Результат интеллектуальной деятельности: ПЛИТОВЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к устройствам для охлаждения доменных печей и может быть использовано в металлургии в системах охлаждения при строительстве новых, ремонтах и реконструкциях действующих доменных печей.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранный в качестве прототипа плитовый холодильник, содержащий охлаждаемую плиту с выполненными в ней продольными сквозными и соединенными с ними поперечными несквозными каналами для циркуляции охлаждающей среды, которые с помощью заглушек образуют контуры охлаждения, и отверстия с выводами для подвода и отвода охлаждающей среды. При этом отверстия для подвода и отвода охлаждающей среды с выводами расположены в нижней и в верхней частях охлаждаемой плиты (EP №1466989, фиг.3, 4, 5, МПК C21B 7/10, опубл. 13.10.04).

У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба плитовых холодильника содержат охлаждаемую плиту с выполненными в ней продольными сквозными и соединенными с ними поперечными несквозными каналами для циркуляции охлаждающей среды, которые с помощью заглушек образуют контуры охлаждения, и отверстия с выводами для подвода и отвода охлаждающей среды.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Расположение выводов для подвода охлаждающей среды в нижней части плиты, а выводов для отвода охлаждающей среды - в верхней части плиты не позволяет обеспечить уменьшение термических напряжений, возникающих в местах расположения выводов при линейном расширении охлаждаемой плиты при ее нагревании. Термические напряжения в местах расположения выводов пропорциональны расстоянию между выводами для подвода и отвода охлаждающей среды, в частности, при расположении выводов в ее верхней и нижней частях термические напряжения со временем приведут к образованию щелей в теле плиты в местах расположения выводов и к последующему разрушению плитового холодильника в целом. При этом использование компенсаторов линейного расширения плиты для снижения термических напряжений характеризуется увеличением стоимости плитового холодильника, а также сложностью его изготовления и установки в доменной печи. Кроме того, использование прототипа требует выполнения в кожухе доменной печи, по меньшей мере, двух отверстий: одно под выводы для подвода охлаждающей среды и второе под выводы для отвода охлаждающей среды, что, в свою очередь, приводит к снижению жесткости и газоплотности кожуха доменной печи.

В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой плитовый холодильник доменной печи, в котором усовершенствования путем введения новых элементов и нового расположения элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности, стойкости, долговечности работы и в снижении стоимости изготовления плитового холодильника доменной печи.

Поставленная задача решается за счет того, что в плитовом холодильнике, содержащем охлаждаемую плиту с выполненными в ней продольными сквозными и соединенными с ними поперечными несквозными каналами для циркуляции охлаждающей среды, которые с помощью заглушек образуют контуры охлаждения, и отверстия с выводами для подвода и отвода охлаждающей среды, согласно заявляемому техническому решению, охлаждаемая плита оборудована дополнительными продольными несквозными каналами, которые выполнены на одной оси и соединены поперечными несквозными каналами с продольными сквозными каналами, а отверстия для подвода и отвода охлаждающей среды выполнены в конечных частях дополнительных продольных несквозных каналов с их расположением в центральной части охлаждаемой плиты.

В отдельных случаях исполнения заявляемый объект может характеризоваться тем, что:

- продольные сквозные, дополнительные продольные несквозные и поперечные несквозные каналы для циркуляции охлаждающей среды в поперечном сечении выполнены овальной формы;

- рабочая поверхность охлаждаемой плиты выполнена ребристой;

- рабочая поверхность охлаждаемой плиты оборудована огнеупорным материалом;

- охлаждаемая плита выполнена из стали;

- охлаждаемая плита выполнена из меди или ее сплавов.

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности, стойкости, долговечности работы и в снижении стоимости изготовления плитового холодильника доменной печи. Кроме того, при использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение дополнительного технического результата, заключающегося в снижении уровня термических напряжений в местах расположения выводов для подвода и отвода охлаждающей среды при уменьшении количества отверстий в кожухе доменной печи и в повышении его жесткости и газоплотности, а также в повышении эффективности охлаждения доменной печи.

