ТЕПЛОСОХРАНЯЮЩАЯ КАССЕТА УСТРОЙСТВА ЭКРАНИРОВАНИЯ ВЕРХНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДВИЖУЩЕГОСЯ АГЛОМЕРАТА НА ВЫХОДЕ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ЛЕНТЫ ИЗ ЗАЖИГАТЕЛЬНОГО ГОРНА
HEAT-CONSERVING CARTRIDGE OF DEVICE SCREENING TOP SURFACE OF MOVED AGGLOMERATE AT AGGLOMERATION TAPE OUTPUT FROM IGNITION FURNACE

Изобретение относится к производству агломерата в черной металлургии.
Основным технологическим оборудованием для агломерации является агломерационная машина. Распространена агломерационная машина ленточного типа, представляющая непрерывную цепь движущихся спекательных тележек с днищами в виде колосниковой решетки. Тележки проходят под зажигательным горном, где зажигается топливо, содержащееся в поверхностной зоне спекаемого слоя. Через слой агломерата сверху вниз просасывается воздух, и образовавшаяся зона горения перемещается вниз по слою. По мере перемещения зоны горения вниз полурасплавленная масса вышележащей части шихты застывает, образуя спекшийся пирог агломерата (спек) [см. Базилевич С.В., Вегман Е.Ф. Агломерация. М.: Металлургия, 1967. Справочник агломератчика. Киев, 1964]. Согласно этому источнику, чем дольше поддерживается повышенная температура верхних слоев агломерата после его выхода из зажигательного горна, тем выше прочность агломерата верхней части пирога. Указанное положение реализовано в настоящем техническом решении.
Высокоэффективным способом сохранения тепла верхним слоем агломерата после его выхода из зажигательного горна является экранирование поверхности движущегося агломерата с помощью теплосохраняющих установок. Этот способ нашел широкое применение для снижения охлаждения горячего подката в процессе его движения по промежуточному рольгангу широкополосовых станов горячей прокатки.
Эффективность способа существенно зависит от конструкции теплосохраняющих кассет (панелей), используемых в реализующих этот способ устройствах. При этом на широкополосовых станах горячий подкат конечной длины периодически проходит под теплосохраняющими кассетами экранирующей установки, отдавая кассетам тепло и разогревая их, с последующим охлаждением кассет при отсутствии проката.
В технической задаче снижения охлаждения верхней поверхности агломерата на выходе из зажигательного горна путем ее теплового взаимодействия с теплосохраняющими экранами, в случае их применения для снижения потерь тепла агломерата, законы лучистого теплового взаимодействия экранов и поверхности агломерата аналогичны взаимодействию экранов и поверхности горячего подката. Однако временные (из-за низкой скорости движения агломерата) параметры этого взаимодействия и специфика изменения температуры верхней поверхности агломерата после выхода из зажигательного горна существенно отличаются. Топливо агломерата поджигается в зажигательном горне и процесс горения топлива распространяется внутрь пирога агломерата, при этом из-за непрерывного движения агломерационной ленты, во-первых, агломерат покидает зажигательный горн, но процесс горения агломерата сохраняется, уходя во внутренние слои пирога агломерата, во-вторых, непрерывно поступающий на горение воздух интенсивно снижает температуру верхней поверхности агломерата, устраняет ее интенсивный лучистый теплообмен с окружающей средой, т.е. с кассетами экранирующей установки в случае их применения.
Совокупность отмеченного свидетельствует о том, что для поддержания повышенной температуры верхних слоев агломерата после его выхода из зажигательного горна необходимо, прежде всего, максимально приблизить теплосохраняющую кассету к выходу из зажигательного горна. Более того, желательно временное размещение этой кассеты в зажигательном горне для ее разогрева с последующим выводом нагретой кассеты из горна. Учитывая непрерывное движение агломерационной ленты указанные процессы ввода кассеты в горн и ее вывода из горна должны быть периодическими, т.е. теплосохраняющая кассета должна быть подвижной.
