UA123845C2 - Мідна охолоджувальна плита зі зносостійкими вставками для доменної печі - Google Patents

Description

Цей винахід відноситься до доменних печей, точніше до охолоджувальних плит (чи приладів), вбудованих в доменні печі.

Як відомо фахівцям в цій галузі, доменна піч, як правило, містить внутрішню стінку, частково покриту охолоджувальними плитами (або холодильниками).

В деяких варіантах реалізації ці охолоджувальні плити (або холодильники) містять внутрішню (або гарячу) поверхню, яка містить ребра, розташовані паралельно одне одному і розділені канавками, також розташованими паралельно одна одній. Ці ребра і канавки служать для кріплення вогнетривкої футеровки (цегли або торкрет-бетону) або акреційного шару всередині доменної печі.

Якщо для забезпечення хорошої теплопровідності тіло охолоджувальної плити виконується з міді або мідного сплаву, вищезгадані ребра піддаються сильній ерозії, оскільки мідь не є зносостійким матеріалом.

Для уникнення такої передчасної ерозії можна підвищити жорсткість ребер, помістивши в канавки сталеві елементи, прилеглі до бічних стінок ребер і основи канавки, як це описано в патентному документі ЕР 2285991. Такі сталеві елементи забезпечують хороший захист ребер і дозволяють холодильникам вільно розширюватися і деформуватися, оскільки вони термічно сумісні з деформаціями холодильників. Однак вони не охолоджуються належним чином і можуть бути зруйновані гарячим газом.

Таким чином, завдання винаходу полягає у вирішенні вищевказаних проблем.

У зв'язку з цим, об'єктом винаходу є охолоджувальна плита (або холодильник), призначена для застосування в доменній печі і містить мідне тіло з внутрішньою поверхнею, яка містить паралельні одне одному ребра, які мають перші протилежні кінці і розділені канавками, які мають другі протилежні кінці.

Ця охолоджувальна плита (або холодильник) відрізняється тим, що, щонайменше, одне з її ребер містить, щонайменше, одне гніздо, розташоване між його першими кінцями і містить, щонайменше, одну вставку, виконану із зносостійкого матеріалу, який локально підвищує зносостійкість даного ребра.

Охолоджувальна плита (або холодильник) відповідно до цього винаходу може також містити такі необов'язкові ознаки, які розглядаються окремо або у всіх можливих технічних комбінаціях:

Зо - зносостійкий матеріал може бути обраний з групи, що включає метал і кераміку; в якості зносостійкого металу може використовуватися зносостійка сталь або зносостійкий чавун; як зносостійка кераміка може використовуватися карбід кремнію, екструдований карбід кремнію або інший вогнетривкий матеріал з хорошою стійкістю до розтріскування і високою твердістю; - упершому варіанті здійснення винаходу кожне гніздо може являти собою паз, який містить вставку; - у другому варіанті здійснення винаходу кожне гніздо може являти собою нарізний отвір, в який угвинчений гвинт, який утворює вставку; - щонайменше, одна з канавок може містити, щонайменше, частину багатошарового виступу, який проходить між її другими кінцями і містить, щонайменше, один шар із зносостійкого матеріалу, який локально підвищує зносостійкість сусідніх ребер; - багатошаровий виступ може містити перший шар, виконаний з матеріалу з високою теплопровідністю, і другий шар, виконаний із зносостійкого матеріалу і розташований зверху першого шару; - в якості матеріалу першого шару може використовуватися матеріал, обраний із групи, яка включає мідь з високою провідністю і мідний сплав; - кожен багатошаровий виступ може бути пов'язаний з однією канавкою; - багатошаровий виступ може додатково містити третій шар, розташований між першим і другим шарами і виконаний з матеріалу, твердість якого дозволяє збільшити твердість багатошарового виступу; - третій шар може бути виконаний з кераміки з хорошою стійкістю до розтріскування і високою твердістю, такий як-от БІС або екструдований 51іС; - в одному з можливих варіантів перший і другий шари кожного багатошарового виступу можуть бути пов'язані з двома сусідніми канавками відповідно; - перший шар кожного багатошарового виступу може містити паз, який проходить між другими кінцями і містить іншу вставку, виконану з матеріалу, твердість якого дозволяє підвищити твердість цього першого шару; - інша вставка може бути виконана з кераміки або зносостійкої і/або жароміцної сталі;

- внутрішня поверхня мідного тіла може містити ребра, які мають, щонайменше, дві різні висоти; - канавки можуть мати форму типу "ластівчин хвіст" у поперечному перерізі.

