Свод электродуговой печи малой емкости

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СВОД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ МАЛОЙ ЕМКОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Корнеев Сергей Владимирович Трусова Ирина Александровна Синькевич Елена Леонидовна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) 1. Свод электродуговой печи малой емкости, имеющий водоохлаждаемый каркас, в центральной части которого смонтирован сводик из огнеупорного материала высокой плотности, а периферийная часть выполнена металлической, отличающийся тем, что к внутренней стороне периферийной металлической части присоединены огнеупорные панели из волокнистых материалов, помещенных в металлический корпус, посредством замковых соединений для крепления огнеупорных панелей к своду, а во внутреннюю фасонную поверхность панелей из волокнистых материалов по технологии шип-паз вставлены огнеупорные блоки. 2. Свод электродуговой печи по п. 1, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность огнеупорных блоков нанесено огнеупорное покрытие для защиты блоков от брызг шлака и пыли. Фиг. 1 Полезная модель относится к области металлургии, а именно к конструкциям сводов электродуговых печей для плавки металла. Предлагаемая полезная модель может быть 101412014.06.30 использована на металлургических и машиностроительных заводах при модернизации электродуговых печей. Известна конструкция кирпичного свода сферической формы электродуговых печей малой емкости, состоящая из динасовых кирпичей с толщиной, равной длине стандартного кирпича, удерживаемых в распоре за счет кривизны свода. Стойкость свода составляет 150-250 плавок. Недостатками данной конструкции являются высокий расход огнеупоров, большая масса свода, а также большая трудоемкость работ по набору свода на специальном шаблоне 1. Известна конструкция металлического водоохлаждаемого свода электродуговых печей малой емкости, к внутренней поверхности которого приварены штыри, на которые нанесен небольшой слой огнеупорного материала (50-70 мм) 2. Достоинством конструкции являются меньшие теплопотери, чем у обычных водоохлаждаемых сводов. Недостатками являются трудоемкость изготовления свода и невысокая теплоизолирующая способность. Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является конструкция металлического водоохлаждаемого свода электродуговых печей малой емкости, состоящего из большого и малого водоохлаждаемого кольца и водоохлаждаемых трубчатых металлических секций, расположенных между кольцами. Внутри малого кольца располагается сводик из огнеупорных материалов с электродными отверстиями. Площадь водоохлаждаемой части трубчатых металлических секций составляет от 60 до 80 поверхности свода 3. Достоинствами конструкции электродуговой печи являются высокая стойкость свода,малый расход огнеупоров, малый вес свода. Недостатком известной конструкции являются большие теплопотери с охлаждающей водой. Технической задачей полезной модели является обеспечение высокой стойкости свода с малым расходом огнеупорных материалов, небольшого веса конструкции и малых тепловых потерь. Решаемая задача достигается тем, что в конструкции свода электродуговой печи малой емкости имеется водоохлаждаемый каркас, в центральной части которого смонтирован сводик из огнеупорного материала высокой плотности, а периферийная часть выполнена металлической, согласно полезной модели, к внутренней стороне периферийной металлической части присоединены огнеупорные панели из волокнистых материалов,помещенных в металлический корпус, посредством замковых соединений для крепления огнеупорных панелей к своду, а во внутреннюю фасонную поверхность панелей из волокнистых материалов по технологии шип-паз вставлены огнеупорные блоки. В своде электродуговой печи на внутреннюю поверхность огнеупорных блоков нанесено огнеупорное покрытие для защиты блоков от брызг шлака и пыли. Технический результат характеризуется тем, что в конструкции свода применено комбинирование водоохлаждаемых элементов с волокнистыми огнеупорными материалами и огнеупорной обмазкой. Для лучшего восприятия полезной модели она поясняется фигурами, где фиг. 1 - свод печи, вид спереди фиг. 2 - свод, вид сверху фиг. 3 - периферийная часть свода, вертикальное сечение фиг. 4 - температурное поле при нагреве панелей при максимально возможной температуре в печи (1800 С) в течение 7000 с с интервалом в 1000 с фиг. 5 - температурное поле при нагреве свода из динасовых кирпичей в течение 14000 с с интервалом в 2000 с фиг. 6 - тепловой поток по толщине кирпичного свода 2 101412014.06.30 фиг. 7 - тепловой поток по толщине комбинированного свода. Свод имеет внешнее трубчатое кольцо 1. К кольцу 1 приварены патрубки для подвода 2 и отвода 3 охлаждающей воды, изолированные друг от друга перегородкой. Для фиксации панелей используются замки 4 замковых соединений для крепления огнеупорных панелей к своду. Водоохлаждаемые внешнее трубчатое кольцо 1 и внутреннее трубчатое кольцо 5 соединены между собой посредством ребер жесткости 6 и радиальными трубами 7. Свод оснащен патрубком 8 для отвода из электродуговой печи печных газов и элементами крепления 9. Внешнее 1 и внутреннее 5 водоохлаждаемые трубчатые