EA011183B1

EA011183B1 - Metallurgical furnace

Info

Publication number: EA011183B1
Application number: EA200700586A
Authority: EA
Inventors: Ристо Сааринен; Илкка Койо; Ээро Хугг
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2009-02-27
Also published as: CN101040160B; ZA200702958B; EA200700586A1; CN101040160A; CA2581978C; PE20060787A1; FI20041330A; FI118437B; WO2006040393A1; CA2581978A1; FI20041330A0

Abstract

The invention relates to the structure of the bottom area of a metallurgical furnace (1), comprising a bottom part (2) and a wall (3), both of which include a steel structure (6, 21) forming the external surface, and a refractory inner brick lining (12), the bottom part (2) and the wall (3) being joined together; the wall (3) of the furnace (1) is divided into a lower part (4) and an upper part (30), whereby the steel structure (21) of the lower part (4) is a separate ring consisting of parts (23), joints (19) being provided between the parts (23) and arranged to expand. The invention further relates to a method for controlling the expansion of the furnace (1).

Description

Изобретение относится к металлургической печи, которая снабжена огнеупорной футеровкой и наружными броневыми печными пластинами. Точнее, изобретение относится к конструкции подовой зоны металлургической печи и к способу контроля расширения печи.The invention relates to a metallurgical furnace, which is equipped with a refractory lining and outer armor kiln plates. More precisely, the invention relates to the construction of the bottom zone of a metallurgical furnace and to a method for controlling the expansion of the furnace.

Обычно подовая конструкция металлургических печей, таких как дуговые печи или печи для плавки и обжига во взвешенном состоянии, состоит из кирпичей, которые уложены слоями на верху бетонного или стального пода, причем число слоев кирпича обычно бывает от 3 до 5. Конструкция стенки печи состоит из крепкой стальной пластины снаружи и кирпичной футеровки внутри ее, включающей один или более слоев кирпичей в направлении толщины стенки печи. Обычно температура в таких печах поднимается намного выше 1000°С.Usually, the bottom construction of metallurgical furnaces, such as arc furnaces or furnaces for melting and firing in a suspended state, consists of bricks that are laid in layers on top of a concrete or steel hearth, and the number of layers of bricks is usually from 3 to 5. The design of the furnace wall consists of a strong steel plate on the outside and a brick lining inside of it, including one or more layers of bricks in the direction of the thickness of the furnace wall. Usually the temperature in such furnaces rises much higher than 1000 ° C.

В случае меди или никеля температура расплава составляет около 1250-1300°С, а в случае железа она составляет около 1500°С. Из-за высоких температур необходимо устраивать дополнительное охлаждение печей. Посредством охлаждения стенок печи с подходящей эффективностью можно заставить расплавленный материал внутри печи формировать автогенный защитный слой на внутренней поверхности стенки печи. Этот защитный автогенный слой продлевает срок эксплуатации печи, защищая внутреннюю кирпичную футеровку печи от износа.In the case of copper or nickel, the temperature of the melt is about 1250-1300 ° C, and in the case of iron it is about 1500 ° C. Due to high temperatures, it is necessary to arrange additional cooling of the furnaces. By cooling the furnace walls with suitable efficiency, it is possible to force the molten material inside the furnace to form an autogenous protective layer on the inner surface of the furnace wall. This protective autogenous layer extends the life of the furnace, protecting the internal brick lining of the furnace from wear.

