Свод плавильной печи - RU2065554C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее, к конструкции охлаждаемых сводов плавильных печей.

Известные устройства для содержания расплавленных материалов, и в частности, расплавленных металлов, базировались на огнеупорной футеровке или водяном охлаждении или на том, и другом для защиты стенок, пода и сводом от действия высокой температуры, исходящей от расплавленных материалов и отходящих газов. В случае расплавленных металлов, таких, как сталь, эти температуры могут превышать 1540^o C.

Огнеупорные футеровки, устанавливаемые в таких резервуарах, являются дорогими и имеют небольшой срок службы, даже там, где такие футеровки используются выше уровня расплавленного материала. Хотя для охлаждения внутренних поверхностей таких резервуаров (обычно изготавливаемых из листов конструкционной стали) использовалась вода, обычная практика предполагала использование замкнутых систем, в которых напорная вода полностью заполняет циркуляционные каналы внутри стенок резервуара, свода и т.д. Эти системы обычно приводили к необходимости использования больших объемов воды, находящихся при сравнительно высоких давлениях. Точки перегрева, образуемые на внутренней стенке за счет закупоривания канала для прохождения воды может приводить к мгновенному парообразованию и разрушению герметичной конструкции. При нарушении герметичности внутренних стенок резервуара вытекание охлаждающей воды в расплавленный материал может приводить к серьезным опасностям, например, взрывам вследствие мгновенного превращения воды в пар или другим отрицательным реакциям. Эти проблемы могли бы приводить к серьезным опасностям для жизни обслуживающего персонала и для оборудования. В других известных системах, в которых делались попытки устранения таких проблем, использовалось сложное дорогое и трудно обслуживаемое оборудование, которое, очевидно, является нежелательным в условиях работы сталеплавильных печей и других резервуаров, имеющих дело с расплавленным материалом.

В патенте США 4813055, описана система охлаждения с разбрызгиванием воды, служащая для охлаждения печи для расплавления или обработки расплавленного металла и в частности, свода и/или боковой стенки электродуговой, плазменнодуговой и ковшовой печей. Более конкретно, разбрызгивающие коллекторы и трубы обеспечивают подачу охладителя (хладагента) к разбрызгивающем соплам, распределенным внутри охлаждаемого пространства и в конструкции свода для разбрызгивания охладителя на рабочие пластины свода. Охладитель быстро и эффективно удаляется из охлаждаемого пространства после проведения разбрызгивания на рабочие пластины, тем самым предотвращается всякое потенциальное отрицательное перемещение и локализованный сбор охладителя в пространстве.

Наиболее близким к описываемому изобретению является свод плавильной печи, содержащий внешнюю и внутреннюю части, при этом внешняя часть имеет нижнюю, боковые и верхнюю стенки, образующие замкнутое пространство, разбрызгивающее средство, состоящее из множества труб с соплами, размещенное внутри замкнутого пространства, средство для подачи охладителя к трубам, средство для удаления отработанного охладителя из замкнутого пространства, причем сопла установлены с возможностью попадания струй охладителя, по крайней мере, на нижнюю стенку, средство для удаления отработанного охладителя соединено со средством принудительного откачивания охладителя из внешней части свода, а боковая стенка внешней части свода скошена внутрь печи и образует отверстие для ввода электродов (патент США 4815096, кл. F 27 D 1/12, 1989 г. ).

Задачей настоящего изобретения является разработка системы охлаждения для удаляемой части свода для резервуара, которая содержит трубы, подсоединяемые к соплам, установленным для направления струй охладителя на поверхность свода, которая должна быть эффективно охлаждена.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка свода печи, который имеет удаляемую часть, охлаждаемую средством разбрызгивающего охлаждения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является разработка удаляемой части свода, в которой используется удаляемое средство разбрызгивающего охлаждения, включающее трубы, подсоединяемые к соплам, установленным для направления на поверхность свода, которая должна быть охлаждения.

Следующей задачей настоящего изобретения является разработка недорогой удаляемой части сводов или резервуаров, таких, как печи, имеющие дело с расплавленным материалами.

