КОЛОСНИК ОБЖИГОВОЙ МАШИНЫ
GRATE OF A ROASTING MACHINE

Изобретение относится к области горнодобывающей и металлургической промышленности и может быть использовано для обжига металлургического сырья на решетке обжиговой машины.
При обжиге металлургического сырья материал располагается на рабочей поверхности колосника. За счет теплообмена со слоем раскаленного материала и окислительного газа-теплоносителя колосники нагревается до очень высокой температуры. По этой причине колосник изготавливают из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей типа стали марки 40Х24Н12СЛ (ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия). Основными причинами выхода из строя стальных колосников являются трещинообразование, высокотемпературная газовая коррозия и коробление. Коррозионностойкие и жаростойкие чугуны в значительно большей степени противостоят газовой коррозии и высокотемпературному короблению, чем указанные стали. Однако промышленные испытания чугунных колосников показали их низкую стойкость вследствие хрупкого разрушения при термических напряжениях, что обусловлено высокой хрупкостью чугуна. Термические напряжения, приводящие к разрушению чугунных колосников, вызваны большой разницей температуры между рабочей поверхностью и нижней частью тела колосника.
Известен колосник по патенту РФ на изобретение №2023224. Колосник состоит из тела с рабочей поверхностью и донной частью, выполненной с выступом, симметричным относительно плоскостей симметрии колосника. Колосник снабжен дистанционными планками и сопряженными с выступом с рожками. Выступ выполнен на всю длину донной части и имеет переменное сечение. Площади поперечных сечений тела колосника в пределах длины донной части выполнены с уменьшением от осевого сечения к периферии, а соотношение площади осевого сечения и площади наименьшего сечения выступа составляет 1,4-1,6.
Колосник работает следующим образом. При прохождении зоны обжига на рабочую поверхность тела колосника воздействует высокотемпературное поле, вызывающее неравномерный нагрев в разных участках колосника. Выполнение донной части колосника с выступом переменного сечения, имеющим максимальный размер в осевом сечении, обеспечивает эффективный отбор тепла в центральной зоне с последовательным уменьшением теплоотвода к концам колосника, что способствует более равномерному распределению тепла по длине к сечению колосника. Этим обеспечивается снижение напряжений, возникающих при большом перепаде температур, и, следовательно, увеличивается его надежность и долговечность. Однако снижение термических напряжений происходит только в средней части тела колосника.
Как показывает опыт эксплуатации сходных колосников, выполнение сечения рабочего тела переменным не обеспечивает достаточное снижение разности температуры между рабочей поверхностью и нижней частью тела колосника и, следовательно, долговечность работы колосника.
Известен колосник колосниковой тележки, описанный в а.с. СССР №1183806.
Колосник включает верхние и нижние рожки и основанное тело. Нижняя часть колосника в сечении имеет форму четырехугольника. В соответствии с изобретением нижняя часть сечения колосника выполнена с параллельными сторонами, перпендикулярными основанию. Отношение высоты верхних рожков колосника к толщине составляет, в соответствии с этим изобретением, 1,5-2,25.
В этом техническом решении применены принципы снижения температуры рабочей поверхности колосника за счет повышения массивности его нижней части вследствие выполнения нижней части сечения колосника с параллельными сторонами. Таким образом, нижняя часть выполняет функции «холодильника». Теплообмен происходит через боковые стороны.
Однако эта конструкция не обеспечивает достаточно эффективный теплообмен, поскольку большая часть отводимого тепла остается в теле колосника, что не обеспечивает достаточное охлаждение рабочей поверхности. Это препятствует использованию в качестве материала для изготовления колосников коррозионностойкого жаропрочного чугуна и существенно увеличивает стоимость таких изделий.
