РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЗАГРУЗОЧНОЙ УСТАНОВКЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
DISTRIBUTION DEVICE FOR USE IN LOADING UNIT OF METALLURGICAL REACTOR

Область техники
В общем данное изобретение относится к распределительному устройству для распределения сыпучего материала. Более конкретно изобретение относится к устройству такого типа, которое вращает распределительный желоб вокруг первой, по существу, вертикальной оси и поворачивает распределительный желоб вокруг второй, по существу, горизонтальной оси. Этот тип распределительного устройства обычно используется в загрузочной установке металлургического реактора, особенно доменной печи, например в загрузочных установках хорошо известного типа Bell-Les Top.
Данное изобретение также относится к соответствующему распределительному желобу.
Уровень техники
Ранний пример вышеназванного типа распределительного устройства с вращающимся и поворотным распределительным желобом в форме лотка известен, например, из патента US 3′814′403.
При воздействии обычных высоких внутренних температур металлургического реактора, например в случае с доменной печью, такой распределительный желоб обычно должен быть оснащен эффективной установкой охлаждения для предотвращения повреждения и особенно, но не исключительно для защиты необходимых для наклона желоба компонентов зубчатой передачи.
В европейском патенте EP 0116142 предлагается подходящая система охлаждения, которая широко используется в распределительных устройствах для доменных печей. Благодаря обычной конфигурации ротора, то есть вращающейся структуры, которая поддерживает распределительный желоб, этот тип распределительного устройства содержит определенное количество горизонтальных поверхностей, которые нуждаются в охлаждении. В сущности, ротор распределительного устройства согласно EP 0116142 имеет, среди всего прочего, нижний горизонтальный щит с овальным отверстием и овальной горизонтальной крышкой, образующей верхнюю границу овального отверстия, в котором может поворачиваться верхняя часть желоба. Очевидно, горизонтальные поверхности особо подвержены воздействию тепла изнутри реактора, среди всего прочего, вследствие непосредственного воздействия лучистой теплоты. Соответственно, на роторе в охлаждающей установке вышеназванного типа требуется значительная охлаждающая способность. В отличие от неподвижных частей охлаждающая способность на роторе по существу ограничена низкой производительностью, сроком службы и/или стоимостью подходящих поворотных соединений, необходимых для передачи охладителя на вращающийся ротор (и обратно). Как следствие, существует желание уменьшить общую область горизонтальных поверхностей ротора, подвергающихся воздействию.
Распределительное устройство, которое имеет уменьшенное количество подвергающихся воздействию вращающихся горизонтальных поверхностей, известно, например, из патентной заявки WO 00/20646. В этой патентной заявке предлагается распределительное устройство, специально спроектированное для небольших реакторов. Но в этой связи WO 00/20646 также предлагает конструкцию, в которой ротор имеет небольшие горизонтальные поверхности с водяным охлаждением, если это имеет место.
В действительности, WO 00/20646 предлагает распределительное устройство со стационарным корпусом, который имеет на своей нижней части стационарный нижний щит с центральным отверстием, соосным с осью вращения желоба. Стационарный щит закрывает определенную протяженность отверстия колошника печи и, соответственно, простирается снаружи от отверстия. Он оснащен охлаждающими змеевиками для защиты внутренней части корпуса от воздействия тепла. Становится ясным, что щит является стационарным. Он может легко охлаждаться даже при высокой мощности. Ротор, который поддерживается с возможностью вращения внутри корпуса и на котором установлен распределительный желоб, с другой стороны, имеет нижний конец с небольшой горизонтальной защитной манжетой в форме диска, оснащенной изоляцией на своей нижней поверхности. Внутри манжеты ротора существует полость, которая доступна от наружного края манжеты, так что газовый теплоноситель может впрыскиваться из стационарного щита. Поэтому конструкция WO 00/20646 требует малой охлаждающей способности ротора, если таковая имеет место.
