устройство для охлаждения доменной печи

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащее установленные в огнеупорном материале охлаждающие вертикальные трубы и горизонтальные трубчатые змеевики, расположенные в плоскостях, параллельных кожуху печи, узлы ввода и вывода вертикальных труб и горизонтальных трубчатых змеевиков, отличающееся тем, что вертикальные трубы выполнены толстостенными и установлены со стороны рабочего пространства печи, расстояние между плоскостями, в которых расположены вертикальные трубы и горизонтальные трубчатые змеевики, равно полусумме их наружных диаметров плюс 1,5 - 2,0 наружного диаметра горизонтального трубчатого змеевика, расстояние между осями горизонтальных трубчатых змеевиков равно 3,0 - 6,0 их наружного диаметра, а расстояние между осями вертикальных труб - 2,0 - 3,0 их наружного диаметра, при этом узлы вводв и вывода вертикальных труб и горизонтальных трубчатых змеевиков жестко прикреплены к кожуху печи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к устройствам для охлаждения доменной печи.

Известна охлаждаемая стенка металлургической печи (а.с. СССР N 1552658, кл. С 21 В 7/10, 1992), содержащая кожух, экран в виде скоб охлаждаемых труб, образующих вертикальные ряды, которая снабжена установленными на вводах охлаждаемых труб компенсационными узлами, выполненными в виде патрубка, установленного на внешней поверхности кожуха, и кольцевой заглушки, соединенной с патрубком и трубой. Узлы ввода и вывода каждого смежного ряда смещены друг относительно друга на половину расстояния между вводами двух смежных труб одного ряда.

Недостатки этой конструкции - наличие компенсатора на вводе скобы через кожух печи, которое ослабляет его и снижает газоплотность узла вывода труб, перегрев кожуха печи при выходе из строя и отключении скобы, который приводит к местному поливу кожуха технической водой, снижению эффективности охлаждения и понижению надежности работы печи.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство охлаждения кожухов доменных печей, в котором на внутренней стороне кожуха доменной печи устанавливается стенка, изготовленная из огнеупорного материала, обладающего высокой теплопроводностью. Вдоль внутренней поверхности кожуха установлены охлаждаемые трубы, состоящие из вертикальных стальных труб в виде змеевика, расположенных в непосредственной близости к внутренней поверхности стального кожуха. Непосредственно рядом с ними расположены горизонтальные трубчатые петли в виде змеевика. Такое расположение труб образует трубчатую охлаждаемую решетку. Трубы змеевиков соединены с кожухом печи при помощи компенсаторов.

Недостатки прототипа: расположение горизонтального змеевика со стороны рабочего пространства доменной печи; образование волокнистой поверхности после обрушения шамотной кладки и частичного разрушения слоя теплоизолированного огнеупорного материала; выступы (гребни) на этой поверхности располагаются над горизонтальными участками змеевика, а впадины располагаются в межтрубном прост- ранстве, где часть огнеупора будет разрушена; в зонах, где образуется гарнисаж, процесс разрушения замедлен (однако в принципе неизбежен), в зонах печи, где гарнисаж не образуется (верхние участки охлаждаемой зоны печи), слой бетона разрушится скоро - через несколько месяцев после обрушения шамотной кладки, таким образом, через некоторое время после задувки печи (примерно год-полтора) частичное разрушение огнеупорного теплопро- водного слоя является неизбежным, на горизонтальные (наружные) змеевики начнут действовать силы веса и трения от опускающейся шихты; лишенная опоры гибкая конструкция змеевика будет увлечена опуска- ющимися шихтовыми материалами и первый ряд охлаждаемых элементов будет полностью разрушен; после неизбежного разрушения первого ряда змеевиков будет прогрессировать разрушение огнеупорного теплопроводного бетона в межтрубном пространстве второго змеевика, который находится между первым змеевиком и кожухом печи; так же, как и первый змеевик, второй змеевик не прикреплен к кожуху и вскорости оторвется от него (компенсаторы не обеспечивают прочного крепления к кожуху).

При выходе из строя первого змеевика и частичном разрушении бетона в межтрубном пространстве второго змеевика начнется интенсивный нагрев кожуха печи. Температура кожуха зависит от расстояния между трубами второго змеевика и диаметра трубы, из которой они выполнены. В лучшем случае при диаметре трубы второго змеевика 50 мм, расстояние между осями труб составит 200 мм. По расчету в этом случае температура кожуха между трубами достигнет 250^оС (при водяном охлаждении) и 350-400^оС (при испарительном охлаждении).

