Патент на изобретение №2249049

(54) ХОЛОДИЛЬНИК ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к системе охлаждения доменной печи. Холодильник содержит стальную или медную плиту, на задней грани которой в углубления, повторяющие форму металлической трубы для охлаждающего реагента, с шагом 0,2-0,3 ширины плиты плотно уложены металлические трубы. Трубы неподвижно прикреплены к плите поперечными бандажами. Наружная поверхность плиты выполнена ребристой с пазами. Открытые поверхности между трубами и поверхность самих труб покрыты слоем огнеупорного теплоизоляционного материала. Использование изобретения обеспечивает надежность конструкции холодильника при сохранении эффективности теплопередачи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к системе охлаждения доменной печи.

Известен холодильник доменной печи, включающий корпус в виде плиты, в которой выполнены охлаждающие каналы, разделенные друг от друга и от торцовых стенок плиты продольными и поперечными стенками, патрубки подвода и отвода охлаждающего реагента; крышку, выполненную из металла с высокой теплопроводностью и установленную на плите с возможностью разъема, причем плита выполнена стальной с отверстиями для подвода и отвода охлаждающего реагента, соединенными с охлаждающими каналами, патрубки подвода и отвода охлаждающего реагента выполнены коаксиальными, жестко установлены в отверстия для подвода и отвода охлаждающего реагента, при этом суммарная площадь охлаждающих каналов, которые выполнены с прямоугольным сечением, равна 0,3-0,7 площади плиты, а плита и крышка на поверхности контакта выполнены с продольными выступами и впадинами, образующими устойчивое соединение, для герметизации которого во впадины крышки по всему периметру каналов установлены прокладки; кроме того, в плите и крышке по всему периметру выполнены совмещенные отверстия с установленными в них винтами и гайками, при этом в отверстия на внешней поверхности крышки винты установлены с потайной головкой, а крышка выполнена из меди, с внешней стороны имеет пазы, образующие ребристую рабочую поверхность; к винтам, установленным на крышке, прикреплена металлическая сетка для нанесения торкретпокрытия (патент РФ 2215791, MПК⁷ C 21 B 7/10, 2003 г.).

Недостатком данной конструкции является то, что изготовление холодильника из двух частей с использованием специальных креплений, уплотнений для герметизации соприкасающихся поверхностей разнородных металлов требует дополнительной обработки и создает опасность разгерметизации холодильника за счет термической деформации при эксплуатации и попадании охлаждающего реагента в доменную печь.

Известна охлаждающая плита для шахтных печей, оснащенных огнеупорной футеровкой, в частности доменных печей, выполненная в виде кованого или катаного слитка меди или низколегированного медного сплава с горизонтально проходящими патрубками для подвода охлаждающего реагента и расположенными внутри канала для охлаждающего реагента в виде вертикально проходящих глухих отверстий, при этом на стороне охлаждающей плиты, обращенной к внутреннему пространству печи, выполнены пазы и перемычки, причем плита снабжена охлаждающим элементом, который закреплен на охлаждающей плите с возможностью отсоединения и имеет выполненные в нем вертикально и горизонтально проходящие глухие отверстия, причем каждое вертикально проходящее глухое отверстие на конце соединено с горизонтально проходящими глухими отверстиями и входит в горизонтально проходящие патрубки для подвода охлаждающего реагента; при этом охлаждающий элемент закреплен с возможностью отсоединения в верхней или нижней области охлаждающей плиты на стороне перемычек и пазов и выполнен в форме прямоугольника или квадрата; усиленным с вертикально и горизонтально проходящими глухими отверстиями, расположен в верхней или нижней области охлаждающей плиты на стороне перемычек и пазов (патент РФ 2144570, МПК⁷ C 21 B 7/10, 2000 г.).

Недостатками известной конструкции холодильника являются значительный расход меди на его изготовление и его высокая стоимость.

Известна охлаждающая плита доменной печи, выполненная в виде чугунного элемента в форме параллелепипеда, в котором утоплены продольные параллельные трубы, выходящие на одну и ту же переднюю грань верхней и нижней частей охлаждающей плиты, располагаясь в защитном кожухе, при этом противоположная грань чугунного элемента относительно грани выхода труб выполнена ребристой (ЕПВ (ЕР) заявка 0052039, МКИ С 21 В 7/10, опубликовано 19.05.1982 г.).

Данная конструкция холодильника сложна в изготовлении и ненадежна в работе из-за выполнения и контакта элементов из разнородных материалов, имеющих различные свойства (коэффициент термического расширения, удлинения и т.д.).

Задачей настоящего изобретения является создание холодильника надежной конструкции при сохранении эффективности теплопередачи и снижение его стоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в холодильнике доменной печи, включающем металлическую плиту в форме параллелепипеда с ребристой передней гранью и с продольными параллельными металлическими трубами для охлаждающего реагента, согласно изобретению металлические трубы выполнены с эллипсовидным сечением и плотно уложены в выполненные на задней грани металлической трубы углубления, повторяющие форму трубы, и неподвижно прикреплены к ней поперечными бандажами, при этом металлическая плита выполнена стальной или медной, а открытые поверхности между трубами и поверхности труб покрыты слоем огнеупорного теплоизоляционного материала, кроме того, поперечные бандажи прикреплены к металлической плите посредством резьбовых соединений и элементов сварки, а металлические трубы выполнены стальными.

