SU1083055A1

SU1083055A1 - Metallurgic furnace cooled element

Info

Publication number: SU1083055A1
Application number: SU823483166A
Authority: SU
Inventors: Михаил Соломонович Бройт; Яков Анемподистович Слободчиков; Лев Николаевич Бажанов; Алексей Михайлович Птицын; Вячеслав Алексеевич Кошелев
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1984-03-30

Abstract

1. ОХЛАЖДАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, состо щий ИЗ несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ними теплопроводного сло , с погруженным в него охлаждающим элементом, отличающийс тем, что, с целью обеспечени надежной и безопасной работы охлаждаемого элемента и возможности утилизации тепла. выдел емого из печного пространства , теплопроводный слой выполнен из упругого дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несуща конструкци выполнена в виде армированного бетонного блока, при этом арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой. 2.Охлаодаемый элемент по п. 1, отличающийс тем, что в качестве упругого дисперсного материала использована металлическа стружка из высокотеплопроводных материалов . 3.Охлаждаемый элемент по п. t, отличающийс тем, что сл в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металличес с: кой стружки из высокотепЛопроводного материала с дробленым металлическим скрапом крупностью до одной трети рассто ни между охлаждающим , элементом и защитной оболочкой. эо :о о :л У1 4.Oxлaждae 9 Iй элемент по п. 1, отличающийс тем, что в качестве высокотеплопроводного материала используют стружку из медных или алюминиевых сплавов.1. COOLED ELEMENT OF THE METALLURGICAL FURNACE, consisting of a supporting structure, a protective sheath and a heat-conducting layer located between them, with a cooling element immersed in it, characterized in that in order to ensure reliable and safe operation of the cooled element and the possibility of heat recovery. extracted from the furnace space, the heat-conducting layer is made of an elastic dispersed material, the cooling element is made as a separate block of pipes, and the supporting structure is made as a reinforced concrete block, while the reinforcement of the block is inseparably connected to the protective sheath. 2. The cooling element according to claim 1, characterized in that metal chips from highly heat-conducting materials are used as the elastic dispersed material. 3. A cooled element according to claim t, characterized in that, as the elastic dispersed material, a mixture of metallic is used: a chip of high-temperature conductive material with crushed metal scrap of up to one third the distance between the cooling element and the protective sheath. eo: o o: l U1 4. OXlazhae 9 I element according to claim 1, characterized in that chips from copper or aluminum alloys are used as the highly heat-conducting material.

