Охлаждаемый элемент металлургической печи

(19) (11)3151) Е 27 Р 1/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И ОТКР)1 ТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров(56) 1. Заявка Франции Яф 2449862,кл. Р 27 0 1/12, онублик. 1980.2. Заявка ФРГ У 2717641,кл, Г 27 0 9/00, опублик. 1980.3. Патент США У 4245133,кл. Р 27 0 1/12, опублик. 1979.4. Заявка Франции У 2424499,кл. У 27 0 1/16. опублик. 1979,(54) (57) 1. ОХЛАЖДАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, состоящийиз несущей конструкции, защитнойоболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя. с погруженным в него охлаждающим элементом,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,. с целью обеспечения надежной и безопасной работы охлаждаемого элемен"та и воэможности утилизации тепла,выделяемого из печного пространства, теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несу" щая конструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой.2. Охлаждаемый элемент по п. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве упругого дисперсного материала использована металлическая стружка из высокотеплопроводных материалов.3. Охлаждаемый элемент по п. 1, Е о ти ч а ю щ и й с я тем, что. в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металличес Сфф кой стружки из высокотеплопроводного материала с дробленым металли- р ческим скрапом крупностью до одной трети расстояния между охлаждающим элементом и защитной оболочкой.4. Охлаждаем)й элемент по и. .о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве высокотеплопроводного ма" териала используют стружку иэ медных или алюминиевых сплавов.1083055 другой .стороны для повышения надежности по сравнению с конструкциейиспользуется промежуточное решение, а именно, к высокотемпературному пространству обращается толстостенная плита из теплопроводногоматериала, например меди, а с тыльной, холодной стороны навариваютсяканалы, образующие змеевик, в кото ром движется охлаждающий агент, например вода 3 . Конструкция эта надежна, как конструкция (1), однаконесколько дешевле. Недостатками ееявляются такой же высокий расход де".фицитных дорогостоящих теплопроводных материалов и отсутствие возможности использования вторичного тепладля получения энергии.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является охлаждаемый элемент металлургическойпечи, состоящий из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного слояс погруженным в него охлаждающим элементом 4Однако в охлаждаемом элементеохлаждающие трубы находятся в напряженном состоянии, поскольку утрам.бованный слой и трубы имеют разныекоэффициенты линейного расширения,в связи с чем в неоднородном температурном поле возникают механические напряжения. Материалы же дляизготовления утрамбованных слоевс коэффициентом линейного расширения, равным металлическому, поканеизвестны. Исключение составляетпартландцемент, который в виде водного бетона имеет коэффициент линейного расширения, равный коэффициенту линейного расширения стали, Однако ему присущи низкая теплопроводность и изменение физических свойствв поле температуры. Поскольку всеутрамбованные слои обладают высокимтермическим сопротивлением, поле вних неравномерно, а значит неравномерно расширение, вследствие чегообязательно возникают термическиенапряжения. Кроме того, утрамбованный слой, как и бетон, не обладаетмеханической податливостью. Изобретение относится к металлур= гии, а именно к конструктивным элементам промышленных плавильных печей.Известны конструкции охлаждаемых элементов металлургических печей, состоящие из монолитного металлургического блока с просверленными и отфрезерованными в нем каналами 111,Эта конструкция обеспечивает наи- .1 лучший отвод тепла от металлоконструк ции к охлаждающей жидкости, однако она требует большого расхода дефицитного дорогостоящего материала, чаще всего меди. Кроме того она предопределяет огромные теплопотери печного пространства с охлаждающей жидкостью и невозможность использовать вторичное тепло для возмещения энергозатрат из-за сложности поста новки элемента под давление, так как медные элементы не допускаются технадзором для работы под давлением.Известны конструкции охлаждаемых 2 элементов, выполненных в виде отливки из теплопроводного материала, например, медных сплавов, нри этом для создания каналов, в которых движется охлаждающая жидкость, например вода, в отливку вкладываются трубы.Недостатком этой конструкции является ненадежный контакт между трубами и материалом основного блока, в результате чего в месте нарушения35 контакта часто возникают перегревы основного материала, прогары и аварии.Известны попытки улучшить эту40 конструкцию за счет применения флюсующих слоев из отдельных металлов (никеля, кобальта, марганца, серебра) или их.комбинаций и оксидов металлов 2 .45Однако, эти слои, по существу являющиеся припоем, не могут гарантировать абсолютного контакта, так Как при плавлении флюсующих слоев из металлов и их оксидов обязательно 50 происходит образование пустот и пузы рей, которые в свою очередь являются факторами, обеспечивающими неравномерный теплоотвод.Известны также конструкции охлаж даемых элементов в которых с одной стороны для упрощения изготовления по сравнению с конструкцией 1, с Ненадежный контакт охлаждающих труб с теплопроводным слоем, ввиду того, что слой утрамбован, т.е, при разном температурном расширении теплопроводного слоя и охлаждающих15 45 3 О труб возможно нарушение контакта между ними. Следовательно, возможны местные перегревы и аварии.При повреждении охлаждающих труб выливающаяся жидкость задерживается утрамбованным теплопроводным слоем. Своевременное обнаружение повреждения труб при такой конструкции затруднено, что ведет к скоплению большого количества охлаждающей жид кости около места повреждения и вэры ву элемента.Невозможна утилизация тепла,выделяемого печным пространствомпо следующим причинам: Трубы расположены горизонтально, так что образующийся в ходе нагревания пар скан.ливается в верхней части труб, тамже, где имеется наиболее интенсивный нагрев. Применить повышенное20давление, т.