Устройство для загрузки шахтной печи - RU2078831C1
Код документа: RU2078831C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к устройству охлаждения распределительного желоба установки для загрузки шахтной печи, содержащей неподвижный питающий канал, размещенный вертикально в центре головки печи, вращающуюся обечайку, установленную соосно вокруг указанного питающего канала, неподвижную наружную коробку, установленную соосно снаружи указанной обечайки и ограничивающую в боковом направлении с этой обечайкой заметно кольцевую камеру, причем эта камера отделена от внутренней части печи посредством кожуха, жестко связанного с вращающейся обечайкой, распределительный желоб, установленный с возможностью поворота во вращающемся кожухе, средство привода для поворота в блоке обечайки и кожуха вокруг вертикальной оси печи и питающего канала, два приводных картера, расположенные диаметрально противоположно в указанной камере и двигающиеся под действием силы тяжести со вращающимся кожухом вокруг вертикальной оси, причем эти картеры действуют на валы подвешивания желоба для обеспечения его поворота, питающий кольцевой резервуар, закрепленный на верхнем краю вращающейся обечайки и наружная и внутренняя концентрические стенки которого скользят в верхнем неподвижном плато, через которое проходит, по меньшей мере, один трубопровод подачи охлаждающего агента, питающего кольцевой резервуар.
Установка для загрузки этого типа описана в патенте США N A-3880302. В данном случае речь идет о самой распространенной в настоящее время в мире установки для загрузки без конусов, другими словами, установка, которая наилучшим образом отвечает исключительно сложным условиям, в которых должна работать такая установка, в частности, по причине повышенных температур и атмосферы, загруженной коррозийной и абразивной пылью.
Для обработки наиболее нагруженных деталей первоначально в установках для загрузки этого типа предусматривалась нерегулируемая циркуляция инертного газа под давлением, охлажденного в кольцевой камере. Эта циркуляция выполняет двойную функцию, а именно: охлаждение погруженных деталей охлаждающим газом и препятствование проникновению абразивной пыли в кольцевую камеру противотоком инертного газа, направленного во внутреннюю часть печи через лабиринты, разделяющие неподвижные элементы вращающихся элементов.
Не так давно (европейский патент N BI-0116142) было предложено заменить систему охлаждения путем погружения в инертный газ водяным охлаждением, заключающимся в охлаждении, в частности вращающегося кожуха посредством охлаждающих змеевиков. Это охлаждение защищает непосредственно стенку вращающегося кожуха и уменьшает передачу либо через проводимость, либо через излучение теплоты на другие детали такие, как, например, подшипники и шестерни.
До настоящего времени не предусматривалось охлаждать также распределительный желоб. Одна из причин заключается в том, что до настоящего времени не было неотложной потребности в охлаждении желоба, учитывая, что рабочие температуры доменных печей и вышеупомянутые системы охлаждения устройства привода позволяли удовлетворительно эксплуатировать желоб без необходимости его непосредственного охлаждения. Однако, в последнее время ситуация изменилась в результате осуществления способов инжекции порошкообразного угля взамен обычного топлива, производимого от нефти. Использование этого твердого топлива сопровождается повышением температуры в центральной части печи с толчками, которые могут превышать 1000oC над поверхностью загрузки. Эти повышенные температуры снижают прочность защитных износостойких пластин желоба, что приводит к увеличению частоты обслуживания и замены и уменьшает механическую прочность желоба.
Конечно, в патенте Великобритании N 1487527 предлагается распределительный желоб с двойной стенкой, предусмотренный для охлаждения. Это предложение по охлаждению предназначено для его осуществления в рамках охлаждения путем погружения с соединением схемы охлаждения желоба через оси его подвешивания с кольцевой камерой, в которую подается инертный газ, с целью возможности его распространения до желоба. Однако, это предложение не позволяет получать эффективное охлаждение желоба, так как инертный газ только эпизодически проникает в схему охлаждения желоба по причине затрудненности его прохождения. Для получения эффективности следовало бы повысить давление инертного газа внутри коробки, однако такое повышение давления вызвало бы значительные утечки газа через лабиринты, предусмотренные для его содержания, и, следовательно, чрезмерное потребление газа.
Целью изобретения является предложение регулируемого и направленного охлаждения распределительного желоба в установке типа установки, описанной во вводной части описания.
Для достижения этой цели предложенное в изобретении устройство существенно отличается тем, что распределительный желоб содержит схему охлаждения нижней поверхности его каркаса, которая соединяется через каналы, проходящие в осевом направлении через валы подвешивания желоба и вращающиеся сочленения с кольцевым резервуаром.
