УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКОМКОВАНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ

Полезная модель относится к области подготовки сырья в черной и цветной металлургии и служит для повышения эффективности окомкования шихты агломерационных и обжиговых фабрик.
Известно устройство для окомкования агломерационной шихты, включающее цилиндрический барабан, загрузочную воронку и разгрузочную камеру, опорные и упорные ролики, привод и узел увлажнения шихты [1].
Известное устройство не отвечает требованиям упрочнения гранул. В барабанном окомкователе должны в основном последовательно совершаться три технологических операции: смешивание шихты с водой, грануляция шихты и упрочнение сформировавшихся гранул. Для первых двух операций оптимальная степень заполнения барабана шихтой находится в пределах от 8 до 12%, а для заключительной - 18÷20%, причем для нее необходимы повышенные динамические и статические нагрузки.
Однако в известном устройстве имеет место обратная картина: по мере приближения материала к разгрузочному концу барабана уменьшается степень его заполнения шихтой с соответствующим ускорением движения потока шихты, сокращением времени ее пребывания в барабане в период упрочнения гранул и с уменьшением динамических нагрузок.
Поэтому с помощью этого устройства нельзя достичь желаемого технического результата по упрочнению гранул, которое необходимо для формирования слоя шихты с высокой газопроницаемостью и, соответственно, производительностью агломерационной машины.
Известно устройство для окомкования агломерационной шихты, состоящее из цилиндрического барабана, загрузочной и разгрузочной камер, опорных и упорных роликов, привода, устройства для увлажнения шихты и кольцевого порога, установленного с разгрузочного конца барабана [2].
Известное устройство позволяет увеличить степень заполнения барабана шихтой и соответственно продолжительности ее пребывания в устройстве. Вместе с тем оно обладает рядом недостатков. Технический эффект кольцевого порога ограничивается увеличением степени заполнения барабана шихтой за счет подпора слоя, причем для решения этой ограниченной задачи кольцевой порог должен иметь большую высоту. Это обусловлено тем, что длина хорды до порога, по которой перемещается в поперечном сечении сверху вниз шихта в оптимальном перекатном режиме, не отличается от длины хорды в гладком барабане. Большая высота порога обусловливает и существенное увеличение степени заполнения барабана шихтой в зонах ее смешивания с водой и грануляции, что ухудшает условия прохождения этих операций. Кольцевой порог также нуждается в постоянной очистке от налипающей на него шихты. При отсутствии очистки на участке перед порогом на поверхности налипшей шихты образуется структура с ячейками, частично переводящая оптимальный перекатный режим в водопадный. От налипшей шихты периодически откалываются крупные образования, попадающие в слой на агломашине.
Поэтому с помощью известного устройства также нельзя достичь желаемого технического результата по упрочнению гранул.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является устройство для окомкования агломерационной шихты, содержащее цилиндрический барабан с бандажами и зубчатым венцом, загрузочный и разгрузочный узлы, привод и вставки в виде усеченных конусов [3]. Нечетные вставки при их последовательной нумерации от загрузочного конца барабана обращены основаниями большего диаметра в сторону загрузки, а четные вставки - основаниями большего диаметра в сторону разгрузки, причем диаметры меньших оснований двух смежных вставок одинаковы. Отношение диаметров большего и меньшего оснований первой вставки равно 2,2:1,2, длина всех вставок одинакова и равна 0,02-0,5 общей длины барабана.
Известное устройство предусматривает установку нескольких конусных вставок, одноименные основания которых обращены с чередованием, как к загрузочному, так и к разгрузочному концам барабана. Конусная вставка, в отличие от подпорного кольца, сама занимает определенный объем и потому более эффективно увеличивает степень заполнения барабана шихтой. Однако большая степень заполнения барабана шихтой нужна только в его последней зоне, где происходит упрочнение гранул. Размещение же конусной вставки в начале или середине барабана, увеличивая степень его заполнения в этих зонах, неблагоприятно влияет на процессы смешивания шихты с водой и ее грануляции.
