СИСТЕМА СУХОГО ГРАНУЛИРОВАНИЯ ШЛАКА
DRY SLAG GRANULATION SYSTEM

Данное изобретение относится к способу и устройству сухого гранулирования шлака.
Шлаковый материал может быть на основе металла, такого как железо; оксида металла, такого как оксид титана; неметалла, такого как шлак, создаваемый в качестве побочного продукта процесса получения металлов; или их смесей.
Сухое гранулирование шлака является относительно слабо разработанной технологией, в которой используется вращающийся распылитель, обычно чаша или стол, для преобразования расплавленного шлака (например, полученного в качестве побочного продукта производства металла в шахтной печи) в гранулы, без добавления воды для охлаждения и затвердевания шлака. Примеры устройств и способов сухого гранулирования шлака указаны в GB 2148330, ЕР 0605472 и ЕР 0804620. Расплавленный шлак из шахтной печи подают в устройство сухого гранулирования шлака для гранулирования либо в центр чаши или диска, либо на кольцевую поверхность, концентричную центральной оси чаши или стола, как в GB 840632; с целью добавления воздуха в гранулят через центр кольцевой поверхности, и вращающийся распылительный гранулятор отбрасывает расплавленные шарики, которые проходят через окружение и частично затвердевают с образованием гранул. Струя этих гранул отбрасывается по 360° окружности вращающегося распылителя, и гранулы собираются в желобе у основания распылителя. В результате трудно размещать установку для гранулирования шлака в литейном дворе вблизи шахтной печи, так что расплавленный шлак необходимо транспортировать на большое расстояние перед гранулированием, и установка имеет большую опорную поверхность. Для установки диаметром 20 м точка разлива расплавленного шлака находится на расстоянии 10 м от стенки грануляционной установки.
Как указано в находящейся одновременно на рассмотрении патентной заявке РСТ/ЕР2012/066102, возможно ограничение рассеяния гранулята более ограниченным углом, при использовании эксцентричной точки падения на вращающийся диск.
Согласно одному аспекту изобретения, устройство сухого гранулирования шлака содержит корпус гранулирования шлака, имеющий проем для струи гранулированного шлака; впуск для подачи шлака; вращающийся распылительный гранулятор с диском для приема шлака от впуска для подачи шлака и его гранулирования; датчик, направленный в зону упомянутого проема, и контроллер для управления относительным перемещением впуска для подачи шлака и вращающегося распылительного гранулятора в ответ на сигналы, принимаемые от датчика.
Предпочтительно, датчик представляет собой инфракрасный датчик, оптический датчик или датчик соударения.
Инфракрасный датчик является предпочтительным, поскольку он имеет преимущество обеспечения мониторинга плотности тепла.
Относительное перемещение впуска для подачи шлака и вращающегося распылительного гранулятора может достигаться посредством перемещения как впуска для подачи шлака, так и вращающегося распылительного гранулятора или посредством перемещения одного из них и удерживания другого в фиксированном положении, однако предпочтительно вращающийся распылительный гранулятор является подвижным, а впуск для подачи шлака является фиксированным.
Предпочтительно, корпус гранулирования шлака дополнительно содержит основание, стенку и крышу.
Обычно предпочтительной является прямоугольная конструкция с четырьмя боковыми стенками, однако можно использовать также другие формы, такие как овальная стенка или трапециевидная стенка.
Вентиляционные отверстия для воздуха могут быть предусмотрены в стенках корпуса гранулирования шлака, однако устройство сухого гранулирования шлака предпочтительно дополнительно содержит вентиляционные отверстия для воздуха в основании корпуса гранулирования шлака.
Устройство сухого гранулирования шлака может быть снабжено одним или несколькими воздушными выходами в одной или нескольких боковых стенках корпуса, однако предпочтительно устройство сухого гранулирования шлака дополнительно содержит воздушный выход для воздуха в крыше корпуса.
Предпочтительно, устройство сухого гранулирования шлака дополнительно содержит механизм рекуперации теплоты, соединенный с воздушным выходом.
