PL161418B1 - do obróbki ogrzanej substancji PL PL - Google Patents

Abstract

12. Sposób chlodzenia kadzi do obróbki ogrzanej substancji, z namienny tym, ze wtry- skuje sie sprezone chlodziwo plynne poprzez wlot do przestrzeni w pokrywie kadzi i natry- skuje sie to chlodziwo na sciane wewnetrzna pokrywy, a nastepnie wtryskuje sie do tej prze- strzeni gaz korzystnie wybrany z grupy powie- trza i azotu, z cisnieniem pomiedzy cisnieniem sprezonego chlodziwa a cisnieniem wylotu chlodziwa, wytwarzajac róznice cisnien wypy- chajaca zuzyte chlodziwo. F I G . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kadź do obróbki ogrzanej substancji oraz sposób chłodzenia kadzi do obróbki ogrzanej substancji. W szczególności wynalazek dotyczy pokrywy kadzi ze stopionym metalem, stanowiącej sklepienie metalurgicznego pieca hutniczego.

Znane kadzie zawierające ogrzaną substancję, zwłaszcza stopione metale, posiadają ogniotrwałą wykładzinę lub są chłodzone wodą względnie stosowane jest połączenie tych środków dla ochrony ścian, dna i pokrywy tych kadzi przed oddziaływaniem wysokiej temperatury, wytwarzanej przez stopione materiały i gazy odlotowe. W przypadku stopionych metali w rodzaju stali, temperatury te mogą przekraczać 1540°C.

Zainstalowane w takich kadziach wykładziny ogniotrwałe są kosztowne i nietrwałe, nawet jeżeli są stosowane ponad poziomem wytopu. Jakkolwiek do chłodzenia wewnętrznych powierzchni kadzi (wykonanych ogólnie z płyt ze stali konstrukcyjnej) stosuje się wodę, to jednak zwykle praktykuje się zamknięte układy chłodzenia, w których woda pod ciśnieniem całkowicie wypełnia okrężne kanały wewnątrz ścian i pokrywy kadzi. Te zamknięte układy chłodzenia z reguły wymagają stosowania dużych objętości wody pod stosunkowo wysokimi ciśnieniami. Punkty gorące powstające na zewnętrznej ścianie kadzi wskutek blokady chłodzącej wody mogą spowodować gwałtowne odparowanie wody i przerwanie struktury kanałów. Natychmiast po wystąpieniu przecieków w wewnętrznych ścianach kadzi ma miejsce przepływ chłodzącej wody do stopionego materiału, co może doprowadzać do poważnych zagrożeń, takich jak wybuch w wyniku odparowywania wody lub inne szkodliwe reakcje. Problemy te stwarzają poważne zagrożenie dla życia i wyposażenia, dodatkowo do zniszczenia wsadu stopionego materiału.

Inne znane kadzie, w których próbowano uniknąć tego rodzaju problemów i zagrożeń, miały zastosowane skomplikowane, kosztowne i trudne w konserwacji układy chłodzenia, niekorzystne do stosowania w przestrzeni otaczającej i wnętrzu pieców i innych kadzi ze stopionym materiałem.

Biorąc pod uwagę powyższe i inne niedogodności stanu techniki, celem wynalazku jest opracowanie kadzi wyposażonej w stosunkowo lekki, prosty ale skuteczny układ do chłodzenia pokrywy, ścian i innych powierzchni kadzi do obróbki stopionych materiałów oraz pieców hutniczych. Celem wynalazku jest również opracowanie układu chłodzenia, który w razie uszkodzenia minimalizuje zagrożenie dla życia i sprzętu, w którym będzie mogła być zastosowana zmniejszona objętość chłodziwa w obrębie pokrywy i/lub ścian kadzi ze stopionym materiałem, i który wyeliminuje potrzebę instalowania na wnętrzu pokrywy kadzi ogniotrwałej wykładziny izolującej termicznie.

Kadź do obróbki ogrzanej substancji zwłaszcza stanowiąca metalurgiczny piec hutniczy i mająca pokrywę chłodzoną płynem, według wynalazku charakteryzuje się tym. że pokrywa chłodzona płynem zawiera wewnętrzną ścianę i zewnętrzną ścianę, ograniczające między sobą przestrzeń, do której prowadzi wlot przewodu ze sprężonym chłodziwem płynnym, a ponadto zawiera dysze natryskujące chłodziwo na tę wewnętrzną ścianę, wylot zużytego chłodziwa i zespół utrzymujący różnicę ciśnień pomiędzy tą przestrzenią a wylotem chłodziwa. Zespół utrzymujący różnicę ciśnień zawiera dyszę wtryskującą gaz pod ciśnieniem. Ściany pokrywy są

161 418 gazoszczelne. Pokrywa zawiera liczne przewody drenowe chłodziwa oraz regulator zaworowy selektywnie zamykający te przewody drenowe chłodziwa. Kadź korzystnie zawiera czujnik przechyłu pokrywy kadzi i wzniesienia jednego z wylotów przewodu chłodziwa względem innych wylotów oraz regulator zaworowy, selektywnie zamykający wzniesiony wylot przewodu chłodziwa po przechyleniu pokrywy. Pokrywa korzystnie zawiera rurowe występy biegnące od ściany wewnętrznej w stronę wnętrza kadzi.