Кроме того, расширение последнего конуса в сторону разгрузочного конца барабана, примененное в известном устройстве, уменьшает степень его заполнения шихтой, не создает дополнительной упрочняющей силы и противоречит требованию упрочнения гранул. И, наконец, очистка многоконусного барабана от шихты представляет существенные трудности, а повышенный износ конусов требует дополнительных затрат на их ремонт и замену.
Таким образом, с помощью известного устройства нельзя достичь высокого технического результата по окомкованию и упрочнению гранул.
В настоящей заявке на устройство для окомкования агломерационной шихты поставлена задача устранения недостатков известного устройства и создание благоприятных условий для эффективного окомкования шихты с получением прочных гранул и формирования слоя шихты с высокой газопроницаемостью и производительностью агломерационной машины.
Сущность предлагаемой полезной модели на устройство для окомкования агломерационной шихты, предназначенной для решения поставленной задачи по достижению технического результата, заключается в том, что, используя отдельные элементы известного устройства, включая цилиндрический барабан с бандажами и зубчатым венцом, загрузочный и разгрузочный узлы, опорные и упорные ролики, привод, механизм увлажнения шихты и вставку в форме усеченного конуса, установленная на оси барабана вставка в предлагаемом устройстве размещена основанием меньшего диаметра в сторону разгрузочного узла, основание большего диаметра вставки равно внутреннему диаметру барабана, при этом отношения основания меньшего диаметра вставки к большему и ее высоты к длине барабана составляют соответственно 0,80÷0,65 и 0,08÷0,16, а угол наклона образующей конуса к оси барабана α=15÷35 градусов.
Если меньшее основание конусной вставки находится со стороны узла разгрузки барабана, то на материал, кроме сил, действующих одновременно при перемещении материала в поперечном и продольном сечениях по гладкому барабану, по всей высоте конуса действует дополнительная сила, направленная навстречу потоку шихты по образующей конуса, тормозящая его, дополнительно увеличивающая степень заполнения барабана шихтой и упрочняющая гранулы. Эта сила прямо пропорциональна синусу угла наклона образующей конуса к оси барабана и массе гранулы.
Для решения поставленной задачи достаточно установить одну конусную вставку, меньшее основание которой обращено в сторону разгрузочного узла.
Установка конусной вставки со стороны разгрузочного узла обеспечивает преимущественное увеличение степени заполнения барабана в зоне упрочнения сформировавшихся гранул шихты и, одновременно, создание благоприятных условий по продолжительности пребывания и степени заполнения барабана для прохождения процессов смешивания и грануляции шихты. Уменьшение диаметра конусной вставки к разгрузочному узлу создает дополнительную силу для упрочнения гранул, направленную навстречу движению потока шихты.
км
кб
б
Если увеличить (более 0,80) отношение диаметра меньшего основания конусной вставки (D) к диаметру ее большего основания (D), равного диаметру барабана (D,), то степень заполнения шихтой барабана и продолжительность ее пребывания в барабане будут недостаточны для эффективного упрочнения гранул и разрушения переокомкованной части шихты.
км
кб
Если уменьшить (менее 0,65) отношение D/D, то степень заполнения шихтой барабана превысит среднюю рекомендуемую (16-18%), что приведет к началу разрушения сформировавшихся гранул, ухудшению качества смешивания шихты с водой и ее грануляции, а также может сопровождаться запиранием шихтой выходного отверстия загрузочного узла.
к
б
Если уменьшить (менее 0,08) отношение высоты конусной вставки (h) к длине барабана (L), то длина участка барабана с конусной вставкой и соответственно продолжительность пребывания шихты во вставке окажутся недостаточными для упрочнения гранул. Указанный предел выбран исходя из того, что согласно опыту для упрочнения гранул шихты необходимы от 3-х до 5-и циклов (подъем-опускание) окатываний в зависимости от общей продолжительности пребывания шихты в барабане и его длины, и предел 0,08 соответствует минимальному (3-м) числу циклов.
