ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШАХТНОЙ ПЕЧИ
LOADING DEVICE FOR SHAFT FURNACE

Область техники
В общем, данное изобретение относится к области загрузки шахтных печей и, в частности, оно относится к загрузочному устройству для загрузки шахтной печи, такой как доменная печь.
Уровень техники
В последние десятилетия в мире широкое распространение получили загрузочные системы для загрузки доменных печей, известные под наименованием «бесконусное загрузочное устройство» ("bell-less top") (БЗУ). Эта система имеет загрузочное устройство с распределительным желобом, который установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси печи и возможностью поворота относительно горизонтальной оси для распределения сыпучего материала на уровне загрузки шихты. Загрузочное устройство также оборудовано силовым оборудованием для вращения и поворота распределительного желоба согласно желаемому профилю загрузки. Системы такого типа были раскрыты, например, в WO 95/21272, US 5022806, US 4941792, US 3814403 и US 3693812. Поворачивая желоб вокруг вертикальной оси печи и изменяя угол наклона желоба, возможно направлять сыпучий материал (шихту) практически в любую точку поверхности загрузки. Соответственно среди многих иных преимуществ загрузочная система БЗУ способна обеспечить широкий выбор профилей загрузки благодаря ее гибкости в распределении шихты по поверхности загрузки. Вместе с тем, загрузочное устройство по системе БЗУ требует высокосложного силового оборудования, в особенности в отношении механизмов, допускающих вращение и одновременный поворот распределительного желоба.
Таким образом, желательно иметь более простое и дешевое решение для оборудования, взаимосвязанного с распределительным желобом. Очевидно, такое простое решение должно оставить неизменной желаемую гибкость устройства в распределении шихты.
Техническая проблема
Таким образом, целью данного изобретения является разработка загрузочного устройство для шахтной печи, которое обеспечивает большую гибкость в распределении шихты без необходимости в высокосложном силовом оборудовании.
Общее описание изобретения
Для достижения поставленной цели настоящее изобретение предлагает загрузочное устройство для шахтной печи, содержащее распределительный желоб, который удерживается с возможностью вращения вокруг по существу вертикальной оси вращения, и привод с переменной скоростью, соединенный с распределительным желобом для вращения распределительного желоба для кольцевого распределения сыпучего материала по поверхности загрузки. Согласно изобретению распределительный желоб содержит несколько секций желоба, которые взаимосвязаны посредством сочленений для образования криволинейного канала для радиального распределения сыпучего материала на поверхности загрузки. Степень кривизны канала является изменяемой в зависимости от скорости вращения распределительного желоба.
Изобретение основано на принципе, что правильно спроектированный распределительный желоб может сам по себе принимать криволинейную конфигурацию вследствие центробежной силы, которая возникает при вращении желоба. Как только распределительный желоб принял искривленную конфигурацию, потоку выпускаемого через желоб сыпучего материала (шихты) может быть придана заданная радиальная компонента, при этом на желоб не накладывается никакой иной принуждающий фактор, кроме вращения. Действительно, изобретение использует эффект, оказываемый на секции желоба распределительного желоба центробежной силой, которая зависит от скорости вращения распределительного желоба и его веса, включая вес шихты внутри желоба. Использование распределительного желоба согласно изобретению позволяет достичь распределения шихты в радиальном и касательном направлении исключительно за счет приведения желоба в движение. В результате требуемое силовое оборудование в большей степени упрощается и является менее дорогим по сравнению с распределительными устройствами, известными из уровня техники.
В следующем варианте осуществления распределительный желоб является несбалансированным относительно его оси вращения. Хотя нужная кривизна канала для потока шихты может быть также получена и со сбалансированным при вращении желобом, несбалансированный желоб может достичь определенной степени кривизны при сравнительно более низкой скорости вращения и может облегчить управление степенью кривизны, в частности, принимая во внимание центробежный эффект потока шихты по желобу.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна секция желоба может иметь разбалансирующий груз для нарушения балансировки распределительного желоба. Разбалансирующий груз размещен таким образом, что в положении простоя барицентр соответствующей секции желоба эксцентричен по отношению оси вращения. Для того чтобы нарушить балансировку распределительного желоба, в случае, когда по меньшей мере одна пара примыкающих секций желоба взаимосвязана посредством шарнирного соединения, это шарнирное соединение может иметь его ось сочленения со смещением относительно оси вращения в состоянии простоя. Такое смещение может быть предусмотрено как альтернатива или как дополнение к разбалансирующему грузу.
