Доменные вертикальные плитовые холодильники 5 поколения (ЧШ – 1) из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
Научно - производственным предприятием «Валок», совместно с Новолипецким металлургическим комбинатом и Липецким государственным техническим университетом разработан новый тип вертикальных плитовых холодильников (ВПХ), способных работать в непрерывном режиме при тепловой нагрузке до 65 кВт/м2 и кратковременно (~ 10 мин) при q = 100-150 кВт/м2.
В процессе 7-летних исследований, в т.ч. стендовых и промышленных испытаний, установлено, что для обеспечения сроков службы холодильников в течение 12-15 и более лет, НЕДОСТАТОЧНО в типовых[1] холодильниках заменить Cr-Ni серый чугун на высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ).
Дополнительно необходимо:
создать такую конструкцию холодильника и систему охлаждения, при которой, даже при пиковых тепловых нагрузках в любом микрообъеме плиты холодильника напряжения от неравномерного нагрева по толщине плиты не превышали sт материала, в противном случае холодильник разрушается от малоцикловой усталости.
Используя расчетный метод конечных элементов была создана конструкция нового холодильника (ЧШ-1) и уточнена в процессе стендовых и промышленных испытаний на доменных печах ОАО «НЛМК».
Основные отличия холодильника ЧШ-1 от типового
- Материал холодильника из серого чугуна (СЧ) заменяется на высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) с высокими механическими свойствами.
- Сплошные ребра на рабочей стороне плиты холодильника, предназначенные для удержания гарнисажа, заменяются на прерывистые выступы определенной формы и размеров.
- Исключается нанесение на трубы системы охлаждения покрытия, препятствующего сплавлению с телом плиты холодильника, что резко увеличивает теплопроводность холодильника.
- Оптимизируется расположение системы охлаждения относительно рабочей поверхности плиты холодильника.
Приведенные отличия позволяют:
1. Избежать на холодильниках ЧШ-1 появления трещин при испытаниях на малоцикловую усталость (400 циклов) при циклических нагревах и охлаждении в диапазоне 200-900 °С (стендовые испытания моделирующие условия работы холодильников в доменной печи). На типовом холодильнике в этих условиях трещины в ребрах зарождаются на 2-3 цикле, а к 140-160 циклу несколько трещин развиваются на всю толщину плиты холодильника (240 мм), рис.1
2.Избежать изгиба плиты холодильника ЧШ-1 при испытаниях по п.1. На типовом холодильнике изгиб ребер достигает 40-45 мм к 160 циклу «нагрев-охлаждение», рис.1.
3.Снизить температуру нагрева рабочей поверхности плиты холодильника ЧШ-1 (особенно при пиковых тепловых нагрузках) на 100-300°С.
4.Увеличить теплопроводность холодильника ЧШ-1 в среднем в 1,7 раза, что позволяет снизить тепловую нагрузку на него ~ в 1,7 раза за счет снижения температуры рабочей поверхности плиты и лучшего удержания гарнисажа.
5. Увеличить толщину и прочность сцепления гарнисажа с телом плиты.
6.Снизить теплосъем (при нормальной работе ДП) в среднем в 2 раза и соответственно снизить нагрев отводимой воды на 6-8°С, а при пиковых тепловых нагрузках (особенно когда происходит срыв гарнисажа) теплосъем на ЧШ-1 возрастает в 2-6 раза, а на типовом холодильнике возрастает только на 30-90 %, что приводит к перенагреву и разрушению плиты типового холодильника.
7. Повысить механические свойства плиты холодильника:
- прочность (sв) с 220 до 450 мПа
- относительное удлинение (d) с 0,9 до 12-18%.
8. Увеличить (без разрушения плиты) допустимый перепад tр/ tт с 2 до 6, где:
tр – температура рабочей поверхности плиты холодильника;
tт – температура тыльной стороны плиты.
9.Снизить температуру на тыльной стороне плиты при пиковых тепловых нагрузках с 300-350 °С до 120-220°С.
10.Снизить (благодаря высокой теплопроводности) требуемые расходы воды на охлаждение холодильника в 1.5-2 раза. (Данное положение необходимо дополнительно проверить при 100% оснащении ДП холодильниками ЧШ-1 в районе 1-4 ряда шахты, распора и заплечиков).
а)
б)
Рис.1. Внешний вид холодильников после стендовых испытаний путем циклического нагрева – охлаждения в диапазоне 200 – 800 °С:
а) типовой холодильник после 160 циклов: трещины, прогиб ребер до 45 мм
б) холодильник ЧШ-1 после 400 циклов: трещин – нет; деформации плиты – нет.
Наши предложения:
1.Продажа техдокументации на технологию отливки и контроль качества отливок холодильников из ЧШГ, обеспечивающих необходимые требования по мехсвойствам, структуре, размеру графитовых включений и т. д.
Примечание
По желанию заказчика:
а)к техдокументации по технологии могут быть приложены результаты стендовых и промышленных испытаний холодильников ЧШ-1.
б)Конструкция холодильника ЧШ-1 с пояснительной запиской по величине напряжений и температурным полям в наиболее характерных зонах по всему объему холодильной плиты в широком диапазоне тепловых нагрузок.
2.Заключение договора на проведение расчетов и разработку основных параметров конструкций холодильников типа: ЧШ-1, ЧШ-2 и ЧШ-3 применительно к характеристикам конкретной ДП заказчика для районов: шахта, распар и заплечики.
Примечание
Холодильники типа ЧШ-1, ЧШ-2 и ЧШ-3 отличаются преимущественно оформлением системы охлаждения.
3. Договор на техническое сопровождение или изготовление опытной партии холодильников типа ЧШ на предприятии заказчика или на ОАО «НЛМК».
Заключение лицензионного договора на право производства заказчиком холодильников типа ЧШ-1, ЧШ-2 и ЧШ-3.
[1] Под типовым вертикальным плитовым холодильником понимается холодильник из серого чугуна дополнительно легированного Cr и Ni в количестве до 0,5%, на трубы системы охлаждения которого нанесено низкотеплопроводное покрытие (например, маршалит) с целью предотвращения сплавления стальных труб с чугунной плитой.
