ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ШАХТНОЙ ПЕЧИ
LOADING UNIT OF BLAST FURNACE

Изобретение относится к загрузочному устройству для загрузки шахтной печи и, в частности, доменной печи.
На протяжении последних десятилетий разработанная заявителем загрузочная система нашла широкое применение по всему миру для загрузки и распределения сыпучего материала по поверхности загрузки внутри доменной печи. Эта система, известная под названием «бесконусный верх» (БКВ), включает в себя вращающийся лоток с изменяемым углом наклона и соответствующее оборудование привода. Системы БКВ с такими вращающимися и наклоняемыми лотками описываются, например, в заявке WO 95/21272, патентах US 5022806, US 4941792, US 3814403 и US 3693812, выданных на имя заявителя. Лоток находится в консольной подвеске на роторе, который имеет преимущественно вертикальную ось вращения, и может поворачиваться на этом роторе вокруг преимущественно горизонтальной оси подвески с целью изменения угла его наклона. За счет вращения вокруг этой вертикальной оси и изменения угла наклона лотка с помощью механизма наклона можно направлять сыпучий материал практически в любую точку загрузочной поверхности. Следовательно, наряду со многими другими преимуществами системы БКВ обеспечивают широкое разнообразие профилей загрузки благодаря своей универсальности в распределении шихты по загрузочной поверхности. Однако для этого требуется сложное механическое оборудование, в частности механизм для изменения угла наклона лотка в процессе загрузки.
Таким образом, имеется потребность в более простом и, следовательно, более дешевом решении, в особенности, для печей малого и среднего размера. Очевидно, что такое более простое решение должно сохранять требуемую универсальность при распределении шихты.
Решение, которое в некоторой степени удовлетворяет эту потребность, описано в патенте US 5695085, в котором раскрывается устройство для загрузки шахтной печи. Это устройство представляет собой усовершенствование устройства, известного под названием «карусельное загрузочное устройство» и описанного, например, в заявке WO 92/019776. Такое устройство включает в себя узел, предназначенный для распределения шихты по всему сечению шахтной печи и расположенный в зоне колошника под выходным отверстием бункера, в котором хранится шихта. Распределительный узел выполнен с возможностью вращения вокруг оси печи на валу, который вращается от регулируемого привода и включает в себя, по меньшей мере, два направляющих элемента, расположенных по периметру горизонтального элемента. Каждый направляющий элемент состоит из двух сегментов, расположенных последовательно в направлении потока шихты.
Благодаря конструкции распределительного узла, в частности вращательно симметричному расположению направляющих элементов, поток шихты, поступающий из выходного отверстия бункера, разделяется, по меньшей мере, на два одновременных частичных потока для того, чтобы получить слои шихты с примерно одинаковым распределением по размеру зерна по всей периферии. Благодаря наличию вторых сегментов направляющих элементов и вращению распределительного узла вокруг оси печи, можно получить различные профили загрузки.
Недостаток этого последнего устройства заключается в том факте, что для достижения максимально однородного распределения шихты по всей периферии необходима концентрическая и вращательно симметричная подача насыпного материала в распределительный узел. И действительно, если поток насыпного материала хотя бы слегка эксцентричен или асимметричен, то больше насыпного материала будет загружаться на один участок загрузочной поверхности, в то время как меньше насыпного материала попадет на оставшуюся площадь загрузочной поверхности. Другим недостатком такой конструкции является сложность самого распределительного узла, который из-за этого получается относительно дорогим и сложным в обслуживании. Кроме того, можно полагать, что такое устройство достигает только относительно грубой точности профиля загрузки из-за широкого разброса насыпного материала.
Цель изобретения
Соответственно целью настоящего изобретения является загрузочное устройство для загрузки шахтной печи, имеющее простую конструкцию и обеспечивающее решение вышеуказанных проблем.
