PL198559B1 - Płyta chłodząca do pieców metalurgicznych - Google Patents

Abstract

1. P lyta ch lodz aca wykonana z miedzi albo mie- dzi niskostopowej, przeznaczona dla pieców meta- lurgicznych wyposa zonych w zewn etrzny pancerz, maj aca co najmniej jeden, korzystnie co najmniej dwa kana ly dla czynnika ch lodz acego przebiegaj ace we wn etrzu p lyty ch lodz acej, przy czym kró cce czynnika ch lodz acego umo zliwiaj ace jego dop lyw lub odp lyw s a wyprowadzone na zewn atrz przez pancerz pieca, znamienna tym, ze p lyta ch lodz aca (1, 16) jest wyposa zona w rury obsadowe (7), które s a wypro- wadzone na zewn atrz przez pancerz (2) pieca i które po przej sciu przez ten pancerz (2) s a zaopatrzone w elementy mocuj ace, w szczególno sci p lytki ustala- j ace albo tarcze ustalaj ace (10), przy czym rury ob- sadowe (7) i te elementy mocuj ace s a wykonane z materia lu, który ma wi eksz a wytrzyma losc w po- równaniu z miedzi a lub te z miedzi a niskostopow a, p lyta ch lodz aca (1, 16) za s jest po laczona w strefie srodkowej z pancerzem (2) pieca za pomoc a sta lego zamocowania (12). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest płyta chłodząca wykonana z miedzi albo miedzi niskostopowej, przeznaczona dla pieców metalurgicznych wyposażonych w zewnętrzny pancerz, mająca co najmniej jeden, korzystnie co najmniej dwa kanały czynnika chłodzącego przebiegające we wnętrzu płyty chłodzącej, przy czym króćce czynnika chłodzącego umożliwiające jego dopływ lub odpływ są wyprowadzone na zewnątrz przez pancerz pieca.

Tego rodzaju płyty chłodzące są umieszczone między płaszczem i wymurówką oraz są podłączone do układu chłodzenia. Płyty chłodzące od strony wnętrza pieca są zaopatrzone częściowo w materiał ogniotrwały.

Z DE 39 25 280 A1 jest znana płyta chłodząca, w której kanały chłodzące są utworzone przez rury odlane w żeliwie. Również nosowy wspornik jest podłączony do układu chłodzenia. Płyty te charakteryzują się słabym odprowadzaniem ciepła wskutek małej przewodności cieplnej żeliwa między rurami chłodzącymi i korpusem płytowym, co jest spowodowane przez warstewkę tlenku lub szczelinę powietrzną.

W razie ubytku w obmurzu wielkiego pieca po pewnym okresie eksploatacji, wewnętrzna powierzchnia płyt chłodzących jest wystawiona bezpośrednio na działanie temperatury pieca. Temperatura ta znacznie przewyższa temperaturę topnienia żeliwa a wewnętrzne opory płyt chłodzących, utrudniające przenikanie ciepła, nie pozwalają na dostateczne chłodzenie płyty po gorącej stronie, wobec czego następuje przyspieszone zużycie płyt żeliwnych i obniżenie ich trwałości.

W DE 199 43 287 A1 ujawniono miedzianą płytę chłodzącą, która w pobliżu górnych króćców czynnika chłodzącego jest połączona na stałe z pancerzem pieca za pośrednictwem stałego zamocowania. Dodatkowo, górne króćce czynnika chłodzącego są także połączone na stałe z pancerzem pieca. Inne elementy mocujące wykonane jako zamocowanie rozłączne dają swobodę przemieszczenia zarówno w kierunku poziomym (x) jak i kierunku pionowym (y). Dolne króćce czynnika chłodzącego są połączone gazoszczelnie z pancerzem pieca tylko za pomocą zwykłych kompensatorów. Dlatego w tej strefie płyta chłodząca nie jest ustalona w żadnym z trzech kierunków przestrzennych.

