EA018570B1 - Печь и способ для охлаждения печи - Google Patents
Печь и способ для охлаждения печи Download PDFInfo
- Publication number
- EA018570B1 EA018570B1 EA201170706A EA201170706A EA018570B1 EA 018570 B1 EA018570 B1 EA 018570B1 EA 201170706 A EA201170706 A EA 201170706A EA 201170706 A EA201170706 A EA 201170706A EA 018570 B1 EA018570 B1 EA 018570B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- furnace
- lining
- graphite
- thermal conductivity
- layer
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 78
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 79
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 4
- 101100165177 Caenorhabditis elegans bath-15 gene Proteins 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
- F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B1/12—Shells or casings; Supports therefor
- F27B1/14—Arrangements of linings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B7/00—Blast furnaces
- C21B7/04—Blast furnaces with special refractories
- C21B7/06—Linings for furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
- C21C5/42—Constructional features of converters
- C21C5/46—Details or accessories
- C21C5/4646—Cooling arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
- F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B1/24—Cooling arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
- F27D1/0003—Linings or walls
- F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
- F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
- F27D1/06—Composite bricks or blocks, e.g. panels, modules
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
- F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Изобретение относится к печи для проведения высокотемпературного процесса при окислительных условиях, которая содержит наружную оболочку, изготавливаемую из металла, один или более каналов охлаждения, образуемых на или присоединяемых к наружной оболочке, и футеровку печи. Футеровка печи содержит защитную футеровку, имеющую слой относительно высокой теплопроводности, располагаемый примыкающим к внутренней стенке наружной оболочки, и рабочую футеровку, располагаемую с внутренней стороны слоя относительно высокой теплопроводности. Защитная футеровка может содержать графитовую футеровку или графитсодержащую футеровку. Интенсивность теплопередачи через защитную футеровку достаточно высокая для того, чтобы образовывать предохранительное охлаждение на защитной футеровке в случае, когда рабочая футеровка изнашивается.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к печи и к способу охлаждения печи. Конкретнее, печь по настоящему изобретению представляет собой печь, в которой высокотемпературный процесс проводится при окислительных условиях.
Уровень техники изобретения
Известны печи с верхней погружной фурмой. Примером печи с верхней погружной фурмой является печь, поставляемая Х§1га1а Тсе1то1оду Р1у Ытйей под торговым знаком 1§Л§МЕЬТ™. Фиг. 1 показывает схематическое изображение такой печи. Печь 10, показанная на фиг. 1, включает в себя цилиндрический участок 12 и участок 14 отходящего газа. Ванна расплавленного материала 15 держится внутри печи, а фурма 16 опускается в ванну материала 15 так, что головка фурмы 16 погружается в ванну 15. Воздух или кислород и топливо, такое как жидкое топливо, или уголь, или кокс, вводится через фурму. Топливо сжигается, чтобы нагревать печь. Такие печи используются в процессах, таких как конвертирование медного материала, выплавка свинца и т.п. Такие процессы проходят при высокой температуре и при окислительных условиях, за счет введения воздуха или кислорода через фурму в печь.
Печи с верхней погружной фурмой обычно конструируются так, что они имеют внешнюю стальную оболочку с внутренней футеровкой из огнеупорного материала. Огнеупорный материал защищает внешнюю стальную оболочку от экстремально высоких температур, устанавливаемых внутри печи. Внутренняя футеровка огнеупорного материала иногда разделяется на внутренний и внешний слои. Внутренний слой иногда называется рабочей футеровкой, а внешний слой иногда называется защитной футеровкой. Защитная футеровка содержит гораздо сильнее изолирующий огнеупорный состав по сравнению с рабочей футеровкой. На протяжении этого описания выражение рабочая футеровка будет использоваться для того, чтобы обозначать участок футеровки, который примыкает к горячему содержимому печи, а выражение защитная футеровка будет использоваться для того, чтобы обозначать участок футеровки, который примыкает к наружной оболочке печи.
В нескольких печах была проведена работа по охлаждению наружной стальной оболочки (тем самым, к увеличению интенсивности удаления тепла из печи). Системы, которые использовались для охлаждения внешней оболочки, содержат системы охлаждения распылением или пленочное охлаждение. В таких системах вода испаряется на или стекает по внешней стороне наружной стальной оболочки. Вода получает тепло от наружной стальной оболочки, тем самым охлаждая наружную стальную оболочку. Однако по причине того, что система открыта для атмосферного воздуха, в сочетании с относительно высокими температурами оболочки и воды, может возникать обширная коррозия наружной стальной оболочки. Регулярная очистка и обслуживание поверхности наружной стальной оболочки требуются для того, чтобы устранять изолирующий коррозионный слой, который в противном случае будет возникать на наружной стальной оболочке, и вызывать торможение передачи тепла от оболочки к охлаждающей воде. Даже с чистой поверхностью наружной оболочки коэффициент теплопередачи между оболочкой и охлаждающей водой относительно низок по причине использования низких скоростей и давлений воды.