Общее описание изобретения
Для достижения указанной цели настоящее изобретение предлагает загрузочное устройство для загрузки шахтной печи, включающее в себя вращающийся распределитель и регулируемый привод для вращения вращающегося распределителя вокруг преимущественно вертикальной оси вращения, которая, как правило, совпадает с центральной осью шахтной печи. Вращающийся распределитель включает в себя множество направляющих элементов, которые образуют каналы скольжения для загрузочного материала (шихты). В соответствии с существенным аспектом изобретения вращающийся распределитель включает в себя соединительный желоб, из которого исходит каждый из направляющих элементов и который устроен таким образом, что поток шихтового материала скользит по одному конкретному направляющему элементу, в зависимости от скорости и/или направления вращения указанного вращающегося распределителя.
Различные направляющие элементы позволяют выбрать соответствующие кольцевые зоны на поверхности загрузки, на которые необходимо направлять шихтовый материал. Из описания станет понятно, что такой выбор осуществляется только за счет регулирования скорости вращения. За счет поддержания единого устойчивого потока шихтового материала на вращающийся распределитель такая относительно простая конструкция позволяет добиться широкого разнообразия профилей загрузки и высокой периферической однородности распределения. И действительно, такое загрузочное устройство устойчиво как к точке падения, так и к форме потока материала, который подается на вращающийся распределитель, так как они лишь незначительно влияют на траекторию потока, падающего на вращающийся распределитель. За счет своей непрерывной наклонной скользящей поверхности соединительный желоб позволяет направить шихтовый материал на один конкретный направляющий элемент, и - впоследствии - на одно конкретное кольцо загрузки только за счет изменения скорости вращения.
Предпочтительно, чтобы каждый направляющий элемент имел различную конфигурацию, соответствующую кольцу загрузки заданного радиуса на поверхности загрузки шахтной печи. Длина и/или наклон каждого направляющего элемента преимущественно подбираются таким образом, чтобы каждый направляющий элемент направлял шихтовый материал в различную круговую зону, т.е. кольцо загрузки на поверхности загрузки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения направляющие элементы исходят из нижнего периметра соединительного желоба в пределах углового сектора, охватывающего максимум 180°. Здесь удобнее всего расположить направляющие элементы последовательно в примыкающих угловых интервалах углового сектора. Кроме того, соединительный желоб предпочтительно отклонен на угол (α) в диапазоне между 35 и 65° от оси вращения вращающегося распределителя.
Поворотная подвесная конструкция, включающая в себя два поперечных монтажных фланца для опоры вращающегося распределителя, и центральный проход, предназначенный для подачи шихтового материала во вращающийся распределитель, представляют собой опору для вращающегося распределителя, которая имеет простую и надежную конструкцию.
Для загрузки центральной области загрузочной поверхности, т.е. зоны вблизи центральной оси печи, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один из направляющих элементов включал в себя коленчатый отклоняющий участок для загрузки центральной области загруженной поверхности.
По одному варианту осуществления изобретения вращающийся распределитель дополнительно включает в себя наклонный входной участок, предназначенный для приема потока шихтового материала, при этом входной участок пересекает ось вращения и ведет в соединительный желоб. Соответственно, вращающийся распределитель смонтирован в виде эксцентрика, и его форма относительно оси вращения асимметрична.
С целью увеличения поля допуска и повышения универсальности загрузки предпочтительно, чтобы каждый из направляющих элементов имел сечение верхнего входного отверстия, значительно превышающее соответствующее сечение потока шихтового материала.
Понятно, что загрузочное устройство по настоящему изобретению особенно подходит для установки в доменной печи.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным из последующего описания не ограничивающего варианта осуществления изобретения, которое дается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые или похожие элементы и изображено следующее:
Фиг.1. Вид сверху частично в разрезе доменной печи, включающей в себя загрузочное устройство по настоящему изобретению.
Фиг.2. Вид в плане вращающегося распределителя, который применен в загрузочном устройстве по Фиг.1.
Фиг.3. Объемное изображение вращающегося распределителя по Фиг.2.
Фиг.4. Объемное изображение, схематически иллюстрирующее первый скользящий канал для подачи шихтового материала на вращающийся распределитель по Фиг.3 при вращении в первом направлении с первой скоростью.
Фиг.5. Объемное изображение, схематически иллюстрирующее второй скользящий канал для подачи шихтового материала на вращающийся распределитель по Фиг.3 при вращении в первом направлении со второй скоростью.
