PL199946B1 - Element chłodzący i sposób jego montażu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elementu chłodzącego stosowanego w konstrukcji pieca wykorzystywanego w procesach metalurgicznych, takiego jak płomieniowy piec do wytapiania, wielki piec, piec elektryczny lub inne piece metalurgiczne , przy czym element chłodzący posiada jednoczęściową, miedzianą obudowę, w której to obudowie wykonany jest układ kanałów tworzący układ obiegu medium chłodzącego, a poza tym elementy wykładzinowe wykonane z materiału ogniotrwałego, przy czym obudowa i element wykładzinowy zawiera środki służące do ich wzajemnego połączenia, w którym element wykładzinowy (4) i obudowa (2) tak się łączy, że element wykładzinowy może przemieszczać się w kierunku pionowym względem obudowy (2). Przedmiotem wynalazku jest również element chłodzący.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element chłodzący i sposób jego montażu, stosowany zwłaszcza w piecach przemysłowych. Elementy chłodzące stosowane w piecach przemysłowych, zwłaszcza piecach wykorzystywanych w procesach metalurgicznych, takich jak płomieniowe piece do wytapiania, wielkie piece i piece elektryczne stanowią masywne konstrukcje, zwykle wykonane z miedzi. Typowo elementy chłodzące chłodzone są wodą a zatem są wyposażone w układ kanałów wodnych. W procesach pirometalurgicznych wymurówki pieców są chronione w ten sposób, że ciepło dopływające do powierzchni wymurówki jest przenoszone poprzez element chłodzący do wody, w którym to przypadku zużycie wykładziny pieca jest znacznie zredukowane w porównaniu do pieców, które nie są chłodzone. Redukcja zużycia jest osiągana poprzez tak zwaną autogeniczną zestaloną wykładzinę, powstałą na powierzchni wykładziny ogniotrwałej, przy czym wykładzina autogeniczną jest tworzona z żużla i innych substancji wydzielonych z fazy ciekłej.

Na powierzchni elementu chłodzącego występuje często wykładzina ceramiczna, przykładowo wymurówka ogniotrwała.

Warunki pracy panujące w piecu są ekstremalne i elementy chłodzące mogą być narażone na działanie silnych naprężeń korozyjnych i erozyjnych, spowodowanych oddziaływaniem atmosfery piecowej i kontaktem z kąpielą metalową. Aby uzyskać efektywne działanie elementu chłodzącego ważne jest to, aby złącze między cegłami ogniotrwałymi i elementem chłodzącym było dobre, tak aby uzyskać kontakt umożliwiający efektywną wymianę ciepła. Jednak z biegiem czasu zmniejsza się grubość wykładziny pieca, co może wywołać sytuację w której dojdzie do tego, że płynny metal wejdzie w kontakt z powierzchnią elementu chłodzącego, wykonanego z miedzi. Trudność w produkcji elementów chłodzących związana jest z osiągnięciem dobrego kontaktu między wykładziną ogniotrwałą i powierzchnią elementu chłodzącego. Efekt ochronny w przypadku wykładziny ogniotrwałej jest silnie uzależniony od dobrej jakości instalacji, i w większości przypadków właściwości chłodzące elementu nie mogą być w pełni zużytkowane. Co więcej wadą znanych elementów chłodzących jest to, że rowki wykonane w piecu i służące do mocowania materiału ogniotrwałego są usytuowane poziomo w piecu. Zatem przemieszczenia spowodowane przez rozszerzalność cieplną wymurówki wspornikowej wykorzystywanej w dnie, jak również przemieszczenia osadzających się narostów zestalonego materiału płynnego na dnia pieca powodują powstanie naprężeń w wykładzinie znajdującej się w poziomych rowkach, co może skutkować przemieszczeniem elementu chłodzącego i wystąpieniem szkodliwych pęknięć. W dodatku, elementy chłodzące wykonane z kilku części zawierają wiele szwów, w których mogą pojawić się przecieki.

