RU2021571C1

RU2021571C1 - Electric furnace dome section

Info

Publication number: RU2021571C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Барсуков
Original assignee: Российский концерн "Норильский никель"; Институт "Гипроникель"
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: dome section has cooled member with flame side covered with protective material. Dome section is characterized in that protective material is made multilayer, with heat-conduction coefficient increasing in the direction of working space. All members of the section are interconnected. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкции секции свода электрических печей, и может быть использовано в других печах металлургии и химической промышленности, где стойкость свода неудовлетворительна. The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the design of the section of the arch of electric furnaces, and can be used in other furnaces of metallurgy and the chemical industry, where the durability of the arch is unsatisfactory.

Известны изобретения, в которых, с целью безаварийной и безопасной работы, предлагаются конструктивные решения охлаждаемых секций свода печей. Предлагаемые решения не позволяют увеличить срок работы секций и тем самым снизить эксплуатационные затраты на свод и всю печь. Known inventions in which, with the goal of trouble-free and safe operation, structural solutions of cooled sections of the roof of the furnace are proposed. The proposed solutions do not allow to increase the life of the sections and thereby reduce operating costs for the arch and the entire furnace.

Наиболее близким к заявляемому является секция свода электродуговой печи, включающая металлический охлаждаемый корпус, защищенный с огневой рабочей стороны огнеупорной обмазкой. Если на огневой поверхности секции имеется слой защитного материала, вероятность разрушения элемента практически исключается вследствие снижения уровня теплового воздействия на элемент. Основной причиной неустойчивой работы секции является отслоение и разрушение защитного слоя материала вследствие большого температурного градиента между холодным материалом секции и теплозащитным материалом. Closest to the claimed is a section of the arch of the electric arc furnace, including a metal cooled case, protected on the fire side by a refractory coating. If there is a layer of protective material on the fire surface of the section, the probability of destruction of the element is practically eliminated due to a decrease in the level of thermal effect on the element. The main reason for the unstable operation of the section is the delamination and destruction of the protective layer of the material due to the large temperature gradient between the cold material of the section and the heat-shielding material.

Испытания секции свода с нанесенной на огневую поверхность огнеупорно обмазкой показали, что разрушение слоя защитного материала происходит вследствие его отслоения и обрушения. Отслоение защитного материала от секции свода происходит через 15-30 дней. Разрушение защитного материала обусловливает увеличение уровня теплового воздействия на секцию свода и прогар стенки охлаждаемой секции свода. Выход из строя секции свода обусловливает остановку печи для замены секции. Разрушение защитного огнеупорного слоя, если даже не произошел прогар стенки охлаждаемого элемента, приводит к возрастанию теплопотерь через свод, что увеличивает энергозатраты и соответственно эксплуатационные затраты. Tests of the vault section with a refractory coating applied to the fire surface showed that the destruction of the protective material layer occurs due to its delamination and collapse. Detachment of the protective material from the arch section occurs after 15-30 days. The destruction of the protective material leads to an increase in the level of thermal effect on the arch section and burnout of the wall of the cooled arch section. The failure of the vault section causes the furnace to stop to replace the section. The destruction of the protective refractory layer, even if there was no burnout of the wall of the cooled element, leads to an increase in heat loss through the arch, which increases energy consumption and, accordingly, operating costs.

Сущность данного решения заключается в том, что свод электропечи включает охлаждаемый элемент с защитным материалом на его огневой стороне, при этом охлаждаемый элемент выполнен из цельного листа и теплоотводящими каналами с нерабочей стороны, защитный материал выполнен многослойным с увеличивающимся в сторону рабочего пространства коэффициентом теплопроводности, а все элементы секции связаны между собой. The essence of this solution is that the electric furnace includes a cooled element with a protective material on its fire side, while the cooled element is made of a solid sheet and heat-removing channels on the non-working side, the protective material is multilayer with a thermal conductivity increasing towards the working space, and all elements of the section are interconnected.

Площадь тепловоспринимающей поверхности охлаждаемого элемента секции свода составляет F = 0,44-4,6 площади сечения электрода. The heat-absorbing surface area of the cooled element of the arch section is F = 0.44-4.6 of the electrode cross-sectional area.

Предлагаемая конструкция свода обеспечивает минимальные теплопотери со свода, его высокую стойкость, герметичность и допускает возможность резких перепадов температур при пусках и остановках печи без нарушения режима работы. The proposed design of the vault provides minimal heat loss from the vault, its high resistance, tightness and allows the possibility of sharp temperature changes during starts and stops of the furnace without violating the operating mode.

