УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СУХОГО ГРАНУЛИРОВАНИЯ ШЛАКА
DEVICE AND METHOD OF DRY GRANULING OF SLAG

Настоящее изобретение относится к устройству для сухого гранулирования шлака и к способу гранулирования шлака.
Материал шлака может иметь происхождение от металла, такого как чугун; может быть на основе оксида металла, такого как оксид титана; быть неметаллическим, таким как шлак, образованный в качестве побочного продукта в процессе получения металла; или представлять собой их смесь.
Сухое гранулирование шлака является относительно неразработанной технологией, в которой используют ротационный распылитель, обычно вращающийся стакан или тарелку, для преобразования расплавленного шлака (например, получаемого в качестве побочного продукта при выплавке чугуна в доменной печи) в гранулы, без добавления воды для охлаждения и затвердевания шлака. Примеры установок и способов сухого гранулирования шлака приведены в патентных документах GB2148330, EP0605472 и EP0804620. Расплавленный шлак из доменной печи подают в устройство для сухого гранулирования шлака для гранулирования, либо в центр стакана или диска, либо на кольцеобразную деталь, концентрические с осевой линией стакана или диска, как в патентном документе GB840632, чтобы вводить воздух в гранулят через центр кольцеобразной детали, и ротационный распылительный гранулятор выбрасывает капли расплава, которые проходят через корпус и частично застывают с образованием гранул. Разброс этих гранул происходит на 360° окружности ротационного распылителя, и гранулы собираются в лотке у основания распылителя. В результате этого оказывается затруднительным размещение установки для гранулирования шлака вблизи доменной печи в литейном цеху, так как расплавленный шлак нужно транспортировать на длинное расстояние перед гранулированием, и установка занимает обширную производственную площадь. Для установки с диаметром 20 м точка заливки расплавленного шлака находится в 10 м внутри установки для гранулирования.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, устройство для направленного сухого гранулирования шлака включает ротационный распылительный гранулятор, имеющий центральную линию оси вращения; устройство для подачи струи шлака; и регулятор положения; в котором точка падения струи шлака на ротационный гранулятор для шлака из устройства для подачи струи шлака смещена в сторону от центральной линии и размещена неконцентрично относительно оси вращения ротационного гранулятора.
Регулятор положения определяет положение устройства для подачи струи шлака и ротационного гранулятора и согласует одно положение относительно другого таким образом, что струя шлака падает на ротационный гранулятор в единственной точке падения на предварительно заданном расстоянии от центральной линии оси вращения ротационного гранулятора, неконцентричной относительно оси.
Ротационный гранулятор предпочтительно включает один компонент из стакана, диска или кольцеобразной детали, приспособленный для вращения вокруг осевой линии.
Когда точка падения струи шлака смещена в сторону, для гранулирования может быть использована кольцеобразная деталь, связанная с приводным валом, например, посредством спиц.
Хотя теоретически регулятор положения мог бы вызывать перемещение либо устройства для подачи струи шлака, либо ротационного гранулятора, либо их обоих для приведения в правильное относительное положение, на практике вероятность повреждения огнеупорной футеровки устройства для подачи струи шлака означает, что устройство предпочтительно дополнительно включает исполнительный механизм для перемещения ротационного гранулятора относительно устройства для подачи струи шлака.
Исполнительный механизм предпочтительно включает подвижную фурму.
Фурма предпочтительно включает пустотелый воздуховод и сильную струю воздуха.
Устройство предпочтительно дополнительно включает датчики для определения прогнозируемой точки падения струи шлака; причем регулятор положения дополнительно включает сравнивающее устройство для сравнения определенной прогнозируемой точки падения струи шлака с предварительно заданным положением точки падения, и выходное устройство для подачи выходного сигнала на исполнительный механизм, чтобы переместить гранулятор в ответ на результат сравнения.
Ротационный гранулятор предпочтительно смонтирован на станине.