Предпочтительно, вращающийся распылительный гранулятор имеет диск, имеющий центральную ось вращения; впуск для подачи потока шлака и контроллер положения, при этом точка падения потока шлака на диск из впуска для подачи потока шлака смещена и не является концентричной центральной оси вращения диска вращающегося распылительного гранулятора.
Согласно второму аспекту данного изобретения, способ сухого гранулирования шлака содержит позиционирование вращающегося распылительного гранулятора под впуском для подачи шлака, подачу шлака; образование струи шлака посредством вращения диска вращающегося распылительного гранулятора в корпусе сухого гранулирования шлака; задание целевой зоны в проеме для струи гранулированного шлака и доли целевой зоны, подлежащей перекрытию при ожидаемой форме струи шлака; прием сигналов от датчика, указывающего фактическую долю целевой зоны, перекрываемой струей шлака; сравнение фактической доли перекрытия и ожидаемой доли перекрытия и управление относительным перемещением вращающегося распылительного гранулятора и впуска для подачи шлака, если результат сравнения выходит за заданный диапазон.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит использование инфракрасного датчика, оптического датчика или датчика соударения для приема сигналов, указывающих фактическую долю целевой зоны, перекрываемой струей шлака.
Вращающийся распылительный гранулятор, или впуск для подачи шлака, или их оба можно перемещать, если разница фактической доли перекрытия и ожидаемой доли перекрытия находится вне заданного диапазона, однако способ предпочтительно дополнительно содержит удерживание впуска для подачи шлака в фиксированном положении и перемещение направленного гранулятора.
Предпочтительно, диапазон перекрытия составляет от 0% до 10%.
Ниже приводится описание примера выполнения устройства сухого гранулирования шлака и способа его работы, согласно данному изобретению, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - устройство сухого гранулирования шлака, подходящее для использовании в данном изобретении, в изометрической проекции;
фиг. 2 - устройство сухого гранулирования шлака, согласно фиг. 1, на виде сверху;
фиг. 3 - вариант выполнения устройства сухого гранулирования шлака, согласно данному изобретению, включающий вращающийся распылительный гранулятор, согласно фиг. 1 и 2;
фиг. 4 - устройство, согласно фиг. 3, на виде сбоку;
фиг. 5 - пример распределения гранулята в устройстве сухого гранулирования шлака, согласно фиг. 3, в первом положении вращающегося распылительного гранулятора, на виде сверху;
фиг. 6 - пример распределения гранулята в системе устройстве сухого гранулирования шлака, согласно фиг. 3, после перемещения вращающегося распылительного гранулятора во второе положение, на виде сверху;
фиг. 7 – блок-схема способа сухого гранулирования шлака, согласно данному изобретению;
фиг. 8 - альтернативный вариант выполнения устройства сухого гранулирования шлака, согласно данному изобретению, с использованием решетки датчиков соударения, на виде сбоку;
фиг. 9а, 9b и 9с - вариант выполнения изобретения, в котором имеется относительное перемещение впуска для подачи шлака относительно вращающегося распылительного гранулятора; и
фиг. 10 и 10b - перемещение вверх и вниз впуска 42 для подачи шлака.