Pokrywa może stanowić sklepienie metalurgicznego pieca hutniczego, posiadające górną i dolną ścianę tworzące między sobą przestrzeń wewnętrzną, rozpylające dysze we wnętrzu tego sklepienia, natryskujące chłodziwo na tę dolną ścianę i utrzymujące w niej pożądaną temperaturę, parę wylotów przewodów chłodziwa odprowadzających zużyte chłodziwo, zespół utrzymujący różnicę ciśnień pomiędzy wnętrzem sklepienia a wylotami przewodów chłodziwa dla wyprowadzania zużytego chłodziwa, oraz regulator zaworowy, selektywnie zamykający jeden z wylotów chłodziwa w odpowiedzi na przechylenie sklepienia i wzniesienie jednego z wylotów chłodziwa ponad drugi. Górna i dolna ściana sklepienia są zasadniczo gazoszczelne, a zespół utrzymujący różnicę ciśnień zawiera dyszę wtryskującą gaz pod ciśnieniem. Kadź tego rodzaju również może zawierać czujnik przechyłu sklepienia, oraz regulator zaworowy selektywnie zamykający odpowiedni wylot chłodziwa w odpowiedzi na sygnał przechyłu sklepienia z czujnika przechyłu. Od dolnej ściany sklepienia odchodzą ku dołowi rurowe występy.

Sposób chłodzenia kadzi do obróbki ogrzanej substancji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wtryskuje się sprężone chłodziwo płynne poprzez wlot do przestrzeni w pokrywie kadzi i natryskuje się to chłodziwo na ścianę wewnętrzną pokrywy, a następnie wtryskuje się do tej przestrzeni, gaz korzystnie wybrany z grupy powietrza i azotu, z ciśnieniem pomiędzy ciśnieniem sprężonego chłodziwa a ciśnieniem wylotu chłodziwa, wytwarzając różnicę ciśnień wypychającą zużyte chłodziwo, utrzymując w przestrzeni pokrywy ciśnienie wyższe niż jedna atmosfera i niższe niż ciśnienie sprężonego chłodziwa. Korzystnie w przestrzeni pokrywy utrzymuje się ciśnienie od około 0,687 kPa do 137,34 kPa ponad ciśnienie wylotu chłodziwa. W sposobie według wynalazku korzystnie wyczuwa się przechył pokrywy i podniesienie jednego z wylotów chłodziwa względem innych wylotów, i w odpowiedzi zamyka się podniesiony wylot chłodziwa. Do przestrzeni w pokrywie kadzi korzystnie wtryskuje się gaz z ciśnieniem od około 0,687 kPa do 137,34 kPa ponad ciśnienie atmosferyczne.

Zalecane rozwiązanie wynalazku jest wykorzystane jako sklepienie lub pokrywa kadzi metalurgicznej, na przykład elektrycznego pieca łukowego. Zużyte chłodziwo jest korzystnie wypychane z przestrzeni wewnętrznej pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną ścianą klapy za pomocą układu, który powoduje wtryskiwanie gazu w rodzaju powietrza lub azotu pod ciśnieniem wyższym niż atmosferyczne, lecz pomiędzy ciśnieniem sprężonego chłodziwa i wylotu chłodziwa w celu wymuszonego przemieszczenia chłodziwa. Gdy tego rodzaju pokrywy są stosowane w kadziach przechylnych, wówczas stosuje się wiele wylotów chłodziwa, wraz z czujnikami do sygnalizowania stanu uniesienia jednego wylotu ponad inny wylot. Podczas przechylania, uniesiony wylot jest zamykany dla uniknięcia rozprężania wnętrza pokrywy. Strona spodnia pokrywy zawiera cylindryczne występy rurowe, wystające od wewnętrznej ściany pokrywy kadzi w stronę wnętrza pieca dla wychwycenia i przytrzymania zakrzepłych cząstek stopionego materiału, na przykład żużla rozpryskowego, który kontaktuje się z pokrywą od strony spodniej, tworząc formowaną na miejscu, izolującą termicznie i bardziej przylegającą wykładzinę, która zmniejsza udar termiczny na pokrywę. Przez właściwe formowanie wykładziny żużla izolacyjnego na stronie spodniej ściany wewnętrznej i osadzenie tego żużla na tej powierzchni spodniej ściany wewnętrznej, pokrywę można zdjąć dla wyładunku i następnie umieścić ją z powrotem na piecu bez straty wykładziny żużla izolacyjnego. Ochroni to ścianę wewnętrzną pokrywy przed narażaniem na duże skoki temperatury i tym samym skutecznie minimalizuje udar termiczny, który mógłby spowodować pękanie naprężeniowe tej ściany wewnętrznej pokrywy. Zastosowanie występów rurowych powoduje wychwytywanie rozpryskowego żużla w tych występach i wokół nich tak, że powstaje zakotwienie wykładziny, zamocowane do powierzchni spodniej ściany wewnętrznej pokrywy nawet podczas ruchu pokrywy.

