ШАХТНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2002 года по МПК C21B13/02 F27D3/08 F27B1/21 

Изобретение относится к шахтной печи, в частности к шахтной печи прямого восстановления, содержащей шихту из кускового материала, в частности кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо, транспортирующие шнеки для выгрузки кускового материала из шахтной печи, проходящие через кожух шахтной печи, расположенные над зоной дна шахтной печи и закрепленные на кожухе шахтной печи.

Из уровня техники широко известны шахтные печи, в частности, шахтные печи прямого восстановления вышеописанного типа. Такая шахтная печь, выполненная, в основном, в виде цилиндрического пустотелого корпуса, содержит, в основном, шихту из кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо, причем материал, содержащий оксид железа, загружают в верхнюю часть шахтной печи. Через несколько впускных отверстий, расположенных по периметру шахтной печи, в зону нижней трети шахтной печи, и, тем самым, в шихту твердого материала вдувают восстановительный газ, выходящий, например, из плавильного газификатора. Горячий, содержащий пыль восстановительный газ проходит через твердый материал шихты вверх, и при этом восстанавливает оксид железа шихты полностью или частично до губчатого железа.

Полностью или частично восстановленный оксид железа выгружается из шахтной печи посредством выгружающих устройств, расположенных между зоной дна шахтной печи и зоной впускных отверстий для газа. Как правило, эти выгружающие устройства выполнены в виде звездообразно расположенных транспортирующих шнеков, проходящих (в зависимости от шахтной печи) в радиальном направлении.

Зона, расположенная в области дна шахтной печи, в которой находятся выгружающие устройства, должна иметь максимум активной выгружающей поверхности, для того чтобы, с одной стороны, достичь как можно более равномерного опускания шихтового материала, а с другой стороны, обеспечить непрерывное перемещение материала в зоне восстановления.

Транспортировка по максимуму активной выгружающей поверхности при звездообразном расположении транспортирующих шнеков выполняется только тогда, когда каждый из транспортирующих шнеков, по всей своей длине, выступающей в шахту печи, равномерно берет на себя материал из шихты и выгружает его.

Для достижения этого поперечное сечение транспортировки существующих транспортирующих шнеков рассчитано таким образом, чтобы на каждом участке транспортирующего шнека обеспечивался как отвод материала с предшествующих участков в направлении транспортировки, так и отвод материалов шихты из зоны, окружающей соответствующий участок. Это осуществляется, как правило, за счет непрерывно увеличивающегося в направлении транспортировки радиуса размещенных в защитной оболочке концов лопасти или витка. Дополнительно, благодаря увеличивающемуся углу подъема витка шнека в направлении транспортировки, постоянно увеличивается объем выгрузки на каждом участке шнека.

Несмотря на эти мероприятия, было установлено, что материал в головной части шнека, а также на стенке шахтной печи, отводится со скоростью в два - три раза выше, чем в средних зонах транспортирующих шнеков.

Это приводит к тому, что материал, находящийся над средними зонами транспортирующего шнека, более длительное время находится в шахтной печи, чем материал над зонами с увеличенной скоростью транспортировки. Вследствие этого над средними зонами чаще образуются спекания и зависания шихты, в то время как над зонами с повышенной скоростью транспортировки особенно часто образуются полости внутри шихты.

Шахтные печи, известные из уровня техники, имеют, таким образом, недостаток, заключающийся в том, что при применении обычных транспортирующих шнеков равномерная выгрузка шахтового материала, находящегося в шахтной печи, не может обеспечиваться даже непосредственно с помощью транспортирующих шнеков. В сочетании с зонами, не захватываемыми расположенными звездообразно транспортирующими шнеками, это - с одной стороны, клинообразные зоны между каждыми двумя соседними транспортирующими шнеками, а также пространство в центре шахтной печи, образованное головками транспортирующих шнеков, получается различное время нахождения материала шихты в шахтной печи, результатом чего опять является неравномерный процесс восстановления, а также неравномерное качество получаемой продукции.