Это достигается тем, что в известном своде плавильной печи, по изобретению, внутренняя часть свода выполнена с возможностью съема и имеет нижнюю, боковую и верхние стенки, образующие замкнутое пространство, разбрызгивающее средство, состоящее из множества труб с соплами, размещенное внутри замкнутого пространства, средство для подачи охладителя к трубам, средство для удаления отработанного охладителя из замкнутого пространства, причем сопла установлены с возможностью попадания струй охладителя, по крайней мере, на нижнюю стенку, во внутренней части свода выполнено, по крайней мере одно отверстие, ограниченное боковой стенкой, простирающейся от нижней стенки до верхней для исключения попадания охладителя из замкнутого пространства в отверстие.

Кроме того, средство для подачи охладителя во внешнюю часть свода соединено со средством для подачи охладителя во внутреннюю часть свода, чтобы охладитель мог бы подаваться по всему своду от одного источника. Это могло бы осуществляться путем использования обычного соединительного средства для присоединения питающей трубы для охладителя во внешней части свода к входной трубе для охладителя во внутренней части свода. Отработанный охладитель во внутренней части свода мог бы также подаваться от трубы во внутренней части свода к трубе во внешней части свода, где отработанный охладитель мог бы затем удаляться из внешней части свода. Для подсоединения трубы для охладителя, идущей от внутренней части свода, к трубе во внешней части свода могло бы использоваться обычное соединительное средство.

Предпочтительно, чтобы трубы и средство с разбрызгивающими соплами могли бы прикрепляться к верхней стенке внутренней части свода с тем, чтобы при удалении верхней стенки с внутренней части свода удалялись бы с верхней стенки все трубы и средство с разбрызгивающими соплами, оставляя только нижнюю стенку и боковую стенку внутренней части свода. Так как нижняя стенка подвергается действию тепла изнутри резервуара, она обычно изнашивается и растрескивается от циклического изменения температуры. Таким образом, путем закрепления труб и средства разбрызгивания на верхней стенке внутренней части свода при удалении ее будет открываться нижняя стенка для облегчения ее осмотра и выполнения при необходимости ее профилактического ремонта.

В другом предпочтительном воплощении изобретения во внутренней части свода должны образовываться три отверстия для размещения электродов, которые должны опускаться в резервуар, как это требуется в электродуговой печи. Каждое отверстие должно образовываться боковой стенкой, которая должна оканчиваться на нижней стенке, в то время, как верхняя стенка должна иметь согласованные по размеру отверстия с тем, чтобы, когда верхнюю стенку при сборке устанавливают над нижней стенкой отверстия проходили как через нижнюю стенку, так и через верхнюю стенку. Боковая стенка, образующая отверстия, должна предотвращать всякое проникновение охладителя из замкнутого пространства внутренней части свода внутрь резервуара. При желании разбрызгивающие сопла в дополнение к направлению для разбрызгивания охладителя на нижнюю стенку могла бы также направляться для обеспечения разбрызгивания охладителя на боковую стенку, образующую отверстия во внутренней части свода. Это гарантировало бы то, что посредством разбрызгиваемого охладителя охлаждалась бы не только стенка, но и могли бы охлаждаться также боковые стенки.

В процессе работы предлагаемой печи внутренняя часть свода могла бы легко удаляться для осмотра и профилактического ремонта без затрагивания внешней части свода. Так как внутренняя часть свода обычно требует большего технического обслуживания, возможность удаления внутренней части свода, охлаждаемой разбрызгиваемой водой, будет повышать эффективность ее охлаждения, при этом дополнительной особенностью является, то, что внутренняя часть свода может легко удаляться для проведения осмотра и при необходимости, ремонта, что могло бы выполняться быстро и эффективно.

Предпочтительное воплощение изобретения используется в качестве внутренней части свода или дельты для свода используемого в металлургии резервуара, например, электродуговой печи. Нижняя сторона нижней или внутренней стенки свода могла бы включать выступы, простирающиеся внутрь печи, служащие для захвата и удержания затвердевших частей расплавленного материала, например, разбрызгиваемого шлака, который входит в контакт с нижней поверхностью свода, для обеспечения лучше прилипающей, образуемой на месте теплоизолирующей футеровки, которая снижает действие теплового удара на свод. Путем соответствующего образования на месте футеровки из теплоизолирующего шлака на нижней поверхности нижней стенки и закрепления такого шлака на нижней поверхности, свод может удаляться для загрузки или т.п. и обратно устанавливается на печи без потери образующейся из шлака футеровки. Это будет защищать нижнюю стенку от действия изменяющейся высокой температуры и тем самым эффективно снижать действие теплового удара, который мог бы приводить к растрескиванию от напряжений внутренней стенки. Использование полых трубчатых выступов вызывает захват разбрызгиваемого шлака внутри и вокруг них с тем, чтобы обеспечивалось лучшее закрепление шлаковой футеровки, которая затем будет оставаться закрепленной на нижней поверхности нижней стенки свода даже при удалении всего свода.