W opisie US 4437651 przedstawiono konstrukcję pł yty chł odzą cej dla wielkiego pieca, która obejmuje żeliwny element, zasadniczo o kształcie równoległościanu. Rury chłodzące, rozmieszczone równolegle względem siebie, są wbudowane w ten element i usytuowane równolegle do tego elementu. Każda z rur jest wprowadzona do tego elementu od góry, a wyprowadzona jest z tej samej strony w części dolnej.

Opis GB 2 377 008 A przedstawia panel chłodzący wielkiego pieca. Panel ten posiada metalową płytę podkładową, do której zamocowane są metalowe rury chłodzące, wykonane korzystnie z miedzi. Rury te posiadają przynajmniej jedno ż ebro, wystające na zewnątrz, i osłonięte są materiałem ogniotrwałym, w który są wbudowane. Płyta podkładowa panelu jest korzystnie wykonana ze stali, ale może być wykonana z stali platerowanej miedzią.

Przedmiotem wynalazku jest element chłodzący stosowany w konstrukcji pieca wykorzystywanego w procesach metalurgicznych, takiego jak płomieniowy piec do wytapiania, wielki piec, piec elektryczny lub inne piece metalurgiczne. Element chłodzący posiada jednoczęściową, miedzianą obudowę, w której to obudowie wykonany jest układ kanałów tworzący układ obiegu medium chłodzącego, a poza tym elementy wykł adzinowe wykonane z materiał u ogniotrwa ł ego. Obudowa i element wykł adzinowy zawierają środki służące do ich wzajemnego połączenia.

Istota wynalazku polega na tym, że w powierzchni obudowy znajdują się pionowe rowki do mocowania elementów wykładzinowych a element wykładzinowy posiada krawędź wspornikową, którą mocuje się w rowkach wykonanych w obudowie. Element wykładzinowy może przemieszczać się w kierunku pionowym wzglę dem obudowy.

Korzystnie, rowki w obudowie zwężają się w kierunku od dna do powierzchni obudowy, przy czym szerokość dna rowka wynosi zasadniczo 55 - 100 mm, szerokość wylotu rowka - zasadniczo 50 - 95 mm a jego głębokość wynosi zasadniczo 30 - 60 mm.

Według wynalazku, dolna część obudowy jest zwężona w kierunku do dołu.

PL 199 946 B1

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem, elementy wykładzinowe sięgają w kierunku głębokości elementu chłodzącego poza obudowę.

Zaproponowany element posiada złącze do wzdłużnego łączenia z innymi elementami chłodzącymi.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób montażu elementu chłodzącego w którym element chłodzący umieszcza się w piecu w taki sposób, że rowki są usytuowane pionowo, zaś elementy wykładzinowe łączy się z obudową elementu chłodzącego w ten sposób, że osadza się je w pionowych rowkach na całej ich szerokości tak, aby jeden element wykładzinowy usytuowany był na górnej powierzchni drugiego elementu. Elementy wykładzinowe umieszcza się w obudowie tak, aby pokrywały całkowicie powierzchnię obudowy, która wchodzi w kontakt z kąpielą metalową.

Korzystnie, elementy wykładzinowe łączy się z obudową zanim element chłodzący zostanie zainstalowany w piecu lub po zainstalowaniu elementu chłodzącego w piecu.

Przy łączeniu co najmniej dwóch elementów chłodzących elementy wykładzinowe umieszcza się w kierunku pionowym, w pomocniczym rowku powstałym przy złączu.