Внешние прикрепляемые к оболочке системы интенсивного водяного охлаждения использовались на различных типах печей. Внешние прикрепляемые к оболочке системы интенсивного водяного охлаждения обычно содержат стальные каналы, привариваемые к или образуемые на внешней поверхности наружной стальной оболочки (или стальной оболочки печи), предоставляющие возможность протеканию воды по стальной оболочке печи при относительно высоких давлениях и скоростях, обеспечивая высокий коэффициент теплопередачи между водой и оболочкой. Это приводит к эффективному отводу тепла из оболочки печи при отсутствии контакта между водой, охлаждаемой поверхностью и атмосферным воздухом. Более того, количество воды, которое пропускается через каналы охлаждения, может управляться для того, чтобы предотвращать или минимизировать коррозию стальной оболочки печи. Как дополнительное преимущество с точки зрения безопасности, каналы водяного охлаждения прикрепляют или образуют снаружи на наружной стальной оболочке, причем утечки, которые могут возникать в каналах водяного охлаждения, приводят к опусканию воды по наружной стороне наружной оболочки. В связи с этим понятным, что является важным, чтобы утечки воды не приводили к утечке воды внутрь печи, так как они могут, вероятно, вызвать взрыв в печи по причине быстрого выделения пара при таких утечках воды.
В настоящем описании выражению содержащий и его грамматическим эквивалентам следует придавать суммарное значение, кроме случаев, когда контекст использования обозначает иное содержание.
Краткое описание изобретения
Объектом настоящего изобретения является обеспечение печи и способа охлаждения печи, который предназначен для использования в печах, в которых присутствуют окислительные условия внутри печи.
В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает печь, в которой высокотемпературный процесс проводится при окислительных условиях в печи, причем печь содержит наружную оболочку, изготавливаемую из металла, один или более каналов охлаждения, образуемых на или присоединяемых к наружной оболочке, и футеровку печи, причем футеровка печи содержит защитную футеровку, содержащую слой относительно высокой теплопроводности, располагаемый примыкающим к внутренней
- 1 018570 стенке наружной оболочки, и рабочую футеровку, располагаемую с внутренней стороны слоя относительно высокой теплопроводности.
На протяжении этого описания печь предназначена для работы при окислительных условиях, если парциальное давление кислорода в атмосфере печи больше чем 10-9 атм.
Рабочая футеровка может быть расположена вплотную к защитной футеровке.
В вариантах осуществления настоящего изобретения защитная футеровка имеет теплопроводность, которая значительно выше, чем теплопроводность рабочей футеровки. В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка имеет теплопроводность, которая такая же или даже выше, чем теплопроводность наружной оболочки.
В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка содержит графитовый слой или слой, изготавливаемый из материала, включающего в себя графит, или слой материала на основе углерода. В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка содержит графитовый слой.
В одном варианте осуществления наружная оболочка печи содержит стальную оболочку.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения один или более каналов охлаждения могут быть приварены к внешней поверхности наружной оболочки.
Один или более каналов охлаждения могут содержать каналы водяного охлаждения для приема охлаждающей воды. Каналы водяного охлаждения могут принимать охлаждающую воду, которая имеет высокое давление и высокую скорость перемещения через каналы водяного охлаждения.
Один или более каналов могут быть расположены со змеевидным профилем. Один или более каналов могут содержать множество каналов, которые располагаются на расстоянии друг от друга.
Упомянутая печь может содержать печь с верхней погружной фурмой.
Защитная футеровка относительно высокой теплопроводности, такая как графитовый слой или слой, изготавливаемый из материала, включающего в себя графит, или слой материала из графита, или слой материала на основе углерода может быть размещен на протяжении всей футеровки печи. Альтернативно, упомянутый слой может быть размещен только на участке или участках печи.
Графитовый слой или слой, изготавливаемый из материала, включающего графит, или слой материала из графита, или слой материала на основе углерода может содержать множество графитовых плиток или графитовых блоков, или плиток или блоков, изготавливаемых из материала, включающего в себя графит, или материала из графита или слой материала на основе углерода, которые склеиваются или скрепляются цементным раствором или иначе скрепляются с внутренней поверхностью наружной оболочки печи. Там, где с этой целью используется цемент или клей, цемент или клей может быть графитовым или основанным на углероде с высокой теплопроводностью.
