ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРЯМЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ

Предлагаемое техническое решение относится к термообработке сыпучего материала в печи с подвижным подом и может быть использовано в технологии получения восстановленного металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель.
Важной технологической операцией при производстве металла прямым восстановлением из оксида в печи с подвижным подом является выгрузка продуктов реакции с подвижного пода. Выгрузка продуктов реакции с непрерывно перемещающегося пода должна осуществляться достаточно быстро, без нарушения целостности поверхностного слоя пода и с минимально возможными тормозящими нагрузками на механизм перемещения пода и на подвижные части печи.
Известен способ получения металлического железа и устройство для его осуществления, в котором устройство для получения металлического железа содержит подвижный под, включающий множество подовых элементов, имеющих возможность перемещения по направляющим по замкнутой траектории с помощью приводного устройства, корпус печи, перекрывающий весь под сверху, устройство для подачи материала на под, нагревающие устройства, встроенные в корпус печи, разгрузочное устройство, устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак (патент РФ №2194771, C21B 13/10, 2002 г., [1])
Основные недостатки известного решения: неполное использование рабочего пространства печи - выполнение подвижного пода не сплошным, а из отдельных поддонообразных элементов, непроизводительное использование площади пода и низкая ремонтноспособность устройства.
Использование отдельных (разделенных) подовых элементов затрудняет загрузку материала на под, ведет к непроизводительному расходу тепловой энергии и к снижению производительности печи, а выполнение элементов поддонообразными затрудняет выгрузку материала с пода.
Известна печь с вращающимся подом для получения восстановленного металла и способ получения восстановленного металла (патент РФ №2217504, C21B 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.
Перемещение платформы, снабженной колесами, по круговому рельсовому пути не гарантирует равномерности и плавности перемещения пода, значительны потери за счет трения.
Известна печь для получения губчатого железа, включающая корпус с герметичной термокамерой, сплошной 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 (А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г., [3]).
Водоохлаждаемый скребок установлен в известном решении неподвижно относительно пода, что создает в процессе эксплуатации дополнительные нагрузки на механизм вращения и приводит к более быстрому износу деталей этого механизма и к снижению срока службы, как скребка, так и механизма вращения и механизма перемещения пода.
Известна кольцевая печь для пирометаллургической обработки железных руд (А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г., [4]), выполненная в виде кольцевого туннеля с вращающимся внутри подом, выполненным из несущей металлической рамы, сверху которой располагается подина, изготавливаемая из керамики или жаропрочных сплавов. Печь также содержит загрузочное устройство в виде вибрирующего желоба с челночным передвижением, водоохлаждаемый перемешиватель шихты, приспособления для подсыпки на подину инертных материалов и водоохлаждаемую барабанную фрезу для выгрузки материала.
По назначению, технической сущности, наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Выполнение пода в виде сплошного кольца позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс, но использование для выгрузки материала из печи барабанной фрезы приведет к повышению механических нагрузок на привод фрезы, к увеличению нагрузок на привод перемещения пода следствием чего является снижение срока службы деталей и механизмов, снижение технико-экономических показателей процесса.
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала, содержащего оксид металла и восстановитель в печи с подвижным подом, повышение срока службы оборудования.
Техническими результатами являются: снижение механических нагрузок на детали и механизмы, предотвращение нарушений технологического режима печи за счет эффективной разгрузки продуктов реакции с вращающегося пода.
Технические результаты достигаются тем, что в печи для получения металла прямым восстановлением, содержащей, подвижный под, футерованный корпус, перекрывающий весь под сверху, снабженной устройством для загрузки материала, устройствами для термообработки материала и устройством для выгрузки продуктов реакции, подвижный под выполнен в виде кольцевой платформы, снабженной не менее чем двумя замкнутыми направляющими, перемещающимися по роликовым опорам, устройство для выгрузки выполнено в виде шнека, который установлен с возможностью вертикального перемещения и снабжен внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости, причем винт шнека выполнен с шагом, равным 0,05-0,08 ширины пода печи.
Кроме того, шнек может быть выполнен в виде разнонаправленных от середины винтов, а канал для подачи охлаждающей жидкости может быть выполнен с развитой поверхностью.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- подвижный кольцевой под;
- футерованный корпус, перекрывающий весь под сверху;
- устройство для загрузки материала;
- устройства для термообработки материала;
- устройство для выгрузки продуктов реакции.
Предлагаемое решение также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- подвижный под выполнен в виде кольцевой платформы, снабженной не менее чем двумя замкнутыми направляющими;
- направляющие перемещаются по роликовым опорам;
- устройство для выгрузки выполнено в виде шнека;
- шнек установлен с возможностью вертикального перемещения;
- шнек снабжен внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости;
- винт шнека выполнен с шагом, равным 0,05-0,08 ширины пода печи.
