ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШАХТНОЙ ПЕЧИ С КОНТРОЛЛЕРОМ ПОДАЧИ ОЧИЩЕННОГО ГАЗА В ЕГО ОСНОВНОЙ КОРПУС
LOADING DEVICE FOR SHAFT FURNACE WITH TREATED GAS FEED CONTROLLER TO ITS MAIN BODY

Область техники изобретения
Предметом настоящего изобретения является, в общем, загрузочное устройство для шахтных печей и, прежде всего, устройство для распределения шихтовых материалов в печи. Точнее говоря, предметом изобретения является тип устройства, которое оборудовано желобом для распределения шихтовых материалов в окружном и радиальном направлениях.
Уровень техники
Как хорошо известно в этой области техники, загрузку доменной печи традиционно производят с помощью установки верхней загрузки (загрузки через колошник), которая выполняет функцию накопления исходных материалов на колошнике печи и распределения этих материалов при подаче в печь. Исходные материалы взвешивают в подбункерном помещении и транспортируют в режиме дозированной подачи (с помощью скиповой тележки или ленточного транспортера) в установку загрузки через колошник, где обеспечивается их запас в промежуточных бункерах.
Для распределения шихтовых материалов (шихты) при подаче в печь установка верхней загрузки, предпочтительно, включает в себя поворотное загрузочное устройство, расположенное на колошнике печи и на уровне ниже промежуточных бункеров. Поворотное распределительное устройство включает в себя стационарный кожух и подвесной ротор с распределителем шихты, причем подвесной ротор опирается в стационарном кожухе так, что он может вращаться вокруг оси печи. Подвесной ротор и стационарный кожух образуют основной корпус поворотного загрузочного устройства, в котором располагаются механизмы для привода подвесного ротора и поворота распределителя шихты.
Такое поворотное распределительное устройство известно, например, из патента US 3,693,812.
Как также хорошо известно в этой области техники, при всем том, что стационарный кожух и подвесной ротор взаимодействуют между собой с образованием закрытого корпуса, монтаж подвесного ротора с возможностью поворачивания и условие рабочего люфта между подвижными (подвесной ротор) и стационарными (кожух) компонентами требуют обеспечения кольцевого зазора, через который печные газы могут проникать в основной корпус.
Для предотвращения проникновения печных газов с высоким содержанием пыли в основной корпус поворотного распределительного устройства корпус, как известно, заполняют азотом. Для достижения эффективного результата расход азота должен быть достаточно большим из расчета поддержания уровня давления в основном корпусе выше давления в рабочем пространстве печи.
В документе US 6,540,958, например, приводится описание использования азотной подушки с созданием незначительного избыточного давления в основном корпусе поворотного распределительного устройства и делается предположение, что этот процесс может осуществляться автоматически. Насколько это смогут оценить специалисты в данной области, автоматическое регулирование давления азота в корпусе можно осуществлять внутри замкнутого контура с помощью датчика давления, установленного на колошнике печи.
В документе GB 1526478 приводится описание изобретения, касающегося доменной печи с поворотным загрузочным устройством, в которое подают очищенный и охлажденный колошниковый газ для охлаждения приводного механизма распределительного желоба и создания избыточного перепада давления для предотвращения проникновения пыли. Подготовку колошникового газа обеспечивают в системе, включающей в себя «мини-сопло Вентури» и ступень компрессии в составе из основного компрессора и вспомогательного компрессора. Систему настраивают таким образом, что мини-сопло Вентури автоматически выставляется в заданные положения, так что давление и степень очистки газа поддерживаются на постоянном уровне.
Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении альтернативного способа регулирования давления газа в основном корпусе загрузочного устройства.
Сущность изобретения
Авторы настоящего изобретения установили, что необходимый расход газа для предотвращения проникновения запыленных печных газов в основной корпус распределительного устройства оказывается больше на стадиях загрузки по сравнению с состоянием, когда материалы не подаются в печь. Кроме того, авторы изобретения обратили внимание на то, что надлежащий расход газа в корпус загрузочного устройства зависит от типа исходного материала, загружаемого в печь через загрузочное устройство.
В настоящем изобретении предлагается загрузочное устройство для шахтной печи, включающее в себя:
основной корпус, предусмотренный, например, для размещения в нем приводного механизма распределительного желоба загрузочного устройства и охвата питающего канала,
выполненный с возможностью перемещения распределительный желоб для распределения шихтовых материалов, падающих в него через питающий канал, причем распределительный желоб выполнен, предпочтительно, с возможностью поворота и/или вращения, и
2
3
3
3
3
по меньшей мере одно сопло для впуска чистого газа в корпус (например, очищенного доменного газа), предпочтительно инертного газа, а еще более предпочтительно азота (N). Используемое здесь выражение «чистый газ» означает газ, который, по существу, свободен от частичек пыли, то есть содержание пыли в нем составляет менее 20 мг/Нм, предпочтительно менее 10 мг/Нм (1 Нм = 1 м в стандартных условиях при 0% влажности, 1,02325 бар и 0°С).
