RU2001114C1 - Device for cooling metallurgical furnace walls - Google Patents
Device for cooling metallurgical furnace wallsInfo
- Publication number
- RU2001114C1 RU2001114C1 SU4924674A RU2001114C1 RU 2001114 C1 RU2001114 C1 RU 2001114C1 SU 4924674 A SU4924674 A SU 4924674A RU 2001114 C1 RU2001114 C1 RU 2001114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- casing
- water
- ribs
- heat
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title abstract description 53
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 37
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N NAD zwitterion Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относитс к металлургии , в частности к охлаждению стен металлургических печей, преимущественно доменных Сущность изобретени : устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи содержит расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха Причем трубы вод ного охлаждени имеют U-образную форму и снабжены установленными во внутренней их половине турбулизаторами Охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин, которые имеют различные площади и собраны по меньшей мере в один пакет, в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам, а размеры и расположение элементов конструкции выбирают из услови обеспечени допустимой температуры на кожухе 3 илUsage: the invention relates to metallurgy, in particular to cooling the walls of metallurgical furnaces, mainly blast furnaces The essence of the invention: a device for cooling the walls of a metallurgical shaft furnace contains vertically perimeter walls on the side of the inner surface of the casing in the thickness of the layer of heat-resistant concrete sections from water cooling pipes with transverse ribs, the input and output of each of which are oriented towards the casing. Moreover, the water cooling pipes are U-shaped and equipped with turbulators installed in their inner half The transverse ribs covering each water-cooling pipe are made in the form of plates that have different areas and are assembled in at least one package, in order to decrease the areas of these ribs from the central to the peripheral ribs, and the sizes and arrangement of elements designs are selected from the condition of ensuring acceptable temperature on the casing 3 sludge
Description
Изобретение относитс к металлургии, в частности к охлаждению стен металлургических печей, преимущественно доменных.The invention relates to metallurgy, in particular to cooling the walls of metallurgical furnaces, mainly blast furnaces.
Известно устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, в частности доменной, и содержащее расположенные по периметру стенки секции из труб вод ного охлаждени , имеющих U-об- размдо фофму, установленных на строительном -элементе кожуха и встроенных в тол щу сло жаростойкого бетона, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону строительного элемента кожуха.A device is known for cooling the wall of a metallurgical shaft furnace, in particular a blast furnace, and comprising sections located along the perimeter of the wall from water cooling pipes having U-obfmofofma installed on a building-element of the casing and built into the thickness of the layer of heat-resistant concrete, input and the output of each of which is oriented towards the building element of the casing.
Недостатком известной конструкции устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи вл етс недостаточна эффективность охлаждени кожуха стенки печи, так как в этом случае нельз получить при данном расходе охлаждающего агента максимальный отвод тепла.A disadvantage of the known design of a device for cooling the wall of a metallurgical shaft furnace is the insufficient cooling efficiency of the furnace wall casing, since in this case it is not possible to obtain maximum heat dissipation at a given flow rate of the cooling agent.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, содержащее расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха, в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха. С целью повышени эффективности теплообмена в этом устройстве теплоотдающа поверхность развиваетс путем оребрени .The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for cooling the wall of a metallurgical shaft furnace, containing vertically perimeter walls from the side of the inner casing, in the thickness of the layer of heat-resistant concrete sections from water pipes with transverse ribs, inlet and outlet each of which is oriented towards the casing. In order to increase the heat transfer efficiency in this device, the heat transfer surface is developed by finning.
Недостатком устройства вл етс недо- статочн ш эффективность охлаждени кожуха стенки печи из-за отсутстви непосредственной зависимости размеров и расположени труб вод ного охлаждени , а также размеров и расположени поперечных ребер относительно наружной поверхности трубы от особенностей эксплуатации и тепловых нагрузок. Этот вопрос может быть разрешен путем математического моделировани дл увеличени охлаждающего эффекта. Кроме того, в конструкции этого устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи охлаждающа вода используетс недостаточно эффективно . Основна масса воды проходит через центральную часть поперечного сечени трубы вод ного охлаждени , не участву активно в теплообмене. Здесь поток воды имеет более высокую скорость, чем на периферии сечени , где сказываетс пристеночный эффект понижени скорости. У стен трубы происходит повышение температуры воды, сопровождающеес выпадением солей временной жесткости иA disadvantage of the device is the insufficient cooling efficiency of the furnace wall casing due to the absence of a direct relationship between the size and location of the water cooling pipes, as well as the size and location of the transverse ribs relative to the outer surface of the pipe, from the operating characteristics and thermal loads. This question can be solved by mathematical modeling to increase the cooling effect. In addition, in the design of this apparatus for cooling the wall of a metallurgical shaft furnace, cooling water is not used efficiently. The bulk of the water passes through the central part of the cross section of the water cooling pipe, not actively participating in heat transfer. Here, the water flow has a higher velocity than at the periphery of the cross section, where the wall effect of a decrease in velocity is affected. At the walls of the pipe there is an increase in water temperature, accompanied by the precipitation of salts of temporary hardness and
образованием на стенах накипи, нарушающей теплопередачу.the formation on the walls of scale, disrupting heat transfer.