161 418

Chłodzenie kadzi według wynalazku jest wysoce skuteczne i pozwala na stosowanie znacznie mniejszej ilości wody chłodzącej niż w przypadku dotychczasowych znanych układów chłodzenia. W kadzi z chłodzeniem według wynalazku użyta jest tylko połowa ilości chłodziwa w porównaniu z typowym układem wodnym. To znaczne zmniejszenie potrzebnej ilości wody chłodzącej jest szczególnie ważne dla niektórych producentów metali, którzy nie mają dostatecznego dostępu do źródła wody, koniecznego dla znanych obecnie wodnych układów chłodzenia. Ponadto, szorujące oddziaływanie strumienia na płyty robocze utrzymuje powierzchnię płyty czystą, co wzmaga skuteczność chłodzenia i przedłuża trwałość pieca i/lub podzespołów. W niektórych znanych układach, zgorzelina i osad mają tendencję do zarastania w rurach lub wewnątrz zamkniętego wyrobu, wymagając częstego czyszczenia lub obróbki chemicznej wody w celu uzyskania skutecznego chłodzenia.

Płyn chłodzący stanowi korzystnie wodę lub płyn na bazie wody, rozpryskiwany w takiej ilości, że kropelki strumienia absorbują ciepło w wyniku kontaktu powierzchniowego. W razie potrzeby, można w płytach osadzić termopary dla pomiaru temperatury, zaś termopary mogą być połączone z odpowiednimi sterownikami dla regulowania szybkości przepływu chłodziwa dla utrzymania pożądanej temperatury. Kropelki płynu chłodzącego wytwarzane przez układ rozpryskujący kontaktują się z bardzo dużą przestrzenią powierzchniowo, powodując dużą wydajność chłodzenia. Ponadto, jakkolwiek temperatura płynu chłodzącego (wody) zwykle nie sięga 100°C, to jednak jeżeli lokalnie dojdzie ona do tej temperatury wskutek wystąpienia przemijającego gorącego punktu lub podobnie, wówczas płyn odparowywuje a ciepło utajone odparowywania chłodziwa jest wykorzystywane do chłodzenia płyt roboczych, powodując w przybliżeniu dziesięciokrotny odpływ kalorii w porównaniu z uzyskiwanym poprzez chłodzenie konwencjonalne.

W porównaniu ze znanymi wodnymi układami chłodzenia, w układzie chłodzenia natryskowego według wynalazku występuje znacznie mniejsza potrzeba konserwacji. Przykładowo, jeżeli temperatura wody przekracza około 60°C, to w układzie wodnym znanym ze stanu techniki osadzają się wytrącenia, powodując narastanie zgorzeliny na powierzchni przeznaczonej do chłodzenia, przez co spada skuteczność chłodzenia. Ponadto, jeżeli temperatura wody przekracza około l00°C, to w znanym układzie może powstawać para wodna, stwarzając zagrożenie z możliwości wybuchu. Jak stwierdzono uprzednio, strumienie wody poprzez efekt szorowania chłodzonej powierzchni powodują oczyszczenie jej ze zgorzeliny. Ponadto, układ chłodzenia według wynalazku można stosować przy ciśnieniu wystarczającym do wywołania rozpryskiwania i gdy jest wygodny dostęp do powierzchni chłodzącej lub płyt, co umożliwia łatwe oczyszczanie lub potrzebne naprawy. Z drugiej strony, znane wodne układy chłodzenia zawierają indywidualne panele, które muszą być wyjmowane i przepłukiwane dla przedłużenia ich trwałości. Ponadto, wymagają one stosowania znacznej ilości przewodów, rur, zaworów i tym podobnych dla podłączania, odłączania i konserwacji. W układzie chłodzenia według wynalazku, niestosowanie wykładziny ogniotrwałej eliminuje zarówno obciążenie kadzi jak i kosztowną i czasochłonną konserwację.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku, w przekroju, górnej części sklepienia łukowego pieca elektrycznego, w którym zastosowano chłodzenie według wynalazku, fig. 2 - widok z góry sklepienia łukowego pieca elektrycznego, w częściowym przekroju, pokazujący wnętrze sklepienia pieca, fig. 3 - widok z boku części sklepienia pieca w przekroju wzdłuż linii 3-3 z fig. 2, fig. 4 - perspektywiczny widok części strony spodniej sklepienia pieca z fig. 3, a fig. 5 schematyczny widok z boku łukowego pieca elektrycznego z zastosowanym rozwiązaniem według wynalazku.