По сравнению с EP 0116142, в которой ротору требуются определенные горизонтальные поверхности, так чтобы ротор мог поворачиваться почти в вертикальное положение, как обычно требуется (для центральной загрузки), конструкция WO 00/20646 предотвращает поворот желоба по траектории, которая определяется поддерживающим ротором. Это достигается на основании сравнительно длинных искривленных рычагов подвески, простирающихся от верхнего участка корпуса желоба в форме лотка к поворотным валам, на которых желоб прикреплен с возможностью поворота к ротору. Однако главный недостаток конфигурации WO 00/20646 состоит в том, что на механизм изменения наклона оказывается слишком высокий крутящий момент со стороны желоба, и наоборот. Поэтому эта конструкция не вполне подходит для современных реакторов большого диаметра, особенно доменных печей, которым обычно требуется большая длина желобов 3-5 м.
Японская патентная заявка 59031807 относится к загрузочному устройству шахтной печи с распределительным желобом, который имеет изогнутую форму.
Французская патентная заявка 2230246 раскрывает загрузочное устройство шахтной печи, содержащее стационарный корпус, поддерживаемый корпусом с возможностью вращения вокруг оси вращения ротор, и прикрепленный к ротору распределительный желоб. Стационарный корпус содержит стационарный нижний шит, имеющий внутреннюю кромку, определяющую границу центрального отверстия, которое центрировано на оси вращения, причем щит простирается снаружи от центрального отверстия для защиты внутренней части корпуса от воздействия тепла изнутри реактора. Ротор содержит трубчатую опору, которая расположена соосно с осью вращения. Механизм изменения наклона позволяет осуществить наклон распределительного желоба вокруг оси наклона перпендикулярно оси вращения. Распределительный желоб, который имеет изогнутую форму, имеет верхний входной участок, который расположен в трубчатой опоре. Для того чтобы допустить наклон желоба, трубчатая опора имеет относительно большой диаметр.
Техническая проблема
Поэтому целью данного изобретения является создание альтернативной конструкции распределительного устройства первоначально упомянутого типа, которая позволяет осуществить надежное функционирование при уменьшенной охлаждающей способности на стороне ротора, то есть на вращающихся частях устройства, не исключительно, но особенно при использовании в доменных печах большого диаметра.
Эта цель достигнута посредством устройства по п.1 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Для решения вышеупомянутой проблемы данное изобретение предлагает распределительное устройство для загрузочной установки, которое имеет вращающийся и поворотный распределительный желоб. Устройство имеет корпус, которыЙ вращательно поддерживает выполненную с возможностью вращения структуру (далее: ротор), к которой прикреплен желоб. Корпус на своем нижнем конце имеет стационарный теплозащитный щит. Щит простирается радиально наружу и защищает внутри корпус от воздействия тепла. С другой стороны, ротор имеет выполненную по существу в форме трубы опору на своей оси вращения с валами изменения наклона для поворота желоба. Вал изменения наклона определяет ось наклона перпендикулярно оси вращения.
Согласно изобретению трубчатая опора достигает своим нижним крем края отверстия в щите, то есть внутреннего края стационарного теплозащитного щита. Кроме того, желоб своей верхней частью установлен внутри трубчатой опоры с впускным отверстием над нижним краем опоры. Для того чтобы сделать возможным такую установку впускного отверстия желоба непосредственно внутри ротора без уменьшения радиальной области загрузки, желоб имеет изогнутую форму. Соответственно, корпус желоба имеет верхний участок, в котором материал течет вдоль первого направления, и нижний участок, в котором материал течет вдоль отклоненного второго направления, которое имеет менее крутой уклон. Верхний участок корпуса желоба содержит кольцеобразно замкнутую установочную верхнюю часть, которая образует впускное отверстие и имеет два диаметрально противоположных установочных элемента. Каждый вал изменения наклона имеет соответствующее крепление, взаимодействующее с одним из установочных элементов. Кольцеобразно замкнутая установочная верхняя часть имеет первую продольную ось и образует впускное отверстие. Нижний участок содержит замкнутый по окружности кожух, имеющий вторую продольную ось и оканчивающийся у впускного отверстия, причем продольные оси расположены под углом, который примерно соответствует углу между первым и вторым направлениями. В корпусе желоба предусмотрена выемка, которая позволяет осуществлять наклон в поднятое положение, в котором нижний край трубчатой опоры входит в выемку.