Графитовый слой или слой, изготавливаемый из материала, включающего в себя графит, или слой материала из графита, или слой материала на основе углерода может иметь толщину в промежутке между 30 и 250 мм, предпочтительнее в промежутке между 50 и 100 мм. Может быть подходящей толщина приблизительно 70 мм.
Рабочая футеровка может содержать любой подходящий огнеупорный материал, известный специалисту в уровне технике. Рабочая футеровка может иметь толщину, которая больше, чем толщина защитной футеровки.
Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ для охлаждения печи, в котором высокотемпературный процесс проводится при окислительных условиях, причем упомянутый способ содержит обеспечение печи, содержащей наружную оболочку, изготавливаемую из металла, один или более каналов охлаждения, образуемых на или присоединяемых к наружной оболочке, и футеровку печи, причем футеровка печи содержит защитную футеровку с относительно высокой теплопроводностью, располагаемую примыкающей к внутренней стенке наружной оболочки, и рабочую футеровку, располагаемую внутри защитной футеровки, проведение процесса в печи и пропускание охлаждающей воды через каналы охлаждения для того, чтобы охлаждать печь.
Рабочая футеровка может быть расположена вплотную к защитной футеровке. Рабочая футеровка может быть футеровкой на огнеупорной основе.
В вариантах осуществления настоящего изобретения защитная футеровка имеет теплопроводность, которая значительно выше, чем теплопроводность рабочей футеровки на огнеупорной основе. В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка имеет теплопроводность, которая такая же или даже выше, чем теплопроводность наружной оболочки.
В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка содержит графитовый слой или слой, изготавливаемый из материала, включающего графит, или слой материала из или включающего графит, или слой материала на основе углерода. В некоторых вариантах осуществления защитная футеровка содержит графитовый слой.
В одном варианте осуществления способ по настоящему изобретению функционирует так, что максимальная температура, достигаемая в графитовом слое, не превышает 500°С, предпочтительно не превышает 400°С, более предпочтительно не превышает 250°С.
- 2 018570
В другом варианте осуществления способ по настоящему изобретению функционирует так, что тепло удаляется из печи с интенсивностью 5 кВт/м2 при нормальных условиях работы и новой рабочей футеровке, до 25 кВт/м2 для изношенной рабочей футеровки, и не превышающей локализованного теплового потока 120 кВт/м2 при условиях экстремальной работы и локализованном повреждении рабочей футеровки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения охлаждающая вода течет через каналы охлаждения со средней интенсивностью 1-2 м3/ч на каждый м2 области оболочки печи и с минимальной скоростью в каналах охлаждения 1 м/с, предпочтительно до 2 м/с.
Графитовые слои подходят для использования в качестве защитной футеровки в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, и для удобства и краткости описания настоящее изобретение будет описываться далее со ссылкой на графитовый слой. Однако станет понятным, что настоящее изобретение также охватывает слои, изготавливаемые из других материалов, таких как слой, изготавливаемый из материала, включающего графит или слой материала из графита.
В упомянутых печи и способе по настоящему изобретению теплопроводность графитовой футеровки в 3-4 раза выше, чем теплопроводность наружной стальной оболочки. В результате, слой графитовой футеровки будет проводить и распространять тепло вбок вдоль оболочки, пока тепло не покинет оболочку в систему интенсивного водяного охлаждения. В связи с этим графитовый слой будет содействовать удалению тепла из рабочей футеровки в достаточной степени, чтобы уменьшать интенсивность износа рабочей футеровки, за счет меньших рабочих температур, особенно для изношенной рабочей футеровки. Более того, эта конструкция предотвращает или минимизирует образование локализованных участков перегрева на оболочке между каналами системы интенсивного охлаждения, прикрепляемыми к внешней оболочке.