Когда в качестве охладителя используется вода, предлагаемая система охлаждения является высокоэффективной, использующей значительно меньшее количество охлаждающей воды, протекающей через систему. Например, в одном примере использования предлагаемой системы используется только примерно половина количества охлаждающей воды по сравнению с известной системой водяного охлаждения. Это значительное уменьшение количества потребляемой охлаждающей воды является, в частности, важным для некоторых производителей металла, не имеющих необходимого количества воды для имеющихся в настоящее время систем водяного охлаждения. Кроме того, очистительное действие струй, попадающих на рабочие пластины, делает их поверхность чистой, тем самым повышается эффективность охлаждения и продлевается срок службы печи и/или отдельных ее элементов. В некоторых известных системах в трубах или внутри замкнутых полостей обычно скапливается накипь, требующая частую очистку или химическую обработку воды для поддержания эффективного охлаждения.

Предпочтительно, в качестве охлаждающей жидкости используется вода или жидкость на водной основе, которая разбрызгивается в таком количестве, что капли струй поглощают тепло в результате поверхностного контакта. При желании, в охлаждаемых пластинах могли бы быть заделаны термопары для измерения температуры и эти термопары могли бы быть соединены с подходящими устройствами управления для регулирования расхода охладителя с целью поддержания желаемой температуры. Капли охлаждающей жидкости, образуемые средством разбрызгивания, контактируют с очень большой площадью поверхности, приводя к большой охлаждающей способности, и вода удаляется в жидком виде. Однако, хотя температура охлаждающей жидкости (воды) обычно не достигает 212^o F, если она все же достигает такой температуры вследствие образования временной точки перегрева или т.п. она мгновенно испаряется, тем самым используется скрытая теплота парообразования при охлаждении рабочих пластин, приводя к отводу калорий примерно в 10 раз больше, чем это может быть достигнуто при заливающем охлаждении.

При использовании системы охлаждения с распылением воды требуется значительно меньшее техническое обслуживание, чем в известных системах заливающего охлаждения. Например, если температура воды известной системе охлаждения превышает 140^o F, будет образовываться накипь на охлаждаемой поверхности, снижая тем самым эффективность охлаждения. Кроме того, если температура воды в известной системе охлаждения превышает 212^o F может образовываться пар, создавая опасную ситуацию с возможностью взрыва. Как отмечалось выше, струи воды оказывают очистительное действие на охлаждаемую поверхность, предотвращая образование на ней накипи и т.д. Кроме того, предлагаемая система охлаждения может использоваться при достаточном давлении для осуществления разбрызгивания воды и обеспечивается легкий доступ и охлаждаемому пространству, давая возможность при необходимости легко осуществлять очистку или ремонт. С другой стороны система заливающего охлаждения включает отдельные панели, которые должны удаляться и прочищаться для продления срока службы. Также эти системы требуют значительного количества шлангов, труб, клапанов и т.п. для подсоединения и отсоединения и обслуживания.

