ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемое техническое решение относится к термообработке сыпучего материала в печи с подвижным подом и может быть использовано в технологии получения восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель.
Одной из проблем, возникающих при использовании печи с подвижным подом, является предотвращение попадания материала между подвижными и неподвижными элементами печи, а также в устройства уплотнения (герметизации), что приводит к нарушению работы привода вращения, нарушению технологического режима, к повреждению деталей и устройств, и, как следствие, к аварийной остановке печи и простоям.
Для поддержания технологических параметров в заданных пределах, необходимо обеспечить равномерность вращения пода, а для повышения срока службы оборудования, снижения энергетических и материальных затрат необходимо максимально снизить затраты на перемещение пода и повысить срок службы узлов и деталей механизма перемещения.
Известна печь для получения губчатого железа (А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г., [1]), включающая корпус с герметичной термокамерой, 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. В данном техническом решении предотвращение попадания обрабатываемого материала в зазор между стенками печи и вращающимся подом достигается перекрытием зазора периферийной часть крышки в рабочих зонах печи (кроме зоны выгрузки обработанного материала). Существенными недостатками решения являются значительная перегрузка механизма привода вращения из-за значительных механических нагрузок и трения между подвижными и неподвижными частями, возникающих при обработке шихты и материала, при терморасширении деталей. Быстрый износ деталей механизма привода вращения приведет к нарушениям технологического режима и к снижению срока службы печи.
Известна кольцевая печь для пирометаллургической обработки железных руд (А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г., [2]), содержащая кольцевой вращающийся под, перекрытый сводом тоннеля, стенки которого выложены из огнеупорного кирпича, причем края пода выполнены с бортиками, а боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок футеровки тоннеля, перекрывающих концы пода.
Выполнение бортиков по краям пода препятствует попаданию обрабатываемого материала между подвижными и неподвижными элементами печи, а также в устройства уплотнения печи, но при этом значительно снижается полезная загрузка пода печи, что приводит к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи и процесса. Возникают трудности при разгрузке материала, возможно разрушение краев пода и снижение срока службы пода.
Известна печь с вращающимся подом для получения восстановленного металла и способ получения восстановленного металла (патент РФ №2217504, С21В 13/08, 2003 г., [3]). Устройство для реализации технологии содержит круговой рельсовый путь, по которому с помощью приводного устройства перемещается снабженная колесами платформа, на которой установлен под, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, причем верхние части боковых концов пода перекрыты частью стенок корпуса и боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок корпуса, загрузочное устройство, нагревающие устройства, вмонтированные в корпус, два кольцевых канала, выполненные вдоль нижних частей стенок корпуса ниже пода, разгрузочное устройство. Решение направлено на предотвращение разрушений боковых кромок пода и на предотвращение попадания материала в кольцевые каналы, заполненные в данном устройстве водой и являющиеся элементом гидравлического уплотнения.
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основные недостатки известного решения: конструктивными исполнениями элементов: стенка корпуса печи - боковые края подовых элементов достаточно сложно достигнуть вышеупомянутых необходимых результатов. Выполнение боковых краев пода из стойких огнеупорных материалов, отличных от материала пода, усложняет конструкцию и обслуживание, влечет удорожание всей печи. В случае незагрузки материала вблизи кромок боковых концов пода снижается полезная загрузка пода печи, что приводит к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи и процесса.
Перемещение, снабженной колесами платформы, на которой установлен под, по круговому рельсовому пути не гарантирует равномерности и плавности вращения пода, значительны потери за счет трения.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей за счет стабилизации технологических параметров процесса и повышение срока службы оборудования..
Техническими результатами является предотвращение попадания материала между подвижными и неподвижными элементами печи, а также в устройство уплотнения (гидравлический затвор), снижение затрат на перемещение пода и повышение срока службы узлов и деталей механизма перемещения.
Технические результаты достигаются тем, что в печи для термообработки сыпучего материала, содержащей кольцевой подвижный под, футерованный корпус печи, перекрывающий весь под сверху, снабженной гидравлическим затвором, под установлен на платформе, снабженной не менее чем двумя замкнутыми направляющими и перемещающейся с помощью приводного устройства по опорным элементам, снабженным подшипниками качения, в днищах кольцевых каналов гидравлического затвора выполнены приямки, а внутри каналов установлены скребки, закрепленные к нижним краям движущихся элементов гидравлического затвора печи.
Кроме того, опорные элементы закреплены на опорах, выполненных в виде набора столбиков, установленных по концентрическим окружностям, а в днище каждого канала выполнено не менее двух приямков.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- кольцевой подвижный под;
- футерованный корпус печи, перекрывающий весь под сверху;
- верхние части боковых концов пода перекрыты частью стенок футеровки корпуса;
- боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок корпуса;
- гидравлический затвор;
- - два кольцевых канала, выполненные вдоль нижних частей стенок корпуса ниже пода;
- каналы заполнены водой.