Это имеет отличие от футеровок, известных в уровне техники, используемых в печах, например печах с верхней погружной фурмой, в которых имеют место процессы окисления. В таких печах рабочая футеровка располагается вплотную к более изолирующей защитной футеровке, которая, в свою очередь, располагается вплотную к внутренней стенке наружной стальной оболочки. Теплопроводность изолирующей защитной футеровки приблизительно в 150 раз меньше, чем стальной оболочки. Объединение изолирующей защитной футеровки с системой охлаждения внешней оболочки не будет благоприятно для кампании (срока службы) футеровки боковой стороны, так как изолирующая защитная футеровка будет изолировать рабочую футеровку от системы охлаждения оболочки, что приводит к более высокой интенсивности износа для рабочей футеровки за счет высоких рабочих температур, даже для изношенных рабочих футеровок. Более того, локализованная высокая тепловая нагрузка на боковую стенку может привести к участкам перегрева на оболочке между каналами интенсивного охлаждения, прикрепляемыми к внешней оболочке. Практика также показала, что температура наружной стальной оболочки в таких печах может приближаться или даже превышать 200°С. Эта высокая температура на наружной стенке печи представляет проблему безопасности и здравоохранения на рабочем месте в рабочей среде для операторов печи.
Для сравнения, использование печи в соответствии с настоящим изобретением может привести к температуре наружной поверхности наружной стальной оболочки, находящейся в пределах от 40 до 80°С. Стоит принять во внимание, что это обеспечивает безопасность и более комфортную рабочую среду для операторов печи.
Во всех аспектах настоящего изобретения печь может непрерывно работать при окислительных условиях. В других вариантах осуществления печь может работать при окислительных условиях в течение периода времени, а далее при восстановительных условиях. Работа печи может содержать последовательность между работой при окислительных условиях и работой при восстановительных условиях.
Другие преимущества и достоинства, обусловливаемые настоящим изобретением, будут описаны в последующем описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает схематическое изображение печи с верхней погружной фурмой.
Фиг. 2 показывает схематический вид в поперечном сечении структуры системы футерования/охлаждения боковой стенки, используемой в печи с верхней погружной фурмой, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 показывает изменение температуры на протяжении боковой стенки печи, показанной на фиг. 2, в случае, когда рабочая футеровка становится полностью изношенной.
Подробное описание чертежей
Стоит принять во внимание, что упомянутые чертежи предназначены для того, чтобы иллюстрировать признаки предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Поэтому станет понятно, что настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограниченное исключительно теми признаками, которые показаны на чертежах.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение известной в уровне технике печи с верхней погружной фурмой. Эта фигура рассматривалась в разделе уровня техники этого описания и не нуждает
- 3 018570 ся в дополнительном разъяснении.
Фиг. 2 показывает структуру системы футеровки/охлаждения боковой стенки для использования в варианте осуществления печи в соответствии с настоящим изобретением. Упомянутая печь может быть печью с верхней погружной фурмой. Система футеровки/охлаждения боковой стенки содержит наружную стальную оболочку 30. Каналы 32, 34 водяного охлаждения привариваются к внешней стороне наружной стальной оболочки 30. Каналы водяного охлаждения размещаются в сообщении по текучей среде с источником охлаждающей воды высокого давления способом, который будет известен специалисту в области техники.
Футеровка печи включает в себя защитную футеровку в форме графитового слоя 36. Графитовый слой может быть образован из множества графитовых плиток, имеющих толщину приблизительно 70 мм, которые склеиваются или скрепляются цементным раствором с внутренней поверхностью стальной оболочки 30. Графитовый слой может к тому же быть изготовлен из графитовых блоков, имеющих толщину до 250 мм или даже большую. Защитная футеровка может к тому же быть изготовлена из материала, включающего в себя графит, или материала из графита, или слой материала на основе углерода. Цементный раствор, используемый с этой целью, является соответственно графитовым или основанным на углероде, и он имеет очень высокую теплопроводность. Как будет принято во внимание специалистом в уровне техники, графитовый слой 36 обеспечивает слой, имеющий высокую теплопроводность. В действительности, теплопроводность графитового слоя 36 может быть в 3-4 раза выше, чем теплопроводность наружной стальной оболочки 30.
Футеровка печи к тому же включает в себя рабочую футеровку, в этом случае в форме огнеупорной футеровки 38. Слой 38 составляет рабочую футеровку печи. Горячая среда печи обозначается ссылочной позицией 40. Как может быть видно на фиг. 2, рабочая футеровка 38 располагается между горячей средой 40 и графитовым слоем 36.
Как указано выше, теплопроводность графитового слоя 36 в 3-4 раза выше, чем теплопроводность стальной оболочки 30 печи. В результате, графитовый слой 36 защитной футеровки будет проводить и распространять тепло вбок вдоль стальной оболочки 30 печи, пока тепло не покинет оболочку через каналы 32, 34 интенсивного водяного охлаждения. В связи с этим графитовый слой 36 защитной футеровки содействует удалению тепла из рабочей футеровки 38 в достаточной степени, чтобы уменьшать интенсивность изнашивания рабочей футеровки, за счет более низких рабочих температур в рабочей футеровке. Это особенно значимо для изношенных рабочих футеровок. Более того, графитовый защитный слой 36 предотвращает или минимизирует образование участков перегрева на наружной стальной оболочке 30 между каналами 32, 34 интенсивного водяного охлаждения, соединенными с внешней оболочкой.