Согласно первому варианту выполнения, охлаждающим агентом является инертный газ, к которому в известных случаях можно добавлять небольшие количества воды или водяного пара с целью повышения его теплотворной способности.
Схема охлаждения желоба может быть образована двойной стенкой, охватывающей нижнюю поверхность каркаса, и может разделяться продольными перегородками на отдельные отсеки, выходящие на конце желоба в сторону внутренней части печи.
Предпочтительно, чтобы кольцевой резервуар был соединен с кольцевой прокладкой, прикрепленной к верхнему плато и проникающий внутрь резервуара, причем прокладка имеет выступающие внутренние и наружные нервюры, образующие вместе с внутренними стенками резервуара многочисленные лабиринты.
Следовательно, изобретение позволяет получать заданное охлаждение с направлением газа в места желательного охлаждения.
Проходы через валы подвешивания желоба могут выполняться с помощью соосного патрубка, жестко связанного с валом, через который проходит патрубок, и могут соединяться с одной стороной желоба посредством компенсатора и фронтальной прокладки. Это позволяет компенсировать определенную степень свободы, необходимую для расширений между желобом и валами его подвешивания. Вместо компенсатора можно также предусмотреть слегка деформируемый тонкий патрубок.
В качестве агента охлаждения можно также использовать воду, которая может проникать в систему желоба через один из валов его подвешивания и выходить через противоположный вал.
Схема водяного охлаждения желоба может содержать змеевик U-образной формы, утопленный в продольном направлении в огнеупорный слой, предусмотренный вокруг нижней поверхности желоба, внутри металлической рубашки. Кроме того, такой змеевик может иметь лопатки теплообмена, проходящие в боковом направлении по обе стороны стенки всех змеевиков в массе огнеупорного слоя. Эти лопатки могут предусматриваться в направлении толщины либо между змеевиком и каркасом желоба, либо между змеевиком и наружной рубашкой, либо посередине змеевика и огнеупорного слоя.
Согласно другому варианту выполнения, схема охлаждения желоба содержит два разделительных змеевика U-образной формы, проходящие в продольном направлении под каркасом желоба и соединенные соответственно с двумя соосными входными и выходными проходами через каждый из валов подвешивания.
Согласно преимущественному варианту выполнения, оба змеевика U-образной формы устанавливаются соосно по отношению к срединной продольной оси каркаса, а охлаждающая вода проходит через них в обратном направлении. Как и в случае охлаждения инертным газом, проводы через валы подвешивания могут выполняться посредством патрубков с деформируемыми стенками или компенсаторов с сильфонами для обеспечения определенной свободы смещения между желобом и валами его подвешивания.
На фиг. 1 дан схематический вид первого варианта выполнения устройства охлаждения желоба газом; на фиг. 2 схематический вертикальный разрез кольцевого питающего резервуара;на фиг. 3 схематический вертикальный разрез подвески желоба; на фиг. 4 и 5 детали схемы охлаждения желоба; фиг. 6 - первый вариант выполнения прохода через вал подвешивания желоба;на фиг. 7 - схематический вид второго варианта выполнения прохода через вал подвешивания желоба; на фиг. 8 схематический вид водяной системы охлаждения желоба;на фиг. 9 схематический вертикальный разрез подвески желоба при первом варианте выполнения схемы охлаждения желоба; на фиг. 10 и 11 схематический вид деталей первого варианта выполнения схемы охлаждения желоба; на фиг. 12, 13, 14 иллюстрация трех вариантов расположения лопаток, связанных с охлаждающим змеевиком; на фиг. 15 схематический вертикальный разрез подвески желоба при втором варианте выполнения водяной системы охлаждения; на фиг. 16 и 17 - схематический вид деталей схемы охлаждения желоба по фиг. 15; на фиг. 18 и 20 схематический вид двух вариантов выполнения проходов для охлаждающей воды через валы подвешивания желоба; и на фиг. 19 и 21 два варианта выполнения с двойными соосными проходами для охлаждающей воды через валы подвешивания желоба.
На фиг. 1 показана верхняя часть распределительного желоба 30, механизм привода и подвешивания которого является механизмом типа механизма, описанного в патенте США N А-3880302.
