Конструкція вогнетривкої стінки

1. Конструкція вогнетривкої стінки для печі, зокрема, для металургійної печі, такої як доменна піч з високою робочою температурою, де конструкція стінки схильна до високого термічного навантаження, яка містить - сталеву зовнішню стінку (1), - вогнетривку футерівку (3) з внутрішнього боку зовнішньої стінки, що складається з одного або більше шарів матеріалу з високою теплопровідністю, і - пристрій для охолоджування (2) конструкції вогнетривкої стінки, яка відрізняється тим, що конструкція стінки включає постійне металеве наповнення (6) з високою теплопровідністю, розміщене в зазорі (5) конструкції вогнетривкої стінки, яке заздалегідь розплавлене всередині зазору (5), а потім, після затвердіння, забезпечує по всьому зазору (5) низький тепловий опір. 2. Конструкція вогнетривкої стінки по п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить шар (7), що твердне на її внутрішній поверхні. 3. Конструкція вогнетривкої стінки по пп. 1, 2, яка відрізняє ться тим, що зазор (5) являє собою зазор у вогнетривкій футерівці (3). 4. Конструкція вогнетривкої стінки по пп. 1-3, яка відрізняє ться тим, що зазор (5) являє собою зазор між сталевою зовнішньою стінкою (1) і вогнетривкою футерівкою (3). 5. Конструкція вогнетривкої стінки по пп. 1-4, яка відрізняє ться тим, що пристрій (2) для охолоджування конструкції вогнетривкої стінки являє собою мідні охолоджуючі елементи з водяним охолоджуванням, а зазор (5) являє собою зазор між вогнетривкою футерівкою (3) і охолоджуючим елементом (2). 6. Конструкція вогнетривкої стінки по пп. 1-5, яка відрізняє ться тим, що матеріал металевого на C2 (54) КОНСТРУКЦІЯ ВОГНЕТРИВКОЇ СТІНКИ 41489 18. Конструкція вогнетривкої стінки по пп. 1-10, в якій пристрій охолоджування конструкції вогнетривкої стінки виконаний у вигляді мідних охолоджуючих елементів з водяним охолоджуванням, яка відрізняє ться тим, що при монтажі конструкції во гнетривкої стінки використані охолоджуючі елементи, які, щонайменше частково, забезпечені покриттям, що складається з речовини металевого наповнення. Винахід відноситься до конструкції вогнетривкої стінки для печі, зокрема, для металургійної печі, такої як доменна піч з високою робочою температурою, де конструкція стінки зазнає високого термічного навантаження, і яка містить: - сталеву зовнішню стінку, - вогнетривку футеровку з внутрішньої сторони зовнішньої стінки, що складається з одного або більше шарів матеріалу з високою теплопровідністю, і - пристрій для охолоджування конструкції вогнетривкої стінки. У конструкції стінки такого типу вогнетривка футеровка схильна до впливу високих температур. Внаслідок цього відбувається значний знос вогнетривкої футеровки і зменшується її термін служби. На сучасному рівні технології температуру вн утрішньої поверхні стінки підтримують низькою за рахунок охолоджування, а крім того, були зроблені спроби підтримувати вн утрішню температур у низько за рахунок використання вогнетривких матеріалів з високою теплопровідністю, таких, як графіт, напівграфіт або інші вогнетривкі матеріали, які містять графіт. Пристрій охолоджування конструкції вогнетривкої стінки може містити пристрій охолоджування сталевої стінки зовні, наприклад, зрошувальним охолоджуванням, повітряним охолоджуванням або з використанням охолоджуючих трубопроводів з охолоджуючими рідинами, або інші пристрої на внутрішньому боці сталевої стінки, наприклад, охолоджуючі елементи з водяним охолоджуванням, такі, як доменні холодильники або охолоджуючі плити, які звичайно виконують з міді. Задача даного винаходу складається в зниженні зносу цієї конструкції стінки і збільшенні її терміну служби. Задача винаходу також складається в створенні способу відновлення конструкції вогнетривкої стінки печі, який збільшує термін служби. По винаходу ці задачі вирішуються за рахунок того, що конструкція стінки включає постійне металеве наповнення з високою