Z uwagi na fakt, że płyta chłodząca od strony wnętrza pieca osiąga temperaturę powyżej 300°C, a po stronie pancerza pieca utrzymuje się temperatura czynnika chłodzącego, czyli w przybliżeniu temperatura otoczenia, płyta chłodząca jest wystawiona na bardzo silne naprężenia termiczne. Wskutek tego w płycie chłodzącej według DE 199 43 287 A1 dochodzi do odkształceń plastycznych pod wpływem temperatury, gdyż jest ona ustalona w kilku miejscach, i w trakcie chłodzenia wybrzusza się do wnętrza pieca na kształt czaszy. W efekcie powstają pęknięcia w króćcach i u wylotu czynnika chłodzącego.

W świetle stanu techniki celem wynalazku jest stworzenie płyty chłodzącej, w której nie jest możliwe takie czaszowe odkształcenie i w której dzięki temu nie ma już powodowanych naprężeniami pęknięć w króćcach czynnika chłodzącego.

Cel ten osiągnięto zgodnie z wynalazkiem dzięki temu, że płyta chłodząca jest wyposażona w rury obsadowe, które są wyprowadzone na zewnątrz przez pancerz pieca i które po przejściu przez ten pancerz są zaopatrzone w elementy mocujące, w szczególności płytki albo tarcze ustalające, przy czym rury obsadowe i elementy mocujące są wykonane z materiału, który ma większą wytrzymałość w porównaniu z miedzią lub też miedzią niskostopową, płyta chłodząca zaś jest połączona w strefie środkowej z pancerzem pieca za pomocą stałego zamocowania. Takim stałym zamocowaniem może być przykładowo trzpień mocujący, który ustala w tym miejscu płytę w każdym z trzech kierunków przestrzennych. Dzięki temu płyta chłodząca według wynalazku jest ustalona w swoim położeniu i nie może być przemieszczona w wyniku działania naprężeń termicznych. Natomiast nie jest ograniczona rozszerzalność termiczna płyty w kierunkach wychodzących z tego środkowego punktu ustalenia.

Płyta chłodząca według wynalazku w korzystnym przykładzie wykonania, gdy w szczególności ma ona stosunek wysokość/szerokość > 3, jest wyposażona w co najmniej jedno rozłączne zamocowanie usytuowane powyżej i/lub poniżej stałego zamocowania, przy czym to rozłączne zamocowanie pozwala na przemieszczenie tylko w kierunku pionowym.

Korzystnie płyta chłodząca w korzystnym przykładzie wykonania, gdy w szczególności ma ona stosunek wysokość/szerokość < 3, korzystnie < 2, jest wyposażona w co najmniej jedno rozłączne zamocowanie usytuowane z lewej i/lub prawej strony stałego zamocowania, przy czym to rozłączne zamocowanie pozwala na przemieszczenie tylko w kierunku poziomym. Takim zamocowaniem rozłącznym może być na przykład trzpień mocujący z tarczą, przy czym tarcza nie jest przyspawana do

PL 198 559 B1 pancerza pieca i może przesuwać się w prowadnicy w jednym kierunku, oraz ustala ono płytę - zależnie od ukierunkowania elementu mocującego - w kierunku (x) albo w kierunku (y), jednakże każdorazowo w kierunku (z).

Płyta chłodząca korzystnie ma żebra i rowki od strony wnętrza pieca, przy czym żebra są podzielone w ich kierunku wzdłużnym na segmenty.

Żebra te są częścią płyty chłodzącej najmniej poddaną chłodzącemu działaniu czynnika chłodniczego i dlatego ich temperatura jest zbliżona do najwyższej temperatury całej płyty chłodzącej (jak wyżej wspomniano - około 300°C). W wyniku podzielenia tych żeber na segmenty zredukowane są do możliwego minimum naprężenia powodowane rozszerzalnością termiczną żeber. Również w przypadku płyt chłodzących znanych ze stanu techniki podział żeber jako taki byłby korzystnym środkiem służącym do zmniejszenia „czaszowego wybrzuszenia tych płyt, co znacznie poprawiałoby trwałość płyt chłodzących, w szczególności króćców czynnika chłodzącego.