Об'єктом цього винаходу є також доменна піч, яка містить, щонайменше, одну вищеописану охолоджувальну плиту.

Інші відмітні ознаки і переваги цього винаходу стануть більш ясними після ознайомлення з докладним описом наведених нижче в якості необмежувальних прикладів декількох можливих варіантів його здійснення з посиланнями на додані креслення.

На Фіг. 1 схематично показаний вид у перспективі частини першого варіанта виконання охолоджувальної плити відповідно до цього винаходу; на Фіг. 2 - поперечний переріз частини другого варіанта виконання охолоджувальної плити згідно з цим винаходом; на Фіг. З - поперечний переріз варіанта виконання охолоджувальної плити, показаної на Фіг. г; на Фіг. 4 - поперечний переріз частини третього варіанта виконання охолоджувальної плити згідно з цим винаходом; на Фіг. 5 - поперечний переріз частини четвертого варіанта виконання охолоджувальної плити відповідно до цього винаходу; на Фіг. 6 - поперечний переріз частини п'ятого варіанта виконання охолоджувальної плити відповідно до цього винаходу.

Цим винаходом пропонується охолоджувальна плита (або холодильник) 1, яка може бути використана в доменній печі і володіє підвищеною зносостійкістю.

Можливий варіант виконання охолоджувальної плити (або холодильника) 1 згідно з цим винаходом показаний на Фіг. 1. Така охолоджувальна плита (або холодильник) 1 призначена для встановлення на внутрішній стінці доменної печі.

Як видно з креслення, охолоджувальна плита (або холодильник) 1 згідно з цим винаходом містить мідне тіло 2 з внутрішньою (або гарячу) поверхнею 3, яка містить декілька ребер 4-), які проходять паралельно одне одному. Ці ребра 4- мають два перших протилежних кінця 6 і розділені канавками 5, які мають два других протилежних кінця 7. Після встановлення

Зо охолоджувальної плити 1 на внутрішній стінці доменної печі ребра 4-| і канавки 5 цієї плити розташовані горизонтально. При цьому мідне тіло 2 містить зовнішню поверхню 14, розташовану протилежно його внутрішній поверхні З і прикріплену до внутрішньої стінки доменної печі. Таким чином, внутрішня поверхня З являє собою поверхню мідного тіла, яка може перебувати в контакті з дуже гарячим матеріалом і газом, який знаходяться всередині доменної печі.

Наприклад, як показано на Фіг. 3-6, канавки 5 можуть мати форму "ластівчиного хвоста" у поперечному перерізі, що робиться з метою оптимізації кріплення генерованого технологічним процесом акреційного шару 15, коли вони не містять можливого багатошарового виступу 10 (описаного нижче). Однак ребра 4-)| і канавки 5 можуть мати і інші форми поперечного перерізу.

Таким чином, як показано на Фіг. 1 ії 2, вони можуть мати, наприклад, прямокутну форму поперечного перерізу.

Крім того, як показано в необмеженому прикладі на Фіг. 1, внутрішня поверхня З мідного тіла 2 може містити ребра 4 |, які мають, щонайменше, дві різні висоти П1 і п2. Така конфігурація дозволяє оптимізувати кріплення вогнетривкої цегли 15. У прикладі, показаному на Фіг. 1, перші ребра 4-1 (-1) мають першу висоту П1, а другі ребра 4-2 ((-2), які розташовані між першими ребрами 4-1, мають другу висоту п2, яка менше першої висоти П1. Однак, як наведено на фіг. 2- б, в інших прикладах здійснення винаходу мідне тіло 2 може містити ребра 4-1 однакової висоти.

Крім того, як показано на Фіг. 2 і 3, мідне тіло 2, переважно, містить внутрішні канали 16 якими протікає охолоджувальне текуче середовище.

Як показано на фіг. 1-6, щонайменше, одне з ребер 4-| містить, щонайменше, одне гніздо 8, розташоване між його першими кінцями 6 і, яке містить, щонайменше, одну вставку 9, виконану із зносостійкого матеріалу, який локально підвищує зносостійкість ребра 4-).

Завдяки реберним вставкам 9 зносостійкість ребер 4-| може бути значно підвищена, що дозволяє уникнути передчасної ерозії їх матеріалу (тобто міді або мідного сплаву).

У необмежувальному прикладі, показаному на Фіг. 1, тільки перші ребра 4-1 містять, щонайменше, одне гніздо 8, яке містить, щонайменше, одну вставку 9. Це пояснюється тим, що друга висота 2 других ребер 4-2 занадто мала, щоб в них можна було виконати гніздод(а) 8.

