RU2064504C1

RU2064504C1 - Design of cooled stack of blast furnace

Info

Publication number: RU2064504C1
Application number: RU94030158A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Зайцев; Олег Владимирович Филипьев
Original assignee: Частное предприятие "Домна-92"
Priority date: 1994-08-15
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1996-07-27
Also published as: RU94030158A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: structure of stack cooling system is made in form of large-block reinforced concrete panels and thick-walled cooled pipes whose length equals cooled height of stack with combined inlet and outlets of cooling medium two sliding supports which fix the pipe position. Distance between axes of pipes equals 1.8-2.2 of the external diameter of cooling pipe, and thickness of concrete layer equals 2.5-3.5 of the external diameter of cooling pipe. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к конструкции охлаждаемых элементов шахты доменных печей. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular, to the construction of cooled elements of the mine blast furnaces.

Известен ряд конструкций охлаждаемых элементов шахты доменной печи, выполненных из стальных толстостенных труб с межтрубным пространством, заполненным огнеупорным бетоном. A number of designs of cooled elements of a mine shaft of a blast furnace are known, made of thick-walled steel pipes with annular space filled with refractory concrete.

Известна трубчатая система охлаждения шахты, в которой охлаждаемые стальные толстостенные трубы монтируются на отдельных царгах кожуха, бетонируются и в готовом виде устанавливаются на доменной печи при ее строительстве и ремонте. Known tubular cooling system of the mine, in which cooled steel thick-walled pipes are mounted on separate casing sections, concreted and ready-made installed on a blast furnace during its construction and repair.

Достоинством данного изобретения является изготовление крупноблочных бетонированных панелей до их установки на печь, в стороне на специальной монтажной площадке. Благодаря этому изготовление панелей производится в комфортных условиях, без обычной спешки. Кроме того, сокращается на несколько суток монтаж или ремонт доменной печи. The advantage of this invention is the manufacture of large-block concrete panels before they are installed on the furnace, aside on a special installation site. Thanks to this, the manufacture of panels is carried out in comfortable conditions, without the usual rush. In addition, the installation or repair of a blast furnace is reduced by several days.

Однако, в этой конструкции остался крупный недостаток: наличие в охлаждаемых скобах термомеханических напряжений от различия температур скоб и кожуха печи. Как показывают расчеты, величина этих напряжений приводит к пластическим деформациям скоб, а периодический нагрев холодильников к усталостному разрушению. However, a major drawback remained in this design: the presence of thermomechanical stresses in the cooled brackets from the temperature differences between the brackets and the furnace casing. As calculations show, the magnitude of these stresses leads to plastic deformations of the brackets, and the periodic heating of refrigerators leads to fatigue failure.

Действительно, в течении суток происходит несколько изменений температурного режима за счет особенностей хода плавки и периодического оползания гарнисажа. Indeed, during the day there are several changes in the temperature regime due to the peculiarities of the melting course and the periodic sliding of the skull.

Таким образом в течение кампании печи происходит несколько тысяч теплосмен, что приводит к разрушению труб и течи воды в печь. Thus, several thousand heat exchanges occur during the campaign of the furnace, which leads to the destruction of pipes and water leakage into the furnace.

С целью устранения этого недостатка предложено охлаждаемые элементы шахты выполнить из прямоугольных водоохлаждаемых труб, длина которых равна охлаждаемой высоте шахты. Внутри этих труб расположены опускные трубы (по типу "труба в трубе"). In order to eliminate this drawback, it is proposed that the cooled elements of the mine be made of rectangular water-cooled pipes, the length of which is equal to the cooled height of the mine. Inside these pipes there are downpipes (of the "pipe in pipe" type).

Прямоугольная труба имеет один выход наружу в верхний охлаждаемой части шахты. Снизу эта труба заглушена. Внутренняя (опускная) труба проходит через кожух печи в том же месте, что и прямоугольная подъемная труба. Таким образом вся система труб при нагреве имеет возможность свободно расширятся без возникновения термомеханических напряжений. (см. а.с. N 222410, C 21 B 7/06, 1978)
Это изобретение взято за прототип.A rectangular pipe has one outlet to the upper cooled part of the shaft. From below, this pipe is plugged. The inner (lowering) pipe passes through the casing of the furnace in the same place as the rectangular lifting pipe. Thus, the entire pipe system, when heated, can expand freely without the occurrence of thermomechanical stresses. (see A.S. N 222410, C 21 B 7/06, 1978)
This invention is taken as a prototype.

