CZ310117B6 - Zařízení pro chlazení hutního zařízení - Google Patents

Abstract

Zařízení pro chlazení hutního zařízení, obsahující nosný díl (1), k němuž je spojen alespoň jeden chladicí kanál (2) s průřezem ve tvaru písmene L, přičemž zařízení dále obsahuje alespoň jeden chladicí kanál (3) s průřezem ve tvaru písmene L, kde všechny chladicí kanály (2, 3) jsou vzájemně spojeny těsným svarem (7) a všechny krajní kanály (2) a/nebo kanály (3) jsou s nosným dílem (1) spojeny těsným svarem (7). Zařízení dále obsahuje vstup chladicí vody (4) a na opačném konci zařízení výstup chladicí vody (5), přičemž v jednotlivých kanálech (2, 3) jsou vytvořeny průchody (8, 9) umožňující proudění chladicí vody skrze kanály (2, 3). Nosný díl (1) a chladicí kanály (2, 3) jsou vytvořeny z plechu, přičemž nosný díl (1) je vytvořen z plechu o větší tloušťce než plech, z něhož jsou vytvořeny chladicí kanály (2, 3). Kanál (2) nebo kanál (3), který obsahuje vstup (4) chladicí vody nebo výstup (5) chladicí vody, má se sousedním kanálem (2) nebo sousedním kanálem (3) vytvořené právě dva průchody (8), které leží při okrajích těchto kanálů (2, 3), zatímco tento sousední kanál (2) nebo kanál (3) má s dalším bezprostředně na něj navazujícím kanálem vytvořený společný průchod (9) uprostřed kanálu na úrovni osy vstupu (4) nebo výstupu (5) chladicí vody, přičemž tento společný průchod (9) zaujímá v průřezu stejnou plochu jako dohromady oba průchody (8) v kanálech (2) nebo kanálech (3), které mají průchody (8) vytvořené při okrajích těchto kanálů (2, 3).

Description

Zařízení pro chlazení hutního zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro chlazení hutního zařízení využitelný v oblasti hutního průmyslu, které řeší mnohé problémy dosavadního stavu techniky zejména využitím principu průtoku vody zajištěním systematickým vynecháním částí přepážek, což znásobuje množství protékané vody vůči ploše v příčném průřezu kanálu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa zařízení, která přichází do styku se sáláním tepelných zdrojů v hutním průmyslu. Jako zdroje je možné uvést elektrický oblouk, rozžhavené elektrody nebo samotnou lázeň tekuté oceli. Dále jsou popsány základní díly, které přicházejí do styku s tepelným sáláním a využívají různé způsoby vodního chlazení.

Trubkové panely

Nejpoužívanější způsob výroby těchto dílů je ze silnostěnných trubek naskládaných jedna vedle druhé a na koncích propojených speciální tvarovkou. Jedná se o známý stav. Celý systém musí tvořit chladicí smyčku.

Výhodou je levná a poměrně jednoduché výroba.

Nevýhoda je v omezeném sortimentu trubek a při delším okruhu dochází k přehřátí vody. Největší nevýhoda je však v omezené možnosti výroby složitějších nebo přesně daných tvarů.

Odlitky

Další ze způsobů výroby jsou díly odlévané z čisté elektrovodné mědi. Opět se jedná o známý stav způsobu výroby.

Po zavedení produkce není tento způsob nijak extrémně nákladný. Je však náročný na čistotu mědi a kapacitu slévárny. Některé odlitky mají váhu i 1000 kg.

Další problém může vzniknout při výrobě chladicího okruhu, kdy může dojít k protavení stěny nebo zapečení jádra formy a zatečení mědi. Tímto je pak celý výrobek zničen.

Obrábění a svařování

Poslední dobou se provádí výroba velice náročným a drahým způsobem. Do válcovaného měděného nebo ocelového plechu o velké tloušťce se frézují drážky, které ve finále tvoří chladicí smyčku.

Celá stěna, na které se provádí frézování, se potom následně zaslepí, a to buď měděným, nebo ocelovým plechem.