В предшествующих известных решениях существует проблема расширения циркулярных печей во время эксплуатации. Расширение происходит в подовой зоне печи, из-за чего, в частности, может поплыть сводчатая конструкция пода. Эта возрастающая плавучесть вызывает также смещения кирпичной футеровки стенки, которая имеет тенденцию подниматься вверх. Это движение может стать причиной обрушения кирпичной футеровки и трещин в стальной обшивке. Были сделаны попытки компенсировать это движение, между прочим, посредством размещения слоя массы между кирпичной футеровкой и стальной обшивкой. Расширение вызывается проникновением расплавленного материала внутрь кирпичной футеровки пода, особенно теми его компонентами, которые затвердевают при низких температурах, такими как сульфиды никеля или меди. Расширение пода продолжается на протяжении всего срока эксплуатации печи и приводит, в конце концов, к выходу печи из строя.In prior art solutions, there is the problem of expansion of circular furnaces during operation. Expansion occurs in the bottom zone of the furnace, which, in particular, may lead to the vaulted construction of the hearth. This increasing buoyancy also causes displacement of the brick wall lining, which tends to rise upwards. This movement can cause the brick lining to collapse and cracks in the steel lining. Attempts were made to compensate for this movement, by the way, by placing a layer of mass between the brick lining and the steel shell. Expansion is caused by the penetration of molten material into the hearth brick lining, especially those that harden at low temperatures, such as nickel or copper sulphides. The expansion of the hearth continues throughout the lifetime of the furnace and leads eventually to the failure of the furnace.

Цель решения по этому изобретению состоит в том, чтобы предотвратить или, по меньшей мере, уменьшить расширение пода после первого разогрева печи и связанной с этим подачи расплавленного материала и предотвратить нежелательное воздействие смещения на конструкцию стенки, вызываемое расширением.The purpose of the solution of this invention is to prevent or at least reduce the expansion of the hearth after the first heating of the furnace and the associated supply of molten material and prevent the undesirable effect of displacement on the wall structure caused by the expansion.

Поставленную задачу решают конструкция подовой зоны печи и способ контроля расширения, описанный в независимой формуле изобретения.The task is solved by the design of the hearth zone of the furnace and the method of controlling the expansion described in the independent claims.

Далее изобретение описано подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 показывает вид в частичном поперечном сечении конструкции подовой зоны печи, фиг. 2 показывает стык нижней части стенки печи, перед тем как печь была нагрета, и фиг. 3 показывает стык нижней части стенки печи, после того как печь была нагрета.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, where FIG. 1 shows a partial cross sectional view of the structure of the bottom zone of the furnace; FIG. 2 shows the joint of the lower part of the furnace wall before the furnace was heated, and FIG. 3 shows the joint of the lower part of the furnace wall after the furnace has been heated.

Фиг. 1 показывает частичный вид конструкции подовой зоны металлургической печи 1. На фиг. 1 показана зона, где подовая часть 2 соединяется с цилиндрической стенкой 3 печи 1. Стенка 3 печи 1 состоит из кольцеобразной нижней части 4 и цилиндрической верхней части 30 на ее верху. Печь 1 установлена на ярусе из стальных брусьев 5 наверху бетонного фундамента 6. Кирпичная футеровка 12 подовой части 2 изготовлена укладкой четырех горизонтальных рядов кирпичной кладки поверх стальной подовой плиты 7 печи 1. Обычно толщина кирпичной футеровки 12 составляет от двух до шести горизонтальных рядов кирпичной кладки. Кирпичная футеровка 12 в зоне стенки 3 обычно немного тоньше, чем в зоне подовой части 2.FIG. 1 shows a partial view of the construction of the bottom zone of a metallurgical furnace 1. FIG. 1 shows a zone where the bottom part 2 is connected to the cylindrical wall 3 of the furnace 1. The wall 3 of the furnace 1 consists of an annular lower part 4 and a cylindrical upper part 30 on its top. The furnace 1 is installed on a tier of steel bars 5 at the top of the concrete foundation 6. Brick lining 12 of the lower part 2 is made by laying four horizontal rows of brick masonry over the steel hearth plate 7 of furnace 1. Usually the thickness of brick lining 12 ranges from two to six horizontal rows of brick masonry. Brick lining 12 in the zone of the wall 3 is usually slightly thinner than in the zone of the bottom 2.

