ЗАГРУЗОЧНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ШАХТНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА
LOADER-DISTRIBUTOR OF SHAFT KILN FOR ANNEALING OF LUMPY MATERIAL

Изобретение относится к загрузочно-распределительным устройствам шахтных печей для обжига кускового материала, преимущественно известняка, и может найти применение в металлургической, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности, в которых используется негашеная известь.
Большое значение при производстве высококачественной негашеной извести в шахтных печах имеет равномерность распределения крупных и мелких кусков по поперечному сечению шахты, а также непрерывность загрузки их в печь, которые обеспечиваются в основном конструктивным исполнением загрузочно-распределительных устройств.
Для решения этой задачи создано значительное количество разнообразных загрузочно-распределительных устройств шахтных печей, но полностью устранить проблему обеспечения равномерности распределения материала по крупности и непрерывности загрузки до настоящего времени не удалось.
Дело в том, что из-за эффекта сегрегации кусков падающего материала для равномерного его распределения по крупности по сечению шахты приходится усложнять конструкции упомянутых загрузочно-распределительных устройств, а это в свою очередь ведет к усложнению шахтной печи в целом. Кроме того, применяемые конструкции в основном обеспечивают циклическую выгрузку материала в печь с использованием тамбуров. Поэтому создание предлагаемого упрощенного загрузочно-распределительного устройства, обеспечивающего равномерное распределение по крупности кускового материала по сечению печи и непрерывную его загрузку в печь, является объективно необходимым техническим решением.
Так известно загрузочно-распределительное устройство шахтной печи для обжига кускового материала, предназначенное для равномерного распределения крупных и мелких фракций сырья по поперечному сечению шахты и ее герметизации при загрузке, которое состоит из корпуса, поворотного приемного бункера (чаши) с приводом вращения и двухклапанного затвора, оборудованного поворотным и подъемным механизмами. Подъем и опускание клапанов осуществляется канатами, пропущенными через дифференциальные блоки. Роликовая муфта служит для предотвращения поворота нижнего клапана при вращении приемного бункера с верхним клапаном. Нижний клапан снабжен спиралеобразным бункером с верхним клапаном. Нижний клапан снабжен спиралеобразным рассеивающим конусом с двумя отбойными пластинами и при подъеме поворачивается на заданный угол. При движении штока вниз имеющийся на нем выступ скользит в спиральной прорези и поворачивает шток с рассеивающим конусом. Поворот штока фиксируется храповым механизмом. Привод вращения приемного бункера включает электродвигатель с редуктором, на валу которого смонтирована коническая зубчатая передача, обеспечивающая в свою очередь вращения венцовой шестерни, находящейся в зацеплении с подвенцовой шестерней, жестко установленной на поверхности приемного бункера (см. А.В.Монастырев, Р.Ф.Галиахметов. «Печи для производства извести». Воронеж: «Истоки», 2011 г., с.29-30). Основными недостатками этого устройства, как следует из приведенного источника информации, являются его конструктивная сложность, обусловленная наличием большого количества подвижных механических узлов и элементов, а также имеющая место неравномерность распределения материала по поперечному сечению шахты. Кроме того, отмечается его высокая удельная металлоемкость, сложность изготовления и эксплуатации. Загрузка печи осуществляется порциями, что приводит к колебаниям температуры отходящих газов и аэродинамическому сопротивлению печи.
В настоящее время также известны различные загрузочно-распределительные устройства с вращающимся желобом, которые используются в шахтных печах для более или менее равномерного распределения сыпучего материала по поверхности поперечного сечения печи. Желоб имеет канал с вогнутой округленной поверхностью, по которой в печь ссыпается загружаемый в нее материал. Желоб шарнирно закреплен к ротору, который вращается вокруг вертикальной оси и может поворачиваться вокруг горизонтальной оси подвески с изменением наклона его загрузочного клапана. Вращение ротора вокруг вертикальной оси и одновременное изменение наклона желоба с помощью вращающегося механизма поворота обеспечивают возможность распределения сыпучего материала на загрузочную поверхность внутри печи по спиральной траектории. Загрузочно-распределительные устройства подобной конструкции описаны, например, в патентах US 5022806, RU 2127318, RU 2208207 и других аналогичных изобретениях. В этих известных устройствах, имеющих вращающийся поворотный желоб, механизм поворота, который используется для изменения наклона канала желоба, передает на вращающийся желоб значительные поворотные моменты. Консольно закрепленный желоб длиной в несколько метров требует эффективной защиты от износа и воздействия высоких температур и поэтому он имеет очень большую массу, что обусловливает необходимость создания механизмом поворота больших поворотных моментов, при передаче которых на вращающийся желоб возникает множество технических проблем, устранение которых существенно повышает стоимость этих загрузочно-распределительных устройств.