Согласно важному аспекту изобретения предлагаемое устройство содержит контроллер, который имеет конфигурацию, выполненную для адаптации подачи (расхода) или давления чистого газа в основной корпус/основном корпусе, основанной на информации о состоянии загрузки. А именно, контроллер выполнен с возможностью адаптации расхода или давления чистого газа, подаваемого в основной корпус, в зависимости от информации о состоянии загрузки, причем в памяти контроллера хранятся данные, предписывающие предварительно заданные уровни давления или расхода чистого газа для каждой фазы программы загрузки печи, и для каждой фазы программы загрузки печи выполнена калибровка предварительно заданных уровней давления или расхода для поддержания давления чистого газа в основном корпусе выше давления печных газов вблизи загрузочного устройства.
Загрузочное устройство может быть любого подходящего типа. Например, оно может включать в себя подвешенный на универсальных шарнирах распределительный желоб, как описано, к примеру, в европейском патенте ЕР 1662009. Так или иначе, согласно более предпочтительному конструктивному выполнению в соответствии с изобретением загрузочное устройство представляет собой поворотное загрузочное устройство, включающее в себя:
стационарный кожух для установки на колошнике шахтной печи, причем стационарный кожух имеет питающий канал с входным участком и выходным участком, через который шихтовые материалы перемещаются в сторону шахтной печи,
подвесной ротор с распределителем шихты, причем подвесной ротор опирается в стационарном кожухе так, что он может вращаться вокруг оси, и
причем подвесной ротор и стационарный кожух взаимодействуют для образования основного корпуса поворотного загрузочного устройства, в котором обычно могут располагаться механизмы, способствующие осуществлению вращения и поворачивания распределителя шихты.
Данная система учитывает отражающую состояние загрузки информацию для определения уровня чистого газа и не требует выполнения постоянных замеров давления печного газа. Как было разъяснено выше, авторы настоящего изобретения обратили внимание на то, что можно использовать различные значения расхода чистого газа в зависимости от того, производится ли загрузка печи или нет, а также в зависимости от типа загружаемых в печь исходных материалов. Прежде всего, для предотвращения проникновения запыленных печных газов в основной корпус, когда загрузка шихтовых материалов не производится, требуется относительно низкий расход чистого газа. И наоборот, когда исходные материалы загружаются в печь, необходимо, как правило, увеличивать подачу/давление чистого газа.
Выражение «информация о состоянии загрузки» соответственно следует понимать как информацию, содержащую любые данные относительно состояния загрузки устройства и, соответственно, печи. Информация о состоянии загрузки может конкретно содержать указания на то, что загрузочное устройство в данный момент эксплуатируется (должно эксплуатироваться) для загрузки печи; или что шихтовые материалы в данный момент поступают через загрузочное устройство в печь; или же что загрузка не производится.
Информация о состоянии загрузки может содержать преимущественно информацию, определяющую тип шихтовых материалов, которая затем используется как дополнительный параметр для выставления нужного уровня подачи или давления чистого газа.
Настоящее изобретение включает в себя выполнение калибровки уровня подачи или давления чистого газа, соответствующей каждому состоянию загрузки. Соответствующие данные (технологическая карта) подачи чистого газа/нагнетания давления в зависимости от рабочего режима сохраняются в памяти контроллера.
Кроме того, насколько это смогут оценить специалисты в данной области, выборку информации о состоянии загрузки можно без труда выводить из программы загрузки шахтной печи. Такая программа загрузки обычно задает процедуру дозированной загрузки шахтной печи и, в частности, определяет типы и количество исходных материалов, и последовательность их подачи в рабочее пространство доменной печи. Следовательно, конфигурация контроллера выполнятся из расчета получения от контроллера программы загрузки соответствующей информации о загрузке, отражающей текущее состояние загрузки.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает осуществляемое по разомкнутому контуру регулирование подачи чистого газа, прежде всего азота, в основной корпус распределительного устройства. Предложенная схема управления преимущественно включает в себя обеспечение регулирования расхода чистого газа в пределах основного корпуса на основании информации из программы загрузки, доступ к которой возможен через систему управления доменной печью.
По сравнению с регулированием по замкнутому контуру с датчиком давления настоящее изобретение предлагает более простой и стабильный способ регулирования давления чистого газа в основном корпусе. После выполнения калибровки он может эксплуатироваться на основании информации, доступ к которой возможен через систему управления доменной печью. Он не требует использования высокоточного датчика дифференциального давления (для измерения давления в основном корпусе системы загрузки/давления в доменной печи), надежность функционирования которого осложняется жесткими условиями процесса в печи.