Под стальной подовой плитой 7 предусмотрено ложное дно 13, делающее возможным эффективный обмен воздуха и воздушное охлаждение в зоне подовой части 2. Система каналов 14 встроена между ложным дном пода 13 и стальной подовой плитой 7 для эффективного протекания воздуха, причем воздух вдувается в систему каналов с помощью одной или более воздуходувок (не показаны на фигуре), чтобы усилить охлаждение. Охлаждающий поток воздуха течет между подовой плитой 7 и ложным дном пода 13 согласно стрелке 15. Искусственный поддув применяют для того, чтобы воздействовать на эффективность охлаждения и посредством этого на превалирующее распределение температур внутри кирпичной футеровки 12 пода.A false bottom 13 is provided under the steel hearth plate 7, which makes it possible to efficiently exchange air and air cooling in the zone of the bottom part 2. The system of channels 14 is built between the false bottom of the hearth 13 and the steel hearth plate 7 for efficient air flow, and air is blown into the channel system with using one or more blowers (not shown in the figure) to enhance cooling. The cooling air flow flows between the bottom plate 7 and the false bottom of the hearth 13 according to arrow 15. Artificial blowing is used to affect the cooling efficiency and thereby the prevailing temperature distribution inside the brick lining 12 hearths.

Во время эксплуатации отвердевающие при низких температурах соединения, такие как сульфиды никеля и меди, собираются в поде печи 1, в нижней части расплава. Эти компоненты имеют тенденцию проникать внутрь кирпичной футеровки 12 пода печи 1 согласно стрелкам 16. В известных печах эти компоненты непрерывно расширяют конструкцию пода во время эксплуатации, поскольку расплавленные компоненты способны проникнуть через весь первый кирпичный слой, между первым и вторым кирпичными слоями, и даже глубже, прежде чем затвердеть, вызывая непрерывное расширение на протяжении всего срока эксплуатации печи. В решении по этому изобретению воздушное охлаждение, управляемое воздуходувкой, позволяет снизить температуру кирпичной футеровки 12 до достаточно низкого уровня, и можно сделать так, чтобы соединения металлов, которые отвердевают при низких температурах, отвердевали уже на столь ранней стадии, как внутри первого, самого внутреннего, кирDuring operation, compounds that harden at low temperatures, such as nickel and copper sulphides, are collected in the hearth of furnace 1, in the lower part of the melt. These components tend to penetrate inside the brick lining 12 of the hearth of the furnace 1 according to arrows 16. In known furnaces, these components continuously expand the hearth structure during operation, since the molten components are able to penetrate the entire first brick layer between the first and second brick layers and even deeper before hardening, causing continuous expansion throughout the life of the furnace. In the solution of this invention, the blower-controlled air cooling reduces the temperature of the brick lining 12 to a sufficiently low level, and it is possible to make metal compounds that harden at low temperatures solidify already at such an early stage as inside the first, innermost kir

- 1 011183 пичного слоя 8, причем расплавленный материал не мог проникать на всем своем пути ни в промежуток 17 первым и вторым кирпичными слоями 8 и 9, ни глубже. В этом случае удается избежать непрерывного расширения подовой части 2 печи в связи с эксплуатацией печи 1, поскольку расширение преимущественно происходит только в связи с первым разогревом и подачей расплавленного материала. В будущем материал, который затвердел внутри первого кирпичного слоя 8, предотвращает дальнейшее проникновение расплавленного материала в кирпичную футеровку 12 пода.- 1,011,183 of the individual layer 8, and the molten material could not penetrate all its way either into the gap 17 with the first and second brick layers 8 and 9, nor deeper. In this case, it is possible to avoid continuous expansion of the bottom part 2 of the furnace in connection with the operation of the furnace 1, since the expansion mainly occurs only in connection with the first heating and feeding of the molten material. In the future, the material that hardened inside the first brick layer 8 prevents further penetration of the molten material into the brick lining 12 of the hearth.

