СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
PROTECTION SYSTEM FOR METALLURGICAL FURNACE

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к системе защиты для металлургической печи, например, доменной печи.
Обычная доменная печь имеет несколько секций и компонентов, включающих шахту, распар, заплечики, фурму, горн и лётку. Внутренняя кладка доменной печи может быть защищена с использованием водоохлаждаемых охлаждающих плит, называемых "холодильными плитами", которые защищают эту кладку от перегрева во время процесса восстановления, происходящего внутри этой печи. Современные холодильные плиты, как правило, изготавливают из меди или медного сплава, но могут использоваться и другие материалы, например, сталь или литейный чугун.
Холодильные плиты могут подвергаться абразивному износу при воздействии на них твердых исходных материалов, загружаемых в печь, когда эти материалы перемещаются внутри печи, опускаясь вниз. В некоторых случаях при сильном износе возникает необходимость замены холодильных плит раньше окончания запланированного срока их службы. Это приводит к увеличению затрат из-за простоя печи. Поэтому важно разрабатывать холодильные плиты таким образом, чтобы они имели высокую износостойкость, что позволяет увеличить срок их службы.
Как известно, износ холодильных плит можно уменьшить путем создания застывшего гарнисажа на передней поверхности этих плит во время работы. С этой целью на передней, или горячей, поверхности холодильной плиты путем механической обработки создают гребни и канавки, которые обеспечивают удерживание гарнисажа на этой плите. Часть примерной медной холодильной плиты этого типа показана на Фиг.1.
Развитием этой идеи стала дополнительная установка на упомянутой передней поверхности защитного материала (облицовки), твердость которого выше, чем у меди, являющейся основным материалом, но который также позволяет создать защитный гарнисаж на этой поверхности в результате застывания материала, формирующего этот слой. Это достигается за счет использования комбинации кирпичей из карбида кремния и кирпичей из графита, как изображено на Фиг.2, на которой медная холодильная плита показана в изометрии и в сечении.
В документе WO2009/147192 описана холодильная плита, на передней поверхности которой созданы гребни и канавки, образующие средства крепления, предназначенные для закрепления на этой поверхности футеровки из огнеупорных кирпичей, огнеупорного раствора, наносимого путем торкретирования, илигарнисажа, возникающего при выполнении процесса. Как схематично показано на Фиг.3, в канавках установлены металлические вставки. Эти металлические вставки закрывают боковые стороны гребней для их защиты от эрозии. Однако при использовании такого решения могут возникнуть проблемы – форма металлических вставок может исказиться и/или они могут покоробиться, и при использовании материала с меньшей теплопроводностью, чем у материала тела холодильной плиты (когда этим материалом является медь), теплопроводность этой плиты снижается, что может отрицательно сказаться на застывании защитного гарнисажа.
Как показано на Фиг.4, было предложено устанавливать в каждой из канавок на передней поверхности холодильной плиты множество выступающих из нее прямоугольных блоков, находящихся в этой канавке на расстоянии друг от друга, если смотреть в направлении по ее длине. Данные блоки могут содержать карбид кремния или другой твердый материал, это позволяет получить на передней поверхности холодильной плиты защитную облицовку. Между соседними блоками установлены промежуточные вставки, имеющие меньшую длину. Вставки могут защищать переднюю поверхность холодильной плиты в областях между блоками. Как показано на Фиг.4, в предпочтительном случае блоки, установленные в одной канавке, смещают относительно блоков, установленных в соседней канавке, чтобы получить их расположение на передней поверхности холодильной плиты в шахматном порядке.
Таким образом, существующие решения для снижения степени износа холодильной плиты включают следующее:
i) установку износостойкой огнеупорной/керамической футеровки в теле холодильной плиты или на ее передней поверхности;
ii) создание возвышений на передней поверхности холодильной плиты, чтобы обеспечить возникновение более толстого гарнисажа; и
iii) установку облицовки внутри элементов, созданных на этой передней поверхности путем механической обработки.
Хотя эти решения дают определенный положительный эффект, все еще остается потребность в новых технологиях, позволяющих снизить степень износа холодильной плиты с целью продления срока ее службы и уменьшения времени простоя печи.
В документе DE 7331936 U описан охлаждающий элемент для печной футеровки.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается система защиты для металлургической печи, содержащая: холодильную плиту, имеющую переднюю поверхность, проходящую в направлении Х и перпендикулярном ему направлении Y, образуя плоскость X-Y, причем передняя поверхность имеет ряды канавок, проходящих в направлении Х; и вставки, установленные с возможностью скольжения в канавки, при этом вставки, установленные таким образом в каждую соответствующую канавку, отстоят друг от друга вдоль канавки, причем центры вставок, установленных в одной канавке, смещены в каждом из направлений Х и Y относительно центров вставок, установленных в соседней канавке, при этом каждая из вставок выступает от передней поверхности холодильной плиты и имеет направляющие поток поверхности, которые наклонены относительно каждого из направлений X и Y в плоскости X-Y, так что при эксплуатации смещение вставок в каждом из направлений Х и Y и наклон направляющих поток поверхностей обеспечивают движение потока материала, перемещающегося в печи под действием силы тяжести, в направлении, компоненты которого совпадают с направлениями Х и Y, что позволяет распределить перемещающийся материал по пространствам между вставками на передней поверхности холодильной плиты и/или обеспечить захват этого материала в пространствах между вставками.
Как будет более подробно описано позднее, вставки создают облицовку передней поверхности (или горячей поверхности) холодильной плиты, которая способствует возникновению на этой поверхности защитного слоя из перемещающегося материала во время использования холодильной плиты в печи. Преимуществом является то, что смещение вставок и обеспечение наклонных направляющих поток поверхностей позволяют распределить перемещающийся материал по передней поверхности холодильной плиты одновременно в направлениях Х и Y.
