Холодильная плита для металлургической печи

ХОЛОДИЛЬНАЯ ПЛИТА ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ(12) с передней стороной (14) и противоположной задней стороной (16), а также охлаждающие каналы (18) в нм; множество пластинчатых рбер (24) на его передней стороне, при этом два следующих друг за другом ребра (24) отделены канавкой (22); вкладыши (26), закрепленные в канавках (22) и выступающие из передней стороны (14). Вкладыши (26) имеют верхнюю сторону,выступающую от нижней грани расположенного непосредственно сверху ребра, которая выполнена так, чтобы образовывать собирающую поверхность (28), на которой при эксплуатации шихтовой материал печи накапливается до верхней грани (32) ребра (24) непосредственно сверху. Область техники В общем, данное изобретение относится к холодильной плите для металлургической печи и способу е изготовления. Уровень техники Холодильные плиты для металлургической печи, называемые также холодильниками, известны из уровня техники. Они используются для закрытия внутренней стенки наружного корпуса металлургической печи, например доменной печи или дуговой электропечи, по двум причинам. Первая функция холодильных плит состоит в обеспечении теплоотводящего защитного экрана между внутренним пространством печи и наружным корпусом печи. Первоначально холодильные плиты являлись чугунными плитами с отлитыми в них охлаждающими трубами. В качестве альтернативы чугунным холодильникам были разработаны медные холодильники. В настоящее время большинство холодильных плит для металлургической печи изготовлены из меди, медного сплава или в последнее время - из стали. Вторая функция холодильных плит состоит в обеспечении фиксирующего средства для облицовки огнеупорным кирпичом, огнеупорного торкретирования или защитного гарнисажа внутри печи. Поэтому для улучшенной фиксации они обычно предусмотрены на их передней стороне с чередующимися пластинчатыми рбрами и канавками. В US 4434651 описана доменная печь, содержащая чугунные холодильные плиты, установленные на стороне внутренней стенки защитного блока доменной печи. Обычно холодильные плиты имеют панелеобразный корпус с расположенными в нм охлаждающими каналами. Передняя сторона холодильной плиты, т.е. обращенная к внутреннему пространству печи и на которой закреплена огнеупорная футеровка, содержит чередующиеся рбра и канавки. Канавки имеют сечение в виде ласточкиного хвоста и вкладыши, имеющие соответствующую трапецеидальную форму, прикреплены внутри канавок и выступают из передней стороны. Вкладыши изготовлены из карбида кремния и размещены на свом месте при литье чугуна холодильной плиты. Они предназначены для улучшения соединения между чугуном и огнеупорной футеровкой. В печи холодильные плиты с их бетонной/огнеупорной футеровкой подвергаются значительной тепловой и механической деформации, возникающей из-за интенсивных потоков в доменных печах. Бетонная/огнеупорная футеровка, прежде всего, чувствительна к механическим напряжениям и также подвергается высокой степени износа вследствие истирания, обусловленного опускающимся шихтовым материалом в печи. Техническая проблема Целью данного изобретения является создание альтернативной холодильной плиты, которая менее подвержена истиранию шихтовым материалом в печи. Эта цель достигнута посредством холодильной плиты по п.1 формулы изобретения. Общее описание изобретения Согласно данному изобретению холодильная плита для металлургической печи, особенно для доменной печи, содержит корпус с передней стороной и противоположной задней стороной и множество пластинчатых рбер на своей передней стороне, при этом два следующих друг за другом ребра отделены друг от друга канавкой. Вкладыши закреплены в канавках и выступают из передней стороне. Согласно важному аспекту данного изобретения вкладыши имеют верхнюю сторону, выступающую от нижней грани расположенного непосредственно сверху ребра, которая выполнена, чтобы образовывать собирающую поверхность, на которой при работе накапливается шихтовой материал печи до верхнего края расположенного непосредственно сверху ребра, таким образом, вся высота ребра покрыта шихтовым материалом. Данное изобретение основано на том принципе, что, когда шихтовой материал накопился на собирающих поверхностях вкладышей, заполняя тем самым шихтовым материалом выемки между двумя смежными вкладышами, этот накопленный шихтовой материал образует