Станина предпочтительно дополнительно включает выходные отверстия для струи воздуха.
Устройство предпочтительно дополнительно включает пластинчатый дефлектор.
Пластинчатый дефлектор обеспечивает дополнительное регулирование направления гранулированного шлака.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, способ гранулирования шлака включает стадии, в которых подают струю шлака из устройства для подачи шлака на ротационный распылительный гранулятор; определяют положение прогнозируемой точки падения струи шлака, причем предварительно заданная точка падения смещена в сторону от центральной линии и является неконцентричной относительно оси вращения ротационного гранулятора; сравнивают прогнозируемую точку падения с предварительно заданной точкой падения для гранулятора; и когда положение прогнозируемой точки падения находится за пределами приемлемого диапазона для предварительно заданной точки падения, корректируют относительное положение устройства для подачи шлака и гранулятора.
Способ предпочтительно дополнительно включает управляющее устройство, приводящее в действие исполнительный механизм для перемещения ротационного гранулятора относительно устройства для подачи шлака.
Способ предпочтительно дополнительно включает стадию, в которой устанавливают ротационный гранулятор в такое положение, что точка падения струи шлака находится на расстоянии по меньшей мере 10%, и предпочтительно между 20% и 40% радиуса гранулятора от осевой линии гранулятора.
Один пример устройства для гранулирования шлака и способа эксплуатации согласно настоящему изобретению теперь будет описан с привлечением сопроводительных чертежей, в которых:
Фиг. 1 представляет вид сверху производственной площадки доменной печи, сравнивающий традиционную установку для сухого гранулирования шлака и устройство для гранулирования шлака согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет перспективный вид устройства для гранулирования шлака согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 представляет вид части из Фиг. 2 в покомпонентном изображении.
Фиг. 4 представляет вид в плане сверху устройства из Фиг. 2.
Фиг. 5 представляет вид в разрезе по линии Х-Х согласно Фиг. 2.
Фиг. 6 иллюстрирует устройство согласно настоящему изобретению в процессе работы.
Как можно видеть из Фиг. 1, доменная печь 1 размещена в литейном цеху 2. На левой стороне этой фигуры иллюстрирована производственная площадь, занимаемая традиционной установкой для сухого гранулирования шлака. Шлаковая канавка 3а подводит шлак из доменной печи в центр 5 ротационного распылительного гранулятора 6, и гранулированный шлак распределяется по окружности корпуса 4 с 360°-ным разбросом 7а. Шлаковая канавка 3а должна быть протяженной по меньшей мере через половину диаметра окружности корпуса 4 установки для гранулирования, чтобы шлак падал в центр гранулятора, что типично соответствует расстоянию по меньшей мере 10 м. Кроме того, стенки корпуса должны быть на определенном расстоянии от вращающегося диска по всем направлениям, так что корпус этого традиционного гранулятора занимает обширную производственную площадь.
Настоящее изобретение разрешает проблемы, связанные с существующими установками для сухого гранулирования шлака, с помощью устройства 8 для гранулирования шлака, в котором ротационный распылительный гранулятор, например, вращающийся диск, приспособлен для разбрасывания под уменьшенным углом, что приводит к значительно сокращенной картине 7b распределения, нежели на полные 360° в традиционном устройстве. Как можно видеть из Фиг. 1, благодаря модифицированию направления, по которому выбрасывается гранулированный шлак, сокращенная картина распределения также позволяет уменьшить габариты корпуса 9 устройства для гранулирования и изменить его форму до меньшего прямоугольного корпуса. Может быть использована более короткая шлаковая канавка 3b, которая может выступать в корпус 9, например, на расстояние только порядка 2 м. Типичная картина распределения в изобретении составляет угол в диапазоне от 10 до 30° и предпочтительно не более 20°. В результате этого точка заливки шлака может находиться у боковой стенки корпуса или близи нее, ближе к литейному цеху, нежели если бы была в центре гранулятора, как было в ситуации со всеми предшествующими установками для сухого гранулирования шлака.
