ГОЛОВКА ИЛИ КОЛОШНИКОВЫЙ ЗАТВОР ПЕЧИ (ВАРИАНТЫ)
HEAD OR THROAT STOPPER OF FURNACE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к головке или колошниковому затвору печи в соответствии с ограничительной частью независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
Известно множество различных загрузочных устройств для загрузки шахтных или доменных печей. Так, для равномерного распределения загружаемого материала по поперечному сечению шахты несколько десятилетий назад были предложены вращающиеся колошниковые затворы, содержащие вращаемый распределитель, расположенный эксцентрично оси печи. Такое загрузочное устройство может обеспечивать равномерную загрузку без образования заметных насыпных конусов материала за счет того, что отверстие распределителя перемещается над поперечным сечением шахты по двум наложенным друг на друга круговым траекториям.
Из патентного документа ЕР 0065084 В1 известен вращающийся желоб, поворачиваемый вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Одна из осей поворота загрузочного желоба является осью подвески желоба, а другая - продольной осью желоба. Устройство предназначено для равномерной загрузки печи, однако в таком вращающемся желобе не обеспечена возможность контроля равномерности загрузки.
Несколько иное устройство известно из патентного документа DE 29515419 U1. Оно содержит вращающийся желоб, имеющий приводимый во вращение цилиндрический корпус, несколько загрузочных желобов с различными радиальными вылетами, присоединенных к выпускному отверстию корпуса, и распределительный желоб, расположенный внутри корпуса. Конец распределительного желоба открыт в разгрузочный желоб и вращается вместе с корпусом, причем его положение внутри корпуса может регулироваться для избирательной подачи материала через различные загрузочные желоба. С помощью такого устройства может целенаправленно регулироваться профиль загрузки, однако оно является относительно дорогостоящим в отношении конструкции и материалоемкости.
Из патентного документа DE PS 868913 известны загрузочные устройства другой конструкции, предназначенные для доменных печей. Основной частью устройства является первый бункер с выпуском в виде желоба, направляющего материал, который должен подаваться к краю печи, и второй бункер с перпендикулярным выпуском, подающим загружаемый материал к центру печи. Это решение также связано с большой материалоемкостью. Кроме того, оно лишь в очень ограниченной мере позволяет регулировать желаемый профиль загрузки, формируемый из различных загружаемых материалов.
Еще одно вращающееся загрузочное устройство известно из патентного документа DE AS 1169474. Оно содержит несколько распределительных желобов, распределенных по периферии окружности, дополнительный распределительный желоб, расположенный вблизи центра, и наружный распределительный желоб. Все желоба заполняются из направляемого желоба бункера. В этом устройстве невозможно свободное избирательное расположение выпускного отверстия в требуемой точке поперечного сечения шахты и, кроме того, оно также является дорогостоящим в отношении конструкции и материалоемкости.
Наконец, известна горловина шахтной печи с устройством для загрузки материала, являющаяся ближайшим аналогом изобретения, описанная в патентном документе DE 19929180 А1 настоящего заявителя. Указанное устройство содержит вращающийся и распределительный или загрузочный желоба, приводимые во вращение вокруг вертикальных осей, смещенных относительно друг друга в поперечном направлении, и передаточные механизмы. Устройство компактно и обладает небольшой материалоемкостью. Оно обеспечивает в высшей степени равномерное распределение материала в колошнике или корпусе доменной печи.
Раскрытие изобретения
Исходя из уровня техники задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании головки печи с функционально надежным устройством для загрузки материала, причем в случае необходимости может быть осуществлен контроль за функционированием этого загрузочного устройства. Решение поставленной задачи достигается в двух вариантах изобретения, охарактеризованных в независимых пунктах формулы.