теплопровідністю, розміщене в зазорі конструкції вогнетривкої стінки, яке заздалегідь розплавляється всередині зазору, а потім, після затвердіння, забезпечує по всьому зазору низький тепловий опір. Винахід заснований на тому ефекті, що зазори, які неминуче зустрічаються або утворюються в конструкції вогнетривкої стінки, яка завжди має шарува ту стр уктур у, чинять значний тепловий опір потоку тепла, який проходить крізь них і розсіюється, внаслідок чого внутрішня температура вогнетривкої футеровки стає високою. Наповнення, яке в розплавленому стані знаходиться в гарному тепловому контакті зі стінками зазору (при цьому вказаний контакт залишається незмінним після затвердіння), а також висока теплопровідність наповнення, забезпечують низький тепловий опір по всьому зазору, внаслідок чого внутрішня температура вогнетривкої футеровки падає. У деяких випадках на внутрішній стінці може навіть тверднути і наростати шар матеріалу, такого як шлак. Це приводить до утворення постійного зносостійкого шару. У WO 95/22732 описана конструкція футеровки для стінки печі, в якій від зовнішньої оболонки, що охолоджується, у вогнетривку футеровку введені елементи з високою теплопровідністю. Самі ці елементи можуть складатися з вогнетривкого матеріалу, пори якого заповнені металом. У цій патентній заявці не розглянута задача зменшення зниження теплового опору, що створюється зазорами між вогнетривкими цеглинами або між елементами і вогнетривкими цеглинами. Переважно, зазор з металевим наповненням з матеріалу з високою теплопровідністю являє собою зазор у вогнетривкої футеровці або зазор між сталевою зовнішньою стінкою і вогнетривкою футеровкою, або, якщо пристрій охолоджування конструкції вогнетривкої стінки являє собою мідні охолоджуючі елементи з водяним охолоджуванням, - зазор між вогнетривкою футеровкою і охолоджуючим елементом. Зазор у вогнетривкій футеровці може являти собою зазор між двома шарами вогнетривкої футеровки або зазор між двома елементами, такими як блоки або цеглини вогнетривкої футеровки, або такий зазор у вигляді теплової тріщини в матеріалі вогнетривкої футеровки. Найбільш ефективні такі наповнення в зазорах, які розташовані перпендикулярно до напряму теплового потоку, внаслідок чого тепловий опір розсіюванню тепла зменшується. Температура плавлення матеріалу металевого наповнення здебільшого нижче за температуру технологічного процесу, ви ще за 200°С і нижче за 1100°С, а коефіцієнт теплопровідності матеріалу наповнення перевищує 15 Вт /(м×°С). Матеріал наповнення переважно вибраний з групи, що включає олово, свинець, цинк, алюміній, срібло, мідь і їх сполуки і поєднання. Наповнення переважно виконане під час роботи печі шляхом розплавлення фольги, яка введена в зазор при монтажі конструкції вогнетривкої стінки, або наповнення отримують залиттям в зазор в розплавленому стані під час монтажу, або наповнення отримують під час роботи печі шляхом розплавлення металу, який введений в зазор у вигляді маси, яка містить частинки металу, при монтажі конструкції вогнетривкої стінки. Всі ці варіанти здійснення винаходу вельми ефективні. Варіант з масою, яка містить частинки металу, також зручний для більш широких зазорів, таких як стики, які звичайно заповнюють будівельним розчином, бетоном, набивною масою, цементом або іншими зв'язуючими речовинами, наприклад, стик між сорочкою (1) і графітним шаром (3') на фіг. 2. У цю масу додають частинки металу у вигляді поро 2 41489 шку, зерен, гранульованого матеріалу, ошурків, голок, маленьких дротинок і т.