Aby nie pogorszyć mechanicznej wytrzymałości całej płyty chłodzącej korzystnie jest, gdy żebra są dzielone na segmenty poprzez cięcia wykonane w zasadzie prostopadle do tych żeber.

Ponadto cięcia te są korzystnie wykonane tak, że są one usytuowane nie nad lecz między kanałami czynnika chłodzącego. Dzięki temu w razie ewentualnych pęknięć można zmniejszyć niebezpieczeństwo dalszego pękania w kierunku tych kanałów.

Żeby nie osłabić żeber, przebiegających zwykle poziomo, dobrze jest podzielić je na segmenty tak, aby poszczególne segmenty były wzajemnie przemieszczone w kierunku poziomym.

W korzystnym przykładzie wykonania płyty chłodzącej według wynalazku, rura obsadowa opasująca odpowiedni króciec czynnika chłodzącego jest zamocowana na płycie chłodzącej, korzystnie jest przykręcona albo przyspawana.

Między rurą obsadową i króćcem czynnika chłodzącego jest przewidziany łącznik, korzystnie pierścieniowy albo w postaci tarczki.

Korzystnie króciec czynnika chłodzącego jest wykonany jednoczęściowo i jest zaopatrzony w kołnierz zamocowany na płycie chłodzącej.

Korzystnie rura obsadowa opasująca króciec czynnika chłodzącego jest zamocowana na tym kołnierzu.

Króćce czynnika chłodzącego umożliwiające jego dopływ lub odpływ są wykonane z takiego samego materiału jak płyta chłodząca.

W korzystnym przykładzie wykonania króciec rurowy jest wykonany tak samo jak rura obsadowa oraz króciec czynnika chłodzącego.

Króćce rurowe umożliwiające dopływ lub też odpływ czynnika chłodzącego są wykonane z takiego samego materiału jak rury obsadowe.

Płyta chłodząca według wynalazku w strefie rur obsadowych może przemieszczać się zarówno w kierunku pionowym (y) jak i kierunku poziomym (x), natomiast nie jest możliwy ruch w kierunku (z), a więc nie ma „czaszowego wybrzuszenia do wnętrza pieca, gdyż nie pozwalają na to umieszczone na rurach obsadowych elementy mocujące, które wspierają się na pancerzu po jego stronie zewnętrznej.

Ewentualnie występujące jeszcze naprężenia w kierunku (z) nie są przenoszone - jak znanych rozwiązaniach - przez nie przystosowane do tego miedziane króćce czynnika chłodzącego, lecz przez rury obsadowe i elementy mocujące wykonane z materiału nadającego się znacznie lepiej do tego celu.

Materiałem preferowanym na rury obsadowe i elementy mocujące jest konkretnie stal, ewentualnie także stal szlachetna. Jednak w zasadzie nadaje się każdy materiał, jeżeli jego wytrzymałość jest znacznie wyższa niż miedzi lub też miedzi stopowej, jak to jest w przypadku stali. Ponadto, preferuje się materiał, który ma właściwości spawalnicze i korzystnie może być łączony przez spawanie także z miedzią lub też miedzią stopową, jak to ma miejsce również w przypadku stali.

W obu wariantach, oprócz ustalenia położenia płyty chłodzącej przez środkowe zamocowanie stałe, zapewnione jest poza tym zabezpieczenie płyty chłodzącej przed przekręceniem powodowanym przez naprężenia termiczne. Ponadto, możliwe jest swobodne rozszerzenie termiczne płyty w tych kierunkach, na które pozwalają rozłączne zamocowania.

Zgodnie z wynalazkiem rura obsadowa opasuje króciec czynnika chłodzącego, a więc jest ona wyprowadzona na zewnątrz przez pancerz pieca, i króciec czynnika chłodzącego jest wyprowadzony na zewnątrz we wnętrzu rury obsadowej przez pancerz pieca.

PL 198 559 B1

Połączenie między rurą obsadowa i płytą chłodzącą lub też między króćcem czynnika chłodzącego i płytą chłodzącą, lub też nawet między rurą obsadową i króćcem czynnika chłodzącego może być wykonane w różny sposób.