Рассмотренные выше загрузочно-распределительные устройства не совпадают с предлагаемым не только конструктивно, но и отличаются принципом распределения загружаемого материала в шахтную печь.
Известно также и загрузочно-распределительное устройство шахтной печи для обжига кускового материала, которое содержит вращающуюся воронку, приемный бункер, имеющий запорные устройства, конус-рассекатель, состоящий из малого и усеченного конусов. Конус-рассекатель соединен с подвижным механизмом. Усеченный конус имеет неподвижную обечайку, в которой выполнены окна. Неподвижная обечайка снабжена внутренней подвижной обечайкой. Ширина окон равна 2-3 диаметрам наибольшего по размеру куска карбонатного сырья. Внутренняя же обечайка, выполненная с аналогичными окнами, установлена с возможностью поворота вокруг оси, а может быть выполнена и без окон, но установлена с возможностью перемещения по вертикали. Конструктивное построение этого устройства определяет и его принцип концентричного чередующегося по фракциям распределения крупности кусков загружаемого материала по всему поперечному сечению шахтной печи, т.е. крупная фракция сырья попадает преимущественно к периферии и несколько в срединную ее часть, в то же время мелкая фракция распределяется в центре сечения печи (см. Авторское свидетельство СССР, №1295174, F27B 1/20, опубликовано 07.03.87 г. Бюллетень №9). Однако и это загрузочно-распределительное устройство шахтной печи, как видно из описания изобретения, не обеспечивает полного равномерного фракционного распределения загружаемого материала по всему сечению шахтной печи, что может привести при одной и той же температуре обработки известняка к недожогу крупной и пережогу мелкой фракций, к снижению качества готовой негашеной извести. И хотя это устройство совпадает с заявляемым по функциональному назначению, а именно загрузкой и распределением карбонатного сырья в шахтную печь и частично принципом распределения его по поперечному сечению шахты, в целом же в остальном они имеют принципиально различное конструктивное исполнение, поэтому и этот аналог не может быть принят в качестве полноценного прототипа заявляемого изобретения.
Задача по устранению недостатков аналога решается путем создания нового загрузочно-распределительного устройства шахтной печи иной конструкции и иного принципа действия, при котором достигается более высокий технический результат, то есть более равномерное распределение обрабатываемого материала по крупности по всему поперечному сечению ввиду того, что материал предварительно перемешивается и по вращающимся вместе со столом желобам непрерывно доставляется в зоны назначения.
Технический результат - упрощение конструкции загрузочно-распределительного устройства, непрерывная загрузка и повышение равномерности распределения материала по крупности по сечению шахтной печи достигается тем, что устройство содержит загрузочный бункер с вертикальной предпочтительно цилиндрической формы течкой, пропускаемой через свод печи, и выгрузочного стола, расположенного с зазором под этой течкой. Указанный выгрузочный стол соединен кронштейнами с гильзой, коаксиально охватывающей течку загрузочного бункера. При этом выгрузочный стол и загрузочный бункер снабжены индивидуальными приводами их вращения, а выгрузочный стол имеет полые радиально направленные желоба для выгрузки кускового материала в печь. Желоба выполнены разной длины, причем одни из них направлены в сторону стенок печи, а другие - к ее центру. Важное значение для равномерного распределения материала по крупности по сечению печи имеет и тот факт, что индивидуальные приводы выполнены с возможностью регулирования скорости и изменения направления их вращения, а их составляющие элементы жестко закреплены на внешних поверхностях течки бункера и гильзы и связаны через передаточные звенья с их двигателями, например с мотор-редукторами. Для обеспечения согласованного вращения, плавности и легкости хода загрузочного бункера относительно выгрузочного стола соответственно их составляющие - течка и гильза снабжены индивидуальными подшипниками, установленными с обхватом их внешних стенок над сводом печи, при этом подшипники присоединены к своду печи, друг другу и течке одновременно.