В результате снижаетс стойкость футеровки печи и самого устройства дл охлаждени стенки печи.As a result, the durability of the lining of the furnace and the device for cooling the wall of the furnace itself are reduced.
Целью изобретени вл етс повышение эффективности охлаждени кожуха стенки печи и сокращение расхода воды. Указанна цель достигаетс тем, что вThe aim of the invention is to increase the cooling efficiency of the furnace wall casing and to reduce water consumption. The specified goal is achieved by the fact that in
предлагаемом устройстве дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, содержащем расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха, в толще сло жаро5 стойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентированы в сторону кожуха, согласно изобретению трубы вод ного охлаждени имеют U-образнуюthe proposed device for cooling the wall of a metallurgical shaft furnace containing vertically perimeter walls from the side of the casing, in the thickness of the layer of heat-resistant concrete sections of water cooling pipes with transverse ribs, the inlet and outlet of each of which are oriented towards the casing, according to the invention water-cooled pipes are U-shaped
0 форму и снабжены установленными во внутренней их полости турбулизаторами, охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют раз5 личные площади, собраны по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам, длину колена и рассто ние между входом и выходом трубы вод ного0 shape and equipped with turbulators installed in their inner cavity, the transverse ribs covering each water cooling pipe are made in the form of round plates, have different areas, are assembled in at least one package in order to decrease the areas of these ribs from the central to the peripheral ribs , elbow length and distance between inlet and outlet of water pipe
0 охлаждени , рассто ние между соседними трубами вод ного охлаждени вдоль продольной оси шахтной печи и в поперечном к ней направлении, а также высоты центрального поперечного ребра в каждом пакете0 cooling, the distance between adjacent water cooling pipes along the longitudinal axis of the shaft furnace and in the transverse direction to it, as well as the height of the central transverse rib in each package
5 над наружной поверхностью труЬы и сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы выбирают из услови :5 above the outer surface of the pipe and the layer of heat-resistant concrete from the outer surface of the pipe is selected from the condition:
т max т , f-r max т /„ , 1с - I о + (I Со I о) (Эо + mmt max t, f-r max t / „, 1 s - I о + (I Co I о) (Eo + mm
0+ Za Vl+S 0+ Za Vl + S
I 1 I 1
где Tcmax - максимальна температура на кожухе шахтной печи;where Tcmax is the maximum temperature on the casing of the shaft furnace;
Т0 - температура окружающей среды;T0 is the ambient temperature;
Тсотах - максимальна температура на кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени ;Tsotakh - the maximum temperature on the casing of a shaft furnace without water cooling pipes;
а0, at, ay - коэффициенты регрессии;a0, at, ay - regression coefficients;
р |, f) - базисна функци p |, f) is the basis function
при (f 1,2- -;at (f 1,2- -;
33
2 24,86-40,67 -;2 24.86-40.67 -;
ОABOUT
рЗ 3,83-6,54 Ј; Sp3 3.83-6.54 Ј; S
00
55
(/)4(/)4
4,53-7,34 -;4.53-7.34 -;
ОABOUT
10В-10810V-108
пP
d -Атd -At
.91-1.5 Ь .91-1.5 b
АAND
(1-0.67) + (1-0.67) +
Я, (.34 I, (.34
+ 0,) Амет+ 0,) Amet
лбет -1lbet -1
Ре Re
CLCL
критерий Пекле;Peclet test;
dT)dT)
при - Я , когда в устройстве нет турбу- лизатора;when - I, when there is no turbulizer in the device;
ИЛ IL
0.330.33
ртеплwarmth
чh
))
при Я 0 0,023 А ()° 8- (М.at I 0 0.023 A () ° 8- (M.