В первом варианте предлагается головка печи, включающая устройство для загрузки материала, которое содержит по меньшей мере один вращающийся желоб, приводимый во вращение вокруг вертикальной оси вращения. В головке предусмотрены средства для питания измерительных устройств, точек смазки или подобных обслуживаемых устройств, расположенных в области действия вращающегося желоба. Указанные питающие средства выполнены с возможностью привода от передаточного механизма, предназначенного для вращающегося желоба. Таким образом, этот передаточный механизм является многофункциональным. Более конкретно, он дополнительно служит для направления энергии к измерительным устройствам, смазочным насосам и подобным компонентам. Передача энергии предпочтительно осуществляется внутри закрытого корпуса, который при необходимости может продуваться продувочным газом.
Во втором варианте предлагается головка печи, включающая устройство для загрузки материала, которое содержит вращающийся желоб, приводимый во вращение вокруг первой вертикальной оси вращения, и распределительный или загрузочный желоб, приводимый во вращение вокруг второй вертикальной оси вращения, смещенной в поперечном направлении относительно первой оси вращения. В головке предусмотрены средства для питания измерительных устройств, точек смазки или подобных обслуживаемых устройств, расположенных в области действия вращающегося и/или распределительного желоба. Указанные питающие средства выполнены с возможностью привода от одного из передаточных механизмов, предназначенных для указанных двух желобов, в частности от передаточного механизма, предназначенного для вращающегося желоба. Два передаточных механизма для желобов, а также питающие средства предпочтительно расположены внутри пыленепроницаемой и жаропрочной герметичной камеры, что обеспечивает в высшей степени компактное и в то же время функционально надежное питание измерительных устройств, точек смазки и подобных компонентов в течение длительного срока службы.
Питающие средства могут представлять собой генератор, питающий током измерительное устройство, и/или смазочный насос, питающий смазкой оба передаточных механизма, в частности нижний передаточный механизм для загрузочного желоба, от корпуса верхнего передаточного механизма для вращающегося желоба. Питание смазкой передаточного механизма, расположенного ближе к загружаемому материалу, то есть нижнего передаточного механизма, чрезвычайно важно из-за высоких температур в этой области. Без активной подачи смазки создавался бы риск повреждения передаточного механизма, как правило, зубчатой передачи, при работе без смазки с повышенным износом. Благодаря питанию смазкой по изобретению, а также расположению передаточного механизма внутри герметичной камеры, которая обеспечивает его защиту от пыли, может быть значительно снижен износ и соответственно увеличен срок службы. Следует добавить, что герметичная камера предпочтительно подвергается продувке продувочным газом для обеспечения в камере зоны без пыли.
Измерительное устройство предпочтительно установлено на нижней стороне герметичной камеры, обращенной к колошнику доменной печи, в частности на смонтированном с возможностью вращения кронштейне или диске. Особенно элегантным решением вследствие его конструктивной простоты является расположение измерительного устройства на кронштейне, соединенном с приводимым во вращение загрузочным желобом. За счет этого устраняется необходимость в отдельном вращательном приводе для измерительного устройства в тех случаях, когда такой вращательный привод считается необходимым для сканирования измерительным устройством всего поперечного сечения шахтной печи.
Измерительное устройство может содержать датчики инфракрасного излучения, датчики температуры, датчики давления и/или радиолокационные зонды. Они служат для измерения профиля поверхности загружаемого материала (профиломер) и/или измерения температуры, давления, состава газа или подобных параметров в загружаемой материалом полости или колошнике печи.
Для обеспечения энергией измерительного устройства даже при неподвижном состоянии вращающегося желоба питание предпочтительно осуществляется через буферную батарею, которая по мере необходимости заряжается от генератора тока.
Из-за чрезвычайно жаркой, агрессивной и пыльной среды, в которой находится измерительное устройство, целесообразно осуществлять беспроводным путем передачу сигналов измерений, генерируемых измерительным устройством, на вычислительные и отображающие средства, в частности монитор, расположенные снаружи головки печи.
Особенно надежное и не вызывающее износа питание энергией измерительного устройства, а также надежная передача данных осуществляются с помощью устройства для передачи требуемой энергии и данных индуктивным образом. Благодаря тому что передача является бесконтактной, может быть достигнута высокая помехоустойчивость. При наличии такого устройства устраняется необходимость в батареях и/или генераторе или генераторе постоянного тока.