Желоб 30 подвешивается посредством двух валов подвешивания 32, 34 с возможностью поворота вокруг их горизонтальной оси. Эти два вала размещаются во вращающемся кожухе 36, с которым они могут перемещаться под действием силы тяжести вокруг вертикальной оси 0 под действием средств привода, не показанных на чертеже, но более детально описанных в вышеуказанном патенте.
Поворот желоба 30 вокруг его горизонтальной оси подвешивания осуществляется с помощью двух картеров 38, 40, перемещающихся под действием силы тяжести вместе с кожухом 36 и желобом 30 вокруг вертикальной оси 0. Механизм привода и подвешивания содержится в герметичной коробке 42, верхнее плато 44 которой содержит отверстие с каналом 46 ввода загрузочного материала, соосно проникающего во вращающуюся обечайку 48, являющуюся частью кожуха 36.
Вокруг верхней части обечайки 48 выполняется кольцевой резервуар 50, внутренняя и наружная стенки которого (образованные обечайкой 48) скользят в соответствующих канавках неподвижного плато 44. Этот резервуар 50, детали которого показаны на фиг. 2, является резервуаром подачи охлаждающей воды, согласно европейскому патенту N В1-0116142, в змеевики, предусмотренные вокруг обечайки 48 и вращающегося кожуха 36. Эта охлаждающая жидкость обозначена позицией 52 в отсеке на дне кольцевого резервуара 50.
Согласно изобретению, этот резервуар 50 служит также для подачи охлаждающего инертного газа, который направляется по трубопроводам 54, 56 ( фиг. 1) к вращающимся сочленениям 58, 60, предусмотренным на валах подвешивания 32, 34 желоба 30.
Охлаждающий инертный газ вводится в резервуар 50 через проходы 62, предусмотренные в плато 44. Для возможности подачи инертного газа в резервуар 50 под определенным давлением, без опасности значительной утечки во внутреннюю часть коробки 42 внутри резервуара 40 имеется кольцевая прокладка 64, которая снабжена на своих внутренней и наружной сторонах выступающими нервюрами 66, предназначенными для взаимодействия с внутренней и наружной поверхностями резервуара 50, для образования многократного лабиринта, предназначенного для образования значительной потери нагрузки с тем, чтобы содержать газ в резервуаре 50 без большой утечки через его края.
Для повышения теплотворной способности инертного газа и повышения его охлаждающей способности, можно подавать в газ, например, на уровне кольцевого резервуара 50, небольшие количества воды или водяного пара.
На фиг. 3 показаны детали подвески желоба 30 и одного примера схемы охлаждения газом. Желоб может быть желобом типа желоба, описанного в патенте Великобритании N 1487527, то есть может содержать полуцилиндрический каркас 68, снабженный с внутренней стороны, не показанными на фигурах истираемыми пластинами. Каркас 68 содержит два боковых крюка 70, 72 в форме утиного носа с возможностью съемного зацепления на валах подвешивания 32 и 34 и поворота посредством валов, вокруг горизонтальной оси.
Нижняя часть каркаса 68 продублирована рубашкой 74, определяющей камеру охлаждения каркаса 68. Предпочтительно эта камера 74 разделена в продольном направлении перегородками 76 на отдельные отсеки 74a, 74b, 74c, 74d, выходящие на конце желоба 30 во внутреннюю часть печи. Каждый из этих отсеков питается двумя трубопроводами 78, 80, предусмотренными в верхней части желоба 30, с внутренней стороны каркаса 68 и имеющими каждый круглое сечение внутри каркаса 68 и продольное сечение вдоль крюков 70, 72, соединенное с проходами, проходящими в осевом направлении через валы 32 и 34 с соединенными с вращающимися сочленениями 58, 60.
Схема охлаждения инертным газом схематически показана на фиг.3-5 с помощью стрелок, символизирующих направление истечения газа. Эта схема обеспечивает не только эффективное охлаждение каркаса 68 желоба, но также охлаждение валов его подвешивания. Газ, выходящий на нижнем конце желоба 30, может смешиваться внутри печи с газом от доменной печи.
На фиг. 6 схематически показан первый вариант выполнения прохода для газа через вал подвешивания 32. Согласно этому варианту выполнения, патрубок соосно устанавливается внутри вала 32, с которым он жестко связан, но от которого он может отделяться в осевом направлении в левую сторону по фигуре. С внутренней стороны этот патрубок 82 имеет компенсатор с сильфонами 84, который упруго опирается кольцом 85 на наружный край проходного отверстия в крюке 70 желоба. Этот компенсатор 84 позволяет иметь определенную свободу смещения между желобом и валом его подвешивания 32, в частности для компенсации тепловых деформаций и дефектов изготовления. Кроме того, упругость компенсатора 84 позволяет иметь достаточную герметичность между крюком 70 и патрубком 84, с учетом не очень высокого давления инертного газа.
