ПЕЧЬ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОДОМ

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 проблем, возникающих при использовании печи с подвижным подом, является предотвращение попадания материала между подвижными и неподвижными элементами печи, а также в устройства уплотнения (герметизации), что приводит к нарушению работы привода вращения, нарушению технологического режима, к повреждению деталей и устройств, и, как следствие, к аварийной остановке печи и простоям.
Известна печь для получения губчатого железа (А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г., [1]), включающая корпус с герметичной термокамерой, 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. В данном техническом решении предотвращение попадания обрабатываемого материала в зазор между стенками печи и вращающимся подом достигается перекрытием зазора периферийной часть крышки в рабочих зонах печи (кроме зоны выгрузки обработанного материала). Существенными недостатками решения являются значительная перегрузка механизма привода вращения из-за значительных механических нагрузок и трения между подвижными и неподвижными частями, возникающих при обработке шихты и материала, при терморасширении деталей. Быстрый износ деталей механизма привода вращения приведет к нарушениям технологического режима и к снижению срока службы печи.
Известна печь с вращающимся подом для получения восстановленного металла и способ получения восстановленного металла (патент РФ №2217504, С21В 13/08, 2003 г., [2]). Устройство для реализации технологии содержит круговой рельсовый путь, по которому с помощью приводного устройства перемещается снабженная колесами платформа, на которой установлен под, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, причем верхние части боковых концов пода перекрыты частью стенок корпуса и боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок корпуса, загрузочное устройство, нагревающие устройства, вмонтированные в корпус, два кольцевых канала, выполненные вдоль нижних частей стенок корпуса ниже пода, разгрузочное устройство. Решение направлено на предотвращение разрушений боковых кромок пода и на предотвращение попадания материала в кольцевые каналы, заполненные в данном устройстве водой и являющиеся элементом гидравлического уплотнения.
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основные недостатки известного решения: конструктивными исполнениями элементов: стенка корпуса печи - боковые края подовых элементов достаточно сложно достигнуть вышеупомянутых необходимых результатов. Выполнение боковых краев пода из стойких огнеупорных материалов, отличных от материала пода, усложняет конструкцию и обслуживание, влечет удорожание всей печи. В случае незагрузки материала вблизи кромок боковых концов пода снижается полезная загрузка пода печи, что приводит к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи и процесса.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом.
Техническими результатами являются повышение полезной загрузки пода печи, стабилизация технологических параметров процесса и повышение срока службы оборудования.
Технические результаты достигаются тем, что в печи с вращающимся подом для получения восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, содержащей круговой рельсовый путь, по которому с помощью приводного устройства перемещается снабженная колесами платформа, на которой установлен под, футерованный корпус печи, перекрывающий весь под сверху, причем верхние части боковых концов пода перекрыты частью стенок футеровки корпуса и боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок футеровки корпуса, загрузочное устройство, нагревающие устройства, вмонтированные в корпус, два кольцевых канала, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса ниже пода и заполненные водой, разгрузочное устройство, каналы выполнены шириной не менее величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи, в днищах каналов выполнены приямки, а внутри каналов установлены скребки, закрепленные к нижним краям элементов гидравлического затвора печи.
Кроме того, каналы могут быть выполнены шириной равной 1,5-2 величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи, в днище каждого канала может быть выполнено не менее одного приямка, а боковые концы пода могут быть расположены относительно стенок футеровки корпуса с зазором не превышающем высоту слоя материала, расположенного на поде печи.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- круговой рельсовый путь;
- платформа, снабженная колесами, на которой установлен под;
- приводное устройство с помощью которого перемещается платформа;
- футерованный корпус печи, перекрывающий весь под сверху;
- верхние части боковых концов пода перекрыты частью стенок футеровки корпуса;
- боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок футеровки корпуса;
- два кольцевых канала, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса ниже пода и заполненные водой;
- загрузочное устройство
- нагревающие устройства, встроенные в корпус печи;
- разгрузочное устройство.
Предлагаемое устройство также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- каналы выполнены шириной не менее величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи;
- в днищах каналов выполнены приямки;
- внутри каналов установлены скребки;
- скребки закреплены к нижним краям элементов гидравлического затвора печи.
Кроме того, каналы могут быть выполнены шириной равной 1,5-2 величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи, в днище каждого канала может быть выполнено не менее одного приямка, а боковые концы пода могут быть расположены относительно стенок футеровки корпуса с зазором не превышающем высоту слоя материала, расположенного на поде печи.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Периодически в процессе прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель с использованием в производстве печи с подвижным подом осуществляются операции загрузки исходного материала на под печи, нагрев материала с использованием скоростных газовых потоков, выгрузка продуктов реакции восстановления с пода печи. При выполнении этих технологических операций возможно попадание частиц материала, частиц продуктов реакции в зазор между боковыми концами пода и стенками футеровки печи, попадание материала в устройства и механизмы, расположенные ниже уровня пода. Это может привести к нарушению режима вращения пода, к нарушению температурного режима обработки материала, к повреждениям и разрушению оборудования. В предлагаемом решении частицы материалов так или иначе попадающие в зазор между боковыми концами пода и стенками футеровки печи попадают в кольцевые каналы, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса ниже пода, а скребки, установленные внутри этих кольцевых каналов и закрепленные к нижним краям элементов гидравлического затвора печи, перемещают попавшие в каналы частицы по дну каналов в приямки, выполненные в днищах каналов. Попадающий в приямки материал периодически удаляется и возвращается в производство.
Скребки, установленные внутри кольцевых каналов, закреплены нежестко, что снижает механические нагрузки и трение, а концы скребков выполнены загнутыми, что повышает эффективность захвата попавшего в каналы материала и его транспортировке к приямку. Скребки прикреплены к элементам гидравлического затвора, выполненным в виде юбок, верхние части которых жестко закреплены к нижним краям вращающегося пода, а нижние края юбок погружены в жидкость (вода) и к ним свободно прикреплены скребки.