Данное изобретение относится к устройству сухого гранулирования шлака, содержащему вращающийся распылительный гранулятор с диском для сухого гранулирования шлака. Описание устройства для сухого гранулирования шлака приведено в находящейся одновременно на рассмотрении патентной заявке РСТ/ЕР2012/066102 и оно показано на фиг. 1 и 2. Однако устройство сухого гранулирования шлака можно использовать с гранулятором для сухого гранулирования шлака других конструкций, и изобретение не ограничивается описанным вариантом выполнения. Вращающийся распылительный гранулятор 8 показан на фиг. 1. На корпус 18 опирается диск, который может быть снабжен возвышающимися секциями 27, расположенными под углом вокруг центрального вращающегося приводного вала 16. Вращающийся распылительный гранулятор может быть также снабжен вентиляционными отверстиями 15 для охлаждающего воздуха в опоре 28 для диска корпуса 18. Приводной вал 16 установлен с возможностью перемещения с помощью исполнительного механизма, показанного в виде подвижной пики 12, соединенной с опорой 28. Пика 12 выполнена в виде полой направляющей, через которую можно направлять струю 14 сжатого воздуха для подачи охлаждающего воздуха во вращающийся распылительный гранулятор и в которой может быть также размещен второй приводной вал 13 для вращения по стрелке 30, который соединен с приводным валом 16 для приведения во вращение вращающегося распылительного гранулятора. Место 19 падения шлака смещено от центральной оси 29 вращения диска вращающегося распылительного гранулятора и не концентрично оси и показанному направлению 17 вращения. Затем гранулированный шлак отбрасывается в показанном направлении 7. При нанесении шлака кольцеобразно управление направлением, достигаемое за счет смещения единственной точки падения от центральной оси, не достигается, и шлаковый гранулят отбрасывается на 360°, как при падении на центр вращающегося диска вращающегося распылительного гранулятора.
Как показано на фиг. 2, приводной вал 16 соединен со вторым приводным валом 13 через сцепление 31. Точка 19 падения шлака смещена от центральной оси 29 вращающегося диска вращающегося распылительного гранулятора. Может быть предусмотрена отражательная плита 26 на одной стороне вращающегося распылительного гранулятора, что обеспечивает возможность управления направлением распределения гранулированного шлака с вращающегося диска. Когда шлак падает на диск вращающегося распылительного гранулятора, то трение между шлаком и диском приводит к перемещению шлака к кромке упомянутого диска. Для предотвращения простого наливания шлака в точку падения возвышенные секции способствуют процессу. Если процесс происходит правильно, то отражательная плита не требуется. Однако преимущество отражательной плиты состоит в том, что она действует в качестве задней стенки, так что гранулированный шлак, проходящий в неправильном направлении, не попадает на отражательную плиту, и при необходимости пику, гранулятор, отражатель можно совместно удалять для чистки, вместо направления персонала в ограждение для чистки.
Вращающийся распылительный гранулятор позволяет находиться точке разлива у боковой стенки, а не в центре гранулятора, с целью уменьшения всей поверхности опоры. Пика обеспечивает возможность перемещения диска вращающегося распылительного гранулятора в струю и из струи, с целью обеспечения постоянного направления выброса, и при необходимости диск можно заменять для технического обслуживания вдали от опасной зоны. Перемещение диска в струю и из струи происходит в ответ на сигнал датчика положения, обнаруживающего точку падения шлака из впуска для подачи шлака, и сравнивается фактическая точка падения с ожидаемой точкой падения. Если точка падения расположена слишком близко к центральной оси, то распределение шлака является более широким и менее направленным.
Однако по соображениям защиты окружающей среды желательно иметь возможность рекуперации теплоты из процесса, и эта рекуперация теплоты должна быть возможно более эффективной. Первый пример выполнения устройства сухого гранулирования шлака, согласно данному изобретению, показан на фиг. 3. Корпус 40 гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака выполнен вблизи литейного двора, и шлаковая канавка 66 в полу 41 литейного двора проходит в виде впуска 42 для подачи шлака в корпус 40 гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака. Вращающийся распылительный гранулятор для сухого гранулирования шлака установлен под впуском 42 для подачи шлака для вращения в направлении 17. Перемещение пики 12, указанное стрелкой 43, изменяет положение точки 19 падения шлака. Шлаковый поток 11 отбрасывается в проем для струи гранулированного шлака в корпусе гранулирования шлака, как обозначено стрелкой 44, после соударения с вращающимся диском и ударяется в стенку 45 или в основание 46 корпуса 40 у дальнего конца корпуса гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака. Основание 46 может быть образовано жидкотекучим слоем, и корпус 40 гранулирования шлака может быть снабжен вентиляционными отверстиями 47 для охлаждающего воздуха как в основании 46, так и в концевых и боковых стенках 45, 63. Воздушный выход 48 поддерживает поток воздуха через корпус гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака, и нагретый воздух, который прошел через поток гранулированного шлака, проходит в механизм рекуперации теплоты (не изображен). Доля тепла, создаваемого во время процесса сухого гранулирования шлака, затем улавливается в процессе рекуперации теплоты.
