RU2020169C1

RU2020169C1 - Method for cooling walls of metallurgical furnaces

Info

Publication number: RU2020169C1
Authority: RU
Inventors: М.А. Белявский; В.С. Коган; Б.И. Равданис; В.Б. Серебренников; В.Г. Юшин
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: furnace cooling systems, mainly, for pool melt. SUBSTANCE: method includes supply of cooling liquid to jacket sections with working flow rate and pressure from distributing header. To increase campaign of furnace, main supply of cooling liquid to jacket with working parameters is cut, and supply of cooling liquid to each overheated jacket from additional source is increased by 2-5 times with head exceeding the working head by 1.4-2.3 times, and after restoration of temperature conditions, the flows of cooling liquid are changed over to initial working conditions. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургическим плавильным печам, в частности к системам охлаждения печей, преимущественно для плавки в жидкой ванне. The invention relates to metallurgical smelting furnaces, in particular to cooling systems of furnaces, mainly for melting in a liquid bath.

Известен способ охлаждения металлургических печей путем подачи в секции кессонов охлаждающей жидкости с рабочим расходом и напором. There is a known method of cooling metallurgical furnaces by supplying coolant with a working flow and pressure to the caisson section.

Затем нагревающуюся жидкость собирают и отводят в холодильник. Then the heating liquid is collected and taken to the refrigerator.

Недостатком известного способа является то, что при перегреве и запаривании каких-либо единичных кессонов или их секций увеличение подачи охлаждающей жидкости из распределительного источника не позволяет направленно распределять основной поток в аварийный кессон и восстановить температурный режим. The disadvantage of this method is that when overheating and steaming any single caissons or their sections, an increase in the supply of coolant from a distribution source does not allow the directional distribution of the main flow into the emergency caisson and restore the temperature regime.

Целью изобретения является увеличение кампании печи, предотвращение локального перегрева и запаривания отдельных кессонов. The aim of the invention is to increase the campaign of the furnace, preventing local overheating and steaming of individual caissons.

Поставленная цель достигается тем, что основную подачу в кессон охлаждающей жидкости с рабочими параметрами перекрывают и в каждый перегретый кессон от дополнительного источника увеличивают в 2-5 раз подачу жидкости с напором в 1,4 - 2,3 раза выше рабочего, а после восстановления температурного режима потоки охлаждающей жидкости переключают на первоначальный режим. This goal is achieved by the fact that the main supply of cooling fluid to the caisson with operating parameters is shut off and each superheated caisson from an additional source increases 2-5 times the flow of fluid with a pressure 1.4 to 2.3 times higher than the working one, and after the temperature has been restored coolant flows switch to the initial mode.

На чертеже приводится схема охлаждения стенок печей от рабочего распределительного коллектора при нормальных рабочих температурах; от дополнительного коллектора с увеличенным в 2-5 раз расходов охлаждающей жидкости при перегреве кессона. The drawing shows a diagram of the cooling of the walls of the furnaces from the working distribution manifold at normal operating temperatures; from an additional collector with a 2-5 times increase in coolant flow during overheating of the caisson.

В системе охлаждения металлургической печи 1, имеющей стенку, состоящую из кессонов 2, соединенных между собой трубопроводами 3, забор охлажденной жидкости осуществляется из холодильника 4. In the cooling system of the metallurgical furnace 1, having a wall consisting of caissons 2, interconnected by pipelines 3, the intake of the cooled liquid is carried out from the refrigerator 4.

При существующем способе охлаждения (фиг.1а) с рабочими параметрами из холодильника 4 насосом 5 подается жидкость в распределительный коллектор 6, из которого по трубопроводам 7 жидкость подается в нижний кессон 2 и, пройдя последовательно всю секцию кессонов, нагревается и по трубопроводам 8 поступает в сборный коллектор 9, из которого самотеком или в замкнутом контуре 10 подается для охлаждения в холодильник 4. With the existing cooling method (Fig. 1a) with operating parameters, liquid 5 is pumped from the refrigerator 4 to the distribution manifold 6, from which liquid is supplied through the pipelines 7 to the lower caisson 2 and, having passed the entire section of the caissons in series, is heated and piped to 8 prefabricated collector 9, from which by gravity or in a closed circuit 10 is supplied for cooling to the refrigerator 4.

В случае небольшого локального перенагрева части секций кессонов возможна регулировка подачи в кессоны охлаждающей жидкости задвижками 11, но в небольших пределах. In the case of a small local overheating of part of the caisson sections, it is possible to adjust the flow of coolant into the caissons with valves 11, but within small limits.

Главное воздействие на тепловой режим в печи в случае перегрева осуществляется изменением подачи шихты и кислорода, что существенно влияет на стабильность процесса и производительность печи. Однако такой путь приводит к разрегулированию технологического процесса плавки. The main effect on the thermal regime in the furnace in case of overheating is carried out by changing the supply of the charge and oxygen, which significantly affects the stability of the process and the productivity of the furnace. However, this path leads to the deregulation of the melting process.