В свою очередь применение подвижной теплосохраняющей кассеты в устройстве экранирования верхней поверхности агломерата требует наличия для кассеты привода перемещения и опоры. Единственной опорой для подвижной кассеты на агломерационной ленте является верхняя поверхность агломерата. Однако, принимая это положение за основу, приходится иметь ввиду нежелательность уплотнения кассетой верхних слоев агломерата.
Нарушение этого условия может затруднить поступление воздуха на горение топлива агломерата вплоть до существенного ухудшения процесса агломерации.
Известна теплосохраняющая кассета, получившая широкое распространение за рубежом на широкополосовых станах горячей прокатки и вошедшая в техническую литературу под названием энкопанели (см., например, Европатенты №0048503 В21В 3/02 и №0049000 В21В 3/02 от 24.04.79).
Существенными недостатками известной теплосохраняющей кассеты являются невозможность подачи через нее воздуха на горение топлива в агломерате и отсутствие в ее конструкции элементов, необходимых и достаточных для горизонтального перемещения вдоль верхней поверхности движущегося агломерата.
Известна теплосохраняющая кассета (панель) устройства экранирования верхней поверхности движущегося горячего металла на выходе металла из черновой группы широкополосового стана горячей прокатки, содержащая ряд наполненных теплоизолятором одинаковых тонкостенных профильных труб, стянутых по обоим концам стержнями (см., например, патент РФ №1671384, В21В 1/26, F28 9/20). По совокупности существенных признаков известная теплосохраняющая кассета наиболее близка предлагаемой, поэтому принята за прототип.
Известной теплосохраняющей кассете присущи существенные недостатки. Во-первых, в кассете не предусмотрено свободное прохождение воздуха, необходимого и достаточного для процесса горения топлива в агломерате на агломерационной ленте. Во-вторых, в конструкции кассеты отсутствуют конструктивные элементы, необходимые для горизонтального перемещения кассеты от привода вдоль агломерационной ленты, что ограничивает возможности кассеты извлекать тепло из зажигательного горна и таким образом оказывать существенное воздействие на температурные условия, формирующиеся в поверхностном слое агломерата после его выхода из зажигательного горна. В то же время, как уже было отмечено, это весьма желательно, так как позволяет повысить прочность агломерата верхней части пирога.
Предлагаемая ниже теплосохраняющая кассета свободна от указанных недостатков прототипа. В техническом решении путем применения подвижной теплосохраняющей кассеты и использования тепла зажигательного горна высокоэффективно решена задача повышения температуры верхней поверхности движущегося агломерата после его выхода из зажигательного горна. При этом решение выполнено без использования дополнительного энергоносителя.
Перечисленные результаты в предложенной теплосохраняющей кассете достигаются за счет того, что в теплосохраняющей кассете устройства экранирования верхней поверхности агломерата на выходе агломерационной ленты из горна, содержащей ряд наполненных теплоизолятором одинаковых тонкостенных профильных труб, стянутых по обоим концам стержнями, согласно изобретению между одним из стягивающих стержней и центром длины кассеты сквозь набор профильных труб кассеты проходит стержень, скрепленный неподвижно относительно труб кассеты и имеющий два цилиндрических участка для возможного подвижного соединения с помощью рычагов с приводом возвратно-поступательного перемещения кассеты, при этом указанные цилиндрические участки расположены симметрично относительно продольной оси кассеты. Помимо этого, стержень проходит сквозь набор профильных труб по центру длины кассеты. К тому же, цилиндрические участки стержня расположены в зазоре между крайней в кассете и следующей за ней трубой. При этом к одной из наружных сторон кассеты, вдоль вертикальной стенки крайней в кассете профильной трубы, прикреплен неподвижно гнутый швеллер, обращенный вогнутой стороной от кассеты, при этом высота швеллера превышает высоту вертикальной стенки профильной трубы и величина этого превышения различна для разных сторон вертикальной стенки. Кроме того, цилиндрические участки стержня расположены на его концах за пределами набора стянутых профильных труб.