Предпочтительно, распределительный желоб содержит по меньшей мере три секции желоба, которые взаимосвязаны посредством соответствующего сочленения. Максимальный угол наклона самой нижней секции желоба, который определяет достигаемый радиус распределения шихты, увеличивается с приращением числа отдельных секций желоба. Более того, доступная общая степень кривизны и гладкость кривизны распределительного желоба увеличивается с приращением числа отдельных секций желоба. Для того чтобы еще больше увеличить гладкость кривизны канала подачи шихты, образованного распределительным желобом, предпочтительно, секции желоба имеют одинаковую длину в направлении потока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения секции желоба имеют форму воронки. Форма воронки секций желоба способствует частичному перекрыванию секций желоба для того, чтобы поддерживать концентрически и продольно замкнутый канал вплоть до максимальной кривизны сочлененного желоба. Более того, для достижения эффекта центрирования потока шихты, предпочтительно, по отношению к паре примыкающих секций желоба более нижняя секция желоба меньше, чем верхняя секция желоба исходя из угла раствора конуса воронки и внешнего диаметра воронки.
Преимущественно, каждая пара примыкающих секций желоба взаимосвязана, т.е. шарнирно соединена посредством шарнирного соединения. Эта простая форма шарнирного соединения секций желоба минимизирует доступную степень свободы и тем самым помогает контролировать кривизну, т.е. радиальное распределение шихты. Предпочтительно, по отношению к паре примыкающих секций желоба шарнирное соединение связывает нижний конец верхней секции желоба и верхний конец нижней секции желоба. В простой механической конфигурации оси сочленения для шарнирного соединения будут, по существу, перпендикулярны оси вращения распределительного желоба и, предпочтительно, параллельны.
Предпочтительно, секции желоба взаимосвязаны посредством свободно поворачиваемых сочленений, выполненных так, что в состоянии простоя распределительный желоб образует по существу вертикальный канал. В предпочтительном варианте конструкции распределительный желоб содержит вращаемо закрепленный верхний впускной канал, соединенный с приводом с переменной скоростью, и при этом самая верхняя секция желоба связана с нижним концом впускного канала. В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения распределительный желоб имеет ограничители перемещения для ограничения максимального угла наклона каждой секции желоба.
Как будет понятно далее, загрузочное устройство согласно изобретению особенно подходит для оборудования доменной печи.
Более того, изобретение относится также к распределительному желобу, предназначенному для использования в загрузочном устройстве. Этот распределительный желоб содержит несколько секций желоба, которые взаимосвязаны посредством соответствующего сочленения, и тем самым способен образовывать криволинейный канал для распределения сыпучего материала радиально по поверхности загрузки в зависимости от скорости вращения распределительного желоба вокруг его продольной оси.
Краткое описание чертежей
Далее детали и преимущества настоящего изобретения станут понятыми из последующего подробного описания некоторых не ограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылками на соответствующие чертежи, а именно:
- Фиг.1 - вид в вертикальном поперечном разрезе для колошника доменной печи, схематически показывающий распределительный желоб загрузочного устройства в состоянии простоя;
- Фиг.2 - вид в вертикальном поперечном разрезе согласно Фиг.1, схематически показывающий распределительный желоб загрузочного устройства при заданной скорости вращения;
- Фиг.3 - соответствующий Фиг.2 вид в перспективе;
- Фиг.4 - схематическое изображение первого варианта осуществления загрузочного устройства;
- Фиг.5 - схематическое изображение второго варианта осуществления загрузочного устройства;
- Фиг.6 - схематическое изображение третьего варианта осуществления загрузочного устройства;
- Фиг.7 - вид в вертикальном поперечном разрезе, показывающий распределительный желоб для четвертого варианта осуществления загрузочного устройства при заданной скорости вращения.
Одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых частей на всех фигурах.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На Фиг.4-6 схематически показаны три варианта осуществления изобретения загрузочного устройства в состоянии простоя.
Первый вариант осуществления загрузочного устройства для шахтной печи на Фиг.4 в целом обозначен ссылочным номером 10. Как видно из Фиг.4, загрузочное устройство содержит распределительный желоб 20, который удерживается с возможностью вращения внутри корпуса 22 привода посредством подходящей системы 24 опор. Привод 26 с переменной скоростью, например электрический мотор, соединен с распределительным желобом 20 посредством подходящей зубчатой передачи 28. Как будет понятно далее, загрузочное устройство 10 выполнено для расположения на колошнике шахтной печи, такой как доменная печь (не показана). Загрузочное устройство 10 выполнено концентрично относительно вертикальной оси A печи, так что продольная ось распределительного желоба 20 (в состоянии простоя) совпадает с осью A. Как понятно из Фиг.4-6, привод 26 с переменной скоростью служит для вращения распределительного желоба 20 вокруг вертикальной оси A печи.
Как далее видно на Фиг.4, распределительный желоб 20 составлен из нескольких отдельных частей, соединенных в продольном направлении. В направлении сверху вниз распределительный желоб 20 содержит внешний впускной канал 30 и с первой по четвертую отдельные секции 32, 34, 36, 38 желоба. Секции 32, 34, 36, 38 желоба взаимосвязаны, т.е. сочленены одна с другой посредством шарнирных соединений 40. Другими словами, распределительный желоб 20 образует свободно сочлененную цепь последовательных малых элементов желоба, обозначенных здесь как секции 32, 34, 36, 38 желоба. Далее, самая верхняя секция 32 желоба соединена с впускным каналом 30, который вращательно удерживается внутри корпуса 22 привода посредством системы 24 опор. Шарнирные соединения 40 позволяют поворот секций 32, 34, 36, 38 желоба относительно друг друга и относительно впускного канала 30. Точнее, шарнирное соединение 40 обеспечивает одну вращательную степень свободы вокруг по существу горизонтальной оси шарнира (перпендикулярно плоскости Фиг.4 и оси A). На Фиг.4 шарнирные соединения 40 размещены параллельно осям сочленений, которые в состоянии простоя находятся в одной плоскости распределительного желоба 20. Как показано на Фиг.4, шарнирные соединения 40 расположены так, чтобы соединять и сочленять нижний конец примыкающей верхней секции с верхним концом примыкающей нижней секции в отношении каждой пары примыкающих секций (32, 34); (34, 36); (36-38) желоба. Аналогично, самое верхнее шарнирное соединение сочленяет верхний конец самой верхней секции 32 и нижний конец впускного канала 30.
Впускной канал 30 является цилиндрической трубой, в верхнюю часть которой во время загрузки печи поступает шихтовый материал. Каждая секция 32, 34, 36, 38 желоба имеет форму сужающейся вниз воронки. Что касается геометрической формы, то секции 32, 34, 36, 38 желоба на Фиг.1-7 сконструированы в виде усеченно-конической поверхностной оболочки с вращательной симметрией. Секции 32, 34, 36, 38 желоба имеют, по существу, одинаковую длину в направлении потока. Впускной канал 30 вместе с подвешенными к впускному каналу 30, последовательно взаимосвязанными секциями 32, 34, 36, 38 желоба образуют проход для шихты, приходящей через них вниз. Что касается распределения веса, то распределительный желоб 20 на Фиг.4, включая впускной канал 30 и секции 32, 34, 36, 38 желоба, сбалансирован относительно продольной оси, т.е. оси вращения A.
На Фиг.5 показан второй вариант осуществления загрузочного устройства 10', содержащего распределительный желоб 20', который имеет в целом схожую с предыдущим вариантом осуществления изобретения конфигурацию. Распределительный желоб 20' отличается от распределительного желоба 20 тем, что в состоянии простоя самое нижнее шарнирное соединение 41 имеет его ось сочленения с небольшим горизонтальным смещением от оси вращения A. Ось сочленения шарнирного соединения 41 параллельна осям сочленения других шарнирных соединений 40. Смещение шарнирного соединения 41 делает распределительный желоб 20' при вращении несбалансированным. Как будет понятно, такое смещение может быть предусмотрено на другой оси сочленения или на различных осях сочленения для нарушения балансировки распределительного желоба 20'.