Description

Изобретение относитс к металлур гии, а именно к конструктивным элементам промышленных плавильных печей . Известны конструкции охлаждаемых элементов металлургических печей, состо щие из монолитного металлургического блока с просверленными и отфрезерованными в нем каналами LlJ . Эта конструкци обеспечивает наи лучший отвод тепла от металлоконстр ции к охлаждан цей жидкости однако она требует большого расхода дефици ного дорогосто щего материала, чаще всего меди. Кроме того она предопредел ет огромные теплопотери печного пространства с охлаждающей жидкостью и невозможность использовать вторичное тепло дл возмещени энергозатрат из-за сложности постановки элемента под давление, так как медные элементы не допускаютс технадзором дл работы под давлением . Известны конструкции охлаждаемых элементов, выполненных в виде отлив ки из теплопроводного материала, на пример, медных сплавов, при этом дл создани каналов, в которых дви жетс охлаждающа жидкость, например вода, в отливку вкладьшаютс трубы. Недостатком этой конструкции вл етс , ненадежный контакт между тру бами и материалом основного блока, в результате чего в месте нарушени контакта часто возникшот перегревы основного материала, прогары и аварии . Известны попытки улучшить эту конструкцию за счет применени флюсующих слоев из отдельных металлов (никел , кобальта, марганца, серебра ) или их комбинаций и оксидов металлов 2 . Однако, эти слои, по существу вл ющиес припоем, не могут гарантировать абсолютного контакта, так kaK при плавлении флюсующих слоев и металлов и их оксидов об зательно происходит образование пустот и пуз рей, которые в свою очередь вл ютс факторами, обеспечивающими нерав номерный теплоотвод. Известны также конструкции охлаж даемых элементов в которых с одной стороны дл упрощени изготовлени по сравнению с конструкцией ij , с 552 другой .стороны дл повышени надежности по сравнению с конструкцией l2J , используетс промежуточное решение , а именно, к высокотемпературному пространству обращаетс толстостенна плита из теплопроводного материала, например меди, а с тыльной , холодной стороны навариваютс каналы, образующие змеевик, в котором движетс охлаждающий агент, например вода Гз. Конструкци зта надежна , как конструкци (1), однако несколько дешевле. Недостатками ее вл ютс такой же высокий расход дег фицитных дорогосто щих теплопроводных материалов и отсутствие возможности использовани вторичного тепла дл получени энергии. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс охлаждаемый элемент металлургической печи, состо щий из несущей конструкции , защитной оболочки и расположенного меладу ними теплопроводного сло с погруженным в него охлаждающим эле ментом Г41. Однако в охлаждаемом элементе охлаждающие трубы наход тс в напр женном состо нии, поскольку утрамбованный слой и трубы имеют разные коэффициенты линейного расширени , в св зи с чем в неоднородном температурном поле возникают механические напр жени . Материалы же дл изготовлени утрамбованных слоев с коэффициентом линейного расширени , равным металлическому, пока неизвестны. Исключение составл ет партландцемент, который в виде водного бетона имеет коэффициент линейного расширени , равный коэффициенту линейного расширени стали. Однако ему присущи низка теплопроводность и изменение физических свойств в поле температуры. Поскольку все утрамбованные слои обладают высоким термическим сопротивлением, поле в них неравномерно, а значит неравномерно расширение, вследствие чего об зательно возникают термические напр жени . Кроме того, утрамбованный слой, как и бетон, не обладает механической податливостью. Ненадежный контакт охлаждаюш 1х труб с теплопроводным слоем, ввиду того, что слой утрамбован, т.е. при разном температурном расширении тепопроводного сло и охлаждающих труб возможно нарушение контакта между ними. Следовательно, возможны местные перегревы и аварии. При повреждении охлаждающих тру выливающа с жидкость задерживаетс утрамбованным теплопроводным сл ем. Своевременное обнаружение повреждени труб при такой конструкци затруднено, что ведет к скоплению большого количества охлаждающей жи кости около места повреждени и вз ву элемента. Невозможна утилизаци тепла, вьщел емого печным пространством по следующим причинам: Трубы распо ложены горизонтально, так что обра зующийс в ходе нагревани пар ска ливаетс в верхней части труб, там же, где имеетс наиболее интенсивный нагрев. Применить повьш1енное давление, т.е. давление, при котором не происходит образование пара за счет указанных вьш1е ненадежных контактов с утрамбованным слоем и .тому подобных недостатков опасно, поэтому установки работают на низком давлении. Кроме того, исключена возможнос температурной компенсации, что влечет за собой рост механических напр жений, не допускаемых в трубопроводах , работающих под давлением . Секционирование охлаждающих эле ментов сложно и с этим св зана невозможность управлени . Элемент ограничен в пространственном рас положении, может быть расположен только горизонтально. Цель изобретени - обеспечение надежной и безопасной работы охлаж даемого элемента и возможности ути лизации тепла, вьщел емого из печного пространства. Поставленна цель достигаетс тем, что в охлазкдаемом элементе металлургической печи, состо щем из несущей конструкции, защитной оболочки и расположенного между ни ми теплопроводного сло с погружен ным в него охлаждающим элементом, теплопроводный слой выполнен из уп ругого .дисперсного материала, охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока труб, а несуща конструкци выполнена в виде армированного бетонного блока, при это арматура блока неразъемно соединена с защитной оболочкой. Кроме того, в качестве упругого дисперсного материала использована металлическа стружка из высокотеплопроводных материалов. Помимо этого, в качестве упругого дисперсного материала использована смесь металлической стружки из высокотеплопроводного материала с дробленый металлическим скрапом крупностью до одной трети рассто ни ме щу охлаждающим элементом и защитной оболочкой. Кроме того, в качестве высокотокопроводного материала используют стружку их медных или алюминиевых сплавов. На фиг. 1 изображен охлаждаемый элементу на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1-, на фиг. 3 - вид пострелке Б (несущий блок и теплопроводный слой условно не показаны). Охлаждаемый элемент содержит несущий блок 1, выполненный из огнеупорного бетона и снабженный армирующими стержн ми 2, защитную оболочку 3, соединенную неразъемно со стержн ми .2 несущего блока 1 . Между несущим блоком 1 и защитной оболочкой 3 расположен теплопроводный слой 4 из упругого дисперсного материала, в качестве которого использована либо металлическа стружка из высокотеплопроводных алюминиевых или медных сплавов, либо из ее смеси с дробленым металлическим скрапом, крупность которого выбираетс с учетом сохранени упругости этой смеси и не превьшает одной трети рассто ни между охлаждающим элементом И защитной оболочкой. В теплопроводном слое 4 размещен охлаждающий элемент, выполненный в виде отдельного блока труб змеевикового типа. В нижней и верхней части охлаждаемого элемента установлены свистовые трубки 6. Дл монтажа и демонтажа охлаждаемого элемента предусмотрены уши 7, . жестко св занные с армирующими стержн ми 2. Охлаждаемый элемент работает слеующим образом. Охлаждаемый элемент устанавливаетс на место и собираетс таким обазом , чтобы образовать конструкцию печного