинчатый охлаждающий элемент 701 имеет прямоугольное поперечное сечение, которое немного меньше чем поперечное сечение прямоугольного паза 110 в системе 100 стенки печи. Длина пластинчатого охлаждающего элемента 701 определяется в продольном направлении параллельно плоскости поперечного сечения с Фиг. 7 и параллельно направлению, в котором паз 110 заходит в систему стенки 100. Как показано на Фиг. 7, пластинчатый охлаждающий элемент 701 включает внешнюю секцию, имеющую прямоугольное поперечное сечение. Для обеспечения теплопроводящего прижимного соединения между первым компонентом, последовательность узлов, включающая пару клиновидных компонентов 705 и 706, предусмотрена на верхней и нижней поверхностях пластинчатого охлаждающего элемента 701. Каждый из пары клиновидных компонентов 705 и 706 имеет совпадающую с другим коническую внутреннюю поверхность. Два клиновидных компонента 705 и 706 могут быть соединены между собой стяжкой 708.
[0068] Подобно варианту осуществления, показанному на Фиг. 5, первый клиновидный компонент 705 может быть принудительно перемещен к второму клиновидному компоненту 706 пружинами 707 или пружинами Бельвиля, введенными в стяжку 708. Усилие, развиваемое пружинами 707, можно регулировать натяжной гайкой 720, которая приспособлена для регулируемого перемещения по болту 708, чтобы удерживать пружины 707, причем на Фиг. 7 видно только один болт 708 на стороне пластинчатого охлаждающего элемента 701. Следует понимать, что может быть несколько болтов 708, разнесенных по ширине обеих сторон (верхняя боковая, нижняя боковая) пластинчатого охлаждающего элемента 701.
[0069] На Фиг. 7 показан канал 711 для потока охлаждающей среды, проходящий по ширине через пластинчатый охлаждающий элемент 701, при этом понимается, что канал 711 для потока охлаждающей среды будет иметь одно или несколько входных и выходных отверстий для охлаждающей среды с патрубками 712 для охлаждающей среды (не показаны на Фиг. 7), проходящими в направлении от печи и доступными. Как и в вариантах осуществления, описанных выше, канал 711 для потока охлаждающей среды расположен в пластинчатом охлаждающем элементе 701, так что он незначительно выходит за внутреннюю поверхность плитового холодильника 104.
[0070] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 7, клин и охлаждающий элемент разъединены. Следует понимать, что может использоваться один набор клиновидных компонентов 705 и 706 на одной стороне, или может быть некоторое число клиновидных узлов, введенных между каждой лицевой поверхностью пластинчатого охлаждающего элемента 701 и внутренними поверхностями плитового холодильника 104. Также следует понимать, что размеры клиновидных компонентов могут быть разными на каждой стороне пластинчатого охлаждающего элемента 701. Это позволяет независимо регулировать посредством клиновидных компонентов 705 и 706 давление теплопроводящего контакта между каждой контактной лицевой поверхностью пластинчатого охлаждающего элемента 701 и внутренней лицевой поверхностью плитового холодильника 104. Кроме того, это позволяет заменять каждый набор клиновидных компонентов 705 и 706 независимо по мере необходимости, не снимая весь пластинчатый охлаждающий элемент 701.
[0071] Описанные выше реализации настоящей заявки представлены только как примеры. Специалисты в данной области техники могут вносить изменения и модификации в конкретные реализации, но без нарушения объема заявленного изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.