Становится ясным, что предложенная комбинация конструкции корпуса, конструкции ротора и формы желоба позволяет осуществить значительное уменьшение необходимой на роторе охлаждающей способности при совместимости с ректорами большого размера, то есть достигающими значительного радиуса распределения. Следует также отметить, что из-за того, что верхний участок желоба достигает охлажденного участка загрузочного устройства, тепловая нагрузка на желоб снижается. Стоит отметить, что выемка позволяет распределительному желобу поворачиваться на больший угол относительно вертикали, при этом желоб не примыкает к нижнему краю трубчатой опоры и, прежде всего, к внутреннему краю стационарного щита. Соответственно, диаметр отверстия в стационарном щите может быть выполнен меньшим, чем в обычном распределительном устройстве, например устройстве из FR 2230246. Поскольку стационарный щит охлаждать проще, чем ротор, высоко оценивается любое уменьшение вращающихся горизонтальных поверхностей, непосредственно подвергающихся воздействию расплавленного материала в металлургическом реакторе.
Предпочтительные варианты осуществления загрузочного устройства определены в приложенных зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Дальнейшие подробности и преимущества данного изобретения будут очевидны из следующего подобного неограничивающего описания предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображены:
на фиг.1 первый вертикальный вид в разрезе загрузочного устройства, схематично изображающий загрузочное устройство и распределительный желоб согласно изобретению,
на фиг.2 второй вертикальный вид в разрезе, изображенный по прямым углом к плоскости фиг.1, схематично изображающий поворотные механизмы для поворота распределительного желоба,
на фиг.3 вертикальный вид в разрезе согласно фиг.2, изображающий снятие одного из поворотных механизмов.
Для идентификации идентичных частей использованы идентичные ссылочные обозначения на всех чертежах.
Подробное описание со ссылкой на чертежи
На фиг.1-3 схематично изображено распределительное устройство, в общем обозначенное ссылочным обозначением 10. Распределительное устройство выполнено для использования в загрузочной установке металлургического реактора, прежде всего доменной печи. Обычно распределительное устройство 10 расположено так, что оно закрывает верхнее отверстие реактора, например на колошнике печи (не показано). В распределительное устройство 10 подается загрузочный материал из одного или более бункеров-накопителей, например согласно конфигурации, как раскрыто в WO 2007/082633.
Распределительное устройство 10 имеет стационарный корпус 12 с кольцевым крепежным фланцем 14 в форме кольца на его нижней наружной окружности, посредством которого корпус 12 обычно крепится, например, к верхнему краю отверстия колошника печи. Внутри корпуса 12 ротор, в общем обозначенный ссылочным обозначением 16, поддерживается с помощью роликовых подшипников 18 на корпусе 12, более конкретно на верхней пластине стационарного корпуса 12. Таким образом, ротор 16 может вращаться вокруг оси A вращения, которая соответствует, например, оси доменной печи. Как видно на фиг.1, распределительный желоб, в общем обозначенный ссылочным обозначением 20, установлен на роторе 16 так, чтобы вращаться в унисон с ним вокруг оси A.