п. Цю наповнену металом масу вводять в стик під час монтажу конструкції вогнетривкої стінки. У такому стані частинки металу рівномірно розподіляються у відповідному стику, але ще не утворюють теплового моста через стик. Хоч після розплавлення і затвердіння металу стик заповнюється металом не гомогенно, але при завантаженні достатньої маси металевих частинок, наприклад, в кількості 10-40% об'єму, по всьому стику утворюється безперервна металева решітка губчастої або шаруватої стр уктури, яка, завдяки високій теплопровідності металу, має низький тепловий опір і утворює тепловий міст. Також переважне утворення наповнення під час роботи печі шляхом розплавлення металу у вигляді однієї або більше таблеток, які вміщують в одну або більше порожнин в конструкції вогнетривкої стінки до або після початку роботи печі. У деяких випадках, в альтернативному варіанті здійснення, таблетки можуть бути введені також під час роботи. При цьому розуміється, що таблетки можуть мати різну форму у вигляді елементів для наповнення, які можуть бути введені в порожнину поодинці або групами, наприклад, таблетки круглої, овальної або циліндричної форми, а також елементи іншої форми, відповідної формі порожнин, або, наприклад, стержнеподібні елементи в тому випадку, якщо їх вводять пізніше, під час роботи. Можливе також застосування капсул з дозованим розкриттям, так щоб наповнення формувалося протягом більш тривалого проміжку часу або за декілька разів, наприклад, коли конструкція вогнетривкої стінки "дихає" через температурні коливання. Переважно, наповнення отримують під час роботи шляхом розплавлення металу, який введений в конструкцію вогнетривкої стінки через трубопровід у вигляді маси, що нагнітається та містить метал. Маса, що нагнітається, може являти собою, наприклад, рідку кашку або суспензію, наповнену металом в тонкодисперсному стані у вигляді порошку або зерна, в кількості, наприклад, від 10 до 60% по вазі, і який не осідає в осад під дією сили тяжіння. Переважно, маса, що нагнітається, також містить нафтопродукт у вигляді дьогтю або пеку, або термореактивну смолу як носій, а крім того, маса, що нагнітається, містить графіт, наприклад, в формі порошку. Також може бути доданий будівельний розчин або цемент. Після введення маси, що нагнітається в зазор за допомогою насосів, метал плавиться і утворює тепловий міст через весь зазор. Після коксування дьоготь або пік утворить каркас, який, наприклад, додає зазору певну газонепроникність. Той же ефект може бути отриманий за допомогою смоли після її твердіння, в той час як графіт додає конструкції вогнетривкої стінки додаткову зносостійкість і/або теплопровідність. Варіанти здійснення винаходу, в яких використані таблетки і маса, що нагнітається, найбільш придатні для застосування після початку роботи печі. Найбільш доцільне використання під час монтажу конструкції вогнетривкої стінки охолоджуючих елементів, які, принаймні частково, забезпечені покриттям, що складається з матеріалу металевого наповнення. Під покриттям тут розуміється шар, який має добрий тепловий контакт з охолоджуючим елементом. Наприклад, покриття може бути нанесене шляхом розплавлення шару речовини на охолоджуючому елементі шляхом занурення охолоджуючого елемента в розплав цієї речовини, шляхом електроосадження або напилення. Вищезазначені варіанти здійснення винаходу можуть застосовуватися в поєднанні один з одним. Так, наприклад, варіант, в якому масу, яка містить частинки металу, вводять в зазор під час монтажу, чудово може поєднуватися з введенням маси, що нагнітається в цей зазор після початку роботи. У іншому аспекті винахід надає спосіб відновлення доменної печі під час її роботи з використанням конструкції вогнетривкої стінки по п. 1, яка містить сталеву зовнішню стінку (сорочку), вогнетривку футеровку (цегляну кладку) і пристрій для охолоджування конструкції вогнетривкої стінки, який включає наступні стадії: - просвердлення під час роботи крізь сталеву зовнішню стінку у вогнетривку футеровку каналу, що входить в зазор або що проходить через зазор в конструкції вогнетривкої стінки; - введення під час роботи в канал металу з температурою плавлення, близькою до миттєвого значення температури в зазорі. Переважно метал вводять в формі одній або більше таблеток або в формі маси, що нагнітається