СПОСОБ ПОДОГРЕВА ЗАГРУЖАЕМОГО МАТЕРИАЛА В ПЛАВИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, А ТАКЖЕ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ЗАГРУЖАЕМОГО МАТЕРИАЛА И ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F27B3/18 

Изобретение относится к способу работы подогревателя загружаемого материала для плавильной печи, а также к подогревателю загружаемого материала, при этом подогреватель загружаемого материала содержит шахту с вертикальным шахтным отверстием, которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие для заполнения шахтного отверстия кусковым загружаемым материалом, а на своем нижнем конце имеет выпускное отверстие, при этом поперечное сечение шахтного отверстия расширяется, начиная от загрузочного отверстия, в направлении выпускного отверстия, и при этом подогреватель загружаемого материала в зоне выпускного отверстия содержит дополнительно по меньшей мере одно задерживающее приспособление для временного задерживания загружаемого материала в шахте. Кроме того, изобретение относится к установке плавильной печи, содержащей такой подогреватель загружаемого материала.

Изобретение относится, в частности, к подогревателю загружаемого материала для кускового загружаемого материала в виде металлического скрапа, который плавится в плавильной печи, в частности электродуговой печи.

Подогреватели загружаемого материала и установки плавильной печи указанного в начале вида известны, например, из DD 292517 А5. В DD 292517 А5 приведено описание плавильного агрегата с шахтообразным подогревателем загружаемого материала и плавильной печью в виде электродуговой печи. Шахта подогревателя загружаемого материала образует с крышкой электродуговой печи конструктивный блок. Для временного задерживания загружаемого материала в шахте в шахте имеется по меньшей мере один запирающий элемент, соответственно, задерживающее приспособление.

В DE 3940558 А1 приведено описание электродуговой печи с шахтным подогревателем загружаемого материала, который вместе с крышкой печи перемещается вертикально или горизонтально относительно кожуха печи.

Подогреватели загружаемого материала служат обычно для использования содержащейся в отходящем газе плавильной печи тепловой энергии в возможно большем количестве для предварительного нагревания заряда подлежащего плавлению в плавильной печи кускового загружаемого материала и тем самым для уменьшения удельной потребности в энергии плавильной печи и оптимизации энергетического баланса процесса плавления. Для этого создаваемый во время плавления заряда загружаемого материала в плавильной печи отходящий газ, как правило, отсасывается и пропускается через подлежащий введению в плавильную печь следующий заряд кускового загружаемого материала. Для этого загружаемый материал промежуточно хранят в резервуаре или шахте сбоку и/или сверху плавильной печи и подвергают воздействию отсасываемым из печного пространства отходящим газом. В данном случае шахта выполняет функцию камина, на верхнем конце которого, т.е. в зоне загрузочного отверстия, на основании соотношения температуры и включенного откачивающего устройства создается разрежение, которое вызывает отсасывание отходящих газов из печного пространства. При этом шахта может быть расположена непосредственно над крышкой печи, так что загружаемый материал может падать непосредственно в печное пространство. В качестве альтернативного решения, шахта может быть также расположена сбоку от плавильной печи, при этом загружаемый материал падает, например, в горизонтальную подающую шахту, из которой он с помощью, например, толкателя сдвигается в печное пространство.

Одно или несколько подвижных и/или поворотных задерживающих приспособлений служат обычно для задерживания в первом положении загружаемого материала с целью предварительного нагревания в шахте и обеспечения возможности падения или скольжения вниз подогретого загружаемого материала под действием собственного веса из шахты в другом положении. Задерживающее приспособление может быть выполнено в виде решетки или т.п., которую можно вытягивать сбоку из шахты для открывания выпускного отверстия. Однако задерживающее приспособление может также иметь поворотные пальцы или выступы, которые освобождают выпускное отверстие посредством поворота пальцев или выступов.

