RU2136762C1 - Устройство для загрузки шахтной печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области черной металлургии, точнее к приспособлениям для загрузки шахтной печи, в частности доменной. Сущность изобретения: устройство для загрузки шахтной печи, например доменной, содержит бункер для шихты с впускным и выпускным отверстиями, связанный с узлом для распределения шихты по поперечному сечению печи, размещенным в ее колошниковой зоне. Узел установлен с возможностью вращения вокруг оси печи и размещен под выпускным отверстием бункера по потоку шихты. Указанный узел образован ступицей, по периферии которой равномерно размещены пять направляющих элементов. Каждый из них связан со ступицей, расположен под углом к горизонтальной плоскости и состоит из двух участков, размещенных последовательно по направлению перемещения шихты. Первый участок расположен в непосредственной близости от ступицы и служит для изменения направления вектора скорости движения шихты с радиального на окружное. Второй участок предназначен для отклонения направления движения шихты от окружного в зависимости от направления и скорости вращения узла. Кромка осыпания шихты второго участка обращена в полость печи. Использование изобретения обеспечивает получение требуемого профиля загрузки шихты при высокой окружной равномерности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а более точно к приспособлениям для загрузки шахтной печи.

Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано в доменных печах.

Предшествующий уровень техники.

В настоящее время интенсификация процесса производства чугуна направлена на совершенствование технологии доменного процесса за счет оптимального распределения газового потока по сечению шахты доменной печи, от которого зависят качество получаемого чугуна, удельный расход топлива на его производство и производительность доменной печи, в целом. Равномерное распределение газового потока по сечению печи осуществляют регулированием параметров дутья и изменением профиля слоев рудных и коксовых составляющих шихты, подаваемой в колошниковую зону приспособлением для ее загрузки, установленным на куполе печи. Поэтому к загрузочному приспособлению предъявляют требования обеспечения заданного профиля - поверхности слоя шихты по поперечному сечению печи при минимальной неравномерности распределения гранулометрического состава шихты в колошниковой зоне в окружном направлении и по существу регулируемой толщине засыпаемого слоя шихты.

К известным устройствам для загрузки доменных печей можно отнести двухконусный аппарат, дополненный подвижными колошниковыми плитами (DE. A2125062).

Известное приспособление для загрузки шахтной печи содержит бункер с впускным и выпускным отверстиями, соединенный посредством фланцев с верхней частью печи. Выпускное отверстие бункера расположено в полости печи в ее колошниковой зоне и перекрыто запирающим элементом конусообразной формы. Запирающий элемент установлен с возможностью вертикального перемещения. В колошниковой зоне печи предусмотрены подвижные плиты, несущие распределительные плиты, отражающая поверхность которых обращена к выпускному отверстию бункера. Плиты равномерно размещены в окружном направлении и установлены с возможностью радиального перемещения по направляющим, жестко связанным с кожухом печи.

При работе приспособления запирающий элемент перемещают в направлении полости печи, и через образовавшуюся кольцевую щель шихта подается в колошниковую зону в ее периферийную часть. В случае нарушения технологического режима доменного процесса необходимо изменить профиль поверхности насыпаемого слоя шихты. Для этого перемещают плиты в радиальном направлении к оси печи до положения, при котором траектория падения шихты пересекает поверхность распределительных плит, что приводит к изменению направления движения потока шихты, осуществляя перемещение шихты к оси печи. Однако вышеописанное приспособление обеспечивает изменение профиля поверхности насыпаемого слоя шихты только в периферийной кольцевой зоне, ширина которой равна одной третьей радиуса печи, что ограничивает возможности данного устройства.

Наиболее близким аналогом, т. е. прототипом, является устройство для загрузки шахтной печи, которое включает бункер для шихты с впускным и выпускным отверстиями, узел для распределения шихты по поперечному сечению печи, установленный в колошниковой зоне с возможностью вращения вокруг оси печи и размещенный под выпускным отверстием бункера, при этом узел для распределения шихты оборудован горизонтальным элементом, по периферии которого равномерно размещены в окружном направлении по меньшей мере два направляющих элемента, каждый из которых связан с горизонтальным элементом, расположен под углом (α) к горизонтальной плоскости и состоит из двух частей, размещенных последовательно по направлению перемещения потока шихты, первый из которых расположен в непосредственной близости от горизонтального элемента, а кромка ссыпания шихты второго участка обращена в полость печи (заявка WO N 92/19776, С 21 В 7/20).