W pierwszym i korzystnym wariancie do rury obsadowej opasującej króciec czynnika chłodzącego jest przyspawany łącznik w postaci tarczki, który jest przykręcony do płyty chłodzącej. Króciec czynnika chłodzącego jest przyspawany do płyty chłodzącej.

Rura obsadowa opasująca króciec czynnika chłodzącego może być przyspawana bezpośrednio do płyty chłodzącej, a króciec czynnika chłodzącego także może być przyspawany do płyty chłodzącej.

Możliwe jest także rozwiązanie, w którym między króciec czynnika chłodzącego i rurę obsadową jest wstawiony pierścieniowy łącznik albo w postaci tarczki, przy czym króciec czynnika chłodzącego i rura obsadowa są nasadzone na ten łącznik. Połączenie między tym łącznikiem i płytą chłodzącą oraz między łącznikiem i króćcem czynnika chłodzącego, lub też rurą obsadową jest wykonane korzystnie przez spawanie.

Według następnego przykładu wykonania wynalazku rura obsadowa jest wykonana również jako króciec czynnika chłodzącego, przy czym obie funkcje, to znaczy doprowadzenie lub też odprowadzenie czynnika chłodzącego i ustalenie, spełnia jeden króciec rurowy.

Z wyjątkiem tego ostatniego rozwiązania, we wszystkich odmianach realizacji króćce czynnika chłodzącego mogą być wykonane z takiego samego materiału podstawowego co płyta chłodząca albo z innego materiału, korzystnie z takiego jak rura obsadowa.

W ostatnim wariancie nie ma tej możliwości wyboru, gdyż tu rura czynnika chłodzącego jest jednocześnie rurą obsadową i dlatego jest wykonana w każdym przypadku z materiału rury obsadowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dwukanałową płytę chłodzącą, fig. 2 - czterokanałową płytę chłodzącą, fig. 3 - układ kilku płyt chłodzących, fig. 4 - czterokanałową płytę chłodzącą podzieloną na segmenty, a fig. 5-9 - różne odmiany realizacji rury obsadowej.

Figura 1 ukazuje dwukanałową płytę chłodzącą 1, która jest zamocowana na pancerzu 2 pieca. Płyta chłodząca jest wykonana z miedzi i ma żebra 3 po stronie wnętrza pieca. Przestrzeń między płytą chłodzącą 1 i pancerzem 2 pieca jest wypełniona materiałem ogniotrwałym 4. Powyżej i poniżej oraz - czego nie ukazano na rysunku - z boku płyty chłodzącej 1 są umieszczone następne płyty chłodzące 1'. Płyta chłodząca 1 jest zaopatrzona w przebiegające pionowo kanały 5 układu chłodzenia, które są wykonane jako otwory nieprzelotowe w odlanym lub walcowanym korpusie płyty. Na górnym oraz dolnym końcu każdego kanału 5 układu chłodzenia są wyprowadzone przez pancerz 2 pieca króćce 6 czynnika chłodzącego, przez które dopływa i odpływa czynnik chłodzący (zwykle woda). Każdy króciec 6 czynnika chłodzącego opasuje rura obsadowa 7, również wyprowadzona na zewnątrz przez pancerz pieca. Rura obsadowa 7 jest przyspawana do łącznika 8 w postaci tarczki, który jest zamocowany za pomocą złącza gwintowego 9 na płycie chłodzącej 1. Poza pancerzem 2 pieca rura obsadowa 7 jest zaopatrzona w przyspawaną tarczę ustalającą 10, która ogranicza przemieszczenie płyty chłodzącej 1 w kierunku wnętrza pieca. Rura obsadowa 7 i króciec 6 czynnika chłodzącego są połączone gazoszczelnie z pancerzem 2 pieca za pomocą zwykłego kompensatora 11. Płyta chłodząca 1 na środku jest ustalona na pancerzu 2 pieca za pomocą stałego zamocowania 12 w postaci trzpienia mocującego. Stałe zamocowanie 12 jest przyspawane gazoszczelnie do pancerza 2 pieca. Powyżej i poniżej stałego zamocowania 12 są usytuowane rozłączne zamocowania 13, które są wykonane również jako trzpienie mocujące, jednak nie są przyspawane gazoszczelnie do pancerza 2 pieca lecz mogą przemieszczać się w górę i w dół w prowadnicy 14. Celem uszczelnienia względem wnętrza pieca na rozłącznych zamocowaniach 13 są umieszczone kołpaki uszczelniające 15.