Расположение на внешней нерабочей стороне цельного листа охлаждаемого элемента теплоотводящих каналов позволяет упростить конструкцию охлаждаемого элемента и организовать гарантированную теплозащиту огневой стороны листа секции. Обязательным условием выполнения теплоотводящих каналов на нерабочей стороне листа секции или элемента секции является цельность листа охлаждаемой секции. Под цельностью понимается, что размеры листа получены в результате прокатки и не допускается сварка его отделных частей в единое целое. Теплоотводящие каналы могут быть любой формы (треугольной, полукруглой), а общая длина канала на одной секции определяется уровнем тепловой нагрузки. The location on the outside non-working side of the whole sheet of the cooled element of the heat-removing channels allows to simplify the design of the cooled element and to organize the guaranteed thermal protection of the fire side of the sheet section. A prerequisite for the implementation of the heat-removing channels on the non-working side of the sheet of the section or element of the section is the integrity of the sheet of the cooled section. Integrity means that the dimensions of the sheet are obtained as a result of rolling and welding of its parts into a single unit is not allowed. The heat-removing channels can be of any shape (triangular, semicircular), and the total length of the channel in one section is determined by the level of heat load.

Огневая - рабочая сторона листа секции защищается теплозащитным материалом. Слои защитного материала скреплены между собой и охлаждаемым элементом не менее, чем тремя резьбовыми соединениями. При этом для присоединения слоев защитного материала к охлаждаемому элементу, в защитный материал с более высоким коэффициентом теплопроводности на глубину 40-50% толщины полосы встроены металлические подвески. Теплопроводность полосы, находящейся в контакте с огневой рабочей атмосферой печи, составляет λ = =0,5-2,0 Вт/м ˙ ^оС, и в ней также расположен фиксирующий резьбовое соединение стержень диаметром 4-8 мм. При использовании стержней диаметром более или равным 6 мм они и головки металлических подвесок покрываются выгорающей обмазкой, а вертикальные части подвесок обклеивются выгорающей бумагой.Fire - the working side of the section sheet is protected by heat-shielding material. The layers of protective material are bonded to each other and the cooled element by at least three threaded connections. At the same time, metal suspensions are embedded in the protective material with a higher thermal conductivity to a depth of 40-50% of the strip thickness to attach layers of protective material to the cooled element. The thermal conductivity of the strip in contact with the firing working atmosphere of the furnace is λ = 0.5-2.0 W / m ˙ ^о С, and a rod with a diameter of 4-8 mm fixing a threaded connection is also located in it. When using rods with a diameter greater than or equal to 6 mm, they and the heads of metal pendants are covered with a burnable coating, and the vertical parts of the pendants are glued with burnable paper.

Теплопроводность материала, контактирующего с поверхностью охлаждаемого элемента составляет λ = 0,05-0,3 Вт/м ˙ ^оС. Толщина полосы низкотеплопроводного материала составляет 10-30% от величины полосы более теплопроводного материала.The thermal conductivity of the material in contact with the surface of the cooled element is λ = 0.05-0.3 W / m ˙ ^о С. The thickness of the strip of low-heat-conducting material is 10-30% of the bandwidth of a more heat-conducting material.

Площадь тепловоспринимающей поверхности охлаждаемого элемента определяется уровнем тепловой нагрузки, действующей на охлаждаемую поверхность. Площадь поверхности F = 4,6 Fэл отвечает уровню теплового потока в q = 2,0-4,0 кВт/м². Нижний предел площади F = 0,44 Fэл отвечает уровню теплового потока q = 50-75 кВт/м². Увеличение площади сечения F > 4,6 Fэл приводит к повышению температуры воды на выходе из элемента до уровня 45-55^оС, при котором наблюдается интенсивное отложение солей и гидроксидов на стенке элемента, что приводит к снижению интенсивности охлаждения и его прогару. Уменьшение площади элемента F < 0,44 Fэл. усложняет конструкцию свода.The heat-absorbing surface area of the cooled element is determined by the level of thermal load acting on the cooled surface. The surface area F = 4.6 Fel corresponds to the level of heat flux in q = 2.0-4.0 kW / m ² . The lower limit of the area F = 0.44 Fel corresponds to the level of heat flux q = 50-75 kW / m ² . Increasing the cross-sectional area F> 4,6 Fel leads to an increase in water temperature at the outlet of the element to the level of 45-55 ^{° C,} in which there is an intense accumulation of salts and hydroxides on the wall element, which leads to a decrease in the intensity of cooling and burnout. The decrease in the area of the element F <0.44 Fel. complicates the design of the arch.

Наряду с этим конструкция секций свода рассчитана на работу от взрывобезопасной системы охлаждения. Сам охлаждаемый элемент состоит из цельного огневого листа и каналов для прохода теплоносителя, расположенного с нерабочей (холодной стороны). Для обеспечения электроизоляции охлаждаемые элементы с внешней стороны могут заливаться легким бетоном. Along with this, the design of the sections of the arch is designed to work from an explosion-proof cooling system. The cooled element itself consists of a solid fire sheet and channels for the passage of the coolant located on the non-working (cold side). To ensure electrical insulation, cooled elements from the outside can be poured with lightweight concrete.