Воздушное охлаждение, усиленное воздуходувкой, используют, чтобы понизить температуру внутри первого кирпичного слоя 8 от температуры около 1250-1300°С расплавленного материала внутри печи 1 до температуры примерно 650°С, которая является температурой отвердевания никелевого компонента, который, например, отвердевает при низкой температуре. Необходимая температура зависит от материала, находящегося в печи, и от доли его расплава, которая отвердевает при самых низких температурах. Предпочтительно достигать температуры 650°С или соответствующей требуемой температуры, которая зависит от материала, вблизи середины первого кирпичного слоя 8, чтобы достигнуть нужного предела отвердевания. Охлаждающую способность выбирают с учетом обстоятельств, исходя из температуры, преобладающей внутри печи 1, и температуры отвердевания компонентов расплава, которые отвердевают при низких температурах, так чтобы отвердевание всегда происходило внутри первого кирпичного слоя 8.Air cooling, enhanced by a blower, is used to lower the temperature inside the first brick layer 8 from about 1250-1300 ° C of molten material inside the furnace 1 to about 650 ° C, which is the solidification temperature of the nickel component, which, for example, hardens at a low temperature The required temperature depends on the material in the furnace and on the proportion of its melt, which solidifies at the lowest temperatures. It is preferable to reach a temperature of 650 ° C or corresponding to the required temperature, which depends on the material, near the middle of the first brick layer 8, in order to reach the desired solidification limit. The cooling capacity is chosen taking into account the circumstances, based on the temperature prevailing inside the furnace 1, and the temperature of solidification of the components of the melt, which solidify at low temperatures, so that solidification always takes place inside the first brick layer 8.

Проникая в кирпичную футеровку 12, расплавленный материал заставляет кирпичную футеровку расширяться в направлении пода печи 1, как показано стрелкой 18. Однако в решении по настоящему изобретению это расширение ограничено с помощью охлаждения, чтобы оно, главным образом, происходило в связи с первым разогревом печи 1 и связанной с этим подачей расплава. Это расширение подовой части 2, вызванное первым нагреванием, компенсируется с помощью соединений 19 кольцеобразной нижней части 4 стенки 3 печи 1, как это показано на фиг. 2 и 3 ниже. Частичная компенсация термического расширения происходит также с помощью заполненных строительным раствором соединений между кирпичами, раствор постепенно выгорает из зазоров между кирпичами, когда печь нагревается. Однако важно, чтобы в то же время сохранялось некоторое термическое расширение кольцеобразной нижней части 4 подовой части 2 для компенсирования испытываемого ею эластичного растяжения, с тем чтобы на кирпичную кладку могла действовать компрессия. Тогда расплавленный материал не сможет проникать в зазоры между кирпичами, оставшиеся открытыми.Getting into the brick lining 12, the molten material causes the brick lining to expand in the direction of the furnace 1, as indicated by arrow 18. However, in the solution of the present invention, this expansion is limited by cooling so that it mainly occurs in connection with the first heating of furnace 1 and the associated melt feed. This expansion of the bottom part 2, caused by the first heating, is compensated by using the connections 19 of the annular lower part 4 of the wall 3 of the furnace 1, as shown in FIG. 2 and 3 below. Partial compensation of thermal expansion occurs also with the help of joints between bricks filled with mortar, the solution gradually fading out of the gaps between bricks when the furnace heats up. However, it is important that at the same time some thermal expansion of the annular lower part 4 of the bottom part 2 is maintained to compensate for the elastic stretching it is experiencing so that compression can act on the brickwork. Then the molten material will not be able to penetrate the gaps between the bricks left open.

Цилиндрическая верхняя часть 30 стенки установлена прямо на верху конструкции кольцеобразной нижней части 4, которая соединена с подовой частью 2, а между ними находится подвижное соединение 20, благодаря которому расширение подовой части, связанное с первым нагревом, совсем не вызывает деформации или вызывает лишь очень небольшие деформации верхней части 30 цилиндрической стенкиThe cylindrical upper part 30 of the wall is installed directly on top of the ring-shaped lower part 4, which is connected to the bottom part 2, and between them is a movable connection 20, due to which the expansion of the bottom part associated with the first heating does not cause deformation or causes only very small deformations of the upper part 30 of the cylindrical wall