Plech se složitě přivařuje na různých místech, aby nedošlo k protečení vody mezi plechem a měděnou deskou mimo drážky. Poté se tyto desky spojují v celky vzájemně propojené pomocí armatur, aby se docílilo průtoku chladicí vody. Nevýhodou tohoto způsobu výroby je jeho cena, která je až 2x vyšší než u klasického odlévání. U dílu je sice zajištěn přímý kontakt chladicí vody s hlavním materiálem, ale životnost vzhledem k ceně a složitosti není výrazně vyšší.

- 1 CZ 310117 B6

Přepážkový systém

Systém chladicích kanálů svařený z plechů. Pro chlazený díl je vytvořena chladicí smyčka poskládaná a svařená z plechů. Je zde sice vysoký efekt chlazení, ale na úkor velice zdlouhavému svařování. Výhodou je snadná oprava při poškození i bez speciálního vybavení.

Podstata vynálezu

1. Nový způsob proudění chladicí vody, díky němuž se dosáhne dvojnásobného průtoku, jehož je dosaženo konstrukcí zařízení podle tohoto vynálezu. Princip je patrný z obr. 1 a 2.

2. Nový způsob výroby daného zařízení. Princip je patrný z obr. 3.

Vynález popsaný dále řeší současné nevýhody ve výrobě popisovaných zařízení, jimž jsou zejména:

• nutnost využití velkých sléváren na měď a složitých technologických postupů;

• komplikované a drahé obrábění;

• složité nebo zdlouhavé svařování;

• vysoká spotřeba drahého materiálu jako je měď; a • špatný přenos tepla mezi chlazenou stěnou a chladicí kapalinou.

Zde představený vynález popisuje zařízení a způsob jeho výroby, které spočívá v níže popsaných znacích a přináší dále popsané výhody:

• Zařízení spočívá ve vytvoření systému kanálů ohýbaných plechů, kde je průtok chladicí vody zajištěn systematickým vynecháním částí přepážek. Díky tomuto principu je průtok vody vůči ploše v příčném průřezu kanálu dvojnásobný.

• Výroba všech dílů, z nichž zařízení sestává, je možná s použitím základního vybavení běžných strojírenských dílen.

• Většina dílů je vyrobena z plechů, což je běžně dostupný dobře protvářený a lehce zpracovatelný materiál.

• Variabilita v použití různých tlouštěk materiálů v závislosti na tepelném nebo mechanickém namáhání.

• Poskytuje variabilitu použiti různých materiálů plechů, jako je zejména ocel, nerez nebo měď. Kanálový systém zařízení zajišťuje dostatečnou robustnost pro zařízení v hutním průmyslu.

• Velká výhoda je, že chlazená stěna má rovnoměrnou tloušťku a je celá zaplavená chladicím médiem. Tudíž dochází k rovnoměrnému přenosu tepla do chladicí kapaliny a z tohoto důvodu není nutný materiál s vysokou tepelnou vodivostí, jako je měď.

• Způsob výroby eliminuje většinu nevýhod dosavadního způsobu výroby chlazených zařízení v hutním průmyslu.

• Oproti přepážkovému systému je zde snížen počet svarů díky ohýbaným polotovarům pro kanály a jiné skladbě celé struktury chladiče.

• Díky dvojnásobnému průtoku vody lze celý chlazený okruh vyrobit větší nebo ho zapojit do série s dalším okruhem, aniž by došlo k přehřátí chladicího média.

- 2 CZ 310117 B6

Popis zařízení

Zařízení je popsáno s odkazem na obrázky, které představují příklady uskutečnění zařízení a slouží pro ilustraci. Na obr. 1 je přitom vidět příčný řez s pořadím přivařovaných kanálů, a na obr. 2 je znázorněn řez přes kanály, kde je vidět princip průtoku vody chladicím labyrintem.

Hlavní výhoda spočívá v kompaktnosti řešení. Chladicí médium se po přivedení potrubím 4 do kanálu 2 vydává oběma směry a po přechodu do dalšího kanálu 3 se potká u společného otvoru, a tak se celý cyklus opakuje až po výstup 5.