защитный слой на передней стороне холодильной плиты. Действительно, так как накопленный шихтовой материал расположен между вкладышами спереди рбер, нисходящий шихтовой материал обычно не вступает в контакт с поверхностью самой холодильной плиты, а находится в контакте с накопленным шихтовым материалом. Поэтому трение возникает между накопленным и нисходящим шихтовым материалом, предотвращая непосредственное трение о переднюю сторону, и, таким образом, ограничивает истирание холодильной плиты. Шихтовой материал в металлургической печи, который включает в себя железосодержащий материал (в основном руду, агломерат или окатыши), а также кокс и другие материалы, необходимые для функционирования печи, имеет в основном гранулярную форму. Соответственно, для обеспечения надлежащего заполнения выемок, расположенных между вкладышами, установленными в двух смежных канавках, конструкция собирающих поверхностей предпочтительно выполнена так, чтобы учитывать угол естественного откоса шихтового материала. Как известно из уровня техники, термин "угол естественного откоса" обозначает применительно к гранулированным материалам максимальный угол стабильного наклона груды такого гранулированного материала. Действительно, хорошо известно, когда гранулированный материал насыпают на горизонтальную опорную поверхность, образуется коническая груда. Внутренний угол между поверхностью груды и опорной поверхностью известен как угол естественного откоса. По существу, углом естественного откоса является угол, который образует груда с горизонталью. Собирающая поверхность может быть, по существу, плоской или вогнутой. Предпочтительно собирающая поверхность выполнена, по существу, горизонтальной или наклоннной по направлению к холодильной плите при установке холодильной плиты в металлургической печи. В этой связи следует отметить, что, как известно из уровня техники, холодильные плиты расположены по высоте доменной печи под разными углами относительно вертикали, в зависимости от того, установлены ли они в области заплечиков, распара или шахты. Соответственно, в данном изобретении вкладыши предпочтительно выполнены так, что их собирающая поверхность выполнена надлежащим образом в зависимости от наклона участка стенки, к которой она должна быть присоединена. С учетом угла естественного откоса шихтового материала вкладыши предпочтительно выполнены так, что уголмежду вертикалью и линией, проходящей через верхнюю переднюю кромку вкладыша и верхнюю грань расположенного сверху ребра, составляет не менее чем 90-, гдевыражает в градусах угол естественного откоса шихтового материала. С учетом гранулометрии шихтового материала, применяемого обычно в доменной печи, обычный угол естественного откоса составляет примерно 40, скажем, между 35 и 45. Следовательно, вкладыши должны быть выполнены предпочтительно так, что их верхняя передняя грань находится достаточно далеко от передней стороны так, что уголмежду вертикалью и линией, проходящей через верхнюю переднюю грань вкладыша и верхнюю грань расположенного непосредственно сверху ребра, составляет не менее чем примерно от 45 до 50. Специалисту ясно, что применительно к доменным печам для устойчивого режима работы спроектировано уменьшение истирания вследствие трения посредством применения данных вкладышей, позволяющих создавать значительное накопление шихтового материала на вкладышах, предотвращая прямой контакт с холодильной плитой. Однако для так называемой задувки (процесс запуска доменной печи с помощью специально расположенных материалов и шихты до расхода кокса, как известно из уровня техники) данные холодильники предпочтительно покрыты на передней стороне слоем торкретбетона или другим защитным слоем. Гарнисажный слой может образовываться на горячих поверхностях рбер между вкладышами, где жидкий материал может затвердевать. К тому же вкладыши для обеспечения оптимальной теплопередачи между медными холодильниками и вкладышами предпочтительно запрессованы в канавки, что позволяет вкладышам осуществлять затвердевание жидкого материала, а также образовывать гарнисажный слой. Относительно установки вкладышей в канавки они предпочтительно вставляются в канавки, когда холодильная плита находится в горячем (нагретом) состоянии для того, чтобы извлечь пользу из е теплового расширения. При охлаждении сжатие металла приведт к плотному (с натягом) контакту, из которого следует хорошее закрепление (запирание) вкладышей, а также хороший теплообмен с холодильной плитой. Предпочтительно канавки имеют поперечное сечение в форме ласточкиного хвоста, а участок основания вкладышей, вставленных в них, имеет сопряжнную форму. Поэтому вкладыши являются элементами, которые предпочтительно устанавливаются на их место в уже изготовленный или в существующий корпус холодильной плиты (т.