CZ242599A3 - Způsob výroby chladicí desky pro pece na výrobu surového železa a oceli - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu výroby chladící desky pro železářské a ocelárenské pece, jako např. vysoké pece.

Dosavadní stav techniky

Takovéto chladící desky pro vysoké pece jsou také nazývány chladnice. Jsou upořádány uvnitř kovového vyztužení - armatury - pece a mají vnitřní chladící kanály, které jsou spojené s chladícím systémem šachtové pece. Jejich plocha, obrácená do vnitřního prostoru pece je obvykle obložena žáruvzdorným materiálem.

Většina těchto chladnic je vyrobena z litiny. Protože však má měď mnohem lepší tepelnou vodivost než litina, bylo by žádoucí použít měděné chladnice. Proto řada výrobních metod byla navrhována pro měděné chladnice.

Původně se zkoušelo vyrobit měděné chladící desky odléváním do forem, vnitřní chladící kanály byly vytvořeny pomocí pískových jader v licí formě. Avšak tento způsob se v praxi neukázal jako efektivní, protože odlévané měděné desky měly často dutinky a byly porézní, což mělo mimořádně negativní vliv na životnost těchto desek, formovací písek je obtížné odstranit z chladících kanálů a/nebo chladící kanály nejsou v mědi vytvořeny přesně.

Je již známé ze spisu GB - A - 1 571 789, jak při odlévání chladících desek do forem, nahradit pískové jádro předem vytvarovanou vinutou kovovou trubkou vyrobenou z mědi nebo vysoko jakostní ocele. Vinutá • · · · • · · trubka je integrálně zalitá do tělesa chladící desky v licí formě a tvoří spirálový chladící kanál. Tento způsob se však také neukázal v praxi efektivní. Z mnoha příčin existuje vysoká odolnost proti vysokému přenosu tepla mezi tělesem chladící desky vyrobené z mědi a integrálně odlitou vinutou trubkou, takže chlazení desky je poměrně špatné. Dále, se u tohoto způsobu podobně nemůže zabránit dutinkám a poréznosti v mědi.

Chladící deska vyrobená z kované nebo válcované mědi je známá ze spisu DE - A - 2 907 511. Chladící kanály jsou slepé otvory vytvořené mechanickým vrtáním do válcovaného měděného ingotu. U těchto chladících desek se shora uvedené výhody odstraní. Zejména dutinky a poréznosti desky jsou skutečně vyloučeny. Bohužel, výrobní náklady na tyto chladící desky jsou poměrně vysoké a protože je zejména komplikované vyvrtávání chladících kanálů, je tento způsob také časově náročný a drahý.

Proto je vynález založen na úkolu navrhnout způsob, kterým lze vyrobit vysoce kvalitní měděné chladící desky mnohem levněji.

Podstata vynálezu

Tento problém je vyřešen způsobem podle nároku 1, jehož podstata spočívá v tom, že se chladící deska plynule odlévá pomocí licí formy pro plynulé lití, přičemž vložky v licím kanálu formy na plynulé lití vytvářejí kanály procházející ve směru plynulého lití v předlitku, které tvoří chladící kanály v hotové chladící desce. Dlouhá chladící deska hotová pro použití, pak může být vyrobena poměrně snadno z plynule odlitého předlitku bez časově náročného vrtání. V této souvislosti je nutno zvláště poznamenat, že dutinkám a poréznosti lze zabránit mnohem účinněji při plynulém lití než při lití do forem. Dále, mechanická pevnost plynule odlité desky je mnohem • · · ·

vyšší než desky líté do formy. Přenos tepla je optimální, protože plynule odlité kanály jsou vytvořeny přímo v odlitém tělese. Protože průřez plynule odlitých kanálů nemusí být kruhový, otevírají se nové výhodné možnosti, týkající se konstrukce a uspořádání kanálů. Bylo také zjištěno, že zvláštní kvalita plochy plynule odlité desky tvoří dobré výchozí podmínky pro adhesi nastřikované žáruvzdorné směsi.