Конструкция и расположение вставок (например, их смещение и геометрическая форма) способствуют захвату перемещающегося материала вставками или захвату этого материала в пространствах между вставками при движении этого материала под действием силы тяжести. Захват перемещающегося материала может происходить при его движении по наклонным направляющим поток поверхностям в направлениях Х и Y.
Может иметь место ситуация, когда перед захватом перемещающегося материала вставками или его захватом в пространствах между вставками сначала происходит распределение этого материала в общем по всей передней поверхности холодильной печи, как указано выше. В результате при эксплуатации смещение вставок в направлениях Х и Y и наклон направляющих поток поверхностей обеспечивают движение потока перемещающегося в печи материала под действием силы тяжести в направлении, компоненты которого совпадают с направлениями Х и Y, что позволяет распределить перемещающийся материал по пространствам между вставками на передней поверхности холодильной плиты и/или обеспечить захват этого материала в пространствах между вставками.
Может иметь место ситуация, когда перемещающийся материал захватывается вставками или в пространствах между вставками без его первоначального распределения в общем по всей передней поверхности холодильной плиты. Например, перемещающийся материал может захватываться на некотором участке передней поверхности, без его первоначального распределения по всей или хотя бы по большей части передней поверхности. В результате при эксплуатации смещение вставок в направлениях Х и Y и наклон направляющих поток поверхностей обеспечивают движение потока перемещающегося в печи материала под действием силы тяжести в направлении, компоненты которого совпадают с направлениями Х и Y, что позволяет обеспечить захват этого материала в пространствах между вставками на передней поверхности холодильной плиты.
Таким образом, назначением вставок является распределение перемещающегося материала по передней поверхности холодильной плиты и обеспечение его последующего захвата в пространствах между ними, либо просто обеспечение захвата перемещающегося материала в пространствах между ними без предварительного распределения в общем по всей передней поверхности. То, будет или нет перемещающийся материал распределяться по передней поверхности, может зависеть от условий его перемещения, включающих, например, объем и вес этого материала, а также его расход, температуру и текучесть.
Помимо этого, перемещающийся материал может сразу поступать в пространства между вставками в направлении, по существу, перпендикулярном плоскости X-Y. Необязательно, чтобы такой перемещающийся материал, захватываемый вставками или в пространствах между вставками, сначала проходил по наклонным направляющим поток поверхностям в направлениях Х и Y.
Термином "перемещающийся материал" здесь обозначаются (i) железосодержащие материалы, находящиеся в доменной печи, например, железная руда или окатыши из железной руды, и/или (ii) шлак, образующийся в доменной печи, т.е. шлак, который возникает при совместном плавлении в этой печи железной руды или окатышей из железной руды, кокса и флюса (например, известняка или доломита) и впоследствии затвердевает.
Смещение в направлении Х может быть задано таким, чтобы воображаемая линия, проходящая в направлении Y, пересекала направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в одной канавке, и направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в соседней канавке
Смещение в направлении Y может быть задано таким, чтобы воображаемая линия, проходящая в направлении Х, пересекала направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в одной канавке, и направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в соседней канавке.
Смещение в направлении Х может быть задано таким, чтобы воображаемая линия, проходящая в направлении Y, пересекала направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в одной канавке, и направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в соседней канавке; и смещение в направлении Y может быть задано таким, чтобы воображаемая линия, проходящая в направлении Х, пересекала направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в одной канавке, и направляющие поток поверхности вставок, которые установлены в соседней канавке.
Смещение в направлении Х может быть задано таким, чтобы: измеряемое в этом направлении расстояние между центрами вставок, установленных в одной канавке, было равно D; и измеряемое в этом направлении расстояние между центрами вставок, установленных в одной канавке, и центрами вставок, установленных в соседней канавке, было равно D/2.
Каждая из направляющих поток поверхностей может быть перпендикулярна передней поверхности холодильной плиты.
Каждая вставка может содержать выступающую часть, имеющую направляющие поток поверхности, и часть закрепления, установленную в соответствующую канавку. Вставка может быть цельным элементом, то есть выступающая часть и часть закрепления могут быть выполнены как единое целое. В качестве альтернативы, вставка может не являться цельным элементом, то есть выступающая часть и часть закрепления могут не составлять единое целое.
Выступающая часть может представлять собой многогранник, и ее боковые грани могут включать направляющие поток поверхности. Выступающая часть может иметь шестигранную форму, и каждая из четырех ее боковых граней может включать соответствующую из направляющих поток поверхностей. Оставшиеся две боковых грани имеющей шестигранную форму выступающей части могут проходить в направлении Y. В качестве альтернативы, оставшиеся две боковых грани имеющей шестигранную форму выступающей части могут проходить в направлении Х.
В выступающей части может быть создано углубление.
В каждой канавке между установленными в ней соседними вставками за счет скольжения могут быть установлены промежуточные элементы. По меньшей мере один из промежуточных элементов может быть выполнен как единое целое с по меньшей мере одной вставкой. По меньшей мере один из промежуточных элементов может быть отдельным элементом.
Промежуточные элементы могут быть выполнены таким образом, чтобы они закрывали поверхности соответствующих канавок в промежутках между вставками. В качестве альтернативы промежуточные элементы могут быть выполнены таким образом, чтобы они не полностью закрывали поверхности соответствующих канавок в промежутках между вставками.
Холодильная плита может содержать металлический материал. Этот металлический материал может содержать медь, медный сплав, сталь или литейный чугун.
По меньшей мере одна из вставок может содержать металлический материал. Этот металлический материал может содержать медь, медный сплав, сталь или литейный чугун. По меньшей мере одна из вставок может содержать огнеупорный материал, стойкий к абразивному износу. Этот огнеупорный материал, стойкий к абразивному износу, может содержать карбид кремния или оксид алюминия.
По меньшей мере один из промежуточных элементов может содержать металлический материал. Этот металлический материал может содержать медь, медный сплав, сталь или литейный чугун. По меньшей мере один из промежуточных элементов может содержать огнеупорный материал, стойкий к абразивному износу. Этот огнеупорный материал, стойкий к абразивному износу, может содержать карбид кремния или оксид алюминия.