Pokazane na rysunku kadzie do obróbki ogrzanych substancji, zwłaszcza stopionych metali, zawierają przewody do prowadzenia gorących gazów lub płynów oraz złączki do obsługi gorących gazów lub płynów. Chłodzenie według wynalazku można zastosować w rozmaitych częściach kadzi do obsługi stopionych materiałów, na przykład w pokrywie, lub ścianach bocznych takich kadzi. Zalecane rozwiązanie wynalazku jest przedstawione na fig. 1, 2, 3,4 i 5

161 418 rysunku, na którym pokazano łukowy piec elektryczny ze sklepieniem. Na wszystkich figurach rysunku zastosowano te same oznaczniki cyfrowe dla oznaczania podobnych szczegółów.

Na figurze 1 i 2 jest przedstawione pierwsze zalecane rozwiązanie sklepienia pieca elektrycznego, chłodzonego sposobem według wynalazku. W tym rozwiązaniu sklepienie lub pokrywa 10 łukowego pieca elektrycznego, pokazana w przekroju, jest nałożona na wierzch typowego łukowego elektrycznego pieca 12. Część pieca 12 tuż pod wieńcem 13 składa się ze stalowego płaszcza 15, wyłożonego cegłą ogniotrwałą 17 lub innym materiałem izolującym termicznie. Ściana boczna pieca 12 ponad poziomem wytopu może alternatywnie według wynalazku być wykonana z wewnętrznej i zewnętrznej płyty z wewnętrznym układem chłodzenia natryskowego, opisanym poniżej w odniesieniu do pokrywy 10. Pokrywa 10 pieca ma środkowy otwór 32, zawierający trzy elektrody 70,72 i 74 i wewnętrzną przestrzeń 23 pomiędzy zewnętrzną ścianą 11 a wewnętrzną ścianą 39 pokrywy. W tej wewnętrznej przestrzeni 23 znajdują się liczne, szprychowe, chłodzące kanały rozpryskujące 33, które pobierają chłodziwo z centralnego, współosiowego, pierścieniowego przewodu rozgałęźnego 29 doprowadzającego wodę, który to przewód rozgałęźny 29 otacza środkowy otwór 32. Wystające ku dołowi rozpylające dysze 34 rozpryskują chłodziwo 36 w kierunku górnej powierzchni 38 wewnętrznej ściany 39 pokrywy, dla utrzymania odpowiedniej temperatury pokrywy 10 podczas topienia lub innej obróbki stopionego materiału w piecu 12. Chłodziwo jest usuwane z wnętrza pokrywy 10 przez wyloty 51 w odprowadzającym kanale 47, który biegnie wokół zewnętrznego brzegu pokrywy. Otwór 45 wyprowadzający chłodziwo z kanału 47 może być podłączony do odprowadzającej sieci zewnętrznej. Jak będzie wyjaśnione szczegółowo poniżej, gdy do wewnętrznej przestrzeni 23 pokrywy jest wtryskiwany przez wlot 19 gaz, wówczas chłodziwo jest skutecznie usuwane poprzez kanał 47 i otwór 45.

Podczas pracy pieca 12 do obróbki stali, przykładowo, kąpiel będzie przykryta stopionym żużlem lub innym materiałem ochronnym, mającym tendencję do rozpryskiwania w rozmaitych kierunkach. Gdy taki rozpryśnięty żużel zetknie się z wewnętrzną ścianą 39 pokrywy 10, wówczas jego cząstki będą wykazywały tendencję do krzepnięcia i przywierania do spodu pokrywy. Po zakrzepnięciu, żużel ten będzie pełnił funkcję warstwy izolującej termicznie, która spowoduje obniżenie temperatury tej części pokrywy, którą przykrywa. Podczas normalnej pracy pieca żużel może mieć tendencję do wykruszania, na przykład gdy pokrywa jest zdejmowana lub gdy dno pokrywy jest poddane cyklicznie oddziaływaniu na przemian wysokich i stosunkowo niskich temperatur. Ten sam cykl temperaturowy może wystąpić, jednakże w mniejszym stopniu, gdy jest przerywany dopływ mocy elektrycznej doprowadzanej do elektrod podczas spustu z pieca. W konsekwencji, wewnętrzna ściana 39 pokrywy, zwykle wykonana ze stalowej płyty, podlega udarowi termicznemu i naprężeniu, które powoduje zmęczenie metalu i pękanie stalowych płyt. Dla bardziej pewnego przechwycenia i przytrzymania żużla na stronie spodniej pokrywy 10 i dla zmniejszenia zjawiska wykruszania żużla podczas cyklu termicznego lub podczas zdejmowania pokrywy z pieca, wewnętrzna ściana 39 pokrywy jest wyposażona w liczne rurowe występy 25. Te rurowe występy 25, które będą bardziej szczegółowo opisane poniżej, są przyspawane do całej wewnętrznej ściany pokrywy w odstępach i pełnią funkcję zaczepów przytrzymujących żużel. Rozpryskiwanie żużla pochodzącego z wytopu spowoduje utworzenie na miejscu przylegającej, izolującej termicznie wykładziny ogniotrwałej 27 wokół i wewnątrz występów 25, jak pokazano na fig. 1. Należy zauważyć, że ta wykładzina ogniotrwała 27 nie jest konieczna do statycznej regulacji temperatury wewnętrznej ściany 39 pokrywy, ponieważ zadanie to spełnia prawidłowo natryskowy układ chłodzenia według wynalazku. Jednakże, ze względu na zwykłe tworzenie się żużlowej wykładziny 27, według wynalazku korzystnie uczyniono ją bardziej przylegającą poprzez osadzenie rurowych występów 25, przez co pokrywa jest mniej narażona na oddziaływanie niepożądanych naprężeń termicznych.