Průchody mezi kanály mají teoreticky stejný průřez jako vstupní potrubí. V každém případě je vhodné pro přesné vyladění proudění chladicí kapaliny využít počítačovou simulaci proudění.

Základní princip výroby zařízení

Princip výroby je znázorněn na obr. 3. Spočívá v postupném navalování předem připravených ohýbaných kanálů 2, 3 na základní nosný díl 1 z plechu. Postup přidávání kanálů závisí na druhu výrobku, kde někdy se může začít od středu a postupovat na levou a pravou stranu a někdy se navaluje z jedné strany na druhou. Předem připravené kanály se musí navalovat v přesném pořadí, aby se zajistil správný průtok chladicího média a dále aby bylo možné provést všechny svary.

Detaily způsobu výroby zařízení

Konstrukce

Celá konstrukce se skládá ze dvou základních částí a dále ze vstupu a výstupu. Všechny díly jsou relativně snadno vyrobitelné z plechu. Základní část nazvaná nosný díl 1 vyrobený ze silnějšího plechu slouží jako základna pro celý výrobek a je také v kontaktu s tepelným zdrojem. Druhá část výrobku jsou kanály vyrobené ze slabšího plechu. Pro výrobu obou částí se využívá ohraňovací lis, kde je zajištěna relativně vysoká přesnost ohybu.

Nosný díl

Nosný díl, resp. nosný plech je vyrobený řezáním laserem, plazmou nebo jakoukoli další technologii základního dělení. Je dobré vyrobit co nejvíce detailů pomocí této technologie. Po řezání se provede ohýbání nad ohraňovacím lisem. V některých případech je nutné využít operace třískového obrábění pro dokončení všech potřebných detailů. Po dokončení každé operace je důležité provést kontrolní měření základních a důležitých rozměrů. Po dokončení těchto operací je nosný díl připraven pro navařování kanálů, vstupu a výstupu vody a případně dalších dílů. Jeho tvar z velké části odpovídá tvaru finálního výrobku. Může se jednat o jednoduchou desku až po u-tvar nebo otevřenou krabici. Na obr. 5 a 6 jsou příklady nosných dílů. Tyto díly jsou součástí bočního prostupu pro hořák. Na každém obrázku je vždy finální tvar a tvar před ohnutím. Obr. 5 znázorňuje základní díl pláště a obr. 6 znázorňuje základní díl dna.

Kanály

Základem každého kanálu je L profil. V závislosti na umístění pak muže mít uzavřené jedno nebo obě čela. Minimálně jeden kanál na výrobku má vždy U tvar. Základní tvar se opět vyráběn běžným způsobem základního dělení. Tloušťka plechu je vždy menší, než je tloušťka plechu základního dílu. Po ohnutí a kontrole rozměrů je nutno vyrobit průchody na propojení kanálů. Každý kanál má úpravy pro svary. Počet kanálů závisí na velikosti a tvaru výrobku. Obrázky jsou pouze ilustrativní pro pochopení principu chlazení. Minimální počet kanálů jsou dva, přičemž optimální je sudý počet. Maximální počet kanálů není omezen, ovšem je závislý na výstupní teplotě vody, aby nedocházelo k přehřátí nebo tvorbě páry. Na obr. 7 a 8 jsou vidět příklady tvaru

- 3 CZ 310117 B6 kanálů. Jedná se o kanály do svařence dna pro boční prostup do pece. Na obr. 7 vidět kanál ve tvaru U s otvorem pro vstup chladicí kapaliny. Na obr. 8 je vidět kanál tvaru U s otvorem v přepážce.