На фиг. 7 показан другой вариант выполнения прохода через вал подвешивания. Согласно варианту выполнения по фиг. 7, подвижность, обеспеченная компенсатором 84 на фиг. 6, заменяется трубой 86 со слегка деформируемой тонкой стенкой. Эта труба 86 соосно вставляется через вал 32 для проникания с достаточной степенью герметичности в соответствующее отверстие крюка 70.
На фиг. 8 показан вариант выполнения водяного охлаждения желоба 30 через схему, соединяющую кольцевой резервуар 50 с одним или с двумя валами подвешивания желоба, с прохождением через змеевики внутри желоба. Как показано на фиг. 8, вал подвешивания 32 соединен с резервуаром 50 посредством трубопровода 88 через вращающееся сочленение 90. Предпочтительно этот трубопровод 88 имеет кран 92 для возможности перекрытия схемы охлаждения при обнаружении утечки воды. Этот кран 92 может быть краном с поворотной рукояткой, который приводится в действие с помощью стержня, введенного через отверстие 94 в коробке 42, причем перекрывание осуществляется автоматически при вращении рукоятки вместе с вращающимся кожухом вокруг вертикальной оси 0 печи и под действием переворачивания стержнем, введенным через отверстие 94. Такая конструкция позволяет приводить кран в действие с сохранением герметичности внутри коробки по отношению к внешней среде.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 9, охлаждающая вода проникает в схему через одно из вращающихся сочленений 96 и выходит через другое сочленение 90 после прохождения через схему охлаждения желоба. Охлаждающая вода, выходящая из вращающегося сочленения 90, снова попадает в коллектор согласно установке, предложенной в европейском патенте N В1-0116142.
На фиг. 10 и 11 показан первый вариант выполнения схемы охлаждения желоба 30 для системы на фиг. 8. Эта схема охлаждения содержит в основном змеевик U-образной формы, две ветви которого проходят в продольном направлении вдоль наружной стороны каркаса 68 желоба по обе стороны от срединной оси. Этот змеевик 110 подсоединен посредством двух трубопроводов к осям валом подвешивания 32, 34 желоба, причем циркуляция охлаждающей воды осуществляется в направлении, показанном стрелками на фиг. 9 и 11.
Для улучшения теплообменника этот змеевик 100 снабжен по всей своей длине и с каждой стороны лопатками 102 из хорошо теплопроводимого материала, такого, как медь. На фиг. 12 14 показаны различные конфигурации или расположения этих лопаток. На каждой из этих фигур показан в сечении охлаждающий змеевик 100, который проходит через огнеупорный слой 104, предусмотренный вокруг наружной поверхности каркаса 68 внутри металлической рубашки 106. В варианте выполнения по фиг. 12 охлаждающие лопатки 102a размещаются между каркасом 68 и змеевиком 100 и находятся в непосредственном контакте с ними.
В варианте выполнения на фиг. 13 лопатки 102b проходят в массе огнеупорного слоя 104 примерно в центре толщины слоя и привариваются по обе стороны змеевика 100.
В варианте выполнения на фиг. 14 змеевик 100 проходит между каркасом 68 и лопатками 102c с образованием теплового моста между лопатками, размещенными со стороны рубашки 106 и каркасом 68.
В варианте выполнения на фиг. 11, очевидно, что вследствие наличия простого змеевика с единственной направленностью сторона желоба, которую обслуживает вход схемы, лучше охлаждается, чем противоположная сторона, через которую выходит из желоба охлаждающая вода. На фиг. 15 17 показан второй вариант выполнения с двойной схемой охлаждения, обеспечивающей более равномерное охлаждение желоба 30.
Как более детально показано на фиг. 17, эта схема охлаждения содержит два змеевика 108, 110, проходящие оба в U-образной форме в продольном направлении вдоль наружной поверхности каркаса, причем змеевик 110 размещается внутри двух ветвей змеевика 108. Циркуляция через змеевики 108 и 110 осуществляется в направлении циркуляции, показанном стрелками, таким образом, что каждая из ветвей, обслуживаемая одним входом охлаждающей воды, находится рядом с ветвью, через которую вода выходит из схемы и наоборот, обеспечивая таким образом более равномерное охлаждение желоба. Кроме того, наличие двух охлаждающих змеевиков увеличивает плотность охлаждения таким образом, что в этом варианте выполнения, хотя это и возможно, нет необходимости снабжать змеевики лопатками охлаждения и утапливать их в огнеупорный слой. Зато двойная схема охлаждения требует наличия двойных проходов через валы подвешивания 32, 34.