а//лa // l
когда в устройстве есть турбулизатор. где d - диаметр трубы вод ного охлажде- ни ,when the device has a turbulator. where d is the diameter of the water cooling pipe,
S - рассто ние между соседними трубами в поперечном направлении;S is the distance between adjacent pipes in the transverse direction;
I - рассто ние между входом и выходом трубы вод ного охлаждени ;I is the distance between the inlet and outlet of the water cooling pipe;
L - длина колена (изогнутой части) трубы вод ного охлаждени ;L is the length of the elbow (bent portion) of the water cooling pipe;
г - рассто ние между соседними трубами вдоль продольной оси шахтной печи;d is the distance between adjacent pipes along the longitudinal axis of the shaft furnace;
Сртепл - теплоемкость теплоносител ;Srtepl - heat capacity of the heat carrier;
G - расход теплоносител через трубу вод ного охлаждени ;G is the flow rate of the coolant through the water cooling pipe;
Атепл - теплопроводность дл теплоносител ;Atepl - thermal conductivity for the coolant;
Абег - теплопроводность бетона;Abeg - thermal conductivity of concrete;
I - в зкость теплоносител :I - viscosity of the coolant:
а - высота центрального поперечного ребра в каждом пакете над наружной поверхностью трубы;a - the height of the Central transverse ribs in each package above the outer surface of the pipe;
m - высота сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы;m is the height of the layer of heat-resistant concrete from the outer surface of the pipe;
Амет - теплопроводность материала, из которого изготовлены поперечные ребра.Amet is the thermal conductivity of the material from which the transverse ribs are made.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емое устройство отличаетс тем, что трубы вод ного охлаждени имеют U-образную форму и снабжены установленными во внутренней их полости турбулизаторами, охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют различные площади, собраны по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам , причем размеры и расположение элементов конструкции устройства выбирают из услови .Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized in that the water cooling pipes are U-shaped and equipped with turbulators installed in their inner cavity, the transverse ribs covering each water cooling pipe are made in the form of round plates, have different areas collected in at least one package in order of decreasing areas of said ribs from central to peripheral ribs, the sizes and arrangement of structural elements of the device being selected from conditions.
Таким образом, за вл емое устройство соответствует критерию изобретени новизна .Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of novelty.
Сравнение за вл емого решени с дру- 5 гими техническими решени ми показывает, что использование в технике с целью интенсификации процесса теплообмена сребренных труб и турбулизаторов известно. В результате анализа известных реше- 10 ний вы влено, что отличительный признак,A comparison of the claimed solution with other 5 technical solutions shows that the use in technology for the intensification of the heat transfer process of silver pipes and turbulators is known. As a result of the analysis of well-known solutions, 10 it was found that the distinguishing feature
-охватывающие каждую трубу вод ного охлаждени поперечные ребра выполнены в виде пластин круглой формы, имеют различные площади, собраны по меньшей мере вtransverse ribs covering each water cooling pipe are made in the form of round plates, have different areas, are assembled at least
15 один пакет, в пор дке убывани площадей указанных ребер от центрального к периферийным ребрам - не известен. Кроме того, в результате анализа вы влено, что за вл емое устройство про вл ет техническое15, one packet, in order to decrease the area of these ribs from the central to the peripheral ribs, is not known. In addition, as a result of the analysis, it was found that the claimed device exhibits technical
20 свойство, которое не про вл етс ни в одном из известных технических решений, со- держащих отличительные признаки отдельно или в сочетании. Новое техническое свойство позвол ет повысить и опти25 мизировать удельный теплосьем с единицы обьема. создать систему стабилизации градиентов температур по объемам, что приводит к повышению термостойкости бетонной футеровки. Это позвол ет сделать вывод о20, a property that is not manifested in any of the known technical solutions containing distinctive features separately or in combination. A new technical property allows one to increase and optimize the specific heat from a unit volume. create a system of stabilization of temperature gradients by volume, which leads to an increase in the heat resistance of concrete lining. This allows us to conclude
30 соответствии технического решени критерию существенные отличи .30 according to the technical solution to the criterion, significant differences.
На фиг. 1 изображена секци устройства дл охлаждени стенки металлургической шахтной печи, общий вид,In FIG. 1 shows a section of a device for cooling a wall of a metallurgical shaft furnace, a general view,
35 продольно-вертикальный разрез; на фиг. 235 longitudinally vertical section; in FIG. 2
-турбулизатор, размещенный в трубе вод ного охлаждени ; на фиг. 3 - график функх2 ции у а (- + 1), вл ющийс параболой,a turbulator placed in a water cooling pipe; in FIG. 3 is a graph of the function of a (- + 1), which is a parabola,
проход щей через точки середины ширины поперечного сечени поперечных ребер пакета .passing through midpoints of the width of the cross section of the transverse ribs of the packet.