Rozwiązanie według wynalazku posiada wiele zalet, i za pomocą środków według wynalazku można uniknąć wad rozwiązań znanych ze stanu techniki. Konstrukcja elementu chłodzącego według wynalazku umożliwia dobry kontakt termiczny między obudową zawierającą element chłodzący i wykładziną wykonaną z materiału ogniotrwałego. Obudowa jest korzystnie wykonana jako element jednoczęściowy, tak więc unika się występowania szwów. Obudowa i elementy wykładziny są w ten sposób połączone, że elementy wykładziny mogą korzystnie przemieszczać się w stosunku do obudowy w kierunku pionowym. Obecnie wyeliminowana jest moż liwość przemieszczenie cał ego elementu chłodzącego spowodowanego powstawaniem narostów osadzających się na dnie pieca. Na powierzchni obudowy wykonane są pionowe rowki, w których, za pomocą elementów krawędziowych uformowanych w kształcie wsporników, mogą być zamocowane elementy wykonane z materiału ogniotrwałego. Rowek jest korzystnie tak zaprojektowany, że zwęża się on w kierunku od dna rowka do jego górnej krawędzi. Taki kształt rowków ma korzystny wpływ na przyleganie elementów wykładziny w obudowie i zabezpiecza dobre warunki przepływu ciepła pomiędzy tymi powierzchniami. Korzystnie, element chłodzący jest tak zainstalowany w piecu, że rowki są usytuowane w kierunku pionowym. Denna część obudowy wyposażona jest w element chłodzący zwężający się w kierunku do dołu, w którym to przypadku jej kształt dostosowuje się do kształtu cegły podpierającej, wykorzystanej w konstrukcji dna pieca. Zatem, znacznie osłabione jest oddziaływanie przemieszczeń powodowanych wydłużeniami cieplnymi cegły podpierającej w elemencie chłodzącym.

Element chłodzący może być wykonany jako gotowa konstrukcja zanim zostanie zainstalowany w piecu. Jako rozwiązanie alternatywne element obudowy i elementy wykładziny mogą być wykonywane na miejscu konstrukcji pieca, równocześnie z instalowaniem elementu chłodzącego w piecu. Wytwarzanie elementu chłodzącego jest łatwe i korzystne pod względem ekonomicznym, przy czym jego instalacja przebiega szybko, a zatem pozwala to na skrócenie czasu wymaganego do przeprowadzenia remontu pieca. Patrząc w kierunku dna elementu chłodzącego elementy wykładziny rozszerzają się na zewnątrz elementu obudowy, i w takim przypadku lepiej chronią konstrukcję elementu chłodzącego, a zatem ograniczają straty cieplne w piecu. Korzystnie, elementy wykładziny pokrywają całą powierzchnię obudowy, tak że miedziana powierzchnia elementu chłodzącego nie wchodzi w kontakt z kąpielą metalową. Elementy chłodzące według wynalazku są skorelowane ze złączami, rozmieszczonymi w elementach, tak, że w pomocniczym rowku utworzonym w złączu elementy wykładziny są sytuowane w kierunku pionowym. Zatem, szew jest korzystnie przykryty. W elemencie chłodzącym według wynalazku nie występują szwy poziome, które mogłyby powodować znaczne przecieki płynnego metalu. Poprzez wykorzystanie konstrukcji elementu chłodzącego według wynalazku, istnieje możliwość uniknięcia stosowania stopu lutowniczego między obudową i wykładziną.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1a, 1b i 1c przedstawiają element chłodzący według wynalazku, a fig. 2 - elementy chłodzące wbudowane w komorę pieca.

Figury 1a, 1b i 1c przedstawiają element chłodzący 1 według wynalazku, stosowny do wykorzystania przykładowo w konstrukcji ściany płomieniowego pieca do wytapiania. Fig. 1a przedstawia widok z przodu tego elementu, fig. 1b ilustruje widok z boku a fig. 1c - widok z góry. Element chłodzący 1 obejmuje miedzianą obudowę 2 wykonaną z jednego pojedynczego półfabrykatu, w którym wykonany został układ kanałów 3, służący do obiegu medium chłodzącego. Dodatkowo, element chłodzący zawiera odpowiednią liczbę elementów wykładzinowych 4 wykonanych z materiału ogniotrwałego, takiego jak cegły chromowo-magnezytowe, przy czym elementy wykładzinowe są połączone z obudową 2.