Таким образом, в данной конструкции охлаждения шахты неизбежны: отрыв змеевиков из-за отсутствия крепления к кожуху печи; нагрев кожуха до 350-400^оС даже при неповрежденном вертикальном змеевике, примыкающего к кожуху.

Цель изобретения - создать такое устройство для охлаждения доменной печи, которое обеспечивало бы повышение надежности охлаждения кожуха и срока службы доменной печи за счет особой установки и расположения двухрядных охлаждаемых труб, а также оптимизации их параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для охлаждения доменной печи, включающем систему охлаждаемых вертикальных и горизонтальных трубчатых змеевиков, установленных в огнеупорном материале в плоскостях, параллельных кожуху печи, узлы ввода и вывода всех охлаждаемых труб, вертикальные трубы выполнены толстостенными, большого диаметра и расположены со стороны рабочего пространства печи, расстояние между плоскостями, в которых расположены вертикальные трубы и горизонтальные трубчатые змеевики, равно полусумме их наружных диаметров плюс 1,5-2,0 наружного диаметра змеевика. Узлы ввода и вывода всех охлаждаемых труб жестко прикреплены к кожуху печи. Расстояние между осями труб горизонтального змеевика равно 3,0-6,0 их наружного диаметра, а расстояние между осями вертикальных труб - 2,0-3,0 их наружного диаметра.

Таким образом, за счет рационального расположения двух рядов охлаждаемых труб в огнеупорном материале параллельно кожуху печи, оптимизации их параметров достигается надежность охлаждения доменной печи.

Это объясняется следующими факторами. Вертикальные трубы выполнены толстостенными, большого диаметра и располо- жены со стороны рабочего пространства печи. Эти трубы, как показал опыт работы доменных печей, является достаточно износостойкими. Они обеспечивают надежную защиту горизонтально расположенных змеевиков от нагрева и абразивного действия шихтовых материалов. Змеевики второго ряда, расположенные со стороны кожуха печи, надежно защищают его от нагрева даже при отключении некоторого количества толстостенных труб. Вертикальные трубы (скобы) и горизонтальные змеевики расположены на расстоянии друг от друга. Это увеличивает толщину слоя огнеупорного, снижает тепловой поток к кожуху и уменьшает температуру кожуха. Жесткое крепление узлов ввода и вывода охлаждаемых труб к кожуху печи придает конструкции прочности.

Рациональные конструктивные размеры между трубами и между плоскостями расположения вертикальных труб и горизонтальных змеевиков подтверждены исследованиями на электролитных моделях с использованием электротепловой аналогии. Выход за граничные параметры заявляемой конструкции снижает эффективность охлаждения и ухудшает технологичность конструкции.

На фиг.1 и 2 представлено устройство охлаждения доменной печи, разрез.

Устройство содержит два ряда охлаждаемых труб. Первый ряд со стороны рабочего пространства печи состоит из вертикальных стальных толстостенных труб 1 большого диаметра (обычно труба D 95х14), приваренных к кожуху печи 2 в месте узлов ввода и вывода 3 прочным и плотным швом. Второй ряд охлаждаемых труб 4 расположен между первым рядом 1 и кожухом печи 2 и выполнен из горизонтально расположенных змеевиков из стальных труб толщиной 68 мм (обычно труба D 45х6). Узел ввода и вывода 5 горизонтальных змеевиков 4 также приварен к кожуху печи 2 прочным и плотным швом. Межтрубное пространство заполнено огнеупорным бетоном 6. Между слоем огнеупорного бетона 6 и кожухом печи 2 имеется слой термоизоляции 7, обычно асбестит. Горизонтальный змеевик 4 крепится дополнительно к кожуху печи 2 опорной планкой 8, благодаря чему обеспечивается прочность крепления. Исследования на электролитных моделях показали, что расстояние между плоскостями расположения вертикальных толстостенных труб 1 и горизонтальных змеевиков 4 равно полусумме их наружных диаметров плюс 1,5-2 наружных диаметра трубы змеевика. Шаг труб в змеевике 4 выполнен равным 3,0-6,0 наружным диаметрам, а расстояние между осями вертикальных труб 1 по периметру печи равно 2,0-3,0 их наружного диаметра. Вертикальные трубы 1 расположены со смещением узлов ввода и вывода 3 в смежных рядах (фиг.2).

В процессе сборки укладываются охлаждаемые трубы 1 и 4, которые затем заливаются огнеупорным материалом 6. Охлаждающая вода, поступающая через узлы ввода 3 и 5 соответственно в охлаждаемые трубы 1 и 4, охлаждают бетон, увеличивая его стойкость и, следовательно, защищает кожух печи от перегрева. Это способствует увеличению срока службы доменной печи.