Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі

Реферат: UA 82006 U UA 82006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема до пристроїв для оперативного контролю параметрів доменного процесу. Розподіл газового потоку є одним з визначальних чинників роботи доменної печі, тому технологічному персоналу дуже важливо контролювати розподіл температури доменного газу по радіусу колошника для управління ходом доменної плавки. В більшості випадків пристрої контролю розподілу температури газу по радіусу колошника (так звані зонди або термозонди) є консольними конструкціями, закріпленими в колошнику в радіальному напрямі, на яких встановлені датчики температури. Враховуючи екстремальні умови експлуатації (висока температура і агресивність середовища, абразивно-ударна дія на зонд падаючої шихти при завантаженні печі, консольне закріплення) до пристроїв даного призначення пред'являються високі вимоги відносно жорсткості конструкції, попередження температурної деформації (подовжнє викривлення в умовах високих температур), опірності ударним навантаженням і корозійному зносу при завантаженні шихти. Як правило, конструкції виконані з системою охолоджування. Пристрої даного типу широко описані в патентній документації (наприклад SU985048 "Термозонд доменної печі", SU1016363 - "Пристрій для контролю розподілу температури газу по радіусу колошника", SU1157464 - "Зонд для вимірювання температури в шахті доменної печі", SU1409665 - "Зонд для вимірювання температури в шахті доменної печі", SU1650704 - "Зонд для відбору проб газу і виміру температури", US4412090 - "Датчик для визначення розподілу температури в доменній печі", UA22809 - "Пристрій для контролю температури по радіусу колошника доменної печі", RU2303637 - "Зонд для контролю профілю температури в доменній печі" та інші). Як аналог вибрано пристрій для контролю температури по радіусу колошника доменної печі, відомий за патентом України на винахід № 22809, МПК С21В 7/24, дата подання заявки 14.08.1995, дата публікації 21.04.1998. Пристрій містить охолоджуваний азотом або водяною парою корпус, виконаний у вигляді консольної труби, що встановлена над рівнем шихти і закріплена в захисних плитах колошника, датчики температури, розташовані уздовж консольної труби, і засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні. Засоби захисту консольної труби виконані у вигляді козирка, розташованого над консольною трубою. Козирок має кутову форму з кутом зустрічі полиць близько 40-60 градусів, що зменшує дію шихти на конструкцію при завантаженні. Козирок сполучений з поперечними ребрами жорсткості, які, у свою чергу, сполучені з подовжнім ребром жорсткості, що підвищує загальну жорсткість конструкції. У поперечних ребрах жорсткості виконані отвори, в яких встановлені датчики температури в індивідуальних захисних чохлах. Консольна труба охолоджується шляхом подачі холодоагенту в порожнину консольної труби з подальшим його скиданням в колошниковий простір. Пристрій стаціонарно закріплюється на колошнику доменної печі над рівнем засипки шихти. При завантаженні доменної печі шихта потрапляє на козирок, що захищає консольну трубу з датчиками температури від ударної і абразивної дії шихти. Газ, піднімаючись з поверхні засипки шихти, нагріває датчики температури (термопари). Показники датчиків температури передаються на реєструючий прилад і використовуються технологічним персоналом для управління технологічним процесом. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, що включає корпус, виконаний у вигляді консольної труби, датчики температури, встановлені уздовж консольної труби, і засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні. Виконання засобів захисту консольної труби у вигляді козирка кутової форми, розташованого над консольною трубою і сполученого з подовжнім ребром і поперечними ребрами жорсткості (багато конструктивних елементів) підвищує металоємність (вагу) конструкції, що знижує її стійкість в умовах консольного закріплення. Козирок не захищений від абразивно-ударної дії шихти, піддається інтенсивному зносу, що скорочує термін служби пристрою. Як найближчий аналог вибрано пристрій (зонд) для контролю профілю температури в доменній печі, відомий за патентом Російської Федерації на винахід № RU2303637, МПК С21В 7/24, дата подання заявки 15.06.2005, дата публікації 27.07.2007. Пристрій включає корпус, виконаний у вигляді консольної труби, датчики температури (термопари), що розташовані уздовж консольної труби, систему відбору проб доменного газу, систему охолоджування, засоби захисту конструкції від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні. 1 UA 82006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Датчики температури (термопари) розміщені в армуючих трубках. В нижній частині консольної труби з боку внутрішньої порожнини виконані глухі отвори, в які вставлені кінці армуючих трубок. Можливий варіант розміщення кінців армуючих трубок в глухих отворах термопарних вкладишів, приварених до стінки консольної труби в нижній її частині. Система відбору проб доменного газу включає імпульсні трубки для відбору газу в місцях розташування датчиків температури (термопар). Система охолоджування включає трубопровід подачі охолоджуючого газу (азот, водяна пара та інше) в порожнину консольної труби і наскрізні щілисті отвори, виконані в стінці консольної труби, через які охолоджуючий газ скидається в доменний простір. Щілисті отвори виконані в місцях, що безпосередньо примикають до місць розташування датчиків температури. Засоби