Оборудование охлаждаемой плиты дополнительными продольными несквозными каналами таким образом, чтобы они были выполнены с противоположных сторон плиты на одной оси, были выполнены параллельно продольным сквозным каналам и размещены с внутренней стороны от них, были соединены с продольными сквозными каналами с помощью поперечных несквозных каналов вблизи верхней меньшей и нижней меньшей стороны плиты, а также чтобы их конечные глухие части были расположены в центральной части охлаждаемой плиты с заданным по вертикали расстоянием между собой и оборудованы отверстиями для подвода и отвода охлаждающей среды с выводами, позволяет сосредоточить выводы в центральной части плиты, обеспечить уменьшение расстояния по вертикали между выводами по меньшей мере до 0,15-0,3 м, что, в свою очередь, позволяет уменьшить термические напряжения в местах расположения выводов при расширении плиты в результате ее нагревания в процессе охлаждения доменной печи. Такое оборудование позволяет охлаждаемой плите свободно расширяться во всех направлениях, обеспечивая минимальные напряжения в области выводов, что позволяет предотвратить образование щелей в области выводов и разрушение охлаждаемой плиты в целом, а также не использовать для заявляемого объекта компенсаторы линейного расширения и снизить стоимость его изготовления. Все это обеспечивает повышение надежности, стойкости и долговечности работы плитового холодильника доменной печи. Также использование заявляемого объекта позволяет уменьшить до одного количество отверстий в кожухе доменной печи для четырех выводов для подвода и отвода охлаждающей среды и обеспечить повышение эффективности охлаждения доменной печи в целом.

Выполнение продольных сквозных, дополнительных продольных несквозных и поперечных несквозных каналов для циркуляции охлаждающей среды в поперечном сечении овальной формы обеспечивает повышение эффективности и равномерности охлаждения плиты за счет увеличения соотношения объема циркулирующей охлаждающей среды к объему металла охлаждаемой плиты, а также повышает интенсивность теплообмена на границе "поверхность канала - охлаждающая среда", что в целом позволяет снизить напряжения в области расположения выводов и повысить надежность, стойкость и долговечность работы плитового холодильника доменной печи в целом.

Выполнение рабочей поверхности охлаждаемой плиты ребристой позволяет увеличить тепловоспринимающую площадь рабочей поверхности (по сравнению с гладкой поверхностью, например в полтора раза) с одновременным осуществлением эффективного и равномерного отвода охлаждающей средой тепла по выполненным в плите каналам. Кроме того, за счет повышения эффективности охлаждения обеспечивается более надежное удержание гарнисажа на ребристой рабочей поверхности, что уменьшает разрушающее воздействие тепловых нагрузок на плиту в целом, способствуя повышению надежности, стойкости и долговечности работы плитового холодильника доменной печи. Ребристая поверхность способствует надежному закреплению огнеупорных материалов на охлаждаемой плите.

Оборудование рабочей поверхности охлаждаемой плиты огнеупорным материалом позволяет предотвратить разрушающее воздействие тепловых нагрузок и абразивное воздействие продуктов технологического процесса в доменной печи на рабочую поверхность плиты. Огнеупорный материал обеспечивает снижение тепловых нагрузок на охлаждаемую плиту. Все это способствует повышению надежности, стойкости и долговечности работы плитового холодильника доменной печи, а также повышению эффективности охлаждения доменной печи в целом.

Изготовление охлаждаемой плиты из стали, или меди, или из сплавов меди позволяет упростить процесс выполнения в ней каналов, например путем сверления.

Использование охлаждаемой плиты из стали является наиболее целесообразным для плитовых холодильников, которые устанавливают в зоне заплечиков, распара и в верхней части шахты доменной печи, так как в этих зонах имеют место переменные тепловые нагрузки 10-50 кВт/м, при восприятии которых в плитовом холодильнике из стали наблюдаются наименьшие термические напряжения.

Выполнение охлаждаемой плиты из меди или ее сплавов обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик плиты, а также эффективное и равномерное охлаждение в наиболее сложных температурных, технологических и эксплуатационных зонах доменной печи. Охлаждаемые плиты, выполненные из меди или ее сплавов, наиболее целесообразно устанавливать в средней и нижней частях шахты доменной печи, где имеют место наибольшие циклические тепловые нагрузки до 350 кВт/м². Это обуславливается тем, что охлаждаемые плиты, выполненные из меди или ее сплавов, имеют высокую теплопроводность 350-390 Вт/м·К, способны работать в циклически переменных температурных условиях и отводить тепловые нагрузки до 350 кВт/м². Кроме того, выполнение охлаждаемой плиты из меди или ее сплавов за счет обеспечения лучших условий для охлаждения способствует формированию толстого слоя гарнисажа, а также его надежному удержанию на рабочей поверхности плиты.

Суть заявляемого объекта поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - схема заявляемого плитового холодильника доменной печи;

- на фиг.2 - сечение по A-A на фиг.1.