Краткое описание чертежей
Далее будут рассмотрены варианты реализации настоящего изобретения, только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на Фиг.1 показана часть обычной холодильной плиты для печи;
на Фиг.2 показана обычная холодильная плита, содержащая кирпичи из карбида кремния и графита;
на Фиг.3 показана часть обычной холодильной плиты, содержащей металлические вставки;
на Фиг.4 показана часть обычной холодильной плиты, содержащей металлические вставки и выступающие прямоугольные блоки;
на Фиг.5а и 5b показаны, соответственно, вставка и промежуточный элемент, соответствующие одному варианту реализации изобретения;
на Фиг.6а показана часть холодильной плиты, используемой в одном варианте реализации изобретения;
на Фиг.6b и 6с показаны множество вставок и множество промежуточных элементов, установленных в холодильной плите, изображенной на Фиг.6а, в соответствии с одним вариантом реализации изобретения;
на Фиг.7 показаны каналы перемещения, созданные между примерными вставками; и
на Фиг.8 показано расположение вставок в холодильной плите согласно другому варианту реализации изобретения.
Подробное описание изобретения
Как показано на Фиг.5а, вставка 100 имеет выступающую часть 102 и часть 104 закрепления. В этом примерном варианте вставка 100 является цельным элементом, то есть выступающая часть 102 и часть 104 закрепления выполнены как единое целое. В этом варианте вставка 100 содержит карбид кремния. В качестве альтернативы вставка может содержать оксид алюминия, медь, медный сплав, сталь, литейный чугун или другие подходящие керамику, металл или металлический сплав.
Выступающая часть 102 имеет переднюю поверхность 102а и заднюю поверхность 102b, соединенные периферийной областью, имеющей шесть поверхностей 102с1 – 102с6, образующих правильный шестигранник. Другими словами, выступающая часть 102 представляет собой шестигранную призму. Пересечениями поверхностей 102с1 – 102с6 образованы ребра 102сi – 102cvi (на чертеже ссылочным номером обозначено только одно ребро 102ci).
В теле выступающей части 102 от передней поверхности 102а проходит круглое углубление 102d, имеющее дно 102d1 (не показано) и боковую поверхность 102d. Таким образом, круглое углубление 102d представляет собой глухое отверстие, созданное в теле выступающей части 102. Это отверстие имеет ось С, которая совпадает с осью вставки 100.
Часть 104 закрепления проходит от выступающей части 102 в направлении назад. Если говорить более конкретно, от каждой из противоположных поверхностей 102с2, 102с5 периферийной области выступающей части 102 в направлении назад проходит соответствующая ей боковая поверхность из пары боковых поверхностей 104а, 104b части 104 закрепления. Задние края боковых поверхностей 104а, 104b соединены задней поверхностью 104с части 104 закрепления, проходящей параллельно передней 102а и задней 102b поверхностям выступающей части 102.
Верхняя поверхность 104d части 104 закрепления проходит в поперечном направлении между верхними краями боковых поверхностей 104а, 104b, а также в направлении вперед, к задней поверхности 102b выступающей части 102. Аналогичным образом, нижняя поверхность 104е части 104 закрепления проходит в поперечном направлении между нижними краями боковых поверхностей 104а, 104b, а также в направлении вперед, к задней поверхности 102b выступающей части 102.
Верхняя 104d и нижняя 104е поверхности части 104 закрепления наклонены, или проходят под углом, относительно оси С таким образом, что они сходятся, если смотреть в направлении от задней поверхности 104с части 104 закрепления к задней поверхности 102b выступающей части 102. Другими словами, наклонные верхняя 104d и нижняя 104е поверхности придают части 104 закрепления клиновидную форму, при этом наибольшее сечение клина находится у задней поверхности 104с части 104 закрепления, и наименьшее его сечение находится у задней поверхности 102b выступающей части 102.
В другом варианте выступающая часть 102 и часть 104 закрепления являются отдельными элементами, которые можно скреплять друг с другом на постоянной основе или с возможностью разделения, чтобы получить вставку 100. В таком варианте как выступающая часть 102, так и часть 104 закрепления могут содержать любое из следующего: карбид кремния, оксид алюминия, медь, медный сплав, сталь, литейный чугун или другие подходящие керамику, металл или металлический сплав.
Если теперь обратиться к Фиг.5b, промежуточный элемент 200 имеет прямоугольные переднюю 200а и заднюю 200b поверхности, которые соединены четырьмя боковыми поверхностями 200с – 200f. В этом варианте промежуточный элемент 200 имеет две длинных боковых поверхности 200с, 200d и две коротких боковых поверхности 200е, 200f. В качестве альтернативы, передняя 200а и задняя 200b поверхности могут быть квадратными, в результате чего промежуточный элемент 200 будет иметь четыре боковых поверхности одинаковой длины.
Каждая из длинных боковых поверхностей 200с, 200d наклонена таким образом, что промежуточный элемент 200 имеет форму клина, если смотреть сбоку, при этом наибольшее сечение клина находится у задней поверхности 200b, и наименьшее его сечение находится у передней поверхности 200b.
В этом варианте промежуточный элемент 200 содержит медный сплав. В качестве альтернативы промежуточный элемент может содержать карбид кремния, оксид алюминия, медь, медный сплав, сталь, литейный чугун или другие подходящие керамику, металл или металлический сплав.
Как показано на Фиг.6а, прямоугольная охлаждающая (холодильная) плита 300 имеет переднюю поверхность (горячую поверхность) 302, заднюю поверхность 304 и торцы 306а – 306d (на Фиг.6а нижний торец 306d не показан). Предполагается, что холодильная плита 300 является одной из множества одинаковых холодильных плит, используемых в доменной печи.