Рабочая температура печи может меняться в промежутке между 900-1600°С при экстремальных условиях. Передача тепла боковой стенке печи осуществляется за счет конвекции в области, примыкающей к жидкой ванне печи, и совместной конвекции и излучения над жидкой ванной печи. Образующийся поток тепла через боковую стенку печи может изменяться между 5 и 25 кВт/м2 в зависимости от состояния рабочей футеровки и условий работы. При экстремальных условиях работы и в области, где рабочая футеровка повреждена или полностью изношена, могут проявляться локализованные тепловые потоки до 120 кВт/м2. Рабочая температура графитового слоя будет меняться между 55 и 110°С, в зависимости от рабочей футеровки и условий работы. При экстремальных условиях работы и с полностью изношенной рабочей футеровкой температура графита может увеличиваться максимум до 400°С. Средняя температура внешней поверхности стальной оболочки и каналов водяного охлаждения будет меняться в промежутке между 40-80°С в зависимости от рабочей футеровки и условий работы. Увеличение температуры охлаждающей воды на протяжении контуров водяного охлаждения может меняться между 5 и 15°С. Выходная температура охлаждающей воды может достигать максимум 65°С в зависимости от входных температур воды и тепловой нагрузки.
Автор настоящего изобретения учитывает, что подобная система футерки/охлаждения печей, в которых система интенсивного водяного охлаждения, соединяемая с внешней оболочкой, объединяется с графитовой защитной футеровкой высокой теплопроводности, использовалась в других типах печей (таких как электропечи), в которых высокотемпературные процессы проводятся при восстановительных условиях. Однако такие охлаждающие футеровки систем печи не использовались в печах, в которых имеют место процессы окисления. Причина того, что специалисты в уровне техники прежде не рассматривали такие футеровки печей, подходящие для использования в печах при окислительных условиях, состоит в том, что графитовый слой является легко самоокисляющимся, если он когда-либо будет находиться в горячей среде печи. Поэтому при изнашивании рабочей футеровки печи в такой степени, что рабочая футеровка, по существу, изнашивается на участке печи, на котором графитовый слой находится в горячей среде печи, было традиционное мнение, что графитовый слой должен очень быстро становиться окисляемым посредством окислительных условий, в которые он был помещен. Фактически, было мнение, что, если графитовый слой был помещен в горячие окислительные условия внутри печи, графитовый слой должен, по существу, очень быстро сгореть. Эта дилемма, конечно, не представляет интерес в печах, работающих при восстановительных условиях.
- 4 018570
Неожиданно автор настоящего изобретения установил, что в случае, когда рабочая футеровка 38 станет полностью изношенной на участке печи, интенсивность охлаждения через графитовый слой 36 достаточно высока, чтобы вместо того, чтобы графитовый слой 36 становился быстро окисляемым, намороженный защитный слой будет образовываться на горячей стороне графитовой футеровки 36, тем самым ограничивая тепловые потери через боковую стенку и защищая графитовую футеровку 36 от других механизмов изнашивания, таких как эрозия и окалинообразование. Температура горячей стороны графитовой футеровки поддерживается значительно ниже 500°С, тем самым предотвращая значительное окисление графита, находящегося в среде долгое время. Как указано выше, эти данные противоположны утверждениям традиционных мнений.
Фиг. 3 демонстрирует образование намороженного стабильного защитного слоя на горячей стороне графитового слоя в случае, когда графитовый слой становится незащищенным в силу того, что рабочая футеровка 38 становится изношенной. На фиг. 3 показаны стальная оболочка 30 и графитовый слой 36. К тому же, показан стабильный намороженный слой 42, который образуется на графитовом слое 36. Стабильный намороженный слой, например, может иметь толщину приблизительно 15 мм. Как может быть видно на фиг. 3, печь работает при температуре приблизительно 1100°С. Однако за счет крайне высокой интенсивности теплопередачи через графитовый слой намороженный слой 42 образуется над незащищенным графитовым слоем 36. Обычно намороженный слой образуется приблизительно за 30 мин от момента открытия графитового слоя. Это минимизирует величину окисления незащищенного графитового слоя, которое имеет место. Дополнительно, максимальная температура в графитовом слое значительно ниже 500°С и обычно поддерживается ниже 250°С, тем самым избегая дополнительного окисления графитового слоя. Фиг. 3 также показывает, что имеется крутой подъем температуры на протяжении намороженного защитного слоя 42.