Предложенная теплосохраняющая кассета устройства экранирования верхней поверхности движущегося агломерата на выходе агломерационной ленты из зажигательного горна проиллюстрирована на фиг.1-7. На фиг.1 приведен вид сверху на кассету (исполнение I); на фиг.2 - вид сверху на кассету (исполнение II); на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.5 - вид на кассету сбоку с учетом ее привода перемещения в зажигательный горн и из горна (привод в виде λ-образного механизма Чебышева приведен на фиг.5 тонкими линиями); на фиг.6 и 7 показано взаимное расположение комплекта из четырех кассет относительно агломерата и агломерационной ленты и их взаимосвязь с приводом возвратно-поступательного перемещения кассет в зажигательный горн и из горна (фиг.6 - вид с торца, фиг.7 - вид сверху).
Теплосохраняющая кассета (фиг.1 и 2) имеет длину L и ширину В. Длина L определена погибом кассеты под собственным весом при температуре работы кассеты (уровень температуры кассеты в течение времени ее нахождения в горне может достигать 1200°C). Ширина кассеты В определена шириной агломерационной ленты и принятым комплектом кассет, перекрывающих эту ширину (например, при ширине агломерационной ленты 4000 мм предпочтительной шириной кассеты является размер около 1000 мм, т.е. на ширине ленты одновременно эксплуатируется четыре кассеты).
Кассета выполнена из набора одинаковых профильных тонкостенных труб 1 (например, квадратных с поперечным сечением около 100×100 мм и толщиной стенки 1,0 мм) из жаростойкого сплава (например, ХН45Ю). Трубы 1 по обоим концам, на одинаковом расстоянии от краев кассеты, стянуты стержнями 2. Между трубами 1 на стержнях 2 установлены втулки 3, образуя зазор между трубами 1, необходимый для свободного поступления воздуха на горение топлива агломерата в процессе работы агломерационной ленты. Сквозь набор труб, на их длине между стягивающими стержнями 2, проходит стержень 4, скрепленный неподвижно относительно набора труб (например, сваркой 5).
1
2
1
2
Стержень 4 проходит сквозь набор труб 1 между стягивающими стержнями 2 на расстоянии l и l от концов набора труб 1 (фиг.1 и 2). При этом предпочтительным является вариант исполнения кассеты с равенством l=l. На стержне 4 выполнены два цилиндрических участка 6, которые расположены симметрично относительно продольной оси 7 кассеты. Внутренняя полость труб 1 заполнена теплоизолятором 8 (фиг.3 и 4), например теплоизоляционной ватой.
Возможны два варианта исполнения теплосохраняющей кассеты: I - на фиг.1 и 3 и II - на фиг.2 и 4. В исполнении I цилиндрические участки 6 на стержне 4 расположены на его концах за пределами набора стянутых профильных труб 1 (фиг.1 и 3). В исполнении II цилиндрические участки 6 на стержне 4 расположены в зазоре между крайней в кассете и следующей за ней трубой (фиг.2 и 4). В обоих вариантах исполнения теплосохраняющей кассеты указанные цилиндрические участки 6 предназначены для соединения с рычагами привода возвратно-поступательного горизонтального перемещения кассеты (стрелки 9 и 10 на фиг.1 и 2) относительно верхней поверхности агломерата в устройстве экранирования верхней поверхности движущегося агломерата - на выходе агломерационной ленты из зажигательного горна (см. ниже).
В обоих вариантах исполнения теплосохраняющей кассеты предусмотрена возможность в исполнении I и вероятность в исполнении II ее контакта на агломерационной ленте с верхней поверхностью агломерата. Для этого на концах стягивающих стержней 2 кассеты с обеих ее сторон установлены лыжеобразные опоры 11 и 12 (фиг.5). Установка этих опор выполнена с шарнирным креплением, обеспечивающим снижение давления опор 11 и 12 на верхнюю поверхность агломерата при колебании его высоты. Причем в исполнении II установка опор 11 и 12 может быть осуществлена в зазоре между крайней в кассете и следующей за ней трубой.
При исполнении II кассеты к одной из ее наружных сторон вдоль вертикальной стенки крайней в кассете профильной трубы прикреплен неподвижно гнутый швеллер 13 (фиг.4), обращенный вогнутый стороной от кассеты. При этом высота швеллера 13 превышает высоту вертикальной стенки трубы и величина этого превышения (m и n на фиг.4) различна для разных граней вертикальной стенки.