При работе устройства порция шихты из бункера шихты ссыпается на горизонтальную плоскость загрузочного узла и долее по направляющим элементам во внутреннюю полость печи. Формирование слоя шихты в колошниковой зоне печи происходит за счет вращения загрузочного узла. Благодаря возможности изменения скорости вращения загрузочного узла данное устройство обеспечивает получение заданного профиля поверхности шихты при ее загрузке в шахтную печь. Это улучшает технологические показатели доменного процесса. Однако при укладке шихты вышеуказанным устройством на участках поверхности в районе, прилегающем к оси печи, не обеспечивается требуемый профиль засыпи, так как затруднена подача достаточного количества материала в указанную зону. В связи с изложенным не достигается оптимальное, по сечению печи распределение газов, что приводит к повышенному расходу кокса и некоторому уменьшению производительности. Кроме того, в известном устройстве положение плоских поверхностей направляющих элементов не определено однозначно, что затрудняет изготовление самого устройства, а в последующем заданного профиля шихты при ее загрузке в печь.

Раскрытие изобретения.

Целью изобретения является создание устройства для загрузки шахтной печи, обеспечивающего получение требуемого профиля загрузки шихты при высокой окружной равномерности.

Поставленная задача решается тем, что устройство для загрузки шахтной печи, содержащее бункер для шихты с впускным и выпускным отверстиями, оборудуется узлом для распределения шихты по поперечному сечению печи, установленным с возможностью вращения вокруг оси печи и размещенным под выпускным отверстием бункера по потоку шихты. Согласно изобретению, узел для распределения шихты по поперечному сечению печи образован горизонтальным элементом, по периферии которого равномерно размещены по меньшей мере два направляющих элемента, каждый из которых связан с горизонтальным элементом, расположен под углом к горизонтальной плоскости и состоит из двух участков, размещенных последовательно по направлению перемещения потока шихты, первый из которых расположен в непосредственной близости от горизонтального элемента, а кромка осыпания шихты второго участка обращена в полость печи.

Такое конструктивное выполнение узла распределения обеспечивает разделение массы шихты, выходящей из выпускного отверстия бункера по меньшей мере на два потока, которые формируют слой шихты в колошниковой зоне с приблизительно равным гранулометрическим составом в окружном направлении. Это происходит за счет симметричной укладки относительно оси печи гранул шихты одного размера и обеспечивает значительное снижение неравномерности распределения массы шихты в окружном направлении печи. Равномерное размещение направляющих элементов в окружном направлении и под углом к горизонтальной плоскости так, что первый участок расположен в непосредственной близости от горизонтального элемента, позволяет изменить радиальное направление движения потока шихты на окружное движение. На втором участке направляющих элементов, под воздействием равнодействующих сил трения, центробежной силы и силы Кориолиса, происходит отклонение движения потока шихты от окружного направления к движению по касательной или по направлению к оси печи. Благодаря этому возможна загрузка шихты в любую зону колошника и обеспечивается формирование требуемого профиля поверхности шихты в колошниковой зоне. Причем это достигается только одним видом движения, а именно вращением вокруг оси печи узла для распределения шихты. Вышеизложенные особенности конструкции загрузочного узла приводят к улучшению технологических параметров доменного процесса и снижению энергетических потерь. Упрощается конструкция привода вращения узла.

Целесообразно, чтобы первый участок каждого направляющего элемента представлял бы собой лоток с боковыми стенками, высота которых в начале участка равна 1/2 его ширины, а в конце - 1/5 ширины.

Выполнение первого участка в виде лотка приводит к формированию потока шихты, выходящего на второй участок направленной струей, что обеспечивает создание требуемого соотношения масс коксовых и рудных составляющих в вертикальном столбе шихты по всему объему печи.

Необходимо, чтобы второй участок каждого направляющего элемента был бы образован плоскими поверхностями.

Выполнение второго участка плоскими поверхностями обеспечивает линейную зависимость между угловой скоростью вращения и дальностью падения шихты от оси печи, что упрощает формирование требуемого профиля поверхности шихты в колошниковой зоне печи. Это улучшает технологические параметры доменного процесса.