Během plynulého lití, výstupky v licím kanále formy pro plynulé lití, mohou na povrchu předlitku vytvořit drážky, procházející ve směru lití. Tyto drážky zvětšují chladící plochu hotové chladící desky a tvoří ukotvovací místa pro žáruvzdorný obklad. Avšak tyto drážky mohou být také vytvořeny později, např. vyřezány do povrchu plynule odlitého předlitku. Tato operace je nutná např. jestliže drážky mají procházet kolmo ke směru lití.

Jestliže se mají vyrobit poměrně slabé chladící desky, tloušťku plynule odlitého předlitku lze s výhodou zmenšit válcováním. Válcováním se krystalická struktura mědi stane jemnější, což má dobrý vliv na mechanické a tepelné vlastnosti hotové chladící desky. Přestože redukce válcováním zvyšuje výrobní náklady na chladící desku, může být však výhodné také válcovat plynule odlité předlitky pro tlustší chladící desky. V této souvislosti je nutno zdůraznit, že kanály integrálně odlité do předlitku překvapivě netvoří vážnou překážku následnému válcování předlitku. Toto se použije zejména tehdy, když integrálně odlité kanály mají podlouhlý, např. oválný průřez.

Deska se uřízne z plynulého odlitku a je-li potřeba, z válcovaného předlitku, dvěma řezy v pravých úhlech ke směru lití, dvě koncová čela jsou vytvořena v pravých úhlech ke směru lití a vzdálenost mezi nimi odpovídá v podstatě požadované délce chladící desky. Je nutno poznamenat, že několik chladících desek, stejné nebo ·

·· rozdílné délky, lze vyrobit z jednoho plynule odlitého předlitku. Výroba poměrně dlouhých chladících desek je podobně možná bez dalších nákladů. Desky uříznuté z předlitku mají několik rovnoběžných průběžných kanálů, které procházejí ve směru lití a končí na dvou koncích.

Průřez integrálně odlitých kanálů s výhodou má podlouhlý tvar s nejmenším rozměrem v pravých úhlech k chladící desce. Tímto způsobem mohou být vyrobeny chladící desky s menší tloušťkou desky než je tloušťka desky s vyvrtanými kanály s tím výsledkem, že se ušetří měď. Je nutno také poznamenat, že kanály s podlouhlými průřezy mohou být vyrobeny mnohem snadněji při plynulém lití. Další výhodou je, že v případě kanálů s podlouhlými průřezy lze v chladící desce dosáhnout větší výměnné plochy na chladící straně. Kanály s podlouhlými (např. oválnými) průřezy, jak již bylo popsáno výše, se chovají daleko výhodněji během válcování předlitku, než kanály s kruhovým průřezem.

V další výrobní operaci jsou s výhodou v desce, v pravých úhlech k její zadní části, vyvrtány spojovací otvory končící v průchozích kanálech, pro přívodní a vratné potrubí, a konce kanálů jsou utěsněny. Spojovací kusy, které se vyvedou z armatury pece, když je k ní chladící deska připevněna, mohou být potom vloženy do těchto spojovacích otvorů.

Každý plynule odlitý kanál může mít své vlastní přívodní a vratné spoje. Může být však spojeno i několik plynule odlitých kanálů příčnými otvory. Tyto příčné otvory jsou pak například uspořádány a utěsněny tak, aby vznikl spirálový kanál s přívodním spojem a vratným spojem pro každou chladící desku.

Chladící deska může být s výhodou ohnuta a vystředěna tak, aby její zakřivení bylo přizpůsobeno zakřivení armatury vysoké pece. To je zejména ten případ, • ft · · • · · · • ft ft· ·· ft ftftft· ft · · · · • · ftftft ftftft • · · • ·· ·· když jsou použity chladící desky s velkou šířkou. To je také podobně případ, když jsou chladící desky použity v nístěji vysoké pece. Takové chladící desky pro nístěj musí skutečně co nejtěsněji přiléhat k armatuře, aby absorbovaly tlak působící na vyzdívku nístěje.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné provedení vynálezu a výhody různých forem konstrukce jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je schematický podélný řez formou pro plynulé lití k provádění způsobu podle vynálezu;

obr. 2 je schematický příčný řez 2-2 formou pro plynulé lití z obr. 1;

obr. 3 je půdorys zadní části hotové chladící desky, která byla vyrobena způsobem podle vynálezu;

