RU2104452C1

RU2104452C1 - Steel melting furnace arch

Info

Publication number: RU2104452C1
Application number: RU96122520A
Authority: RU
Inventors: О.М. Сосонкин; А.А. Алымов; А.А. Смирнов; Л.М. Васильев; С.Н. Бюльгер; В.Ф. Чирихин; В.А. Ермолаев; Ю.Г. Черневский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"; Московский государственный вечерний металлургический институт
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, in particular, masonry of steel melting furnaces with employment of cooled constructions. SUBSTANCE: steel melting furnace arch has alternating sections of refractory masonry and cooled members installed in the masonry without any gap at a distance of 0.25 of its thickness from the working surface. The height of the cooled member makes up 0.4 of the masonry thickness. The width of the refractory masonry up (6... 9)b, where b - width of the cooled member equal to (0.2...0.3) of its height. The cooled member may be made of a closed roll-formed section, or of a pipe flattened to the size of member width b, or of pipes of the same diameter arranged one above another and connected on both sides by metal plates. The intertubular space is filled with material, having a thermal conductivity at least of 5 W/m K. EFFECT: enhanced arch firmness at minimum additional power consumption. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к производству металлов и сплавов и может быть использовано в дуговых сталеплавильных печах, мартеновских и двухванных. The invention relates to the production of metals and alloys and can be used in electric arc furnaces, open-hearth furnaces and two-bath furnaces.

Известен свод сталеплавильной печи, выполненный из огнеупорных материалов с водоохлаждаемыми элементами [1]. Known arch steelmaking furnace made of refractory materials with water-cooled elements [1].

К недостаткам этой конструкции можно отнести то, что охлаждаемые элементы заменяют значительную часть поверхности огнеупорной кладки (около 20 %), что приводит к большим тепловым потерям из рабочего пространства печи. Кроме того, установка охлаждаемых элементов только в "уязвимых" участках кладки не решает проблемы стойкости всего свода. The disadvantages of this design include the fact that the cooled elements replace a significant part of the surface of the refractory masonry (about 20%), which leads to large heat losses from the working space of the furnace. In addition, the installation of cooled elements only in the “vulnerable” areas of the masonry does not solve the problem of durability of the entire vault.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является свод сталеплавильной печи, выполненный из огнеупорной кладки и охлаждаемых элементов [2] . Недостатком указанной конструкции является то, что теплоотдача от огнеупорной кладки к охлаждающей воде невелика из-за большого термического сопротивления воздушного зазора между огнеупорной кладкой и боковой поверхностью охлаждаемого элемента. Кроме того, по ходу кампании увеличивается облучаемая поверхность водоохлаждаемого элемента, что ведет к росту тепловых потерь. The closest analogue of the proposed technical solution is the arch of the steelmaking furnace made of refractory masonry and cooled elements [2]. The disadvantage of this design is that the heat transfer from the refractory masonry to the cooling water is small due to the large thermal resistance of the air gap between the refractory masonry and the side surface of the cooled element. In addition, during the campaign, the irradiated surface of the water-cooled element increases, which leads to an increase in heat loss.

Задача изобретения состоит в увеличении стойкости свода за счет отвода тепла от огнеупорного материала. The objective of the invention is to increase the durability of the arch due to heat removal from the refractory material.

Поставленная задача решается тем, что охлаждаемые элементы установлены между огнеупорными участками свода без зазора, их рабочая поверхность утоплена в кладку на 0,25 ее толщины, а отношение высоты элемента в толщине кладки составляет 0,4, причем ширина огнеупорной кладки между соседними охлаждаемыми элементами составляет (6-9)b, где b - ширина охлаждаемого элемента, равная 0,2-0,3 его высоты. Охлаждаемый элемент выполнен из гнутого замкнутого профиля, либо из трубы, сплющенной до размера ширины b элемента, либо из труб одного диаметра, расположенных одна над другой и соединенных с обеих сторон металлическими листами, а межтрубное пространство заполнено материалом с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/мК. The problem is solved in that the cooled elements are installed between the refractory sections of the arch without a gap, their working surface is recessed into the masonry by 0.25 of its thickness, and the ratio of the height of the element in the thickness of the masonry is 0.4, and the width of the refractory masonry between adjacent cooled elements is (6-9) b, where b is the width of the cooled element, equal to 0.2-0.3 of its height. The cooled element is made of a bent closed profile, either from a pipe flattened to the width of the element b or from pipes of the same diameter located one above the other and connected by metal sheets on both sides, and the annular space is filled with a material with a thermal conductivity of at least 5 W / mk.

Изобретение соответствует критериям патентоспособности: обладает новизной, что следует из сравнения с ближайшим аналогом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо. The invention meets the criteria of patentability: it has novelty, which follows from a comparison with the closest analogue, inventive step, since it clearly does not follow from the existing level of technology, is practically feasible.