На Фиг.6 показан третий вариант осуществления загрузочного устройства 10", содержащего распределительный желоб 20", который имеет в целом схожую с предыдущим вариантом осуществления изобретения конфигурацию. Распределительный желоб 20" отличается от распределительного желоба 20 тем, что он содержит разбалансирующий груз 42, который присоединен к одной точке или части окружности самой нижней секции 38 желоба для того, чтобы нарушить балансировку распределительного желоба 20" относительно оси вращения A. С помощью разбалансирующего груза 42 барицентр секции 38 желоба делается эксцентричным относительно продольной оси распределительного желоба 20". Как понятно из описания, такой разбалансирующий груз 42 может быть также предусмотрен на другой секции желоба или на более чем одной или на всех секциях 32, 34, 36, 38 желоба (см. Фиг.7) для нарушения балансировки распределительного желоба 20". Кроме того, взаимное смещение одной или более осей сочленения, если потребуется, может быть использовано в комбинации с разбалансирующим грузом 42.
Работа загрузочного устройства 10, 10', 10" согласно изобретению будет более понятна из описаний к Фиг.1-3. Хотя будут использованы ссылочные обозначения первого варианта осуществления изобретения, понятно, что последующее описание также применимо и ко второму, третьему и четвертому вариантам осуществления изобретения.
На Фиг.1 показан распределительный желоб 20 в состоянии простоя, то есть когда распределительный желоб 20 не вращается. Как видно из Фиг.1, распределительный желоб 20 вместе с другими частями загрузочного устройства 10 (не показано) установлен в верхней части доменной печи, то есть на колошнике 44 печи. Распределительный желоб 20 образует сочлененную трубу, которая в состоянии простоя по существу вертикальна из-за свободно поворачиваемых шарнирных соединений 40. Стоит отметить, что в состоянии простоя распределительный желоб 20 осуществляет центральную загрузку, т.е. направление шихты в центр поверхности загрузки, также называемой уровнем загрузки печи. Прежде всего в отношении центральной загрузки понятно, что в отношении каждой пары примыкающих секций (32-34), (34-36), (36-38) желоба более нижняя секция меньше верхней исходя из угла раствора конуса воронки и внешнего диаметра воронки, как показано на Фиг.1. За счет этого достигнут эффект центрирования, так что поток шихты сходится на выходе из самой нижней секции 38 желоба. Таким образом, достигается улучшенное позиционирование материала шихты как во время центрированной загрузки, так и во время кольцевой загрузки.
На Фиг.2 показана конфигурация распределительного желоба 20 при заданной скорости вращения ω вокруг оси A. Как понятно из описания, распределительный желоб 20 сконфигурирован для формирования криволинейного канала для радиального распределения сыпучего материала по поверхности загрузки в зависимости от скорости вращения ω распределительного желоба 20. Это достигнуто благодаря свободно поворачиваемому соединению между секциями 32, 34, 36, 38 желоба и впускным каналом 30 и использованию эффекта центробежной силы. Поскольку центробежная сила прямо пропорциональна квадрату скорости вращения ω, то степень кривизны распределительного желоба 20 и, следовательно, точка падения шихты в радиальном направлении может быть регулируема только путем регулировки скорости вращения. Никакое другое приведение в действие распределительного желоба 20 не требуется. Таким образом, благодаря конструкции распределительного желоба 20 (20", 20" или 20"') загрузочное устройство 10 (или 10' или 10") позволяет кольцевое и радиальное распределение шихты только за счет вращения распределительного желоба 20. Таким образом, загрузочное устройство 10 (или 10' или 10") позволяет получить широкий интервал профилей загрузки без дополнительного силового оборудования. Необходимо отметить, что благодаря конфигурации секций 32, 34, 36, 38 желоба в виде воронки достигается частичное взаимопроникновение и перекрывание этих элементов и впускного канала 30, что позволяет сохранить замкнутый по окружности и в продольном направлении трубчатый канал для шихты вплоть до максимальной кривизны канала.