Фиг.6. Объемное изображение, схематически иллюстрирующее третий скользящий канал для подачи шихтового материала на вращающийся распределитель по Фиг.3 при вращении во втором направлении с третьей скоростью.
Фиг.7. Объемное изображение, схематически иллюстрирующее первый скользящий канал для подачи шихтового материала на вращающийся распределитель по Фиг.3 при вращении во втором направлении с четвертой скоростью.
Подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи
Загрузочное устройство для загрузки и распределения насыпного материала по поверхности загрузки (Фиг.1) обозначено общим номером 10. Загрузочное устройство 10 включает в себя вращающийся распределитель 12 и регулируемый привод 14, например электрический серводвигатель. Вращающийся распределитель 12 подвешивается в зоне горловины доменной печи 16 посредством подвесной конструкции 18. Антифрикционный подшипник 20 присоединяет вращательно верхний кольцевой фланец 22 подвесной конструкции 18 к опорному кольцевому фланцу 23, прикрепленному к верхней крышке 24 доменной печи 16. Подшипник 20 и кольцевые фланцы 22, 23 устроены таким образом, что вращающийся распределитель 12 вращается вокруг центральной оси А доменной печи 16. Регулируемый привод 14 прикреплен к верхней крышке 24 и подвесной конструкции 18 посредством зубчатой передачи 26 с целью передачи этого вращения на вращающийся распределитель 12. Зубчатая передача 26 включает в себя, например, зубчатое колесо, присоединенное к оси регулируемого привода 14 и входящее в зацепление с наружным зубчатым колесом, прикрепленным к верхнему кольцевому фланцу 22, как показано на Фиг.1. Тем не менее, не исключаются другие механизмы привода. Подвесная конструкция 18 дополнительно включает в себя два поперечных монтажных фланца 28, которые поддерживают верхний конечный участок вращающегося распределителя 12 на преимущественно горизонтальной оси В. Подвесная конструкция 18 обеспечивает центральный проход 30, через который шихтовый материал может падать вертикально на верхний концевой участок вращающегося распределителя 12.
Как дополнительно видно из Фиг.1, над верхней крышкой 24 смонтирован бункер 32 для промежуточного хранения шихтового материала. На выходе из бункера 32 установлена шиберная задвижка 34 для контроля расхода, чтобы сделать возможным точное дозирование шихтового материала. Нижний уплотнительный клапан 36 обеспечивает герметичное уплотнение горловины печи, когда бункер 32 не разгружается, в то время как верхний уплотнительный клапан (не показан) обеспечивает герметизацию в процессе загрузки. Ниже по ходу от бункера 32 располагается воронкообразный сегмент 38, который ограничивает и центрирует поток шихтового материала.
На Фиг.2 изображен вращающийся распределитель 12 в виде сверху. Он включает в себя множество направляющих элементов, а более конкретно: первый направляющий элемент 40, второй направляющий элемент 42, третий направляющий элемент 44 и четвертый направляющий элемент 46. Реально выбираемое количество направляющих элементов определяется конкретными требованиями установки, такими, как диаметр доменной печи и желаемое количество отдельных колец загрузки. Как видно из Фиг.2, вращающийся распределитель 12 дополнительно включает в себя соединительный желоб 50, из которого выходят направляющие элементы 40, 42, 44, 46. На практике соединительный желоб 50 представляет собой наклонную, предпочтительно гладкую непрерывную поверхность, по которой может скользить вниз поток шихтового материала. Входной участок 52 для приема шихтового материала соединен с верхним участком периметра 53 соединительного желоба 50, показанного пунктирной линией. В доменной печи 16 входной участок 52 пересекает ось А, как видно из Фиг.1. Входной участок 52 ведет в соединительный желоб 50, от которого отходят вниз по ходу направляющие элементы 40, 42, 44, 46.
1
4
Как показано штриховыми линиями на Фиг.2, направляющие элементы 40, 42, 44, 46 выходят из нижнего участка периметра 54 соединительного желоба 50. Участок периметра 54 охватывает угловой сектор примерно в 150°, при этом наиболее предпочтительная величина - 180°. Как обозначено углами от β до β на Фиг.2, направляющие элементы 40, 42, 44, 46, а точнее - соответствующие входы в них, располагаются в последовательном примыкании через предпочтительно равные угловые интервалы указанного углового сектора. Таким образом, соединительный желоб 50 дополнительно создает поверхность, посредством которой направляющие элементы 40, 42, 44, 46 соединяются и сообщаются с входным участком 52.