Svařování

Jak již bylo zmíněno, svařování se provádí postupně v přesném pořadí. Na nosný díl 1 se navaří základní kanál 2 a potom se postupně přivařují další kanály 3, aby vznikl chladicí okruh. Při svařování je užito těsných i netěsných svarů. Vše je vidět na obr. 2. Svary 6 mezi kanály 2, 3 a základním nosným dílem 1 nemusí být těsné, slouží pouze k zvýšení tuhosti celého výrobku a k oddělení kanálů. Svary 7 na obvodě a vnitřním povrchu chlazeného zařízení musí být provedeny těsně. Při svařování je vhodné pravidelně provádět kontrolu rozměrů a deformací. V případě překročení povolených tolerancí je třeba provést opatření, aby se zajistilo dodržení potřebné přesnosti. Po dokončení všech svarů na chladicím okruhu je nutné provést tlakovou zkoušku těsnosti. Po úspěšné zkoušce se pak celý výrobek dokončí.

Analýzy

Při návrhu každého nového výrobku je vhodné provést počítačovou simulaci proudění a přenosu tepla.

Objasnění výkresů

Na připojených výkresech:

obr. 1 znázorňuje příčný řez zařízením s pořadím přivařovaných kanálů, dále je zde znázorněn vstup a výstup chladicí vody a přístup tepla;

obr. 2 znázorňuje řez přes kanály s vysvětlením principu průtoku vody chladicím labyrintem;

obr. 3 znázorňuje v bočním řezu výrobkem s vyznačením nosného dílu a kanálů schéma provedení svarů zařízení;

obr. 4 znázorňuje příklad využití zařízení podle vynálezu pro díl dna, který je součástí sestavy bočního hořákového vstupu do pece;

obr. 5 znázorňuje příklad využití vynálezu pro nosný díl, který jsou součástí bočního prostupu pro hořák;

obr. 6 znázorňuje příklad využití vynálezu pro nosný díl, který jsou součástí bočního prostupu pro hořák;

obr. 7 znázorňuje příklad využití vynálezu pro kanál ve tvaru U s otvorem pro vstup chladicí kapaliny; a obr. 8 znázorňuje příklad využití vynálezu pro kanál ve tvaru L s otvorem v přepážce.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Zařízení pro chlazení hutního zařízení, které obsahuje nosný díl k němuž je těsným svarem 1 spojen chladicí kanál 2 ve tvaru U, přičemž zařízení dále obsahuje tři chladicí kanály 3 ve tvaru

- 4 CZ 310117 B6 písmene L, který jsou se sousedními kanály 2, 3 spojeny svary 7 a s nosným dílem 1 jsou spojeny svarem 6, přičemž zařízení dále obsahuje vstup chladicí vody 4 a na opačném konci zařízení výstup chladicí vody 5, přičemž v jednotlivých kanálech 2, 3 jsou vytvořeny průchody 8, 9 umožňující proudění chladicí vody skrze kanály 2, 3.

Přiklad 2

Zařízení podle příkladu 1, s tím rozdílem, že krajní chladicí kanály 2, 3 jsou vždy spojeny s nosným dílem 1 těsným svarem 7. Nosný díl 1 je vytvořen z plechu o větší tloušťce než plech, z něhož jsou vytvořeny chladicí kanály 2, 3. Kanál 2, který obsahuje vstup 4 chladicí vody, má se sousedním kanálem 3 vytvořené právě dva průchody 8, které leží při okrajích těchto kanálů 2, 3, zatímco tento sousední kanál 3 má s dalším bezprostředně na něj navazujícím kanálem 3 vytvořený společný průchod 9 přibližně uprostřed kanálů 3 na úrovni osy vstupu 4 a výstupu 5 chladicí vody. Tento společný průchod 9 zaujímá v průřezu přibližně stejnou plochu jako dohromady oba průchody 8 v kanálech 2, 3, které mají průchody 8 vytvořené při okrajích těchto kanálů 2, 3. Chladicí kanály 2,3 jsou opatřeny úpravou pro svary 6 nebo svary 7.

Příklad 3

Zařízení podle příkladu 1, s tím rozdílem, že velikost plochy průřezu průchodu 9 odpovídá velikosti plochy průřezu vstupu 4 chladicí kapaliny a velikosti plochy průřezu výstupu 5 chladicí kapaliny.