В якості зносостійкого матеріалу для вставки 9 може використовуватися, наприклад, метал 60 або кераміка. Таким зносостійким металом може бути, наприклад, сталь або чавун, переважно жаростійкого класу (наприклад, жаростійка сталь, така як-от зХ40Ст5і13, хімічний склад якої включає наступні компоненти (у відсотках по масі): 0,3 9охСх0,5 95, 1 9о5і2,5 95, 12514 Об,

Мпх1 95, Міх1 96, Р«0,04 95, 550,03 95 і Мох0,5 95), або зносостійка сталь, здатна працювати при високих температурах. Як зносостійку кераміку можна використовуватися, наприклад, карбід кремнію (5іС), екструдований карбід кремнію (з більш високою теплопровідністю) або інший вогнетривкий матеріал з хорошою стійкістю до розтріскування і високою твердістю.

Якщо, щонайменше, одне ребро 4-| містить, щонайменше, одне гніздо 8, кожне гніздо 8 може бути виконано у вигляді паза, який містить, щонайменше, одну вставку 9. Саме такий приклад показаний на фіг. 1-3. Важливо відзначити, що ребро 4-| може містити тільки один паз 8, який проходить між його першими кінцями б, можливо від першого кінця 6 до протилежного кінця (як показано) або, щонайменше, два паза 8, які проходять між його першими кінцями 6, переважно вздовж однієї і тієї ж осі. Крім того, кожен паз 8 може містити одну або декілька вставок 9, встановлених одна за одною. Кожен паз 8 може бути виконаний шляхом механічної обробки, наприклад, за допомогою перового свердла.

У не показаному варіанті кожне гніздо 8 може являти собою нарізний отвір, в який угвинчується гвинт, який утворює вставку 9. Слід зазначити, що ребро 4-| може містити лише один нарізний отвір 8, виконаний між його першими кінцями 6, або, щонайменше, два нарізних отвори 8, виконаних між його першими кінцями 6, переважно вздовж однієї і тієї самої осі. Кожен нарізний отвір 8 може бути виконаний шляхом механічної обробки, наприклад, за допомогою перового свердла. Переважно, отвори 8 і, отже, гвинти 9 розміщені перед охолоджувальними каналами 16 з метою захисту гвинтів 9 і зменшення їх кількості. У цьому випадку гвинти 9 не лише добре з'єднані з міддю за допомогою нарізі, але і добре охолоджуються.

Крім того, як показано на Фіг. 4 - щонайменше, одна з канавок 5 мідного тіла 2 може містити, щонайменше, частину багатошарового виступу 10, який проходить між її другими кінцями 7 і, який містить, щонайменше, один шар 12 із зносостійкого матеріалу, локально підвищує зносостійкість сусідніх ребер 4-.

Таким чином, в останньому варіанті одне або декілька ребер 4-| містить(ять), щонайменше, одне гніздо 8, розташоване між його/їх першими кінцями 6 і містить, щонайменше, одну вставку 9, виконану із зносостійкого матеріалу, при цьому одна чи декілька канавок 5 містить(ять),

Зо щонайменше, частину багатошарового виступу 10, який проходить між її другими кінцями 7 і містить, щонайменше, один шар 12, виконаний із зносостійкого матеріалу.

Завдяки багатошаровим виступам 10 (розташованим в канавках 5), швидкість і тиск шихти, яка спускається на охолоджувальну плиту відчутно знижуються, що дозволяє уникнути передчасної ерозії її матеріалу (тобто міді або мідного сплаву) і тіла охолоджувальної плити.

Іншими словами, виступи дозволяють створювати область малих переміщень матеріалу з метою мінімізації зносу.

Як зносостійкий матеріал кожного шару 12, переважно, використовується такий самий матеріал, що і матеріал вставки 9. Таким чином, в якості цього матеріалу може застосовуватися метал або кераміку, як було зазначено вище для вставки 9.

Якщо, щонайменше, одна канавка 5 містить, щонайменше, частину багатошарового виступу 10, багатошаровий виступ 10 може містити перший шар 11, виконаний з матеріалу з високою теплопровідністю, і другий шар 12, виконаний із зносостійкого матеріалу, який розташований зверху зазначеного першого шару 11. Саме такий варіант виконання показаний на Фіг. 4-6. На відміну від попереднього варіанта здійснення винаходу (показаного на Фіг. 1-3), цей варіант здійснення винаходу дозволяє модифікувати звичайну охолоджувальну плиту без будь-якої механічної обробки.

Перший шар 11, який має високу теплопровідність, розташований в нижній частині багатошарового виступу 10, щоб він виконував функцію теплового екрана, оскільки теплове навантаження надходить головним чином від гарячих газових потоків, які піднімаються вгору.