е. вкладыши закрепляются в затвердевшем корпусе холодильной плиты с помощью рбер и канавок, а не устанавливаются во время процедуры отливки холодильной плиты). В одном варианте осуществления вкладыши имеют выступающий участок, который имеет форму поперечного сечения, по меньшей мере частичного, сведения на конус в направлении удаления от передней стороны холодильной плиты. Это облегчает поток материала в выемке снизу. Однако для вкладышей могут использоваться более прямоугольные или другие формы поперечного сечения до тех пор, пока эти вкладыши выступают достаточно далеко от передней стороны, так что на выступающей верхней стороне может накапливаться материал (образование собирающей поверхности). Согласно другому аспекту изобретения металлургическая печь содержит наружный кожух, внутренняя стенка наружного кожуха покрыта данными холодильными плитами. Предпочтительно вставки выполнены так, что их собирающая поверхность образует горизонтальный угол или скошена для того,чтобы задерживать материал. В зависимости от области доменной печи, в которой установлена холодильная плита, конфигурация вкладыша может иметь следующие отличия: в случае холодильных плит, установленных в области заплечиков, вкладыши могут быть выполнены так, что их собирающая поверхность образует угол между 85 и 100 относительно передней стороны холодильной плиты; в случае холодильных плит, установленных в области шахты, вкладыши могут быть выполнены так, что их собирающие поверхности образуют угол между 65 и 85 относительно передней стороны хо-2 020449 лодильной плиты; в случае холодильных плит, установленных в области распара, вкладыши могут быть выполнены так, что их собирающие поверхности образуют угол между 75 и 90 относительно передней стороны холодильной плиты. Согласно следующему аспекту данное изобретение также относится к вкладышу для холодильной плиты, имеющему участок основания, подлежащий фиксации в канавке на передней стороне холодильной плиты, и выступающий участок, который простирается от передней стороны холодильной плиты,когда вкладыш закреплн в канавке. Участок основания вкладыша и канавка имеют сопряжнные формы, например поперечное сечение в форме ласточкиного хвоста. Предпочтительно выступающий участок сводится на конус в направлении от опорного участка (и, тем самым, от передней стороны холодильной плиты). Однако выступающий участок выполнен так, что при использовании его верхняя сторона является, по существу, горизонтальной или скошенной по направлению к передней стороне холодильной плиты. Если вкладыш будет использоваться на холодильной плите, установленной в области шахты или заплечиков, то может быть существенный угол между средними линиями основания и выступающими участками вкладыша. Кроме того, выступающий участок вкладыша предпочтительно выполнен для принятия во внимание угла естественного откоса. Таким образом, вкладыш можно проектировать так, что шихтовой материал накапливается на верхней поверхности вкладыша до вкладыша, расположенного непосредственно над ним. Альтернативно, можно проводить регулировку между наклоном холодильной плиты, длиной поверхности собирающей плиты и экраном, обеспечиваемым вкладышем непосредственно сверху, за счт чего, несмотря на то что собирающая поверхность не предназначена для осуществления накапливания материала по всей высоте расположенного непосредственно сверху ребра,е верхний участок защищен экраном, обеспечиваемым вкладышем непосредственно сверху. Согласно следующему аспекту данного изобретения представлен способ изготовления холодильной плиты по п.18 формулы изобретения. Краткое описание чертежей Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображены: фиг. 1: вид в перспективе, с разрезом боковой грани предпочтительного варианта осуществления данной холодильной плиты; фиг. 2: вид в вертикальном поперечном разрезе через изображнную на фиг. 1 холодильную плиту; фиг. 3: вид в разрезе через другой вариант осуществления данной холодильной плиты, в