Печь и способ для охлаждения печи в соответствии с настоящим изобретением имеют некоторое количество дополнительных преимуществ.
Когда рабочая футеровка является новой, упомянутые печь и способ для охлаждения печи настоящего изобретения не приводят к большому отличию температуры футеровок (по сравнению с футеровками уровня техники, используемыми в печах с верхней погружной фурмой). Однако это создает большое различие во внешней температуре стальной оболочки печи. Обычно печь с верхней погружной фурмой без охлаждения водяными каналами имеет температуру внешней стальной оболочки приблизительно 200-300°С. Однако печи, работающие в соответствии с настоящим изобретением, имеют температуру внешней стальной оболочки около 40-80°С.
Когда рабочая футеровка изнашивается, в рабочей футеровке устанавливается температура охладителя, которая уменьшает интенсивность износа рабочей футеровки.
Если рабочая футеровка становится полностью изношенной, графитовый слой извлекает тепло из развивающихся горячих пятен внутри боковой стенки печи и предотвращает образование горячих пятен на стальной оболочке печи. Дополнительно, слой намороженного шлака образуется на графитовой поверхности, которая предохраняет графитовый слой и уменьшает потерю тепла через графитовый слой.
Снаружи прикрепленные каналы охлаждения могут быть размещены на расстоянии друг от друга так, что остается открытым большой участок внешней поверхности наружной оболочки печи. Это позволяет осматривать наружную оболочку. К тому же, существует возможность прикреплять термопары к наружной поверхности наружной оболочки для того, чтобы отслеживать температуру наружной оболочки. Это невозможно, если используется панельное охлаждение (в котором вода покрывает всю наружную оболочку печи).
Специалистам в данной области техники ясно, что настоящее изобретение может быть подвержено изменениям и преобразованиям, отличающимся от тех, что специально описаны. Ясно, что настоящее изобретение охватывает все такие изменения и преобразования, которые находятся в пределах его замысла и объема.
Claims (10)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ охлаждения печи, в котором проводят высокотемпературный процесс при окислительных условиях, причем упомянутая печь содержит наружную оболочку, изготавливаемую из металла, один или более каналов охлаждения, образуемых на или присоединяемых к наружной поверхности наружной оболочки, и футеровку печи, причем футеровка печи содержит защитную футеровку относительно высокой теплопроводности, располагаемую примыкающей к внутренней стенке наружной оболочки, причем защитная футеровка содержит графитовые плитки или графитовые блоки, либо плитки или блоки, изготавливаемые из материала, включающего в себя графит, либо плитки или блоки, изготавливаемые из материала на основе углерода, и огнеупорную рабочую футеровку, располагаемую с внутренней стороны защитной футеровки, причем защитная футеровка имеет теплопроводность, которая значительно выше, чем теплопроводность огнеупорной рабочей футеровки, причем защитная футеровка имеет теплопроводность, которая такая же или выше, чем теплопроводность наружной оболочки, при этом при проведении процесса в печи охлаждающую воду пропускают через каналы охлаждения для того, чтобы охлаждать печь так, что максимальная температура, достигаемая в защитной футеровке, не превышает 500°С.
- 2. Способ по п.1, в котором процесс осуществляют с парциальным давлением кислорода в атмосфере печи более чем 10-9 атм.
- 3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором защитная футеровка имеет теплопроводность, которая примерно в 3-4 раза выше, чем теплопроводность наружной стальной оболочки.
- 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором максимальная температура, достигаемая в графитовом слое, или слое материала из графита или включающего в себя графит, или слое материала на основе углерода, не превышает 400°С, более предпочтительно не превышает 250°С.
- 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором тепло удаляется из печи с интенсивностью 5 кВт/м2 при нормальных условиях работы и новой рабочей футеровке, до 25 кВт/м2 для изношенной рабочей футеровки и не превышающей локализованный тепловой поток 120 кВт/м2 при экстремальных условиях работы и локализованном повреждении рабочей футеровки.
- 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором охлаждающая вода течет через каналы охлаждения со средней интенсивностью 1-2 м3/ч на каждый 1 м2 области оболочки печи и с минимальной скоростью в каналах охлаждения 1 м/с, предпочтительно до 2 м/с.