Задачей данного изобретения является создание шахтной печи, в частности, шахтной печи прямого восстановления, которая при применении в ней транспортирующих шнеков, обеспечивает равномерную выгрузку материала шихты, улучшенную по сравнению с печами, известными согласно уровню техники, в которых применяются обычные транспортирующие шнеки.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что выгружающая зона каждого транспортирующего шнека, выступающая в шахту, разделена в продольном направлении, по меньшей мере, на два, расположенных друг рядом с другом участка, причем поперечные сечения транспортировки концов соседних участков скачкообразно увеличиваются в направлении транспортировки.

В противоположность всем другим зонам, зона, образующая головную часть шнека, не должна переносить материал с предшествующих ей участков. Она имеет, таким образом, общую пропускную способность при отводе материала из шихты. Для того чтобы создать такие зоны с повышенной пропускной способностью и в средней части выгружающей зоны транспортирующего шнека, выступающей в шахту, выгружающую зону делят на участки, причем поперечное сечение транспортировки выполнено так, что оно скачкообразно увеличивается при переходе от одного участка к соседнему участку в направлении транспортировки. В этой зоне, имеющей повышенную по сравнению с предыдущим участком пропускную способность, из шихты также может выгружаться значительно больше материала.

В результате по всей длине шнека достигается равномерная производительность при транспортировке, причем является достаточным разделение выгружающей зоны транспортирующего шнека, входящей в шахту печи, для не слишком длинных зон выгрузки, уже на два таких участка, чтобы достичь значительного улучшения характеристики транспортировки по отношению к транспортирующему шнеку с поперечным сечением транспортировки, непрерывно увеличивающимся в направлении транспортировки.

Независимо от длины и количества витков шнека, выгружающая зона, входящая в шахту печи, разделена на два или большее количество таких участков. Существенным критерием при выборе количества участков является соответствующее увеличение поперечного сечения транспортировки. При увеличивающемся количестве участков или уменьшающемся росте поперечного сечения транспортировки, форма шнека и, тем самым, характеристика транспортировки приближается к шнекам с непрерывно увеличивающимся поперечным сечением транспортировки.

Скачкообразное повышение поперечного сечения транспортировки в зоне соединения друг с другом концов участков - в зависимости от продольной длины транспортирующего шнека - должно иметь средний угол подъема винтовой линии, равный, по меньшей мере, 45^o, предпочтительно, по меньшей мере, 60^o, особенно предпочтительно, преимущественно, 90^o. Для того чтобы поддерживать как можно меньшими силы трения между сыпучим материалом и торцевой поверхностью витка шнека в этой зоне и, тем самым, снизить износ и необходимую мощность привода, является, кроме того, предпочтительным выполнить этот переход, по меньшей мере, частично снижающимся.

Для того чтобы поддерживать незначительной необходимую мощность привода, является, кроме того, предпочтительным расположить скачкообразно увеличивающиеся поперечные сечения транспортировки в окружном направлении поперечных сечений транспортировки со смещением друг относительно друга, предпочтительно, равномерно распределенными, причем выгружающая зона разделена, по меньшей мере, на три участка.

Согласно предпочтительной форме выполнения, поперечные сечения транспортировки поддерживаются постоянными внутри отдельных участков одного транспортирующего шнека. Эта форма выполнения технологически реализуется особенно просто.

Согласно другой - альтернативной к вышеописанной - форме выполнения, поперечные сечения транспортировки выполнены внутри отдельных участков транспортирующего шнека непрерывно увеличивающимися. Этот вариант объединяет преимущества обычных транспортирующих шнеков и транспортирующих шнеков согласно изобретению, то есть непрерывно увеличивающиеся поперечные сечения транспортирующих участков комбинируются с участками с повышенной производительностью транспортировки.

Винтовые поверхности транспортирующих шнеков, предпочтительно, образуются с помощью лопастей, смонтированных на гребнях транспортирующих шнеков. Хотя винтовые поверхности могут выполняться непрерывными также по всей длине шнека, винтовые поверхности, образованные лопастями, выполнить проще. В случае ремонта лопасти могут также значительно проще заменяться.