Предлагаемое изобретение обладает новизной, поскольку совокупность признаков его формулы заявителем в источниках патентной и общетехнической информации не обнаружена, а общая компоновка устройства является новой, так как с найденными аналогами она совпадает лишь функционально и в значительной степени отличается конструктивно.
Загрузочно-распределительное устройство как техническое решение обладает изобретательским уровнем, поскольку состав его конструктивных элементов и его новая компоновка, отраженные в формуле изобретения в качестве признаков, не являются очевидными, что подтверждается и отсутствием близкого по конструкции прототипа.
Промышленная применимость изобретения не вызывает сомнения, так как подшипники большого размера, моторы-редукторы выпускаются промышленностью, а изготовление зубчатого зацепления венцового колеса с шестерней вала привода, корпусов загрузочного бункера и разгрузочного стола может быть осуществлено с помощью широко известных технологических процессов металлообработки, гнутья и сварочного производства.
Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг.1 показан общий объемный вид загрузочно-распределительного устройства, на фиг.2 изображен продольный разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б разгрузочного стола на фиг.1.
Загрузочно-распределительное устройство шахтной печи для обжига кускового материла, преимущественно известняка, содержит загрузочный бункер 1 с конической частью 2 и вертикальной течкой 3, пропускаемой через свод 4 печи, выгрузочный стол 5, жестко соединенный кронштейнами 6 с гильзой 7, коаксиально охватывающей с возможностью вращения вертикальную течку 3 загрузочного бункера 1. Вертикальная течка 3 и гильза 7 снабжены индивидуальными приводами 8 и 9 их вращения. А их элементы, выполненные в виде зубчатых колес 10, закреплены жестко на боковых поверхностях вертикальной течки 3 и гильзы 7 и связаны через передаточные звенья 11 в виде шестерен 12 и 13 с мотор-редукторами 14 и 15. Причем направление вращения загрузочного бункера 1 и выгрузочного стола 5 может быть как совпадающим, так и разнонаправленным в зависимости от обрабатываемого материала и величины имеющихся фракций. Зазор 16 между вертикальной течкой 3 и верхней поверхностью 18 выгрузочного стола 5 должен быть больше максимально обрабатываемых кусков имеющегося материала.
Немаловажным фактором равномерного распределения крупных и мелких фракций является наличие на выгрузочном столе 5 полых желобов 17, которые расположены радиально к центру по краю его основания 18 и имеют разную длину, при этом часть из них направлена в сторону стенок печи 21, а оставшаяся часть - в сторону центра печи.
Для обеспечения согласованного вращения, плавности и легкости хода загрузочного бункера 1 относительно выгрузочного стола 5 соответственно их составляющие вертикальная течка 3 и гильза 7 снабжены индивидуальными подшипниками 19 и 20, установленными с обхватом их внешних боковых стенок над сводом 4 шахтной печи, при этом подшипники 19 и 20 присоединены к своду печи 4, друг к другу и течке 3 бункера 1 герметично.
Важное значение для равномерного распределения фракций кускового материала по сечению печи имеет и тот факт, что индивидуальные приводы 8 и 9 загрузочного бункера 1 и выгрузочного стола 5 выполнены с возможностью регулирования их относительной скорости вращения.
Загрузочно-распределительное устройство шахтной печи для обжига кускового материала, преимущественно известняка, работает следующим образом.
