УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Предлагаемое решение относится к технологии восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например железа, в печи с подвижным подом.
Одной из серьезных проблем при производстве металлов прямым восстановлением из оксидов в печах с подвижным подом является проблема стойкости пода. Под воздействием высоких температур, за счет взаимодействия материала пода с обрабатываемым материалом и продуктами реакции, при механической обработке материала и при его выгрузке из печи происходит нарушение целостности материала пода и его разрушение. Следствиями повреждений и разрушений подового материала являются нарушения нормального технологического режима обработки, снижение технико-экономических показателей процесса, аварийные остановки печи и длительные ремонтные простои оборудования.
Известна кольцевая печь для пирометаллургической обработки железных руд (А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г., [1]), выполненная в виде кольцевого туннеля с вращающимся внутри подом, выполненным из несущей металлической рамы, сверху которой располагается подина, изготавливаемая из керамики или жаропрочных сплавов. Печь также содержит загрузочное устройство в виде вибрирующего желоба с челночным передвижением, водоохлаждаемый перемешиватель шихты, приспособления для подсыпки на подину инертных материалов и водоохлаждаемую барабанную фрезу для выгрузки материала.
Выполнение пода в виде сплошного кольца позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс, но, в то же время, значительно усложняется замена (ремонт) поврежденных частей пода. Данная операция требует достаточно длительной остановки печи, что ведет к снижению производительного использования печи, к снижению технико-экономических показателей процесса. В случае использования специальных материалов для пода возрастает их расход, а использование подсыпок на подину из различных материалов ведет к постоянному расходу материала, к повышению себестоимости продукции, к снижению эффективности производства.
Известен способ получения металлического железа и устройство для его осуществления, в котором устройство для получения металлического железа содержит подвижный под, включающий множество подовых элементов, имеющих возможность перемещения по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, устройство для подачи материала на под, нагревающие устройства, встроенные в корпус печи, разгрузочное устройство, устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак (патент РФ №2194771, С21В 13/10, 2002 г., [2])
По технической сущности, наличию сходных признаков: подвижный под, выполненный из подовых элементов, перемещающихся по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства, данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основные недостатки известного решения неполное использование рабочего пространства печи - выполнение подвижного пода не сплошным, а из отдельных поддонообразных элементов, непроизводительное использование площади пода и низкая ремонтноспособность устройства.
Использование отдельных (разделенных) подовых элементов затрудняет загрузку материала на под, ведет к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи, а выполнение элементов поддонообразными затрудняет выгрузку материала с пода.
Процесс прямого восстановления металла из оксида является высокотемпературным процессом и неизбежным следствием этого является нарушение целостности подовых элементов при эксплуатации и необходимости ремонта или замены поврежденных частей. Ремонт или замена должны быть произведены за короткий промежуток времени и качественно для обеспечения эффективности процесса и работы оборудования. В известном решении выполнить эти условия крайне затруднительно. Требуется остановка устройства на длительный промежуток времени для демонтажа вышедшего из строя подового элемента и установки нового.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом.
Техническим результатом является повышение полезной загрузки пода печи и повышение ремонтноспособности устройства за счет сокращения времени и затрат на демонтаж-монтаж поврежденных частей и повышение срока эксплуатации оборудования.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, содержащем подвижный под, выполненный из подовых элементов, перемещающихся по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, устройство для загрузки материала, нагревающие устройства, встроенные в корпус печи, разгрузочное устройство, устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак, направляющие выполнены в виде кругового рельсового пути, под выполнен в виде подовых элементов, установленных на платформы, которые снабжены колесами и скреплены между собой соединительными элементами, а разгрузочное устройство выполнено в виде шнека, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости и установлен с возможностью вертикального перемещения.
Причем, соединительные элементы могут быть выполнены в виде сегментов и снабжены штырями, а ответные части крепежа на платформах снабжены отверстиями под штыри, канал для подачи охлаждающей жидкости может быть выполнен с развитой поверхностью.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- подвижный под;
- под выполнен из отдельных подовых элементов;
- подовые элементы, перемещающиеся по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства;
- корпус печи, перекрывающий весь под сверху;
- устройство для загрузки материала;
- нагревающие устройства, встроенные в корпус печи;
- разгрузочное устройство;
- устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак.
Предлагаемое устройство также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- направляющие выполнены в виде кругового рельсового пути;
- платформы снабжены колесами;
- платформы скреплены между собой соединительными элементами;
- разгрузочное устройство выполнено в виде шнека, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости;
- шнек установлен с возможностью вертикального перемещения.
Кроме того, соединительные элементы могут быть выполнены в виде сегментов и снабжены штырями, а ответные части крепежа на платформах снабжены отверстиями под штыри, канал для подачи охлаждающей жидкости может быть выполнен с развитой поверхностью.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Для обеспечения высоких технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом необходимо максимально эффективно использовать рабочее пространство печи, в том числе площадь вращающегося пода. С другой стороны, учитывая, что процесс является высокотемпературным, возможно взаимодействие обрабатываемого материала с материалом пода, механические повреждения в ходе обработки, то неизбежным следствием является нарушение целостности подовых элементов при эксплуатации и необходимость ремонта или замены поврежденных частей. При этом длительные остановки оборудования крайне нежелательны, как по технологическим, так и по технико-экономическим требованиям.