Величина изменения размера поперечного сечения транспортировки двух концов соседних участков заданная как изменение его радиуса, составляет, порядка, от двух- до восьмикратного, предпочтительно, от двух- до шестикратного от средней зернистости загружаемого кускового материала, причем опыты показали, что при разделении выгружающей зоны транспортирующего шнека на три участка, является особенно предпочтительным увеличение радиуса поперечного сечения транспортировки, приблизительно, от трех- до четырехкратного от средней зернистости.

Конструктивно эта предпочтительная форма выполнения реализуется за счет того, что, например, при применении лопастей, то есть лопастей, относящихся к двум соседним разным участкам, вторая является более высокой, например, трехкратной от средней зернистости, по сравнению с первой. При средней зернистости, равной, например, 20 мм, обе эти допасти отличаются по высоте, таким образом, на 60 мм.

Трехкратная средняя зернистость, как размер для повышения угла подъема винтовой линии лопасти, могла устанавливаться в экспериментах как особенно предпочтительная для создания зон с повышенной производительностью.

Согласно следующему признаку шахтной печи согласно изобретению, угол подъема винтовой линии каждого транспортирующего шнека выполнен возрастающим в направлении транспортирования известным самим по себе образом или поддерживается постоянным в направлении транспортировки и лишь затем - повышающимся. Благодаря этому объемы, транспортируемые транспортирующим шнеком, так увеличиваются в направлении транспортировки, что в соответствии с изобретением, материал шихты выгружается из шахтной печи в увеличенном количестве.

Ниже изобретение поясняется более подробно, на примере шахтной печи согласно изобретению, показанной на фиг.1-4 чертежей.

На фиг.1 изображена шахтная печь с транспортирующими шнеками;
на фиг.2 схематически показан транспортирующий шнек, поперечное сечение отдельных участков которого является постоянным;
на фиг.3 схематически показан транспортирующий шнек, поперечное сечение отдельных участков которого увеличивается;
на фиг.4 - сравнение производительности транспортировки отдельных участков у обычных транспортирующих шнеков и шнеков согласно изобретению.

На фиг. 1 показана шахтная печь 1 согласно изобретению с шихтой 2 из кускового материала и транспортирующими шнеками 3 для выгрузки кускового материала из шахтной печи 1. В так называемой Buestle-зоне 4, вдоль кожуха шахтной печи 1 находится некоторое количество отверстий для подачи газа, через которые в шихту 2 вдувается восстановительный газ. Транспортирующие шнеки 3 в некотором количестве (здесь шесть), звездообразно расположенные над дном шахтной печи 1, осуществляют выгрузку кускового материала. Выгружающая зона 5 каждого транспортирующего шнека 3, входящая в шахту печи, разделена на три участка, причем поперечные сечения транспортировки отдельных участков скачкообразно увеличиваются в направлении транспортировки, то есть в направлении стенки шахтной печи 1.

На фиг. 2 и 3 чертежей показаны две разные формы выполнения транспортирующих шнеков 3. При этом на фиг.2 показан транспортирующий шнек 3 в поперечном разрезе, транспортирующий элемент которого, то есть выгружающая зона 5, входящая в шахту печи, выполнена в форме прерывистого витка шнека, образованного лопастями 6. Выгружающая зона 5 разделена на три участка 7, 8, 9, причем высота лопастей на концах соседних участков повышается до трехкратного от средней зернистости кускового материала, подлежащего транспортировке. Внутри отдельных участков 7, 8, 9 высота лопастей и, тем самым, поперечное сечение транспортировки поддерживаются постоянными.

Транспортирующий шнек 3, показанный на фиг.3, отличается от показанного на фиг. 2 тем, что высота лопастей в пределах отдельных участков выполнена непрерывно увеличивающейся в направлении транспортировки. Только на переходе от одного участка к следующему, высота лопасти скачкообразно изменяется в трехкратном размере от средней зернистости кускового материала.