Наприклад, в якості матеріалу цього першого шару 11 може використовуватися мідь з високою провідністю або мідний сплав. Другий шар 12 виконаний із зносостійкого матеріалу і розташований зверху першого шару 11 з метою захисту від передчасної ерозії. Як вже зазначалося вище, цей другий шар 12 може бути виконаний зі зносостійкої сталі, чавуну або кераміки.

Крім того, наприклад, як показано на Фіг. 4 і 5, кожен багатошаровий виступ 10 може бути пов'язаний з однією канавкою 5. Іншими словами, частина кожного багатошарового виступу 10 розташована в одній канавці 5, а інша частина цього багатошарового виступу 10 виходить за межі даної однієї канавки 5.

У цьому випадку кожен багатошаровий виступ 10 може додатково містити третій шар 13, розташований між 11 першим і другим 12 шарами і виконаний з керамічного матеріалу дуже високої твердості для підвищення зносостійкості всього виступу.

У прикладі, показаному на Фіг. 4, кожен третій шар 13 контактує з частиною внутрішньої поверхні 3, яка є основою відповідної канавки 5, в той час як у прикладі, зображеному на Фіг. 5, кожен третій шар 13 відділений виступаючою частиною нижчого першого шару 11 від частини внутрішньої поверхні 3, яка є основою відповідної канавки 5. Варіант, показаний на Фіг. 4, може встановлюватися в холодильник спереду, в той час як альтернативний варіант, зображений на

Фіг. 5, може встановлюватися в канавку лише збоку. Перевага останнього варіанта полягає в більш високій стабільності вузла у разі розлому крихкого керамічного елемента.

Наприклад, кожен третій шар 13 може бути виконаний з кераміки високої твердості, як-от 5іС або екструдований 5іС. Тут може бути використана кераміка, тому що вона розташована між двома прилеглими металевими елементами і, таким чином, захищена від впливу падаючого матеріалу, а також не залежить від вигину охолоджувальної плити, який може бути зумовлений її тепловим розширенням.

У варіанті здійснення винаходу, показаному на Фіг. 6, перший 11 і другий 12 шари кожного багатошарового виступу 10 можуть бути пов'язані з двома сусідніми канавками 5 відповідно.

Іншими словами, частина першого шару 11 багатошарового виступу 10 розташована в першій канавці 5, в той час як інша частина цього першого шару 11 виходить за межі даної першої канавки 5, при цьому частина другого шару 12 цього багатошарового виступу 10 розташована у другій канавці 5, розташованої поряд з першої канавкою 5, в той час як інша частина цього другого шару 12 виходить за межі цієї другої канавки 5. Таким чином, перший шар 11 в нижній частині сприймає теплове навантаження і передає його на мідне тіло 2, а верхній, другий шар 12 захищає відповідний перший шар 11 від зносу.

У цьому випадку, як показано в необмежувальному прикладі на Фіг. 6, перший шар 11 кожного багатошарового виступу 10 може містити паз 17, який проходить між другими кінцями 7 і містить іншу вставку 18. Ця інша вставка 18, вставлена у перший шар 11, виконана з матеріалу високої твердості і служить для підвищення твердості даного першого шару 11. Наприклад, як показано в необмежувальному прикладі на Фіг. б, поверхня першого шару 11, в якій

Зо передбачений (або виконаний шляхом механічної обробки) паз 17, може бути виконана похилою, щоб спрямовувати гарячий газ назовні і допомагати тепловим потокам плавно заходити у "кишені", виконані у виступах 10.

Крім того, як показано на Фіг. 6, кожен інший паз 17 і, отже, відповідна інша вставка 18 можуть мати форму "ластівчиного хвоста" у поперечному перерізі.

Як і в попередніх прикладах, кожна інша вставка 18 може бути виконана з кераміки, такий як 5іС, або зі сталі (зносостійкої, жароміцної або такої, яка володіє обома цими властивостями).

Можуть використовуватися і інші способи підвищення твердості шару 11. Наприклад, кожен паз 17 може являти собою нарізний отвір, в який угвинчується гвинт, який утворює вставку 18.

Слід зазначити, що у випадку, коли охолоджувальна плита 1 містить також багатошарові виступи 10, канавки 5, в яких розташовані ці багатошарові виступи 10, можуть залежати від форми і/або розмірів доменної печі. Наприклад, в варіанті, показаному на Фіг. 4 і 5, багатошаровий виступ 10 може розташовуватися в кожній третій канавці 5. Однак в інших прикладах багатошаровий виступ 10 може бути розташований в кожній другій, четвертій або навіть п'ятій канавці 5.