Во время предварительного нагревания заряда загружаемого материала в шахте загружаемый материал лежит на задерживающем приспособлении (приспособлениях) и через него проходит поток отходящего газа. При этом отходящий газ вводится в зоне выпускного отверстия шахты в шахтное отверстие и в зоне загрузочного отверстия шахты отводится и, как правило, подается в установку обработки отходящего газа. При этом отходящий газ часто вводится в шахту через выпускное отверстие, при этом задерживающее приспособление (приспособления) должно быть, естественно, проницаемым для отходящего газа или пропускать отходящий газ.

При предварительном нагревании заряда загружаемого материала возникает проблема, состоящая в том, что в нижней зоне шахты происходит более сильное нагревание, чем в верхней зоне шахты. Дополнительно к этому, загружаемый материал на основании своей массы уплотняется в нижней зоне шахты сильнее, чем в верхней зоне. Это проявляется тем сильнее, чем меньше куски скрапа в нижней зоне шахты. Здесь обычно используются скрап с кусками меньшего размера, чем в верхней зоне шахты, с целью демпфирования с помощью состоящего из мелких кусков скрапа падения загружаемого материала в печное пространство при загрузке плавильной печи. Это приводит в целом к тому, что загружаемый материал частично плавится или по меньшей мере начинает плавиться в нижней зоне обычно охлаждаемой шахты и отдельные куски загружаемого материала склеиваются друг с другом.

За счет этого становятся меньше промежуточные пространства между отдельными кусками загружаемого материала, и уменьшается проходное свободное поперечное сечение внутри шахты. Связанное с этим уменьшение потока отходящего газа через заряд загружаемого материала в худшем случае настолько сильное, что происходит запирание шахты загружаемым материалом, и шахта больше не выполняет функцию камина. В результате происходит задымление плавильной печи, т.е. в плавильной печи образуется избыточное давление и отходящий газ выдувается не контролируемым образом через щели и неплотные места между крышкой печи и печным пространством, шахтой и крышкой печи и т.д. в атмосферу.

Для восстановления каминного действия шахты, до настоящего времени было необходимо прерывать процесс плавления. Часто в таком случае требуется проведение работ по техническому обслуживанию шахты или задерживающего приспособления (приспособлений). Остановка приводит к не эффективной работе плавильной печи и не желательному дополнительному расходу энергии и, возможно, запасных частей.

Поэтому задачей изобретения является создание способа работы подогревателя загружаемого материала, подогревателя загружаемого материала и снабженной им установки плавильной печи, с помощью которых можно предотвращать задымление плавильной печи.

Задача для способа работы подогревателя загружаемого материала для плавильной печи, при этом подогреватель загружаемого материала содержит шахту с вертикальным шахтным отверстием, которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие для заполнения шахтного отверстия кусковым загружаемым материалом, а на своем нижнем конце имеет выпускное отверстие, при этом поперечное сечение шахтного отверстия расширяется, начиная с загрузочного отверстия, в направлении выпускного отверстия, и при этом подогреватель загружаемого материала в зоне выпускного отверстия дополнительно содержит по меньшей мере одно задерживающее приспособление для временного задерживания загружаемого материала в шахте, решена с помощью следующих стадий:

а) расположения шахты в положении загрузки над и/или сбоку от плавильной печи;

b) введения загружаемого материала в загрузочное отверстие до заполнения по меньшей мере одной горизонтальной зоны поперечного сечения шахтного отверстия загружаемым материалом, при этом загружаемый материал задерживается в шахте с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления;

с) вертикального поднимания шахты относительно загружаемого материала, исходя из положения загрузки, в положение предварительного нагревания, при этом образуется по меньшей мере одно вспомогательное отверстие между внутренней стенкой шахты и загружаемым материалом;

d) введения отходящего газа плавильной печи в шахтное отверстие в направлении загрузочного отверстия шахты, при этом через загружаемый материал проходит по меньшей мере часть потока отходящего газа, и он нагревается; и

e) опустошения шахты с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления, при этом предварительно нагретый загружаемый материал падает вниз через выпускное отверстие.