Как отмечалось выше, удаляемость охлаждаемой разбрызгиваемой жидкостью внутренней части свода будет обеспечивать возможность доступа к внутренней части свода для осмотра и ремонта. Также, как отмечалось выше, в предпочтительном воплощении изобретения трубы и средство с разбрызгивающими соплами могло бы прикрепляться к верхней стенке так, чтобы они могли легко удаляться с внутренней части свода, открывая доступ к нижней стенке и боковым стенкам для осмотра. Таким образом, могли бы легко и эффективно проводиться любые ремонтные работы, необходимые для нижней стенки и/или боковых стенок. После проведения ремонтных работ верхняя стенка с закрепленным на ней трубами и разбрызгивающими соплами могла бы легко быть установлена над нижней стенкой так, чтобы была целиком собрана внутренняя часть свода. Входное средство для охладителя внутренней части свода могло бы присоединяться к входной трубе и выходное средство для отработанного охладителя внутренней части свода могло бы присоединяться к выпускной трубе для удаления отработанного охладителя. Как отмечалось выше, при оборудовании также внешней части свода средством разбрызгивания охладителя подаваемый охладитель во внешнюю часть свода мог бы также подаваться во внутреннюю часть свода и отработанный охладитель мог бы подаваться через трубу на или во внешнюю часть свода и выпускаться на периферии внешней части свода.

На фиг. 1 показано поперечное сечение верхней части описываемого свода электродуговой печи, на фиг. 2 показан вид сверху свода электродуговой печи с частичным вырезом и разрезом для иллюстрации внутренности свода, на фиг. 3
показан вид сбоку части свода, разрезанный по линии 3-3 на фиг. 2, на фиг. 4 показан перспективный вид части нижней стороны свода печи, представленного на фиг. 2, на фиг. 5 показан перспективный вид по направлению сверху вниз, нижней стенки и боковых стенок предлагаемой внутренней части свода, на фиг. 6 показан перспективный вид по направлению снизу вверх, верхней стенки предлагаемой внутренней части свода, иллюстрирующий трубы и разбрызгивающие сопла, прикрепленные к верхней стенке.

Используемые в данном описании термины "резервуары" должны означать емкости для нагретых веществ, такие, как резервуары для расплавленных материалов, горячих газов или жидкостей или того и другого. Предпочтительное воплощение настоящего изобретения показано на рисунках, где представлена электродуговая печь и связанная с ней конструкция свода. Одинаковыми цифрами обозначены одни и те же элементы на всех рисунках.

Предпочтительное воплощение охлаждаемого жидкостью предлагаемого объемного (замкнутого) средства показано на фиг. 1 и 2. В этом воплощении объемное средство включает круглый свод электродуговой печи 10, показанный в разрезе, устанавливаемый сверху обычной электродуговой печи 12. Часть печи 12 непосредственно под краем 13 состоит из стальной оболочки печи 15, облицованной огнеупорным кирпичом 17 или другим теплоизоляционным материалом. Боковая стенка печи, лежащая выше уровня расплавленного металла, может иметь альтернативную конструкцию, состоящую из внутренней и внешней пластин, использующих систему охлаждения водой, описанную ниже в связи со сводом 10. Свод печи имеет внешнюю часть 18 и внутреннюю часть 20. Внешняя часть 18 содержит полную внутреннюю секцию 23 между верхней стенкой 11 и нижней стенкой 39.