В предпочтительных вариантах реализации данного решения каналы могут быть выполнены шириной равной 1,5-2 величины зазора между боковыми концами пода и стенками футеровки корпуса печи, в днище каждого канала может быть выполнено не менее одного приямка, а боковые концы пода могут быть расположены относительно стенок футеровки корпуса с зазором не превышающем высоту слоя материала, расположенного на поде печи. Такие варианты исполнения повышают надежность работы оборудования.
Предлагаемое решение не требует существенных усложнений конструкции печи и значительных материальных затрат и в то же время обеспечивает эффективную безаварийную работу оборудования и повышает срок его службы.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области показывает следующее.
Известен «Способ ускорения разделения гранулированного металлического железа и шлака» (патент РФ №2312899, С21В 13/10, 2007 г., [3]), для реализации которого используют печь с вращающимся подом, содержащую вращающийся под, приводимый в движение двигателем, корпус печи, накрывающий весь под сверху, причем стенки корпуса печи полностью перекрывают края пода. При таком выполнении возможно попадание частиц материала в зазор между стенками и краями пода, что приведет к повышению трения, быстрому абразивному износу элементов конструкции, к нарушению режима вращения пода, к износу и разрушению двигателя и приводного устройства.
В предлагаемом решении боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок футеровки корпуса, перекрывающих концы пода, а частицы материала, так или иначе попадающие в зазор между боковыми концами пода и стенками футеровки печи, попадают в кольцевые каналы, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса ниже пода, и скребками, установленными внутри каналов и закрепленные к нижним краям элементов гидравлического затвора печи, перемещаются в приямки, выполненные в днищах каналов. Попадающий в приямки материал периодически удаляется и возвращается в производство.
Известна кольцевая печь для пирометаллургической обработки железных руд (А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г., [4]), содержащая кольцевой вращающийся под, перекрытый сводом тоннеля, стенки которого выложены из огнеупорного кирпича, причем края пода выполнены с бортиками, а боковые концы пода расположены с зазором относительно стенок футеровки тоннеля, перекрывающих концы пода. Выполнение бортиков по краям пода препятствует попаданию обрабатываемого материала между подвижными и неподвижными элементами печи, а также в устройства уплотнения печи, но при этом значительно снижается полезная загрузка пода печи, что приводит к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи и процесса. Возникают трудности при разгрузке материала, возможно разрушение краев пода и снижение срока службы пода.
В предлагаемом решении вся площадь пода используется эффективно, не создается конструктивных препятствий для предотвращения просыпей материала, усложняющих изготовление, работу и обслуживание оборудования, а реализованы решения по эффективному сбору материала и возврату его обратно в процесс. Выполнение скребков в каналах гидравлического затвора печи, перемещение этими скребками просыпей материала по дну каналов, сбор материала в приямках каналов и его извлечение с последующей термообработкой и возвратом в технологический процесс не требует существенных усложнений конструкции печи и значительных материальных затрат и в то же время позволяет повысить эффективность работы оборудования и технологического процесса в целом.
В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся совокупностью признаков, аналогичной с совокупностью признаков предлагаемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Предлагаемая печь с вращающимся подом содержит (фиг.1-4) направляющие 1, в виде кругового рельсового пути, платформы 2, снабженные колесами 3, под 4, установленный на платформах 2, корпус печи 5, снабженный внутри футеровкой 6, перекрывающий весь под 4 сверху, при этом, верхние части боковых концов пода 4 перекрыты частью стенок футеровки 6, загрузочное устройство 7, нагревающие устройства 8, разгрузочное устройство 9, кольцевые каналы 10, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки 6 корпуса 5 ниже пода 4 и заполненные водой, скребки 11, установленные внутри каналов 10, закрепленные к нижним краям элементов 12 гидравлического затвора печи, которые перемещают в приямки 13, выполненные в днищах каналов 10 попавшие в каналы частицы 14. Для перемещения платформ 2 с установленным на них подом 4 печь снабжена приводным устройством 15.
Платформы 2 перемещаются по направляющим 1 с помощью приводного устройства 15 по круговому рельсовому пути. С помощью загрузочного устройства 7 на под печи 4 подается исходный железо-углеродсодержащий материал. Нагрев материала осуществляется нагревающими устройствами 8 в виде газовых горелок, встроенных в корпус печи 5. При нагреве происходит восстановление металла из оксида с образованием шлака. Затем продукты реакции охлаждаются, удаляются с пода разгрузочным устройством 9, дополнительно охлаждаются, подвергаются грохочению и магнитной сепарации. Частицы материала 14, так или иначе попадающие в зазор между боковыми концами пода 4 и стенками футеровки печи 6, попадают в кольцевые каналы 10, выполненные вдоль нижних частей стенок футеровки корпуса 6 ниже пода 4, а скребки 11, установленные внутри каналов 10 и закрепленные к нижним краям элементов 12 гидравлического затвора печи, перемещают попавшие в каналы частицы 14 в приямки 13, выполненные в днищах каналов 10. Попадающий в приямки 13 материал 14 периодически удаляется и возвращается в производство.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить технико-экономические показатели процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом за счет эффективного использования пода печи, обеспечения безаварийной работы оборудования, сокращения потерь материалов, значительного сокращения времени на ремонт и обслуживание оборудования и повышения срока его службы.
ИНФОРМАЦИЯ
1. А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г.
2. Патент РФ №2217504, С21В 13/08, 2003 г.
3. Патент РФ №2312899, С21В 13/10, 2007 г.
4. А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г.