Данное изобретение имеет ряд недостатков:
1. Панели изготавливаются из прямоугольных труб. В настоящее время прямоугольные трубы на Украине не изготавливаются и для их получения требуется специальный заказ.This invention has several disadvantages:
1. The panels are made of rectangular pipes. Currently, rectangular pipes are not manufactured in Ukraine and a special order is required to receive them.

2. Ошиповка труб для лучшего удерживания карборундовой или какой-либо другой обмазки со стороны рабочего пространства печи является излишней, так как не обеспечивает сохранности обмазки. Опыт работы доменных печей с бетонированными охлаждаемыми конструкциями показал, что независимо от состава бетонной массы и ее крепления, бетон разрушается до охлаждаемых труб. 2. Pipe studding for better retention of carborundum or any other coating on the side of the furnace working space is unnecessary, since it does not ensure the safety of the coating. The experience of blast furnaces with concrete refrigerated structures showed that regardless of the composition of the concrete mass and its fastening, concrete is destroyed to cooled pipes.

3. Коллектор для сбора пароводяной смеси в верхней части трубы прямоугольного сечения усложняет конструкцию и ослабляет ее из-за сложностей "Т"- образной формы. 3. The collector for collecting the steam-water mixture in the upper part of the pipe of rectangular cross section complicates the design and weakens it due to the complexity of the “T” -shaped shape.

4. Трубы no высоте печи крепятся к кожуху неохлаждаемыми стальными планками. Эти планки расположены со стороны рабочего пространства, быстро выйдут из строя, отойдут от проектного положения и перестанут защищать кожух печи. 4. Pipes no furnace height are attached to the casing by uncooled steel strips. These slats are located on the side of the working space, will quickly fail, move away from the design position and stop protecting the furnace casing.

5. Опускные трубы приняты также прямоугольного сечения. 5. The downpipes are also rectangular.

6. Сосредоточение нескольких отверстий для ввода прямоугольных труб вместе (впритык одно к другому) сильно ослабляет кожух шахты и является опасным. 6. The concentration of several openings for introducing rectangular pipes together (close to one another) greatly weakens the casing of the shaft and is dangerous.

Кроме того, в указанном изобретении не указаны оптимальные конструктивные размеры, а именно размеры прямоугольных труб по сечению, расстояние между трубами и расстояние от труб до кожуха. Произвольно выбранные размеры могут привести к совершенно неработоспособной конструкции. In addition, the specified invention does not indicate the optimal structural dimensions, namely the dimensions of rectangular pipes in cross section, the distance between the pipes and the distance from the pipes to the casing. Arbitrarily chosen sizes can lead to a completely inoperative design.

Для исключения указанных недостатков предлагается конструкция представленная на чертеже. To eliminate these drawbacks, the design shown in the drawing is proposed.

Шахта включает кожух 1, огнеупорную кладку 2, которая опирается на мараторный холодильник 3. Кладка неохлаждаемой части шахты опирается на холодильники 4. Шахта составляется из отдельных царг кожуха крупноблочных панелей. В панелях установлены круглые толстостенные стальные трубы 5, которые вводятся в печь через кожух в верхней части охлаждаемой части шахты. The mine includes a casing 1, refractory masonry 2, which is supported by a Marator refrigerator 3. The masonry of the uncooled part of the mine is supported by refrigerators 4. The mine is composed of separate casing sections of large-block panels. The panels have round thick-walled steel pipes 5, which are introduced into the furnace through a casing in the upper part of the cooled part of the shaft.

Внутрь этих труб заведены опускные трубы 6. Положение наружных толстостенных труб 5 фиксируется двумя рядами скользящих опор 7, которые обеспечивают беспрепятственное перемещение труб параллельно кожуху и исключают радиальные перемещения. Пространство между трубами заполнено огнеупорным материалом 8, между кожухом и бетоном предусматривается слой термоизоляции 9. Inside these pipes, lowering pipes are brought in 6. The position of the outer thick-walled pipes 5 is fixed by two rows of sliding supports 7, which provide unhindered movement of the pipes parallel to the casing and exclude radial movements. The space between the pipes is filled with refractory material 8, a layer of thermal insulation 9 is provided between the casing and concrete.