obr. 4 je podélný řez 4-4 chladící deskou z obr. 4;

obr. 5 je příčný řez 5-5 chladící deskou z obr. 3;

obr. 6 je perspektivní pohled na uspořádání chladících desek v šachtové peci;

obr. 7 je půdorys zadní části chladící desky, která je zejména vhodná pro uspořádání podle obr. 6 a byla vyrobena způsobem podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Obr. 1 a 2 znázorňují schematicky konstrukci formy 10 pro plynulé lití způsobem podle vynálezu. Tato forma 10 pro plynulé lití sestává, např. ze čtyř chladících formovacích desek 12, 14, 16 a 18, které tvoří chladící licí kanál 20 pro taveninu, např. nízko legovanou měděnou taveninu. Šipky 22 a 24 v obr. 1 označují přívodní a vratné spoje pro chlazení v sousedních formovacích deskách 12 a 14. Šipka 25 na obr. 1 znázorňuje směr lití.

Z obr. 1 je patrné, že tři vložky 28 ve tvaru tyčí vyčnívají do licího kanálu 20. Vložky jsou spojeny, např.

s chladícícm kolektorem. Každá z těchto vložek 28 ve

0 0000

0 0

· · • 00 0· tvaru tyčí s výhodou sestává z vnější trubky 32 uzavřené na konci a vnitřní trubky 34 otevřené na konci, které jsou uspořádány tak, aby tvořily prstencovitou mezeru 36 pro chladivo. Následný proud chladivá je pak pro všechny tři vložky 28 ve tvaru tyčí. V kolektoru 30 chladivo proudí přes přívodní komoru 38 do prstencovité mezery 36. Ochlazuje vnější trubku 32 přes její celou délku a na dolním konci vstupuje do vnitřní trubky 34 z prstencovité mezery 36. Tato vnitřní trubka 34 vrací chladivo do vratné komory 40 kolektoru 30. Tyto vložky 28 ve tvaru tyčí však mohou být provedeny jako nechlazené grafitové tyče.

Z obr. 2 je patrno, že přední formovací deska 16 má několik výstupků 26. Tyto výstupky 26 procházejí v podstatě přes celou délku formovací desky 16 a vyčnívají kolmo ke směru odlévání do licího kanálu 20.

Podle vynálezu ingot, který tvoří předlitek vyráběné chladící desky, je odléván ve formě 10 pro plynulé lití, popsané shora. Vložky 28 ve tvaru tyčí vytvářejí v plynule odlitém předlitku ve směru plynulého lití kanály, s průřezem daným průřezem vložek 28 ve tvaru tyčí. Výstupky 26 ve formovací desce 18 vytvářejí v plynule odlévaném předlitku podélné drážky ve směru plynulého lití.

Obr. 3 a 4 znázorňují hotovou chladící desku 50 vyrobenou na základě plynule odlitého předlitku. Je však nutno poznamenat, že předlitek chladící desky 50 byl odlit ve formě pro plynulé lití, která neměla žádné výstupky 26, takže původní předlitek měl v podstatě pravoúhlý průřez bez drážek. Na obr. 3 jsou tři kanály 52, které byly vytvořeny podle vynálezu vložkami ve formě pro plynulé lití během plynulého odlévání, vyznačeny čárkovaně. Jak je znázorněno na obr. 5, tyto vložky mají oválný tvar. Byly uspořádány excentricky v pravoúhlém průřezu předlitku ve formě pro plynulé lití, jak je • ···

• titi · ti titi ti ti ti ti ti tititi • ti • ti titi znázorněno na obr. 4 a 5, tj. byly blíže ploše předlitku, která nakonec tvoří zadní část hotové chladící desky 50.

Bylo dokázáno, že je výhodné odlévat předlitek o větší tloušťce než je požadována tloušťka hotové desky a potom zmenšit tloušťku předlitku válcováním na tloušťku hotové chladící desky. Tímto válcováním předlitku měď dostává jemnější krystalickou strukturu, která zlepšuje a mechanické a tepelné vlastnosti hotové chladící desky.

Zbývá v této souvislosti konstatovat, že podlouhlý průřez chladících kanálů se zejména deformuje mnohem výhodněji během válcování než kruhový průřez.