захисту конструкції від абразивно-ударної дії шихти при її завантажуванні виконані у вигляді коробчастої балки, утвореної вертикальними подовжніми ребрами жорсткості і дном, з'єднаними з вказаними ребрами жорсткості у верхній частині балки. Вказані подовжні ребра жорсткості і дно утворюють у верхній частині балки "корито", яке заповнюється дрібною фракцією шихти (принцип само футерівки) і оберігає таким чином конструкцію від абразивноударного зносу. Пристрій працює наступним чином. Пристрій в зібраному вигляді встановлюють в колошнику над рівнем засипки шихти. До магістралей, що є у складі домни, підключають датчики температури, трубопроводи систем охолоджування і відбору проб доменного газу. В процесі роботи доменної печі доменний газ обтікає консольну трубу, контактує із зонами установки датчиків температури. Показники датчиків температури характеризують розподіл (профіль) температури доменного газу по радіусу колошника доменної печі і використовуються для коректування технологічного процесу. Одночасно по імпульсних трубках системи відбору проб газу, відбирають доменний газ для контролю концентрацій компонентів, що становлять (СО, СО2 та інші). При збільшенні температури вище допустимої в систему охолоджування зонда подають охолоджуючий газ, який знижує температуру конструкції до розрахункової величини, а потім скидають газ в доменний простір через вказані щілисті отвори. "Корито", утворене у верхній частині балки, заповнюється дрібною фракцією шихти, яка оберігає конструкцію від абразивно-ударної дії шихти (само футерівка). Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, що включає корпус, виконаний у вигляді консольної труби, датчики температури, встановлені уздовж консольної труби, і засобу захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні. Для пристрою (зонда), вибраного як прототип, характерне наступне: - виконання пристрою у вигляді консольної труби і окремої захисної коробчастої балки, утвореної вертикальними подовжніми ребрами жорсткості і горизонтальним дном, з'єднаним з вказаними ребрами жорсткості у верхній частині балки (багато конструктивних елементів) підвищує металоємність (вагу) конструкції, що знижує її стійкість в умовах консольного закріплення; - момент інерції поперечного перетину такої конструкції уздовж горизонтальної осі перетину менше моменту інерції уздовж вертикальної осі перетину; отже, жорсткість конструкції в горизонтальній площині істотно нижче жорсткості у вертикальній площині; конструкція недостатньо стійка при дії на неї горизонтальних навантажень; - підвищення горизонтальної стійкості (збільшення моменту інерції перетину уздовж горизонтальної осі) відомими засобами неминуче буде пов'язано із збільшенням металоємності (ваги) конструкції; - відмінності поперечного перетину в горизонтальній і вертикальній площині сприяють температурній деформації конструкції (подовжньому викривленню), особливо при експлуатації пристрою у високотемпературних умовах (температура газів в колошнику досягає 800-900 °C). В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, в якому за рахунок конструктивних особливостей підвищується стійкість конструкції з одночасним зниженням металоємності. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, що включає корпус, виконаний у вигляді консольної труби, датчики температури, встановлені уздовж консольної труби, і засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні, відповідно з корисною 2 UA 82006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 моделлю, засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти виконані у вигляді подовжніх ребер, закріплених по зовнішньому периметру консольної труби. Зазначені ознаки є істотними ознаками корисної моделі. Доцільно консольну трубу виконати із змінним поперечним перетином, максимальним з боку її закріплення в плитах колошника, а засоби захисту консольної труби виконати у вигляді трьох або чотирьох подовжніх ребер, два з яких спільно з консольною трубою утворюють відкритий подовжній жолоб у верхній частині консольної труби. Таке виконання забезпечує захист консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні шаром дрібної фракції шихти (само футерівка), достатню жорсткість конструкції і додаткове зменшення металоємності. Доцільно також датчики температури встановити в захисних чохлах, що виступають в зону колошникового простору в нижній частині консольної труби. Таке виконання забезпечує захист датчиків температури, безпосередній контакт з доменним газом, виключає вплив охолоджуючого агента на показники датчиків температури. Істотні ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки корисної моделі (засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти виконані у вигляді подовжніх ребер, закріплених по зовнішньому периметру консольної труби) спільно з істотними ознаками, загальними з прототипом, забезпечують підвищення стійкості конструкції з одночасним зниженням металоємності. Виконання засобів захисту від абразивно-ударної дії шихти у вигляді подовжніх ребер, закріплених по зовнішньому периметру консольної труби, дозволяє: - мінімальною кількістю конструктивних елементів вирішити задачі вимірювання температури, захисту від абразивно-ударної дії шихти і стійкості конструкції, що знижує металоємність (вагу) конструкції; - забезпечити оптимальне співвідношення вертикальної і горизонтальної стійкості конструкції при її мінімальній металоємності (вазі); - попередити температурну деформацію конструкції (подовжнє викривлення) у