RU2215791C1

RU2215791C1 - Blast furnace cooler

Info

Publication number: RU2215791C1
Application number: RU2002124814A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Логинов; В.А. Шатлов; А.В. Захаров; В.И. Нетронин; М.А. Гуркин; О.А. Каморин; А.М. Брылин; Ю.С. Брагин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: metallurgy; blast furnace cooling systems. SUBSTANCE: proposed cooler is split in construction; it consists of housing and cover; housing is made in form of steel plate where one or several cooling passages of rectangular section are made; these passages are separated from each other by longitudinal and transversal walls. Total area of cooling passages is equal to 03-0.7 of area of cooler. Cooling reagent inlet and outlet holes made in steel plate are connected with passages; rigidly mounted in these holes are coaxial branch pipes which are additionally secured on plate by means of rings; plate is provided with longitudinal projections and recesses on surface of plate which is in contact with cover; these projections and recesses form stable connection with cover and gaskets are laid over entire perimeter for making this connection perfectly tight. Cover is made from metal possessing high thermal conductivity, copper for example; it is provided with horizontal slots on external side which form finned working surface. EFFECT: reduced consumption of copper; low cost of cooler. 4 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменным печам, и может быть использовано в системе водяного или испарительного охлаждения кожуха, заплечиков шахты и огнеупорной футеровки. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to blast furnaces, and can be used in the system of water or evaporative cooling of the casing, the shoulders of the shaft and refractory lining.

Известны холодильники системы охлаждения заплечиков и шахты доменной печи, состоящей из чугунной плиты с залитыми в нее стальными трубками, по которым движется охлаждающий реагент (вода, пароводяная эмульсия). Внутренняя поверхность плиты может быть выполнена гладкой, ребристой или защищенной огнеупорным материалом, например защитным огнеупорным кирпичем. Г.А. Кудинов. Охлаждение современных доменных печей. М.: Металлургия, 1988, с.36-37, рис. 12, с.62, рис.22, с.122, рис.42. Авторское свидетельство к изобретению СССР 1115470, МПК 5 С 21 В, 7/10, опубл. 1990 г., бюл. 43. Known refrigerators for the cooling system of the shoulders and shaft of a blast furnace, consisting of a cast iron plate with steel tubes embedded in it, along which the cooling agent (water, steam-water emulsion) moves. The inner surface of the plate can be made smooth, ribbed or protected by refractory material, for example, protective refractory bricks. G.A. Kudinov. Cooling modern blast furnaces. M .: Metallurgy, 1988, p. 36-37, fig. 12, p. 62, fig. 22, p. 122, fig. 42. Author's certificate for the invention of the USSR 1115470, IPC 5 C 21 V, 7/10, publ. 1990, bull. 43.

Также известно техническое решение холодильник доменной печи с залитыми в нее чугунными трубами, выполненными из чугуна с шаровидным графитом. Изобретение к патенту Российской Федерации 2151195, МПК 7 С 21 7/10, опубл. 2000 г., бюл. 17. It is also known a technical solution for a blast furnace refrigerator with cast-iron pipes made of nodular cast iron. The invention to the patent of the Russian Federation 2151195, IPC 7 C 21 7/10, publ. 2000, bull. 17.

Известен холодильник доменной печи, состоящий из стальной коробчатой плиты, состоящей из прямоугольных труб, стальных толстостенных труб, цельнотянутых стальных змеевиков, зазоры между которыми заполнены жаропрочным огнеупорным материалом. Г.А. Кудинов. Охлаждение современных доменных печей. М., 1988, с.135, 136, рис. 48, 49, 50, 51. Known refrigerator blast furnace, consisting of a steel box plate, consisting of rectangular pipes, thick steel pipes, seamless steel coils, the gaps between which are filled with heat-resistant refractory material. G.A. Kudinov. Cooling modern blast furnaces. M., 1988, p. 135, 136, fig. 48, 49, 50, 51.