Inne zalecane rozwiązanie kadzi według wynalazku jest pokazane na fig. 2-5, przy czym na fig. 5 jest pokazany schematyczny widok z boku zespołu pieca z zastosowanym rozwiązaniem według wynalazku. Do topienia i obróbki stali oraz innych stopów żelaza jest zwykle zastosowana kadź konwencjonalnego łukowego pieca elektrycznego 12. Kadź pieca 12 jest podparta w osi 14, która umożliwia przechylanie kadzi w dowolnym kierunku, jak pokazano strzałką.

161 418

Zwykle kadź jest przechylona w jednym kierunku dla dokonania spustu żużla przez wylew żużla

18. Bezpośrednio naprzeciwko wylewu żużla 18 znajduje się otwór spustowy 16, używany do spuszczania lub zalewania stopionej stali, gdy kadź jest przechylana w przeciwnym kierunku tuż po zakończeniu procesu topnienia i obróki.

Pokazana na fig. 5 pokrywa 10 kadzi jest uniesiona z położenia zwykłego, w którym spoczywa ona na wierzchu wieńca 13 pieca. Pokrywa 10 pieca jest lekko stożkowa i ma przy wierzchołku środkowy otwór 32 do wkładania jednej lub więcej elektrod do wnętrza pieca. Zwykle są stosowane trzy elektrody z tak zwaną konstrukcją podpierającą typu delta, która może być dopasowana do otworu 32 pokrywy jak pokazano na fig. 1. Pokrywa 10 zawiera górną ścianę 11 i dolną, wewnętrzną ścianę 39, której spodnia powierzchnia jest zwrócona do wnętrza pieca. Ściany zewnętrzna 11 i wewnętrzna 39 tworzą wewnętrzną przestrzeń 23 pokrywy. Pokrywa 10 nie kontaktuje się bezpośrednio ze stopioną stalą, ale służy do zamknięcia gazów i innych wydzielających się z kąpieli stali produktów podczas przetwarzania stali wewnątrz pieca.

Dla ochrony strony spodniej pokrywy 10 pieca 12 przed intensywnym ciepłem emitowanym z wnętrza pieca 12 zastosowano natryskowy układ chłodzenia 28 dostarczający chłodziwo do przestrzeni 23 pomiędzy górną i dolną ścianą pokrywy. Układ natryskowy dostarcza do przestrzeni 23 chłodziwo w postaci wody lub płynu na bazie wody, doprowadzane korzystnie w temperaturze otoczenia pod zwiększonym ciśnieniem ze zbiornika 20 chłodziwa. Przewód 40 zasilania chłodziwem prowadzi to chłodziwo poprzez złączkę 30 i regulator ciśnienia 42 do natryskowego układu chłodzenia 28, gdzie zostaje ono rozpryskiwane poprzez rozpylające dysze 34 w postaci kontrolowanego strumienia chłodziwa 36 na górną powierzchnię 38 wewnętrznej ściany 39 pokrywy.

Jak pokazano bardziej szczegółowo na fig. 2 i 3, chłodziwo z przewodu 40 wchodzi do pokrywy 10 przez wlot 21, połączony z natryskującym przewodem rozgałęźnym 29. Przewód rozgałęźny 29 przechodzi przez wnętrze pokrywy 10 zasadniczo całkowicie wokół środkowego otworu 32 i rozprowadza chłodziwo do poszczególnych kanałów rozpylających 33, usytuowanych promieniowo zewnętrznie i zawierających natryskowe dysze 34. Natryskiwanie strumieni chłodziwa 36 w dół na całą górną powierzchnię 38 wewnętrznej ściany 39 powoduje chłodzenie ściany 39, ogrzewanej poprzez ciepło pochodzące z wytopu i gazy w piecu 12. Dość chłodziwa natryskowe^go na .śdanę ³⁹ je|t regutowana tak a^by utrz^yma^{ć żą}dan^ą tem^peratur^{ę p}rz^y wewn^ętrznej ścianie 39 ⁱ jest zwykle tak ustawiona^, a^by tem^peratura ^ścian^{y 39} wynosda ^poniżej 10°°^ czyli tak aby chłodziwo nie zamieniało się w normalnych warunkach w parę. Duża powierzchnia kropel chłodziwa, dodatkowo do objętości użytego chłodziwa, służy do skutecznego i wydajnego odprowadzania ciepła ze ściany 39, jak opisano powyżej.