Задача для подогревателя загружаемого материала, в частности, для выполнения способа, согласно изобретению, при этом подогреватель загружаемого материала содержит шахту с вертикальным шахтным отверстием, которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие для заполнения шахтного отверстия кусковым загружаемым материалом, а на своем нижнем конце имеет выпускное отверстие, при этом поперечное сечение шахтного отверстия расширяется, начиная с загрузочного отверстия, в направлении выпускного отверстия, и при этом подогреватель загружаемого материала в зоне выпускного отверстия дополнительно содержит по меньшей мере одно задерживающее приспособление для временного задерживания загружаемого материала в шахте, решена тем, что дополнительно имеется по меньшей мере одно подъемное приспособление для вертикального поднимания шахты относительно задерживаемого с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления в шахте загружаемого материала.

По меньшей мере одно подъемное приспособление подогревателя загружаемого материала, согласно изобретению, предназначено, в частности, для вертикального подъема шахты относительно загружаемого материала из положения загрузки, в котором по меньшей мере одна горизонтальная зона поперечного сечения шахтного отверстия заполнена загружаемым материалом, в положение предварительного нагревания, в котором по меньшей мере одно, в частности, кольцеобразное вспомогательное отверстие образовано между внутренней стенкой шахты и задерживаемым загружаемым материалом.

В соответствии с этим, в способе, согласно изобретению, сначала заполняют шахту кусковым загружаемым материалом, при этом образуется механически довольно устойчивый конус загружаемого материала в шахтном отверстии, при этом загружаемый материал на некоторых участках находится в непосредственном контакте с внутренней стенкой шахты.

Затем непосредственный контакт между по меньшей мере одной зоной внутренней стенки шахты и загружаемым материалом, в зависимости от выполнения шахты, по меньшей мере на одной стороне полностью или по существу полностью нарушается за счет вертикального поднимания шахты относительно загружаемого материала. При этом, исходя из положения загрузки, шахта приводится в положение предварительного нагревания относительно загружаемого материала, соответственно, конуса загружаемого материала, при этом образуется по меньшей мере одно щелеобразное, в частности кольцеобразное, вспомогательное отверстие между внутренней стенкой шахты и загружаемым материалом, соответственно, конусом загружаемого материала.

Если шахта, исходя из загрузочного отверстия, равномерно расширяется во все стороны в направлении выпускного отверстия, то возникает кольцеобразное вспомогательное отверстие. В противоположность этому, если шахта расширяется лишь на одной - трех сторонах за счет наклонного положения сторон относительно вертикали, в то время как одна зона стенки, соответственно, одна - три стороны выполнены параллельно вертикали, то возникает в зависимости от формы шахты щелеобразное вспомогательное отверстие, которое при круглой или эллиптической форме шахты имеет серповидную форму, а при прямоугольной форме граничащих с каждой наклонной стороной шахты зон имеет прямоугольную форму.

При этом было установлено, что конус загружаемого материала при образовании по меньшей мере одного вспомогательного отверстия является достаточно стабильным и не складывается, когда внутренняя стенка шахты, которая ограничивает периметр конуса, по меньшей мере на некоторых участках убирается, соответственно, по меньшей мере частично удаляется. Лишь небольшие куски загружаемого материала могут приходить в движение, которое, однако, как показывает опыт, не приводит к тому, что не образуется или по существу не образуется по меньшей мере одно вспомогательное отверстие.

По меньшей мере одно вспомогательное отверстие образует при необходимости проход для отходящего газа, который по меньшей мере в значительной мере или полностью свободен от загружаемого материала, так что по меньшей мере часть отходящего газа из плавильной печи в течение всего времени предварительного нагревания, в котором загружаемый материал остается в шахте, проходит через шахтное отверстие и может использоваться для предварительного нагревания загружаемого материала. Свободное для прохождения потока поперечное сечение шахты, которое до настоящего времени задавалось лишь промежуточными пространствами между имеющимися кусками загружаемого материала, по меньшей мере временно искусственно увеличивается за счет образования при необходимости по меньшей мере одного вспомогательного отверстия, так что отходящий газ всегда может проходить через шахту. Каминный эффект шахты сохраняется, и надежно предотвращается задымление плавильной печи.