Указанные холодильники из-за физических свойств чугуна и стали, используемых в качестве конструкционного материалы плиты, а именно низкой теплопроводности, не обеспечивают равномерного теплообмена между внутренней поверхностью холодильников и процессами, протекающими в доменной печи. Вследствии этого в зоне высоких температур металл холодильника нагревается до предельных значений, что приводит к его разрушению в период эксплуатации. These refrigerators, due to the physical properties of cast iron and steel, used as structural materials of the stove, namely, low thermal conductivity, do not provide uniform heat transfer between the internal surface of the refrigerators and the processes taking place in a blast furnace. As a result, in the high temperature zone, the metal of the refrigerator heats up to extreme values, which leads to its destruction during operation.

Совершенствование конструкций чугунных и стальных плитовых холодильников обеспечивало увеличение срока их эксплуатации не более 5-7 лет. Improving the design of cast-iron and steel plate refrigerators provided an increase in their service life of no more than 5-7 years.

Наиболее близким к технической сущности заявленного изобретения, принятым в качестве прототипа, может служить конструкция охлаждающей плиты для шахтных печей, выполненной из кованой или катаной медной заготовки. Изобретение к патенту Российской Федерации 2144570, МПК 7 С 21 В, 7/10, опубл. 2000 г., бюл. 2. Closest to the technical nature of the claimed invention, adopted as a prototype, may be the design of a cooling plate for shaft furnaces made of forged or rolled copper billets. The invention to the patent of the Russian Federation 2144570, IPC 7 C 21 V, 7/10, publ. 2000, bull. 2.

Указанная конструкция охлаждающей плиты повысила ее технологическую эффективность за счет использования основного материала - меди. Медь по своим физическим свойствам превышает показатель теплопроводности чугуна и стали в 7-8 раз. Указанное свойство меди, охлаждаемой охлаждающим реагентом, создает интенсивный теплообмен между поверхностью холодильника и процессами протекающими в доменной печи, что создает условия формирования защитного слоя "гарнисажа" на поверхности холодильников, повышает срок их службы до 15-20 лет. The specified design of the cooling plate increased its technological efficiency due to the use of the main material - copper. Copper in its physical properties exceeds the thermal conductivity of cast iron and steel by 7-8 times. The indicated property of copper cooled by a cooling reagent creates an intense heat exchange between the surface of the refrigerator and the processes taking place in the blast furnace, which creates the conditions for the formation of a protective layer of a "skull" on the surface of the refrigerators, increases their service life to 15-20 years.

Недостатками указанной в прототипе конструкции холодильной плиты являются:
- холодильная плита, изготовленная из цельнолитой или кованной заготовки, создает, аналогично внутренней, наружную (со стороны кожуха) интенсивную зону теплообмена, что приводит к повышенным тепловым потерям;
- продольные круглые каналы (полученные методом сверления) для подачи охлаждающего реагента внутрь охлаждающей плиты создают неравномерный по отношению к внутренней поверхности теплообмен. При этом снижается эффективность охлаждения внутренней поверхности холодильника;
- дополнительный медный, охлаждаемый индивидуально, элемент, соединенный с основной плитой холодильника, не имеет конструктивной целесообразности, т. к. в этом случае из системы охлаждения исключается часть основной охлаждаемой плиты.The disadvantages of the design of the refrigerator in the prototype are:
- a refrigerating plate made of solid or forged billet creates, similarly to the internal, external (from the casing side) intense heat exchange zone, which leads to increased heat loss;
- longitudinal circular channels (obtained by drilling) to supply the cooling agent into the cooling plate create heat exchange non-uniform with respect to the inner surface. This reduces the cooling efficiency of the inner surface of the refrigerator;
- additional copper, individually cooled, the element connected to the main stove of the refrigerator does not have constructive expediency, because in this case part of the main cooled stove is excluded from the cooling system.

Указанные недостатки прототипа приводят к избыточному расходу меди на изготовление холодильника и повышению его стоимости. These disadvantages of the prototype lead to excessive consumption of copper for the manufacture of the refrigerator and increase its cost.