Кроме того, шнек может быть выполнен в виде разнонаправленных от середины винтов, а канал для подачи охлаждающей жидкости может быть выполнен с развитой поверхностью.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Выгрузка продуктов реакции с непрерывно перемещающегося пода должна осуществляться достаточно быстро, без нарушения целостности поверхностного слоя пода и с минимально возможными тормозящими нагрузками на механизм перемещения пода и на подвижные части печи.
Для обеспечения данных условий в предлагаемом решении подвижный под выполнен в виде кольцевой платформы, снабженной не менее чем двумя замкнутыми направляющими, перемещающимися по роликовым опорам, а разгрузочное устройство выполнено в виде шнека, установленного с возможностью вертикального перемещения, причем, винт шнека выполнен с шагом, равным 0,05-0,08 ширины пода печи.
В предлагаемом решении под установлен на платформе, снабженной тремя направляющими, и платформа перемещается по опорным элементам, снабженным подшипниками качения. Такое выполнение механизма перемещения пода значительно снижает энергетические затраты на перемещение за счет значительного снижения трения между движущимися деталями. Выполнение трех направляющих повышает устойчивость платформы, обеспечивает плавность и равномерность движения. Закрепление опорных элементов на опорах, выполненных в виде набора столбиков, установленных по концентрическим окружностям, снижает материалоемкость конструкции.
Выполнение разгрузочного устройства в виде шнека, установленного с возможностью вертикального перемещения в зависимости от технологических потребностей, расширяет технологические возможности узла разгрузки и повышает срок службы шнека.
Выполнение винта шнека с шагом, равным 0,05-0,08 ширины пода печи снижает механические нагрузки на шнек и на механизм перемещения пода, что повышает срок службы оборудования.
Выполнение винта шнека с шагом, более 0,08 ширины пода печи, затруднит разгрузку продуктов реакции с пода (неполная разгрузка), что может привести к сбоям технологического режима работы печи, к необходимости остановок, что неизбежно приведет к снижению производительности печи и к снижению технико-экономических показателей процесса.
Выполнение винта шнека с шагом, менее 0,05 ширины пода печи, приведет к повышению механических нагрузок на шнек, на привод шнека, к увеличению нагрузок на привод перемещения пода следствием чего является снижение срока службы деталей и механизмов, снижение технико-экономических показателей процесса.
Для снижения механических нагрузок на оборудование и ускорения разгрузки продуктов шнек может быть выполнен в виде разнонаправленных от середины винтов и разгрузка может производится в два потока.
Для повышения срока службы шнека он может быть снабжен внутренним каналом для подачи охлаждающей жидкости.
Предлагаемая печь для получения металла прямым восстановлением, содержит (фиг.1..) замкнутые круговые направляющие 1, закрепленные на платформе 2 и перемещающиеся по роликовым опорам 3, на платформе 2 смонтирован под 4, футерованный корпус печи 5, перекрывающий весь под 4 сверху. Печь снабжена устройством для загрузки материала 6, устройствами для термообработки материала 7 в виде горелок, устройством для выгрузки продуктов реакции 8, выполненным в виде шнека 9, закрепленного на стойках 10 с возможностью перемещения. Шнек 9 снабжен внутренней полостью 11 для прохождения охлаждающей жидкости. При этом полость выполнена в виде канала с развитой поверхностью.
Печь работает следующим образом. Платформа 2 с подом 4, снабженная направляющими 1, перемещается с помощью приводного устройства (не показано) перемещается по роликовым опорам 3. Через устройство для загрузки материала 6 на под 4 печи подается исходный железо-углеродсодержащий материал, нагрев которого осуществляется в зонах предварительного нагрева и термообработки горелками 7. При нагреве происходит процесс восстановления металла из оксида с образованием шлака. Затем продукты реакции охлаждаются и удаляются с пода шнеком 9, который устанавливают на необходимую высоту на стойках 10 и через внутренний канал 11 которого подают воду. Выгруженные с пода 4 продукты реакции в виде гранул железа и шлака дополнительно охлаждаются, разделяются магнитным сепаратором и перемещаются на склад и в отвал.
Предлагаемое решение не требует существенных усложнений конструкции и значительных материальных затрат и, в то же время, обеспечивает эффективную безаварийную работу оборудования и повышает срок его службы. 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.
1. Патент РФ №2194771, C21B 13/10, 2002 г.
2. Патент РФ №2217504, C21B 13/08, 2003 г.
3. А.с. СССР №808805, F27B 3/06, C21D 13/08, 1981 г.
4. А.с. СССР №117734, 18а, 1959 г.