Пока конус загружаемого материала в шахте обеспечивает возможность прохождения потока в нижней зоне шахты, отходящий газ всасывается по меньшей мере через одно вспомогательное отверстие и промежуточные пространства между кусками загружаемого материала. При уменьшении возможности прохождения потока через конус загружаемого материала в нижней зоне шахты отходящий газ все больше отсасывается по меньшей мере через одно вспомогательное отверстие и может снова попадать лишь дальше вверху в шахте в промежуточные пространства внутри конуса и дальше нагревать загружаемый материал внутри конуса. Это обеспечивает хороший переход тепла из отходящего газа в загружаемый материал.

По меньшей мере одно задерживающее приспособление выполнено с возможностью поворота, в частности, вокруг поворотной оси, которая расположена горизонтально в зоне стенки шахты параллельно стенке. Предпочтительно, имеются два задерживающих приспособления, лежащих противоположно друг другу в шахте. Однако задерживающее приспособление может быть в качестве альтернативного решения выполнено также в виде подвижного колосника или решетки, например в виде горизонтально сдвигаемого колосника.

Поперечное сечение шахтного отверстия расширяется, исходя из загрузочного отверстия, в направлении выпускного отверстия предпочтительно равномерно во все стороны, так что при поднимании шахты относительно загружаемого материала образуется по существу равномерно широкое кольцеобразное отверстие между внутренней стенкой шахты и загружаемым материалом. Это улучшает равномерность нагревания загружаемого материала.

Стадия d) способа предпочтительно выполняется уже во время выполнения стадии с), или стадий с) и b), или стадий с) и b) и а). В частности, отходящий газ отсасывается постоянно без перерывов из печного пространства в шахту. Это позволяет использовать также время, в котором шахта заполняется и свободное для прохождения потока поперечное сечение шахты целенаправленно увеличивается. За счет этого предварительное нагревание заряда загружаемого материала происходит существенно быстрее без опасности склеивания загружаемого материала уже в начале предварительного нагревания.

Для получения стабильного конуса загружаемого материала загружаемый материал предпочтительно заполняется в шахтное отверстие с плотностью засыпки в диапазоне от 0,4 до 0,8 т/м³. В частности, в шахту загружают преимущественно ребристый загружаемый материал, с целью предотвращения складывания или сползания конуса загружаемого материала при поднимании шахты.

Во время выполнения способа предпочтительно сохраняется непроницаемое для газа соединение, опосредованное или непосредственное, между шахтой и плавильной печью, с целью предотвращения выхода отходящего газа в атмосферу и потери тепла.

Целесообразно, когда по меньшей мере одно задерживающее приспособление закрывает лишь частично выпускное отверстие во время предварительного нагревания загружаемого материала в шахте, и отходящий газ направляется через выпускное отверстие в шахтное отверстие. Таким образом, можно отказаться от дополнительного соединения шахты и печного пространства для перевода отходящего газа в шахту.

По меньшей мере одно задерживающее приспособление подогревателя загружаемого материала, согласно изобретению, предпочтительно содержит по меньшей мере два задерживающих пальца, которые расположены на расстоянии друг от друга так, что по меньшей мере одно задерживающее приспособление во время задерживания загружаемого материала в шахте лишь частично закрывает выпускное отверстие. За счет этого отходящий газ может проходить непосредственно в выпускное отверстие и тем самым в шахтное отверстие. При использовании двух задерживающих приспособлений пальцы могут быть расположены относительно друг друга так, что пальцы одного задерживающего приспособления направлены к пальцам или в промежуточные пространства между пальцами другого задерживающего приспособления.

Предпочтительно, когда шахта перемещается относительно загружаемого материала с помощью по меньшей мере одного подъемного приспособления в положение предварительного нагревания или наоборот. При этом по меньшей мере одно подъемное приспособление можно приводить в действие вручную или автоматически.

По меньшей мере одно подъемное приспособление подогревателя загружаемого материала, согласно изобретению, предпочтительно соединено с шахтой и/или по меньшей мере с одним задерживающим приспособлением.