Устройство дл охлаждени стенки ме .,- таллургической шахтной печи представл ет собой расположенные по периметру стенки печи секции (на чертеже не показаны). Кажда секци (фиг. 1) включает не менее двух труб 1 вод ного охлаждени , имеющих UCQ образную форму, установленных на строительном элементе кожуха 2, вход 3 и выходA device for cooling the wall of a metal, thallurgic shaft furnace is a section (not shown) located along the perimeter of the wall of the furnace. Each section (Fig. 1) includes at least two UCQ-shaped water-cooling tubes 1 mounted on a building element of the casing 2, input 3 and output
4каждой из которых ориентированы в сторону последнего. Встроенные в толщу сло 4 each of which is oriented towards the last. Built-in layer
5жаростойкого бетона трубы 1 вод ного ее охлаждени снабжены поперечными ребрами 6, расположенными на их наружной поверхности . Поперечные ребра б. приваренные к трубе 1 вод ного охлаждени , охватывают последнюю по всей ее окружности и собраны, по меньшей мере, в5, the heat-resistant concrete of the water-cooling pipe 1 is provided with transverse ribs 6 located on their outer surface. Cross ribs b. welded to the water cooling pipe 1, cover the latter around its entire circumference and are assembled at least in
4040
один пакет 7 из расположенных в пор дке убывани от центрального 8 поперечного ребра к периферии, При этом поперечные ребра 6 в пакете 7 контактируют между собой торцевыми поверхност ми. Исход из технологии изготовлени ребер в данном примере могут примен тьс ребра 6 с поперечным сечением, выполненным в виде пр моугольника , состо щего из двух частей (на чертеже не показаны), или ребра б в виде колец, выполненные, например, из Ст.20. Во внутренней полости каждой трубы 1 вод ного охлаждени установлен турбулиза- тор (фиг. 2), выполненный, например в виде ленты 9, имеющей по кра м прорези 10, образующие лепестки, (на фиг. 2 не показаны ), каждый из которых повернут вокруг своей оси. Лента 9 свернута по винтовой линии.one packet 7 of the transverse ribs arranged in decreasing order from the central 8 to the periphery. In this case, the transverse ribs 6 in the packet 7 are contacted by end surfaces. Based on the technology of manufacturing ribs in this example, ribs 6 with a cross section made in the form of a rectangle consisting of two parts (not shown), or ribs b in the form of rings made, for example, from Art.20 can be used . A turbulator (Fig. 2) is installed in the inner cavity of each water-cooling pipe 1 (Fig. 2), for example, made in the form of a tape 9, which has petals at the edges of the slots 10 (not shown in Fig. 2), each of which is turned around its axis. Tape 9 is folded along a helical line.
На строительном элементе кожуха 2 вырезают отверсти (на чертеже не показаны) дл установки труб 1 вод ного охлаждени с предварительно приваренными ребрами 6, образующие единую систему.Holes (not shown in the drawing) are cut out on the building element of the casing 2 for installing water-cooled pipes 1 with pre-welded fins 6, forming a single system.
В каждую трубу 1 вод ного охлаждени устанавливают турбулизатор -ленту 9, которую у входа 3 и выхода 4 трубы 1 закрепл ют сваркой. Затем с помощью опалубки (на чертеже не показана) нанос т слой 5 жаростойкого бетона по обычно примен емой технологии. По периметру строительного элемента кожуха 2 каждой секции предлагаемого устройства оставлен зазор 11 в виде свободной от футеровки части кожуха дл возможности производства сварки стыков между соседними строительными элементами и незамен емыми част ми шахты печи.A turbulator-ribbon 9 is installed in each water cooling pipe 1, which is fixed at the inlet 3 and outlet 4 of the pipe 1 by welding. Then, using formwork (not shown in the drawing), a layer 5 of heat-resistant concrete is applied according to the commonly used technology. Along the perimeter of the building element of the casing 2 of each section of the proposed device, a gap 11 is left in the form of a lining-free part of the casing for the possibility of welding joints between adjacent building elements and irreplaceable parts of the furnace shaft.
Рассматриваетс охлаждаема бетонна конструкци (фиг. 1). Требуетс оценить величину Тс в зависимости от S, I, h, г, Атепл, Абет. d, G, А мет, a, m, To. Tw, т.е. найтиA cooled concrete structure is contemplated (Fig. 1). It is required to estimate the value of Tc as a function of S, I, h, g, Atepl, Abet. d, G, A met, a, m, To. Tw, i.e. to find
Тс f(S, I, h, . Атепл Д 6er,d, G, А мет, а, т, То, Tw).Tc f (S, I, h, Atepl D 6er, d, G, A met, a, t, To, Tw).
Будем искать Тс в виде:We will search for Tc in the form:
Тстах а0 + i ai pi,Tstax a0 + i ai pi,
где р 1 - некоторые комбинации параметров (Tcmax-max температура на кожухе).where p 1 - some combination of parameters (Tcmax-max temperature on the casing).
Основные уравнени : теплопроводности дл бетона и кожухаBasic equations: thermal conductivity for concrete and casing
dlv(Agrad Т) а, теплопроводности дл теплоносител :dlv (Agrad T) a, thermal conductivity for the coolant:
dlv (Q Сртепл UT) dlv (A rad Т). Гр. услови : у Н, Т Twdlv (Q Cr UT) dlv (A rad T). Gr. conditions: at H, T Tw
f дл участка кожуха - A grad Т - а (Тс-То),f for the casing portion - A grad T - a (Tc-To),
дл участка теплоносител Т - Т0- на входе „- A grad Т 0 - на выходе. for the heat carrier section Т - Т0- at the inlet - - A grad Т 0 - at the outlet.