Ниже будут более детально описаны эти проходы через валы подвешивания со ссылкой на следующие фигуры, как по варианту выполнения на фиг. 9, так и по варианту выполнения на фиг. 15. На фиг. 18 показан первый вариант выполнения такого прохода для простой схемы на фиг. 9. Она образована трубкой 112 со слегка деформируемой тонкой стенкой, проходящей соосно через проход вала подвешивания 34, причем противоположная конфигурация через вал 32 является идентичной. Трубка 112 соединена с наружной стороны непосредственно со вращающимся сочленением 96, а с внутренней стороны соосно вставлена в отверстие змеевика 100, отходящего от крюка 72 желоба, посредством установки периферической прокладки 114. Небольшая толщина трубки 112 и сочленение, скользящее между трубкой 112 и входом змеевика 100, позволяют иметь определенную степень подвижности как в осевом направлении, так и в перпендикулярном направлении. Очевидно, что трубка 112 должна легко выниматься в наружную сторону для возможности демонтажа желоба.
На фиг. 19 показан принцип фиг. 18 применительно к варианту выполнения на фиг. 15 с двойным змеевиком. Согласно этому варианту выполнения, две трубки 116 и 118 с также деформируемой тонкой стенкой размещаются соосно, одна в другой, в проходе через вал подвешивания 34 и соединяются с наружной стороны с непоказанным на фигуре двойным вращающимся сочленением, а с внутренней стороны соосно вставляются посредством установки периферических круглых прокладок, в отверстия двух змеевиков 108 и 110.
На фиг. 20 показан другой вариант выполнения прохода через вал 34 применительно к простой схеме охлаждения на фиг. 9. Согласно этому варианту выполнения, жесткая трубка 120 соосно проходит через проход через вал 34 и соединяются с наружной стороны со вращающимся сочленением 96. С внутренней стороны трубка 120 соединяется посредством компенсатора с сильфонами 122, с кольцевой прокладкой 124, размещенной на уровне крюка 72 желоба в соответствующем отверстии змеевика 100. Следовательно, относительная свобода перемещения между трубкой 120 и желобом обеспечивается компенсатором 122. Особенностью этого варианта выполнения является наличие прорезей 126 в трубке 120, которые позволяют охлаждающей воде циркулировать вокруг трубки 120 и вследствие этого, обеспечивать лучший тепловой контакт с валом 34 по сравнению с вариантом выполнения на фиг. 18 и 19, на которых теплообмен не является таким же эффективным по причине наличия пространства вокруг трубок 112 и 116. В варианте выполнения на фиг. 20 следует, разумеется, принимать меры для обеспечения герметичности со стороны печи, что может выполняться с помощью торической прокладки 128, предусмотренной вокруг фланца трубки 120.
На фиг. 21 показан принцип устройства на фиг. 20 применительно к двойному змеевику схемы охлаждения на фиг. 15. Трубка 130, точно соответствующая трубке 120 на фиг. 20, соосно проходит через вал 34 и герметично сообщается со змеевиком 108. Эта трубка позволяет получать истечение охлаждающей воды в контакте с валом 34 и способствует лучшему его охлаждению. Однако, через эту трубку 130 соосно проходит вторая трубка 132, позволяющая иметь истечение охлаждающей воды, поступающей от змеевика 110, с которым она соединена посредством периферической прокладки.
Реферат
Предлагаемое устройство охлаждения распределительного желоба установки для загрузки шахтной печи относится к области металлургии. Устройство содержит питающий канал, вращающиеся обечайку и кожух, неподвижную наружную коробку, распределительный желоб, установленный с возможностью поворота во вращающемся кожухе, приводное средство для поворота обечайки и кожуха, вокруг вертикальной оси канала и два приводных картера, действующие на валы подвешивания желоба для поворота вокруг горизонтальной оси. Кольцевой резервуар подачи охлаждающего агента крепится на верхнем краю вращающейся обечайки. Распределительный желоб содержит систему охлаждения нижней поверхности каркаса, которая непосредственно соединена через каналы, проходящие в осевом направлении, валы подвешивания желоба и вращающиеся сочленения с кольцевым резервуаром. 18 з.п. ф-лы, 21 ил.