Известен колосник агломерационной или обжиговой машины (а.с. СССР №1341477), включающий нижние и верхние опорные рожки, дистанционные планки, и рабочее тело, образованное верхней рабочей, нижней, а также боковыми поверхностями. Дистанционные планки размещены у основания рабочего тела и верхних опорных рожков. Величина отношений высоты дистанционных планок к высоте колосников составляет 0,3-0,5. Этим обеспечивает более равномерное распределение массы рабочей поверхности, что устраняет неравномерность нагрева по длине колосника. Однако некоторое выравнивание температурных полей происходит только в верхней части колосника, что не обеспечивает снижение термических напряжений в общем объеме колосника до величин, позволяющих применять для его изготовления чугун
Задача, на которую направлено предлагаемое техническое решение - повышение эффективности работы обжиговой машины путем создания конструкции колосника, обеспечивающей уменьшение разности температуры между рабочей поверхностью и нижней частью тела колосника до значений, при которых возникающие термические напряжения в теле колосника не превышают предел прочности высоколегированного жаростойкого чугуна, и тем самым обеспечить возможность использования для изготовления колосников коррозионностойкого жаропрочного чугуна взамен жаростойкой жаропрочной стали, при одновременном снижении трудоемкости и себестоимости изготовления колосников.
Поставленная задача решается тем, что в колоснике обжиговой машины, включающем нижние и верхние опорные рожки, дистанционные планки, рабочее тело, образованное верхней рабочей и нижней поверхностями, а также боковыми поверхностями, в соответствии с предлагаемым изобретением ширина основания нижнего опорного рожка составляет 0,85-1,20 от высоты тела, а дистанционные планки выполнены ниже уровня рабочей поверхности на величину равную 0,20-0,60 высоты тела, при этом на боковой поверхности нижних опорных рожков выполнены теплоотводящие ребра.
Отвод тепла от рабочей поверхности в предлагаемом техническом решении осуществляется одновременно тремя способами:
1. Увеличение массы основания нижнего опорного рожка путем увеличения его ширины до значения 0,85-1,25 от высоты тела колосника. В результате этого усиливается отвод тепла от нижней части тела колосника, а следовательно интенсивнее охлаждается и рабочая поверхность.
2. Выполнение дистанционных планок ниже уровня рабочей поверхности на величину равную 0,20-0,60 высоты тела увеличивает соотношение массы нижней части тела колосника к массе его верхней части. Это усиливает теплоотвод от рабочей поверхности.
3. Теплоотводящие ребра на боковой поверхности нижних опорных рожков отдают тепло газу-теплоносителю, который в области расположения нижних опорных рожков имеет относительно невысокую температуру вследствие теплообмена с обжигаемым материалом.
Одновременное использование в предлагаемом колоснике всех трех вышеперечисленных способов охлаждения рабочей поверхности позволяет понизить ее температуру до значений, при которых возникающие термические напряжения не превышают временное сопротивление растяжению и изгибу жаропрочного жаростойкого чугуна.
Изобретение поясняется примером выполнения колосника обжиговой машины, представленном на чертежах, на которых:
Фиг.1 изображает вид спереди колосника, выполненного согласно предлагаемому изобретению,
Фиг.2 изображает вид сверху колосника, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.3 изображает сечение A-A колосника, показанного на фиг.1, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.4 изображает вид сбоку колосника, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением.
Колосник обжиговой машины состоит из тела 1 с дистанционными планками 2, верхних опорных рожков 3, нижних опорных рожков 4 и теплоотводящих ребер 5. Верхние опорные рожки конструктивно являются продолжением тела колосника. Дистанционные планки 2 располагаются на теле 1 колосника и на верхних опорных рожках 3. Нижние опорные рожки 4 включают вертикальную часть, соединенную с телом колосника и горизонтальную часть, на которую опирается колосник при движении тележки на холостом ходу в перевернутом положении. Теплоотводящие ребра 5 выполнены на вертикальной и горизонтальной частях нижних опорных рожков 4.