високотемпературних умовах експлуатації. Нижче приводиться опис пристрою для оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг. 1 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, вигляд збоку. Фіг. 2 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, вигляд А на фіг. 1. Фіг. 3 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, вигляд Б на фіг. 1, три подовжніх ребра. Фіг. 4 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, вигляд Б на фіг. 1, чотири подовжніх ребра. Фіг. 5 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, вузол І на фіг. 1. Фіг. 6 - Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, схема взаємодії пристрою із падаючою шихтою при її завантаженні. Пристрій містить корпус у вигляді консольної труби 1, датчики температури 2, що встановлені уздовж консольної труби 1, і засоби захисту від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні. Консольна труба 1 виконана із змінним поперечним перетином, максимальним з боку її закріплення в плитах колошника 3 (виконана складною з труб різного діаметру, які з'єднані проміжними фланцями 4). Засоби захисту від абразивно-ударної дії шихти виконані у вигляді подовжніх ребер 5, закріплених по зовнішньому периметру консольної труби 1. Кількість подовжніх ребер 5 може бути від двох і більше. У приведених прикладах реалізації корисної моделі показані рішення з трьома (фіг. 3) і чотирма (фіг. 4) подовжніми ребрами 5. Два верхніх подовжніх ребра 5 спільно з консольною трубою 1 утворюють відкритий подовжній жолоб 6 у верхній частині консольної труби 1, який заповнюється дрібною фракцією шихти (сама футерівка). Таке виконання забезпечує захист консольної труби 1 від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні, достатню жорсткість конструкції і зменшення металоємності. Датчики температури (термопари) 2 встановлені в захисних чохлах 7, які закріплені в нижній частині консольної труби 1 і виступають в зону колошникового простору. Таке виконання забезпечує захист датчиків температури 2, безпосередній їх контакт з доменним газом, виключає вплив охолоджуючого агента на показники датчиків температури 2. 3 UA 82006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Пристрій містить систему охолоджування, що включає патрубок 8 подачі холодоагенту в порожнину консольної труби 1 і отвір 9 на кінці консольної труби 1 для скидання холодоагенту в колошниковий простір. При цьому холодоагент не контактує з датчиками температури 2, що підвищує об'єктивність контролю розподілу температури газу по радіусу колошника. Пристрій може містити систему відбору проб доменного газу, виконану по відомій схемі (не показана). Пристрій стаціонарно закріплюється в плитах 3 колошника доменної печі над рівнем засипки шихти. Датчики температури і трубопровід подачі холодоагенту підключаються до відповідних систем доменної печі. В процесі роботи доменної печі доменний газ, виходячи з шару шихти, обтікає консольну трубу 1, контактує безпосередньо із захисними чохлами 7 датчиків температури (термопар) 2. ЕРС (електрорушійна сила) датчиків температури 2, що виникає, пропорційна температурі газу в точках розташування датчиків температури 2. Показники датчиків температури 2 характеризують розподіл (профіль) температури доменного газу по радіусу колошника доменної печі. Показники датчиків температури 2 аналізуються по заданому алгоритму в спеціальній АСУ (не показана). Результати аналізу використовуються персоналом для управління доменним процесом. При завантаженні шихти незначна її частина, переважно у вигляді дрібної фракції, затримується в подовжньому жолобі 6, утворюючи шар (само футерівка), який захищає консольну трубу 1 від абразивно-ударної дії падаючої шихти. Кількість, розташування і розміри подовжніх ребер 5 забезпечують утворення мінімального захисного шару, але достатнього для виконання захисних функцій, не перенавантажуючи конструкцію зайвою кількістю шихти. Вага конструкції збільшується незначно, що знижує навантаження на консольну трубу 1, підвищує її стійкість. Чохли 7 датчиків температури (термопар) 2 також захищені подовжніми ребрами 5 від дії падаючої шихти. Охолоджування пристрою виконують шляхом подачі холодоагенту через патрубок 8 в порожнину консольної труби 1 з подальшим скиданням холодоагенту в колошниковий простір через отвір 9 в консольній трубі 1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Пристрій оперативного контролю розподілу температури газу по радіусу колошника доменної печі, що містить корпус, виконаний у вигляді консольної труби, датчики температури, що встановлені уздовж консольної труби, і засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти при її завантаженні, який відрізняється тим, що засоби захисту консольної труби від абразивно-ударної дії шихти виконані у вигляді подовжніх ребер, закріплених по зовнішньому периметру консольної труби. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що консольна труба виконана із змінним поперечним перетином, максимальним з боку її закріплення в плитах колошника. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що засоби захисту консольної труби виконані у вигляді трьох або чотирьох подовжніх ребер, два з яких спільно з консольною трубою утворюють відкритий подовжній жолоб у верхній частині консольної труби. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що датчики температури встановлені в захисних чохлах, що виступають в зону колошникового простору. 4 UA 82006 U 5 UA 82006 U 6 UA 82006 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7