Figura 2 ukazuje czterokanałową płytę chłodzącą 16, która - pomijając podwójną liczbę kanałów 5 układu chłodzenia - jest w zasadzie identyczna z płytą chłodzącą 1 przedstawioną na fig. 1. Jednak, ze względu na inaczej ukształtowany stosunek wysokość/szerokość, rozłączne zamocowania 13 nie są umiejscowione powyżej i poniżej stałego zamocowania 12 lecz znajdują się z boku. Prowadnice 14 rozłącznych zamocowań 13 są umieszczone tak, że możliwe jest przemieszczenie w kierunku poziomym.

Figura 3 przedstawia schematycznie rozmieszczenie w piecu dwukanałowych płyt chłodzących 1 i czterokanałowych płyt chłodzących 16. Przedstawiono także układ współrzędnych z kierunkami x, y, z, do których odniesiono się w tekście.

PL 198 559 B1

Na figurze 4 pokazano żebra 3 płyty chłodzącej 16 podzielone na segmenty w kierunku poziomym. Poszczególne segmenty mają w przybliżeniu jednakową wielkość i są przemieszczone wzajemnie w kierunku poziomym o około połowę ich długości.

Figura 5 ukazuje w powiększeniu korzystne przykłady wykonania rury obsadowej 7, króćca 6 czynnika chłodzącego oraz zamocowania łącznika 8 na płycie chłodzącej 1 za pomocą złącza gwintowego.

Przykład z fig. 6 różni się od tego z fig. 5 tym, że połączenie rury obsadowej 7 i płyty chłodzącej 1 jest wykonane metodą spawania.

Figura 7 przedstawia odmianę realizacji, w której na łączniku 8 są zamocowane zarówno rura obsadowa 7, jak też króciec 6 czynnika chłodzącego.

Figura 8 ukazuje jednoczęściowe wykonanie króćca 6 czynnika chłodzącego razem z kołnierzem, przy czym na tym kołnierzu jest zamocowana także rura obsadowa 7.

Figura 9 ukazuje specjalne ukształtowanie. Na pierścieniowy łącznik 8 przyspawany do płyty chłodzącej 1 jest nasadzony króciec rurowy 17 przyspawany do tego łącznika, przy czym króciec rurowy 17 jest wykonany z takiego samego materiału co rury obsadowe, a więc na przykład ze stali, i z uwagi na wyższą wytrzymałość - w porównaniu z miedzią - służy jednocześnie jako króciec czynnika chłodzącego i rura obsadowa.

Na wszystkich fig. 5 do 9 umieszczone tuż za pancerzem 2 pieca tarcze ustalające 10, zespawane z rurami obsadowymi, ustalają odpowiednią płytę chłodzącą 1 w kierunku z do wnętrza pieca.

Claims (16)

1. Płyta chłodząca wykonana z miedzi albo miedzi niskostopowej, przeznaczona dla pieców metalurgicznych wyposażonych w zewnętrzny pancerz, mająca co najmniej jeden, korzystnie co najmniej dwa kanały dla czynnika chłodzącego przebiegające we wnętrzu płyty chłodzącej, przy czym króćce czynnika chłodzącego umożliwiające jego dopływ lub odpływ są wyprowadzone na zewnątrz przez pancerz pieca, znamienna tym, że płyta chłodząca (1, 16) jest wyposażona w rury obsadowe (7), które są wyprowadzone na zewnątrz przez pancerz (2) pieca i które po przejściu przez ten pancerz (2) są zaopatrzone w elementy mocujące, w szczególności płytki ustalające albo tarcze ustalające (10), przy czym rury obsadowe (7) i te elementy mocujące są wykonane z materiału, który ma większą wytrzymałość w porównaniu z miedzią lub też miedzią niskostopową, płyta chłodząca (1, 16) zaś jest połączona w strefie środkowej z pancerzem (2) pieca za pomocą stałego zamocowania (12).