В качестве привода возвратно-поступательного перемещения кассеты в зажигательный горн (стрелка 9 на фиг.1, 2 и 5) и из горна (стрелка 10 на фиг.1, 2 и 5) предпочтительно применение λ-образного механизма Чебышева (фиг.5, тонкие линии).
Указанное предпочтение обусловлено возможностью этого механизма создавать прямолинейное движение точки М на фиг.5 в направлении 9 без применения какой-либо направляющей опоры с последующим возвращением в направлении 10 в исходное положение по кривой второго порядка. При этом точка М расположена на оси цилиндрических участков 6 стержня 4 (на фиг.1-4); направление 9 отражает движение кассеты в зажигательный горн, а направление 10 - из зажигательного горна.
На ширине агломерационной ленты устанавливают несколько теплосохраняющих кассет, располагая их в ряд. В обоих исполнениях кассеты возвратно-поступательное перемещение нескольких кассет вдоль агломерата взаимосвязано. Указанную взаимосвязь перемещения нескольких кассет обеспечивают единым для них приводом.
На фиг.6 приведено расположение кассет I-IV в ряд над агломерационной лентой 14. При этом между кассетой и верхней поверхностью 15 агломерата предусмотрен зазор h (фиг.6), равный порядка 80-100 мм в процессе горизонтального перемещения кассет I-IV в сторону зажигательного горна.
На фиг.7 стрелкой 16 показано направление движения агломерата 15 совместно с движением агломерационной ленты 14. Привод кассет I-IV осуществляют рычагами 17, шарнирно соединенными через втулки с цилиндрическими участками 6 стержня 4. Рычаги 17 получают движение от шатунных колен 18 коленчатого вала, опирающегося коренными шейками 19 коленчатого вала на элементы стационарно установленной относительно агломерационной ленты секции. Коленчатый вал получает вращение 20 от привода. Позиция 21 на фиг.7 отражает границу между входом в зажигательный горн и стационарно установленной секцией, в которой расположены с возможностью указанного на фиг.7 перемещения кассеты I-IV.
1
2
При принятии решения о выборе варианта I или II исполнения теплосохраняющей кассеты, характерных для кассеты размеров l и l и высоты расположения h кассеты относительно верхней поверхности 16 агломерата, руководствуются следующими положениями:
1. Для исполнения I (фиг.1) характерна достаточно простая конструктивная возможность сочленения цилиндрических участков 6 стержня 4 с рычагами 17 (фиг.7) привода возвратно-поступательного перемещения кассеты. Однако при принятом расположении комплекта кассет в ряд горизонтальной плоскости существенно (до 10% и более) возрастает расстояние между кассетами, т.е. достаточно значительная часть верхней поверхности агломерата имеет пониженный тепловой контакт с теплоаккумулирующей поверхностью кассет, снижается эффект экранирования.
1
2
1
2
Кроме того, при любом соотношении линейных размеров l и l, в том числе при l=l, конструкции исполнения I присуща невозможность строгого уравновешивания частей кассеты, расположенных по разные стороны от оси стержня 4, особенно с учетом возвратно-поступательного движения кассеты. Таким образом, становится необходимым контакт опор 11 и 12 с верхней поверхностью 15 агломерата при движении кассеты в зажигательный горн и из горна. Отмеченный контакт способен ухудшить поступление воздуха для процесса горения в агломерате.
1
2
2. Соотношение линейных размеров l и l определяет (при работе кассеты) воздействие кассеты на температуру поверхности 15 агломерата.
1
2
1
2
При l>l и движении кассеты в направлении горна (направление 9 на фиг.1, 2 и 5) опоры 11 кассеты могут оказывать повышенное давление на верхнюю поверхность агломерата, что нежелательно, так как уплотняется агломерат, чем ухудшается прохождение воздуха на горение. В то же время при значениях l>l большая часть кассеты может входить в горн и нагреваться в нем. Соответственно, в этом случае в большей степени такое соотношение будет способствовать поддержанию повышенной температуры верхних слоев агломерата после его выхода из горна.