Как далее видно на фиг.1-3, стационарный корпус 12 имеет стационарный нижний щит 22, имеющий внутреннюю кромку 24, определяющую границу центрального отверстия 26, которое центрировано на оси A вращения. Чтобы прикрыться щитом, то есть защитить внутреннюю часть корпуса 12 от воздействия тепла изнутри реактора, щит 22 содержит контур 28 охлаждения, например спираль из труб для охлаждающей жидкости. Щит 22 простирается в радиальном направлении от центрального отверстия 26 к крепежному фланцу 14 на значительное расстояние. Кроме того, нижняя сторона щита 22 может быть снабжена тепловой изоляцией. Несмотря на то, что не исключены другие конструкции, например в форме поднимающегося к центру усеченного конуса, стационарный нижний щит 22 предпочтительно является, по существу, горизонтальным и имеет форму диска.
На фиг.1-3 далее показано, что ротор 16 имеет трубчатую опору 30, которая расположена соосно с осью A вращения. Хотя не исключены варианты осуществления с единственным механизмом изменения наклона и двумя поворотными рычагами, как предложено, например, в европейском патенте EP 1001039, ротор 16 предпочтительно имеет два диаметрально противоположных механизма 32 изменения наклона для поворота желоба. Каждый механизм 32 изменения наклона имеет соответствующий вал изменения наклона, схематично изображенный ссылочным обозначением 34, который проходит через трубчатую опору 30. Механизмы 32 изменения наклона поддерживаются посредством консоли на трубчатой опоре 30. В результате трубчатая опора 30 также несет вес установленного желоба 20. Обычным образом валы 34 изменения наклона являются коллинеарными. То есть соосными и определяют ось B наклона, которая перпендикулярна оси A вращения. Каждый вал 34 изменения наклона имеет соответствующее крепление, схематично изображенное посредством ссылочного обозначения 36, которое взаимодействует с соответствующим одним из двух установочных элементов (не показаны) распределительного желоба 20.
Как отчетливо видно на фиг.1, трубчатая опора 30 простирается вниз в отверстие 26 в нижнем щите 22 и имеет нижний край 38, который расположен примыкающим к внутренней кромке 24 щита 22. Становится ясным, что идеальным является минимальный зазор между нижним краем 38 и кромкой 24, независимо от того, где точно оканчивается нижний край 38, на небольшом расстоянии над щитом 30, точно в отверстии 26 или на небольшом расстоянии под щитом 22. Трубчатая опора 30 имеет по существу круглый, кольцевой верхний соединительный фланец 40, с помощью которого она устанавливается во вращающемся кольце подшипника 18. Нижний край 38 также является по существу круглым.
Соответственно, как видно на фиг.1-3, трубчатая опора 30 простирается с постоянным круглым цилиндрическим сечением от соединительного фланца 40 к круглому нижнему краю 38. Разумеется, трубчатая опора 30 также может немного отклоняться от этой формы, например немного расширяясь вниз, но она предпочтительно имеет только минимальную подвергающуюся воздействию тепла поверхность, которую видно вертикально ниже (поверхность, видимая на виде снизу). Когда видно снизу, основная отражающая тепло поверхность предусмотрена на стационарном щите 22. С этой целью щит 22 представляет собой радиальное протяжение (например, в радиальном измерении от отверстия 26 до крепежного фланца 14) по меньшей мере 40% радиуса трубчатой опоры 30. Соответственно, поверхность, подвергающаяся воздействию тепла щита 22, представляет собой по меньшей мере 125% любой потенциально подвергающейся воздействию тепла поверхности ротора 16 внутри трубчатой опоры 30. Радиальное расстояние, на которое нижний щит 22 простирается от нижнего края трубчатой опоры 30 к нижнему фланцу 14, составляет предпочтительно по меньшей мере 20% радиуса нижнего фланца.