На чертежах проставлены следующие обозначения:

1 - охлаждаемая плита;

2 - продольный сквозной канал;

3 - продольный сквозной канал;

4 - дополнительный продольный несквозной канал;

5 - дополнительный продольный несквозной канал;

6 - дополнительный продольный несквозной канал;

7 - дополнительный продольный несквозной канал;

8 - поперечный несквозной канал;

9 - поперечный несквозной канал;

10 - поперечный несквозной канал;

11 - поперечный несквозной канал;

12 - отверстия для подвода охлаждающей среды;

13 - выводы для подвода охлаждающей среды;

14 - отверстия для отвода охлаждающей среды;

15 - выводы для отвода охлаждающей среды;

16 - заглушки;

17 - рабочая поверхность охлаждаемой плиты.

В конкретном примере выполнения заявляемый плитовый холодильник доменной печи содержит охлаждаемую плиту 1, в которой выполнены, например путем сверления, продольные сквозные каналы 2 и 3, дополнительные продольные несквозные каналы 4, 5, 6 и 7, поперечные несквозные каналы 8, 9, 10 и 11, отверстия 12 с оборудованными в них выводами 13 для подвода охлаждающей среды и отверстия 14 с оборудованными в них выводами 15 для отвода охлаждающей среды. Кроме того, плита 1 оборудована заглушками 16 для каналов. Все каналы 2-11 выполнены в одной плоскости в теле плиты 1, при этом канал 2, каналы 4 и 5, каналы 6 и 7 и канал 3 выполнены параллельными и расположены на заданном расстоянии между собой.

Продольные сквозные каналы 2 и 3 выполнены вблизи противоположных больших сторон плиты 1. Дополнительные продольные несквозные каналы 4 и 5 выполнены с противоположных меньших сторон плиты 1 на одной оси и расположены с внутренней стороны от канала 2. Дополнительные продольные несквозные каналы 6 и 7 выполнены с противоположных меньших сторон плиты 1 на одной оси и расположены с внутренней стороны от канала 3. При этом конечные глухие части каналов 4 и 5, а также каналов 6 и 7 расположены в центральной части плиты 1 с заданным расстоянием по вертикали между собой. Кроме того, в плите 1 выполнены два отверстия 12 для подвода охлаждающей среды, которые соединены с конечными глухими частями каналов 5 и 7 и каждое из которых оборудовано выводом 13 для подвода охлаждающей среды, и два отверстия 14 для отвода охлаждающей среды, которые соединены с конечными глухими частями каналов 4 и 6 и каждое из которых оборудовано выводом 15 для отвода охлаждающей среды.

Поперечные несквозные каналы 8 и 9 выполнены с противоположных больших сторон плиты 1 на одной оси и расположены вблизи одной меньшей (верхней) стороны плиты 1. Поперечные несквозные каналы 10 и 11 выполнены с противоположных больших сторон плиты 1 на одной оси и расположены вблизи другой меньшей (нижней) стороны плиты 1. При этом канал 8 соединяет каналы 2 и 4, канал 9 - каналы 3 и 6, канал 10 - каналы 2 и 5, а канал 11 - каналы 3 и 7.

Заглушки 16 установлены таким образом, чтобы сквозной 2, дополнительные продольные несквозные 4 и 5 и поперечные несквозные 8 и 10 каналы образовывали один контур охлаждения, а сквозной 3, дополнительные продольные несквозные 6 и 7 и поперечные несквозные 9 и 11 каналы образовывали другой контур охлаждения. Рабочая поверхность 17 плиты 1 направлена во внутреннее пространство доменной печи (на чертежах не показано).

В конкретном примере выполнения плитовый холодильник доменной печи работает следующим образом.

Охлаждающая среда поступает через два центральных вывода 13 для подвода охлаждающей среды через два отверстия 12 в охлаждаемую плиту 1. В качестве охлаждающей среды для плитового холодильника доменной печи может быть использована техническая или химочищенная вода. Двигаясь по двум контурам охлаждения, один из которых образован каналами для циркуляции 5, 10, 2, 8 и 4, а другой - каналами 7, 11, 3, 9 и 6, охлаждающая среда отбирает теплоту от тела плиты 1, нагревается и отводится через два центральных вывода 15. Центральное расположение отверстий 12 и 14 с выводами 13 и 15 соответственно обеспечивает при нагревании плиты 1 ее свободное расширение, обеспечивая уменьшение уровня термонапряжений в местах расположения выводов 13 и 15, что, в свою очередь, способствует повышению надежности, стойкости и долговечности работы плитового холодильника доменной печи. Благодаря этому обеспечивается возможность использования плитового холодильника для доменной печи без применения компенсаторов линейного расширения, а также снижается стоимость плитового холодильника. Кроме того, группирование двух пар выводов 13 и 15 в одной центральной части плитового холодильника позволяет уменьшить до одного количество отверстий в кожухе доменной печи, обеспечивая повышение его жесткости и газоплотности.