Для повышения эффективности распределения материалов второй участок направляющего элемента образован по меньшей мере двумя плоскими поверхностями. Плоскости расположены в пространстве так, что при их пересечении вертикальной плоскостью, проходящей через геометрический центр каждой плоской поверхности и по касательной к окружности с центром на оси доменной печи, образуется ломаная линия. Каждый последующий отрезок этой ломаной линии имеет угол наклона к горизонтальной плоскости больше предыдущего.

Увеличение угла наклона плоских поверхностей в направлении движения потока шихты приводит к уменьшению сил сцепления между каждой последующей плоской поверхностью и струей шихты, ускоряя ее сход с направляющих элементов. Это снижает дальность полета при минимальной скорости вращения узла, обеспечивая загрузку средней зоны поверхности колошника.

Нужно также, чтобы второй участок был бы образован по меньшей мере двумя плоскими поверхностями, при пересечении каждой из которых вертикальной плоскостью, проходящей через геометрический центр этой поверхности и через ось печи, образовывались углы с горизонтальной плоскостью, каждый из которых больше предыдущего.

Конструктивное выполнение направляющего элемента, в котором плоские поверхности второго участка одновременно изменяют углы наклона и в направлении к оси печи улучшают возможности изменить направление движения потока шихты к оси печи при малых скоростях вращения узла, обеспечивая загрузку центральной зоны поверхности колошника.

Такое конструктивное выполнение узла для распределения шихты позволяет путем изменения скорости его вращения обеспечить получение заданного профиля поверхности шихты в колошниковой зоне. Это позволяет загружать периферийную часть колошниковой зоны при максимальной скорости вращения, осевую - при минимальной скорости вращения и среднюю часть - при промежуточных значениях скорости вращения узла. При неизменной скорости вращения узла для распределения, загружаемая шихта укладывается в колошниковой зоне в форме кольцевого гребня с четко выраженной вершиной. При изменении скорости вращения узла распределения во время выгрузки, шихта укладывается в колошниковой зоне по спирали, образуя слой со сглаженной поверхностью.

Желательно, чтобы поверхность днища лотка первого участка при переходе к поверхности второго участка была бы заглублена относительно последней. Величина заглубления составляет 20-60 мм, что примерно равно половине среднего диаметра частиц шихты, загружаемой в доменную печь. Таким образом, нижняя плоскость лотковой части направляющего элемента будет футерована мелкими фракциями шихты и иметь оптимальную шероховатость поверхности, на которой будет формироваться поток шихты.

Такое конструктивное выполнение первого участка обеспечивает защиту поверхности днища лотка от абразивного износа за счет образования слоя шихты на поверхности первого участка, что увеличивает ресурс работы узла для распределения шихты. Кроме того, перемещение потока шихты по ее слою, образованному на первом участке направляющего элемента, приводит к усреднению гранулометрического состава потока шихты, загружаемого в колошниковую зону печи. Это обеспечивает при вращении узла формирование слоя шихты в указанной зоне, имеющего минимальную неравномерность гранулометрического состава шихты в окружном направлении колошниковой зоны печи.

Краткое описание чертежей.

Сущность настоящего изобретения иллюстрируется следующим конкретным примером его выполнения, показанным на нижеприведенных чертежах и схемах.

Фиг. 1 схематически изображает в изометрии приспособление для загрузки доменной печи с частичным вырезом;
Фиг. 2 - узел для распределения шихты по поперечному сечению печи; в изометрии, в увеличенном масштабе;
Фиг. 3 - направляющий элемент в изометрии;
Фиг. 4 - развернутое сечение I-I фиг. 3 касательными плоскостями;
Фиг. 5 - совмещенные сечения фиг. 3 радиальными плоскостями.

Варианты осуществления изобретения.