Включаются мотор-редукторы 14 и 15 индивидуальных приводов 8 и 9. Через передаточные звенья 11 и зубчатые колеса 10 загрузочный бункер 1 и выгрузочный стол 5 приводятся во вращение с одинаковыми скоростями. Затем во вращающийся загрузочный бункер 1 подают (например, скиповым подъемником) карбонатное сырье (известняк), которое за счет вращения бункера частично перемешивается в нем и плотной массой заполняет бункер с вертикальной течкой 3. Стол кускового материала в течке 3 и бункере 1 выполняет роль затвора (запора) от прососа воздуха в печь. При работе печи течка 3 всегда должна быть заполнена материалом. Для выгрузки материала в печь производят изменение скорости вращения одного из приводов 8 и 9. За счет трения, возникающего между кусками, находящийся в зазоре между течкой и выгрузочным столом материал перемещается к краю стола и затем выгружается в печь. Одновременное вращение с разными скоростями материала в течке и на выгрузочном столе обеспечивает высокую равномерность распределения по крупности кусков на краю выгрузочного стола. Если с края стола 5 материал падал сразу в печь, то в печи образовалась бы однородная по крупности кольцевая засыпь. Желоба 17, прикрепленные к краю стола 5 и имеющие разную длину и радиальное направление, позволяют направлять и равномерно загружать ниспадающий с края стола материал по всему сечению печи. В зависимости от количества, длины и радиального направления желобов при загрузке в печи будут образовываться множества концентрично расположенных кольцевых засыпей из однородного по крупности материала. Длина, количество и радиальное направление желобов подбираются с учетом размеров печи и требуемой равномерности распределения материала по зонам. Для прекращения выгрузки материала в печь устанавливают одинаковые скорости вращения бункера 1 и стола 5 либо останавливают их приводы 8 и 9. Для обеспечения непрерывной выгрузки материала в печь с учетом заданной производительности печи за счет изменения относительных скоростей вращения бункера 1 и выгрузочного стола 3 подбирают скорость выгрузки. Ввиду высоких температур внутри печи опорные узлы и приводные механизмы бункера и выгрузочного стола устанавливаются снаружи над сводом печи. В качестве опорных узлов бункера 1 и выгрузочного стола 5 применены прикрепленные к течке 3 и гильзе 7 герметичные опорные подшипники с наружными венцами на их корпусах. Подшипники установлены над сводом печи друг на друге, причем нижний подшипник прикреплен к гильзе 7, а верхний подшипник герметично прикреплен к вертикальной течке 3 бункера 1, что обеспечивает полную герметизацию опорно-приводного узла загрузочно-распределительного устройства от прососа воздуха в печь. Венец каждого подшипника 19 и 20 связан с шестерней индивидуального привода, например мотор-редуктора 14 и 15.
Опытным путем установлено, что для разных обрабатываемых материалов и фракционного состава требуется установление своих технологических скоростей и направлений вращения загрузочного бункера 1 и выгрузочного стола 5, которые определяются экспериментально исходя из условий равномерного или заданного распределения по крупности материала.
Данное устройство предпочтительно применять на шахтных пересыпных печах, работающих под давлением и с минимальным разрежением (5…40 Па) в загрузочной части печи. Равномерное распределение обжигаемого материала и твердого топлива является основной проблемой при эксплуатации этих печей.
По предлагаемому изобретению проведены испытания на моделях в лабораторных условиях, а также разработана конструкторская документация для изготовления опытного образца загрузочно-распределительного устройства, который запланировано изготовить и установить на шахтную газовую известковую печь в г.Аше Челябинской области в 2013 г.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №323623 F27В 1/20, опуб. 29.11.1972 г.
2. Авторское свидетельство СССР №939906 F27B 1/20, опуб. 30.06.1982 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1179061 F27B 1/20, опуб. 15.09.1985 г.
4. Авторское свидетельство СССР №1244454 F27B 1/20, опуб. 15.07.1986 г.
5. Пат РФ №2079804 F27B 1/20, опуб. 20.05.1997 г.
6. Пат РФ №2112186 F27B 1/20,C21B 7/20, опуб. 27.05.1998 г.
7. Пат РФ №2127318 С21В 7/20,Р27В 1/20,опуб. 10.03.1999 г.
8. Пат РФ №2196180 С21В 7/20, опуб. 10.01.2003 г.
9. Пат РФ №2208207 F27B 1/20, С21В 7/20, опуб. 10.07.2003 г.
10.Пат РФ №2280828 F27B 1/20, С21В 7/20, опуб. 27.07.2006 г.
11.Пат РФ №2224799 С21В 7/20, F27B 1/20, опуб. 27.02.2004 г.
12.Пат РФ №2374325 С21В 7/20, опуб. 27.11.2009 г.
13.Пат РФ №2396358 С21В 7/20, F27B 1/20, F27D 3/10, опуб. 10.01.2009 г.
14.Пат РФ №2169777 С21В 7/20, опуб. 27.06.2001 г.
15.3аявка ЕПВ №0088253, опуб. 1983 г.
16.Пат РФ №2015476 F27B 1/20, опуб. 30.06.1994 г.
17.Пат США №4497609, опуб. 05.02.1985 г.
18.Пат США №4881869, опуб. 21.11.1989 г.