Внутри этой секции 23 установлено множество спицеобразных охлаждающих разбрызгивающих сопел 33, к которым подается охладитель от центральной концентрично установленной кольцеобразной водяной питающей магистрали 29. Вниз простирающиеся разбрызгивающие головки 34 разбрызгивают охладитель 36 по внутренней поверхности 38 нижней стенки 39 для поддержания приемлемой температуры свода в процессе плавки или другой обработки расплавленного материала в печи 12. Охладитель удаляется изнутри свода через отверстия 51 и дренажный коллектор 47, который проходит вокруг нижней внешней периферии внешней части свода 18. Выход 45 может быть подсоединен к внешнему дренажному трубопроводу и обеспечивает возможность дренажа охладителя из коллектора 47. Как показано на фиг. 5, 6 внутренняя часть свода или дельта 20 включает нижнюю стенку 51, верхнюю стенку 53 и боковую стенку 55. Как показано на фиг. 1, три боковые стенки 57 образуют отверстия 59 для размещения электродов 70. Как показано на фиг. 6, к верхней стенке 53 прикреплена кольцевая питающая магистраль 61 для охладителя, имеющая вытянутые спицеобразные охлаждающие трубы 63, подсоединяемые к разбрызгивающим соплам 65, которые направляют охладитель 36 на нижнюю стенку 51 в пространстве 67. При желании охладитель 36 мог бы направлять на стенки 57. Как показано на фиг. 1 и 2, охладитель 36 подается через вход 21, который сообщается с магистралью 29 в секции 23 внешней части свода 18 и к магистрали 61 в пространстве 67 во внутренней части свода 20. Для соединения выхода трубы 21 со входом магистрали 61 используется соединительный элемент 69. Отработанный охладитель во внутренней части свода 20 удаляется путем отсасывания через трубу или патрубок 71, который простирается над внешней частью свода 18. Как показано, в предпочтительном воплощении труба 71А проходит во внутреннюю часть свода 20 для удаления отработанного охладителя и заканчивается непосредственно над верхней внешней стенкой 53 и затем, используя обычное соединительное средство 73, труба 71А прикрепляется к трубе 71, которая, в свою очередь, простирается к периферии внешней части свода 18. Затем к выходу трубы 71 прикрепляется обычное отсасывающее средство для удаления отработанного охладителя из пространства 67 и во внутренней части свода. При желании, труба 71 может прикрепляться к внешней верхней поверхности 11 внешней части свода 18. Таким образом, внутренняя часть свода 20 может легко удаляться путем отделения магистрали 61 от входа 21 посредством соединительного элемента 69 от отделения трубы 71 и от трубы 71А посредством соединительного элемента 73 и затем удаления внутренней части свода 20 с внешней части свода 18. При желании внутренняя часть свода 20 может иметь свое отдельное средство подачи охладителя, независимое от внешней части свода 18. Хотя в предпочтительном воплощении питающая магистраль 61, трубы 63 и сопла 65 прикреплены к верхней стенке 53, эти элементы при желании могут прикрепляться к боковой стенке и/или нижней стенке. Эти разбрызгивающие элементы могут также опираться на нижнюю стенку без прикрепления к какой-либо из стенок.

В процессе работы печи 12 по выплавке стали, например, расплавленная сталь должна покрываться расплавленным шлаком или другим защитным материалом, который имеет тенденцию разбрызгиваться в различных направлениях. При вхождении в контакт такого разбрызгиваемого материала с нижней стороной 39 внешней части свода 18, кусочки его будут стремиться затвердеть и прилипнуть к ней. После затвердевания этот шлак действует в качестве теплоизоляционного слоя, который обеспечивает снижение температуры этой части свода, которую он покрывает. В процессе нормальной работы печи и узла свода шлак может отламываться (отваливаться) в тех случаях, например, когда удаляется свод или тогда, когда нижняя сторона свода подвергается действию периодически изменяющейся температуры с высокого значения до сравнительного низкого значения. Такая же температурная цикличность может иметь место, но в меньшей степени, когда прерывается подача электроэнергии к электродам для остановки печи. В результате этого нижняя сторона 39 внешней части свода 18, которая обычно изготовлена из стальной пластины или т.п. подвергается действию теплового удара и напряжения, которые стремятся вызвать усталость металла и в конечном счете растрескивание стальных пластин. Для более надежного захвата и удержания шлака на нижней стороне внешней части свода 18 и снижения вероятности отламывания шлака в процессе периодического изменения температуры или в процессе удаления внешней части свода с печи, на нижней стороне 39 свода предусматривается множество выступов 25 (например, трубчатых или дугообразных выступов). Как показано на фиг. 4, эти выступы 25 привариваются по всей площади внутренней поверхности внешней части свода на некотором расстоянии друг от друга и действуют в качестве удерживающих шлак или чашек или втулок. Шлак, разбрызгивающийся вверх из расплава, будет стремиться, как показано на фиг. 1, образовывать на месте слипшуюся теплоизоляционную огнеупорную футеровку 27 вокруг и внутри выступов 25. Необходимо заметить, что эта футеровка 27 не является необходимой для устойчивого контроля температуры нижней стороны 39 свода, так как система охлаждения с разбрызгиванием жидкости справляется с этой задачей. Однако, из-за обычного образования этой футеровки, согласно настоящему изобретению, предлагается обеспечить ее лучшее закрепление путем внедрения в нее выступов 25 и следовательно, свод подвергается действию теплового напряжения в меньшей степени. Как показано на рисунках, охладитель 36 подается к магистрали 29 внешней части свода 18 и далее к разбрызгивающим соплам 34. Охладитель 36 направляется на нижнюю стенку 38 для ее охлаждения. Предпочтительно, в качестве охладителя используется вода или жидкость на водной основе.