у-0y-0
Пусть определ ющие параметры измен ютс в следующих диапазонах:Let the determining parameters vary in the following ranges:
0 0,001-5 кг/с; d 3 м; I 0,3-2,2 м; h 0,07-0,3 м; г 0,05-0,15 м; S 0,05-0,15 м; А бет 0,1-1 Вт/мк0 0.001-5 kg / s; d 3 m; I 0.3-2.2 m; h 0.07-0.3 m; g 0.05-0.15 m; S 0.05-0.15 m; A bet 0.1-1 W / mk
Введем допущени : 1. Неравномерность потока по z не вли ет на Тстах:We introduce the assumptions: 1. The non-uniformity of the flow with respect to z does not affect Tstax:
2. Переменность теплофизических характеристик не вли ет на Тстах, 0 Эти допущени позвол ют выделить дл рассмотрени часть конструкции с одним охлаждающим элементом. 2. The variability of thermophysical characteristics does not affect Txt, 0 These assumptions allow us to highlight for consideration a part of the structure with one cooling element.
Введем линейный масштаб z0 S и запишем безразмерные переменныеWe introduce the linear scale z0 S and write the dimensionless variables
1;d-l;I l:h A: 1; d-l; I l: h A:
Zo ZoZQZoZo ZoZQZo
Г.С S.I 1Т6ПЛ G.S S.I 1T6PL
г - , Э--,ЛО-Аg -, E -, LO-A
ZQZoZqzo
Введем масштаб скорости Go и масштаб 0 теплопроводности А о.Определим температуру , как . Так как S всегда 1We introduce the scale of the velocity Go and the scale 0 of thermal conductivity A o. We define the temperature as. Since S is always 1
I w I оI w I o
и, согласно допущени м, запишем основные уравнени в виде:and, according to the assumptions, we write the basic equations in the form:
55
00
ОABOUT
ir#I + #LAv v}ir # I + #LAv v}
§)(§+Ц) §) (§ + Ts)
k3 Эу2 k3 EU2
или в безразмерной форме: A-Ao(Tw-To) ,#0 , #0, or in dimensionless form: A-Ao (Tw-To), # 0, # 0,
I -JЛ - 0 ZoЭх2 ду2 I-JL - 0 ZoEx2 du2
А(AND(
V V
ГпП. (J То)Gpp. (J That)
ZoZo
CqUcCquc
Oj|+vЈ) Oj | + vЈ)
WW
4040
AJTw-To) , #0чAJTw-To), # 0h
J tTT dfyJ tTT dfy
ww
., Э0 , v 30 A ,#0 #& u dx v 3y cqUofo 2 + 2)., Э0, v 30 A, # 0 # & u dx v 3y cqUofo 2 + 2)
Зу cqUoZo -faZu cqUoZo -fa
Введем Go qU0dz0 - масштаб приведенного расхода.We introduce Go qU0dz0 - the scale of the reduced flow rate.
00
ТОГДа°° 1оTHEN ° ° 1 °
Ввод число Пекле Ре Re PR CqUpZo GoCqzo CpG AqdZoA dTEnter Peclet Re Number Re PR CqUpZo GoCqzo CpG AqdZoA dT
ртепл , /-heat, / -
т.е. Pe those. Pe
A 5 затора;A 5 mash;
Э0E0
A, когда в устройстве нет турбулиU-57A when there is no U-57 turbo
dxdx
Э0 1 ,#0E0 1, # 0
.#0. # 0
22
+ (ЧЛ 0.023 A («3fe.(tlcr:+ (ChL 0.023 A (“3fe. (Tlcr:
,0,330.33
- когда в устройстве есть турбулизатор.- when there is a turbulator in the device.
Таким образом безразмерные уравнеи не завис т от 20.Thus, the dimensionless equations are independent of 20.
Интервалы варьировани безразмерых переменных:Intervals of variation of dimensionless variables:
d 0,2-2,2; 1 3,3-44; h 0,46-6; Ре - 00-Ю8; Я бет 0,166-1,66; г 0,3-3.d 0.2-2.2; 1 3.3-44; h 0.46-6; Re - 00-U8; I bet 0.166-1.66; g 0.3-3.
Ищем исходную функцию отклика в вие уравнени регрессииWe are looking for the initial response function in the regression equation
/тлэх/ tlech
0 а0 + Ј aiti + Ј aijtitj,0 a0 + Ј aiti + Ј aijtitj,
6&ах6 & ah
i ii i
t - фактор, варьируемый на двух уров х .t is a factor that varies at two levels.