насосами, яка містить метал. У переважному варіанті здійснення, в якому пристрій охолоджування конструкції вогнетривкої стінки містить доменні холодильники, в холодильниках залишаються пази, через які під час роботи може бути просвердлений канал. Далі винахід буде описаний з посиланнями на малюнки. На фіг. 1 показана конструкція вогнетривкої стінки по винаходу в загальному варіанті виконання на різних стадіях зносу, разом з відповідною температурною кривою. На фіг. 2 як приклад винаходу показана конструкція вогнетривкої стінки для горна доменної печі. На фіг. 3 як приклад винаходу показана конструкція вогнетривкої стінки для ємності остаточного відновлення, яка використовується в процесі відновної плавки. Конструкція вогнетривкої стінки по фіг. 1 включає сталеву зовнішню стінку (1), пристрій охолоджування у вигляді мідних доменних холодильників (2) з водяним охолоджуванням і вогнетривкої футеровки з високою теплопровідністю (3), наприклад, з графіту. Проміжок між сталевою зовнішньою стінкою і доменними холодильниками (2) заповнений, наприклад, будівельним розчином (4). Обстановка безпосередньо після початку роботи печі позначена як стадія А, на якій знос ще не спостерігається, і вогнетривка футеровка (3) ще має початкову товщину. Відповідна температурна крива позначена як Та в нижній частині фіг. 1. Температура процесу позначена як Тпроцес , а опорна температура охолоджування позначена як Тохол. З малюнка видно, що в зазорі (5) між доменними холодильниками (2) і вогнетривкою футеровкою (3) є значне падіння температури внаслідок високого теплового опору зазора (5). 3 41489 Обставини через деякий час після початку печі позначена як стадія В. Вогнетривка футеровка (3) частково зносилася внаслідок впливу високої температури і агресивних умов. Зокрема, особливо агресивний шлак, який містить FеО. Тв означає відповідну температурну криву. Внаслідок зменшення товщини вогнетривкої футеровки (3) загальний опір конструкції стінки передачі тепла зменшився, а густина потоку тепла через конструкцію стінки збільшилася. Це приводить до збільшення крутизни температурної кривої по залишковій товщині вогнетривкої футеровки (3) і до більшого падіння температури в зазорі (5). Якщо допустити продовження процесу зносу, то вогнетривка футеровка (3) стане ще тоншою і виникне небезпека прориву. Стадією С позначені обставини, коли зазор (5), заповнений металевим наповненням (6), який був розплавлений і після цього має постійний хороший тепловий контакт зі стінками зазору. У цьому випадку наповнення являє собою метал з низькою температурою плавлення, наприклад, сплав олова. Крива Тс показує, що завдяки низькому тепловому опору наповнення падіння температури в зазорі (5) набагато менше. Температура вогнетривкої футеровки (3) знижується настільки, що може тверднути шар шлаку (7), який сам по собі не дуже добре проводить тепло, так що на цьому шарі відбувається сильне падіння температури, однак при цьому шар шлаку захищає залишкову товщину вогнетривкої футеровки (3) від подальшого зносу. Наповнення (6) може бути отримане шляхом залиття в зазор (5) під час монтажу конструкції вогнетривкої стінки або шляхом введення туди у вигляді плівки, яка буде плавитися на стадії В. На фіг. 2 показане використання винаходу в застосуванні до горна доменної печі. Сорочку (1) охолоджують зовні за допомогою зрошувального охолоджування (2). У показаному тут варіанті вогнетривка футеровка (3) складається з двох шарів, а саме, з шару графіту (3') і шару напівграфіту (3"). Набивка з графітової суміші розміщена в зазорі (5) між шарами (3') і (3"). Стадії А і В аналогічні показаним на фіг. 1. На стадії В значна частина внутрішнього шару покриття (3") зношена і в зазорі (5) відбувається значне падіння температури. З малюнка видно, що на стадії В після початку роботи і під час роботи відбувається відновлення конструкції стінки. З цією метою через сорочку (1), шар