Pravoúhlá hrubá deska byla potom vyříznutá z válcovaného předlitku dvěma řezy v pravých úhlech ke směru odlévání. Takto byla vytvořena dvě koncová čela 54, hotové chladící desky. V této hrubé desce procházely pak kanály 52 jako průchozí kanály mezi dvěma koncovými čely 54, 56 a tvořily v nich otevřená ukončení 58 . V plochách této hrubé desky, které byly dále od excentrických kanálů 52 byly pak vyříznuty v pravých úhlech ke směru odlévání drážky 58. Aby se ještě více zvýšila mechanická pevnost desky, může být nyní mechanicky zpevněna.

V další pracovní operaci byly vyvrtány spojovací otvory 62 pro přívodní a vratná potrubí 64, 66, zakončená v kanálech 52, kolmo k ploše desky v její zadní části 68.

Před tím, než jsou ukončení 58 kanálů 52 uzavřena zátkami 70, kanály mohou být podle potřeby dohotoveny mechanicky.

Pro úplné dokončení chladící desky 50, musí být k desce připevněny pouze přívodní a vratné spojovací kusy 64, 66 a také upevňovací čepy 72 a rozpěrné spojovací kusy 74.

Na obr. 5 je znázorněno, jak je hotová chladící deska 50 opřena pomocí rozpěrných spojovacích kusů 74 na desce 76 armatury pece. Je nutno poznamenat, že chladící deska 50 z obr. 3 až 5 je určena pro vertikální umístění

• 0··

0· 0 0

0 0 00 0 v peci, t j. ve vestavěných chladících deskách chladící kanály 52 procházejí vertikálně a příčné drážky 60 horizontálně. Místo příčných drážek 60, které procházejí v pravých úhlech ke směru odlévání, chladící deska 50 by mohla také mít podélné drážky, které procházejí rovnoběžně se směrem odlévání. Tyto drážky by pak mohly být s výhodou vyrobeny přímo během plynulého lití v licí formě s výstupky, jak je znázorněno na obr. 2.

Obr. 6 znázorňuje uspořádání chladících desek 80, u kterých jsou drážky 82 vyrobeny tímto způsobem přímo během plynulého lití. Uvnitř chladících desek 80 proto chladící kanály 84 vyrobené během plynulého lití (viz. obr. 7) procházejí rovnoběžně s drážkami 82. Je nutno poznamenat, že chladící desky 80 jsou v peci uspořádány horizontálně, tj. chladící kanály 84 a drážky 82 procházejí v zabudovaných chladících deskách 80 horizontálně. Chladící desky 80 jsou ohnuty a vystředěny tak, aby bylo jejich zakřivení přizpůsobeno zakřivení armatury vysoké pece (neznázorněno).

Obr. 7 . znázorňuje čárkovaně výhodné provedení chladících kanálů v jedné chladící desce 80. Je možno spatřit tři plynule odlité kanály 84_Ί, 84? a 84₃ stejně tak jako dva příčné otvory 86 a 88. Otvor 8 6 spojuje kanály 84_Ί, 84? na jednom konci desky 80 a je uzavřen zátkou 90. Otvor 88 spojuje kanály 84? a 84? na druhém konci desky 80 a je uzavřen zátkou 92. Jako kanály 52 v desce 50, kanály 8_4j, 84? a 84₃ jsou na koncových plochách 54 a 56 desky 80 jsou podobně uzavřeny zátkami 70. Vztahová značka 94 označuje přívodní spoj, který končí v kanále 84t a vztahová značka 96 vratný spoj, který končí v kanálu 84?. Chladivo, které se přivádí do desky 80 přívodním spojem 94, musí proudit deskou po spirále před tím než ji opustí vratným spojem 96. Ne obr. 6 je schematicky znázorněno jak jsou přívodní a vratné spoje 94, 96 jednotlivých chladících desek 80 vzájemně spojeny pomocí trubních můstků 98. Chladící deska 80 by mohla ·· 9· » · · 9 » 9 9 ·

9·· ·99 • 9 • 9 99 ·· ·««« samozřejmě mít 'přívodní a vratné potrubí pro každý chladící kanál 84_Ί, 84? a 8_4₃ jako chladící deska 50.