пространства. Затем отводы подводы охлаждающего блока труб 5The invention relates to metallurgy, in particular to structural elements of industrial smelting furnaces. Designs of cooled elements of metallurgical furnaces are known, consisting of a monolithic metallurgical block with drilled and milled LlJ channels in it. This design provides the best heat removal from the metal structure to the cooling liquid, however, it requires a high consumption of scarce expensive material, most often copper. In addition, it predetermines the enormous heat loss of the furnace space with coolant and the inability to use secondary heat to recover energy costs due to the difficulty of putting the element under pressure, since copper elements are not allowed by the technical supervision to work under pressure. Constructions of cooled elements made in the form of a casting from a heat-conducting material, for example, copper alloys, are known, while pipes are inserted into the casting to create channels in which cooling fluid, such as water, moves. The disadvantage of this design is unreliable contact between the pipes and the material of the main unit, as a result of which in the place of contact breakdown there is often an overheating of the base material, burnouts and an accident. Attempts have been made to improve this design by using flux layers of individual metals (nickel, cobalt, manganese, silver) or their combinations and metal oxides 2. However, these layers, which are essentially solder, cannot guarantee absolute contact, as kaK, when melting fluxing layers and metals and their oxides, voids and foam are formed, which in turn are factors that provide non-uniform heat sink. Designs of cooled elements are also known in which, on the one hand, in order to simplify production as compared with construction ij, 552 on the other side to increase reliability as compared to construction l2J, an intermediate solution is used, namely, a thick-walled heat-conducting material facing the high-temperature space for example copper, and from the back, cold side, channels are welded to form a coil in which a cooling agent is moving, for example, Gz water. This design is reliable, as is construction (1), but somewhat cheaper. Its disadvantages are the same high consumption of expensive expensive heat-conducting materials and the inability to use secondary heat to generate energy. The closest to the proposed technical entity is a cooled element of a metallurgical furnace, consisting of a supporting structure, a protective sheath and a heat-conducting layer located by them with a G41 cooling element immersed in it. However, in the cooled element, the cooling pipes are in a stressed state, since the tamped layer and the pipes have different linear expansion coefficients, which is why mechanical stresses arise in a non-uniform temperature field. The materials for the manufacture of tamped layers with a linear expansion coefficient equal to the metallic, are still unknown. The exception is partland cement, which in the form of aqueous concrete has a linear expansion coefficient equal to the linear expansion coefficient of steel. However, it has low thermal conductivity and a change in physical properties in the temperature field. Since all the rammed layers have a high thermal resistance, the field in them is uneven, and therefore unevenly expanded, as a result of which thermal stresses necessarily occur. In addition, the tamped layer, like concrete, does not have mechanical compliance. Unreliable contact cool 1x pipes with a heat-conducting layer, due to the fact that the layer is compacted, i.e. with different temperature expansion of the heat conductive layer and the cooling tubes, contact between them may be disturbed. Consequently, local overheating and accidents are possible. If the cooling pipes are damaged, the pouring liquid is retained by the compacted heat-conducting layer. The timely detection of pipe damage with such a construction is difficult, which leads to the accumulation of a large amount of cooling fluid near the site of damage and the element being pulled out. It is impossible to utilize the heat generated by the furnace space for the following reasons: The pipes are located horizontally, so that the vapor generated during heating cools in the upper part of the pipes, where there is the most intense heating. Apply increased pressure, i.e. the pressure at which no steam is generated due to the above mentioned unreliable contacts with the tamped layer and the like disadvantages is dangerous, therefore the installations operate at low pressure. In addition, the possibility of temperature compensation is eliminated, which entails an increase in mechanical stresses that are not allowed in pressure pipelines. The partitioning of the cooling elements is difficult and this is associated with the impossibility of control. The element is limited in spatial disposition, can only be located horizontally. The purpose of the invention is to ensure reliable and safe operation of the cooled element and the possibility of heat recovery from the furnace space. The goal is achieved by the fact that in the cooled element of a metallurgical furnace, consisting of a supporting structure, a protective sheath and a heat-conducting layer with a cooling element immersed in it, the heat-conducting layer is made of an elastic material that is dispersed. a separate block of pipes, and the supporting structure is made in the form of a reinforced concrete block, in this case the reinforcement of the block is inseparably connected with the protective sheath. In addition, metal chips from highly heat-conducting materials are used as the elastic dispersed material. In addition, a mixture of metal chips from a highly thermally conductive material with crushed metal scrap of up to one third the size of the space between the cooling element and the protective sheath was used as an elastic dispersed material. In addition, chips of copper or aluminum alloys are used as high-conductive material. FIG. 1 shows the element to be cooled in FIG. 2 shows section A-A in FIG. 1-, FIG. 3 is a view of the post-arrow B (the carrier block and the heat-conducting layer are conventionally not shown) The cooled element contains a carrier block 1, made of refractory concrete and provided with reinforcing rods 2, a protective sheath 3, which is connected indissolubly with the rods .2 of the carrier block 1. A heat-conducting layer 4 of elastic dispersed material is placed between carrier block 1 and protective sheath 3, either metal chips from high-heat aluminum or copper alloys, or from its mixture with crushed metal scrap, the particle size of which is chosen taking into account the preservation of elasticity of this mixture and does not exceed one third of the distance between the cooling element and the protective sheath. In the heat-conducting layer 4 is placed a cooling element, made in the form of a separate block of coil-type pipes. Whistle tubes 6 are installed in the lower and upper parts of the cooled element. Ears 7 are provided for mounting and dismounting the cooled element. rigidly connected to reinforcing rods 2. The cooled member works as follows. The cooled element is set in place and assembled in such a way as to form the structure of the furnace space. Then taps inlets of the cooling block pipes 5