1
2
1
2
При l>l и движении кассеты в направлении из горна (направление 10 на фиг.1, 2 и 5) опоры 12 могут оказывать повышенное давление на верхнюю поверхность агломерата, что нежелательно, так как уплотняется агломерат, чем ухудшается прохождение воздуха на горение в агломерате. Однако в этом случае указанное негативное воздействие опоры 12 на агломерат можно существенно ограничить реализацией перемещения кассеты в направлении 10 со скоростью, близкой к скорости движения агломерата. Следует также иметь ввиду, что при l>l меньшая часть длины кассеты попадает в горн, следовательно, снижается эффективность применения кассеты.
1
2
Учитывая совокупность отмеченных противоречивых требований к расположению стержня 4 в конструкции кассеты предпочтение отдают установке стержня 4 строго по центру длины L кассеты, т.е. принимают равенство l=l расположения этого ведомого стержня кассеты, через который кассета получает горизонтальное возвратно-поступательное движение в направлении 9 (в горн) и в направлении 10 (из горна).
1
2
К достоинствам такого решения (принятия l=l) относится также возможность снижения (вплоть до нуля при исполнении кассеты по II варианту) давления опор 11 и 12 на верхнюю поверхность агломерата. К тому же кассета становится симметричной относительно стержня 4. Последнее позволяет по мере износа (сгорания) части кассеты, периодически вводимой в зажигательный горн, путем разворота кассеты в горизонтальной плоскости на 180° продолжать ее эксплуатацию.
3. При назначении высоты расположения h кассет относительно верхней поверхности 15 агломерата (фиг.6) учитывают, что с уменьшением величины h существенно возрастает положительный эффект воздействия теплоаккумулирующих кассет на температуру верхней поверхности агломерата, т.е. воздействие экранирования на прочность поверхностных слоев агломерата.
Однако малые значения h увеличивают вероятность отмеченного негативного влияния опор 11 и 12 (фиг.5) на плотность верхнего слоя агломерата в районе действия этих опор, на поступление воздуха на горение в этих частях прохождения агломерата. Для максимального уменьшения этого негативного влияния опор 11 и 12 в исполнении кассеты согласно варианту II (фиг.2 и 4) применяют неподвижно прикрепленный вдоль вертикальной стенки крайней в кассете профильной трубы гнутый швеллер 13 с установкой его так, как представлено на фиг.2, 4, 6 и 7. При расстоянии h=80-100 мм и опускании кассеты в процессе ее движения из горна на 30-50 мм устанавливают размер m на фиг.4 и 6 равным 35-55 мм и размер n=2-5 мм, тем самым в основном исключают контакт кассет с верхней поверхностью агломерата. Естественно, при существенных колебаниях высоты верхней поверхности агломерата 15 и при указанных соотношениях размеров возможен временный контакт труб кассеты с агломератом. Негативное воздействие этого контакта на работу кассеты устраняют использованием отмеченных на фиг.5 опор 11 и 12, однако их применение становится частным случаем работы кассеты и не влияет на плотность верхних слоев агломерата.
Указанные в пп.1-3 показатели определяют основные конструктивные параметры теплосохраняющей кассеты.
Таким образом, предложена теплосохраняющая кассета устройства сохранения тепла верхней поверхности движущегося агломерата после выхода участков агломерационной ленты из зажигательного горна. Кассета выполнена из набора профильных тонкостенных труб, наполненных теплоизолятором. Кассета снабжена возможностью горизонтального перемещения в зажигательный горн и из горна от привода. Кассета установлена в устройстве на выходе агломерата из горна. Предпочтительным приводом перемещения кассеты в устройстве обосновано применение λ-образного механизма Чебышева, обеспечивающего строго горизонтальное перемещение кассеты в зажигательный горн с последующим незначительным отклонением кассеты от горизонта при ее перемещении из горна. Находясь в горне кассета аккумулирует тепло и разогревается; после выхода из горна кассета излучением отдает тепло верхнему слою агломерата. Предложено два варианта исполнения кассеты, а также реализация пониженного силового воздействия перемещаемой теплосохраняющей кассеты на верхние слои агломерата. Эксплуатация кассеты и ее тепловое воздействие на агломерат практически не требуют расхода энергии.