PL 199 946 B1

Obudowa i elementy wykładzinowe wyposażone są w elementy służące do ich wspólnego mocowania. Na powierzchni 8 obudowy uformowane są pionowe rowki 5, w których usytuowane są elementy wykładzinowe 4 skierowane pionowo, jeden nad drugim, tak, że na całej wysokości elementu chłodzącego, w obszarze gdzie następuje kontakt z kąpielą metalową, cały rowek jest wypełniony. Element wykładzinowy 4 i obudowa 2 są połączone tak, że element wykładzinowy 4 może przemieszczać się w kierunku pionowym względem obudowy 2. Przemieszczenie w kierunku poprzecznym nie może się pojawić, ponieważ rowki są usytuowane w kierunku pionowym. Między elementem wykładzinowym i obudową utrzymują się dobre warunki przenoszenia ciepł a.

Element wykładzinowy jest wyposażony we wspornikowy element krawędziowy 6, usytuowany na tej powierzchni, którą przylega on do obudowy. Obudowa 2 posiada rowki 5, których kształt odpowiada kształtowi wspornikowego elementu krawędziowego 6 elementu wykładzinowego, tak że rowki zwężają się w kierunku od ich dna 7 do górnej powierzchni 8 obudowy. Element wykładzinowy 4 jest połączony z obudową miedzianą 2 tak, że wspornikowe elementy krawędziowe 6 elementu wykładzinowego są osadzone w rowkach 5 obudowy. Oznacza to, że elementy wykładzinowe bezpiecznie przylegają do obudowy. Zgodnie z jednym z przykładów wykonania wynalazku szerokość dna 7 rowka wynosi zasadniczo 74 mm, szerokość rowka przy wylocie 9 wynosi 68 mm, przy czym głębokość rowka ma wymiar zasadniczo 36 mm. Przy zastosowaniu takich wymiarów rowka konstrukcja i wytwarzanie elementu chłodzącego są funkcjonalne i korzystne z technicznego punktu widzenia.

Na figurze 2 przedstawiono połączenie oddzielnych elementów chłodzących 1. Element chłodzący 1 jest usytuowany w ten sposób w piecu, że rowki 5 usytuowane są pionowo. Dolna część 10 obudowy, według tego przykładu wykonania, zwęża się w kierunku do dołu. A zatem, jest ona korzystnie dostosowana do kształtu cegły wspornikowej osadzonej w obsadzie dna. Dolna część obudowy nie wchodzi w kontakt z kąpielą metalową, w związku z czym nie jest pokryta wykładziną ogniotrwałą. Zgodnie z przykładem wykonania elementy wykładzinowe 4 przyłączone są do obudowy 2 zanim element chłodzący zostanie zainstalowany w piecu. Taki sposób postępowania przyspiesza proces instalacji, gdy w konstrukcji wsporczej pieca instalowany jest już kompletnie zmontowany element. Element chłodzący może być również zainstalowany w piecu w ten sposób, że najpierw w konstrukcji pieca montowana jest obudowa, a następnie elementy wykładzinowe przyłączane są do niej. Patrząc w kierunku głębokości elementy wykładzinowe 4 elementu chłodzącego sięgają na zewnątrz obudowy 2. Co więcej, elementy wykładzinowe 4 pokrywają całą powierzchnię 8 obudowy, która wchodzi w kontakt z kąpielą metalową. Zatem, powoduje to zwiększenie efektu izolacji a miedziana powierzchnia obudowy nie wchodzi w bezpośredni kontakt z kąpielą metalową. Oddzielne elementy chłodzące są połączone wzdłuż złącza 11 usytuowanego w elementach, co oznacza, że gdy istnieje taka potrzeba, można stworzyć konstrukcję o szerokości równej całej ścianie pieca. Gdy oddzielne elementy chłodzące są połączone razem, odpowiednio do kształtu złącza 11 wykonywany jest pomocniczy rowek 12, odpowiadający kształtowi wspornikowej krawędzi 6 elementu wykładzinowego. Zatem, szew między elementami chłodzącymi jest korzystnie pokryty poprzez pomocnicze elementy wykładzinowe 13. Po zamocowaniu połączonych wzajemnie oddzielnych elementów chłodzących, usytuowane najwyżej elementy chłodzące 14 są umieszczone, w pionowych rowkach 5. Mogą one być również zainstalowane w miejscu przeznaczenia już we wcześniejszej fazie montażu.