соедин ютс с магистрал ми отвода и подвода охлаждающей жидкости к элементу . Давление и расход этой жидкости выбираетс таким, чтобы при нормальной работе не возникало пленочного кипени . При подаче теплового воздействи на защитную оболочку 3 во врем разогрева печи устан вливаетс стационарное температурное поле в трех средах: защитна оболочка 3, теплопроводный -слой 4, охлаждающий блок труб 5. В случае повреждени трубы охлаждающего блока 5 жидкость попадает в прогретый дисперсный слой 4, при этом происходит интенсивное парообразование, и образовавшийс пар выходит через верхнюю свистовую трубку 6, а избыток жидкости через нижнюю трубку 6, сигнализиру тем самым обслуживающему персоналу об опасности.connected to the lines of the coolant outlet and the supply of coolant to the element. The pressure and flow rate of this fluid is chosen so that during normal operation no film boiling occurs. When applying heat to the protective sheath 3, during heating of the furnace, a stationary temperature field is infused in three environments: protective sheath 3, heat-conducting layer 4, cooling pipe block 5. In case of damage to the pipe of the cooling block 5, the liquid enters the heated dispersed layer 4, when this occurs, intense vaporization occurs, and the vapor generated is released through the upper whistle tube 6, and the excess liquid through the lower tube 6, thereby signaling the danger to the operating personnel.