В предлагаемом техническом решении решаются обе эти задачи. Выполнение направляющих в виде кругового рельсового пути позволяет использовать наборный под из однотипных элементов, как подвижных платформ, снабженных колесами, так и установленных на платформах подовых элементов. Сплошность вращающегося пода достигается использованием однотипных соединительных элементов, устанавливаемых между платформами. Таким образом решаются задачи производительного использования площади пода и производительного расхода тепловой энергии. А использование в конструкции однотипных элементов, выполнение соединительных элементов быстросъемными повышает ремонтноспособность устройства за счет сокращения времени и затрат на демонтаж-монтаж поврежденных частей (замену отдельных элементов).
Выполнение разгрузочного устройства в виде охлаждаемого шнека, установленного с возможностью вертикального перемещения направлено на повышение эффективности разгрузки полученного материала с пода печи и на повышение срока эксплуатации оборудования.
Выполнение соединительных элементов быстросъемными может быть достигнуто использованием крепежа штырь - соответствующее отверстие. При таком креплении не требуется инструмент, а время монтажа-демонтажа определяется временем установки-съема соединительного элемента.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области показывает следующее.
Известна кольцевая печь для пирометаллургической обработки железных руд (А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г., [1]), содержащая кольцевой вращающийся под, подина которого выполнена из керамики или жаропрочных сплавов с электрообогревом, а разгрузочное устройство выполнено в виде водоохлаждаемой барабанной фрезы.
В отличие от известного решения в предлагаемом решении подина выполнена из однотипных отдельных подовых элементов, установленных на однотипные отдельные платформы, которые снабжены колесами, скреплены между собой соединительными элементами и перемещаются по круговому рельсовому пути с помощью приводного устройства. Разгрузочное устройство в предлагаемом решении выполнено в виде шнека, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости; и при этом шнек установлен с возможностью вертикального перемещения, что расширяет технологические возможности узла разгрузки и повышает срок службы оборудования.
Известна печь для получения губчатого железа, включающая корпус с герметичной термокамерой, сплошной 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 (А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г., [3]).
В отличие от известного решения в предлагаемом решении под выполнен из однотипных отдельных подовых элементов, установленных на однотипные отдельные платформы, которые снабжены колесами, скреплены между собой соединительными элементами и перемещаются по круговому рельсовому пути с помощью приводного устройства. Такое выполнение пода значительно упрощает операции по ремонту и замене частей пода и устройства перемещения пода.
Водоохлаждаемый скребок установлен в известном решении неподвижно относительно пода, что создает в процессе эксплуатации дополнительные нагрузки на механизм вращения и приводит к более быстрому износу деталей этого механизма и к снижению срока службы как скребка, так и механизма вращения. В предлагаемом решении разгрузочное устройство выполнено в виде шнека, снабженного внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости; и при этом шнек установлен с возможностью вертикального перемещения в зависимости от технологических потребностей, что расширяет технологические возможности узла разгрузки и повышает срок службы шнека.
В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся совокупностью признаков, аналогичной с совокупностью признаков предлагаемого решения.
Предлагаемое устройство содержит (фиг.1-3) направляющие 1, в виде кругового рельсового пути, платформы 2, снабженные колесами 3, подовые элементы 4, установленные на платформах 2, соединительные элементы 5, установленные между платформами 2 и скрепляющие их, корпус печи, 6, снабженный футеровкой 7, перекрывающей весь под сверху, устройство для загрузки 8, нагревающие устройства 9, разгрузочное устройство 10, в виде шнека 11, внутренняя полость которого снабжена каналом с развитой поверхностью для потока охлаждающей жидкости 12. Шнек 11 закреплен на стойках 13 с возможностью вертикального перемещения. Соединительные элементы 5 снабжены штырями 14, а на уступах платформ 15 выполнены отверстия 16 под штыри 14.
Технологический процесс с использованием данного устройства осуществляется следующим образом.
Платформы 2, снабженные колесами 3 перемещаются по направляющим 1 (по круговому рельсовому пути) с помощью приводного устройства 17. С помощью устройства для загрузки 8 на под печи, образованный подовыми элементами 4, подается исходный железо-углеродсодержащий материал. Нагрев материала осуществляется нагревающими устройствами 9 в виде газовых горелок, встроенных в корпус печи 6. При нагреве происходит восстановление металла из оксида с образованием шлака. Затем продукты реакции охлаждаются, удаляются с пода шнеком 11, который устанавливают на необходимую высоту на стойках 13. и через внутренний канал 12 которого подают воду. Затем полученный материал дополнительно охлаждают, подвергают грохочению и магнитной сепарации для разделения металла и шлака.
При нарушении целостности подовых элементов 4 (повреждения, разрушения), неисправностях платформы, препятствующих нормальному течению технологического процесса, после выгрузки продуктов реакции производится кратковременная остановка приводного устройства 17, съем соединительных элементов 5 с обеих сторон платформы 2 с поврежденным подовым элементом 4 и данная платформа 2 удаляется, а на ее место устанавливается новая, устанавливаются соединительные элементы 5 и устройство запускается в работу.
При необходимости может быть произведена замена подового элемента 4 при кратковременной остановке приводного устройства 17. Подовый элемент 4 удаляется грузоподъемным механизмом, на его место устанавливается новый и устройство запускается в работу.
Применение в предлагаемом устройстве для выгрузки продукта водохлаждаемого шнека, при установке его с возможностью вертикального перемещения, повысит эффективность работы разгрузочного устройства и повысит срок его службы.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить технико-экономические показатели процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом за счет эффективного использования пода печи, сокращения непроизводительного расхода тепловой энергии, значительного сокращения времени на ремонтное обслуживание и повышения срока службы оборудования.
ИНФОРМАЦИЯ
1. А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г.
2. Патент РФ №2194771, С21В 13/10, 2002 г.
3. А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г.