конфигурации для использования, например, в области шахты доменной печи. Описание предпочтительных вариантов осуществления Предпочтительный вариант осуществления данной холодильной плиты 10 изображн на фиг. 1 и 2. Обычно холодильная плита 10 образована из сляба, например, преобразованного из литого или кованого тела из меди, медного сплава или стали в панелеобразный корпус 12. Этот панелеобразный металлический корпус 12 имеет переднюю сторону 14, также именуемую горячей стороной, которая обращена к внутреннему пространству печи, и заднюю сторону 16, также именуемую холодной стороной, которая обращена к внутренней поверхности стенки печи. Обычно панелеобразный корпус 12 имеет, по существу, параллелепипедную форму. Большинство современных холодильных плит имеют ширину в диапазоне от 600 до 1300 мм и высоту в диапазоне от 1000 до 4200 мм. Однако ясно, что высота и ширина холодильной плиты могут быть приспособлены, среди всего прочего, к структурным условиям металлургической печи и к ограничениям, следующим из процесса их изготовления. Через корпус 12 вблизи задней стороны 16 простирается множество охлаждающих каналов 18 от области боковой грани 20 к области противоположной боковой грани (не показано). Охлаждающие каналы 18 могут быть просверлены в корпусе 12 и соединены с контуром охладителя вне стенки печи посредством соединительной трубки/канала. Альтернативно, охлаждающие каналы могут быть литыми каналами или замоноличенными трубами. Передняя сторона 14 холодильной плиты посредством канавок 22 подразделена на пластинчатые рбра 24. Канавки 22, ограничивающие сбоку пластинчатые рбра 24, могут быть выфрезерованы или, в более общем смысле, выполнены машинной обработкой в передней стороне 14 панелеобразного корпуса 12. Пластинчатые рбра 24 простираются параллельно друг другу. Предпочтительно они перпендикулярны охлаждающим каналам 18 в панелеобразном корпусе 12. Когда холодильная плита 10 установлена в печи, канавки 22 и пластинчатые рбра 24 расположены, по существу, перпендикулярно вертикали. Необходимо понять, что вкладыши 26 закреплены в канавках 22 и выступают из передней стороны 14. Как видно на фигурах, вкладыши 26 имеют верхнюю сторону 28, выступающую от нижней грани 27 расположенного непосредственно сверху ребра 24 и выполненную так, чтобы образовывать собирающую поверхность для шихтового материала в металлургической печи. Прежде всего, необходимо понять, что эта собирающая поверхность 28 выполнена так, что шихтовой материал может накапливаться до верхней грани расположенного непосредственно сверху ребра 24. Кроме того, собирающая поверхность 28 предпочтительно имеет размеры, которые учитывают угол естественного откоса гранулированного шихтового материала в печи. Это означает, что собирающая поверхность должна иметь ширину W (расстояние от расположенного непосредственно сверху ребра до верхней передней грани вкладыша), достаточную для того, чтобы материал мог накапливаться по всей высоте выемки между двумя граничащими вкладышами 26 напротив соответствующего ребра 24. Другой способ выражения этого условия состоит в том, что вкладыши 26 должны быть выполнены так, что их верхняя передняя грань 30 расположена таким образом, что угол, отмеченный , между вертикалью и линией, проходящей непосредственно сверху через верхнюю переднюю грань 30 вкладыша и верхнюю грань 32 ребра, рассчитывают как 90-, гдевыражает в градусах угол естественного откоса шихтового материала (см. фиг. 2). С точки зрения гранулометрии шихтового материала, обычно применяемого в доменной печи, типичный угол естественного откоса составляет примерно 40, скажем, между 35 и 45. Следовательно,вкладыши предпочтительно должны иметь собирающую поверхность, выполненную горизонтальной или скошенной по направлению к передней стороне 14, и верхняя передняя грань вкладыша 30 расположена на значительном расстоянии от передней стороны 14, так что уголмежду вертикалью и линией, проходящей непосредственно сверху через верхнюю переднюю грань 30 и верхнюю грань 32 ребра, составляет не менее 45-50. Специалисту известно, что в металлургической печи, такой как доменная печь, холодильные плиты расположены вертикально только в области распара, но в области заплечиков, и шахты стенки печи наклонены, и холодильные плиты наклонены точно так же. Поэтому вкладыши 26 предпочтительно должны быть адаптированы к предназначенной области установки