При этом для выполнения способа, в частности, предпочтительно, когда по меньшей мере одно подъемное приспособление сцепляется с шахтой, и шахта перемещается в вертикальном направлении. В то время как загружаемый материал остается в своем положении, шахта поднимается вертикально вверх. В данном случае по меньшей мере одно подъемное приспособление может быть образовано, например, с помощью крана или по меньшей мере одного подъемного цилиндра, который находится в зацеплении непосредственно с шахтой или с неподвижно механически соединенной с шахтой несущей конструкцией.

В качестве альтернативного решения, по меньшей мере одно подъемное приспособление сцеплено по меньшей мере с одним задерживающим приспособлением, так что по меньшей мере одно задерживающее приспособление, включая задерживаемый на нем загружаемый материал, можно перемещать в вертикальном направлении вниз. Сама шахта в этом случае остается без изменения в своем положении и поднимается лишь относительно загружаемого материала.

Предпочтительно, когда в шахтном отверстии измеряют по меньшей мере одно значение отходящего газа, которое характеризует, в частности, количество отходящего газа, и/или давление отходящего газа, и/или объем отходящего газа, и/или скорость отходящего газа, и/или температуру отходящего газа, проходящего через шахтное отверстие, и при этом устанавливают среднюю ширину по меньшей мере одного вспомогательного отверстия, которая соответствует среднему расстоянию между внутренней стенкой шахты и загружаемым материалом, в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа.

Предпочтительно, вертикальный подъем шахты относительно загружаемого материала выполняют так долго, пока в зоне выпускного отверстия не образуется отрицательное давление отходящего газа, в частности, в диапазоне примерно -10 Па. Это обеспечивает достаточную величину пропускающего поток поперечного сечения в шахте и предотвращение задымления плавильной печи. При этом либо шахту, либо также по меньшей мере одно задерживающее приспособление можно перемещать в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа.

При достижении измеряемой температуры отходящего газа в зоне загрузочного отверстия определенного значения температуры отходящего газа это может служить в качестве сигнала того, что загружаемый материал достаточно предварительно нагрет и его можно выпускать в направлении плавильной печи или для подачи в плавильную печь.

Для этого подогреватель загружаемого материала, согласно изобретению, имеет на шахте по меньшей мере одно измерительное устройство для измерения по меньшей мере одного значения отходящего газа, в частности количества отходящего газа, и/или давления отходящего газа, и/или объема отходящего газа, и/или скорости отходящего газа, и/или температуры отходящего газа, проходящего через шахтное отверстие, при этом предусмотрена возможность управления по меньшей мере одним подъемным устройством и/или по меньшей мере одним задерживающим приспособлением в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа с помощью по меньшей мере одного управляющего устройства. Управляющее устройство получает сигнал по меньшей мере от одного измерительного устройства и изменяет на этом основании величину по меньшей мере одного вспомогательного отверстия и/или положение по меньшей мере одного задерживающего приспособления. При этом по меньшей мере одно управляющее устройство рассматривается в качестве дополнительной составляющей части подогревателя загружаемого материала.

Для измерения давления отходящего газа в шахте предпочтительно имеется измерительное устройство в зоне выпускного отверстия и другое измерительное устройство в зоне загрузочного отверстия, для того чтобы на основании измеряемых там давлений отходящего газа определять оптимальное положение шахты относительно загружаемого материала и при необходимости устанавливать желаемую разницу давления отходящего газа в шахте посредством изменения положения шахты относительно загружаемого материала.

Кроме того, задача решена для установки плавильной печи тем, что она содержит плавильную печь и расположенный над и/или сбоку от плавильной печи подогреватель загружаемого материала, согласно изобретению.

Плавильная печь предпочтительно является плавильной печью для плавления кускового загружаемого материала в виде металлического скрапа, в частности стального скрапа. Особенно предпочтительно плавильная печь является электродуговой печью, в частности, содержащей кожух печи, верхнюю крышку, по меньшей мере один проходящий через крышку печи электрод и по меньшей мере один проходящий через стенку кожуха печи блок горелки, сжигающей ископаемое топливо. Однако в качестве альтернативного решения это может быть другой тип печи и/или другой подлежащий плавлению загружаемый материал, такой как, например, бой стекла.