Dla usuwania zużytego chłodziwa zastosowano układ drenowania, zawierający drenowy kanał rozgałęźny 47, biegnący wokół obwodu wnętrza pokrywy 10. Drenowy kanał rozgałęźny jest wykonany z prostokątnej rury, podzielonej ścianami 57 i 59 na dwie oddzielne komory, i ma podłużne wyloty 51 ustawione w odstępie względem siebie wzdłuż dolnej części ściany 39, które odprowadzają zużyte chłodziwo z pochyłej ściany 39. Zużyte chłodziwo powinno być możliwe szybko odprowadzane, tak aby na dolnej ścianie 39 pozostawała możliwie minimalna ilość chłodziwa dla zminimalizowania zakłócenia dostępu strumienia chłodziwa do powierzchni 38 ściany 39. Wszystkie wyloty 51 chłodziwa powinny korzystnie być przykryte sitem 49 dla zabezpieczania kanału przed ewentualnym przedostaniem się do niego zanieczyszczeń, które mogłyby zablokować odprowadzanie chłodziwa. Następnie chłodziwo jest wyprowadzane przez otwory 45 (fig. 2) z odpowiednich odcinków kanału rozgałęźnego 47 do przewodów drenowych i 50 i usuwane przez wyloty 62 i 64 (fig. 5).

Ponieważ zużyte chłodziwo musi być szybko usuwane z wewnętrznej przestrzeni 23 pokrywy, zatem zastosowano zespół do ustalania i utrzymywania różnicy ciśnień pomiędzy wnętrzem pokrywy pieca a wylotem chłodziwa. Zespół ten zawiera elementy do wtryskiwania gazu, sprężającego przestrzeń ponad natryskiwanym chłodziwem dla wypchnięcia chłodziwa poza dren pokrywy. Jak pokazano na fig. 5, do wnętrza pokrywy 10 jest podłączona poprzez przewód 44 zasilania gazem dysza 22 sprężonego gazu dla doprowadzania do niego gazu w

161 418 rodzaju powietrza lub azotu. Ciśnienie gazu w przestrzeni 23 pokrywy 10 powinno być utrzymywane na poziomie pośrednim między ciśnieniem chłodziwa przy natryskowych dyszach 34 a ciśnieniem zużytego chłodziwa przy wylotach 62, 64 chłodziwa tak, że pi > P2 > P3, gdzie pi stanowi ciśnienie przy dyszy natryskującej chłodziwo, P2 stanowi ciśnienie gazu we wnętrzu pokrywy, a P3 stanowi ciśnienie przy wylocie chłodziwa. Zwykle chłodziwo stanowi woda pod normalnym ciśnieniem spustowym pi rzędu 240 kPa lub wyższym. Korzystnie, ciśnienie gazu P2 wynosi od około 0,687 kPa do 137,34 kPa ponad ciśnienie P3 wylotu chłodziwa, które zwykle jest równe ciśnieniu atmosferycznemu (98,1 kPa) lub jest trochę wyższe, jak wskazują mierniki ciśnienia 66 i 68.

Dla uzyskania kontrolowanego ciśnienia gazu w wewnętrznej przestrzeni 23 pokrywy 10 pieca, konieczne jest uszczelnienie rozmaitych płyt tworzących pokrywę dla uniemożliwienia nadmiernej ucieczki gazu. Nie uważa się za konieczne wykonywanie pokrywy jako całkowicie gazoszczelnej, jakkolwiek pożądane jest stosowanie odpowiednich uszczelek lub innych uszczelniaczy dla zminimalizowania przecieku gazu, tak że pokrywa jest zasadniczo gazoszczelna.

Przy stosowaniu obecnego wynalazku zaleca się, aby przewody drenowe 48 i 50 chłodziwa były uszczelnione płynnym chłodziwem dla uniknięcia niepożądanej straty sprężonego gazu wewnątrz pokrywy poprzez wyloty chłodziwa. Uwzględniając możliwość przechyłu pokrywy 10 wraz z kadzią pieca 12 zarówno podczas odżużlania jak i podczas spustu, rozwiązanie według wynalazku obejmuje również układ kontrolny, zabezpieczający przed spadkiem ciśnienia gazu wewnątrz pokrywy podczas przechylania pieca. Ten układ kontrolny zawiera środki do wykrywania lub sygnalizowania przechyłu pieca 12, przy którym jeden z wylotów 51 chłodziwa został uniesiony w stopniu nie pozwalającym na dopływ zużytego chłodziwa do tego wylotu 51 chłodziwa, przez co powstaje otwór wylotowy dla sprężonego gazu, to z kolei powodowałoby spadek ciśnienia wewnątrz pokrywy, zakłócający odpowiednie wyprowadzanie zużytego chłodziwa. Według wynalazku zastosowano regulator zaworowy 24, który zamyka zawór w podniesionym wylocie przewodów drenowych, aby zapobiec spadkowi wewnętrznego ciśnienia podczas przechyłu pieca 12.