Как показали проведенные исследования, в предлагаемой конструкции колосника термические напряжения не превышают временное сопротивление растяжению и изгибу жаропрочного чугуна при условии, что ширина основания нижнего опорного рожка составляет 0,85-1,25 от высоты тела, т.е. C=(0,85-1,25)D, где C - ширина основания нижнего опорного рожка, D - высота тела колосника.
Так как основание нижнего опорного рожка примыкает к нижней части тела колосника, то это равнозначно увеличению массы нижней части колосника. Минимальное значение отношения ширины основания нижнего опорного рожка к высоте тела колосника, при котором предел прочности используемого жаростойкого чугуна уже превышает возникающие термические напряжения, составляет 0,85. С увеличением этого отношения запас прочности колосников из чугуна возрастает. Однако при этом увеличивается и масса колосника, а следовательно и его стоимость. При значении отношения ширины основания нижнего опорного рожка к высоте тела колосника более 1,25 повышение стоимости колосника за счет увеличения его массы становится экономически не выгодным. Поэтому верхняя граница указанного соотношения установлена 1,25.
Дистанционные планки 2 находятся ниже рабочей поверхности на величину E=(0,20-0,60)D, а на боковой поверхности нижних опорных рожков 4 выполнены теплоотводящие ребра 5.
Чем ниже уровня рабочей поверхности расположены дистанционные планки, тем в большей степени увеличивается теплоотвод от рабочей поверхности и, следовательно, тем в большей степени уменьшаются термические напряжения в теле колосника. Реальное снижение термических напряжений начинает наблюдаться при расположении дистанционных планок ниже уровня рабочей поверхности на величину равную 0,20 высоты тела колосника. На основании этого выбрана верхняя граница расположения дистанционных планок. Величина площади соприкосновения опорных планок соседних колосников определяет устойчивое положение их на обжиговой машине. Чем меньше площадь соприкосновения, тем менее устойчивость колосников друг относительно друга. При чрезвычайно малой площади соприкосновения рабочее положение колосников на обжиговой машине будет нарушено и работа обжиговой машины будет невозможна. Минимально допустимая площадь соприкосновения, при которой еще не нарушается режим работы обжиговой машины, обеспечивается при расположении дистанционных планок на величину не ниже 0,60 высоты тела колосника. На этом основании выбрана нижняя граница расположения дистанционных планок.
Для того чтобы не менять зазор между колосниками, теплоотводящие ребра 5 не должны выступать за плоскость стыковки дистанционных планок 2 соседних колосников. Ширина теплоотводящих ребер 5 определяется экспериментально исходя из конкретных условий и фактически близка к высоте дистанционных планок 2.
Опытно-промышленная партия предлагаемых колосников была изготовлена из жаростойкого чугуна марки ЧХ32 по ГОСТ7769-82 (чугун легированный для отливок со специальными свойствами). Этот чугун имеет следующие механические свойства: временное сопротивление растяжению не менее 290 МПа, изгибу - не менее 490 МПа. Колосники использовались на обжиговой машине для обжига железорудных окатышей. В течение всего периода эксплуатации этих колосников поломки их, вызванные термическими напряжениями, а также разгаром, коррозией и короблением, отсутствовали. Отливка колосников из чугуна марки ЧХ32 менее трудоемка и дешевле, чем из стали марки 40Х24Н12СЛ.
Таким образом, предлагаемая конструкция колосника обжиговой машины обеспечивает повышение эффективности работы обжиговой машины вследствие создания конструкции колосника, обеспечивающей уменьшение разности температуры между рабочей поверхностью и нижней частью тела колосника.
Возникающая при работе колосника разность температур снижена до значений, при которых возникающие термические напряжения в теле колосника не превышают предел прочности высоколегированного жаростойкого чугуна. Этим обуславливается возможность использования для изготовления колосников коррозионностойкого жаропрочного чугуна взамен жаростойкой жаропрочной стали, что обеспечивает снижение трудоемкости и себестоимости изготовления колосников.