Как далее видно на фиг.1-3, стационарный корпус 12 также включает в себя загрузочный желоб 42, который является соосным с осью А вращения и прикреплен обычным образом, например с помощью съемного фланца, к верхней пластине корпуса 12. Для защиты критических компонентов от воздействия тепла, прежде всего роликовых подшипников 18, стационарный корпус 12 имеет стационарный охлаждающий колпак 44, расположенный между загрузочным желобом 42 и трубчатой опорой 30. Охлаждающий колпак 44 имеет расширяющуюся вниз форму, например форму усеченного конуса от малого верхнего радиуса, расположенного примыкающим к загрузочному желобу 42, до сравнительно большого радиуса, примыкающего к трубчатой опоре 30. В предпочтительном варианте осуществления фиг.1-3 охлаждающий колпак имеет по существу цилиндрический верхний участок, за которым следует нижний участок в форме усеченного конуса.
Согласно изобретению и как видно на фиг.1-3, распределительный желоб 20 имеет корпус желоба, который имеет по существу изогнутую форму в продольных участках. Предпочтительно желоб 20 является угловатым (резко изогнутым), но также может быть изогнутым (плавно изогнутым). В результате корпус желоба имеет верхний участок 46 и нижний участок 48, которые соответственно имеют разные продольные оси, как изображено на фиг.1. Как также изображено на фиг.1, верхний участок 46 имеет по существу цилиндрическую форму и образует впускное отверстие 50 желоба на его входном конце. Верхний участок 46 ограничивает поток сыпучего материала вдоль первого направления D1 внутри верхнего участка 46 после удара о желоб 20. Нижний участок 48, который образует выходное отверстие 52 желоба на его выходном конце, ограничивает поток сыпучего материала от верхнего участка 46 к выпускному отверстию 52 вдоль другого второго направления D2, которое в вертикальной плоскости находится под углом относительно первого направления D1. Более конкретно в вертикальной плоскости направление D2 находится под менее крутым углом, чем направление D1 относительно вертикали (ось A), как видно на фиг.1. Для достаточного эффекта (смотри ниже) угол α между первым и вторым направлениями D1, D2 в вертикальной плоскости составляет предпочтительно не более чем 165°, например в диапазоне 135-160°.
Далее, согласно изобретению, как лучше всего видно на фиг.1, верхний участок 46 корпуса желоба установлен внутри трубчатой опоры 30 на оси В вала 34 изменения наклона, так что его впускное отверстие 50 расположено над нижним краем 38 трубчатой опоры 30. Соответственно, значительно уменьшен необходимый для наклона желоба 20 крутящий момент, и, как ясно в сравнении с обычными загрузочными устройствами с овальной выемкой в роторе, отверстие в роторе 16, как определено открытым сечением внутри трубчатой поры 30, может удерживаться относительно небольшим.
Для обеспечения значительно большего радиуса загрузки, несмотря на ограниченный угол наклона, доступный для верхнего участка 46 внутри трубчатой опоры 30, желоб 20 имеет вышеупомянутую изогнутую форму. Соответственно, даже при сравнительно небольших углах поворота вокруг оси В достигается значительное радиальное отклонение вследствие угла α отклонения между направлениями D1 и D2.
В качестве другого преимущества уменьшается расстояние ускорения падающего с загрузочного желоба 42 на желоб 20 материала. Действительно, как видно на фиг.1, верхний участок 46 корпуса желоба предпочтительно установлен внутри трубчатой опоры 30, так что загрузочный желоб 42 достигает впускного отверстия 50 корпуса желоба.
Для придания механической жесткости изогнутому желобу 20 верхний участок 46 корпуса желоба содержит кольцеобразно замкнутую установочную верхнюю часть 54, которая образует впускное отверстие 50 и имеет два диаметрально противоположных установочных элемента (не показаны) любой подходящей известной формы, например, ложкообразной формы для осуществления надежной установки желоба 20 на креплениях 36 механизмов 32. Были найдены свободные и достаточные достижимые на практике диапазоны поворота, когда установочная верхняя часть 54 имеет диаметр впускного отверстия 50 примерно 65-75% внутреннего диаметра трубчатой опоры 30 и предпочтительно с загрузочным желобом 42, имеющим наружный диаметр 35-50% внутреннего диаметра трубчатой опоры 30. И, наоборот, необходимый диаметр загрузочного желоба 42 определяет подходящие размеры трубчатой опоры 30 и установочной верхней части 54.