Техническим результатам настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков за счет снижения расхода меди при изготовлении холодильника на 50-70% и снижение его стоимости, а также оптимизации теплообмена наружной и внутренней поверхностей холодильника, снижение потерь тепла через кожух доменной печи. The technical results of the present invention are to eliminate the above disadvantages by reducing copper consumption in the manufacture of the refrigerator by 50-70% and reducing its cost, as well as optimizing heat transfer of the outer and inner surfaces of the refrigerator, reducing heat loss through the casing of the blast furnace.

Указанный технический результат достигается тем, что холодильник доменной печи, включающий корпус в виде плиты, в которой выполнены охлаждающие каналы, разделенные друг от друга и от торцевых стенок плиты продольными и поперечными стенками, патрубками подвода и отвода охлаждающего реагента, согласно изобретению, снабжен выполненной из металла с высокой теплопроводностью крышкой, установленной на плите с возможностью разъема, плита выполнена стальной с отверстиями для подвода и отвода охлаждающего реагента, соединенными с охлаждающими каналами, патрубки подвода и отвода охлаждающего реагента выполнены коаксиальными, жестко установлены в отверстия для подвода и отвода охлаждающего реагента, при этом суммарная площадь охлаждающих каналов, которые выполнены с прямоугольным сечением, равна 0,3-0,7 площади плиты, а плита и крышка на поверхности контакта выполнены с продольными выступами и впадинами, образующими устойчивое соединение, для герметизации которого во впадины крышки по всему периметру каналов установлены прокладки. The specified technical result is achieved in that the blast furnace refrigerator, comprising a stove in the form of a plate, in which cooling channels are made, separated from each other and from the end walls of the plate by longitudinal and transverse walls, pipes for supplying and discharging a cooling agent, according to the invention, is provided with metal with high thermal conductivity, a cover mounted on the plate with the possibility of a connector, the plate is made of steel with holes for supplying and discharging a cooling agent connected to a cooling channels, the inlet and outlet pipes of the cooling reagent are made coaxial, rigidly installed in the holes for supplying and removing the cooling reagent, while the total area of the cooling channels, which are made with a rectangular cross-section, is 0.3-0.7 square plate, and the plate and the cover on the contact surface are made with longitudinal protrusions and depressions forming a stable connection, for sealing of which gaskets are installed in the depressions of the lid along the entire perimeter of the channels.

Кроме того, в плите и крышке по всему периметру выполнены совмещенные отверстия с установленными в них винтами с гайками, при этом в отверстия на внешней поверхности крышки винты установлены с потайной головкой, крышка выполнена из меди и с внешней стороны имеет пазы, образующие ребристую рабочую поверхность, а к винтам, установленным на крышке, прикреплена металлическая сетка для нанесения торкрет покрытия. In addition, aligned holes with screws and nuts installed in them are made in the plate and the lid along the entire perimeter, while the screws are installed with countersunk holes in the holes on the outer surface of the lid, the lid is made of copper and has grooves on the outside that form a ribbed working surface and to the screws installed on the cover, a metal mesh is attached for spraying the sprayed coating.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 изображен общий вид холодильника;
на фиг.2 изображен вид сбоку холодильника;
на фиг.3 изображен вид спереди холодильника;
на фиг.4 изображена медная плита корпуса холодильника сбоку;
на фиг.5 изображена медная плита корпуса спереди.The invention is illustrated by drawings, in which:
figure 1 shows a General view of the refrigerator;
figure 2 shows a side view of the refrigerator;
figure 3 shows a front view of the refrigerator;
figure 4 shows a copper plate of the refrigerator body side;
figure 5 shows the copper plate of the housing in front.