По сравнению с базовой продувкой азотом, когда задается только один расход азота вне зависимости от рабочего режима печи, (здесь) обеспечивается существенная экономия азота. И при этом настоящее изобретение обеспечивает также и более надежный способ регулирования давления/расхода чистого газа без существенного усложнения процесса/оборудования.
Эти результаты также обеспечивают предлагаемые в настоящем изобретении соответствующие установка, способ и контролер.
А именно, в настоящем изобретении также предлагается установка верхней загрузки для шахтной печи, прежде всего для доменной печи, включающая в себя описанное выше загрузочное устройство.
Также предлагается способ загрузки шахтной печи с помощью загрузочного устройства, включающего в себя основной корпус, в котором в основной корпус подают чистый газ для предотвращения тока печных газов в него. Причем подачу или давление чистого газа адаптируют посредством контроллера в зависимости от информации о состоянии загрузки, причем в памяти контроллера хранятся данные, предписывающие предварительно заданные уровни давления или расхода чистого газа для каждой фазы программы загрузки печи, и для каждой фазы программы загрузки печи выполнена калибровка предварительно заданных уровней давления или расхода для поддержания давления чистого газа в основном корпусе выше давления печных газов вблизи загрузочного устройства.
Кроме того, предлагается контроллер для загрузочного устройства шахтной печи, выполненный с возможностью получения информации о состоянии загрузки и формирования контрольного сигнала по давлению чистого газа в зависимости от информации о состоянии загрузки, и снабженный памятью для хранения данных, предписывающих для каждой фазы программы загрузки печи предварительно заданные уровни давления или расхода чистого газа, откалиброванных для каждой фазы программы загрузки печи для поддержания давления чистого газа в основном корпусе выше давления печных газов вблизи загрузочного устройства.
Краткое описание чертежей
Далее будет приведено описание настоящего изобретения на примере со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлен общий вид сверху поворотного распределительного устройства для шахтной печи в разрезе.
Детальное описание предпочтительного конструктивного выполнения
На фиг. 1 показаны основные элементы поворотного распределительного устройства 10 для распределения сыпучих шихтовых материалов («шихты») при подаче в шахтную печь, прежде всего, по уровню засыпи шихты в доменную печь (не показана). Как известно в этой области техники, устройство 10 конструктивно является частью установки верхней загрузки (не показана).
Обычно распределительное устройство 10 располагают вблизи от загрузочного отверстия реактора, например на колошнике печи. Шихтовые материалы подают в распределительное устройство 10 из одного или нескольких промежуточных накопительных бункеров (не показаны), например, в соответствии с конфигурацией, приведенной в описании изобретения, см. документ WO 2007/082633.
Распределительное устройство 10 имеет стационарный кожух 12 с кольцеобразным периферийным монтажным фланцем 11 по его нижней внешней окружности, с помощью которого корпус 12 обычно закрепляют герметичным способом, например, по реборде (не показана) проема колошника печи. Внутри корпуса 12 устанавливают подвесной ротор, в целом обозначаемый номером 14, с опорой с помощью кольцевого роликового подшипника 16 большого диаметра (например, опорно-поворотного подшипника) на стационарный кожух 12.
Ротор 14 выполнен в данном случае с возможностью вращения вокруг по существу вертикальной оси вращения А, которая соответствует, например, оси доменной печи. Как видно на фигуре, распределительный желоб, в целом обозначаемый ссылочным обозначением 18, устанавливают на подвесном роторе 14 с обеспечением возможности его вращения в унисон с последним вокруг оси А. Желоб 18 фактически включает в себя пару боковых рычагов 20 механизма подвески, с помощью которых его подвешивают на подвесном роторе 14 и которые, кроме того, обеспечивают выполнение его наклона относительно горизонтальной оси. Таким образом, желоб 18 выполнен с возможностью вращения вокруг оси В и поворота вокруг оси А.
В данном варианте выполнения ротор 14 задает центровой питающий канал 19 устройства 10, через который шихтовые материалы перемещаются от вышеупомянутых накопительных бункеров в сторону распределительного желоба 18. В других примерах внутри ротора 14 можно поместить загрузочный лоток, задающий более узкий питающий канал.
Как вполне понятно, подвесной ротор 14 и стационарный кожух 12 взаимодействуют для образования основного корпуса 22 поворотного загрузочного устройства и, тем самым, задают по существу замкнутую кольцевую камеру. Таким образом, основной корпус 22 охватывает питающий канал 19.