На чертеже изображен разрез секции свода электропечи. The drawing shows a sectional section of the arch of the electric furnace.

Секция представляет собой цельный лист 1 с теплоотводящими каналами 2 на нерабочей стороне. Каналы 2 закрыты с внешней стороны бетоном 3. К рабочей стороне листа 1 примыкают полосы 4 и 5, выполненные из материалов с увеличивающимся в сторону рабочего пространства коэффициентом теплопроводности. В полосе 5 размещены горизонтально стержень 6, фиксирующий резьбовое соединение 7, включающее металлическую подвеску 8 с гайками 9. The section is a solid sheet 1 with heat sink channels 2 on the non-working side. Channels 2 are closed on the outside by concrete 3. Strips 4 and 5, made of materials with a thermal conductivity increasing towards the working space, are adjacent to the working side of sheet 1. In the strip 5, the rod 6 is horizontally placed, fixing the threaded connection 7, including a metal suspension 8 with nuts 9.

Пример осуществления
Определение эксплуатационных характеристик охлаждаемых элементов свода проводили на ЭПО N 6 комбината ГМК "Печенганикель". Секции свода электропечи были установлены между электродом и газоходом в наиболее теплонапряженной части свода печи. Предварительно была изготовлена полоса 5 из жаропрочного бетона, в которую на глубину 50% от ее толщины (δ = 120 мм) устанавливалась металлическая подвеска 8 и стержень 6 диаметром 6 мм. Подвеска 8 предварительно покрывалась слоем 1,0-2,0 мм легковыгорающей обмазки. Вертикальные стойки подвески 8 были покрыты 2 слоями крафтбумаги. Между охлаждаемым листом 1 и полосой 5 из жаропрочного бетона помещена теплозащитная полоса 4 толщиной 20 мм из асбестовой прокладки. Готовые полосы крепились к охлаждаемому листу 1 резьбовыми соединениями 7. Сверху на охлаждаемый элемент 1 устанавливались теплоотводящие каналы 6 и заливались легким бетоном 3. Блоки других размеров проверялись на карбидной печи Усольского объединения "Химпром". Опытно-промышленная проверка охлаждаемых элементов показала, что предложенная конструкция исключает растрескивание и разрушение блоков. Слой теплозащитного материала обеспечил равномерность температурного поля блоков из жаропрочного бетона. Охлаждаемый элемент 1 имел водяное охлаждение.Implementation example
The operational characteristics of the cooled elements of the arch were determined at EPO N 6 of the Pechenganickel mining and metallurgical complex. The sections of the furnace roof were installed between the electrode and the gas duct in the most heat-stressed part of the furnace roof. A strip 5 was previously made of heat-resistant concrete, into which a metal pendant 8 and a rod 6 with a diameter of 6 mm were installed to a depth of 50% of its thickness (δ = 120 mm). Suspension 8 was pre-coated with a layer of 1.0-2.0 mm easy-to-use coating. The vertical struts of the suspension 8 were covered with 2 layers of kraft paper. Between the cooled sheet 1 and strip 5 of heat-resistant concrete, a heat-protective strip 4 of a thickness of 20 mm from an asbestos gasket is placed. Finished strips were attached to the cooled sheet 1 by threaded connections 7. Heat-conducting channels 6 were installed on top of the cooled element 1 and poured with lightweight concrete 3. Blocks of other sizes were checked on the carbide furnace of the Uspol Khimprom Association. A pilot industrial test of the cooled elements showed that the proposed design eliminates cracking and destruction of the blocks. A layer of heat-shielding material ensured uniformity of the temperature field of heat-resistant concrete blocks. The cooled element 1 had water cooling.

К настоящему времени охлаждаемые элементы находятся в опытной проверке 3 года. В обычных условиях секции свода в электропечах приходились менять 1 раз в месяц. Теплопотери со свода указанной конструкции находятся на уровне теплопотерь с огнеупорного свода и в 6-10 раз меньше, чем с охлаждаемого. To date, the cooled elements have been in pilot testing for 3 years. Under normal conditions, sections of the roof in electric furnaces had to be changed once a month. Heat losses from the arch of the indicated design are at the level of heat losses from the refractory arch and are 6-10 times less than from the cooled one.

Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что предлагаемая конструкция обеспечивает снижение эксплуатационных затрат вследствие высокой работоспособности и снижение энергозатрат. The pilot tests showed that the proposed design provides a reduction in operating costs due to high performance and lower energy costs.

Claims

1. SECTION OF REDUCING ELECTRIC FURNACE WITH ELECTRODES, comprising a cooled element with a protective coating on its fire side, characterized in that the cooled element is made of a seamless rolled sheet and with heat-removing channels on the non-working side, while the protective coating is multilayer with a coefficient increasing towards the working space thermal conductivity, and all elements of the section are interconnected.

2. Section according to claim 1, characterized in that the area of the heat-absorbing surface of the cooled element is 0.44 - 4.6 of the cross-sectional area of the electrode.