3. Благодаря такому решению расширяются только нижние части печи 1 (подовая часть 2 и нижняя часть 4 стенки), а верхняя часть 30 стенки остается приблизительно неизменной. Это предотвращает любые движения и разломы кирпичной футеровки стенки 3, происходящие из-за уплывания, вызванного расширением подовой части 2, которое составляет типичную проблему в известных печах. Основанные на циркуляции жидкости охлаждающие элементы 22 также вмонтированы внутри стальной конструкции 21 нижней части 4 стенки печи 1, чтобы усилить охлаждение в этой зоне печи. Поверхность Си-Си между двумя охлаждающими элементами, которая образуется при этом, эффективно герметизирует подвижное соединение. Более того, эффективное охлаждение, направленное в эту зону, гарантирует, что расплавленный материал вовремя затвердеет в подвижном соединении 20 и не сможет проникать сквозь стенку печи 1.3. Thanks to this solution, only the lower parts of the furnace 1 (the bottom part 2 and the lower part 4 of the wall) expand, and the upper part 30 of the wall remains approximately unchanged. This prevents any movements and breaks of the brick lining of the wall 3 due to floating due to the expansion of the bottom 2, which is a typical problem in known furnaces. Cooling elements 22 based on fluid circulation are also mounted inside the steel structure 21 of the lower part 4 of the furnace wall 1 in order to enhance cooling in this zone of the furnace. The Cu-Cu surface between the two cooling elements, which is formed in this case, effectively seals the movable joint. Moreover, effective cooling directed to this zone ensures that the molten material will solidify in time at the movable joint 20 and will not be able to penetrate the furnace wall 1.

На фиг. 1 изображен чертеж небольшого кругового разреза, который показывает соединение 19 стальной конструкции 21 нижней части 4 печи. На верху соединения, на внешней стороне печи 1, предусмотрена соединительная деталь 24, с помощью которой удерживается вместе железобетонная обойма. Ниже соединение 19 описано подробно в связи с описанием фиг. 2 и 3.FIG. 1 is a drawing of a small circular section showing the joint 19 of the steel structure 21 of the lower part 4 of the furnace. At the top of the joint, on the outside of the furnace 1, a connecting piece 24 is provided, with which the reinforced concrete yoke is held together. Below, compound 19 is described in detail in connection with the description of FIG. 2 and 3.

Фиг. 2 показывает соединение 19 между двумя частями кольцеобразной нижней части 4 печи 1, которая состоит из частей 23, перед первым нагревом печи. Соединение 19 представляет собой гибкое соединение, такое как фрикционное соединение (или упругое соединение), и в этом примере состоит из соединительной детали 24, несущей части 25 и двенадцати крепежных устройств 26. Крепежные устройства 26 это предпочтительно устройства болт-гайка или им подобные. Части 23 стоят плотно одна к другой по штрихованной линии 27. Соединительная деталь 24 простирается по верху обеих частей 23 и наглухо прикрепляется к другой части, например, с помощью устройств болт-гайка, сварки или соответствующих средств. Соединительная часть 24 присоединена к другой части 23 с помощью крепежных приспособлений 26 таким образом, чтобы соединительная часть могла скользить по ее поверхности и раскрывать стык на штриховой линии 27 между частями 23.FIG. 2 shows the connection 19 between the two parts of the annular lower part 4 of the furnace 1, which consists of parts 23, before the first heating of the furnace. Connection 19 is a flexible connection, such as a friction connection (or elastic connection), and in this example consists of a connecting piece 24, a carrier part 25 and twelve fastening devices 26. The fastening devices 26 are preferably bolt-nut devices or the like. Parts 23 stand tightly to each other along the dashed line 27. Connecting part 24 extends over the top of both parts 23 and tightly attached to the other part, for example, using bolt-nut devices, welding or appropriate means. The connecting part 24 is attached to the other part 23 by means of fasteners 26 so that the connecting part can slide along its surface and open the joint on the dashed line 27 between the parts 23.