В одном предпочтительном варианте выполнения установки плавильной печи дополнительно имеется по меньшей мере одна гибкая уплотнительная система, которая в положении загрузки, положении предварительного нагревания или любом другом положении между положением загрузки и положением предварительного нагревания шахты относительно задерживаемого загружаемого материала образует непроницаемое для газа соединение непосредственно или опосредованно между шахтой и плавильной печью. В одном предпочтительном варианте выполнения, в котором подогреватель загружаемого материала расположен над плавильной печью, гибкая уплотнительная система выполнена в виде шлангообразного сильфонного уплотнения, которое, в частности, с одной стороны, соединено непроницаемо для газа с крышкой плавильной печи и, с другой стороны, с периметром шахты.

В другом варианте выполнения, в котором шахта расположена, например, сбоку от плавильной печи, при этом загружаемый материал падает, например, в горизонтальную подающую шахту, из которой он с помощью, например, толкателя сдвигается в печное пространство, гибкая уплотнительная система предпочтительно выполнена в виде шлангообразного сильфонного уплотнения, которое, в частности, с одной стороны, соединено непроницаемо для газа с подающей шахтой и, с другой стороны, с периметром шахты подогревателя загружаемого материала.

Гибкая уплотнительная система надежно предотвращает выход отходящего газа в атмосферу и потерю тепла.

На фиг. 1-12 показаны в качестве примера различные подогреватели загружаемого материала, согласно изобретению, и способы их работы, а также схема снабженной им установки плавильной печи. А именно, на фигурах изображено:

фиг. 1 - подогреватель загружаемого материала в положении загрузки;

фиг. 2 - подогреватель загружаемого материала, согласно фиг. 1, в положении предварительного нагревания;

фиг. 3 - подогреватель загружаемого материала, согласно фиг. 1, в первом возможном виде сверху;

фиг. 4 - подогреватель загружаемого материала, согласно фиг. 1, во втором возможном виде сверху;

фиг. 5 - подогреватель загружаемого материала, согласно фиг. 1, в третьем возможном виде сверху;

фиг. 6 - схема установки плавильной печи с подогревателем загружаемого материала, согласно фиг. 1, в положении загрузки;

фиг. 7 - схема установки плавильной печи, согласно фиг. 6, с подогревателем загружаемого материала, согласно фиг. 2, в положении предварительного нагревания; и

фиг. 8-12 - способ работы подогревателя загружаемого материала на основе установки плавильной печи, согласно фиг. 6 и 7.

На фиг. 1 показан подогреватель 1 загружаемого материала, который содержит шахту 2 с вертикальным шахтным отверстием 2а. Шахта 2 имеет на своем верхнем конце загрузочное отверстие 3 для заполнения шахтного отверстия 2а кусковым загружаемым материалом 50 (загружаемый материал и его положение в шахте показано схематично лишь для иллюстрации) и на своем нижнем конце - выпускное отверстие 4 для передачи загружаемого материала 50 из шахтного отверстия 2а в плавильную печь (см. фиг. 6 или 7) или в качестве альтернативного решения в подающую шахту, из которой он сдвигается в направлении плавильной печи.

Поперечное сечение шахтного отверстия 2а расширяется, исходя из загрузочного отверстия 3, в направлении выпускного отверстия 4. Подогреватель 1 загружаемого материала содержит в данном случае в зоне выпускного отверстия 4 дополнительно два поворачиваемых вокруг поворотной оси 5а задерживающих приспособления для временного задерживания загружаемого материала 50 в шахте 2. Зона поворота задерживающих приспособлений 5 вокруг соответствующей поворотной оси 5а показана здесь с помощью двойных стрелок и штриховых линий.