В этом примерном варианте холодильная плита 300 имеет ширину (измеряемую в направлении Х, показанном на Фиг.6а), составляющую приблизительно 1,0 м, высоту (измеряемую в направлении Y, показанном на Фиг.6а), составляющую приблизительно 1,5 м, и максимальную толщину или глубину (измеряемую в направлении Z, показанном на Фиг.6а), составляющую приблизительно 120 мм. Нужно понимать, что измерение ширины, высоты и глубины соответственно в направлениях X, Y и Z выполняется для удобства рассмотрения и не накладывает ограничений на заявляемое изобретение.
Внутри холодильной плиты 300 созданы каналы 310 водяного охлаждения. Без них тело холодильной плиты 300 было бы в общем случае сплошным.
В этом варианте холодильная плита 300 изготовлена из медного сплава. Альтернативные материалы включают медь, сталь и литейный чугун, но не ограничиваются указанным.
Спереди холодильная плита 300 имеет множество одинаковых прямолинейных канавок 312, разделенных выступающими гребнями 314. В этом примерном варианте имеется 12 канавок 312 и 13 гребней 314 (на Фиг.6а, на которой показана только часть холодильной плиты 300, видны только некоторые из них). Каждая канавка 310 проходит по всей ширине холодильной плиты 300 таким образом, что имеет открытый край на каждом из боковых торцов 306а, 306с этой плиты. Каждая из канавок 310 имеет ось L, проходящую в направлении по длине этой канавки от одного ее края до другого (в направлении Х, показанном на Фиг.6а).
В этом варианте канавки 312 созданы путем механической обработки. В качестве альтернативы канавки 312 можно создавать во время литья.
Каждая канавка 312 имеет плоское основание или дно 312а. Каждая канавка 312, кроме того, имеет пару противоположных стенок 312b. Каждая из противоположных стенок 312b является поверхностью одного из двух соседних гребней 314, задающих канавку 312. Каждый гребень 314 имеет плоскую переднюю поверхность 314а. Плоские передние поверхности 314а параллельны дну 312а канавок 312. Таким образом, переднюю поверхность 302 холодильной плиты 300 можно считать имеющей две части, а именно: выступающую вперед часть, содержащую плоские передние поверхности 314а выступающих гребней 314, и утопленную часть, содержащую плоское дно 312а канавок 312.
Каждая из двух противоположных стенок 312b каждой канавки 312 наклонена таким образом, чтобы каждая канавка 312 сходилась, если смотреть в направлении от ее дна 312а к соответствующим плоским передним поверхностям 314а гребней 314, задающих эту канавку. Таким образом, каждая канавка 312 имеет клиновидную форму (если смотреть со стороны бокового торца 306а, 306с холодильной плиты 300), при этом наибольшее сечение клина находится у дна 312а канавки 312, и наименьшее его сечение находится у плоских передних поверхностей 314а гребней 314. Угол наклона противоположных стенок 312b выбран таким, чтобы их положение соответствовало положению наклонных верхней 104d и нижней 104е поверхностей части 104 закрепления вставки 100, а также наклонных длинных боковых поверхностей 200с, 200d промежуточного элемента 200.
Помимо этого, глубина каждой канавки 312 (то есть расстояние между передними поверхностями 314а двух соседних гребней 314, задающих эту канавку, и дном 312а канавки 312) примерно равна толщине промежуточного элемента 200 (то есть расстоянию между передней 200а и задней 200b поверхностями этого элемента) и высоте части 104 закрепления вставки 100 (то есть расстоянию между задней поверхностью 104с части 104 закрепления и задней поверхностью 102b выступающей части 102 этой вставки).
Если теперь также обратиться к Фиг.6b, описанные выше вставки 100 и промежуточные элементы 200 устанавливают в канавках 312 холодильной плиты 300 таким образом, чтобы получить холодильную плиту 300 с защитной облицовкой. Вместе холодильная плита 300, вставки 100 и промежуточные элементы 200 образуют систему защиты для металлургической печи.
Теперь с обращением к Фиг.6b и 6с будет рассмотрена установка вставок 100 и промежуточных элементов 200 в канавках 312. Для краткости эта операция будет описана на примере только одной пары канавок 312i, 312ii, при этом необходимо понимать, что принцип установки вставок 100 и промежуточных элементов 200 будет тем же для других пар канавок 312.
При установке вставок 100 и промежуточных элементов 200 удобней сначала установить холодильную плиту 300 стоя, в вертикальном положении. То есть передняя поверхность 302 будет лежать в вертикальной плоскости. Понятно, что в этом положении ось L, проходящая в направлении по длине канавки 312, будет проходить по горизонтали, чтобы она была параллельна полу и перпендикулярна вертикали.
Первый промежуточный элемент 200 располагают у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом с первой примерной канавкой 312i. Ориентация первого промежуточного элемента 200 такова, что его длинные боковые поверхности 200с, 200d параллельны оси L первой канавки 312i, его передняя поверхность 200а обращена в ту же сторону, что и передняя часть холодильной плиты 300, и его задняя поверхность 200b обращена в ту же сторону, что и задняя часть холодильной плиты 300.
После этого первый промежуточный элемент 200 перемещают вправо и со скольжением вставляют в первую канавку 312i с ее открытого левого края таким образом, чтобы задняя поверхность 200b этого элемента контактировала с дном 312а первой канавки 312i, и каждая из длинных боковых поверхностей 200с, 200d этого элемента контактировала с соответствующей из противоположных стенок 312b первой канавки 312i. Понятно, что размеры первого промежуточного элемента 200 и первой канавки 312i таковы, что первый промежуточный элемент 200 плотно входит в первую канавку 312i, но при этом имеет достаточную свободу для скольжения в этой канавке под действием силы, прикладываемой оператором.
Первый промежуточный элемент 200 перемещают в первой канавке 312i дальше вправо, при этом направляющими для этого элемента при его перемещении в поперечном направлении в холодильной плите 300 служат дно 312а и противоположные стенки 312b первой канавки 312i. Перемещение первого промежуточного элемента 200 прекращают при достижении им правого края первой канавки 312i, когда правая короткая боковая поверхность 200f этого элемента находится на одном уровне с правым боковым торцом 306 (на Фиг.6b и 6с не показан) холодильной плиты 300.