1010
Построим ортогональный план и прове- g ем вычислительный экспериментWe construct an orthogonal plan and carry out a computational experiment
а(0) 3.6562a (0) 3.6562
а(1) .59251a (1) .59251
а(2) 1.6880a (2) 1.6880
а(3).3379020a (3) .3379020
а(4). 65365a (4). 65365
а(5) -1.6872a (5) -1.6872
а(6) 1.9393a (6) 1.9393
а(7) 2.2820a (7) 2.2820
а(8) -.2050025a (8) -2050025
а(9) .43171a (9) .43171
а(10) .32283a (10) .32283
а(11).63193Е-02a (11) .63193E-02
а(12).23070Е-01a (12) .23070E-01
а(13),36617Е-0130a (13), 36617E-0130
э(14) .39473Е-01e (14) .39473E-01
а(15).14321Е-01a (15) .14321E-01
а(16) .43803Е-01a (16) .43803E-01
а(17) .12479Е-01a (17) .12479E-01
а(18) -98996Е-0135a (18) -98996E-0135
а(19) .71441Е-С1a (19) .71441E-C1
а(20) .75266Е-02a (20) .75266E-02
а(21) .49462Е-02a (21) .49462E-02
а(22).18745Е-04a (22) .18745E-04
а(23) .23546Е-0240a (23) .23546E-0240
а(24) .30053Е-02a (24) .30053E-02
а(25) .25111Е-02a (25) .25111E-02
а(26) .24625Е-02a (26) .24625E-02
а(27) .27820Е-02a (27) .27820E-02
а(28) .35486Е-0245a (28) .35486E-0245
а(29) -.29678Е-02a (29) -.29678E-02
а(30) .2826ГЕ-02a (30) .2826GE-02
а(31) .36125Е-02a (31) .36125E-02
а(32) -.30317Е-02a (32) -.30317E-02
а(33) -.50761Е-0250a (33) -.50761E-0250
а(34).11209Е-02a (34) .11209E-02
а(35) .73179Е-02a (35) .73179E-02
а(36) ,41815Е-03a (36), 41815E-03
а(37) .36704Е-03.a (37) .36704E-03.
Это коэффициенты регрессии дл урав- 55 ени These are the regression coefficients for the equation 55
/тпзх37/ tpx37
JL а0 + Ј ачр,JL a0 + Ј achr,
t/LOi - It / LOi - I
ли п размерной форме:whether n dimensional form:
Тс™ То + (Тсотах-То) (а0 + 2 ai p i +Tc ™ To + (Tsotakh-To) (a0 + 2 ai p i +
i 1i 1
mm
+ Е a i У1 Ю)i i+ Е a i У1 Ю) i i
j ij i
Здесь То - температура окружающей среды, Tcomax максимальна температура на кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени .Here, To is the ambient temperature, Tcomax is the maximum temperature on the casing of the shaft furnace without water cooling pipes.
Р.-1.2-ЗЙ.R.-1.2-ZY.
/Ъ - 24,86-40,67 -,/ B - 24.86-40.67 -,
рзф4rzf4
3,83-6,54 j 4.53-7,34 3.83-6.54 j 4.53-7.34
108-108108-108
Степл DStaple D
-1,5-1.5
Дб,Db
d -Ятd-Jat
етem
1Т6ПЛ1T6PL
лl
Дбет (1-0,67 )Ямет- 0,67 Dbet (1-0.67) Yamet - 0.67
((
лбет ЬЯметLbet
+ 0,33 т-5-)+ 0.33 t-5-)
m m
а -1a -1
ЛметLmet
Зададимс функцией у а( 1), графикомWe define the function y a (1), the graph
которой вл етс парабола, проход ща через точки середины ширины поперечного сечени поперечных ребер 6 пакета 7, убывающих по высоте от центра к периферии. Это позвол ет регулировать теплосьем вдоль трубы вод ного охлаждени параллельно образующей (фиг. 3). На фиг. 3 изох2 бражен график функции у а ( -у + 1), видwhich is a parabola passing through midpoints of the width of the cross section of the transverse ribs 6 of the packet 7, decreasing in height from the center to the periphery. This allows the heat to be regulated along the water cooling pipe parallel to the generatrix (Fig. 3). In FIG. 3 isoch2 the graph of the function y a (-y + 1) is shown,
кривой которого позвол ет судить о плавном регулировании объемного теплосъема.the curve of which allows us to judge the smooth regulation of volumetric heat removal.
Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.
