плитовый холодильник для металлургических печей

Формула изобретения

1. Плитовый холодильник для металлургических печей, содержащий плиту с выступами на рабочей поверхности и системой охлаждения, отличающийся тем, что расстояние от рабочей поверхности плиты до ближайшей поверхности канала системы охлаждения составляет 0,07÷0,60 от толщины плиты, суммарная площадь оснований всех выступов составляет не более 0,95 от площади рабочей поверхности, а боковые стенки выступов наклонены относительно рабочей поверхности плиты под углом 10÷170°.

2. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что выступы по высоте холодильника расположены друг под другом.

3. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что выступы по высоте холодильника смещены относительно друг друга.

4. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что плита и выступы выполнены из чугуна с шаровидным или вермикулярным графитом.

5. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что плита и выступы выполнены из меди или ее сплавов.

6. Плитовый холодильник по п.1, отличающийся тем, что плита и выступы выполнены из стали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для охлаждения шахт металлургических печей, и может использоваться в системах водяного и испарительного охлаждения кожухов шахт доменных печей и вагранок.

Известен плитовый чугунный холодильник для доменной печи, содержащий чугунную плиту, которая может иметь на рабочей поверхности горизонтальные ребра и залитые в чугунную плиту охлаждающие змеевики, выполненные из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (Патент РФ №2151195, МПК 7 С21В 7/10, публ. 2000 г., бюл. №17). Такой холодильник имеет невысокую стойкость, т.к. ребра на рабочей поверхности плиты выполнены сплошными, что приводит при эксплуатации холодильника к быстрому образованию на них трещин и преждевременному выходу холодильника из работы.

Известен плитовый холодильник металлургической печи, рабочая поверхность которого разделена ребрами на ячейки шестигранной или овальной формы (SU №1092177, МПК 3 С21В 7/10, публ. 1984 г.). Недостатком такой конструкции наружной поверхности является низкая стойкость холодильника, т.к. ребра между ячейками выполнены сплошными, в результате в них образуются трещины термической усталости, приводящие к поломке холодильника.

Известен плитовый холодильник доменной печи, состоящий из чугунной плиты с залитыми в нее охлаждающими трубами, причем наружная облицовка выполнена в виде прилегающих друг к другу пластин из износостойкого чугуна, закрепленных в теле плиты по типу «ласточкина хвоста», при этом между пластинами и телом плиты нанесен слой огнеупорной краски (а.с. СССР 545676, МПК 2 С21В 7/10, публ. 1977 г.). Недостатком такого холодильника является его низкая стойкость, т.к. пластины, изолированные от тела холодильника, быстро перегреваются и изнашиваются или вываливаются из пазов, которые также подвержены растрескиванию.

Наиболее близким к заявляемому является плитовый холодильник, содержащий плиту с выступами на рабочей поверхности в виде секций, разделенных пазами, и внутреннюю систему охлаждения плиты (а.с. СССР №950772, МПК 3 С21В 7/10, публ. 15.08.82 г.).

Недостатком прототипа является невысокая эксплуатационная стойкость холодильника при эксплуатации его в доменной печи из-за быстрого образования трещин в выступах и их выкрашивания, приводящих к разрушению плиты холодильника. Быстрое образование трещин в выступах связано с тем, что в известном техническом решении не регламентирована суммарная площадь всех оснований выступов в зависимости от площади рабочей поверхности плиты и не регламентировано расстояние от поверхности канала системы охлаждения до рабочей поверхности плиты.

Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости плитового холодильника для металлургических печей.

Технический результат достигается тем, что в плитовом холодильнике для металлургических печей, содержащем плиту с выступами на рабочей поверхности и системой охлаждения, расстояние от рабочей поверхности плиты до ближайшей поверхности канала системы охлаждения составляет 0,07÷0,60 от толщины плиты, а суммарная площадь всех оснований выступов составляет не более 0,95 от площади рабочей поверхности, на которой находятся выступы. Боковые стенки выступов наклонены над поверхностью плиты под углом 10÷170°. Выступы по высоте холодильника могут находиться как друг под другом, так и могут быть смещены относительно друг друга. Плита и выступы плитового холодильника могут быть выполнены из чугуна, в частности высокопрочного с шаровидным и/или вермикулярным графитом, а также из меди и/или ее сплавов или из стали.

Выступы в плитовых холодильниках служат для удержания огнеупорной массы, которой заполняют пространство между выступами, а также они обеспечивают более развитую рабочую поверхность, что позволяет осуществлять повышенный отвод тепла от кожуха печи. Однако в плите-прототипе не регламентирована площадь всех оснований выступов и расстояние от поверхности канала системы охлаждения до рабочей поверхности плиты. При эксплуатации холодильника выступы в нем будут подвергаться периодическому нагреву до высоких температур (500÷800°С) и охлаждению, что приводит к быстрому износу и/или образованию на них трещин термической усталости. При дальнейшей эксплуатации холодильника трещины распространяются в тело плиты, что приводит к ее поломке. В результате холодильник преждевременно выходит из строя, часто не отработав регламентированное для него время.