В этом положении задняя поверхность 200b первого промежуточного элемента 200 примыкает ко дну 312а первой канавки 312i, и каждая из длинных боковых поверхностей 200с, 200d этого элемента примыкает к одной из противоположных стенок 312b первой канавки 312i. Помимо этого, передняя поверхность 200а первого промежуточного элемента 200 находится на одном уровне с плоскими передними поверхностями 314а соседних гребней 314.
Из-за обратной конусности образующих клин длинных боковых поверхностей 200с, 200d первого промежуточного элемента 200 и образующих клин противоположных стенок 312b первой канавки 312i предотвращается выпадение или вытягивание первого промежуточного элемента 200 из холодильной плиты 300 в направлении вовне относительно ее передней поверхности 302. То есть обратная конусность позволяет получить прочное соединение "ласточкин хвост", в котором первый промежуточный элемент 200 не может переместиться вперед и на удаление от передней поверхности 102 (то есть в направлении Z, показанном на Фиг.6b). В результате первый промежуточный элемент 200 надежно удерживается (закреплен) на передней поверхности 302 холодильной плиты 300.
Затем у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом с первой примерной канавкой 312i располагают первую вставку 100. Ориентация первой вставки 100 такова, что верхняя 104d и нижняя 104е поверхности части 104 закрепления проходят параллельно оси L первой канавки 312i, передняя поверхность 102а выступающей части 102 обращена в ту же сторону, что и передняя часть холодильной плиты 300, и ее задняя поверхность 102b обращена в ту же сторону, что и задняя часть холодильной плиты 300.
После этого первую вставку 100 перемещают вправо и со скольжением вставляют часть 104 закрепления в первую канавку 312i с ее открытого левого края таким образом, чтобы задняя поверхность 104с этой части контактировала с дном 312а первой канавки 312i, а верхняя 104d и нижняя 104е поверхности этой части контактировали каждая с соответствующей из противоположных стенок 312b первой канавки 312i. В результате обеспечивается установка первой вставки 100 в первую канавку 312i за счет скольжения. Понятно, что размеры части 104 закрепления первой вставки 100 и первой канавки 312i таковы, что часть 104 закрепления плотно входит в первую канавку 312i, но при этом имеет достаточную свободу для скольжения в этой канавке под действием силы, прикладываемой оператором.
Первую вставку 100 перемещают в первой канавке 312i дальше вправо, при этом направляющими для этой вставки при ее перемещении в поперечном направлении в холодильной плите 300 служат дно 312а и противоположные стенки 312b первой канавки 312i. Перемещение первой вставки 100 прекращают при достижении ей левого торца первого промежуточного элемента 200, когда правая боковая поверхность 104а части 104 закрепления приходит в контакт с левой короткой боковой поверхностью 200е первого промежуточного элемента 200.
В этом положении задняя поверхность 104с части 104 закрепления примыкает ко дну 312а первой канавки 312i, и каждая из верхней 104d и нижней 104е поверхностей этой части примыкает к одной из противоположных стенок 312b первой канавки 312i. Помимо этого, выступающая часть 102 первой вставки 100 выступает (в направлении Z, показанном на Фиг.6b) относительно плоских передних поверхностей 314а соседних гребней 314.
Из-за обратной конусности образующих клин верхней 104d и нижней 104е поверхностей части 104 закрепления и образующих клин противоположных стенок 312b первой канавки 312i предотвращается выпадение или вытягивание первой вставки 200 из холодильной плиты 300 в направлении вовне относительно ее передней поверхности 302. То есть обратная конусность позволяет получить прочное соединение "ласточкин хвост", в котором первая вставка 100 не может переместиться вперед и на удаление от передней поверхности 102 (в направлении Z, показанном на Фиг.6b). В результате первая вставка 100 надежно удерживается (закреплена) на передней поверхности 302 холодильной плиты 300.
Затем обеспечивают второй промежуточный элемент 200, который в общем аналогичен описанному выше первому промежуточному элементу 200, за исключением того, что длина второго промежуточного элемента 200 меньше длины первого промежуточного элемента 200. А именно, первый промежуточный элемент 200 является элементом с полной длиной, в то время как второй промежуточный элемент 200 имеет небольшую длину. Комбинация из промежуточных элементов с полной длиной и небольшой длиной приводит к получению относительного смещения центров вставок 100 в первой 312i и второй 312ii примерных канавках, как более подробно будет рассмотрено позднее.
Второй промежуточный элемент 200 располагают у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом с первой примерной канавкой 312i в той же ориентации, которая указана выше для первого промежуточного элемента 200. Второй промежуточный элемент 200 устанавливают таким же образом, что и первый промежуточный элемент 200, за исключением того, что перемещение второго промежуточного элемента 200 вправо в первой канавке 312i путем скольжения прекращают тогда, когда правая короткая боковая поверхность 200f этого элемента приходит в контакт с левой боковой поверхностью 104b части 104 закрепления первой вставки 100. В результате второй промежуточный элемент 200 надежно удерживается (закреплен) на передней поверхности 302 холодильной плиты 300 таким же образом, что и первый промежуточный элемент 200.
Затем обеспечивают вторую вставку 100, аналогичную описанной выше первой вставке 100. Вторую вставку 100 располагают у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом с первой примерной канавкой 312i в той же ориентации, которая указана выше для первой вставки 100. Вторую вставку 100 устанавливают таким же образом, что и первую вставку 100, за исключением того, что перемещение второй вставки 100 вправо в первой канавке 312i путем скольжения прекращают тогда, когда правая боковая поверхность 104а части 104 закрепления этой вставки приходит в контакт с левой короткой боковой поверхностью 200е второго промежуточного элемента 200. В результате вторая вставка 100 надежно удерживается (закреплена) на передней поверхности 302 холодильной плиты 300 таким же образом, что и первая вставка 100.