Охлаждающа среда (техническа вода) поступает в трубы 1 вод ного охлаждени . Отбира тепло от газового потока и шихтовых материалов, охлаждающа среда нагреваетс и в виде паровод ной смеси поступает, пройд по трубам 1, в наружные коммуникации. Металлические поперечные ребра 6 вл ютс охлаждающей арматурой дл жаростойкого бетона 5, что позвол ет значительно уменьшить его износ. Наличие секций, объедин ющих по несколько труб 1 вод ного охлаждени , позвол ет предельно сократить рассто ние между трубами, что обеспечит надежное охлаждение кожуха печи . Поток охлаждающей среды, двига сь по трубе 1, взаимодействует с лентой 9 и приобретает вращательное движение вокруг оси трубы 1. При этом в пограничном слое этот поток дополнительно турбулизируетс за счет взаимодействи с лепестками (на фиг. 2 не показаны) расположенными вблизи внутренней поверхности трубы 1. При этом интенсифицируетс теплообмен потока со стенкой трубы 1. Турбулизатор, закручива поток технической воды с целью лучшего охлаждени , взмучивает шлам, выпадающий на внутренней полости трубы 1. Взмученна часть шлама уноситс потоком воды.The cooling medium (process water) enters the water cooling pipes 1. Heat is removed from the gas stream and charge materials, the cooling medium is heated and enters the external communications as pipes enter the mixture. The metal transverse ribs 6 are cooling fittings for the heat-resistant concrete 5, which can significantly reduce its wear. The presence of sections uniting several water cooling pipes 1 allows extremely narrowing the distance between the pipes, which will ensure reliable cooling of the furnace casing. The flow of the cooling medium moving along the pipe 1 interacts with the tape 9 and acquires a rotational movement around the axis of the pipe 1. At the same time, in the boundary layer this stream is additionally turbulized due to interaction with the petals (not shown in Fig. 2) located near the inner surface of the pipe 1. At the same time, the heat exchange of the flow with the pipe wall is intensified 1. The turbulator, swirling the flow of process water for better cooling, stirs up the sludge falling on the inner cavity of the pipe 1. The distilled part of the sludge is carried away Otok water.
Результаты модельного расчета дл выбранных условий показывают, что по сравнению с прототипом эффективность теплосьема за период функционировани в печи предлагаемого устройства возрастает примерно на 80-100%, что позвол ет в таФормула изобретени The results of a model calculation for the selected conditions show that, compared with the prototype, the efficiency of the heat for the period of operation in the furnace of the proposed device increases by about 80-100%, which allows
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕНКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ШАХТНОЙ ПЕЧИ, содержащее расположенные вертикально по периметру стенки со стороны внутренней поверхности кожуха в толще сло жаростойкого бетона секции из труб вод ного охлаждени с поперечными ребрами, вход и выход каждой из которых ориентирован в сторону кожуха, отличающеес тем, что трубы вод ного охлаждени выполнены U-образ- ными и снабжены установленными во внутренней полости турбулизаторами, а поперечные ребра выполнены в виде пластин , имеющих разные площади и собранных по меньшей мере в один пакет в пор дке убывани площадей от центрального к периферийным ребрам, причем диаметр d, длину h колена и рассто ние I между входом и выходом трубы вод ного охлаждени , рассто ние между соседними трубами вод ного охлаждени вдоль продольной оси шахтной печи г и в поперечном к ней направлении S, а также высоту а центрального поперечного ребра в каждом пакете над наружной поверхностью трубы и высоту m сло жаростойкого бетона от наружной поверхности трубы выбирают из услови DEVICE FOR COOLING A WALL OF A METALLURGICAL MINING FURNACE, containing sections vertically around the perimeter of the wall of the casing in the thickness of the layer of heat-resistant concrete sections from water-cooled pipes with transverse ribs, the inlet and outlet of each of which are oriented towards the casing, characterized in that the pipes water cooling are made U-shaped and equipped with turbulators installed in the internal cavity, and the transverse ribs are made in the form of plates having different areas and assembled by m at least one packet in order to decrease the area from the central to the peripheral ribs, the diameter d, the elbow length h and the distance I between the inlet and outlet of the water cooling pipe, the distance between adjacent water cooling pipes along the longitudinal axis of the shaft furnace and in the direction S transverse to it, as well as the height a of the central transverse rib in each packet above the outer surface of the pipe and the height m of the layer of heat-resistant concrete from the outer surface of the pipe is chosen from the condition
T™ T0+()(d0+ ттT ™ T0 + () (d0 + tm
+ 2«1р1 + ) + 2 "1p1 +)
1 1 .eleven .
где тст х - - максимальна температура на кожухе шахтной печи;where tst x - is the maximum temperature on the casing of the shaft furnace;
Т0 - температура окружающей среды;T0 is the ambient temperature;
Тс™ах - - максимальна температура наTc ™ ah - - maximum temperature at
00
55
00
55
00
55
00
55
ких же пределах сократить расход охлаждающей среды. Применение предлагаемого устройства позвол ет увеличить удельный теплосъем с единицы объема, создать систему стабилизации градиентов температур по объемам, повысить термостойкость бетонной конструкции печи, а также увеличить кампанию печи за счет исключени ремонтов печи, св занных с заменой холодильников , увеличить производительность печи за счет интенсификации процесса теплообмена .within the same limits, reduce the consumption of the cooling medium. The use of the proposed device allows to increase the specific heat removal per unit volume, create a system of stabilization of temperature gradients by volume, increase the heat resistance of the concrete structure of the furnace, and also increase the campaign of the furnace by eliminating furnace repairs associated with replacing refrigerators, and increasing the productivity of the furnace by intensifying the process heat transfer.