В наиболее предпочтительном примере осуществления изобретения предусмотрены катушки, расположенные на неподвижном фланцевом листе с одной стороны и на вращающейся части головки печи с другой стороны. Катушки отделены друг от друга воздушным зазором, причем каждая катушка соединена с электрическими и/или электронными компонентами. Катушки могут быть расположены в защитном корпусе, который также защищает вращательный привод и/или зубчатые передачи между вращательным приводом и катушкой при их наличии от агрессивной атмосферы внутри колошника.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример выполнения головки печи по изобретению. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает в продольном разрезе головку печи с расположенным над ней бункером,
фиг.2 схематично изображает предпочтительные средства для передачи энергии и/или данных между источником энергии/данных и измерительным устройством (датчиками) в устройстве по фиг.1 в поперечном разрезе в увеличенном масштабе.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана головка 10 печи. Она расположена над корпусом или колошником 11 доменной печи, не показанным подробно. Над головкой печи установлен бункер 12 для материала, в который сыпучий материал подается с помощью конвейерной системы 13. Из бункера 12 загрузка колошника 11 печи производится через вращающийся желоб 14 и последующий распределительный или загрузочный желоб 15. Вращающийся желоб 14 приводится во вращение вокруг первой оси вращения 16. На выходе, то есть на нижнем конце вращающегося желоба 14, установлен распределительный или загрузочный желоб 15, который приводится во вращение вокруг второй вертикальной оси вращения 17, смещенной в поперечном направлении относительно первой оси вращения 16. Соответствующие направления вращательного движения желобов показаны стрелками 18, 19.
Вращательный привод обоих желобов 14, 15 осуществляется соответствующими передаточными механизмами 20, 21, которые размещены в чашеобразной герметичной камере 22 для защиты от температуры и пыли. Верхний передаточный механизм 20, предназначенный для вращающегося желоба 14, связан с электрическим приводом (не показан). Передача вращательного движения на нижний распределительный или загрузочный желоб 15 осуществляется относительно наклонного вращающегося желоба 14 через трансмиссию (подробно не показана) между передаточным механизмом 20 для вращающегося желоба 14 и передаточным механизмом 21 для загрузочного желоба 15. В этом отношении сделана ссылка на устройство, описанное в DE 19929180 С2.
Нижняя сторона герметичной камеры 22 закрыта особо жаростойким листом 23. Этот лист представляет собой своего рода тепловой щит. Он окружает также корпус передаточного механизма 21 для загрузочного желоба 15.
Следует заметить, что обычно измерение профиля поверхности 24 материала 25, загруженного в колошник 11 печи, производится с помощью измерительной фурмы (субланса), которая может быть введена в поперечном направлении с верхней стороны колошника. Соответственно требуется наличие проходных отверстий на верхнем конце колошника для ввода измерительной фурмы 27 в направлении стрелки 26. Очевидно, что такой способ измерения трудоемок. В особенности он неприятен для обслуживающего персонала, так как измерительная фурма должна вводиться вручную в области верхнего конца колошника доменной печи. Во время ввода или вывода измерительной фурмы материал обтекает ее, что ведет к износу фурмы. Кроме того, неизбежны утечки тепла, которые причиняют неприятности обслуживающему персоналу и в экстремальных случаях могут приводить к травмам. К тому же обычная измерительная фурма не дает возможности точного определения профиля в краевых областях колошника. Эти области часто загорожены грудами материала. Соответственно существует острая потребность в размещении измерительных устройств в головке печи. Кроме того, к таким измерительным устройствам должен быть подведен ток.
Важной проблемой является также подача смазки к передаточным механизмам, предназначенным для желобов 14, 15, в особенности к нижнему передаточному механизму для желоба 15, с целью обеспечения постоянной надежной работы. В показанном примере выполнения внутри герметичной камеры 22 расположены питающие средства 28 для питания интегрального измерительного устройства 29 или 30, точек смазки, например, нижнего передаточного механизма 21 или подобных обслуживаемых устройств, причем эти питающие средства 28 приводятся верхним передаточным механизмом 20, предназначенным для вращающегося желоба 14. В данном случае питающие средства содержат генератор 31 тока и смазочный насос 32. Генератор и смазочный насос связаны посредством соответствующих передач с передаточным механизмом 20, предназначенным для вращающегося желоба 14. Эта передача представлена на чертежах зубчатым колесом или шестерней 33.