Основной технический результат – создание надежной конструкции при сохранении эффективности теплопередачи за счет плотной укладки труб с эллипсовидным сечением на задней грани плиты в углубления, повторяющие форму труб, и неподвижного крепления их к плите поперечными бандажами. Кроме того, покрытие открытых поверхностей между трубами и поверхностей труб слоем огнеупорного теплоизоляционного материала позволяет улучшить теплоизоляцию конструкции, обеспечить надежность ее работы. Крепление бандажей к плите посредством резьбовых соединений и элементов сварки позволяет упрочнить конструкцию.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид холодильника, на фиг.2 – разрез Г-Г фиг.1, на фиг.3 – разрез А-А фиг.1.

Холодильник доменной печи содержит металлическую в форме параллелепипеда плиту 1, на задней грани которой выполнены углубления 2, повторяющие форму плотно уложенных в них металлических с эллипсовидным сечением труб 3, имеющих отверстия 4 с коаксиально установленными патрубками 5 подвода и отвода охлаждающего реагента, неподвижно прикрепленных к плите 1 поперечными бандажами 6 посредством резьбовых соединений 7 и элементов сварки, при этом открытые поверхности между трубами 3 и поверхность труб 3 покрыты слоем огнеупорного теплоизоляционного материала 8, а наружная поверхность плиты 1 выполнена ребристой с пазами 9, куда крепится металлическая сетка с элементами торкретпокрытия.

Холодильник доменной печи работает следующим образом. В изготовленной в форме параллелепипеда с передней ребристой гранью плите 1 на задней грани выполнены углубления 2, внутрь которых плотно уложены металлические с эллипсовидным сечением трубы 3, неподвижно прикрепленные посредством резьбовых соединений 7 и элементов сварки к плите 1 поперечными бандажами 6 и имеющие отверстия 4 с жестко установленными патрубками 5 подвода и отвода охлаждающего реагента. Перед установкой трубы 3 герметизируются с торцов, в них выполняются отверстия, в которые коаксиально устанавливаются патрубки 5 подвода и отвода охлаждающего реагента, затем плотно укладываются в углубления 2 плиты 1. После монтажа и крепления труб 3 к металлической плите 1 открытые поверхности между трубами 3 и поверхности труб 3 покрываются огнеупорным теплоизолирующим материалом 8, а на наружную поверхность плиты 1 с пазами 9 крепится металлическая сетка с элементами торкретпокрытия. После испытания на теплопроводность, прочность и герметичность изготовленный холодильник устанавливается в расчетную часть доменной печи и подключается к общей системе охлаждения.

Пример. Геометрические размеры испытанного холодильника приняты следующие: высота плиты 2000 мм, ширина плиты 600 мм, толщина плиты 60 мм, толщина плиты в месте укладки труб 40 мм. Размеры трубы: высота 1730 мм, толщина стенки эллипсовидного сечения трубы 4 мм. Расчет теплопроводности приводится для теплового потока 15000 Вт/м²ч.

При изготовлении плиты из меди и толщине однослойной стенки в месте укладки труб, равной 40 мм (0,04 м)

T₁=Q·/₁=(15000·0,04)/400=1,5°С,

где ₁ – теплопроводность меди.

При укладке эллипсовидной трубы в углубления, повторяющие ее форму, рассчитываем теплопередачу двухслойной стенки: материал – медь; толщина стенки плиты 40 мм (0,04 м) и толщина стенки стальной трубы 4 мм (0,004 м) – T₂=Q(₁/₁+₂/₂)=15000(0,0001+0,0001)=3,0°С,

где ₂ – теплопроводность стали, равная 50 Вт°С.

Из расчета следует, что при установке в медную плиту стальной трубы с толщиной стенки 4 мм термическое сопротивление в двухслойной стенке холодильника увеличивается на t=t₂–t₁=3,0-1,5=1,5°С, что не повлияет на ухудшение теплопередачи предлагаемой конструкции холодильника.

При изготовлении плиты аналогичной конфигурации из стали при толщине в месте укладки труб, равной 20 мм (0,02 м), теплопроводность однослойной стенки определена: t’₁=(15000·0,02)/50=6°С.

Теплопроводность двойной стенки: плита-материал – сталь, толщина стенки плиты в месте укладки труб 20 мм (0,02 м); толщина стенки стальной трубы 0,004 м, соответственно получена: t^”₂=15000·{(0,02/50+0,0001)}=7,5°С. Термическое сопротивление в данной двухслойной стенке холодильника увеличивается на t^”=7,5°С-6°С=1,5°С, что не влияет на ухудшение теплопередачи холодильника.

Заявляемое устройство промышленно применимо в системе водяного и испарительного охлаждения кожуха, заплечиков шахты и огнеупорной футеровки доменных печей предприятий черной металлургии.

Формула изобретения

1. Холодильник доменной печи, включающий металлическую плиту в форме параллелепипеда с ребристой передней гранью и с продольными параллельными металлическими трубами для охлаждающего реагента, отличающийся тем, что металлические трубы выполнены с эллипсовидным сечением и плотно уложены в выполненные на задней грани металлической плиты углубления, повторяющие форму трубы, и неподвижно прикреплены к ней поперечными бандажами, при этом металлическая плита выполнена стальной или медной, а открытые поверхности между трубами и поверхности труб покрыты слоем огнеупорного теплоизоляционного материала.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что металлические трубы выполнены стальными.

3. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что поперечные бандажи прикреплены к металлической плите посредством резьбовых соединений и элементов сварки.

РИСУНКИ