кольца, соединенные радиальными трубами 7 и ребрами жесткости 6 совместно с внешним плоским кольцом 10, панелями 11 и внутренним плоским кольцом 12 образуют каркас свода. Огнеупорная центральная часть сводика 13 выполнена из огнеупорного материала высокой плотности. В периферийной части каркаса свода во внутреннюю фасонную поверхность огнеупорных панелей 11 из волокнистых материалов вставлены и закреплены по технологии шип-паз огнеупорные блоки 14, на внутреннюю поверхность которых нанесено защитное покрытие 15 для защиты панелей 11 и блоков 14 из волокнистых огнеупорных материалов от брызг шлака и пыли. Достоинствами волокнистых огнеупорных материалов являются их высокая термостойкость при многократных циклах нагрев-охлаждение, малый вес и высокая теплоизолирующая способность. Защитное покрытие выполняется в виде огнеупорной обмазки с высокой температурой применения и инертной к материалу волокнистых огнеупоров. Применяют также покрытие с малым коэффициентом излучательной способности - степенью черноты. В качестве примера возможных огнеупорных легковесных блоков можно привести блоки 1800/400 с температурой применения до 1800 С 2. В качестве примера возможной обмазки можно привести огнеупорное покрытие ЦАСФ-1700 с температурой применения до 1700 С, выпускаемое НПО Огнеупоры и теплоизоляция 3. Пример 1. Определение массы свода. Для упрощения расчетов принимаем, что оба варианта свода плоские, т.е. в действительности массы окажутся несколько больше. Масса свода традиционной конструкции. При диаметре свода 3,6 м площадь его поверхностисоставит 23,6 10,18 м 2 . 4 4 При толщине свода 0,23 м объем динаса составит 0,2310,182,34 м 3. Масса свода составит 19002,344446 кг. Масса свода предлагаемой конструкции. При диаметре свода 3,6 м и диаметре футерованной части 1,2 м площадь по 22 10,181,139,05 м 2 . 4 4 Масса внутренней части свода составит 10,231,131900493,8 кг. Тогда при толщине панелей 0,1 м объем волокнистых материалов составит 10,19,050,905 м 3. Масса огнеупорных панелей составит пп 4000,905362 кг. Огнеупорные блоки крепятся на металлические листы толщиной 8 мм, тогда масса металлической части панелей составит м 0,00876009,05550,2 кг. 3 101412014.06.30 Масса трубчатого каркаса составит. Длина большого кольца 3,611,3 м. При диаметре трубы 100 мм и толщине стенки 6 мм ее масса составит 157,2 кг. Длина малого кольца 11,23,77 м. При диаметре трубы 57 мм и толщине стенки 5 мм ее масса составит 24,2 кг. Длина радиальных труб составляет (3,6-1,2)/21,2 м при количестве 6 штук, тогда при диаметре трубы 57 мм и толщине стенки 5 мм ее масса составит 7,7 кг, а всех 6-и труб- 46,2 кг, кроме того, в конструкцию включены три ребра жесткости массой 30 кг. Тогда масса свода составит 493,8362550,2157,224,246,2301663,6 кг. Для сравнения масса купольного водоохлаждаемого свода электродуговых печей емкостью 6 т, приведенная в 1, составляет 1300 кг. Таким образом, масса новой конструкции свода по полезной модели меньше традиционной кирпичной в 4446/1663,62,67 раза. Пример 2. Определение теплоизолирующих свойств свода. Для оценки теплоизолирующих свойств свода базовой традиционной и новой предлагаемой конструкций были рассчитаны температуры по толщине свода в процессе его разогрева до состояния, близкого к стационарному тепловому потоку. При расчетах принимали максимальную температуру печного пространства, равную 1800 С. Результаты расчетов представлены на фиг. 4 и 5. Цифры у линий соответствуют времени нагрева в секундах. Результаты расчетов показали, что применение предлагаемых панелей обеспечивает температуру наружной поверхности свода менее 200 С при толщине панелей 100 мм, тогда как традиционная конструкция из динасового кирпича толщиной 230 мм в стационарном режиме на наружной поверхности обеспечивает около 395 С при максимально жестких условиях работы (в реальных условиях эксплуатации температуры будут отличаться в меньшую сторону). На фиг. 6 и 7 показаны зависимости тепловых потоков внутри материалов свода от времени, прошедшего с начала нагрева. Линии соответствуют времени нагрева от 1000 с,2000 с и далее с интервалом в 2000 с. В стационарном режиме тепловые потери для кирпичного свода составят около 10 кВт/м 2, а для предлагаемого комбинированного - около 3 кВт/м 2. Тепловые потери с новым сводом меньше, чем с кирпичным, более чем в 3 раза. Максимальная мощность тепловых потерь для кирпичного свода в стационарном режиме составит 1010,18101,8 кВт. Пример 3. Определение потерь теплоты на аккумуляцию.. В случае традиционной конструкции из динасовых кирпичей средняя температура по толщине свода составит(4001800)/21100 С. Теплоемкость динаса при средней температуре 10,90,2610-31,186 кДж/(кгК),144461186(1100-20)5,695106 Дж. В случае предлагаемой конструкции(1800195)/2997,5 С,21 кДж/(кгК),216641000(998-20)1,627106 Дж. При применении полезной модели при высокой стойкости свода обеспечивается уменьшение массы, уменьшение потерь энергии на аккумуляцию энергии материалами свода, уменьшение тепловых потерь теплопроводностью и улучшение тепловой работы печи. Промышленное освоение полезной модели планируется на машиностроительных предприятиях Беларуси. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6