Следующие промежуточные элементы 200 небольшой длины и вставки 100 по очереди устанавливают до тех пор, пока в первой канавке 312i не будет установлено требуемое количество вставок 100. В этом варианте в первой канавке 312i зафиксированы четыре вставки 100.
Крайний слева промежуточный элемент 200, который введен в первую канавку 312i последним, имеет полную длину. Кроме того, правая короткая боковая поверхность 200f этого крайнего слева промежуточного элемента 200 контактирует с левой боковой поверхностью 104b части 104 закрепления крайней слева вставки 100, а его левая короткая боковая поверхность 200е находится на одном уровне с левым боковым торцом 306а холодильной плиты 300.
Затем выполняется установка промежуточных элементов 200 и вставок 100 во вторую канавку 312ii, следующую непосредственно за первой канавкой 312i. То есть первая 312i и вторая 312ii примерные канавки разделены гребнем 314.
Первый промежуточный элемент 200, являющийся промежуточным элементом с небольшой длиной, который описан выше, располагают у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом со второй примерной канавкой 312ii. Первый промежуточный элемент 200 устанавливают во вторую канавку 312ii таким же образом, как описано выше для первой канавки 312i.
Затем у левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 рядом со второй канавкой 312ii располагают первую вставку 100, которая аналогична вставкам 100, введенным в первую канавку 312i. Эту первую вставку 100 устанавливают во вторую канавку 312ii таким же образом, как описано выше для первой канавки 312i.
Следующие промежуточные элементы 200 небольшой длины и вставки 100 по очереди устанавливают до тех пор, пока во второй канавке 312ii не будет установлено требуемое количество вставок 100. Так как во вторую канавку 312ii не введено ни одного промежуточного элемента 200 с полной длиной, количество вставок 100 в этой канавке на одну меньше их количества в первой канавке 312i. Таким образом, в этом варианте во второй канавке 312ii зафиксированы три вставки 100.
В этом примерном варианте холодильная плита 300 имеет в сумме 12 канавок 312, и будет понятно, что в следующие пары канавок 312 промежуточные элементы 200 и вставки 100 вводят таким же образом, как описано выше.
Хотя в описанном примерном варианте промежуточные элементы 200 и вставки 100 вставляют с левого бокового торца 306а холодильной плиты 300 и за счет скольжения перемещают вправо, понятно, что их также без проблем можно вставлять с правого бокового торца 306с этой плиты и за счет скольжения перемещать влево.
После установки промежуточных элементов 200 и вставок 100 их выскальзывание из канавок 312 в направлении вбок можно предотвратить при помощи торцевых крышек (на чертежах не показаны), которые закрепляют на краях канавок 312, находящихся на торцах 306а, 306с холодильной плиты 300. В качестве альтернативы по меньше мере те промежуточные элементы 200, которые находятся непосредственно у торцов 306а, 306с холодильной плиты 300, можно прикрепить к этой плите, например, при помощи винтов, ввинчиваемых в резьбовые отверстия, созданные в теле этой плиты, либо путем приваривания к этой плите. С использованием таких методов к холодильной плите 300 можно прикрепить любой промежуточный элемент 200/любую вставку 100 или все из них.
Теперь со ссылкой на Фиг.6с будут более подробно рассмотрены выступающие части 102 вставок 100, зафиксированных в канавках 312.
Напомним, что периферийная область выступающей части 102 каждой вставки 100 имеет шесть поверхностей 102с1 – 102с6, образующих правильный шестигранник, причем пересечения этих поверхностей образуют ребра 102сi – 102сvi. В этом примерном варианте шесть поверхностей 102с1 – 102с6 проходят перпендикулярно передней поверхности 302 холодильной плиты 300 (в направлении Z, показанном на Фиг.6с). Эти шесть поверхностей 102с1 – 102с6 служат направляющими для потока, как более подробно будет рассмотрено позднее.
В этом примерном варианте четыре из шести поверхностей 102с1 – 102с6 (служащих направляющими для потока), а именно, поверхности 102с1, 102с3, 102с4 и 102с6, в каждой из установленных вставок 100 не параллельны осям L канавок (проходящим в направлении Х, показанном на Фиг.6с) и направлению, перпендикулярному этим осям (направлению Y, показанному на Фиг.6с). Другими словами, угол, образованный каждой из этих четырех поверхностей 102с1, 102с3, 102с4, 102с6 с осями L канавок 312 и направлением, перпендикулярным этим осям, отличается от нуля. Можно сказать иначе: направление, в котором проходит каждая из четырех поверхностей 102с1, 102с3, 102с4, 102с6, отличается от направления, в котором проходят оси L канавок 312, и перпендикулярного ему направления.
Кроме того, в этом варианте оставшиеся две поверхности 102с2, 102с5 выступающей части 102 проходят в направлении, перпендикулярном направлению, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Y, показанном на Фиг.6с). Таким образом, передняя поверхность 102а выступающей части 102 проходит между этими оставшимися двумя поверхностями 102с2, 102с5 в направлении, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Х, показанном на Фиг.6с), а также между противоположными ребрами 102ci, 102civ в направлении, перпендикулярном направлению, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Y, показанном на Фиг.6с).
В альтернативном варианте оставшиеся две поверхности 102с2, 102с5 выступающей части 102 проходят в том же направлении, что и оси L канавок 312 (в направлении Х, показанном на Фиг.6с). Таким образом, в это альтернативном варианте передняя поверхность 102а выступающей части 102 проходит между этими оставшимися двумя поверхностями 102с2, 102с5 в направлении, перпендикулярном направлению, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Y, показанном на Фиг.6с), а также между противоположными ребрами 102ci, 102civ в направлении, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Х, показанном на Фиг.6с).
Как было указано выше, вставки 100, находящиеся в первой канавке 312i, смещены относительно вставок 100, находящихся во второй канавке 312ii. Далее также со ссылкой на Фиг.6с это смещение (расположение в шахматном порядке) вставок 100 будет рассмотрено более подробно.