- 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором температура наружной поверхности наружной стальной оболочки печи опускается до диапазона 40-80°С.
- 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором интенсивность охлаждения защитной футеровки достаточно высокая, чтобы в случае, когда рабочая футеровка становится полностью изношенной на участке печи, намороженный стабильный защитный слой образуется на защитной футеровке для того, чтобы предохранять защитную футеровку от окисления.
- 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором печь работает в течение периода времени при окислительных условиях и работает в течение короткого времени при восстановительных условиях.
- 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором графитовые блоки или плитки, либо блоки или плитки, изготавливаемые из материала, включающего в себя графит, либо плитки или блоки, изготавливаемые из материала на основе углерода, имеют толщину между 30 и 250 мм, более предпочтительно между 50 и 100 мм, наиболее предпочтительно приблизительно 70 мм.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2008905983A AU2008905983A0 (en) | 2008-11-19 | A Furnace and a Method for Cooling a Furnace | |
| PCT/AU2009/001481 WO2010057245A1 (en) | 2008-11-19 | 2009-11-13 | A furnace and a method for cooling a furnace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201170706A1 EA201170706A1 (ru) | 2011-10-31 |
| EA018570B1 true EA018570B1 (ru) | 2013-08-30 |
Family
ID=42197741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201170706A EA018570B1 (ru) | 2008-11-19 | 2009-11-13 | Печь и способ для охлаждения печи |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120018122A1 (ru) |
| EP (1) | EP2352961A4 (ru) |
| JP (1) | JP2012509454A (ru) |
| KR (1) | KR20110089140A (ru) |
| CN (1) | CN102216713A (ru) |
| BR (1) | BRPI0922053A2 (ru) |
| CA (1) | CA2743152A1 (ru) |
| CL (1) | CL2011001153A1 (ru) |
| EA (1) | EA018570B1 (ru) |
| MX (1) | MX2011004771A (ru) |
| PE (1) | PE20120236A1 (ru) |
| WO (1) | WO2010057245A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201103494B (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102329658B (zh) * | 2011-08-23 | 2015-12-16 | 华东理工大学 | 用于气流床气化炉的冷壁式衬里及包括其的装置 |
| US10349637B2 (en) * | 2016-07-28 | 2019-07-16 | Water Technology Llc | Hand-held submersible aquarium power cleaner |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3953007A (en) * | 1973-09-12 | 1976-04-27 | Hoogovens Ijmuiden B.V. | Wall construction of a shaft furnace |
| US5811057A (en) * | 1995-10-19 | 1998-09-22 | Steel Technology Corporation | Refractory lining system for high wear area of high temperature reaction vessel |
| JP2000017313A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Kawasaki Steel Corp | 溶融金属用樋 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1126076A (en) * | 1966-04-01 | 1968-09-05 | Morganite Crucible Ltd | Blast furnaces provided with refractory linings |
| DE2922189C2 (de) * | 1979-05-31 | 1981-05-27 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Verfahren und Vorrichtung zur Verhütung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat |
| US4465923A (en) * | 1983-01-24 | 1984-08-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Apparatus for converting a laboratory air furnace to a reduction furnace |
| JPH0346192U (ru) * | 1990-09-14 | 1991-04-26 | ||
| JP2528586B2 (ja) * | 1991-05-17 | 1996-08-28 | 株式会社タナベ | 電気溶融炉 |
| NL1005114C2 (nl) * | 1997-01-29 | 1998-07-30 | Hoogovens Staal Bv | Vuurvaste wand, metallurgisch vat omvattende zo'n vuurvaste wand en werkwijze waarbij zo'n vuurvaste wand wordt toegepast. |
| JPH10310814A (ja) * | 1997-03-13 | 1998-11-24 | Nkk Corp | 冷鉄源の溶解方法および溶解設備 |
| JP3440267B2 (ja) * | 1997-07-03 | 2003-08-25 | スチールプランテック株式会社 | アーク溶解炉のスラグへのアーク埋没評価方法 |
| JPH11125489A (ja) * | 1997-10-21 | 1999-05-11 | Murata Mfg Co Ltd | 熱処理炉 |