Фиг. 3 показывает соединение 19, изображенное на фиг. 2, после первого разогрева печи 1 и подачи расплава. Соединение 19 раскрылось, и кольцеобразная нижняя часть 4 печи 1 расширилась до требуемой степени, чтобы компенсировать расширение кирпичной футеровки 12. В кольцеобразной нижней части 4 по всей окружности печи 1 имеется достаточное количество таких соединений 19, поэтому можFIG. 3 shows compound 19 shown in FIG. 2, after the first heating of the furnace 1 and feeding the melt. Compound 19 has opened up, and the annular lower part 4 of the furnace 1 has expanded to the required extent to compensate for the expansion of the brick lining 12. In the annular lower part 4, around the entire circumference of the furnace 1 there are a sufficient number of such compounds 19

- 2 011183 но компенсировать требуемую часть расширения. Обычно печь 1 имеет от 5 до 10 частей 23, благодаря чему расширение осуществляется контролируемым способом. Часть расширения компенсируется растяжением кольцеобразной нижней части 4, которое происходит в эластичной секции, сделанной из стали, чтобы обеспечить требуемое давление на конструкцию пода.- 2 011183 but to compensate for the required part of the expansion. Usually, the furnace 1 has from 5 to 10 parts 23, whereby the expansion is carried out in a controlled manner. Part of the expansion is compensated by stretching the ring-shaped bottom part 4, which occurs in an elastic section made of steel to provide the required pressure on the hearth structure.

Некоторые предпочтительные воплощения изобретения описаны выше в виде примеров. Эти примеры ни в коем случае не являются ограничивающими, и для специалистов в этой технологии очевидно, что предпочтительные воплощения изобретения могут варьироваться в рамках приведенной ниже формулы изобретения. Существенно, что компоненты расплавленного материала, которые отвердевают при самых низких температурах, вынуждены отвердевать внутри самого внутреннего слоя кирпичей пода печи, благодаря чему предотвращается непрерывное расширение.Some preferred embodiments of the invention are described above as examples. These examples are by no means limiting, and it is obvious to those skilled in the art that preferred embodiments of the invention may vary within the scope of the following claims. It is significant that the components of the molten material, which harden at the lowest temperatures, are forced to harden inside the innermost layer of the brick of the furnace hearth, thereby preventing continuous expansion.

Claims

1. The design of the hearth of a metallurgical furnace (1), comprising a hearth (2) and a wall (3), both of which include a steel structure (7, 21) forming the outer surface and an internal refractory brick lining (12), while the hearth part (2) and wall (3) are connected to each other, characterized in that the wall (3) of the furnace (1) is divided into the lower part (4) and the upper part, the steel structure (21) of the lower part (4) being a separate ring consisting of parts (23), between which connections (19) are provided, made with the possibility of expansion, and between the lower part (4) of the wall (3) and the upper part (30) of the wall (3) provides for a movable connection (20).

2. The construction according to claim 1, characterized in that the compounds (19) of the parts (23) are flexible joints, such as frictional joints, elastic joints or the like.

3. The construction according to claim 1, characterized in that between the lower part (4) of the wall (3) and the inner brick lining there are cooling elements (22) for at least part of the path.

4. Design according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a false bottom (13) of the hearth is provided under the hearth (2) of the furnace (1), forming a system of channels (14) between the steel hearth plate (7) and the false bottom (13) hearth.

5. Design (1) according to claim 4, characterized in that at least one blower is connected to the channel system (14).

6. A method for controlling the expansion of a metallurgical furnace (1), characterized in that the annular lower part (4) of the wall (3) is divided into parts (23) in the peripheral direction of the furnace (1) and is able to expand by means of connections (19) between parts (23) ) when the furnace (1) is heated, and the annular lower part (4) of the wall (3), integral with the hearth part (2) of the furnace (1), is attached to the cylindrical upper part (30) of the wall (3) of the furnace (1) ) using a movable connection (20), between the hearth part (2) of the furnace (1) and the false bottom (13) of the hearth, a system of cores (14) into which air is blown with at least one blower to control the temperature of the brick lining (12) of the hearth part (2).

7. The method according to claim 6, characterized in that the temperature inside the innermost brick layer (8) of the hearth (2) of the furnace (1) is preferably reduced by cooling to a temperature at which the melt particles that solidify at low temperatures solidify inside the innermost brick layer (8) of the hearth part (2).

8. The method according to claim 7, characterized in that the temperature inside the innermost brick layer (8) of the hearth part (2) of the furnace (1) is preferably reduced by cooling to approximately 650-800 ° C, depending on the components of the molten material.