Přiklad 4

Zařízení na obr. 4 ukazuje využití vynálezu pro díl dna, který je součástí sestavy bočního hořákového vstupu do pece. Zde chladicí voda po vstupu 4 projde kanálem 3, dále pokračuje po obvodě otvoru 12 pro hořák pravým kanálem 11 a levým kanálem 10 a sestavy kanálů 2_. Následně přes labyrint kanálů 3_ odtéká výstupem 5.

Příklad 5

Dalším využitím vynalezu jsou chlazené prostupy v EBT prostoru pece pro hořáky nebo jiné vybavení. V podstatě se jedná o krabici bez víka uprostřed s otvorem. Dno krabice vystavené sálání z pece je pak následně chlazeno výše popsaným systémem kanálů.

Příklad 6

Způsob výroby zařízení podle předchozích příkladů, který zahrnuje postupné navařování předem připravených kanálů 2, 3 opatřených průchody 8, 9 na základní nosný díl 1, kde nejprve se spojí s nosným dílem 1 chladicí kanál 2 ve tvaru U, přičemž postup přidávaní kanálů 2, 3 závisí na druhu výrobku, kde se přidá nejprve kanál 2 ve tvaru U od středu nosného dílu 1 pomocí svarů 6 a postupuje se na levou a pravou stranu s přidáváním kanálů 3, přičemž kanály 2, 3 se mezi sebou spojují svary 7 a krajní kanál zařízení je připevněn k nosnému dílu svarem 7.

Příklad 7

Způsob výroby zařízení podle příkladu, s tím rozdílem, že kanál 2 je spojen s nosným dílem 1 na okraji nosného dílu 1 pomocí svaru 7 a na boční stěnu kanálu 2 se postupně pomocí svaru 6 k nosnému dílu připevňuje alespoň jeden kanál 3, přičemž kanály 2,3 se mezi sebou spojují svary 7 a krajní kanál zařízení je připevněn k nosnému dílu svarem 7.

- 5 CZ 310117 B6

Průmyslová využitelnost

Vynález je průmyslově využitelný v oblasti hutního průmyslu ke chlazení hutních zařízení, jako 5 j sou zej ména pece.

Claims (2)

1. Zařízení pro chlazení hutního zařízení, obsahující nosný díl (1), k němuž je spojen alespoň jeden chladicí kanál (2) s průřezem ve tvaru písmene L, přičemž zařízení dále obsahuje alespoň jeden chladicí kanál (3) s průřezem ve tvaru písmene L, kde všechny chladicí kanály (2, 3) jsou vzájemně spojeny těsným svarem (7) a všechny krajní kanály (2) a/nebo kanály (3) jsou s nosným dílem (1) spojeny těsným svarem (7), přičemž zařízení dále obsahuje vstup chladicí vody (4) a na opačném konci zařízení výstup chladicí vody (5), přičemž v jednotlivých kanálech (2, 3) jsou vytvořeny průchody (8, 9) umožňující proudění chladicí vody skrze kanály (2, 3), přičemž nosný díl (1) a chladicí kanály (2, 3) jsou vytvořeny z plechu, přičemž nosný díl (1) je vytvořen z plechu o větší tloušťce než plech, z něhož jsou vytvořeny chladicí kanály (2, 3), vyznačující se tím, že kanál (2) nebo kanál (3), který obsahuje vstup (4) chladicí vody nebo výstup (5) chladicí vody, má se sousedním kanálem (2) nebo sousedním kanálem (3) vytvořené právě dva průchody (8), které leží při okrajích těchto kanálů (2, 3), zatímco tento sousední kanál (2) nebo kanál (3) má s dalším bezprostředně na něj navazujícím kanálem vytvořený společný průchod (9) uprostřed kanálu na úrovni osy vstupu (4) nebo výstupu (5) chladicí vody, přičemž tento společný průchod (9) zaujímá v průřezu stejnou plochu jako dohromady oba průchody (8) v kanálech (2) nebo kanálech (3), které mají průchody (8) vytvořené při okrajích těchto kanálů (2,3).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost plochy průřezu průchodu (9) odpovídá velikosti plochy průřezu vstupu (4) chladicí kapaliny a velikosti plochy průřezu výstupu (5) chladicí kapaliny.