Приспособление для загрузки шахтной печи, например доменной печи, выполненное согласно изобретению, включает бункер 1 (фиг. 1) для шихты, соединенный с печью 2 через корпус 3, соосный с бункером 1 и печью 2 и предназначенный для размещения привода вращения узла 4 для распределения шихты по поперечному сечению печи 2 и снабженный фланцем 5 для соединения с последней. Бункер 1 имеет впускное для шихты отверстие 6, перекрытое конусообразным запирающим элементом 7, и выпускное отверстие 8, перекрытое конусообразным запирающим элементом 9. Вышеуказанные отверстия выполнены концентрично оси симметрии бункера 1. Конусообразные запирающие элементы 7 и 9 соединены с приводами вертикального перемещения (на фиг.1 не показаны) штангами 10 и 11 соответственно. Для загрузки шихты в бункер 1 предусмотрена воронка 12, установленная на бункере 1 и предназначенная для накопления порции шихты, загружаемой с, например, транспортера (на фиг.1 не показан). Узел 4 связан с верхней частью печи 2, размещен в ее полости в колошниковой зоне 13 под выпускным отверстием 8 бункера 1. Геометрическая ось вращения узла 4 соосна выпускному отверстию 8, сообщенного с полостью корпуса 3, сообщенной с колошниковой зоной 13 печи 2. Узел 4 (фиг.2) представляет собой горизонтальный элемент 14, выполненный в виде ступицы 15, служащей для разделения осевого потока шихты на радиальные. Последняя образована многогранником, по периферии которого равномерно размещены в окружном направлении, например, пять направляющих элементов 16. Каждый из указанных элементов 16 образован первым и вторым участками 17 и 18 соответственно, размещенными последовательно по направлению перемещения потока шихты. Первый участок 17 каждого направляющего элемента 16 служит для изменения направления движения потока шихты с радиального на окружное, а второй участок 18 предназначен для отклонения направления движения от окружного и зависит от скорости и направления вращения узла 4. Для увеличения жесткости узла 4 предусмотрены ребра жесткости 19, 20, выполненные, например, в форме трапеции. Для облегчения веса узла 4 ступица 15 выполнена с глухими окнами 21. Первый участок 17 направляющего элемента 16 представляет собой лоток со стенками 22, а второй участок 18 образован плоскими поверхностями 25, 25а и 25b (O₁, O₂ и O₃) и кромкой 24 ссыпания шихты. Поверхность днища лотка 17 по отношению к плоским поверхностям 25, 25а и 25b, относящимся к участку 18, заглублена на 20-60 мм. То есть в зоне перехода между первым 17 и вторым 18 участками образована ступенька. Каждый направляющий элемент 16 как часть узла 4 расположен под переменным углом γ к горизонтальной плоскости так, что его кромка 24 ссыпания обращена в полость печи 2 (фиг.1), а векторы окружных составляющих скорости перемещения шихты по всем направляющим элементам 16 направлены в одну сторону. Составляющие элемента 16 плоские поверхности 25, 25а и 25b второго участка 18 так же имеют возрастающие углы наклона α в сторону движения потока шихты так, чтобы выполнялось неравенство α₁ < α₂ < α₃. Предел изменения угла наклона α плоских поверхностей устанавливается экспериментально. Плоские поверхности 25, 25а и 25b имеют также наклон в строну оси печи, образуя углы β с горизонтальной поверхностью, образующиеся при пересечении с вертикальной плоскостью, проходящей через ось доменной печи и геометрические центры (O₁, O₂ и O₃) плоских поверхностей.