В этом примерном варианте расстояние (измеряемое в направлении Х, показанном на Фиг.6с) между центрами соседних или расположенных рядом вставок 100, которые зафиксированы в одной и той же канавке 312, равно D, а расстояние (измеряемое в направлении Х, показанном на Фиг.6с) между центрами вставок 100, которые зафиксированы в упомянутой канавке 312, и центрами вставок 100, которые зафиксированы в соседней, или расположенной рядом, канавке 312, равно D/2.
Первая линия L1 проходит в том же направлении, что и оси L канавок 312 (в направлении Х, показанном на Фиг.6с), и вторая линия L2 проходит в направлении, перпендикулярном направлению, в котором проходят оси L канавок 312 (в направлении Y, показанном на Фиг.6с). Понятно, что линии L1 и L2 являются воображаемыми линиями, которые представлены только для пояснения и не являются составными частями описываемого варианта.
Первая линия L1 и вторая линия L2 пересекают обе поверхности из примерной пары наклонных поверхностей 102с3, 102с6 (или наклонных направляющих поток поверхностей), где одна из этих наклонных поверхностей, поверхность 102с3, принадлежит выступающей части 102 первой вставки 100, находящейся в первой канавке 312, а другая из этих наклонных поверхностей, поверхность 102с6, принадлежит выступающей части 102 второй вставки 100, находящейся в соседней, или расположенной рядом, второй канавке 312. Таким образом, наклонные поверхности 102с3, 102с6 (отчасти) перекрываются, если смотреть в направлениях Х и Y.
Если теперь обратиться к Фиг.7, первая канавка 312i холодильной плиты 300 содержит первую примерную вставку 100i, вторая канавка 312ii этой плиты содержит вторую 100ii и третью 100iii примерные вставки, и третья канавка 312iii (которая расположена рядом со второй канавкой 312ii) этой плиты содержит четвертую примерную вставку 100iv.
Наклонная поверхность выступающей части 102 первой вставки 100i отчасти перекрывается (если смотреть в направлениях Х и Y, показанных на Фиг.7) с наклонной поверхностью выступающей части 102 второй вставки 100ii с возникновением первого канала С1 между этими двумя поверхностями. Аналогичным образом, другая наклонная поверхность выступающей части 102 первой вставки 100i отчасти перекрывается (если смотреть в направлениях Х и Y, показанных на Фиг.7) с наклонной поверхностью выступающей части 102 третьей вставки 100iii с возникновением второго канала С2 между этими двумя поверхностями.
Помимо этого, наклонная поверхность выступающей части 102 четвертой вставки 100iv отчасти перекрывается (если смотреть в направлениях Х и Y, показанных на Фиг.7) с наклонной поверхностью выступающей части 102 второй вставки 100ii с возникновением третьего канала С3 между этими двумя поверхностями. Аналогичным образом, другая наклонная поверхность выступающей части 102 четвертой вставки 100iv отчасти перекрывается (если смотреть в направлениях Х и Y, показанных на Фиг.7) с наклонной поверхностью выступающей части 102 третьей вставки 100iii с возникновением четвертого канала С4 между этими двумя поверхностями.
Кроме того, не являющаяся наклонной поверхность второй вставки 100ii перекрывается (если смотреть в направлении Х, показанном на Фиг.7) с не являющейся наклонной поверхностью третьей вставки 100iii с возникновением пятого канала С5 между этими двумя поверхностями. Первый С1 и второй С2 каналы сходятся и ведут в пятый канал С5, который, в свою очередь, разделяется, или разветвляется, на третий С3 и четвертый С4 каналы.
Понятно, что каждый из каналов с первого по пятый имеет основание, образованное передними поверхностями 314а гребней и/или передними поверхностями 200а промежуточных элементов 200.
Теперь будет рассмотрено использование системы защиты в доменной печи.
Холодильная плита 300, имеющая вид панели, установлена внутри печи на ее стенке в вертикальном положении. Передняя (или горячая) поверхность 302 обращена внутрь печи, при этом выступающие части 102 вставок 100 выступают от этой передней поверхности, по существу, в горизонтальном направлении.
Во время эксплуатации печи в ее внутреннем пространстве в направлении вниз будет двигатьсяперемещающийся материал. Перемещающийся материал может включать, например, сконденсировавшиеся пары, затвердевший шлак и металл.
Как показано стрелками на Фиг.7, перемещающийся материал в виде потока F (сам материал не показан) будет двигаться вниз под действием силы тяжести (в направлении Y, показанном на этом чертеже). Части перемещающегося материала будут огибать первую вставку 100i и двигаться по первому С1 и второму С2 каналам. В месте объединения первого С1 и второго С2 каналов эти части потока F будут сходиться и объединяться для поступления в пятый канал С5.
В пятом канале С5 имеется область Т передней поверхности 302 холодильной плиты 300, которая ограничена тремя расположенными рядом ребрами, каждое из которых принадлежит соответствующей из второй 100ii, третьей 100iii и четвертой 100iv вставок. Некоторая часть перемещающегося материала будет захватываться в области Т, находящейся между этими тремя ребрами. Захваченный перемещающийся материал будет удерживаться в контакте с охлаждаемой передней поверхностью 302 холодильной плиты 300 (а также с направляющими поток поверхностями выступающих частей 102) и будет сцепляться с этой поверхностью с возникновением защитного слоя. Таким образом, эти три ребра представляют собой эффективный "трехточечный якорь" для удержания некоторого количества перемещающегося материала, который направляется в область Т первым С1, вторым С2 и пятым С5 каналами.
В этом примерном варианте расстояние от ребра четвертой вставки 100iv до ребер второй 100ii и третьей 100ii вставок составляет приблизительно 55 мм, так как таким является размер типичной частицы перемещающегося материала.
Оставшаяся часть потока F перемещающегося материала (т.е. та его часть, которая не захватывается в области Т) поступает из пятого канала С5 в третий С3 и четвертый С4 каналы.