Для оптимизации корпуса гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака для рекуперации теплоты желательно правильное расположение вращающегося распылительного гранулятора под выходом шлаковой канавки. Хотя использование датчика положения, как указано в РСТ/ЕР2012/066102, помогает удерживать точку падения в заданном положении и компенсировать небольшие перемещения или вибрации, которые могут перемещать ее из заданного положения, это не решает проблему оптимизации корпуса гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака для рекуперации теплоты. Для обеспечения этого предусмотрен датчик. В примере выполнения, описание которого приводится применительно к фиг. 3-7, датчик является инфракрасной камерой 49, предусмотренной в корпусе гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака, однако можно использовать также другие типы датчика. В предпочтительном варианте выполнения камера расположена наверху стенки или на крыше корпуса гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака и направлена вниз на зону 61, включающую кромку диска, удаленную от шлаковой канавки, и часть корпуса гранулирования шлака в желаемом направлении выброса. В качестве альтернативного решения, камера может быть подвешена на крыше или установлена на полке или на боковой стенке, при условии, что она может отображать требуемую зону конуса распыления шлака из этого положения.
Для оптимизации возможно большей рекуперации теплоты поток воздуха, входящий через каналы 47, проходит над струей отбрасываемого шлака, так что важным является управление фактической, а не ожидаемой формой отбрасывания шлака, с целью получения равномерного покрытия слоя шлака, образованного в зоне или в разрешенной зоне проема для струи расплавленного шлака. При отбрасывании шлака от вращающегося диска в правильном направлении или нет по меньшей мере часть его проходит над сжиженным слоем и вентиляционными отверстиями 47 для воздуха, обычно с образованием слоя шлака. При охлаждении шлака на стадии 58 тепло передается на стадии 59 в проходящий технологический воздух. Нагретый воздух выпускается через воздушный выход 48 и проходит на стадии 60 в устройство рекуперации теплоты. Однако, когда форма падения находится вне разрешенной зоны, то форма падения шлака включает лишь ограниченную секцию вентиляционных отверстий для воздуха и сжиженного слоя. Инфракрасная камера контролирует форму распределения расплавленного шлака, выходящего от вращающегося диска, и обеспечивает основу для перемещения вращающегося диска, имеющего пику для точного позиционирования, требуемого для полного использования пространства, выделенного для системы сухого гранулирования шлака для рекуперации теплоты. Плотность тепла, излучаемого из падающего шлака, которая контролируется камерой, связана со скоростью потока шлака, и поэтому ее можно также использовать для оптимизации скорости вращения диска.