2. Płyta chłodząca według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta chłodząca (1, 16) - w szczególności mająca stosunek wysokość/szerokość > 3 - jest wyposażona w co najmniej jedno rozłączne zamocowanie (13) usytuowane powyżej i/lub poniżej stałego zamocowania (12), przy czym to rozłączne zamocowanie (13) pozwala na przemieszczenie tylko w kierunku pionowym.

3. Płyta chłodząca według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta chłodząca (1, 16) - w szczególności mająca stosunek wysokość/szerokość < 3, korzystnie < 2 - jest wyposażona w co najmniej jedno rozłączne zamocowanie (13) usytuowane z lewej i/lub prawej strony stałego zamocowania (12), przy czym to rozłączne zamocowanie (13) pozwala na przemieszczenie tylko w kierunku poziomym.

4. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że płyta chłodząca (1, 16) ma żebra (3) i rowki od strony wnętrza pieca, przy czym żebra (3) są podzielone w ich kierunku wzdłużnym na segmenty.

5. Płyta chłodząca według zastrz. 1, znamienna tym, że rura obsadowa (7) opasująca odpowiedni króciec (6) czynnika chłodzącego jest zamocowana na płycie chłodzącej (1, 16), korzystnie jest przykręcona albo przyspawana.

6. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 5, znamienna tym, że między rurą obsadową (7) i króćcem (6) czynnika chłodzącego jest przewidziany łącznik (8), korzystnie pierścieniowy albo w postaci tarczki.

7. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, znamienna tym, że króciec (6) czynnika chłodzącego jest wykonany jednoczęściowo i jest zaopatrzony w kołnierz zamocowany na płycie chłodzącej (1, 16).

8. Płyta chłodząca według zastrz. 6, znamienna tym, że króciec (6) czynnika chłodzącego jest wykonany jednoczęściowo i jest zaopatrzony w kołnierz zamocowany na płycie chłodzącej (1, 16).

9. Płyta chłodząca według zastrz. 7, znamienna tym, że rura obsadowa (7) opasująca króciec (6) czynnika chłodzącego jest zamocowana na tym kołnierzu.

PL 198 559 B1

10. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 8, albo 9, znamienna tym, że króćce (6) czynnika chłodzącego umożliwiające jego dopływ lub odpływ są wykonane z takiego samego materiału jak płyta chłodząca (1, 16).

11. Płyta chłodząca według zastrz. 6, znamienna tym, że króćce (6) czynnika chłodzącego umożliwiające jego dopływ lub odpływ są wykonane z takiego samego materiału jak płyta chłodząca (1, 16).

12. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że króciec rurowy (17) jest wykonany tak samo jak rura obsadowa (7) oraz króciec (6) czynnika chłodzącego.

13. Płyta chłodząca według zastrz. 4, znamienna tym, że króciec rurowy (17) jest wykonany tak samo jak rura obsadowa (7) oraz króciec (6) czynnika chłodzącego.

14. Płyta chłodząca według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 8, albo 9, znamienna tym, że króćce rurowe (17) umożliwiające dopływ lub też odpływ czynnika chłodzącego są wykonane z takiego samego materiału jak rury obsadowe (7).

15. Płyta chłodząca według zastrz. 4, znamienna tym, że króćce rurowe (17) umożliwiające dopływ lub też odpływ czynnika chłodzącego są wykonane z takiego samego materiału jak rury obsadowe (7).

16. Płyta chłodząca według zastrz. 6, znamienna tym, że króćce rurowe (17) umożliwiające dopływ lub też odpływ czynnika chłodzącego są wykonane z takiego samego materiału jak rury obsadowe (7).