На Фиг.3 показан представленный на Фиг.2 криволинейный распределительный желоб 20 в виде в перспективе. Хотя на этих фигурах секции 32, 34, 36, 38 желоба показаны с вращательно-симметричными, усеченно-коническими оболочками поверхности, понятно, что секции желоба не обязательно замкнуты по окружности. Они могут быть выполнены в виде лотков, т.е. открытыми с одной стороны секций. Однако предпочтительно, чтобы секции желоба были выполнены так, чтобы шихта не испытывала аэродинамического сопротивления вплоть до выхода из самой нижней секции 38 и не подвергалась излишнему разделению. Кроме того, следует отметить, что разделение шихты уменьшено по сравнению с прототипами за счет большей длины распределительного желоба 20 в сравнении с прототипами.
1
На Фиг.7 показан еще один вариант осуществления изобретения с распределительным желобом 20", который содержит сочлененные секции 32, 34, 36, 38 желоба, которые образуют криволинейный канал при данной скорости вращения ω. В дополнение к варианту на Фиг.6 распределительный желоб 20"' на Фиг.7 содержит для каждой секции 32, 34, 36, 38 желоба соответствующий разбалансирующий груз 52, 54, 56, 58, присоединенный соответственно к каждой из секций 32, 34, 36, 38. Каждый из трех верхних разбалансирующих грузов 52, 54, 56 подобран и присоединен к соответствующей секции 32, 34, 36 желоба так, чтобы сформировать механический ограничитель 60, 62, 64 перемещения для ограничения максимального наклона каждой последующей, т.е. расположенной ниже секции желоба. Хотя это не показано, из описания понятно, что ограничитель для самой верхней секции 32, которая лишена функции дисбаланса, может быть легко получен, например, на верхнем впускном канале 30 или на самом верхнем шарнирном соединении. При скорости вращения ω' (или при любой более высокой скорости вращения ω' для заданного массового потока шихты), верхний край каждой последующей выполненной в виде воронки секции 34, 36, 38 желоба упирается в нижнюю кромку соответствующего разбалансирующего груза 52, 54 или 56. Возможны также и другие конфигурации, например, когда последующие разбалансирующие грузы упираются друг в друга. Ограничивая максимальный угол наклона каждой секции 32, 34, 36, 38 и тем самым ограничивая максимальную кривизну распределительного желоба 20'", может быть предотвращено нежелательное столкновение желоба 20'" с оболочкой печи. Кроме того, тем самым ограничен максимальный радиус, на который может быть загружена шихта, например, для предотвращения столкновения шихтового материала с кожухом печи. На Фиг.7 показан максимальный угол наклона α для самой нижней секции 38 желоба. Как видно из Фиг.7, угол наклона для каждой последующей секции 32, 34, 36, 38 желоба увеличивается от самой верхней секции 32 желоба к самой нижней секции 38 желоба. Следует отметить, что независимо от присутствия ограничителей перемещения, общий достигаемый угол изгиба α для данной скорости вращения желоба будет зависеть и возрастать вместе с общим числом секций желоба. Как понятно, ограничители 60, 62, 64 перемещения также помогают стабилизировать распределительный желоб 20"' в конфигурации максимальной кривизны, в частности, когда скорость вращения установлена равной или больше, чем минимальная скорость, при которой все секции 32, 34, 36, 38 желоба имеют максимальный уклон.
При определении соотношения между скоростью вращения и радиальной точкой падения должны приниматься во внимание вес и центростремительный эффект шихты на распределительный желоб 20. Это может быть достигнуто с помощью аналитических или эмпирических методов, понятных для специалистов в данной области. Хотя кольцевое распределение может быть получено, основываясь на центробежном искривлении распределительного желоба 20, когда распределительный желоб 20 уравновешен при вращении, предпочтительно, может быть предусмотрен распределительный желоб 20, 20' с предварительно заданной несбалансированной конфигурацией. Такая предварительно заданная несбалансированная конфигурация может упростить управление кривизной желоба и уменьшить требуемую скорость вращения при заданной степени кривизны.