| CN2628975Y (zh) * | 2003-03-12 | 2004-07-28 | 李志忠 | 连续化生产增碳剂竖式电炉 |
| DE10323944A1 (de) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Maerz Ofenbau Ag | Prozessbehälter mit Kühlelementen |
| CN2853801Y (zh) * | 2005-06-29 | 2007-01-03 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种适合于铬铁冶炼的熔化－还原高炉炉缸内衬结构 |
-
2009
- 2009-11-13 BR BRPI0922053A patent/BRPI0922053A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2009-11-13 US US13/129,092 patent/US20120018122A1/en not_active Abandoned
- 2009-11-13 EA EA201170706A patent/EA018570B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-11-13 KR KR1020117011318A patent/KR20110089140A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-11-13 EP EP09827034.1A patent/EP2352961A4/en not_active Withdrawn
- 2009-11-13 CN CN2009801461322A patent/CN102216713A/zh active Pending
- 2009-11-13 CA CA2743152A patent/CA2743152A1/en not_active Abandoned
- 2009-11-13 JP JP2011536701A patent/JP2012509454A/ja active Pending
- 2009-11-13 MX MX2011004771A patent/MX2011004771A/es not_active Application Discontinuation
- 2009-11-13 WO PCT/AU2009/001481 patent/WO2010057245A1/en active Application Filing
- 2009-11-19 PE PE2011001025A patent/PE20120236A1/es not_active Application Discontinuation
-
2011
- 2011-05-12 ZA ZA2011/03494A patent/ZA201103494B/en unknown
- 2011-05-18 CL CL2011001153A patent/CL2011001153A1/es unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3953007A (en) * | 1973-09-12 | 1976-04-27 | Hoogovens Ijmuiden B.V. | Wall construction of a shaft furnace |
| US5811057A (en) * | 1995-10-19 | 1998-09-22 | Steel Technology Corporation | Refractory lining system for high wear area of high temperature reaction vessel |
| JP2000017313A (ja) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Kawasaki Steel Corp | 溶融金属用樋 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102216713A (zh) | 2011-10-12 |
| PE20120236A1 (es) | 2012-04-14 |
| US20120018122A1 (en) | 2012-01-26 |
| WO2010057245A1 (en) | 2010-05-27 |
| EP2352961A4 (en) | 2014-04-30 |
| KR20110089140A (ko) | 2011-08-04 |
| CA2743152A1 (en) | 2010-05-27 |
| BRPI0922053A2 (pt) | 2015-12-22 |
| EP2352961A1 (en) | 2011-08-10 |
| ZA201103494B (en) | 2012-01-25 |
| JP2012509454A (ja) | 2012-04-19 |
| EA201170706A1 (ru) | 2011-10-31 |
| CL2011001153A1 (es) | 2011-11-11 |
| MX2011004771A (es) | 2011-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3849587A (en) | Cooling devices for protecting refractory linings of furnaces | |
| KR20160024845A (ko) | 다중 층 냉각 패널 및 전기 아크로 | |
| EA007283B1 (ru) | Устройство для охлаждения футеровки печи | |
| EA018570B1 (ru) | Печь и способ для охлаждения печи | |
| FI126540B (en) | Blast furnace for metallurgical processes | |
| JPH0225962B2 (ru) | ||
| JP4723893B2 (ja) | 廃棄物溶融炉の炭化珪素質キャスタブル耐火物の炉内稼働面の酸化防止方法 | |
| JP5027861B2 (ja) | 廃棄物溶融炉の耐火物構造 | |
| US2339337A (en) | Furnace launder construction | |
| US2673083A (en) | Cooling apparatus for blast furnace hearths | |
| JPH07270081A (ja) | 溶融金属収容体の内張り耐火物構造 | |
| CN213120091U (zh) | 一种节能型矿热炉冷凝炉衬 | |
| EP2960608A1 (en) | Method for cooling housing of melting unit and melting unit | |
| JP2000283425A (ja) | 出滓口 | |
| KR100439642B1 (ko) | 액체 강철을 진공 처리하기 위한 수냉 프로세스 베젤(ｖｅｓｓｅｌ) | |
| RU2792995C1 (ru) | Комплекс охлаждения выпускных и транспортных желобов доменной печи | |
| GB1585155A (en) | Arc-furnace lining | |
| RU2235789C2 (ru) | Дутьевая фурма доменной печи и способ нанесения зашитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи | |
| CN210030755U (zh) | 一种无缝铜管液氨折弯吹风冷却水套 | |
| Mc Dougall | Water-cooled tap-hole blocks | |
| JPH10183233A (ja) | 断熱スキッドパイプ | |
| JPS6217107A (ja) | 羽口 | |
| JP3369295B2 (ja) | 転炉鉄皮冷却方法 | |
| Kuznetsov et al. | Optimizing the conditions for pre-start heating of the refractory lining of steel-teeming ladles | |
| US1925519A (en) | Cupola |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |