ШАХТНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2004 года по МПК C21B13/02 F27B1/16 

Изобретение относится к шахтной печи, в частности шахтной печи прямого восстановления, с засыпкой из кускового материала, в частности кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо и загружаемого в шахтную печь сверху, и с множеством расположенных в одной плоскости газовыпускных отверстий для восстановительного газа в зоне нижней трети шахтной печи, причем шахтная печь окружена снаружи кольцевой камерой, которая сообщена посредством проходящих вниз газоподающих каналов с газовпускными отверстиями.

Шахтные печи, в частности шахтные печи прямого восстановления описанного выше рода, хорошо известны из уровня техники. Такая шахтная печь, выполненная, в основном, в виде цилиндрического полого тела, содержит, например, засыпку из кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо, причем материал, содержащий оксид железа, загружают в верхнюю часть шахтной печи. Через несколько расположенных по периферии шахтной печи газовпускных отверстий в зоне нижней трети шахтной печи восстановительный газ, образующийся, например, в плавильном газификаторе, вдувают в шахтную печь и, тем самым, в засыпку твердого вещества. Горячий, пылесодержащий восстановительный газ протекает через засыпку твердого вещества вверх и восстанавливает при этом оксид железа засыпки полностью или частично в губчатое железо.

Полностью или частично восстановленный оксид железа выгружают из печи посредством выгружающих устройств, расположенных между подовой зоной шахтной печи и зоной газовпускных отверстий, причем находящийся в шахтной печи столб засыпки опускается вниз под действием силы тяжести.

За счет своей конструкции шахтная печь должна обеспечивать равномерное, как можно более полное протекание реакции, а также равномерное опускание материала засыпки.

В AT-PS № 387037 раскрыта шахтная печь для термообработки шихты газообразными средами. Для подачи восстановительного газа при этом предусмотрены газовпускные отверстия, которые закрыты кольцеобразным фартуком от загруженной в шахтную печь шихты. Между кольцеобразным фартуком и кольцеобразным расширением кожуха шахтной печи предусмотрена кольцеобразная полость, так что введенный восстановительный газ может подаваться к шихте с распределением по периферии шахтной печи.

Это выполнение системы газоподачи обладает серьезными недостатками. Внутренние стенки шахтных печей кладут обычно из огнеупорного материала, например шамота. Такой кольцеобразный фартук не может быть, однако, изготовлен из отдельных шамотных кирпичей, поскольку он соединен с кожухом шахтной печи только своей верхней периферией. Этот вид системы газоподачи может изготавливаться, в принципе, монолитным, т.е. из одного куска. Для этого пришлось бы, правда, изготовить отдельные части кожуха шахтной печи вместе с висящей на нем частью кольцеобразного фартука соответственно из одного куска огнеупорного материала. Это, однако, почти неосуществимо из-за величины частей, а также из-за их сложной геометрии.

Изготовленный таким образом кольцеобразный фартук развалился бы, кроме того, при первой же загрузке шахтной печи. Боковые усилия от засыпки, например вследствие вызываемого процессом увеличения объема, значительны. За счет этого кольцеобразный фартук сразу же отвалился бы наружу.

В DE-PS № 3422185 раскрыто устройство из газификатора и шахтной печи прямого восстановления. Шахтная печь прямого восстановления содержит над своим подом звездообразно расположенные транспортные шнеки, с помощью которых кусковой материал транспортируют из шахтной печи. Внутренние концы транспортных шнеков установлены в конусообразной конструкции в центре шахтной печи. Эта конусообразная конструкция соединена внизу с плавильным газификатором, так что восстановительный газ может протекать из плавильного газификатора через конусообразную конструкцию в шахтную печь. Восстановительный газ подают в шахтную печь далее через, по меньшей мере, одно газовпускное отверстие, которое заканчивается в кольцевом пространстве, образованном кольцевым фартуком и кожухом шахтной печи. К этому кольцевому фартуку относятся те же рассуждения, что и к кольцевому фартуку в AT-PS № 387037, т.е. он сразу же отвалился бы в сторону и/или стерся бы под действием абразивных усилий движущейся мимо него засыпки. Это действительно тем более, что конусообразная конструкция, находящаяся на той же высоте, что и кольцевой фартук, с точки зрения материала засыпки представляет собой уменьшение свободного сечения шахтной печи. Вследствие этого действующие в сторону усилия от засыпки в зоне конусообразной конструкции и кольцевого фартука существенно выше, чем в других зонах шахтной печи. Кроме того, засыпка образует в зонах уменьшенного сечения предпочтительно спекания, агломерации и перемычки. Это препятствует равномерному опусканию материала засыпки.

Из уровня техники, например US-PS №№ 3816101 или 4046557, известны шахтные печи, у которых восстановительный газ сначала вводят в кольцеобразно окружающую шахтную печь полость, из которой в расширение кожуха шахтной печи, имеющее форму усеченного конуса, впадают газоподающие каналы. В вертикальном разрезе эта кольцеобразная полость имеет прямоугольную поверхность, причем от пола и/или от внутренней стенки этого кольцевого пространства ведут входящие в шахтную печь газоподающие каналы.

Эта система газоподачи непригодна, если восстановительный газ должен подаваться с равномерным распределением по периферии шахтной печи. Поскольку материал засыпки прилегает непосредственно к каждому газовпускному отверстию, число мест газовпуска в шахтную печь и, тем самым, в засыпку лишь соответственно такое же, что и число газовпускных отверстий.

При использовании запыленного восстановительного газа пыль может осаждаться возле устья газоподающих каналов в шахтной печи и уменьшать там газопроницаемость засыпки, в результате чего дополнительная пыль осаждается и т.п. и забивает в конце концов газоподающие каналы. Дополнительная пыль может оседать также на полу кольцевого пространства. В экстремальном случае в кольцевое пространство может попадать даже кусковой материал засыпки. Удаление осажденных в системе газоподачи твердых веществ невозможно без остановки шахтной печи и ее опорожнения. Вызванные засоренными газоподающими каналами нарушения газопроницаемости засыпки приводят к неравномерному восстановлению материала засыпки и к ухудшению качества продуктов.

Задачей изобретения является поэтому создание шахтной печи, в частности шахтной печи прямого восстановления, система газоподачи которой выполнена так, что устраняются известные из уровня техники недостатки.

В частности, эта система газоподачи должна быть изготовлена простым образом из обычного огнеупорного материала и обладать достаточной механической стабильностью по отношению к действующим в сторону от засыпки усилиям. Запыленный восстановительный газ должен иметь возможность равномерного распределения по периферии шахтной печи и поэтому в дальнейшем также в засыпке для предотвращения засорения газопадающих каналов.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что контур шахты в зоне газовпускных отверстий имеет увеличенный диаметр, а стенка шахтной печи выполнена с образованием кольцеобразной полости между газовпускными отверстиями, расположенными в зоне этого увеличенного диаметра, и засыпкой.

Благодаря выполнению системы газоподачи согласно изобретению, впервые можно подавать газ к шахтной печи с равномерным распределением по периферии без необходимости иметь механически непрочный кольцевой фартук, с трудом изготовляемый из обычных огнеупорных кирпичей.

Согласно предпочтительному признаку, в зоне увеличенного диаметра расположено и закреплено на и в стенке шахтной печи определенное число средств для разделения кольцеобразной полости на отделенные друг от друга части.

Из этих средств для разделения кольцеобразной полости, например 2-16, предпочтительно, однако, 4-8 средств расположены, в основном, приблизительно на равном расстоянии друг от друга в зоне увеличения диаметра, так что кольцеобразная полость разделена на такое же число секций.

Предпочтительно эти средства для разделения полости образованы вертикально расположенными листами и/или плитами, которые в любом случае рассчитаны таким образом, что каждое такое средство, по меньшей мере, полностью проходит через вертикальное сечение полости.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения дополнительно к средствам для разделения кольцеобразной полости в кольцевой камере расположены другие средства для разделения кольцевой камеры на отделенные друг от друга участки, причем газ подают к каждому из отделенных друг от друга участков независимо друг от друга снаружи шахтной печи.

Разделение кольцеобразной полости на отделенные друг от друга секции вместе с разделением кольцевого пространства на отделенные друг от друга участки оказывается предпочтительным, поскольку это устраняет или уменьшает опасность того, что восстановительный газ - при временных нарушениях газопроницаемости засыпки - пойдет путем наименьшего сопротивления и за счет этого участки засыпки будут обтекаться восстановительным газом сильнее, а другие участки будут “не обеспечены” восстановительным газом.

Преимущественно при этом средства для разделения кольцевой камеры, а также средства для разделения кольцеобразной полости расположены таким образом, что каждый участок кольцевой камеры соответствует определенному числу секций кольцеобразной полости, за счет чего газ может подаваться через соответствующий участок к связанной (связанным) с ним секции (секциям).

Особенно предпочтительно при этом то, что число средств для разделения кольцевой камеры равно числу средств для разделения кольцеобразной полости и один участок соответствует одной секции.

За счет разделения кольцевой камеры и кольцеобразной полости подходящими средствами, например огнеупорным материалом, листами и т.п., возникают закрытые зоны, в которые индивидуально и целенаправленно может подаваться определенное количество газа. Например, можно, несмотря на локально разную проницаемость засыпки вводить в каждую зону засыпки равное количество газа. Точно также можно, в случае если этого требует управление процессом, намеренно вводить в каждую зону засыпки разное количество газа.

В соответствии с другим предпочтительным выполнением шахтной печи, согласно изобретению, вертикальное сечение каждого участка кольцевой камеры выполнено с сужением в направлении периферии от места газоподачи к соответствующим концам отрезка.

Вследствие этого скорость запыленного газа от места газоподачи к соответствующему концу участка не уменьшается или уменьшается не настолько сильно, как это произошло бы при постоянном в направлении периферии сечении кольцевой камеры. За счет этого скорость остается во всех местах кольцевой камеры достаточно высокой для того, чтобы предотвратить пылевые отложения в кольцевой камере.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения, определенному числу газоподающих каналов соответствует по одному обслуживаемому снаружи шахтной печи устройству очистки, посредством которых можно удалять спекания из газоподающих каналов или из кольцевой камеры, расположенной перед газоподающими каналами в направлении потока газа.

Сбои процесса могут приводить к отложениям/спеканиям в кольцевой камере или газоподающих каналах. Посредством устройства (устройств) очистки может осуществляться удаление этих отложений. Особенно предпочтительно то, что образованная увеличением диаметра полость создает достаточно большой объем для приема отделенного материала, тогда как обычно это привело бы лишь к засорению газоподающих каналов. Это предотвращает, таким образом, сложное опорожнение шахты или удаление материала наружу.

В простейшем случае каждое устройство очистки выполнено целесообразно в виде шуровочного устройства, причем шуровочное устройство проходит сквозь наружную стенку кольцевой камеры, в основном, в продолжении соответствующего газоподающего канала.

Согласно предпочтительной форме выполнения, увеличение диаметра образует боковую поверхность в форме усеченного конуса, образующая которой составляет угол с горизонталью, который меньше угла откоса находящегося в шахтной печи материала.

За счет этого образуется кольцеобразная полость, ограниченная боковой поверхностью в форме усеченного конуса, частью вертикальной стенки шахтной печи и засыпкой, в которой может равномерно распределяться газ, подаваемый через газовпускные отверстия. Под углом откоса следует при этом понимать угол естественной засыпки, который образующая боковой поверхности конуса засыпки образует с горизонталью.

Предпочтительно угол между образующей боковой поверхности и горизонталью больше 0° и не превышает 25°, причем диаметр увеличивается сверху вниз. Угол откоса кускового губчатого железа, рудных окатышей или кусковой руды составляет 35-40°. Отличие этих обоих углов, следовательно, достаточно велико для образования кольцевой камеры, в которой восстановительный газ может оптимально распределяться.

Особенно предпочтительно угол между образующей боковой поверхности и горизонталью составляет 0°. У такого выполнения расстояние между засыпкой и боковой поверхностью или расположенными в боковой поверхности газовпускными отверстиями настолько велико, что опасность того, что пылеобразный или кусковой материал попадет из засыпки в один из газоподающих каналов, сведена до минимума.

Система газоподачи обладает также высокой механической прочностью, поскольку размеры газоподающих каналов, проходящих через стенку шахтной печи, могут поддерживаться настолько малыми, что газовпускные отверстия или система газоподачи, образованная газоподающими каналами и окружающим их огнеупорным материалом, может выдерживать действующие от засыпки боковые усилия.

Система газоподачи может быть изготовлена также простым образом из обычного огнеупорного материала, например шамотных кирпичей, поскольку каждая часть системы газоподачи поддерживается нижележащими частями. Отсутствуют какие-либо устройства, например кольцевые фартуки, которые были бы соединены верхним краем со стенкой шахтной печи.

В соответствии с предпочтительным выполнением газоподающие каналы имеют, в основном, прямоугольное сечение и выполнены с сужением снизу вверх, причем внутренние кромки газоподающих каналов скруглены. Этим гарантировано, что газоподающие каналы, в которых, несмотря на образованную внутри шахтной печи свободную от материала кольцеобразную полость, возникает скопление материала, самоочищаются, т.е. за счет движения материала в шахтной печи вниз.

Согласно другому предпочтительному выполнению, переход между кольцевой камерой, которая кольцеобразно охватывает шахтную печь снаружи, и газоподающими каналами выполнен убывающим наискось вниз. Вследствие этого пылеобразный материал из восстановительного газа не может скапливаться в кольцевой камере, а материал из засыпки, который из-за обусловленных процессом сбоев попадает в кольцевую камеру, не может оставаться там. Напротив, такой материал вследствие силы тяжести снова возвращается в шахтную печь через расширяющиеся вниз газовпускные отверстия.

Ниже шахтная печь, согласно изобретению, более подробно поясняется на чертежах, на которых изображено:

фиг.1 - общий вид шахтной печи;

фиг.2 - увеличение диаметра шахтной печи с газоподающим каналом и кольцевой камерой;

фиг.3 - разрез А-А по фиг.1;

фиг.4 - разрез В-В по фиг.2;

фиг.5 - разрез С-С по фиг.2.

На фиг.1 изображена шахтная печь 1 согласно изобретению с засыпкой из кускового материала 2, который загружают в шахтную печь 1 сверху (загрузочное устройство не показано). В зоне нижней трети шахтной печи 1 в одной плоскости расположено множество газовпускных отверстий 3. Через эти газовпускные отверстия 3 в засыпку 2 вдувают восстановительный газ. Над подом шахтной печи 1 расположены транспортные шнеки 4, с помощью которых кусковой материал выгружают из шахтной печи 1.

На фиг.2 изображено одно из газовпускных отверстий 3 с охватывающей шахтную печь 1 снаружи кольцевой камерой 5 и одним из газоподающих каналов 6, которые связывают газовпускные отверстия с кольцевой камерой 5. Увеличение 7 диаметра контура печи выполнено в виде горизонтального обратного выступа в кожухе шахтной печи 1, так что между газовпускными отверстиями 3 и засыпкой 2 образована кольцеобразная полость 8. В этой полости 8 может оптимально распределяться восстановительный газ, подаваемый через газоподающие каналы 6 и газовпускные отверстия 3. На фиг.2 заштрихованно изображено средство 11 для разделения кольцеобразной полости, а также средство 12 для разделения кольцевой камеры 5, здесь выполненные каждое в виде вертикально расположенного листа. Через наружный кожух кольцевой камеры 5 проходит отверстие 13 для очистки таким образом, что центральная ось отверстия 13 для очистки совпадает с центральной осью газоподающего канала 6. Отверстие 13 для очистки выполнено герметично закрываемым снаружи. При необходимости, например посредством штанги 14 (прямой или согнутой), можно очищать от отложений газоподающий канал 6 и часть кольцевого пространства 5.

На фиг.3 изображен разрез А-А из фиг.1, причем направление рассмотрения выбрано вертикально снизу в направлении одного из газоподающих каналов 6. Внутренние кромки 9 газоподающих каналов 6 скруглены, а газоподающие каналы 6 выполнены с сужением вверх. Этим обеспечено то, что пылеобразный материал из восстановительного газа не осаждается в газоподающих каналах 6 или что газоподающие каналы 6 самоочищаются в случае скопления материала за счет движения кускового материала вниз.

На фиг.4 изображен разрез В-В из фиг.2 при виде изнутри шахты. Газоподающие каналы 6 расширяются сверху вниз, а переходы 10 от кольцевой камеры 5 к газоподающим каналам 6 выполнены убывающими наискось вниз. Это также должно гарантировать, чтобы пылеобразный материал из восстановительного газа не осаждался в кольцевой камере 5, а вводился в шахтную печь 1 вместе с восстановительным газом.

На фиг.5 изображен разрез С-С из фиг.2, причем кольцевая камера 5 изображена с сечением, уменьшающимся в направлении периферии от места газоподачи 15 к концам 12 отрезка.

Изобретение не ограничено изображенным на фиг.1-5 примером выполнения, а включает в себя также все известные специалисту средства, которые могут быть привлечены для реализации изобретения.

Например, листы или плиты не ограничены изображенными на фиг.2 формой и величиной, а могут, в зависимости от материально-технических и обусловленных процессом требований, иметь, например, также контур в виде прямоугольника или кругового сегмента, а также меньшие размеры, так что они не так глубоко входят в засыпку, как это изображено на фиг.2.

Кольцевая камера, как это изображено в примерах выполнения, может быть конструктивно соединена с шахтой, однако возможно также, чтобы кольцевая камера была образована кольцевым трубопроводом, который концентрично окружает шахту на расстоянии от нее. Соединение между кольцевым трубопроводом и газоподающими каналами осуществляется тогда посредством наклоненных вниз, расширяющихся выпускных трубопроводов. Это дает дополнительные преимущества при конструктивном выполнении восстановительной шахты, в частности огнеупорных конструкций, а также улучшает доступ к кольцевому пространству с целью очистки.

Возможно также, чтобы уменьшение сечения отрезков кольцевой камеры было выполнено не только как уменьшение горизонтального диаметра, как это изображено на фиг.5, но и в качестве альтернативы или дополнительно к этому как уменьшение вертикального диаметра кольцевой камеры или в случае кольцевого трубопровода как коническое сужение.

Изобретение относится к шахтной печи прямого восстановления, с засыпкой из кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо и загружаемого в шахтную печь сверху, и с множеством расположенных в одной плоскости газовпускных отверстий для восстановительного газа в зоне нижней трети шахтной печи. Причем шахтная печь окружена снаружи кольцевой камерой, сообщающейся снизу с газовпускными отверстиями через газоподающие каналы. Контур шахты в зоне газовпускных отверстий имеет увеличение диаметра, а стенка шахтной печи выполнена с образованием кольцевой полости между газовпускными отверстиями, расположенными в зоне этого увеличения диаметра, и засыпкой стенки. За счет увеличения диаметра образована боковая поверхность усеченного конуса, угол с горизонталью образующей которого меньше, чем угол откоса находящегося в шахтной печи материала, или увеличение диаметра составляет с горизонталью по существу угол 0°. Изобретение позволяет подавать газ с равномерным распределением по периферии. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шахтная печь, в частности шахтная печь прямого восстановления, с засыпкой из кускового материала, в частности кускового материала, содержащего оксид железа и/или губчатое железо и загружаемого в шахтную печь сверху, и с множеством расположенных в одной плоскости газовпускных отверстий для восстановительного газа в зоне нижней трети шахтной печи, причем шахтная печь окружена снаружи кольцевой камерой, сообщающейся снизу с газовпускными отверстиями через газоподающие каналы, отличающаяся тем, что контур шахты в зоне газовпускных отверстий имеет увеличение диаметра, а стенка шахтной печи выполнена с образованием кольцеобразной полости между газовпускными отверстиями, расположенными в зоне этого увеличения диаметра, и засыпкой, причем за счет увеличения диаметра образована боковая поверхность усеченного конуса, угол с горизонталью образующей которого меньше, чем угол откоса находящегося в шахтной печи материала, или увеличение диаметра составляет с горизонталью по существу угол 0°.2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что в зоне увеличения диаметра расположено и закреплено на и в стенке шахтной печи определенное число средств для разделения кольцеобразной полости на отделенные друг от друга секции.3. Печь по п.2, отличающаяся тем, что 2 - 16, предпочтительно 4 - 8 средств для разделения кольцеобразной полости расположены, в основном, на равном расстоянии друг от друга в зоне увеличения диаметра.4. Печь по любому из п.2 или 3, отличающаяся тем, что средства для разделения кольцеобразной полости образованы вертикально расположенными листами и/или плитами.5. Печь по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что дополнительно к средствам для разделения кольцеобразной полости в кольцевой камере расположены другие средства для разделения кольцевой камеры на отделенные друг от друга участки, причем газ подают от места газоподачи к каждому из отделенных друг от друга участков независимо друг от друга снаружи шахтной печи.6. Печь по п.5, отличающаяся тем, что средства для разделения кольцевой камеры, а также средства для разделения кольцеобразной полости расположены таким образом, что каждый участок кольцевой камеры соответствует определенному числу секций кольцеобразной полости, за счет чего газ может подаваться через соответствующий участок к связанной/связанным с ним секции/секциям.7. Печь по п.6, отличающаяся тем, что число средств для разделения кольцевой камеры равно числу средств для разделения кольцеобразной полости и один участок соответствует одной секции.8. Печь по любому из пп.5-7, отличающаяся тем, что вертикальное сечение каждого участка кольцевой камеры выполнено с сужением в направлении периферии от места газоподачи к соответствующим концам участков.9. Печь по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что определенному числу газоподающих каналов соответствует по одному обслуживаемому снаружи шахтной печи устройству очистки, посредством которых можно удалять продукты спекания из газоподающих каналов и кольцевой камеры, расположенному перед газоподающими каналами в направлении потока газа.10. Печь по п.9, отличающаяся тем, что каждое устройство очистки выполнено в виде шуровочного устройства, причем шуровочное устройство проходит сквозь наружную стенку кольцевой камеры, в основном, в продолжение соответствующего газоподающего канала.11. Печь по одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что диаметр увеличен сверху вниз, при этом угол между образующей боковой поверхности усеченного конуса и горизонталью составляет до 25°.12. Печь по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что газоподающие каналы имеют, в основном, прямоугольное сечение и выполнены с сужением снизу вверх, при этом внутренние кромки газоподающих каналов скруглены.13. Печь по п.12, отличающаяся тем, что переходы от кольцевой камеры, окружающей шахтную печь снаружи, к газоподающим каналам выполнены убывающими наискось вниз.