Схематично показано также питание смазкой нижнего передаточного механизма 21 для загрузочного желоба 15, осуществляемое от корпуса 35 верхнего передаточного механизма 20 по питающей линии 34. Питающая линия запитана смазочным насосом 32 от корпуса 35 передаточного механизма 20, предназначенного для вращающегося желоба 14.
Измерительное устройство 29 или 30 расположено в области нижней стороны герметичной камеры 22, обращенной к колошнику 11 доменной печи, и установлено либо на диске 36, смонтированном на указанной стороне с возможностью вращения, либо, предпочтительно, на кронштейне 37, прикрепленном к приводимому во вращение загрузочному желобу. Передача энергии между генератором 31 и измерительным устройством 29 или 30 схематично представлена питающими линиями 38 или 39.
Диск 36 смонтирован на нижней стороне теплового щита 23 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 40 (стрелка 41). Приведение во вращение осуществляется либо от электромотора, который расположен на внутренней стороне теплового щита 23 и также питается от генератора 31, либо посредством дополнительной передачи от передаточного механизма 20, предназначенного для вращающегося желоба 14. Возможна также передача между вращающимся диском 36 и передаточным механизмом 21, предназначенным для загрузочного желоба 15.
Разумеется, во избежание этих дополнительных передач особенно выгодно соединение измерительного устройства 29 с загрузочным желобом 15, который в любом случае приводится во вращение вокруг вертикальной оси 17. Тогда измерительное устройство 29 будет вращаться вокруг оси 17 с наложением на это вращательное движение вращательного движения желоба 14, вращающегося вокруг центральной оси 16. В результате достигается полное сканирование измерительным устройством 29 всего поперечного сечения колошника 11. Этот вариант подобен ситуации с измерительным устройством 30, поскольку диск 36 вращается вокруг оси 40 и вокруг оси 16 вместе с тепловым щитом 23. Таким образом, измерительное устройство 30 также совершает два вращательных движения, наложенных друг на друга. Следует отметить, что тепловой щит 23 смонтирован с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 16 вместе с вращающимся желобом 14.
Как уже было упомянуто выше, измерительное устройство 29 или 30 содержит датчики инфракрасного излучения, датчики температуры, датчики давления и/или радиолокационные зонды. С помощью этих датчиков или зондов может быть полностью определен профиль поверхности 24 загруженного материала 25. В дополнение к этому или в качестве альтернативы можно определять также температуру, давление, состав газа и другие параметры в загружаемой материалом полости или колошнике 11. По причинам, упомянутым выше, питание измерительного устройства 29 или 30 предпочтительно осуществляется через буферную батарею.
Передача генерируемых измерительным устройством 29 или 30 сигналов измерений на вычислительные и отображающие средства, расположенные снаружи головки печи, может осуществляться беспроводным путем. Разумеется, возможна и обычная передача сигналов измерений, тем более что все равно необходимо обеспечить передачу энергии измерительному устройству от генератора 31 по проводам (питающие линии 38 или 39).
Как видно на чертежах, питающие средства 31, 32 и питающие линии 34, 38, 39 защищены от температуры и пыли. Соответственно описанное устройство отличается высокой степенью эксплуатационной надежности в течение длительного срока службы. Не требуется доступа к колошнику ниже так называемой платформы 42, расположенной на уровне верхней стороны головки 10 печи. Все операции по наблюдению, замене компонентов и ремонту могут производиться с указанной площадки 42, то есть, более точно, вблизи верхней стороны герметичной камеры 22. Для этого в верхнем колпаке головки 10 или уплотнительной камере 22, встроенной в головку, предусмотрен так называемый лаз или люк. Через этот люк открыт доступ также к герметичной камере 22. Как уже было упомянуто, герметичная камера защищена от пыли и слишком высоких температур в колошнике 11.
Здесь следует заметить, что выполнение герметичной камеры 22 также заявлено в качестве изобретения как независимо от питающих средств 28, так и в зависимости от них. В начале описания был указан положительный эффект, создаваемый герметичной камерой и заключающийся в защите от пыли и температуры. Кроме того, было особо подчеркнуто, что тепловой щит 23 вместе с вращающимся желобом 14 вращается вокруг вертикальной оси 16. Для этой цели предусмотрены соединительные тяги 43, расположенные между тепловым щитом 23 и кольцевым диском 44, который вращается вместе с вращающимся желобом 14 вокруг оси 16. Кольцевой диск 44 окружает вращающийся желоб 14 в области передаточного механизма 20 для вращающегося желоба 14. Тепловой щит 23 также окружает передаточный механизм 21 для загрузочного желоба 15. Таким образом, загрузочный желоб 15 вращается, с одной стороны, вместе с тепловым щитом 23 вокруг первой вертикальной оси 16 и, с другой стороны, дополнительно вокруг второй вертикальной оси 17. Тепловой щит 23 смонтирован возле кромки нижнего отверстия герметичной камеры 22, которая предпочтительно имеет цилиндрическую форму, с герметичным уплотнением между кромкой отверстия и щитом. Соответствующий подшипник скольжения схематично представлен позицией 45.
Согласно предпочтительному примеру выполнения питание измерительного устройства и передача данных к этому устройству и от него осуществляется посредством индукции. На фиг.2 показаны соответствующая конструкция и схема. На верхнем неподвижном фланцевом листе 46, то есть на верхней крышке головки печи, или так называемом колошнике, расположена верхняя катушка 47, которая запитана энергией и/или данными от соответствующих электрических и/или электронных компонентов 48, называемых далее для краткости электронной системой 48. На вращающейся части головки печи, вращение которой представлено стрелкой 49, расположена нижняя катушка 50, отделенная от верхней катушки воздушным зазором. Верхняя катушка 47, которая, как уже было показано, запитана энергией и данными от электронной системы 48, передает энергию или данные индуктивным образом на нижнюю катушку 50. Передаваемые таким образом энергия и данные используются в качестве напряжения питания или энергопитания для электрических или электронных компонентов 51, называемых далее для краткости электронной системой 51, и датчиков 52, 53, расположенных на вращающейся части головки печи. Благодаря этому устраняется необходимость в батареях и/или генераторах, что снижает объем работ по обслуживанию головки печи.
Данные измерений датчиков 52, 53 формируются в электронной системе 51 и индуктивным путем передаются от нижней катушки 50 на верхнюю катушку 47. Для последующей обработки эти данные далее передаются в электронную систему 48, в которой производится оценка данных и их передача на вычислительные средства в виде стандартного сигнала для дальнейшей обработки. Таким же образом данные передаются от электронной системы 48 в электронную систему 51. Эти данные могут представлять собой, например, инструкции и программное обеспечение или обновление программного обеспечения для датчиков 52, 53 или для электронной системы 51. Двухсторонний поток данных обеспечивает высокую гибкость системы.
Верхняя и нижняя катушки 47, 50 расположены в корпусе 54, защищающем катушки от агрессивной атмосферы внутри колошника. Следует отметить, что корпус 54 заключает в себе также вращательный привод и/или зубчатые передачи между вращательным приводом и нижней катушкой 50, показанные на фиг.2 только частично. Таким образом, указанные компоненты защищены корпусом. Корпус может также подвергаться воздействию продувочного газа, чтобы не допускать нахождение пыли внутри корпуса.
В качестве альтернативы возможен пример выполнения, в котором индивидуальные компоненты, то есть катушки, вращательный привод и зубчатая передача между вращательным приводом и нижней катушкой 50, защищены отдельными корпусами в том случае, если это легче реализуется в конкретной конструкции головки печи.
Все признаки, раскрытые в материалах заявки, в той степени, в которой они относятся к сути изобретения либо по отдельности, либо в сочетании, предполагаются новыми по сравнению с уровнем техники.