При традиционном подходе часть механизмов (не показаны), необходимых для обеспечения вращения ротора 14 вокруг оси А и наклона желоба относительно горизонтальной оси, размещают внутри основного корпуса 22. Конфигурация механизмов для вращения и наклона желоба 18 известна как таковая в данной области техники и не попадает в фокус настоящего изобретения, так что дальнейшее ее описание здесь будет опущено. Дополнительную информацию по таким механизмам можно получить, обратившись, например, к документу US 2003/0180129. Опять же, при традиционном подходе внутри основного корпуса 22 устанавливают охлаждающую разводку для недопущения повреждений и, прежде всего этим, однако, не ограничиваясь, для защиты компонентов механизмов, необходимых для эксплуатации ротора 14 и желоба 18.
Следует отметить, что ротор 14 включает в себя трубчатую опору или корпус 24, расположенный коаксиально относительно оси вращения А и несущий на себе желоб 18. Трубчатый корпус 24 простирается вертикально от входного участка 26 стационарного кожуха 12 (также - впускное отверстие питающего канала 19), где закреплена внешняя обойма 161 роликового подшипника 16, вниз к выходному участку 28 на нижнем конце кожуха 12 (выпускное отверстие питающего канала 19). Внутренняя обойма 162 роликового подшипника 18 в данном случае закреплена по верхнему ободу корпуса 24. В примере с этим вариантом корпус 24 ротора имеет ступенчатый профиль, расширяющийся в направлении к печи и заканчивающийся кольцевым горизонтальным фланцем 30, который также образует экран между внутренним пространством основного корпуса 22 и внутренним пространством печи.
Фланец 30 подвесного ротора 14 простирается в стороны (радиально) в непосредственной близости к сопрягаемому горизонтальному периферийному фланцу 32 стационарного кожуха 12. Соответствующие размеры фланца 30 ротора и фланца 32 кожуха рассчитаны с учетом выдерживания минимально возможного кольцевого зазора 34, который задает рабочий люфт, позволяющий выполнять вращение ротора 14.
Вследствие этого рабочего люфта печные газы могут проникать в основной корпус 22, как показано стрелками 36, и пыль и частички могут оседать здесь в значительных количествах и препятствовать работе установленных в нем приводов и других механизмов. Другая критическая зона по ходу потока печных газов в основной корпус 22 находится на уровне подшипника 16. Для сведения к минимуму проникновения печных газов в основной корпус 22 чистый газ, предпочтительно азот, вводят в основной корпус, например, через одно или несколько сопел 38, а давление чистого газа поддерживают на уровне, превышающем, по меньшей мере, незначительно давление газа внутри печи.
Необходимо оценить по достоинству то обстоятельство, что в данном устройстве расход чистого газа внутри основного корпуса 22 контролируют с помощью контроллера 40 в увязке с информацией, отражающей состояние загрузки устройства 10 или печи.
Как было разъяснено выше, авторы настоящего изобретения обратили внимание на то, что можно использовать различные значения расхода чистого газа в зависимости от того, производится ли загрузка печи или нет, а также в зависимости от типа загружаемых в печь исходных материалов. Прежде всего, для предотвращения проникновения печных газов в основной корпус 22, когда загрузка шихтовых материалов не производится, требуется относительно низкий расход чистого газа. И наоборот, когда исходные материалы загружаются в печь, необходимо, как правило, увеличивать расход чистого газа.
Выборку данных о состоянии загрузки можно легко вывести из программы загрузки, обычно используемой в системе управления доменной печью. Следовательно, контроллер 40 может находиться в режиме связи с системой управления доменной печью, а предпочтительно интегрирован в нее.
Необходимый расход чистого газа для предотвращения проникновения печных газов при загрузке железосодержащих материалов больше необходимого расхода чистого газа при загрузке кокса. Наименьший расход чистого газа приходится на период, когда загрузочное устройство 10 находится в состоянии покоя и не производится загрузка шихтовых материалов.
Не вдаваясь в теоретические выкладки, все же можно утверждать, что обусловленная загрузкой различных шихтовых материалов амплитуда колебаний давления зависит от их соответствующей насыпной плотности и коэффициента пустотности. Чем компактнее объем исходных материалов (минимум пустотности между частичками сыпучего материала), тем больше перемещение потоков газа и тем выше давление печных газов вблизи поворотного распределительного устройства 10.
На практике соответствующий расход чистого газа для предотвращения проникновения печных газов в основной корпус 22 можно определить с помощью калибровки.
Технологическая карта давления или расхода чистого газа в зависимости от состояния загрузки, например, такая, как показано в таблице 1, может, следовательно, храниться в памяти контроллера, который затем будет адаптировать подачу чистого газа в зависимости от состояния загрузки. Из вышеизложенных разъяснений следует: L1<L2<L3.
Несмотря на то что описание настоящего изобретения было приведено здесь по отношению к конкретному конструктивному выполнению стационарного кожуха с внутрилежащим ротором, совершенно очевидно, что предложенную регулировку подачи чистого газа можно реализовать с использованием различных конструкций поворотного распределительного устройства, а следовательно, и его основного корпуса.