Холодильник доменной печи содержит корпус 1 в виде стальной плиты 2 и крышки 3, выполненной из металла с высокой теплопроводностью, например меди. В стальной плите 2 выполнены охлаждающие каналы 4 для пропуска охлаждающего реагента, разделенные друг от друга и от торцевых стенок продольными 5 и поперечными стенками 6. Охлаждающие каналы 4 выполнены с прямоугольным сечением и соединены с отверстиями 7 для подвода и отвода охлаждающего реагента, выполненными в стальной плите 2. В отверстия 7 для подвода и отвода охлаждающего реагента жестко установлены коаксиальные патрубки 8, 9, которые дополнительно закреплены на плите 2 при помощи кольца 10. Крышка 3 установлена на стальной плите 2 с возможностью разъема. Крышка 3 и плита 2 имеют на поверхности контакта продольные выступы и впадины 11, 12 и 13, 14 соответственно, образующие устойчивое соединение, для придания герметизации которого во впадины крышки 3 по всему периметру каналов 4 установлены прокладки 15. Суммарная площадь охлаждающих каналов равна 0,3-0,7 площади плиты. The blast furnace refrigerator comprises a housing 1 in the form of a steel plate 2 and a lid 3 made of metal with high thermal conductivity, such as copper. In the steel plate 2, cooling channels 4 are made for the passage of the cooling agent, separated from each other and from the end walls by longitudinal 5 and transverse walls 6. The cooling channels 4 are made with a rectangular cross section and are connected to the holes 7 for supplying and discharging the cooling agent made in steel plate 2. In the holes 7 for supplying and discharging the cooling agent, coaxial pipes 8, 9 are rigidly mounted, which are additionally fixed to the plate 2 with the ring 10. The cover 3 is mounted on a steel plate 2 with the possibility of connector life. The lid 3 and the plate 2 have longitudinal protrusions and depressions 11, 12 and 13, 14 on the contact surface, which form a stable connection, in order to seal it, gaskets 15 are installed in the depressions of the lid 3 around the entire perimeter of the channels 4. The total area of the cooling channels is 0, 3-0.7 square plate.

Корпус 1 и крышка 3 холодильника доменной печи по всему периметру выполнены с совмещенными отверстиями 16, с установленными в них винтами 17 с гайками 18. The housing 1 and the cover 3 of the refrigerator of the blast furnace along the entire perimeter are made with combined holes 16, with screws 17 and nuts 18 installed in them.

Винты 17 установлены на внешней поверхности крышки 3 в отверстия 16 с потайной головкой 19. The screws 17 are installed on the outer surface of the cover 3 in the holes 16 with a countersunk head 19.

Крышка 3 с внешней стороны оборудована горизонтальными пазами 20, образующими ребристую рабочую поверхность. The cover 3 on the outside is equipped with horizontal grooves 20, forming a ribbed working surface.

К винтам 17 холодильника доменной печи, установленным на крышке 3, прикреплена металлическая сетка для нанесения торкрет покрытия. To the screws 17 of the blast furnace refrigerator mounted on the lid 3, a metal mesh is attached for spraying the sprayed coating.

Для повышения точности сборки холодильника доменной печи перед сверлением отверстий 16 предусмотрена установка центрирующих штифтов. Для удобства транспортировки и монтажа при помощи грузозахватных приспособлений на холодильнике доменной печи предусмотрена установка рымболта 21. To increase the accuracy of the assembly of the blast furnace refrigerator, the centering pins are provided before drilling the holes 16. For the convenience of transportation and installation with the help of load gripping devices, a fish bolt 21 is provided on the refrigerator of the blast furnace.

Холодильник работает следующим образом. The refrigerator operates as follows.

Изготовленные части холодильника корпус 1 и крышка 3, после укладки герметизирующих прокладок 15, соединяются между собой болтовыми креплениями и испытываются на герметизацию по разработанной методике. После испытания медная крышка 3 и стальной корпус 1 уплотняются методом сварки 22 по разъему. The manufactured parts of the refrigerator body 1 and cover 3, after laying the sealing gaskets 15, are interconnected by bolt fasteners and tested for sealing by the developed method. After the test, the copper cover 3 and the steel casing 1 are sealed by welding 22 through the connector.

Изготовленный холодильник доменной печи устанавливается в расчетную часть доменной печи с выводом подводящих и отводящих охлаждаемый реагент труб наружу, которые закрепляются на кожухе доменной печи и подключаются к общей системе охлаждения. The manufactured blast furnace refrigerator is installed in the design part of the blast furnace with the output of the pipes leading in and out of the cooled reagent to the outside, which are fixed on the casing of the blast furnace and connected to a common cooling system.