холодильных плит, так что конфигурация собирающей поверхности 28 также может быть адаптирована. В то время как представленный на фиг. 1 и 2 вариант осуществления относится к холодильной плите для установки в области распара доменной печи, на фиг. 3 изображн другой вариант осуществления данной холодильной плиты, где вкладыши 26' адаптированы для установки в области шахты доменной печи. В общем, собирающая область 28 может быть, по существу, плоской или вогнутой. Предпочтительно она выполнена таким образом, что после монтажа на стенке печи она простирается в горизонтальной плоскости или в наклоннной вверх плоскости в направлении удаления от передней стороны 14. Сравнение фиг. 2 и 3 проясняет, как можно адаптировать конфигурацию выступающего участка вкладышей 26 в зависимости от угла установки холодильной плиты. Как оказалось, между средними линиями основания и выступающими участками вкладыша может присутствовать значительный угол, если вставка выполнена для применения на холодильной плите, которая будет установлена в области шахты (или заплечиков) доменной печи. Предпочтительно конфигурация вкладышей 26 и, прежде всего, их выступающего участка адаптирована таким образом, что собирающая поверхность 28 образует предварительно заданный угол(см. фиг. 3) относительно передней стороны 14 холодильной плиты: для холодильной плиты, установленной в области заплечиков доменной печи,может быть в диапазоне от 85 до 110, предпочтительно от 95 до 110; для холодильной плиты, установленной в области шахты,может быть в диапазоне от 65 до 85; для холодильной плиты, установленной в области распара,может быть в диапазоне от 75 до 90,предпочтительно от 75 до 85. Предпочтительно вкладыши 26 изготовлены из износостойкой стали, или чугуна, или тврдого керамического материала, такого как, например, SiC. Предпочтительно вкладыши 26 расположены таким образом, что они простираются по всей ширине холодильной плиты 10 (т.е. каждая канавка 22 заполнена вкладышами 26 по всей своей длине). Это может быть осуществлено с помощью единственного вкладыша, имеющего длину, соответствующую ширине холодильной плиты. Но в данных вариантах осуществления несколько вкладышей 26 расположены в ряд в каждой канавке 22 для закрытия ширины холодильной плиты. Для наджного монтажа вкладышей 26 в канавках 22 последние предпочтительно имеют форму поперечного сечения в виде ласточкиного хвоста и участок основы (закреплнный в канавке) вкладышей 26 имеет сопряжнную форму. Для дальнейшего увеличения запирающего эффекта вкладыши 26 размещаются в канавки 22 при нахождении холодильной плиты 10 в горячем состоянии, так что после охлаждения металла сжатие приведт к посадке с натягом между канавками 22 и вкладышами 26. Здесь необходимо понять, что вкладыши установлены на сво место в корпус холодильной плиты, находящейся в готовом (твердотельном) состоянии. Термин "посадка с натягом" в соответствие с его обычным значением обычно относится к тому, что размер одной детали типа "вал" (из двух сопрягаемых деталей) несколько больше размера другой типа "отверстие". Здесь тепловое расширение используют для расширения канавки 22 и облегчения ввода в не вкладышей. В этой связи канавки 22 обычно расширяются, по существу, по всей ширине холодильной плиты и,таким образом, открываются по меньшей мере в одну (обычно две) боковые стороны. Таким образом,вкладыши 26 обычно вводят во фрезерованные канавки 22 через этот пром с боковой стороны. Для улучшенного продвижения шихтового материала в печи выступающий участок вкладышей 26 предпочтительно имеет поперечное сечение, по меньшей мере частично, сходящееся на конус в направлении удаления от передней стороны 14. Этот тип усечения нижней передней грани вкладыша 26 образует обтекающую грань, которая упрощает поток материала в расположенной ниже выемке и предотвращает завихрения. Список ссылочных обозначений: 10 - холодильная плита; 12 - корпус; 14 - передняя сторона; 16 - задняя сторона; 18 - охлаждающие каналы; 20 - боковая грань; 22 - канавка; 24 - ребро; 26 - вкладыш; 27 - нижняя грань ребра; 28 - собирающая поверхность; 30 - верхняя передняя грань; 32 - верхняя грань. