ОХЛАДИТЕЛЬ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ ГОРЯЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемое техническое решение относится к охлаждению горячих твердых сыпучих материалов, образующихся в различных технологических процессах, в частности, может быть использовано для охлаждения продуктов реакции, выгружаемых из печи с вращающимся подом, в которой проводится процесс восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, с последующим получением товарного продукта в виде передельного гранулированного чугуна и шлака.
Извлечение с пода печи полученных в процессе продуктов реакции, их охлаждение и разделение с получением качественного товарного продукта достаточно сложная техническая задача.
Известна печь для получения губчатого железа, включающая корпус с герметичной термокамерой, сплошной под с приводом вращения, устройство для загрузки шихты и выгрузки готового продукта, систему водяного охлаждения, которая снабжена крышкой, установленной в термокамере над подом и образующей с ним рабочую камеру, и водоохлаждаемым скребком, расположенным между крышкой и подом (А.с. СССР №808805, F27 B 3/06, С21 В 13/08, 1981 г, [1]).
Водоохлаждаемый скребок в известном решении создает в процессе эксплуатации дополнительные нагрузки на механизм вращения и приводит к более быстрому износу деталей этого механизма и к снижению срока службы как скребка, так и механизма вращения.
Известно устройство для получения восстановленного металла, содержащее подвижный под, выполненный из подовых элементов, перемещающихся по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, устройство для загрузки материала, нагревающие устройства, встроенные в корпус печи, разгрузочное устройство, устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак, в котором направляющие выполнены в виде кругового рельсового пути, подвыполнен в виде подовых элементов, установленных на платформы, которые снабжены колесами и скреплены между собой соединительными элементами, а разгрузочное устройство выполнено в виде шнека, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости и установленного с возможностью вертикального перемещения.
Причем, канал для подачи охлаждающей жидкости может быть выполнен с развитой поверхностью (патент РФ на полезную модель №86950 С21 В 13/10, 2009 г, [2]).
Основной недостаток известного решения - использование для выгрузки с пода печи продуктов реакции шнека, выполненного по ширине пода печи, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости и установленного с возможностью вертикального перемещения создает в процессе эксплуатации дополнительные нагрузки на механизм вращения шнека и приводит к более быстрому износу деталей этого механизма и к снижению срока службы, как самого шнека, так и механизма вращения шнека. Не обеспечивается в необходимой мере охлаждение продуктов реакции.
Известен экстрактор/охладитель твердых сыпучих горячих материалов, содержащий герметичный металлический контейнер, внутри которого расположено средство приведения в движение материала с помощью металлической ленты транспортера с ее регулируемым движением с помощью соответствующего механического привода, в пластинах которой выполнены соответствующие прорези и стержни, при этом горячий материал, поступающий из уловителя материала и укладываемый на указанную ленту транспортера образует непрерывный слой материала, охлаждаемый посредством конвективного теплообмена с воздушными потоками и посредством кондуктивного теплообмена с металлической лентой транспортера и/или посредством теплообмена с водоохлаждаемыми верхней и боковыми частями конвейера.
При этом, экстрактор/охладитель может содержать регулирующий клапан посредством которого регулируют часть воздушного потока, входящую в металлический контейнер из воздухозаборника, проходящую через прорези, сделанные в пластинах ленты, и охлаждение транспортируемого материала может быть увеличено посредством теплообмена между верхней и боковыми областями конвейера и горячим материалом посредством охлаждения водой, протекающей внутри зазора в верхней и боковых частях контейнера и отводящей определенное количество тепла, излучаемого материалом по направлению к металлическому контейнеру (патент РФ №2319092, F27B 15/16, F27 B 15/02, 2008 г., (Евразийский патент №006811, РСТ/ЕР 2003/001831, бюлл. 2006/02), [3]).
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Недостаток известного решения - использование для перемещения горячего охлаждаемого материала движущейся металлической ленты транспортера, и использование в качестве основного охлаждающего реагента воздуха снижает эффективность процесса охлаждения материала, повышает износ оборудования и снижает срок его службы. Не обеспечивается в необходимой мере охлаждение продуктов реакции.