Данная конструкция равно пригодна для испарительного и водяного охлаждения шахты. This design is equally suitable for evaporative and water cooling of the mine.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Охлаждающая вода поступает по трубе 6 в самую нижнюю часть наружной толстостенной стальной трубы 5. Перемещаясь по кольцевому зазору вверх она охлаждает стенки толстостенной трубы и обеспечивает ее прочность. Из толстоетенной трубы при испарительном охлаждении пароводяная смесь поступает в подъемные коллекторы и оттуда в барабан-сепаратор. При водяном охлаждении подогретая вода сливается в приемные воронки системы оборотного водоснабжения. Толстостенная труба в процессе работы нагревается несколько выше температуры охлаждающей среды (за счет внешнего нагрева со стороны рабочего пространства). Температура трубы делается выше температуры кожуха и поэтому тепловые удлинения трубы превосходят тепловое расширение кожуха. В предложенной системе труба свободно перемещается вдоль кожуха вниз по скользящим опорам без возникновения термомеханических напряжений. Cooling water enters through the pipe 6 to the lowest part of the outer thick-walled steel pipe 5. Moving along the annular gap upwards, it cools the walls of the thick-walled pipe and ensures its strength. During evaporative cooling, the steam-water mixture from the thick-melted pipe enters the lifting manifolds and from there to the drum-separator. During water cooling, the heated water is discharged into the receiving funnels of the circulating water supply system. A thick-walled pipe during operation heats up slightly above the temperature of the cooling medium (due to external heating from the side of the working space). The temperature of the pipe is made higher than the temperature of the casing and therefore the thermal elongations of the pipe exceed the thermal expansion of the casing. In the proposed system, the pipe freely moves along the casing down the sliding supports without thermomechanical stresses.

По прошедствии примерно одного года после задувки печи кладка в районе охлаждаемой части шахты полностью разрушается. В скорости разрушается и слой бетона со стороны рабочего пространства. Однако бетон, находящейся между трубами и за трубами (со стороны кожуха) сохраняется до конца кампании печи и надежно защищает кожух от нагрева. After about one year after blowing the furnace, the masonry in the area of the cooled part of the mine is completely destroyed. In speed, the concrete layer from the side of the working space is also destroyed. However, the concrete located between the pipes and behind the pipes (from the side of the casing) is preserved until the end of the campaign of the furnace and reliably protects the casing from heating.

Для надежной защиты кожуха от нагрева необходимо правильно выбрать конструктивные параметры. Эти параметры выбраны на основании расчета температурных полей в бетонированных панелях и натурных замеров на действующих печах. В результате этих исследований нами установлено, что надежное охлаждение кожуха обеспечивается при следующих конструктивных параметрах. For reliable protection of the casing from heating, it is necessary to choose the design parameters correctly. These parameters are selected based on the calculation of temperature fields in concrete panels and field measurements on existing furnaces. As a result of these studies, we found that reliable cooling of the casing is ensured with the following design parameters.

Наружный диаметр толстостенной трубы 90-120 мм. The outer diameter of the thick-walled pipe is 90-120 mm.

Толщина стенки в пределах 14-18 мм. Wall thickness within 14-18 mm.

Количество скользящих опор 2 (одна внизу толстостенной трубы, одна на ее середине). The number of sliding supports 2 (one at the bottom of a thick-walled pipe, one in its middle).

Толщина слоя огнеупорного бетона от 2,5 до 3,5 диаметров наружной трубы. The thickness of the layer of refractory concrete is from 2.5 to 3.5 diameters of the outer pipe.

Расположение толстостенной трубы на середине слоя бетона. The location of the thick-walled pipe in the middle of the concrete layer.

Расстояние между осями толстостенных труб от 1,8 до 2,2 наружных диаметров. The distance between the axes of thick-walled pipes is from 1.8 to 2.2 outer diameters.

Сечение опускной трубы назначается из теплового и гидравлического расчета. The cross section of the downpipe is assigned from the thermal and hydraulic calculation.

Claims

1. The device of the cooled mine blast furnace, including large-block panels of refractory material, in which concentric cooled pipes with combined inlet and outlet of the cooling medium are located to the entire height of the shaft of the furnace, characterized in that the cooled pipes are made of thick-walled with a circular cross section and are located in the concrete layer the thickness of which is 2.5-3.5 of the outer diameter of the thick-walled cooled pipe, while the distance between the axes of the cooled pipes is 1.8-2.2 of the same diameter.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with two sliding supports mounted on the casing of the furnace below and in the center of the cooled thick-walled pipe, ensuring its vertical movement.