е. давление, при котором не происходит образование параза счет указанных выше ненадежныхконтактов с утрамбованным слоем и25,тому подобных недостатков опасно,поэтому установки работают на низком давлении. Кроме того, исключена возможностьтемпературной компенсации, что30влечет за собой рост механическихнапряжений, не допускаемых в трубопроводах, работающих под давлением,Секционирование охлаждающих элементов сложно и с этим связана невозможность управления. Элементограниченв пространственном рас"положении, может быть расположентолько горизонтально. 40Цель изобретения - обеспечениенадежной и безопасной работы охлаж-даемого элемента и возможности утилизации тепла, выделяемого из печного пространства.Поставленная цель достигаетсятем, что в охлаждаемом элементеметаллургической печи, состоящемиз несущей конструкции, защитнойоболочки и расположенного между ними теплопроводного слоя с погруженным в него охлаждающим элементом,теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде 55отдельного блока труб, а несущаяконструкция выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом 55 4арматура блока неразъемно соединенас защитной оболочкойКроме того, в качестве упругогодисперсного материала использованаметаллическая стружка из высокотеплопроводных материалов.Помимо этого, в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металлической стружки извысокотеплопроводного материала сдробленым металлическим скрапомкрупностью до одной трети расстояния между охлаждающим элементом изащитной оболочкой.Кроме того, в качестве высокотокопроводного материала используютстружку их медных или алюминиевыхсплавов.На фиг. 1 изображен охлаждаемыйэлемент, на фиг. 2 - разрез А-А нафиг. 1; на фиг, 3 - вид пострелкеБ (несущий блок и теплоповодныйслой условно не показаны).Охлаждаемый элемент содержит несущий блок 1, выполненный из огнеупорного бетона и снабженный армирующими стержнями 2, защитную оболочку 3, соединенную неразъемно состержнями 2 несущего блока 1. Иеждунесущим блоком 1 и защитной оболочкой 3 расположен теплопроводный слой4 из упругого дисперсного материала,в качестве которого использована либо металлическая стружка из высокотеплопроводных алюминиевых или медных сплавов, либо из ее смеси с дробленым металлическим скрапом, круп"ность которого выбирается с учетомсохранения упругости этой смеси ине превышает одной трети расстояниямежду охлаждающим элементом И защитной оболочкой. В теплопроводном слое4 размещен охлаждающий элемент, выполненный в виде отдельного блокатруб змеевикового типа. В нижнейи верхней части охлаждаемого элемента установлены свистовые трубки 6.Для монтажа и демонтажа охлаждаемо го элемента предусмотрены уши 7,жестко связанные с армирующими стерж.нями 2,Охлаждаемый элемент работает следующим образом,Охлаждаемый элемент устанавливаетея на место и собирается таким образом, чтобы образовать конструкцию печного пространства. Затем отводы и подводы охлаждающего блока труб 5соединяются с магиотралями отвода и подвода охлаждающей жидкости к элементу. Давление и расход этой жидкости выбирается таким, чтобы при нормальной работе не возникало пле ночного кипения. При подаче теплового воздействия на защитную оболочку 3 во время разогрева печи устанавливается стационарное температурное поле в трех средах: защитная оболочка 3, теплопроводный слой 4, охлаждающий блок труб 5, В случае повреждения трубы охлаждающего блока 5 жидкость попадает в прогретый дисперсный слой 4, при этом проис ходит интенсивное парообразование, и образовавшийся пар выходит через верхнюю свистовую трубку 6, а избыток жидкости через нижнюю трубку 6, сигнализируя тем самым обслу живающему персоналу об опасности.В предлагаемом элементе охлаждающие трубы разгружены от напряжения, поскольку охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока из труб 25 и отделен от защитной оболочки и от несущего бетонного блока слоем упругого дисперсного теплопроводного материала, В местах прохода соединительных звеньев (калачей и отводов) ЗО охлаждающего элемента через бетон образуются естественные компенсаторы в виде гибов труб, кроме того бетон имеет тот же самый температурный коэффициент линейного расширения, что и .сталь, Поэтому вероятность воз никновения термических напряжений в охлаждающем блоке труб сводится к минимуму, а в идеапьном случае к нулю. В то же время несущая кон струкция в виде армированного бетонного блока обладает весьма большой жесткостью, что позволяет ей воспринимать фактически всю нагрузку от стыковки с соседними элементами на себя, не передавая эти усилия ни на защитную оболочку ни на охлаждающий элемент, как это имеет место во всякой статическч неопределимой системе.Выполнение теплопроводного слоя упругого дисперсного материала обеспечивает гарантированный контакт между теплопроводным слоем и трубами охлаждающего блока, и между тепло- проводным слоем и защитной оболочкой, что исключает возможность местных перегревов и аварий, вызванных ими.В случае повреждения труб охлаждающего блока, выливающаяся жидкость не скапливается внутри элемента, а выводится наружу, предупреждая обслуживающий персонал с неисправности. В этом случае охлаждающи 1". блок труб отсоединяется от подводящей и отводящей магистрали и до неаварийного останова печи охлаждаемый элемент ра ботает на несущем блоке, выполненном из огнеупорного бетона.Разгрузка охлаждающего блока труб от термических и механических напряжений позволит повысить давление в сети охлаждающей жидкости вплоть до энергетических параметров, что в свою очередь позволит утилизировать тепло, выделяемого печным про. странством.Выполнение несущей конструкции в виде армированного бетонного блока, неразъемно связанного с защитной оболочкой, позволяет ориентиро" вать охлаждаемый элемент при установке относительно вертикали произвольным образом.Ориентировочный экономический эООект за счет экономии материалов составит 146 тыс. руб.1083055 ид б 6/36 Тираж 578ИИПИ Государственного комитета ССделам изобретений.и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д Закаэ 1 В