Как далее видно на фиг.1, за кольцеобразно замкнутой установочной верхней частью 54 следует по существу цилиндрическая оболочка. Обе имеют первую продольную ось, которая в случае цилиндрического верхнего участка 46 параллельна направлению D1. В свою очередь, нижний участок 48 предпочтительно имеет замкнутый по окружности кожух для дополнительной устойчивости. Как видно на фиг.1, образующая нижний участок 48 оболочка является предпочтительно сужающейся, например конической формы по направлению к выпускному отверстию 52, для дополнительной концентрации потока. Однако в последнем случае продольная ось нижнего участка не точно параллельна направлению D2 потока внутри нижнего участка 48. Тем не менее, продольные оси обязательно расположены под углом, который примерно соответствует углу α между первым и вторым направлениями D1, D2, как видно на фиг.1.
Для осуществления поворота желоба 20 в более наклонное положение (для загрузки на больший радиус), как показано на фиг.1, желоб 20 имеет выемку 56, которая позволяет осуществлять наклон желоба 20 в положение, в котором нижний край 38 трубчатой опоры 30 входит в выемку 56. Другими словами, в положении, в котором нижний край 38 находится внутри одной или обеих траекторий участков 46, 48 желоба, желоб 20 имеет выемку 56.
По причинам, которые становятся очевидными ниже, загрузочное устройство 10 предпочтительно выполнено так, что ось B наклона, как определено расположением механизмов 32 и их валами 34 изменения наклона, расположена вертикально над крепежным фланцем 14. Ось B расположена, например, на вертикальной высоте над крепежным фланцем по меньшей мере 10%, более предпочтительно 20% от общей высоты корпуса 12. Действительно, как видно на фиг.1, плоский нижний щит 22 расположен над уровнем крепежного фланца 14. Поэтому механизмы 32 изменения наклона предусмотрены над уровнем крепежного фланца 14. Более конкретно крепления 36, к которым может крепиться желоб 20, также расположены над уровнем крепежного фланца 14. В качестве выгодного последствия, лучше всего видного при сравнении фиг.2 и фиг.3, каждый из механизмов 32 может быть снят или установлен простым образом, например, во время работ по обслуживанию, с помощью имеющего по существу горизонтальные рельсы рельсового устройства 58. Соответственно, каждый из механизмов 32 изменения наклона имеет сопряженные установленные или снимаемые ролики 60, которые взаимодействуют с рельсовым устройством 58 для удаления механизмов 32 изменения наклона из корпуса 12.
В заключение ясно, что предложенная конфигурация позволяет минимизировать или даже полностью избежать подвергающихся воздействию тепла горизонтальных поверхностей ротора 16. Кроме того, это достигается без увеличения номинального крутящего момента, согласно которому должны быть спроектированы механизмы 32. Наоборот, крутящий момент даже значительно снижается за счет поднятия верхнего участка 46 желоба 20 на высоту поддерживающих креплений 36.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10
Распределительное устройство
12
Стационарный корпус
14
Крепежный фланец
16
Ротор
18
Роликовые подшипники
20
Распределительный желоб
22
Стационарный нижний щит
24
Внутренняя кромка
26
Центральное отверстие
28
Контур охлаждения
30
Трубчатая опора
32
Механизмы изменения наклона
34
Вал
36
Крепление
38
Нижний край
40
Соединительный фланец
42
Загрузочный желоб
44
Охлаждающий колпак
46
Верхний участок
48
Нижний участок
50
Впускное отверстие
52
Выпускное отверстие
54
Установочная верхняя часть
56
Выемка
58
Демонтажное рельсовое устройство
60
Ролики