Приспособление для загрузки шахтной печи работает следующим образом. Впускное отверстие 6 бункера 1 перекрыто конусообразным запирающим элементом 7 (фиг. 1), и происходит заполнение воронки 12 порцией шихты, подаваемой в нее по транспортеру (на фиг. не показан). Далее перемещают посредством привода (на фиг. не показан) через штангу 10 конусообразный запирающий элемент 7, который движется вниз, открывая отверстие 6, и шихта через кольцевой зазор поступает в бункер 1. В последнем происходит распределение гранулометрического состава и массы шихты по сечению бункера 1 любым известным способом с накоплением ее, так как конусообразный запирающий элемент 9 перекрывает выпускное отверстие 8. После опорожнения воронки 12 приводом (на фиг. не показан) через штангу 10 конусообразный запирающий элемент 7 перемещают вверх, закрывая впускное отверстие 6. Общеизвестно, что при осуществлении доменного процесса при повышенном давлении газа в колошниковой зоне печи 2, перед выпуском порции шихты из бункера 1 в печь 2 осуществляют выравнивание давления газа между полостями бункера 1 и печи 2 любым известным образом. После этого приводом (на фиг. не показан) через штангу 11 перемещают конусообразный запирающий элемент 9 вниз, образуя кольцевой зазор, через который шихта поступает в полость корпуса 3 и далее в окна 21 ступицы 15. После заполнения глухих окон 21 шихтой, последняя образует на поверхности ступицы 15 пирамидальную поверхность, ребра которой разделяют шихту на отдельные потоки, ссыпающиеся в лотки 22 направляющих элементов 16 по граням пирамидальной поверхности шихты. В каждом лотке 22 накапливается слой шихты до тех пор, пока его поверхность не совпадет с поверхностью плоскости 23. На поверхности слоя шихты в лотке 22 происходит изменение направления движения потока шихты с радиального на окружное. В лотке 22 образуется струйный поток шихты, который активно перемешивается за счет его движения по поверхности слоя шихты, что приводит к усреднению гранулометрического состава шихты. Преждевременному высыпанию шихты из лотка препятствуют боковые стенки лотка, высота которых в начале участка 17 равна его 1/2 ширины, а в конце участка 1/5 ширины. Приведенные соотношения найдены экспериментальньм путем с целью получения оптимального поперечного сечения формируемого потока шихты. Из каждого лотка 22 поток шихты поступает на второй участок направляющего элемента 16, на котором при вращении узла 4 происходит изменение направления движения потоков шихты под действием равнодействующей сил трения, центробежной и Кариолиса. При направлении вращения узла 4, совпадающем с направлением движения потока шихты по направляющему элементу 16, и скорости вращения узла 4, равной, например, 2 об/мин, шихта движется по траектории, обеспечивающей загрузку средней части колошниковой зоны. С увеличением скорости вращения узла 4 поток шихты отклоняется от начального направления, при этом траектория падения шихты перемещается от средней зоны печи к ее периферии. При максимальной скорости вращения узла 4, равной, например, 17 об/мин, шихта загружается в периферийную часть колошниковой зоны непосредственно к стене печи 2. Загрузка осевой зоны печи 2 осуществляется за счет увеличения скорости вращения узла 4 и с изменением направления вращения на противоположное. При достижении скорости вращения, равной, например, 5 об/мин, шихта загружается непосредственно в центр печи. Таким образом, изменением величины и скорости вращения узла 4 достигают получение требуемого профиля поверхности шихты в колошниковой зоне 13 печи 2 при обеспечении минимальной неравномерности распределения гранулометрического состава шихты и ее массы в окружном направлении печи 2. Устранение нарушения технологического режима доменного процесса при несимметричном распределении газового потока в окружном направлении печи 2 производят согласованным с асимметрией газового потока увеличением, любым известным образом, неравномерности гранулометрического и массового состава шихты в ее кольцевом потоке, поступающем на узел 4.

При направлении вращения узла 4, совпадающем с направлением перемещения шихты по направляющему элементу 16, и скорости вращения устройства 4, близкой к минимальной по мере перемещения шихты с поверхности 25 на поверхность 25а и с поверхности 25а на поверхность 25b, сила трения между шихтой и поверхностями 25, 25а, 25b при условии α₁ < α₂ < α₃ уменьшается и возрастает скорость схода шихты с последней поверхности 25b. Вышеуказанное приводит к изменению начальных условий свободного падения шихты с направляющего элемента 16, при которых снижается дальность полета шихты, что обеспечивает загрузку средней зоны печи, расположенную ближе к ее оси. Кроме того загрузку шихты в осевую зону печи осуществляют при скорости вращения меньше максимальной.

Для повышения эффективности формирования требуемого профиля поверхности слоя шихты ближе к центральной зоне печи элементы плоских поверхностей 25, 25а, 25b участка 18 дополнительно имеют наклон в направлении к оси печи, таким образом, что при их пересечении другими вертикальными плоскостями, проходящей через центры плоских поверхностей (O₁, O₂ и O₃) и ось доменной печи (радиальные плоскости), образуются углы с горизонтальной поверхностью β₁,β₂,β₃. Вышеуказанный диапазон определяется экспериментально, при этом, если угол наклона меньше β₁, загружается шихтой только периферийная зона 13 печи 2 за счет значительного возрастания действия центробежной силы на шихту, препятствующей загрузке осевой зоны. При угле наклона больше β₃ загружается шихтой только осевая зона печи 2, за счет увеличения составляющей силы тяжести, действующей на шихту и направленной вдоль линии ската поверхности второго участка 18 в осевую зону печи, по сравнению с равнодействующей сил центробежной, трения, Кариолиса. На фиг.5 даны совмещенные сечения плоских поверхностей 25, 25а и 25b радиальными плоскостями.