В предлагаемом элементе охлаждающие трубы разгружены от напр жени , поскольку охлаждающий элемент выполнен в виде отдельного блока из труб и отделен от защитной оболочки и от несущего бетонного блока слоем упругого дисперсного теплопроводного материала . В местах прохода соединительных звеньев (калачей и отводов) охлаждающего элемента через бетон образуютс естественные компенсато1иа в виде гибов труб, кроме того бетон имеет тот же самый температурный коэффициент линейного расширени , что и сталь. Поэтому веро тность возникновени термических напр жений в охлаждающем блоке труб сводитс к минимуму, а в идеальном случае к нулю. В то же врем несуща конструкци в виде армированного бетонного блока обладает весьма большой жесткостью, что позвол ет ей воспринимать фактически всю нагрузку отIn the proposed element, the cooling pipes are unloaded from the voltage, since the cooling element is designed as a separate block of pipes and is separated from the containment shell and from the supporting concrete block by a layer of elastic dispersed heat-conducting material. In places where the connecting links (rolls and branches) of the cooling element pass through the concrete, natural compensations are formed in the form of pipe bends, moreover, the concrete has the same temperature coefficient of linear expansion as steel. Therefore, the likelihood of thermal stresses in the cooling block of pipes is minimized, and ideally zero. At the same time, the supporting structure in the form of a reinforced concrete block has a very high rigidity, which allows it to perceive virtually the entire load from

стыковки с соседними элементами на себ , не передава эти усили ни на защитную оболочку ни на охлаждакиций элемент, как это имеет место во вс кой статически неопределимой системе .docking with neighboring elements to themselves, without transferring these efforts to the protective sheath or to the cooling element, as is the case in a statically indefinable system.

Выполнение теплопроводного сло упругого дисперсного материала обеспечивает гарантированньй контакт между теплопроводным слоем и трубами охлаждающего блока, и между теплопроводным слоем и защитной оболочкой что исключает возможность местных перегревов и аварий, вызванных ими.The implementation of a heat-conducting layer of an elastic dispersed material provides guaranteed contact between the heat-conducting layer and the tubes of the cooling unit, and between the heat-conducting layer and the protective sheath, which eliminates the possibility of local overheating and accidents caused by them.

В случае повреждени труб охлаждающего блока, выливающа с жидкость не скапливаетс внутри элемента, а вьшодитс наружу, предупрежда обслуживающий персонал с неисправности. В этом случае охлаждающиГ. блок труб отсоедин етс от подвод щей и отвод щей магистрали и до неаварийного останова печи охлаждаемый элемент работает на несущем блоке, вьтолненном из огнеупорного бетона.In the event of damage to the pipes of the cooling unit, the spouting liquid does not accumulate inside the element, but goes outside, warning the operating personnel of a malfunction. In this case, cooling. the tube unit is disconnected from the supply and discharge lines and, prior to the non-emergency shutdown of the furnace, the cooled element operates on a support block made of refractory concrete.

Разгрузка охлаждающего блока труб от термических и механических напр жений позволит повысить давление в сети охлаждающей жидкости вплоть до энергетических параметров, что в свою очередь позволит утилизировать тепло, вьщел емого печным пространством .Unloading the cooling block of pipes from thermal and mechanical stresses will increase the pressure in the coolant network up to the energy parameters, which in turn will allow the utilization of heat generated by the furnace space.

Выполнение несущей конструкции в виде армированного бетонного блока , неразъемно св занного с защитной оболочкой, позвол ет ориентировать охлаждаемый элемент при установке относительно вертикали произвольным образом.The construction of the supporting structure in the form of a reinforced concrete block, which is inseparably connected with the protective sheath, allows the cooling element to be oriented when installed relative to the vertical in an arbitrary manner.

Ориентировочный экономический эффект за счет экономии материалов составит 146 тыс. руб.The estimated economic effect due to the economy of materials will be 146 thousand rubles.

А-АAa

Фиг.}Fig.}

9U8.29U8.2

б иг.Зb ig.Z

Claims

1. COOLED ITEM

METALLURGICAL FURNACE, consisting of a supporting structure, a protective shell and a heat-conducting layer located between them · with a cooling element immersed in it, characterized in that, in order to ensure reliable and safe operation of the cooled element and the possibility of utilizing heat released from the furnace space, heat-conducting the layer is made of an elastic dispersed material, the cooling element is made in the form of a separate block of pipes, and the supporting structure is made in the form of a reinforced concrete block, while The atura of the unit is inseparably connected to the protective sheath.

2. The cooled element in π. 1, characterized in that as the elastic dispersed material used metal shavings from highly heat-conducting materials.

3. The cooled element according to claim 1, characterized in that a mixture of metal chips from a high-heat-conducting material with crushed metal scrap with a particle size of up to one third of the distance between the cooling element and the protective shell is used as the elastic dispersed material.

4. The cooled element according to claim 1, characterized in that, as a highly heat-conducting material, shavings made of copper or aluminum alloys are used.