На фиг. 1 показан продольный разрез свода сталеплавильной печи с водоохлаждаемыми элементами, выполненными из трубы, сплющенной до размера ширины b элемента; на фиг. 2 - то же, с водоохлаждаемыми элементами, выполненными из труб одного диаметра, расположенных одна над другой и соединенных с обеих сторон металлическими листами, а межтрубное пространство заполнено материалом с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/мК; на фиг. 3 - то же, с водоохлаждаемыми элементами, выполненными из гнутого замкнутого профиля. In FIG. 1 shows a longitudinal section through the arch of a steelmaking furnace with water-cooled elements made of a pipe flattened to a dimension width b of the element; in FIG. 2 - the same with water-cooled elements made of pipes of the same diameter, located one above the other and connected on both sides by metal sheets, and the annulus is filled with material with a thermal conductivity of at least 5 W / mK; in FIG. 3 - the same, with water-cooled elements made of a bent closed profile.

Свод сталеплавильной печи состоит из чередующихся участков огнеупорной кладки 1 и охлаждаемых элементов 2. Облучаемая поверхность 3 охлаждаемого элемента 2 утоплена в огнеупорную кладку 1 на 0,25 ее толщины, т.е. приподнята над рабочей поверхностью 4 огнеупора 1. The steelmaking arch consists of alternating sections of refractory masonry 1 and cooled elements 2. The irradiated surface 3 of the cooled element 2 is recessed into the refractory masonry 1 by 0.25 of its thickness, i.e. raised above the working surface 4 of the refractory 1.

Заглубление рабочей поверхности 3 элемента 2 в кладку менее, чем на 0,25 ее толщины, приводит к увеличению тепловых потерь после износа огнеупорной кладки 1. Заглубление же на величину более 0,25 толщины кладки приведет к быстрому износу огнеупорной кладки 1 из-за большого термического сопротивления слоя кладки от рабочей поверхности 4 до охлаждаемой поверхности 3. Охлаждаемый элемент 2 установлен в кладке 1 без зазора, что позволяет отводить через боковые поверхности 5 элемента 2 тепловой поток до 50 кВт/м². Заглубление рабочей поверхности 3 элемента 2 в кладку экранирует ее от излучения рабочего пространства печи и уменьшает тепловые потери.Deepening the working surface 3 of element 2 into the masonry by less than 0.25 of its thickness leads to an increase in heat loss after wear of the refractory masonry 1. Deepening by more than 0.25 thickness of the masonry will lead to rapid wear of the refractory masonry 1 due to the large thermal resistance of the masonry layer from the working surface 4 to the cooled surface 3. The cooled element 2 is installed in the masonry 1 without a gap, which allows the heat flux up to 50 kW / m ² to be removed through the side surfaces 5 of the element ² . Deepening the working surface 3 of the element 2 into the masonry shields it from radiation from the working space of the furnace and reduces heat loss.

Отношение высоты охлаждаемого элемента 2 к толщине огнеупорной кладки 1 составляет 0,4 и обеспечивает теплоотвод от огнеупорной кладки, снижает температуру рабочей поверхности 4 до значений, исключающих оплавление огнеупора. The ratio of the height of the cooled element 2 to the thickness of the refractory masonry 1 is 0.4 and provides heat dissipation from the refractory masonry, reduces the temperature of the working surface 4 to values that exclude refractory reflow.

Известно, что тепловые нагрузки на элементы кладки любой сталеплавильной печи распределены неравномерно и изменяются в течение и одной плавки, и кампании. Тепловая мощность печей достигла таких значений, что на рабочих поверхностях огнеупоров создаются температуры, превышающие значения огнеупорности, т.е. идет интенсивное оплавление огнеупоров (до 10 мм за плавку). Интенсивному оплавлению способствует и пропитка огнеупоров окислами железа, снижающая температуру плавления на 150- 200°С. It is known that the thermal loads on the masonry elements of any steelmaking furnace are unevenly distributed and change during one melt and a campaign. The heat output of the furnaces has reached such values that temperatures exceeding the refractoriness are created on the working surfaces of the refractories, i.e. intensive reflow of refractories (up to 10 mm per melt). Intensive melting is also facilitated by the impregnation of refractories with iron oxides, which reduces the melting point by 150-200 ° C.