Существенно влияет на предотвращение локального перегрева секций кессонов увеличение скорости охлаждающей жидкости внутри кессона в 2-5 раза, а следовательно, и расходы жидкости. Significantly to prevent local overheating of the caisson sections, an increase in the speed of the coolant inside the caisson is 2-5 times, and, consequently, the flow rate of the liquid.

Выбор параметров обусловлен тем, что увеличение расхода примерно пропорционально корню квадратному из увеличенного напора жидкости. The choice of parameters is due to the fact that the increase in flow rate is approximately proportional to the square root of the increased fluid pressure.

Нижний предел параметров определяется из условия, что меньше 2-кратного увеличения скорости и подачи жидкости не окажет существенного быстрого влияния на внешний температурный режим стенок печи, в этом случае напор увеличивается 1,2 - 1,41 раза. The lower limit of the parameters is determined from the condition that less than a 2-fold increase in speed and fluid supply will not have a significant rapid effect on the external temperature of the furnace walls, in this case the pressure increases 1.2 - 1.41 times.

Верхний предел параметров связан с тем, что при 5-кратном увеличении расхода напор увеличивается примерно в 2,25-2,3 раза, что приближается к пределу запаса прочности стенок кессона 2,5 - 3 раза. The upper limit of the parameters is due to the fact that with a 5-fold increase in flow, the pressure increases by about 2.25-2.3 times, which approaches the limit of the margin of safety of the walls of the caisson 2.5-3 times.

Если увеличивать подачу охлаждающей жидкости по всей системе в 2-5 раз, такая система будет энергоемкой, а с другой стороны, предотвращая перегрев одной части кессонов, более интенсивно будет охлаждаться другая часть, что приведет к излишним потерям тепла в агрегате. If you increase the supply of coolant throughout the system by 2-5 times, such a system will be energy-intensive, and on the other hand, preventing overheating of one part of the caissons, the other part will be more intensively cooled, which will lead to excessive heat loss in the unit.

Локальный перегрев происходит не более чем в 20% кессонов, поэтому для предотвращения перегрева, согласно изобретению, поступают следующим образом. Local overheating occurs in no more than 20% of the caissons, therefore, to prevent overheating, according to the invention, proceed as follows.

Нормальное охладжение осуществляют как указано. Normal cooling is carried out as indicated.

Для отдельных перегретых кессонов перекрывают подачу охлаждающей жидкости с рабочими параметрами из распределительного коллектора 6 и подают в эти кессоны от дополнительного коллектора увеличенное в 2-5 раз количество охлаждающей жидкости с напором в 1,4 - 2,3 выше номинального рабочего (фиг. 1б). For individual superheated caissons, the coolant supply with operating parameters from the distribution manifold 6 is shut off and the quantity of coolant with a pressure of 1.4 - 2.3 higher than the nominal working pressure increased by 2-5 times from the additional manifold is supplied to these caissons (Fig. 1b) .

Реализация указанного режима осуществляется путем подачи увеличенного расхода жидкости в перегретый кессон 2 от дополнительного насоса 12 через дополнительный коллектор 13, трубопровод 14 с переключателем 15 при открытии задвижки 16. The implementation of this mode is carried out by supplying an increased flow rate of the liquid to the superheated caisson 2 from the additional pump 12 through the additional manifold 13, pipe 14 with switch 15 when the valve 16 is opened.

После восстановления температурного режима дополнительные источники отключают и переходят на рабочий режим. After the temperature regime is restored, additional sources are turned off and switched to the operating mode.

Преимущества предложенного способа вытекают из следующих соображений. The advantages of the proposed method arise from the following considerations.

Количество тепла, передаваемое от стенки кессона к протекающей по нему жидкости, определяется как
Q = α˙F˙ (t_ст - t_f) (1) где Q - количество тепла;
α - коэффициент теплоотдачи;
F - поверхность стенке кессона;
t_ст - температура стенки кессона;
t_f - температура жидкости.The amount of heat transferred from the caisson wall to the fluid flowing through it is defined as
Q = α˙F˙ (t _article - t _f ) (1) where Q is the amount of heat;
α is the heat transfer coefficient;
F is the surface of the caisson wall;
t _article - wall temperature of the caisson;
t _f is the temperature of the liquid.

При напорном движении жидкости и при неизменном направлении теплового потока (от стенки к жидкости, что имеет место в рассматриваемом случае, значение коэффициента теплоотдачи
α =

, (2) где Nu - критерий Нуссельта;
λ - коэффициент теплопроводности;
d - приведенный диаметр отверстия кессона.With the pressure movement of the liquid and with the direction of the heat flow unchanged (from the wall to the liquid, which takes place in the case under consideration, the value of the heat transfer coefficient
α =

, (2) where Nu is the Nusselt criterion;
λ is the coefficient of thermal conductivity;
d is the reduced hole diameter of the caisson.