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Холодильная плита для металлургической печи, содержащая корпус с передней стороной и противоположной задней стороной, при этом корпус имеет в нм по меньшей мере один охлаждающий канал; множество пластинчатых рбер на его передней стороне, при этом два следующих друг за другом ребра разделены канавкой; вкладыши, закреплнные в канавках и выступающие из передней стороны, при этом вкладыши имеют верхнюю сторону, выступающую от нижней грани расположенного непосредственно сверху ребра,отличающаяся тем, что уголмежду вертикалью и линией, проходящей через верхнюю переднюю грань вкладыша и верхнюю грань расположенного сверху ребра, составляет не менее чем 45, за счт чего верхняя сторона образует собирающую поверхность, учитывающую угол естественного откоса шихтового материала, так, что при эксплуатации шихтовой материал печи может накапливаться на собирающей поверхности до верхней грани расположенного непосредственно сверху ребра. 2. Холодильная плита по п.1, в которойсоставляет не менее чем 50. 3. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой вкладыши закреплены в канавках твердотельного корпуса холодильной плиты. 4. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой канавки выполнены машинной обработкой в корпусе холодильной плиты до закрепления в ней вкладышей. 5. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой вкладыши закреплены в канавках посредством посадки с натягом. 6. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой вкладыши изготовлены из износостойкого материала, предпочтительно чугуна или стали. 7. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой канавки имеют форму поперечного сечения в виде, по существу, ласточкиного хвоста, а вставленный в них участок основания вкладышей имеет сопряжнную форму. 8. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой вкладыши имеют выступающий участок, имеющий форму поперечного сечения, по меньшей мере частичного, сведения на конус в направлении удаления от передней стороны холодильной плиты. 9. Холодильная плита по одному из предшествующих пунктов, в которой вкладыши выполнены таким образом, что их собирающая поверхность при эксплуатации является, по существу, горизонтальной или скошенной по направлению к передней стороне. 10. Холодильная плита по п.7 или 8, в которой выступающий участок вкладышей образует угол по отношению к участку основания. 11. Холодильная плита по п.9, в которой собирающая поверхность образует с передней стороной холодильной плиты предварительно заданный угол , содержащийся в одном из следующих диапазонов:[85; 110], [65; 85], [75; 90]. 12. Металлургическая печь, содержащая наружный кожух, при этом внутренняя стенка наружного кожуха покрыта множеством холодильных плит согласно одному из предшествующих пунктов. 13. Металлургическая печь по п.12, в которой холодильные плиты установлены в области заплечиков доменной печи, при этом вкладыши выполнены таким образом, что их собирающие поверхности об-5 020449 разуют угол между 85 и 110 относительно передней стороны холодильной плиты. 14. Металлургическая печь по п.12, в которой холодильные плиты установлены в области шахты доменной печи, при этом вкладыши выполнены таким образом, что их собирающие поверхности образуют угол между 65 и 85 относительно передней стороны холодильной плиты. 15. Металлургическая печь по п.12, в которой холодильные плиты установлены в области распара доменной печи, при этом вкладыши выполнены таким образом, что их собирающие поверхности образуют угол между 75 и 90 относительно передней стороны холодильной плиты. 16. Способ изготовления холодильной плиты, включающий обеспечение металлического корпуса с передней поверхностью и противоположной задней поверхностью, при этом корпус имеет по меньшей мере один охлаждающий канал; машинную обработку корпуса для обеспечения множества пластинчатых рбер на его передней стороне, при этом два следующих друг за другом ребра отделены друг от друга канавкой, при этом каждая канавка открывается по меньшей мере в одну боковую сторону корпуса; закрепление вкладышей в канавках посредством их ввода через пром в боковой стороне корпуса,при этом после установки вкладыши имеют верхнюю сторону, выступающую от нижней грани расположенного непосредственно сверху ребра,при этом уголмежду вертикалью и линией, проходящей через верхнюю переднюю грань вкладыша и верхнюю грань расположенного сверху ребра, составляет не менее чем 45, за счт чего верхняя сторона образует собирающую поверхность, при этом собирающая поверхность имеет размеры, учитывающие угол естественного откоса шихтового материала.