Один пример изобретения более подробно иллюстрирован на Фиг. 2-5, хотя возможны другие варианты исполнения. Ротационный гранулятор 8, иллюстрированный на Фиг. 2 как корпус 18, несущий плиту 30, которая может быть оснащена выпуклыми участками 27, расположенными под углом вокруг центрального вращающегося приводного вала 16, причем гранулятор также может быть оснащен выходными отверстиями 15 для охлаждающего воздуха в станине 28 для корпуса 18 плиты и приводного вала 16, может перемещаться действием исполнительного механизма 12, иллюстрированного как подвижная фурма, соединенная со станиной 28. Фурма 12 конфигурирована как пустотелый воздуховод, через который сильная струя 14 воздуха может быть направлена для подачи охлаждающего воздуха в ротационный гранулятор, и которая также может заключать в себе второй приводной вал 13, который соединен с приводным валом 16 для обеспечения вращения ротационного гранулятора. Место 19 падения шлака смещено в сторону от центральной линии оси 29 вращения плиты гранулятора и является неконцентричным относительно оси, и направление вращения обозначено стрелкой 17. Если бы шлак укладывался кольцеобразно, тогда не обеспечивалось бы регулирование направления, достигаемое смещением единственной точки падения в сторону от центральной линии, и шлаковый гранулят разбрасывался бы на 360° таким же образом, как если бы он падал в центр вращающегося диска.
На Фиг. 3 более подробно показана конструкция приводного вала 16. Корпус 18 со своей плитой 30 и участками 27 смонтирован на приводной ступице 23 с помощью конической шлицованной втулки 21, которая посажена в коническое гнездо оправки 22, которая вставлена внутрь ступицы 23, и ступица закреплена болтами на спироидном приводном валу 25 и снабжена стопорным штифтом 24 оправки. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что если бы потребовалось заменить плиту во время технического обслуживания, то это может быть без труда сделано отодвиганием фурмы в сторону от опасной зоны и, при необходимости, заменой ее другой, или сменой фурмы, если продолжительность замены скорее всего будет более длительной, чем время между загрузками шлака. Применение конической шлицованной втулки подразумевает, что для извлечения корпуса и плиты и опускания для замены может быть использован механический манипулятор с захватом, без необходимости присутствия персонала в зоне струи шлака. Стопорный штифт, если используется, также может быть извлечен с использованием манипулятора с дистанционным управлением. Из Фиг. 4 можно видеть, что приводной вал 16 соединен со вторым приводным валом 13 с помощью соединительной детали 31. Точка 19 падения шлака находится в положении, смещенном в сторону от осевой линии 29 диска 30 ротационного гранулятора.
На одной стороне ротационного гранулятора предусмотрен пластинчатый дефлектор 26, и это позволяет регулировать направление распределения гранулированного шлака с вращающегося диска. Когда шлак падает на плиту ротационного гранулятора, любое трение между шлаком и плитой заставляет шлак перемещаться к краю плиты. Для предотвращения простого скопления шлака в точке падения этому процессу содействуют выпуклые участки. Если процесс протекает правильно, пластинчатый дефлектор не требуется. Однако преимущество пластинчатого дефлектора состоит в том, что он действует как отбойная стенка, чтобы любой гранулированный шлак, который движется в ненадлежащем направлении, наталкивался на пластинчатый дефлектор, и, если потребуется, скорее вся фурма, гранулятор, дефлектор в сборе могут быть удалены для очистки, вместо того, чтобы посылать персонал в корпус для их очистки.
Как дополнительно иллюстрировано на Фиг. 6, настоящее изобретение позволяет перемещать диск 30, связанный с фурмой 12, в струю 11 шлака и от нее, для обеспечения того, чтобы шлак падал на ротационный распылительный гранулятор в точке 19, которая смещена в сторону от осевой линии 29 диска, тем самым гарантируя постоянное направление разбрасывания. При наличии регулируемого направления распределения стенки корпуса могут быть передвинуты внутрь из зоны, где гранулированный шлак не будет распределяться, что имеет результатом значительное сокращение общих габаритов корпуса гранулятора.