Как видно из Фиг.1, вращающийся распределитель 12 и, в частности, соединительный желоб 50 наклонены относительно оси А на фиксированный угол α. Угол α - это угол, образованный продольной осью С вращающегося распределителя 12 и осью вращения А. Этот угол предпочтительно выбирается в диапазоне от 35 до 65°. Если сравнивать с системой БКВ заявителя, то этот угол не изменяется в процессе загрузки, но может быть отрегулирован в нерабочем состоянии, например, в процессе технического обслуживания. Угол наклона α выбирается таким образом, чтобы поддерживать определенную радиальную скорость. Из Фиг.1 и 2 также следует, что нижняя линия входного участка 52 и нижние поверхности первого-третьего направляющих элементов 40, 42, 44 имеют тот же угол наклона α, поскольку они лежат в одной плоскости (копланарны) с поверхностью соединительного желоба 50. Однако четвертый направляющий элемент 46 включает в себя коленчатое отклоняющее устройство 56 для загрузки центральной зоны доменной печи 16.
Как лучше всего видно из Фиг.3, участок коленчатого отклоняющего устройства 56 включает в себя боковую пластину 58 отклоняющего устройства, нижнюю пластину 60 отклоняющего устройства и боковые стенки 62, а также отверстие 64, образованное этими последними стенками и кромкой соединительного желоба 50. Из Фиг.3 также видно, что входной участок 52 имеет вогнутую форму в виде полусферы, которая соединяется с полуцилиндрическим участком, если смотреть вниз по ходу, чтобы обеспечить правильный сбор шихтового материала. На Фиг.3 также изображены боковые стенки 66 первого направляющего элемента 40, боковые стенки 68 второго направляющего элемента 42 и боковые стенки 70 третьего направляющего элемента 70 (частично совпадающие с боковой стенкой 68). Как будет оценено, более длинные направляющие элементы, такие, как второй направляющий элемент 42, имеют боковые стенки 68, устроенные так, чтобы ограничивать поток шихтового материала, направляя его к выходу из этого направляющего элемента. Благодаря этому удается избежать нежелательного разброса шихтового материала.
Принцип работы загрузочного устройства 10, включающего в себя вращающийся распределитель 12, более очевиден из Фиг.4 - 7.
В процессе загрузки шихтовый материал подается из бункера 32 на вращающийся распределитель 12 в форме потока или ручья, падающего вертикально на входной участок 52. Как станет очевидно из описанного ниже, нет необходимости, чтобы поток шихтового материала строго совпадал (был соосен) с осью А, а также, чтобы он был строго вращательно симметричен. Наклон на угол α вращающегося распределителя 12 и, в частности, входного участка 52 и соединительного желоба 50, задает радиальный компонент скорости потока шихтового материала. В результате сразу после выхода из входного участка 52 направление скорости потока примерно совпадает с осью С.
Вращение вращающегося распределителя 12 посредством регулируемого привода 14 обеспечивает распределение по периферии шихтового материала в форме однородных распределительных колец на поверхности загрузки. Кроме того, по настоящему изобретению такое вращение задает угловой компонент скорости потока шихтового материала, за счет чего его направление отклоняется от оси С при вращении (при этом вращающийся распределитель 12 служит системой отсчета). Благодаря форме соединительного желоба 50, шихтовый материал скользит по одному конкретному направляющему элементу 40, 42, 44 или 46 как функция скорости и/или направления вращения вращающегося распределителя 12, как указано на Фиг.4 - 7.
1
4
1
2
3
4
На Фиг.4 - 7 изображены четыре смоделированные траектории потока шихтового материала, что соответствует четырем различным скоростям вращения от ω до ω вращающегося распределителя 12. В конкретном примере доменной печи 16 с диаметром горловины, равным 6 м, и длиной вращающегося распределителя 12-2,4 м (измеренной по оси С от пересечения В и С до конца направляющего элемента 42), подходящими скоростями вращения могут быть, например, ω= -17 об/мин, ω= -7,5 об/мин, ω=7,5 об/мин, ω=17 об/мин, где об/мин означает обороты в минуту, а знак «минус» означает вращение против часовой стрелки.