к
б
Если увеличить (более 0,16) отношение h/L, то длина участка барабана с конусной вставкой практически не будет влиять на прочность гранул (при числе циклов более 5-и), но вместе с тем сократит продолжительность смешивания шихты с водой и ее грануляции. При этом усложнится конструкция барабана и затраты на его модернизацию.
км
кб
к
б
Соотношение между конструктивными параметрами D/D и h/L устанавливают с помощью угла наклона (α) образующей конусной вставки к оси барабана.
км
кб
к
б
Увеличение/уменьшение угла наклона образующей конусной вставки к оси барабана сопровождается соответствующим увеличением/уменьшением воздействия упрочняющей силы на гранулы шихты и одновременно, напротив, уменьшением/увеличением времени воздействия этой силы. Поэтому оптимальное соотношение между конструктивными характеристиками D/D и h/L должно устанавливается с учетом угла наклона α.
км
кб
к
б
При уменьшении (менее 15 градусов) угла наклона образующей конусной вставки к оси барабана соотношение между конструктивными характеристиками D/D и h/L становится таким, что увеличение высоты конусной вставки становится бесполезным с точки зрения упрочнения гранул, и вместе с тем зоны барабана для смешивания и грануляции шихты сокращаются, а затраты на устройство растут.
При превышении (более 35 градусов) угла наклона образующей конусной вставки к оси барабана возникают затруднения по подъему материала вверх по конусу, т.к. угол α, с учетом колебаний влажности шихты, приближается к углу внешнего трения шихты, а также сокращается время для упрочнения гранул (меньше 3-х окатываний) и растет износ материала конуса.
Перечисленная совокупность новых существенных признаков устройства в заявленных размерах и сочетании соотношений его конструктивных элементов позволяет решить поставленную задачу.
Принципиальная схема заявляемого устройства для окомкования агломерационной шихты представлена на фигуре.
Устройство для окомкования агломерационной шихты включает цилиндрический барабан (1) с бандажами (2) и зубчатым венцом (3), загрузочный (4) и разгрузочный (5) узлы, опорные (6) и упорные (7) ролики, привод (8), механизм увлажнения шихты (9) и вставку (10) в форме усеченного конуса. Основание меньшего диаметра конусной вставки 10 размещено со стороны разгрузочного узла барабана 1.
б
км
кб
к
На фигуре обозначены: L - длина цилиндрического барабана, D - диаметр меньшего основания конусной вставки D - диаметр большего основания конусной вставки, h - высота конусной вставки, α - угол наклона образующей конусной вставки к оси барабана.
Устройство для загрузки шихты на агломерационную машину работает следующим образом.
км
кб
к
б
Осуществляют монтаж элементов устройства с учетом заявленных элементов, их размерных соотношений и размещения при условии, что отношение основания меньшего диаметра вставки к большему и ее высоты к длине барабана - соответственно D/D=0,80÷0,65, h/L=0,08÷0,16, а угол наклона образующей конуса к оси барабана α=15÷35 градусов.
Шихту из бункеров спекательного отделения подают конвейерами через загрузочный узел 4 в цилиндрический барабан 1. Вращение барабана 1 осуществляется приводом 8 через зубчатый венец 3, размещенный на барабане, а последний опирается на опорные ролики 6 и фиксируется от продольного перемещения упорным роликом 7. На первой трети длины барабана 1 через механизм увлажнения 9 в шихту подают воду для ее окомкования. Шихта смешивается с водою, гранулируется и в результате продольного и поперечного перемещений поступает во вставку 10 в форме усеченного конуса, основание меньшего диаметра которого размещено со стороны узла разгрузки 5 барабана 1. При подъеме шихты вверх по направляющей конуса возникает сила, направленная навстречу потоку шихты вдоль направляющей конуса и препятствующая перемещению потока шихты. В результате происходит его торможение, растет степень заполнения шихтой пространства над вставкой и в совокупности происходит дополнительное упрочнение гранул. Кроме того, конусная вставка занимает при заявленных параметрах от 1,6 до 4,3% объема барабана, что дополнительно увеличивает степень его заполнения непосредственно в пределах ее высоты. Окомкованная шихта с упрочненными гранулами выгружается из барабана 1 через разгрузочный узел 5 и подается через узел загрузки шихты агломашины (включающий челноковый распределитель, загрузочную воронку, барабанный питатель, стабилизатор потока шихты и загрузочный лоток) на ее спекательные тележки, где из окомкованной шихты с упрочненными гранулами формируется слой для получения из него агломерата в процессе спекания шихты.