Для удаления охладителя после разбрызгивания его на внутренней поверхности стенки 38, предусматривается дренажная система, включающая дренажный коллектор 47, который проходит вокруг периферии внешней части свода 18. Коллектор 47 выполнен из трубы прямоугольного поперечного сечения и имеет удлиненные щели 51 или другие разнесенные отверстия вдоль нижней внутрь обращенной части стенки, через которые проходит отработанный охладитель от наклонной нижней стенки 38. Отработанный охладитель должен отводиться как можно быстрее, чтобы было минимальное количество застоявшегося охладителя над нижней стенкой 38 с целью минимального взаимного влияния со струей охладителя, направляемой непосредственно на стенку 38. Все отверстия коллектора или выходы для охладителя 51 предпочтительно должны отгораживаться экраном 49 для предотвращения попадания мусора в коллектор и предотвращения блокировки удаления охладителя. Затем охладитель удаляется через выход 45 (фиг. 2) из соответствующих секций коллектора 47. Для быстрого удаления отработанного охладителя 36 изнутри внешней части свода 18 может использоваться откачивающее средство.

Аналогичным образом охладитель 36 подается к магистрали 61 внутренней части свода 20 и далее к разбрызгивающим соплам 65. Как показано на фиг. 1, подача охладителя для внешней части свода 18 может также использоваться для подачи охладителя к внутренней части свода 20. Вблизи конца трубы 21 располагается запорный клапан 75 и выход трубы 21 подсоединяется к входу магистрали 61, посредством соединительного элемента 69 так, что охладитель подается от одного и того же источника как для внутренней части свода 20, так и для внешней части свода 18. Для удаления отработанного охладителя из внутренней части свода 20 в замкнутое пространство 67 введен конец трубы 71А, другая часть которой располагается над верхней стенкой 53, где она соединяется с трубой 71 посредством соединительного элемента 73. Для обеспечения быстрого удаления отработанного охладителя изнутри внутренней части свода 20 труба 71 может подсоединяться к откачивающему средству. Путем отсоединения соединительных элементов 69 и 73 внутренняя часть свода 20 может быть легко удалена.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает простое высоко эффективное охлаждение внутренней поверхности различных типов резервуаров с закрытым подом, таких, как электродуговая печь, показанная на рисунках, а также других типов плавильных печей, ковшей и т.п. Дополнительно, сравнительно низкое давление внутри объемного средства сводит к минимуму риска протечки охладители в резервуар. Предлагаемое устройство обеспечивает такую эффективность охлаждения, что обычно необязательно устанавливать какую-либо огнеупорную или другую теплоизоляцию на нижней сторонах стенок 39 и 50 объемного средства, хотя может оказаться желательным размещением на них некоторого типа тонкого покрытия в качестве защиты от коррозийного действия горячих газов, которые могут образовываться внутри резервуара. Хотя не являющиеся необходимыми для самой по себе теплоизоляции полые трубчатые выступы 25 могут удерживать любой разбрызгивающийся шлак или другой материал, таким образом обеспечивая слипшийся защитный барьер, который образуется на месте, способствуя продлению срока службы свода за счет снижения теплового напряжения внутренней стенки объемного средства.

Хотя это изобретение было описано по конкретному воплощению, специалистам должно быть очевидно, что могут быть различные изменения в пределах сущности и объема изобретения и что предполагается, что объем изобретения охватывает все такие изменения и модификации изобретения, раскрытого в описании с целью иллюстрации, которая не выходит за пределы сущности и объема изобретения. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Реферат

Использование: в области металлургии, конкретнее, в конструкциях сводов плавильных печей. Сущность изобретения: свод плавильной печи содержит внешнюю часть и выполненную с возможностью съема внутреннюю часть. Внешняя и внутренняя части имеют нижнюю, боковые и верхние стенки, образующие замкнутые пространства, в каждом из которых размещено множество труб с соплами для разбрызгивания струй охладителя, по крайней мере на нижние стенки внешней и внутренней частей свода. Средство для подачи охладителя во внешнюю часть свода соединено со средством для подачи охладителя во внутреннюю часть свода. 9 з.п.ф-лы., 6 ил.

Формула