будівельного розчину (4) і шар вогнетривкої футеровки (3') просвердлені канали (8), які проходять в зазор (5) або крізь зазор (5) між шарами футеровки (3') і (3"). У принципі, просвердлення не може здійснюватися під час виробництва переробного чавун у, оскільки піч знаходиться під тиском. Тому отвори просвердлюють під час роботи, але в періоди так званих простоїв або профілактичних зупинок, коли виробництво переробного чавуну переривають, гаряче дуття вимикають і тиск падає. Однак, в новій печі канали можуть бути вже просвердлені повністю або частково під час монтажу конструкції вогнетривкої стінки. Після просвердлення в отвори вводять одну або більше таблеток (9) з металу з температурою плавлення, близької до фактичного значення температури в зазорі. Після просвердлення каналів ця температура може бути виміряна, і метал може бути вибраний відповідно до неї. У цьому випадку метал може являти собою сплав алюмінію або міді. Коли відбувається плавлення таблеток (9), метал затікає в зазор (5). Знижений тепловий опір зазору (5) забезпечує зменшення падіння температури в зазорі (5), і температура зовнішнього шару футеровки (3") падає. Наповнення (6) твердне, і шар шлаку (7) може затвердівати і наростати. Таблетки (9) також можуть бути розміщені у відповідних місцях конструкції вогнетривкої стінки до початку роботи доменної печі. Якщо таблетки вводять через такі канали, як канали (8) або подібні ним, то ці канали можуть бути заповнені і загерметизовані (можливо, тимчасово) після того, як таблетки введені. У іншому варіанті здійснення канали (8) можуть бути забезпечені ніпелями (не показані) із зовнішньої сторони сорочки (1), до яких приєднана напірна труба, через яку в канали (8) може бути подана маса, що нагнітається і що містить метал. Потім ця маса розподіляється по зазорах в конструкції вогнетривкої стінки і після плавлення утворить теплові мости через зазори. На відміну від просвердлення, нагнітання може бути здійснене в печі, що знаходиться під тиском. На фіг. 3 показаний винахід стосовно до ємності остаточного відновлення, яка використовується в процесі відновного плавлення, наприклад, під товстим шаром шлаку, яку використовують в циклонній конвертерній печі (ЦКП). Термічне навантаження тут особливо високе. Відповідно до цього, у варіанті по фіг. 3 використані не тільки доменні холодильники, але також мідні пороги (10) з водяним охолодженням, які введені у вогнетривку футеровку і які служать для поліпшення теплового контакту між вогнетривкою футеровкою і пристроєм охолоджування (2), (10). Вогнетривка футеровка (3) складається щонайменше з шару графіту (3'). Пристрій охолоджування (2), (10) обмежує можливість введення таблеток пізніше, тобто під час роботи печі. Відповідно до цього, в цьому випадку було прийняте рішення вводити таблетки (9) під час монтажу конструкції вогнетривкої стінки у відповідні порожнини (11), які є в конструкції вогнетривкої стінки. Таблетки (9) заповнюють зазор (5) по мірі їх розплавлення після пуску печі або після часткового зносу вогнетривкої футеровки (3). Порожнини можуть бути також створені, наприклад, безпосередньо над порогами (10). Можна також залишити пази в доменних холодильниках, через які під час роботи печі може бути просвердлений канал. Нарешті, під час монтажу можна використати охолоджуючі елементи, які мають покриття з боку, зверненого до зазору (5). Низький тепловий опір в зазорі (5) може бути досягнутий вже під час монтажу, при монтажі вогнетривкої футеровки (3) і одночасному нагріві щонайменше однієї сторони елементів, зверненої до зазора, що забезпечує плавлення наповнення. Однак низький тепловий опір може бути також отриманий пізніше, під час роботи печі. 4 41489 Фіг. 1 5 41489 Фіг. 2 6 41489 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 ___________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ____________________________________________________________ 7