В заявленной конструкции плитового холодильника регламентировано расстояние от рабочей поверхности плиты до ближайшей поверхности канала системы охлаждения, которое должно составлять 0,07÷0,60 от толщины плиты. При меньшем расстоянии система охлаждения будет находиться очень близко к наружной поверхности плиты, по мере износа которой система охлаждения прогорает, что приводит к выходу холодильника из строя. При большем расстоянии система охлаждения будет находиться слишком далеко от рабочей поверхности плиты, что уменьшает охлаждение плиты и выступов, в которых наблюдается интенсивный износ, а также быстро образуются трещины термической усталости, приводящие к разрушению плитового холодильника.

Установлено, что суммарная площадь всех оснований выступов должна составлять не более 0,95 от площади рабочей поверхности, на которой находятся выступы. При большем значении суммарной площади оснований выступов уменьшается расстояние между ними, выступы становятся массивными, что приводит к уменьшению теплоотвода, увеличению напряжений в выступах, в них быстро образуются трещины разгара, приводящие к разрушению плитового холодильника. Кроме того, в таком холодильнике между выступами имеются лишь узкие щели, которые увеличивают концентрацию напряжений в этих местах при эксплуатации холодильника, что приводит к образованию трещин уже в самой плите холодильника.

Для уменьшения концентрации напряжений и снижения вероятности отрыва выступов они сопряжены с поверхностью плиты с радиусом 5÷35 мм. Боковые стенки выступов наклонены относительно поверхности плиты под углом 10÷170°. При значении угла наклона, меньшем нижнего предела, края выступов становятся тонкими, и в них из-за перегрева наблюдается интенсивный износ, а также быстро образуются трещины термической усталости. При значении угла наклона, большем верхнего значения, боковые стенки ребер становятся пологими, в результате защитная огнеупорная масса и гарнисаж быстро сходят с поверхности плиты, что приводит к быстрому ее выходу из строя. Выступы располагаются по высоте холодильника друг под другом, а также могут быть смещены относительно друг друга. Для повышения срока службы плитового холодильника плиту и ребра выполняют из чугуна, в частности, с шаровидным и/или вермикулярным графитом, а также из меди и/или ее сплавов или из стали.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция плитового холодильника с выступами на рабочей поверхности, на фиг.2 - варианты наклона боковых выступов с острым и тупым углами.

На фигурах цифрами и буками обозначено:

1 - плита;

2 - система охлаждения;

3 - выступы;

H - толщина плиты;

h - высота выступа;

в - размер основания выступа в направлении ширины плиты;

к - размер основания выступа в направлении высоты плиты;

а - расстояние от рабочей поверхности плиты до ближайшей поверхности системы охлаждения;

с - расстояние между основаниями соседних выступов в направлении ширины плиты;

d - расстояние между основаниями соседних выступов в направлении высоты плиты;

R - радиус сопряжения выступа с поверхностью плиты;

- угол наклона боковой стенки выступа относительно поверхности плиты.

Заявленный плитовый холодильник для металлургических печей содержит плиту 1, в которой имеется система охлаждения 2 с расстоянием до рабочей поверхности плиты равным а. На рабочей стороне плиты имеются выступы 3 высотой h, размер основания каждого выступа соответственно в направлении ширины и в направлении высоты плиты равен в и к. Выступы сопряжены с поверхностью плиты с радиусом R. Расстояние между основаниями соседних выступов в направлении ширины плиты равно с, а в направлении высоты - d. Угол наклона боковых стенок выступов относительно поверхности плиты равен .

Пример выполнения плитового холодильника. Плитовый холодильник для металлургических печей содержит прямоугольную плиту из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, в которую залиты охлаждающие стальные трубы, представляющие собой систему охлаждения. Размер рабочей поверхности плиты 1640×900 мм. На рабочей поверхности холодильника имеются выступы из высокопрочного чугуна прямоугольной формы с высотой h=60 мм. Размеры основания каждого выступа в направлении ширины и в направлении высоты плиты в=к=75 мм. Общее количество выступов 99 шт., что обеспечивает суммарную площадь оснований выступов равной 0,38 от площади рабочей поверхности. Расстояние между основаниями соседних выступов в направлении ширины плиты с=40 мм, а в направлении высоты d=145 мм. Расстояние от рабочей поверхности плиты до ближайшей внутренней поверхности охлаждающей трубы а=50 мм. Выступы сопряжены с поверхностью плиты с радиусом R=12 мм. Толщина плиты составляет Н=170 мм. Угол наклона боковых стенок выступов относительно поверхности плиты составляет =90°. По высоте холодильника выступы расположены друг под другом.

Технико-экономическое преимущество заявленной конструкции плитового холодильника заключается в повышении его стойкости за счет уменьшения износа и предотвращения образования трещин термической усталости в выступах и преждевременного разрушения холодильника. В результате повышается стабильность работы доменной печи, увеличивается срок ее эксплуатации между капитальными ремонтами, а также облегчаются условия проведения плавки.