Предполагаемый экономический эффект от предложенного устройства выражаетс в резком сокращении затрат на обслуживание и ремонт печи, поскольку увеличиваетс межремонтный пробег печи. (56) Патент США Nt 4559011,кл. С 21 87/10, 1985.The estimated economic effect of the proposed device is expressed in a sharp reduction in the cost of maintenance and repair of the furnace, since the overhaul mileage of the furnace is increased. (56) U.S. Patent No. 4,559,011, cl. C 21 87/10, 1985.
кожухе шахтной печи без труб вод ного охлаждени ;casing of a shaft furnace without water cooling pipes;
ао, ai, aj - коэффициенты регрессии;ao, ai, aj - regression coefficients;
р , р базисна функци p, p basis function
при 1 1.2-. ,86-40,, ,83-6,54, ,53-7,34,at 1 1.2-. , 86-40 ,,, 83-6.54., 53-7.34,
,5-103-108-Ре,5-103-108-Re
,91-1., лтепл, 91-1., Heat
7 -W -°-«)+ д « -°-ет 7 -W - ° - ") + d" - ° -et
(jF+ -34r-rr-+(jF + -34r-rr- +
бет 6ст + мст Bet 6CT + MST
+0,33+0.33
Ре- Лмет Re-Lmet
«/ДО"/BEFORE
- критерий Пекле;- Peclet criterion;
А()0,023ДМЈA () 0,023DMЈ
xdpxdp
0,8 L-C™™0.8 L-C ™
0,330.33
где Срепл - теплоемкость теплоносител ;where Srepl is the heat capacity of the coolant;
G - расход теплоносител через трубу вод ного охлаждени ;G is the flow rate of the coolant through the water cooling pipe;
Атепл - теплопроводность дл теплоносител ;Atepl - thermal conductivity for the coolant;
Абет- теплопроводность бетона;Abet - thermal conductivity of concrete;
ц - в зкость теплоносител ;c - viscosity of the coolant;
Амет - теплопроводность материала, из которого изготовлены поперечные ребра .Amet is the thermal conductivity of the material from which the transverse ribs are made.
ЈЈ
Фиг. {.FIG. {.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4924674 RU2001114C1 (en) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Device for cooling metallurgical furnace walls |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4924674 RU2001114C1 (en) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Device for cooling metallurgical furnace walls |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001114C1 true RU2001114C1 (en) | 1993-10-15 |
Family
ID=21568165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4924674 RU2001114C1 (en) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | Device for cooling metallurgical furnace walls |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2001114C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9765962B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-09-19 | Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co., Ltd. | Combustion device |
-
1991
- 1991-02-22 RU SU4924674 patent/RU2001114C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9765962B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-09-19 | Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co., Ltd. | Combustion device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101072689B1 (en) | Air cooled air cooler | |
| CN101517345B (en) | A heat exchanger | |
| US4923002A (en) | Heat exchanger rib | |
| JP2007078194A (en) | Heat transfer tube for heat exchanger | |
| GB2053445A (en) | Ribbed constructional assembly for heat transfer in heat exchangers | |
| KR20080108545A (en) | Automotive Heat Exchanger | |
| US20110017433A1 (en) | Heat exchanger for a heating device | |
| US4033561A (en) | Cooling plates for blast furnaces | |
| RU2170265C2 (en) | Method of manufacture of cooling plates for furnaces used in ferrous metallurgy | |
| RU2187763C1 (en) | Hot-water boiler | |
| MXPA01001888A (en) | Heat exchange pipe with extruded fins. | |
| RU2001114C1 (en) | Device for cooling metallurgical furnace walls | |
| FI93056C (en) | Method and apparatus for feeding process or flue gases into a gas cooler | |
| GB1571789A (en) | Furnace cooling element | |
| US6137823A (en) | Bi-metal panel for electric arc furnace | |
| EP0553238A1 (en) | Spiral heat exchanger. | |
| US4168737A (en) | Heat exchange recuperator | |
| EP0199534B1 (en) | Liner structure for a gas turbine combustion chamber | |
| RU2055903C1 (en) | Blast furnace cooler | |
| JP2003262280A (en) | Hot air valve | |
| RU2528599C2 (en) | Apparatus with rotating drum and built-in pneumatic tube | |
| JP3161267B2 (en) | Blast furnace shaft furnace inner wall repair method and repair support block | |
| EP0751363A1 (en) | Heat exchanger | |
| RU2000534C1 (en) | Plate heat exchanger pack | |
| RU2849787C2 (en) | Heat exchanger |