Точное направление и разбрасывание гранулированного шлака в настоящем изобретении зависит от расстояния от осевой линии до места падения шлака. Чтобы поддерживать постоянство направления выброса, можно изменять скорость вращения стакана. Как правило, скорость составляет между 800 и 2000 об/мин.
Фиг. 6 иллюстрирует упрощенный пример того, как ротационный гранулятор на фурме может перемещаться для корректирования положения диска и тем самым места падения, относительно выходного конца шлаковой канавки 3b. В первом положении 8а шлак из шлаковой канавки падает на место падения в стороне от осевой линии 30а. Однако, если датчик 32 положения показывает, что струя шлака падает дальше от конца шлаковой канавки и ближе к этой осевой линии 30а, тогда датчик 32 положения регистрирует это изменение и посылает данные обратно в регулятор 33 положения, который приспосабливает положение диска 30 тем, что приводит в действие исполнительный механизм для перемещения фурмы в положение 12b и диска в положение 8b, с его центром в положении 30b. Если струя шлака смещается еще дальше от конца шлаковой канавки, тогда управляющее устройство приводит в действие исполнительный механизм для перемещения фурмы опять в сторону до положения 12с и диска в положение 8с, с его центром в положении 30с. Этот пример был упрощенным, но ясно, что исполнительный механизм может понадобиться для перемещения фурмы и диска до некоторой степени в поперечном направлении, а также непосредственно в сторону от конца шлаковой канавки, чтобы эта точка 19 падения была надлежащим образом позиционирована для струи шлака, когда она падает на диск.
При работе струя шлака подводится из устройства для подачи шлака на ротационный распылительный гранулятор, и управляющее устройство по поступающим от датчика положения данным определяет прогнозируемое положение точки падения струи шлака. Точка падения на гранулятор для получения желательных направления разбрасывания и картины распределения может быть сохранена в памяти как часть процесса настройки, или регистрируется в ходе процесса гранулирования. Как и точка падения, также может быть задан диапазон допустимого отклонения в любую сторону от этого положения. С использованием принятых и обработанных управляющим устройством данных сравнивающее устройство может сравнивать прогнозируемую точку падения с предварительно заданной точкой падения для гранулятора и учитывает допустимое отклонение для определения, является ли приемлемым положение прогнозируемой точки падения. Если прогнозируемая точка падения оказывается за пределами приемлемого диапазона, тогда относительные положения устройства для подачи шлака и гранулятора корректируются. Как правило, это значит, что смещается скорее гранулятор, нежели устройство для подачи шлака.
Диски, показанные в Фиг. 2-6, представляют собой диски, смонтированные на приводном валу 16. Диски могут быть сплошными на вершине приводного вала, или могут быть сформированы как кольцеобразные диски с гильзой, надетой поверх приводного вала, и спицами, соединяющими гильзу с кольцеобразной деталью. Форма диска или кольцеобразной детали может быть по существу плоской с перегородками на поверхности, или вогнутой. Выбор положения точки падения зависит от скорости течения шлака, но эффективным является положение сточного конца шлаковой канавки, обеспечивающее точку падения на расстоянии порядка одной трети дистанции от осевой линии окружности диска.
Примеры были описаны в отношении устройства с исполнительным механизмом, чтобы изменять положение точки падения в ответ на зарегистрированные данные о фактической точке падения, но изобретение не исключает упрощенного варианта осуществления, в котором ротационный распылительный гранулятор позиционируют в пусковом режиме на прогнозируемой точке падения, которая смещена в сторону от центральной линии оси вращения диска, без обратной связи и корректирования по ходу эксплуатации положения, как в предпочтительном варианте исполнения.