Як показано на фіг. 4-6, у разі якщо охолоджувальна плита 1 містить багатошарові виступи 10, ребра 4-|, утворюють канавки 5, які містять ці багатошарові виступи 10 або в які вставлені ці багатошарові виступи 10, не повинні обов'язково містити гніздо(а) 8, які містять вставку) 9, оскільки вони вже захищені цими багатошаровими виступами 10. Таким чином, бажано, щоб лише ребра 4-|, які розташовані не поряд з багатошаровими виступами 10, мали гніздода) 8, яке містить вставку) 9.

Claims (16)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Охолоджувальна плита (1) для доменної печі, яка містить мідне тіло (2) з внутрішньою поверхнею (3), яка містить паралельні одне одному ребра (4-|), які мають перші протилежні кінці (6) ії розділені канавками (5), які мають другі протилежні кінці (7), яка відрізняється тим, що щонайменше одне з зазначених ребер (4-Ї) містить щонайменше одне гніздо (8), розташоване між зазначеними першими кінцями (6) і містить щонайменше одну вставку (9), виконану із зносостійкої кераміки, яка локально підвищує зносостійкість зазначеного ребра (4-Ї).

2. Охолоджувальна плита за п. 1, яка відрізняється тим, що зазначена зносостійка кераміка є карбідом кремнію, екструдованим карбідом кремнію або іншим вогнетривким матеріалом, який має хорошу стійкість до розтріскування і високу твердість.

3. Охолоджувальна плита за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що кожне гніздо (8) являє собою паз, який містить вставку (9).

4. Охолоджувальна плита за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що кожне гніздо (8) являє собою нарізний отвір, в який угвинчений гвинт, який утворює вставку (9).

5. Охолоджувальна плита за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що щонайменше одна з зазначених канавок (5) містить щонайменше частину багатошарового виступу (10), який проходить між зазначеними другими кінцями (7) і містить щонайменше один шар (12), виконаний із зазначеного зносостійкого матеріалу, який локально підвищує зносостійкість сусідніх ребер (4-Ї).

6. Охолоджувальна плита за п. 5, яка відрізняється тим, що зазначений багатошаровий виступ (10) містить перший шар (11), виконаний з матеріалу, який має високу теплопровідність, і другий шар (12), виконаний із зазначеного зносостійкого матеріалу і розташований зверху зазначеного першого шару (11).

7. Охолоджувальна плита за п. 6, яка відрізняється тим, що зазначений матеріал зазначеного першого шару (11) вибраний з групи, до складу якої входить мідь з високою провідністю і мідний сплав.

8. Охолоджувальна плита за п. 6 або 7, яка відрізняється тим, що кожен багатошаровий виступ (10) пов'язаний з однією канавкою (5).

9. Охолоджувальна плита з п. 8, яка відрізняється тим, що кожен багатошаровий виступ (10) додатково містить третій шар (13), розташований між зазначеними першим (11) і другим (12) шарами і виконаний з матеріалу, твердість якого забезпечує підвищення твердості зазначеного багатошарового виступу (10).

10. Охолоджувальна плита за п. 9, яка відрізняється тим, що зазначений третій шар (13) виконаний з кераміки з хорошою опірністю до розтріскування і високою твердістю, такої як 5іС або екструдований 510.

11. Охолоджувальна плита за п. 6 або 7, яка відрізняється тим, що перший (11) і другий (12) Зо шари кожного багатошарового виступу (10) пов'язані з двома сусідніми канавками (5) відповідно.

12. Охолоджувальна плита з п. 11, яка відрізняється тим, що зазначений перший шар (11) кожного багатошарового виступу (10) містить паз (17), який проходить між зазначеними другими кінцями (7) і містить іншу вставку (18), виготовлену з матеріалу, який має твердість, яка підвищує твердість зазначеного першого шару (11).

13. Охолоджувальна плита за п. 12, яка відрізняється тим, що зазначена інша вставка (18) виконана з кераміки або зносостійкої і/або жароміцної сталі.

14. Охолоджувальна плита за будь-яким з пп. 1-13, яка відрізняється тим, що зазначена внутрішня поверхня (3) зазначеного мідного тіла (2) містить ребра (4-|), які мають щонайменше дві різні висоти.

15. Охолоджувальна плита за будь-яким з пп. 1-14, яка відрізняється тим, що зазначені канавки (5) мають форму ластівчина хвоста у поперечному перерізі.

16. Доменна піч, яка відрізняється тим, що вона містить щонайменше одну охолоджувальну плиту (1) за будь-яким з пп. 1-15.