Jak pokazano na fig. 5, do pokrywy 10 pieca jest podłączony czujnik przechyłu 26 dla wykrywania przechyłu pokrywy pieca z normalnego położenia poziomego. Ponieważ pokrywa pieca jest przechylona dwukierunkowo, zatem płynne chłodziwo będzie mogło wypłynąć z najwyższego z przeciwległych bocznych przewodów drenowych 48 i 50 zarówno przy spuszczaniu wytopu jak i żużla. Ciśnienie gazu wewnątrz pokrywy będzie zatem zmierzało do wypchnięcia pozostałego w przewodach drenowych 48 lub 50 chłodziwa z najwyższego drenu a przez to spowoduje zmniejszenie nadciśnienia wewnątrz pokrywy. Dla uniknięcia tego spadku ciśnienia, z czujnikiem przechyłu 26 jest połączony poprzez obwód 56 regulator zaworowy 24. Gdy czujnik przechyłu 26 zasygnalizuje przykładowo podniesienie przewodu drenowego 48 strony spustowej, tak jak to ma miejsce przy odżużlaniu, wówczas regulator zaworowy 24 spowoduje poprzez obwód 58 zamknięcie zaworu drenowego 54 strony spustowej, zapobiegając tym samym spadkowi ciśnienia gazu poprzez przewód drenowy 48. Gdy tylko piec wróci do położenia poziomego, wówczas regulator zaworowy 24 spowoduje otwarcie zaworu drenowego 54 dla przywrócenia odprowadzania chłodziwa z tej strony pokrywy 10 pieca. Podczas spuszczania wytopu z pieca 12, przewód drenowy 50 od strony spustu żużla będzie podniesiony i odsłonięty, a regulator zaworowy 24 spowoduje poprzez obwód 60 zamknięcie zaworu drenowego 52 od strony spustu żużla. Tak więc, czujnik przechyłu 26 i współpracujące regulatory zaworowe i zawory drenowe służą do utrzymania pożądanego ciśnienia gazu wewnątrz pokrywy 10 pieca w trakcie wszystkich etapów obróbki. Należy zauważyć, że pokrywa 10 pieca może być podzielona na dwie lub więcej komór, z których każda ma swój oddzielny układ natryskiwania i wyloty chłodziwa. Podobnie mogą być „podzielone boczne lub spodnie ściany kadzi, w których ewentualnie zastosuje się układ chłodzenia według wynalazku.

Przytrzymujące żużel rurowe występy 25, rozważane powyżej w odniesieniu do rozwiązania pokazanego na fig. 1, są przedstawione bardziej szczegółowo na fig. 3 i 4 bez przywierającego żużla. Występy te mogą być wykonane ze stalowych odcinków rurowych, przykładowo o

161 418 średnicy 38 mm i długości 32 mm, przyspawanych w odstępach wzdłuż całej dolnej powierzchni ściany 39 pokrywy 10. Rurowe ukształtowanie występów 25 umożliwia przyleganie żużla zarówno do wewnętrznej jak i zewnętrznej powierzchni rurowej, tak że gdy żużel narasta i całkowicie pokrywa występy, to przylega bardziej ściśle niż w przypadku litego występu. Zwiększone przyleganie zapobiega wykruszaniu się żużla w wyniku udaru mechanicznego podczas ruchu pokrywy i/lub udaru termicznego, gdy pokrywa jest na przemian ogrzewana i chłodzona. W połączeniu z natryskowym układem chłodzenia 28, pokrywa 10 pieca może być zatem utrzymywana w warunkach mniej zmiennych, kontrolowanych temperatur.

Rozwiązanie według wynalazku jest zatem przydatne do prostego, wysoce sprawnego chłodzenia wewnętrznych powierzchni ściennych kadzi o zamkniętym dnie, takich jak pokazany na rysunku piec łukowy, jak również innego rodzaju piece hutnicze, kadzie i tym podobne. Dodatkowo, stosunkowo niskie ciśnienie we wnętrzu pokrywy zmniejsza ryzyko wycieku chłodziwa do kadzi. Wynalazek zapewnia taką skuteczność chłodzenia, że staje się zbędne instalowanie jakiejkolwiek ogniotrwałej lub innej izolacji termicznej wzdłuż wewnętrznej ściany 39 zamkniętego wnętrza pokrywy, jakkolwiek może być pożądane umieszczenie na niej jakiejś cienkiej powłoki jako ochrony przed korozyjnym oddziaływaniem gorących gazów, które mogą być wytwarzane we wnętrzu kadzi. Jakkolwiek sama izolacja termiczna nie jest potrzebna, to zastosowane według wynalazku rurowe występy 25 mogą przytrzymać rozpryskujący się żużel lub inny materiał, tworząc tym samym przylegającą warstwę ochronną, formowaną na miejscu, która przedłuży trwałość kadzi wskutek zmniejszenia naprężenia termicznego wewnętrznej ściany pokrywy.