Понятно, что поток перемещающегося материала будет двигаться в соответствии с рассмотренной выше схемой перед другими аналогичными группами вставок 100, имеющихся на передней поверхности 302 холодильной плиты 300, и с огибанием этих вставок.
Смещение вставок 100 (в направлениях Х и Y, показанных на Фиг.7) и обеспечение наклонных поверхностей 102с1 – 102с6 (или расположенных под углом поверхностей, которые направляют поток), позволяет направлять поток F перемещающегося материала одновременно вниз и в поперечном направлении на передней поверхности 302 холодильной плиты 300 (т.е. в направлении, компоненты которого совпадают с направлениями Х и Y, показанными на Фиг.7). Таким образом, перемещающийся материал при движении вниз "дозируется" вставками 100. Это позволяет очень эффективным образом распределять перемещающийся материал по пространствам между вставками 100, в результате чего он захватывается этими вставками, по существу, на всей длине и всей ширине передней поверхности 302. Как следствие, перемещающийся материал обеспечивает хорошую защиту холодильной плиты 300.
Помимо этого, части перемещающегося материала, двигающиеся вниз по передним поверхностям 102а выступающих частей 102 вставок 100, будут поступать в углубления 102d, которые созданы в этих вставках.
Понятно, что путь, проходимый потоком (F) перемещающегося материала по передней поверхности 302 холодильной плиты 300, в направлении Х и направлении Y, может зависеть от условий движения, включающих, например, объем и вес перемещающегося материала, а также его расход, температуру и текучесть. В этой связи можно сказать, что движение некоторого количества перемещающегося материала в виде потока (F) можно ограничить таким образом, чтобы это количество не покрывало, по существу, всю переднюю поверхность 302 по ее длине и ширине, а захватывалось в пространствах между вставками 100 на одном или более участков этой поверхности. Разумеется, можно обеспечить движение следующего количества перемещающегося материала по холодильной плите 300 и его захват в пространствах между вставками 100 на других участках, в результате чего с течением времени, по существу, вся передняя поверхность 302 по ее длине и ширине становится покрытой захваченным перемещающимся материалом.
С течением времени будет развиваться абразивный износ вставок 100 и промежуточных элементов 200 из-за воздействия на них перемещающегося материала. Промежуточные элементы 200, которые в описанном варианте изготовлены из медного сплава, могут изнашиваться быстрее, чем более твердые вставки 100, изготовленные из карбида кремния. По мере износа промежуточных элементов 200 их передние поверхности 200а будут смещаться внутрь канавок 312, в результате чего в этих канавках будут появляться пустые пространства. Эти пустые пространства представляют собой "карманы", которые будут заниматься перемещающимся материалом. Аналогичные карманы могут возникать и заниматься перемещающимся материалом при износе с течением времени частей 104 закрепления вставок 100. В результате переместившийся материал будет защищать холодильную плиту 300 даже после того, как из-за эрозии полностью исчезли все промежуточные элементы 200 и вставки 100.
Хотя в описываемом примерном варианте все промежуточные элементы 200 представляют собой сплошные блоки, имеющие толщину, примерно равную глубине канавки 312, необходимо понимать, что эти элементы могут иметь другую форму. Например, в альтернативном варианте по меньшей мере один промежуточный элемент представляет собой прямоугольную (возможно, квадратную) раму. То есть промежуточный элемент напоминает раму для картины, в результате при установке промежуточного элемента в канавку 312 часть ее дна 312а не закрывается этим элементом и видна. Это позволяет получить карман, который занимается перемещающимся материалом еще до того, как начался износ промежуточного элемента. В таком варианте толщина промежуточного элемента может быть равна глубине канавки 312 или может быть меньше ее. Промежуточный элемент может быть выполнен различной другой формы, позволяющей оставить незакрытой некоторую часть дна 312а канавки 312, и все такие формы не выходят за пределы заявляемого изобретения.
Помимо этого, не обязательно, чтобы промежуточные элементы были отдельными элементами. В альтернативном варианте один или более промежуточных элементов составляют единое целое с одной или более вставками 100. Например, в одном таком варианте промежуточный элемент образован проходящей вбок фланцевой областью части 104 закрепления вставки 100.
Кроме того, можно исключить любой промежуточный элемент или все промежуточные элементы, так как вставки 100 можно расположить с требуемым интервалом, а затем по отдельности прикрепить к холодильной плите 300 (например, с использованием резьбовых соединений или сварных швов, как указано выше), чтобы предотвратить перемещение этих вставок вбок из надлежащего положения.
Хотя рассмотренный вариант относится к вставкам, имеющим выступающие части шестигранной формы, необходимо понимать, что одна или более выступающих частей могут иметь другую форму. Предпочтительно, чтобы каждая из выступающих частей имела форму многогранника. То есть каждая из выступающих частей представляет собой объемное твердое тело, имеющее плоские многоугольные поверхности, плоские грани и отчетливо выраженные углы (ребра). Например, плоская многоугольная поверхность по форме может представлять собой треугольник, прямоугольник (например, квадрат), пятиугольник, семиугольник, восьмиугольник и т.д. Все эти формы включены в объем заявляемого изобретения. В качестве альтернативы одна или более выступающих частей могут иметь круглую и плоскую поверхность, в результате чего такая выступающая часть имеет форму диска. Кроме того, выступающие части разных вставок могут различаться по форме и/или размеру. Помимо этого, углубления в выступающих частях могут иметь не круглую, а другую форму, либо даже могут быть исключены.
Как показано на Фиг.8, в одном варианте по меньшей одна канавка 312 не содержит промежуточных элементов. Боковые поверхности 104а, 104b частей 104 закрепления вставок 100 примыкают друг к другу с возникновением непрерывного возвышения, в результате чего отсутствуют промежутки для прохождения перемещающегося материала. Это может быть особенно полезно на нижнем крае холодильной плиты 300 или поблизости от него, как показано на Фиг.8, так как на этой плите желательно удержать как можно больше перемещающегося материала.