Механизм влияния наклона плоских поверхностей в направлении к оси печи заключается в следующем. При направлении вращения узла 4 для распределения шихты, совпадающем с направлением перемещения шихты по направляющему элементу 16, и скорости вращения узла 4, близкой к минимальной по мере перемещения шихты с поверхности 25 на поверхность 25а и с поверхности 25а на поверхность 25b, сила трения между шихтой и поверхностями 25, 25а, 25b, при условии β₁ < β₂ < β₃, уменьшается и происходит изменение направления движения шихты с окружного на радиальное, то есть в направлении к оси печи. Таким образом осуществляется загрузка осевой зоны печи. При скорости вращения узла 4, равной 2 об/мин, происходит загрузка центра колошниковой зоны печи, при увеличении скорости вращения узла 4 происходит загрузка колошниковой зоны в направлении от оси печи к ее периферии, а при максимальной скорости вращения узла 4, равной 17 об/мин, происходит загрузка периферийной зоны печи, а именно поток шихты падает непосредственно к ее стенке. Итак, исходя из вышеизложенного, видно, что такое конструктивное выполнение направляющего элемента 16 обеспечивает загрузку шихты по всей поверхности колошниковой зоны от оси печи до ее периферии при вращении узла 4 в одном направлении. Это дает возможность получить заданный профиль поверхности шихты в колошниковой зоне из одной ее порции, что позволяет за короткий промежуток времени устранить нарушения технологического процесса доменной плавки.

Промышленная применимость.

Приспособление для загрузки шахтной печи, выполненное согласно изобретению и установленное на доменной печи с полезным объемом, например, 2000 м³, обеспечивает в окружном направлении по всей поверхности ее колошниковой зоны высокое качество распределения шихты для каждой ее порции за короткое время, например, 20...30 с, что увеличивает производительность печи до 20% и повышает ее экономичность за счет снижения потребления кокса до 15%.

Claims (2)

1. Устройство для загрузки шахтной печи, включающий бункер для шихты с впускным и выпускным отверстиями, узел для распределения шихты по поперечному сечению печи, установленный в колошниковой зоне под выпускным отверстием бункера, с возможностью вращения вокруг оси печи, и содержащий горизонтальный элемент, по периферии которого равномерно размещены в окружном направлении по меньшей мере два направляющих элемента, каждый из которых связан с горизонтальным элементом, расположен под углом (α) к горизонтальной плоскости и состоит из двух участков, размещенных последовательно по направлению перемещения потока шихты, первый из которых расположен в непосредственной близости от горизонтального элемента, а второй участок образован по меньшей мере двумя плоскими поверхностями, и кромка ссыпания шихты этого участка обращена в полость печи, отличающееся тем, что при пересечении каждой по меньшей мере двух плоских поверхностей второго участка вертикальной плоскостью, проходящей через геометрический центр этой поверхности и по касательной к горизонтальной окружности с центром на оси печи, образуется ломаная линия, каждый последующий отрезок которой по направлению движения потока шихты имеет угол наклона к горизонтальной плоскости больше предыдущего (α₃ > α₂ > α₁).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый участок каждого направляющего элемента выполнен в виде лотка с боковыми стенками, высота которых в начале участка равна 1/2 его ширины, а в конце участка - 1/5 ширины.

3. Устройство по любому из пп.2 и 3, отличающееся тем, что при пересечении каждой по меньшей мере двух плоских поверхностей второго участка вертикальной плоскостью, проходящей через геометрический центр этой плоской поверхности и через ось печи, образуются углы с горизонтальной плоскостью, каждый из которых больше предыдущего (β₃ > β₂ > β₁).
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхность днища лотка при переходе к поверхности второго участка заглублена относительно последней на величину. равную половине среднего размера частиц загружаемой шихты.

Images