161 418

F I G. 5

161 418

²⁵

F I G. 3

161 418

Zakład Wydawnictw UPRP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kadź do obróbki ogrzanej substancji, zwłaszcza stanowiąca metalurgiczny piec hutniczy i mająca pokrywę chłodzoną płynem, znamienna tym, że pokrywa (10) chłodzona płynem zawiera wewnętrzną ścianę (39) i zewnętrzną ścianę (11), ograniczające między sobą przestrzeń (23), do której prowadzi wlot przewodu (29) ze sprężonym chłodziwem płynnym, a ponadto zawiera dysze (34), natryskujące chłodziwo na tę wewnętrzną ścianę (39), wylot (51) zużytego chłodziwa i zespół utrzymujący różnicę ciśnień pomiędzy tą przestrzenią a wylotem (51) chłodziwa.
2. 2. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że zespół utrzymujący różnicę ciśnień zawiera dyszę (22) wtryskującą gaz pod ciśnieniem.
3. 3. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że ściany pokrywy (10) są gazoszczelne.
4. 4. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada ścianę wewnętrzną (39), ścianę zewnętrzną (11) i pokrywę (10) chłodzoną płynem, stanowiącą przynajmniej część tej ściany zewnętrznej (11).
5. 5. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że pokrywa (10) zawiera liczne przewody drenowe chłodziwa (48,50) oraz regulator zaworowy (24), selektywnie zamykający te przewody drenowe chłodziwa.
6. 6. Kadź według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera czujnik przechyłu (26) pokrywy (10) kadzi i wzniesieniajednego z wylotów przewodu chłodziwa (48) względem innych wylotów (50), oraz regulator zaworowy (24) selektywnie zamykający wzniesiony wylot przewodu chłodziwa po przechyleniu pokrywy (10).
7. 7. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że pokrywa (10) zawiera rurowe występy (25) biegnące od ściany wewnętrznej (39) w stronę wnętrza kadzi.
8. 8. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że pokrywa (10) stanowi sklepienie metalurgicznego pieca hutniczego, posiadające górną i dolną ścianę tworzące między sobą przestrzeń wewnętrzną, rozpylające dysze (34) we wnętrzu tego sklepienia, natryskujące chłodziwo na tę dolną ścianę i utrzymujące w niej pożądaną temperaturę, parę wylotów przewodów chłodziwa (48, 50) odprowadzających zużyte chłodziwo, zespół utrzymujący różnicę ciśnień pomiędzy wnętrzem sklepienia a wylotami przewodów chłodziwa (48, 50) dla wyprowadzania zużytego chłodziwa, oraz regulator zaworowy (24), selektywnie zamykający jeden z wylotów chłodziwa (48) w odpowiedzi na przechylenie sklepienia i wzniesienie jednego z wylotów chłodziwa (48) ponad drugi.
9. 9. Kadź według zastrz. 8, znamienna tym, że górna i dolna ściana sklepienia są zasadniczo gazoszczelne, a zespól utrzymujący różnicę ciśnień zawiera dyszę (22) wtryskującą gaz pod ciśnieniem.
10. 10. Kadź według zastrz. 8, znamienna tym, że zawiera czujnik przechyłu (26) sklepienia, oraz regulator zaworowy (24) selektywnie zamykający odpowiedni wylot chłodziwa w odpowiedzi na sygnał przechyłu sklepienia z czujnika przechyłu (26).
11. 11. Kadź według zastiz. 8, znamienna tym, że od dolnej ściany sklepienia odchodzą ku dołowi rurowe występy (25).
12. 12. Sposób chłodzenia kadzi do obróbki ogrzanej substancji,znamienny tym, że wtryskuje się sprężone chłodziwo płynne poprzez wlot do przestrzeni w pokrywie kadzi i natryskuje się to chłodziwo na ścianę wewnętrzną pokrywy, a następnie wtryskuje się do tej przestrzeni gaz korzystnie wybrany z grupy powietrza i azotu, z ciśnieniem pomiędzy ciśnieniem sprężonego chłodziwa a ciśnieniem wylotu chłodziwa, wytwarzając różnicę ciśnień wypychającą zużyte chłodziwo.

    161 418
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wytwarza się różnicę ciśnień, utrzymując w przestrzeni pokrywy ciśnienie wyższe niż jedna atmosfera i niższe niż ciśnienie sprężonego chłodziwa.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że w przestrzeni pokrywy utrzymuje się ciśnienie od około 0,687 kPa do 137,34 kPa ponad ciśnienie wylotu chłodziwa.
15. 15. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wyczuwa się przechył pokrywy i podniesienie jednego z wylotów chłodziwa względem innych wylotów, i w odpowiedzi zamyka się podniesiony wylot chłodziwa.
16. 16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wtryskuje się gaz z ciśnieniem od około 0,687 kPa do 137,34 kPa ponad ciśnienie atmosferyczne.