Как показано на фиг. 7, работа устройства сухого гранулирования шлака включает позиционирование на стадии 50 вращающегося распылительного гранулятора 8 с диском под впуском 42 для подачи шлака в первоначальное положение, которое может быть задано на основании ожидаемой скорости потока и желаемого направления отбрасывания гранулированного шлака. На стадии 51 инициируют поток шлака, и на стадии 52 получают изображение или последовательность изображений, с использованием инфракрасной камеры 49. Ожидаемую форму отбрасывания шлака для данной скорости потока шлака и скорости вращения вращающегося распылительного гранулятора и точку падения 19 шлака на диск можно выводить заранее, и фактическую форму выбрасывания шлака, измеряемую с помощью камеры, сравнивают на стадии 53 с ожидаемой формой. Если полученный на стадии 54 результат сравнения показывает, что часть формы 44а и направление выброса шлака находятся снаружи разрешенной зоны, например, как показано на фиг. 5, где большинство шлака находится на одной стороне от центральной точки зоны 61 изображения, что указывает на то, что часть шлака находится снаружи этой зоны, то на стадии 56 приводят в действие пику 12 для перемещения вращающегося распылительного гранулятора в положение с точкой падения, которая устраняет эту погрешность. Дополнительные изображения или последовательности изображений получают с помощью камеры и на стадии 57 проверяют форму, полученную в новом положении. Если эта форма 44b не выходит на стадии 54 за разрешенную зону, например, как показано на фиг. 6, то вращающийся распылительный гранулятор на стадии 55 оставляют в новом положении. Если все еще имеется часть формы вне зоны 61 и если эта часть превышает разрешенный допуск, например, больше 5%, то на стадии 56 снова перемещают вращающийся распылительный гранулятор с помощью пики. Дополнительные проверки можно выполнять в заданные интервалы времени, не изменилась ли точка падения шлака за счет либо изменения скорости потока, либо нежелательного перемещения вращающегося распылительного гранулятора.
Процесс в основном автоматизирован за счет того, что управляющий процессор в контроллере принимает данные изображений, сравнивает их с находящимися в памяти данными и выдает команды в исполнительный механизм. Однако данные, полученные во время работы, могут также передаваться оператору на участке мониторинга в безопасном удаленном положении. Это может включать также возможность входа оператора в установочные и опорные данные контроллера.
Таким образом, устройство сухого гранулирования шлака, описание которого приведено выше, улучшено за счет мониторинга формы рассеяния распыленного шлака и управления пикой для обеспечения формы распределения гранулята и оптимизации плотности его потока. Управляемое распределение означает, что стенки корпуса гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака могут быть перемещены внутрь на величину зоны, где не происходит распределение гранулированного шлака, что приводит к значительному уменьшению общего размера гранулятора. Корпус гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака обычно является прямоугольным, что является улучшением по сравнению с не направленными устройствами сухого гранулирования шлака, согласно уровню техники, для которых необходима круговая стенка и длинная шлаковая канавка с длиной, соответствующей по меньшей мере радиусу круга. Однако можно использовать также другие формы, такие как вытянутая овальная или трапециевидная форма корпуса гранулирования шлака, для обеспечения преимущества расположения точки падения вблизи литейного двора и уменьшения общей поверхности основания.
Указанный выше инфракрасный датчик может быть заменен оптическим датчиком в том же положении. Оптический датчик способен давать изображение границ отбрасываемой струи шлака и тем самым обеспечивает возможность сравнения с требуемыми границами для достаточно эффективной рекуперации теплоты. Принципы работы и сравнения ожидаемых и фактических форм отбрасывания шлака те же, что и в примере выполнения с инфракрасной камерой, показанном на фиг. 3-7, и поэтому не повторяются. Однако оптический датчик не способен определять плотность тепла, излучаемого падающим шлаком, так что в отличие от использования инфракрасной камеры оптический датчик не обеспечивает преимущество оптимизации скорости вращения диска.
В альтернативном варианте выполнения, показанном на фиг. 8, вместо использования инфракрасного датчика для определения формы отбрасывания шлака используется датчик соударения. Датчик соударения содержит матрицу датчиков 64 на решетке, распределенных в корпусе гранулирования шлака устройства сухого гранулирования шлака на достаточной высоте над основанием и вентиляционными отверстия для воздуха, так что слой гранулированного шлака образуется между основанием и решеткой. Желательно, чтобы слой образовывался возможно ровным, с целью предотвращения прохождения воздуха по предпочтительному пути прохождения в зоне, где слой тоньше, чем в других зонах. Чем дальше шлак пролетает через корпус гранулирования шлака перед образованием слоя, тем лучше он затвердевает, так что длинный, узкий путь полета более предпочтителен, чем короткий и широкий, с образованием слоя шлака в разрешенной зоне в направлении наибольшей длины проема для струи гранулированного шлака в корпусе гранулирования шлака. Практические ограничения определяют пространство, доступное для подлежащего образованию слоя, и эту информацию можно использовать в качестве основания для установки датчиков соударения внутри желаемой зоны для образования слоя и датчиков вне этой зоны. Сигналы от матрицы датчиков соударения используются для определения, обеспечивает ли фактическая струя отбрасываемого шлака желаемое ровное покрытие. На основании сравнения предварительно внесенных в память данных об ожидаемой зоне соударения струи шлака, отбрасываемой в корпусе гранулирования шлака над вентиляционными отверстиями, и сжиженном слое, можно затем, соответственно, регулировать относительное положение вращающегося распылительного гранулятора и впуска 42 для подачи шлака.