Предлагаемое устройство также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- под установлен на платформе, снабженной не менее чем двумя замкнутыми направляющими направляющими;
- под перемещается по опорным элементам, снабженным подшипниками качения;
- в днищах кольцевых каналов гидравлического затвора выполнены приямки, предпочтительно не менее двух;
- внутри каналов установлены скребки, закрепленные к нижним краям движущихся элементов гидравлического затвора печи.
Кроме того, опорные элементы закреплены на опорах, выполненных в виде набора столбиков, установленных по концентрическим окружностям.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Периодически в процессе прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель с использованием в производстве печи с подвижным подом осуществляются операции загрузки исходного материала на под печи, нагрев материала с использованием скоростных газовых потоков, выгрузка продуктов реакции восстановления с пода печи. При выполнении этих технологических операций возможно попадание частиц материала, частиц продуктов реакции в зазор между боковыми концами пода и стенками футеровки печи, попадание материала в устройства и механизмы, расположенные ниже уровня пода. Это может привести к нарушению режима вращения пода, к нарушению температурного режима обработки материала, к повреждениям и разрушению оборудования. В предлагаемом решении частицы материалов, так или иначе, попадающие в зазор между боковыми концами пода и стенками футеровки печи попадают в кольцевые каналы, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса ниже пода, а скребки, установленные внутри этих кольцевых каналов и закрепленные к нижним краям элементов гидравлического затвора печи, перемещают попавшие в каналы частицы по дну каналов в приямки, выполненные в днищах каналов. Попадающий в приямки материал периодически удаляется и возвращается в производство.
Скребки, установленные внутри кольцевых каналов, закреплены нежестко, что снижает механические нагрузки и трение, а концы скребков выполнены загнутыми, что повышает эффективность захвата попавшего в каналы материала и его транспортировке к приямку. Скребки прикреплены к элементам гидравлического затвора, выполненным в виде юбок, верхние части которых жестко закреплены к нижним краям вращающегося пода, а нижние края юбок погружены в жидкость (вода) и к ним свободно прикреплены скребки.
В предпочтительных вариантах реализации данного решения каналы могут быть выполнены шириной равной 1,5-2 величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи, в днище каждого канала может быть выполнено не менее двух приямков, а боковые концы пода могут быть расположены относительно стенок футеровки корпуса с зазором не превышающем высоту слоя материала, расположенного на поде печи. Такие варианты исполнения повышают надежность работы оборудования.
В предлагаемом решении под установлен на платформе, снабженной тремя замкнутыми направляющими, и платформа перемещается по опорным элементам, снабженным подшипниками качения. Такое выполнение механизма перемещения пода значительно снижает энергетические затраты на перемещение за счет значительного снижения трения между движущимися деталями. Выполнение трех направляющих повышает устойчивость платформы, обеспечивает плавность и равномерность движения. Закрепление опорных элементов на опорах, выполненных в виде набора столбиков, установленных по концентрическим окружностям, снижает материалоемкость конструкции.
Предлагаемая печь (фиг.1) содержит корпус 1, снабженный футеровкой 2, кольцевой подвижный под 3, установленный на платформу 4, снабженную тремя направляющими 5, которая перемещается с помощью приводного устройства (не показано) по закрепленным на опорах 6,опорным элементам 7, снабженным подшипниками качения 8. Печь снабжена гидравлическим затвором, выполненным в виде двух кольцевых каналов, 9 выполненных вдоль нижних частей стенок корпуса 1, ниже пода 3 и заполненных водой и подвижных элементов, выполненных в виде юбок 10, верхние части которых жестко закреплены к нижним краям вращающегося пода 3, а нижние края юбок 10 погружены в воду и к ним свободно прикреплены скребки 11. В днищах каналов 9 выполнены приямки 12.
Печь работает следующим образом. Подвижный под 3, установленный на платформы 4 перемещается по опорным элементам 7, снабженным подшипниками качения 8 с помощью приводного устройства. Исходный железо-углеродсодержащий материал подается на под печи и перемещается по внутреннему пространству печи последовательно проходя стадии нагрева, высокотемпературной обработки и восстановления металла из оксида с образованием шлака. Затем продукты реакции охлаждаются, удаляются с пода разгрузочным устройством. Частицы материала (продуктов реакции), так или иначе попадающие в зазор между боковыми концами пода 3 и футеровкой печи 2, попадают в кольцевые каналы 9, выполненные вдоль нижних частей стенок корпуса 1 ниже пода 3, а скребки 11, установленные внутри каналов 9 и закрепленные к нижним краям элементов 10 гидравлического затвора печи, перемещают попавшие в каналы частицы в приямки 12, выполненные в днищах каналов 10. Попадающий в приямки 12 материал периодически удаляется и возвращается в производство.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить технико-экономические показатели процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом за счет эффективного использования пода печи, обеспечения безаварийной работы оборудования, сокращения потерь материалов, значительного сокращения времени на ремонт и обслуживание оборудования и повышения срока его службы.
Предлагаемое решение не требует существенных усложнений конструкции и значительных материальных затрат и в то же время обеспечивает эффективную безаварийную работу оборудования и повышает срок его службы.
ИНФОРМАЦИЯ
1. А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г.
2. А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г.
3. Патент РФ №2217504, С21В 13/08, 2003 г.