Dla fachowca w tej dziedzinie techniki oczywisty jest fakt, że różne, korzystne przykłady wykonania wynalazku nie są ograniczone do tych, które zostały opisane powyżej, ale mieszczą się w zakresie ochrony określonym w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Claims (12)

1. Element chłodzący stosowany w konstrukcji pieca wykorzystywanego w procesach metalurgicznych, takiego jak płomieniowy piec do wytapiania, wielki piec, piec elektryczny lub inne piece metalurgiczne, przy czym element chłodzący posiada jednoczęściową, miedzianą obudowę, w której to obudowie wykonany jest układ kanałów tworzący układ obiegu medium chłodzącego, a poza tym elementy wykładzinowe wykonane z materiału ogniotrwałego, przy czym obudowa i element wykładzinowy zawiera środki służące do ich wzajemnego połączenia, znamienny tym, że w powierzchni (8) obudowy (2) znajdują się pionowe rowki (5) do mocowania elementów wykładzinowych (4) a element wykładzinowy (4) posiada krawędź wspornikową (6), którą mocuje się w rowkach (5) wykonanych w obudowie (2), przy czym element wykładzinowy (4) może przemieszczać się w kierunku pionowym względem obudowy (2).

PL 199 946 B1

2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że rowki (5) w obudowie (2) zwężają się w kierunku od dna (7) do powierzchni (8) obudowy.

3. Element według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ż e szerokość dna (7) rowka (5) wynosi zasadniczo 55 - 100 mm.

4. Element według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że szerokość wylotu (9) rowka (5) wynosi zasadniczo 50 - 95 mm.

5. Element według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że głębokość rowka (5) wynosi zasadniczo 30 - 60 mm.

6. Element wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e dolna część (10) obudowy (2) jest zwężona w kierunku do doł u.

7. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy wykładzinowe (4) sięgają w kierunku głębokości elementu chłodzącego poza obudowę (2).

8. Element według zastrz. 1, znamienny tym, ż e posiada złącze (11) do wzdł u ż nego łączenia z innymi elementami chłodzą cymi (1).

9. Sposób montażu elementu chłodzącego, znamienny tym, że element chłodzą cy (1) umieszcza się w piecu w taki sposób, że rowki (5) są usytuowane pionowo, zaś elementy wykładzinowe (4) łączy się z obudową (2) elementu chłodzącego w ten sposób, że osadza się je w pionowych rowkach (5) na całej ich szerokości tak, aby jeden element wykładzinowy (4) usytuowany był na górnej powierzchni drugiego elementu, przy czym elementy wykładzinowe (4) umieszcza się w obudowie (2) tak, aby pokrywały całkowicie powierzchnię (8) obudowy, która wchodzi w kontakt z kąpielą metalową.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że elementy wykładzinowe (4) łączy się z obudową (2) zanim element chłodzący (1) zostanie zainstalowany w piecu.

11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że elementy wykładzinowe (4) łączy się z obudową (2) po zainstalowaniu elementu chłodzącego (1) w piecu.

12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że przy łączeniu co najmniej dwóch elementów chłodzących (1) elementy wykładzinowe (4) umieszcza się w kierunku pionowym, w pomocniczym rowku (12) powstałym przy złączu (11).