Пример. Для выбора оптимальной суммарной площади каналов холодильника к общей площади холодильника устанавливали на доменную печь экспериментальные образцы холодильников. По изменению температуры отходящей охлаждающей воды определяли оптимальную площадь каналов в холодильниках. Example. To select the optimal total area of the refrigerator channels to the total area of the refrigerator, experimental models of refrigerators were installed on a blast furnace. By changing the temperature of the outgoing cooling water, the optimal channel area in the refrigerators was determined.

Геометрические размеры охлаждающего канала холодильника равны: высота (J₁)=1100 мм (J₂)=1050мм; ширина (V)=80мм (фиг.3).The geometric dimensions of the cooling channel of the refrigerator are: height (J ₁ ) = 1100 mm (J ₂ ) = 1050 mm; width (V) = 80mm (Fig. 3).

Площадь каналов S₁ равна:
1100•2•80+1050•2•80=344000 мм².The area of the channels S ₁ is equal to:
1100 • 2 • 80 + 1050 • 2 • 80 = 344000 mm ² .

Геометрические размеры холодильника равны: высота (Н)=1350 мм, ширина (D)=618 мм (фиг.3). The geometric dimensions of the refrigerator are equal: height (H) = 1350 mm, width (D) = 618 mm (Fig. 3).

Площадь холодильника S₂ равна:
1350•618=834300 мм².The area of the refrigerator S ₂ is equal to:
1350 • 618 = 834300 mm ² .

S₁/S₂=344000/834300=0,41.S ₁ / S ₂ = 344000/834300 = 0.41.

На капитальном ремонте III разряда установили экспериментальные холодильники в доменную печь с различным соотношением (S₁/S₂), равным 0,25; 0,41; 0,75, и наблюдали изменение температуры отходящей охлаждающей воды. Результаты экспериментов приведены в таблице.For the overhaul of the third category, experimental refrigerators were installed in a blast furnace with a different ratio (S ₁ / S ₂ ) equal to 0.25; 0.41; 0.75, and a change in temperature of the outgoing cooling water was observed. The experimental results are shown in the table.

В предложенной конструкции холодильника доменной печи расход меди на изготовление крышки по сравнению с прототипом снижается на 50-60%. Затраты на изготовление корпуса составляют 0,1-0,2 затрат на изготовления крышки. In the proposed design of the refrigerator of the blast furnace, the copper consumption for the manufacture of the lid compared with the prototype is reduced by 50-60%. The cost of manufacturing the housing is 0.1-0.2 of the cost of manufacturing the cover.

Таким образом, по сравнению с прототипом снижение затрат заявляемого холодильника доменной печи составит 30-40%. Thus, compared with the prototype, the cost reduction of the inventive refrigerator blast furnace will be 30-40%.

Claims

1. The blast furnace refrigerator, comprising a stove in the form of a plate, in which cooling channels are made, separated from each other and from the end walls of the plate by longitudinal and transverse walls, pipes for supplying and discharging a cooling agent, characterized in that it is provided with a metal made of high thermal conductivity of the cover mounted on the plate with the possibility of a connector, the plate is made of steel with holes for supplying and discharging a cooling agent connected to cooling channels, nozzles for supplying and discharging a cooling fluid the agent is made coaxial, rigidly installed in the holes for supplying and discharging the cooling agent, and the total area of the cooling channels, which are made with a rectangular cross-section, is equal to 0.3-0.7 area of the plate, and the plate and the cover on the contact surface are made with longitudinal protrusions and depressions forming a stable connection, for sealing of which gaskets are installed in the depressions of the lid along the entire perimeter of the channels.

2. The refrigerator according to claim 1, characterized in that combined openings are made in the stove and the lid along the entire perimeter with the screws and nuts installed in them, while the screws are installed in the holes on the outer surface of the lid with a countersunk head.

3. The refrigerator according to claim 1, characterized in that the lid is made of copper and has grooves on the outside that form a ribbed work surface.

4. The refrigerator according to claim 1 or 2, characterized in that a metal mesh for applying a shotcrete coating is attached to the screws installed on the lid.