Je nutno poznamenat, že chladící desky uložené ve vysoké peci nad dmýchacími trubicemi jsou s výhodou opatřeny žáruvzdornou nastřikovací směsí na straně adheze obrácené do vnitřní části pece. Pro zlepšení žáruvzdorné nastřikovací směsi k chladícím deskám, drážky 60, 82 např. mohou být vytvořeny jako rybinovité drážky.

Je také obvykle výhodné zaoblit hrany a rohy drážek 60, 82. To zmenšuje nebezpečí popraskání žáruvzdorné směsi.

jsou s výhodou jehož tloušťka

Naopak, chladící desky pro nístěj vysoké pece mají s výhodou hladkou přední a zadní stranu. Jsou tenší než chladící desky znázorněné s drážkami a vyrobeny z plynule odlitého předlitku, byla zmenšena válcováním. Jsou vystředěny na průměru armatury plochy nístěje, takže těsně dosedají na hladkou zadní stranu armatury vysoké pece. Vyzdívka nístěje s tvarovanými cihlami vyrobenými z uhlíku, leží těsně na podobně hladké přední straně chladících desek. Takto je zajištěno, že poměrně tenká přední strana chladících desek přenáší vysoké tlaky působící na vyzdívku nístěje na armaturu vysoké pece.

Všechny znázorněné chladící desky mají tři plynule odlité kanály. Chladící desky s více nebo méně než třemi plynule odlitými kanály mohou být samozřejmě podobně vyrobeny způsobem podle vynálezu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ nároky

   1. Způsob výroby chladící desky (50, 80) s integrálními chladícími kanály (52, 84) pro pece na výrobu surového železa nebo ocele z ingotu z mědi, vyznačený tím, že ingot z mědi se plynule odlije pomocí formy (10) pro plynulé lití, přičemž vložky (28) ve tvaru tyčí, umístěné v licím kanálu (20) formy (10) pro plynulé lití, vytváří kanály (52, 84), procházející ve směru plynulého lití, které tvoří chladící kanály v hotové chladící desce, takže plynule odlitý ingot mědi tvoří předlitek chladící desky (50, 80).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že forma (10) pro plynulé lití je opatřena výstupky (26), které tvoří na povrchu předlitku drážky (82), procházející ve směru plynulého lití.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačenýtím, že drážky (60) procházející v pravých úhlech ke směru plynulého lití jsou obrobeny do povrchu plynule odlitého přelitku.
4. 4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že deska je uříznuta z předlitku dvěma řezy, v pravých úhlech ke směru lití, čímž se vytvoří v pravých úhlech ke směru lití dvě koncová čela (54, 56), přičemž kanály (52, 84) procházejí jako průchozí kanály deskou mezi oběma koncovými čely (54, 56) a tvoří jejich ukončení (58).
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačený tím, že spojovací otvory (62) pro přívodní a vratná potrubí (64,66), zakončená v kanálech (52,84) jsou vyvrtány do desky (50,80) v pravých úhlech k povrchu desky a koncová ukončení (58) kanálů (52,84) jsou uzavřena.

   ....

   (50, 80) v pravých úhlech k povrchu desky a koncová ukončení (58) kanálů (52, 84) jsou uzavřena.
6. 6. Způsob podle jednoho z nároků 1 vyznačený tím, že příčný průřez odlévaných kanálů (52, 84) má podlouhlý tvar, svůj nejmenší rozměr v pravém úhlu k chladící desce (50, 80) .

   až 5, plynule který má
7. 7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačený tím, že plynule odlité kanály (52, 84) jsou vzájemně spojeny příčnými otvory (86, 88).
8. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačený tím, že příčné otvory (86, 88) jsou uspořádány a uzavřeny tak, aby se vytvořil spirálový plynulý kanál s přívodním spojem (94) a vratným spojem (96).
9. 9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že chladící deska (80) je vystředěna tak, aby její zakřivení bylo přizpůsobeno zakřivení stěny vysoké pece.
10. 10. Způsob podle některého nároku 1 až 9, vyznačený tím, že předlitek je plynule odlitý z měděné slitiny.