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение производительности процесса охлаждения материала и его эффективности, повышение срока службы охлаждающего оборудования.
Техническими результатами являются повышение эффективности теплосъема от горячего материала, снижение термических нагрузок на узлы и детали охлаждающего устройства.
Технические результаты достигаются тем, что в охладителе твердых сыпучих горячих материалов, содержащем корпус, снабженный узлом загрузки горячего материала и узлом выгрузки охлажденного материала, конвейерный транспортный узел, включающий кольцевые транспортеры, каналы для проточного охлаждающего реагента, корпус охладителя выполнен с каналами для проточного жидкого охлаждающего реагента, конвейерный транспортный узел выполнен в виде замкнутых цепных контуров, снабженных закрепленными на грузонесущих цепях скребками, которые перемещают охлаждаемый материал по верхнему и нижнему желобам, снабженным каналами для проточного жидкого охладителя.
При этом, верхний желоб может быть выполнен укороченным, рабочие кромки скребков могут быть выполнены по профилю желобов, скребки конвейера могут быть закреплены на грузонесущих цепях с возможностью поворота на З6Оо и каждый скребок может иметь две симметричные рабочие кромки повторяющие профиль двух охлаждаемых желобов, а каналы для проточного жидкого охлаждающего реагента в корпусе охладителя, в верхнем и нижнем желобах могут быть выполнены с развитыми поверхностями.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
При производстве в печи с вращающимся подом восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, с последующим получением товарного продукта в виде передельного гранулированного чугуна и шлака важной задачей является охлаждение выгружаемых из печи продуктов реакции. Охлаждение материала необходимо для обеспечения последующего разделения товарного продукта, шлака, материала «постели» пода, выделения, транспортировки и упаковки (при необходимости) товарного продукта. При этом, с учетом непрерывности технологического процесса, операция охлаждения материала должна быть непрерывной, эффективной и бесперебойной.
Данные задачи решаются предлагаемым охлаждающим устройством, снабженным охлаждаемым корпусом, внутри которого установлены два охлаждающих желоба, расположенных горизонтально один над другим. Корпус охладителя и оба желоба снабжены каналами для проточного жидкого охладителя, например воды. При этом, каналы для проточного жидкого охлаждающего реагента в корпусе охладителя, в верхнем и нижнем желобах выполнены с развитыми поверхностями. Охлаждаемый материал перемещается по охлаждаемым желобам скребками. Скребки выполнены с двойными симметричными рабочими поверхностями и с симметричными рабочими кромками, которые выполнены по профилю рабочих поверхностей желобов.
Охлаждение горячего материала происходит посредством конвективного теплообмена внутри корпуса охладителя с отводом выделяемого материалом через водоохлаждаемые стенки корпуса, и посредством теплообмена с металлическими водоохлаждаемыми поверхностями желобов. Интенсификация отвода тепла достигается за счет циркуляции охладителя - воды, как в стенках корпуса охладителя, так и внутри желобов. Перемещение горячего материала по желобам способствует как интенсификации теплообмена за счет перемешивания материала и более равномерного его охлаждения по толщине слоя, так и предотвращению длительного термического воздействия горячего материала на рабочие поверхности желобов, что повышает стойкость оборудования и срок его службы.
Предотвращение потерь охлаждаемого материала в процессе охлаждения обеспечивается выполнением желобов с вогнутыми рабочими поверхностями, выполнением верхнего желоба укороченным.
При необходимости охлаждение горячего материала внутри корпуса охладителя может быть проведено в атмосфере защитного газа. Для предотвращения доступа воздуха в рабочую зону охладителя узлы загрузки и разгрузки материала могут быть снабжены, при необходимости, парами шиберных затворов, образующих вместе со стенками узла загрузки и узла выгрузки загрузочную и разгрузочную камеры, соответственно.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- охладитель твердых сыпучих горячих материалов, содержащий,
-корпус;
- узел загрузки горячего материала;
- узел выгрузки охлажденного материала;
- конвейерный транспортный узел, включающий,
- - кольцевые транспортеры;
- - каналы для проточного охлаждающего реагента.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:
- корпус охладителя выполнен с каналами для проточного жидкого охлаждающего реагента;
- конвейерный транспортный узел выполнен в виде замкнутых цепных контуров (в известном решении - в виде металлической ленты транспортера с ее регулируемым движением с помощью соответствующего механического привода);
- - замкнутые цепные контуры снабжены скребками, которые перемещают охлаждаемый материал по верхнему и нижнему желобам, установленным горизонтально друг над другом;
- - - скребки закреплены на грузонесущих цепях замкнутых цепных контуров;
- желоба снабжены каналами для проточного жидкого охладителя.