Таким образом, коэффициент теплопередачи α - практически прямопропорционален критерию
N_uf= 0,021R $\binom{0}{f}$ ^,8P

(3) где R_uf - число Рейнольдса для протекающей жидкости;
P_rt - критерий Прандтля при температуре жидкости;
P _r _ω - критерий Прандтля при температуре стенки.Thus, the heat transfer coefficient α - is almost directly proportional to the criterion
N _uf = 0,021R

\binom{0}{f}

^{, 8} P

(3) where R _uf is the Reynolds number for the flowing fluid;
P _rt - Prandtl test at liquid temperature;
P _r _ω is the Prandtl criterion at wall temperature.

В формуле (3) отношение

учитывает изменение направления теплового потока в пограничном слое. Поскольку это направление постоянно (от кессона к жидкости), то величина критерия практически будет величиной постоянной.In the formula (3), the ratio

takes into account the change in the direction of the heat flux in the boundary layer. Since this direction is constant (from the caisson to the liquid), the value of the criterion will practically be a constant value.

С учетом изложенного из формулы (3) следует, что при турбулентном режиме теплоотдача в наибольшей степени зависит от скорости течения жидкости, т.к. критерий Рейнольдса при прочих равных условиях изменяется прямо пропорционально изменению скорости течения жидкости
R_c=

(4) где ω - скорость течения жидкости
ν - коэф. кинемат. вязкости.In view of the above, it follows from formula (3) that, in a turbulent regime, heat transfer to the greatest extent depends on the fluid flow rate, since The Reynolds criterion, ceteris paribus, varies in direct proportion to the change in the fluid flow rate
R _c =

(4) where ω is the fluid flow rate
ν - coefficient. Kinemat. viscosity.

Отсюда вытекает (и полностью корреспондируется с (3)), что количество тепла, отводимое от стенки кессона, увеличивается в прямой пропорции с увеличением скорости течения жидкости в кессоне, т.е. в 2⁰⁸- 5^0,8 или 1,74-3,62 раза. Это приведет к снижению температуры стенке кессона, увеличению толщины гарниссажа и к уменьшению "теплоотъема от расплава к телу кессона, а следовательно, и снижению его температуры.It follows (and fully corresponds with (3)) that the amount of heat removed from the wall of the caisson increases in direct proportion with an increase in the rate of fluid flow in the caisson, i.e. 2 ⁰⁸ - 5 ^0.8 or 1.74-3.62 times. This will lead to a decrease in the temperature of the caisson wall, an increase in the thickness of the skull and to a decrease in "heat removal from the melt to the caisson body, and, consequently, a decrease in its temperature.

Таково физическое обоснование целесообразности увеличенной подачи охлаждающей жидкости при перегреве кессонов, что приводит к оптимизации температурного режима, к защите кессонов и увеличению компании печи. This is the physical justification for the expediency of an increased supply of coolant during overheating of the caissons, which leads to optimization of the temperature regime, to protection of the caissons and to an increase in the furnace company.

Следует отметить, что фактические значения расхода и напора насосов могут отличаться от рекомендуемых значений увеличения расхода в 2-5 раз и напора в 1,4 - 2,3 раза на 10-15%, т.к. это связано с подбором насосов из типоряда со своими показателями, а также с тем, что у центробежных насосов криволинейная характеристика взаимозависимости расход-напор. It should be noted that the actual values of the flow rate and pressure of the pumps may differ from the recommended values of the increase in flow rate by 2-5 times and the pressure by 1.4 - 2.3 times by 10-15%, because this is due to the selection of pumps from the range with their own indicators, as well as to the fact that centrifugal pumps have a curvilinear characteristic of the dependence of the flow-pressure ratio.

Для рекомендуемых граничных значений реализации способа расчетные данные параметров и подобранное оборудование представлено в таблице (на примере одного из действующих комбинатов). For the recommended boundary values of the implementation of the method, the calculated parameters and selected equipment are presented in the table (for example, one of the existing plants).

Таким образом, очевидно значительное сокращение расхода охлаждающей жидкости и затрат электроэнергии. Thus, a significant reduction in coolant consumption and energy costs is evident.

Claims

METHOD FOR COOLING WALLS OF METALLURGICAL FURNACES, including the supply of cooling liquid to the caisson sections with a working flow and pressure, characterized in that, in order to increase the furnace campaign and prevent local overheating, when the individual caissons overheat, the supply of coolant with operating parameters to them is stopped and in each superheated caisson from an additional source serves coolant in an amount 2 to 5 times the amount of coolant, with a working flow at a pressure of 1.14 - 2.3 times em working head, and after the recovery temperature coolant is supplied with the operating parameters.