Ширина огнеупорной кладки 1 между соседними охлаждаемыми элементами составляет (6-9)b, где b - ширина охлаждаемого элемента. На участках свода, где фиксируются максимальные тепловые нагрузки, выбирают ширину кладки, равную 6b. При меньших значениях ширины кладки отвод тепла через боковые поверхности 5 элемента 2 будет чрезмерным, температура рабочей поверхности 4 огнеупора 1 будет значительно ниже температуры оплавления, а тепловые потери неоправданно высокими. При значениях ширины кладки более 9b температура рабочей поверхности 4 огнеупора 1 посредине между водоохлаждаемыми элементами 2 станет выше температуры оплавления и наступит ускоренный износ огнеупора. The width of the refractory masonry 1 between adjacent cooled elements is (6-9) b, where b is the width of the cooled element. In the areas of the arch where the maximum thermal loads are fixed, a masonry width of 6b is selected. With smaller values of the width of the masonry, heat removal through the side surfaces 5 of the element 2 will be excessive, the temperature of the working surface 4 of the refractory 1 will be significantly lower than the melting temperature, and the heat loss is unreasonably high. When the masonry widths are more than 9b, the temperature of the working surface 4 of the refractory 1 in the middle between the water-cooled elements 2 will become higher than the melting temperature and accelerated wear of the refractory will occur.

Ширина b охлаждаемого элемента 2 составляет 0,2-0,3 его высоты. При меньших значениях b площадь контакта с огнеупором 1 по поверхностям 5 элемента 2 недостаточна для отвода тепла, а принимать b более 0,3 высоты элемента нецелесообразно, так как температура огнеупора в этом сечении (верхний срез элемента) не может превышать температуру плавления при любых значениях теплового потока из рабочего пространства печи. Сечение водоохлаждаемого элемента представляет собой прямоугольник, выполненный без угловых сварных швов. The width b of the cooled element 2 is 0.2-0.3 of its height. At lower values of b, the contact area with the refractory 1 on the surfaces 5 of element 2 is not sufficient to remove heat, and it is impractical to take b more than 0.3 the height of the element, since the temperature of the refractory in this section (the upper section of the element) cannot exceed the melting temperature at any values heat flow from the working space of the furnace. The cross section of the water-cooled element is a rectangle made without fillet welds.

Охлаждаемый элемент 2 изготовлен из гнутого замкнутого профиля. The cooled element 2 is made of a bent closed profile.

Охлаждаемый элемент 2 изготовлен из трубы, сжатой с двух сторон до размера ширины элемента b и имеющей вертикальные плоскости, соприкасающиеся с огнеупорной кладкой. The cooled element 2 is made of a pipe, compressed from two sides to the size of the width of the element b and having vertical planes in contact with the refractory masonry.

Охлаждаемый элемент 2 собирают из двух труб одного диаметра, которые располагают таким образом, что оси их находятся в одной вертикальной плоскости. С боковых сторон их соединяют металлическими листами. Пространство между трубами заполнено материалом 6 с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/мК. В качестве материала можно использовать огнеупорную массу. При коэффициенте теплопроводности материала 6 менее 5 Вт/мК тепло, отводимое охлаждающей водой, будет меньше того количества тепла, которое передается от огнеупора 1 через боковые поверхности 5 охлаждаемого элемента 2. Это приведет к прогару металлических листов, соединяющих с обеих сторон трубы, и прекращению охлаждения огнеупора. The cooled element 2 is assembled from two pipes of the same diameter, which are arranged so that their axes are in the same vertical plane. From the sides they are connected by metal sheets. The space between the pipes is filled with material 6 with a thermal conductivity of at least 5 W / mK. As a material, a refractory mass can be used. When the thermal conductivity of the material 6 is less than 5 W / mK, the heat removed by the cooling water will be less than the amount of heat that is transferred from the refractory 1 through the side surfaces 5 of the cooled element 2. This will lead to burnout of the metal sheets connecting on both sides of the pipe and termination refractory cooling.

Эффективность предлагаемой конструкции свода сталеплавильной печи определяется увеличением стойкости при минимальных дополнительных энергетических затратах, экономией дефицитных огнеупорных материалов и трудовых затрат на ремонтах. The effectiveness of the proposed design of the arch of the steelmaking furnace is determined by the increase in resistance with minimal additional energy costs, saving scarce refractory materials and labor costs for repairs.

Claims

1. The arch of the steelmaking furnace, containing alternating sections of refractory masonry and cooled elements, characterized in that the cooled elements are installed between the refractory sections of the vault without a gap, their working surface is recessed into the masonry by 0.25 of its thickness, and the ratio of the height of the element to the thickness of the masonry is 0.4, and the width of the refractory masonry between adjacent cooled elements is (6 9) b, where b is the width of the cooled element, equal to 0.2 0.3 of its height.

2. The body according to claim 1, characterized in that the cooled element is made of a closed bent profile.

3. The body according to claim 1, characterized in that the cooled element is made of a pipe flattened to the size of the width b of the element.

4. The body according to claim 1, characterized in that the cooled element is made of pipes of one diameter located one above the other and connected by metal sheets on both sides, and the annulus is filled with material with a thermal conductivity of at least 5 W / m • K.