Кроме того, верхний желоб может быть выполнен укороченным, рабочие кромки скребков могут быть выполнены по профилю желобов, скребки конвейера могут быть закреплены на грузонесущих цепях с возможностью поворота на З6Оо и каждый скребок может иметь две симметричные рабочие кромки повторяющие профиль двух охлаждаемых желобов, а каналы для проточного жидкого охлаждающего реагента в корпусе охладителя, в верхнем и нижнем желобах могут быть выполнены с развитыми поверхностями.
Основное отличие предлагаемого охладителя твердых сыпучих горячих материалов от ближайшего аналога заключается в том, что в предлагаемом решении материал перемещают по неподвижным охлаждающим поверхностям - верхнему и нижнему желобам скребками (а не слоем на движущейся конвейерной ленте, как в известном решении) и, при этом, производится перемешивание материала и более равномерное его охлаждение по толщине слоя, как за счет конвективной теплотдачи, так и за счет теплосъема охлаждающими поверхностями, что повышает эффективность процесса охлаждения, сокращает длительность термического воздействия горячего материала на рабочие поверхности желобов и повышает стойкость оборудования и срок его службы.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Предлагаемый холодильник представлен на фиг.1, фиг.2 - поперечный разрез.
Холодильник содержит корпус 1, узел загрузки 2 горячего материала и узел выгрузки 3 охлажденного материала, установленные внутри корпуса на приводных разрезных валах на консолях, приводные звездочки 4 для перемещения замкнутых цепных контуров 5, снабженных шарнирно закрепленными скребками 6 с симметричными рабочими кромками 7,8. Скребки 6 перемещают охлаждаемый материал по верхнему 9 и нижнему 10 желобам, снабженным каналами для проточного жидкого охладителя 9а, 10а.
Рабочие кромки скребков 7,8 выполнены по профилю желобов 9,10, а корпус 1 выполнен с каналами для проточного жидкого охладителя 1а.
При этом узел загрузки 2 горячего материала и узел выгрузки 3 охлажденного материала могут быть снабжены парами шиберных затворов (не показаны) образующих вместе со стенками узла загрузки 2 и узла выгрузки 3 загрузочную и разгрузочную камеры (не показаны), соответственно.
Охладитель работает следующим образом.
Горячий материал поступает через узел загрузки 2 на верхний горизонтально стационарно установленный желоб 9, снабженный каналами для проточного жидкого охладителя 9а, по которому материал перемещается рабочими кромками 7 скребков 6 до края желоба 9 и пересыпается на нижний горизонтально стационарно установленный желоб 10, также снабженный каналами для проточного жидкого охладителя 10а. Для предотвращения просыпей охлаждаемого материала при перемещении с верхнего желоба 9 на нижний желоб 10 верхний желоб 9 выполнен укороченным. Материал, поступивший на желоб 10, перемещается по нижнему желобу рабочими кромками 8 скребков 6 до узла выгрузки 3 охлажденного материала. Охлажденный материал далее поступает в линию дальнейшей обработки.
Использование предлагаемого технического решения в реализации технологии получения передельного гранулированного чугуна прямым восстановлением железа из оксида в печи с кольцевым вращающимся подом позволяет повысить эффективность охлаждения продуктов реакции с пода печи, стабилизировать технологический режим работы печи, увеличить срок службы оборудования.
ИНФОРМАЦИЯ
1. А.с. СССР №808805, F27B 3/06, С21 В 13/08, 1981 г.
2. Патент РФ на полезную модель №86950 С21 В 13/10, 2009 г.
3. Патент РФ №2319092, F27B 15/16, F27B 15/02, 2008 г.(Евразийский патент №006811, РСТ/ЕР2003/001831, бюлл. 2006/02).