На фиг.4а-4с показано сравнительное изображение характеристики транспортировки по участкам обычных транспортирующих шнеков и характеристик со скачкообразно увеличивающимся поперечным сечением транспортировки. Производительность транспортировки обычного транспортирующего шнека (фиг.4а) в головной части шнека (1-й столбец), а также вблизи стенки шахтной печи (5-й столбец) значительно выше, чем в средних зонах (2-й-4-й столбцы) транспортирующего шнека. Разделение транспортирующего шнека на два участка с различным поперечным сечением транспортировки (фиг. 4b) приводит к повышению производительности транспортировки в зоне повышения поперечного сечения транспортировки (3-й столбец). Только разделение на три участка обеспечивает постоянную производительность транспортировки на большей части выгружающей зоны.

Изобретение относится к устройствам для прямого восстановления кускового материала, в частности, содержащего оксид железа и/или губчатое железо. Шахтная печь содержит транспортирующие шнеки, проходящие через кожух шахтной печи, для выгрузки кускового материала из шахтной печи, которые расположены над зоной дна шахтной печи и закреплены на кожухе шахтной печи. Транспортирующая зона в продольном направлении выполнена в виде двух участков, поперечные сечения которых в направлении транспортировки скачкообразно увеличиваются, что обеспечивает более равномерную выгрузку материала по сравнению с обычными транспортирующими шнеками. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шахтная печь, в частности, шахтная печь прямого восстановления шихты (2) из кускового материала, в частности, содержащего оксид железа и/или губчатое железо, содержащая транспортирующие шнеки (3), проходящие через кожух шахтной печи, для выгрузки кускового материала из шахтной печи, которые расположены над зоной дна шахтной печи (1) и закреплены на кожухе шахтной печи (1), отличающаяся тем, что входящая в шахту печи выгружающая зона (5) каждого транспортирующего шнека имеет в продольном направлении, по меньшей мере, два соседних участка, причем поперечные сечения концов соседних участков в направлении транспортировки скачкообразно увеличиваются. 2. Шахтная печь по п. 1, отличающаяся тем, что скачкообразное увеличение поперечного сечения в зоне соединения друг с другом концов участков относительно продольной оси транспортирующего шнека (3) имеет средний угол подъема винтовой линии, по меньшей мере, 45^o, предпочтительно, по меньшей мере, 60^o. 3. Шахтная печь по п. 2, отличающаяся тем, что скачкообразное увеличение поперечного сечения в направлении транспортировки имеет угол подъема винтовой линии, преимущественно 90^o. 4. Шахтная печь по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что выгружающая зона (5) каждого транспортирующего шнека, входящая в шахту печи в продольном направлении, имеет, по меньшей мере, три соседних участка, причем скачкообразные увеличения поперечных сечений в окружном направлении поперечных сечений расположены со смещением относительно друг друга, предпочтительно, равномерно распределены. 5. Шахтная печь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что поперечные сечения в пределах отдельных участков каждого из транспортирующих шнеков (3) поддерживаются постоянными. 6. Шахтная печь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что поперечные сечения в пределах отдельных участков каждого из транспортирующих шнеков (3) выполнены непрерывно увеличивающимися в направлении транспортировки. 7. Шахтная печь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что винтовые поверхности транспортирующих шнеков (3) образованы лопастями (6), смонтированными на гребнях транспортирующих шнеков. 8. Шахтная печь по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что увеличение поперечного сечения соседних концов участков транспортирующего шнека (3) образовано путем увеличения радиуса поперечного сечения транспортировки в размере от двух- до восьмикратного, предпочтительно, от двух- до шестикратного от средней зернистости кускового материала. 9. Шахтная печь по п. 8, отличающаяся тем, что входящая в шахту печи выгружающая зона каждого транспортирующего шнека (3) разделена на три соседних участка, причем увеличение радиуса поперечного сечения концов соседних участков составляет от трех- до четырехкратного от средней зернистости кускового материала. 10. Шахтная печь по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что угол подъема винтовой линии каждого транспортирующего шнека (3) в направлении транспортировки поддерживается постоянным и/или выполнен увеличивающимся.