Пример использования устройства для окомкования агломерационной шихты.
Пример определения конструктивных параметров заявляемого устройства при модернизации типового оборудования путем установки в барабанном цилиндрическом окомкователе вставки в виде усеченного конуса рассмотрен для условий действующего оборудования аглофабрики ОАО "Челябинский металлургический комбинат" с учетом следующих исходных данных:
Диаметр барабана (D<sub>б</sub>), м
Длина барабана (L<sub>б</sub>), м
Частота вращения (n<sub>б</sub>), мин<sup>-1</sup>
Угол наклона барабана, (α), град.<sup>°</sup>
Расход шихты (G<sub>ш</sub>), т/ч
Насыпная масса шихты, (ρ), т/м<sup>3</sup>
Внутренний объем барабана (V<sub>б</sub>), м<sup>3</sup>
Степень заполнения гладкого барабана (φ<sub>о</sub>), %
3,2
8
7
0,8
240
1,96
64,3
10,2
км
км
б
к
к
б
Определены величины: D=2,5 м (D/D=0,80), h=0,65 м (h/L)=0,812), угол наклона образующей конуса к оси барабана α≈27 градусов.
При оценке эффективности использования заявленного технического решения на аглофабрике ОАО "ЧМК" сравнили гранулометрический состав шихты, отобранной после барабанного окомкователя на челноковом распределителе шихты, подающем ее с окомкователя в загрузочную воронку агломашины, и на выходе из загрузочной воронки (на стабилизаторе потока шихты) до и после установки вставки в окомкователь, что позволило оценить влияние приложения к шихте разрушающих нагрузок в воронке на прочность гранул. Установлено, что массовая доля фракции менее 1,4 мм в шихте снизилась с 12,2% до 3,5% (абс.). Это свидетельствует о существенном упрочнении гранул шихты и о преимуществе работы нового устройства, которое подтверждено следующими результатами работы агломерационной машины с этим устройством при спекании шихты в слое с постелью высотою 550 мм:
до внедрения
после внедрения
изменение, %
Скорость паллет, м/мин
1,322
1,393
105,3
Частота вращения барабанного питателя, мин<sup>-1</sup>
1,203
1,266
105,2
Удельный расход электроэнергии, кВтч/т
53,32
49,98
93,73
Как видно, скорость спекательных тележек и частота вращения барабанного питателя возросли практически на одинаковую величину: 5,2 и 5,3%. Соответственно возросла газопроницаемость слоя шихты и удельная производительность агломерационной машины.
-1
Заявляемое устройство распространяется на применяющиеся в практике агломерационного производства типовое оборудование - цилиндрические барабанные окомкователи длиною от 8 до 16 м, диаметром - от 2,5 до 4,2 м, угле наклона барабана к горизонту - от 0,5 до 2,5 градусов и частоте вращения - от 6-и до 9,4 мин.
Источники информации
1. В.П.Жилкин, Д.Н.Доронин. Производство агломерата. Технология, оборудование, автоматизация. Уральский центр ПР и рекламы - "Марат". Екатеринбург. 2004. с 100.
2. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Введение в технологию металлургического структурообразования. Екатеринбург: УрО РАН. 2005. С.472.
3. Авторское свидетельство СССР №994573. МКП С22В 1/24. Опубликовано 07.02.83. Бюл. №5.