Эти различные траектории объясняются, в значительной степени, кориолисовой псевдосилой, которая зависит от скорости вращения вращающегося распределителя 12 и - в меньшей степени - от силы трения и центробежной силы. Различные скорости вращения можно определять эмпирически или, как в случае приведенного выше примера, посредством вычислений с учетом таких определяющих параметров, как геометрия вращающегося распределителя 12, скорость при ударе потока, тип и состав шихтового материала и т.д.
1
4
1
1
2
2
3
3
4
4
За счет соответствующей индивидуальной и различающейся конфигурации каждого направляющего элемента 40, 42, 44 или 46 поток шихтового материала выходит из вращающегося распределителя 12 из разных мест и с различными векторами скорости (т.е. при различных координатах и с различными векторами скорости в отношении радиуса, полярного угла (угловой фазы) и азимутального угла в сферической системе координат, определяемой осью А и началом координат, расположенном в точке пересечения оси А и входного участка 52). Это достигается посредством изменения индивидуальной длины и/или изменения индивидуального наклона каждого направляющего элемента 40, 42, 44 или 46. Как понятно из описания, каждый направляющий элемент 40, 42, 44 или 46 в сочетании с соответствующей скоростью вращения от ω до ωнаправляет шихтовый материал в другую кольцеобразную зону загрузочной поверхности, т.е. в другое загрузочное кольцо. В данном примере загрузочное кольцо с самым малым радиусом (измеренным от оси А), т.е. центральная область загрузочной поверхности, загружается через четвертый направляющий элемент 46. Второе меньшее кольцо загружается через первый направляющий элемент 40, в то время как второй и третий направляющие элементы 42, 44 служат, соответственно, для загрузки самого большого и второго по величине диаметра. В вышеуказанном конкретном примере радиусы были рассчитаны как r=1,5 м для направляющего элемента 40 (ω), r=2,8 м для направляющего элемента 42 (ω), r=2,3 м для направляющего элемента 44 (ω), r=0,5 м для направляющего элемента 46 (ω), соответственно. Можно отметить, что все указанные значения определяются по условиям конкретной установки, а здесь приводятся только для целей иллюстрации.
1
4
ω
1
r
i
ωi
Как далее видно из Фиг.4, входное сечение каждого направляющего элемента 40, 42, 44, 46 значительно больше сечения потока шихтового материала в этой точке. В результате скорости от ω до ω можно увеличить или уменьшить в определенном диапазоне на небольшую величину δ, в то же время поддерживая поток через соответствующий направляющий элемент 40, 42, 44 или 46. За счет этого повышается стойкость системы. За счет соответствующих одновременных изменений центробежной силы можно добиться более точного разрешения по отношению к радиусам загрузочных колец, т.е. r±δ. В действительности, когда поток шихтового материала выходит из вращающегося распределителя 12, радиальный компонент его скорости не равен нулю, что объясняется наклоном последнего и силой инерции. Определенный минимальный радиальный компонент скорости потока обеспечивается углом наклона α, за счет чего снижается трение, поддерживается непрерывность потока и исключается закупорка. Несмотря на то, что, в отличие от устройства, описанного в патенте US 5695085, принцип работы вращающегося распределителя 12 отличается от относительно неточного центробежного разбрасывателя, такие небольшие изменения, т.е. ω±δ, могут быть использованы для корректировки, в некоторой степени, радиального компонента скорости.
Кроме того, очевидно, что шихтовый материал загружается в форме единого цельного потока или ручья, за счет чего обеспечивается периферическая однородность профиля загрузки и могут быть снижены требования, предъявляемые к подаче материала на вращающийся распределитель 12, в отличие от устройств-прототипов. Наконец, можно отметить, что описанная компактная конструкция вращающегося распределителя 12 требует небольшого объема, который обеспечивает простоту монтажа и демонтажа этого распределителя через соответствующую служебную дверцу в верхней крышке 24, например, в случае ремонта и/или замены.