Если слой гранулированного шлака просто отбрасывается и накапливается, другим способом обнаружения, является ли слой ровным, является мониторинг глубины слоя в желаемой зоне и регулирование относительного положения вращающегося распылительного гранулятора и впуска для подачи шлака, так что зоны с недостаточным покрытием получают больше шлака для компенсации. Глубину слоя шлака можно измерять с использованием радарного датчика, определяющего уровень верхней поверхности слоя, или лазерного сканирования верхней поверхности (не изображено).
В приведенных выше примерах выполнения предполагалось, что впуск 42 для подачи шлака неподвижен, а вращающийся распылительный гранулятор перемещается на своей пике 12 с целью коррекции любой определяемой разницы между ожидаемым положением струи отбрасываемого шлака и фактическим положением струи отбрасываемого шлака. Однако имеются альтернативные решения, которые можно также использовать. В одном варианте выполнения вращающийся распылительный гранулятор установлен неподвижно, а впуск 42 для подачи шлака подвижен. Этого можно достигать за счет использования установленного с возможностью наклона разливочного устройства (не изображено) с одним или несколькими выходами, каждый из которых используется в соответствии с тем, на какое место вращающегося диска должен попадать шлаковый поток. В другом примере выполнения как вращающийся распылительный гранулятор, так и впуск для подачи шлака способны перемещаться, и решение о перемещении одного или другого или обоих принимается в зависимости от степени и направления перемещения, требуемого для коррекции определяемой погрешности фактической струи отбрасываемого шлака. На фиг. 9а, 9b, 9с, 10а и 10b показано перемещение впуска 42 для подачи шлака. При предположении, что центральная ось 65 проходит вдоль длины впуска 42 для подачи шлака, когда он находится в неподвижном положении, возможно перемещение впуска для подачи шлака в одну или другую сторону относительно центральной оси 65 неподвижного положения (см. фиг. 9а, 9b, 9с) или наклон впуска для подачи шлака (см. фиг. 10а, 10b), так что возможно увеличение или уменьшение расстояния его открытого конца от центральной оси вращающегося распылительного гранулятора, в зависимости от типа соединения, используемого между шлаковой канавкой 66 в полу литейного двора и впуском для подачи шлака.
Относительно способа работы, описание которого приведено выше со ссылками на фиг. 7, вместо стадий 55 и 56 сохранения положения вращающегося распылительного гранулятора или перемещения вращающегося распылительного гранулятора в новое положение, в случае возможности перемещения также впуска 42 для подачи шлака или перемещения его одного вместо вращающегося распылительного гранулятора, на стадии 57 сохраняется положение вращающегося распылительного гранулятора и впуска для подачи шлака, а на стадии 56 осуществляется перемещение одного из них или как вращающегося распылительного гранулятора, так и впуска для подачи шлака в новое положение, так что изменяется их положение относительно друг друга. При подходящем управлении комбинация перемещения впуска для подачи шлака вдоль центральной оси 65 ближе или дальше от литейного двора и перемещения пики, которая предназначена для перемещения вращающегося распылительного гранулятора под правильными углами относительно перемещения впуска для подачи шлака ближе или дальше от конца впуска для подачи шлака, как обозначено стрелкой 43, можно регулировать точку падения шлака без необходимости поворотного соединения на впуске для подачи шлака.