Кроме того, имеется по меньшей мере одно, изображенное лишь схематично, подъемное приспособление 6 для вертикального подъема шахты 2 относительно задерживаемого в шахте 2 загружаемого материала 50. Функция подъема и опускания подъемного приспособления 6 обозначена здесь двойной стрелкой. Подъемное приспособление 6, способное поднимать вертикально шахту, может быть, например, комбинацией подъемных проушин на шахте 2 с краном или же подъемным цилиндром, сцепленным с шахтой или с соединенной механически неподвижно с шахтой несущей конструкцией.

В одном не изображенном здесь альтернативном варианте выполнения изобретения, подъемное приспособление может быть также или дополнительно сцеплено с задерживающим приспособлением, соответственно, с его поворотными осями, соответственно, с электрическим приводом для перемещения этих компонентов, и изменять положение задерживающего приспособления 5, включая загружаемый материал 50, относительно шахты 2.

Подъемное приспособление 6 предназначено для вертикального подъема шахты 2 относительно загружаемого материала 50 из показанного на фиг. 1 загрузочного положения, в котором по меньшей мере одна горизонтальная зона поперечного сечения шахтного отверстия 2а заполнена загружаемым материалом 50, в показанное на фиг. 2 положение предварительного нагревания.

В показанном на фиг. 2 положении предварительного нагревания шахта 2 вертикально приподнята относительно загружаемого материала 50 из загрузочного положения, согласно фиг. 1, при этом образовано по меньшей мере одно щелеобразное или кольцеобразное вспомогательное отверстие 7 между внутренней стенкой шахты 2 и остающимся в своей конусной форме загружаемым материалом 50.

На шахте 2 имеется по меньшей мере одно измерительное устройство 9 для измерения по меньшей мере одного значения отходящего газа, в частности количества отходящего газа, и/или давления отходящего газа, и/или объема отходящего газа, и/или скорости отходящего газа, и/или температуры отходящего газа, проходящего через шахтное отверстие 2а. В данном случае предусмотрена возможность управления подъемным приспособлением 6 и/или задерживающим приспособлением 5 в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа с помощью по меньшей мере одного управляющего устройства 10. Так, например, управляющее устройство 10 при измерении давления отходящего газа, объема отходящего газа или скорости отходящего газа, которые лежат ниже заданного порогового значения, может вызывать дальнейшее поднимание шахты 2 с помощью подъемного приспособления 6, с целью увеличения по меньшей мере одного щелевидного или кольцеобразного вспомогательного отверстия 7 и увеличения поперечного сечения для проходящего из плавильной печи потока отходящего газа. При давлении отходящего газа, которое лежит ниже заданного порогового значения, может вызываться подъем шахты 2 с помощью подъемного приспособления 6, с целью увеличения по меньшей мере одного вспомогательного отверстия 7 и увеличения поперечного сечения для прохождения потока отходящего газа из плавильной печи, для того чтобы большее количество отходящего газа проходило через шахту 2 и загружаемый материал 50 и он оптимально нагревался. В соответствии с этим, положение шахты 2 относительно конуса загружаемого материала 50 можно автоматически и динамически согласовывать с параметрами отходящего газа.

Кроме того, при измерении определенной температуры отходящего газа можно также приводить в действие задерживающее приспособление 5 с помощью управляющего устройства 10. При превышении температуры отходящего газа, например, определенного порогового значения, при которой можно с уверенностью ожидать плавления загружаемого материала 50 в шахте, можно автоматически инициировать процесс поворота, так что загружаемый материал 50 может в направлении силы тяжести падать или скользить вниз из шахты 2 через выпускное отверстие 4, так что предотвращается сильное склеивание с задерживающими приспособлениями 5.

На фиг. 3-5 показан подогреватель 1 загружаемого материала, согласно фиг. 1, в соответствующем возможном виде сверху. Одинаковые с фиг. 1 и 2 элементы обозначены теми же позициями.

Как показано на фиг. 3, периметр шахты 2 подогревателя 1 загружаемого материала выполнен, например, прямоугольным. Загрузочное отверстие 3 и не видимое здесь выпускное отверстие 4 выполнены квадратными, при этом все четыре стороны шахты 2 выполнены с равномерным наклоном относительно вертикали. При поднимании шахты 2 относительно загружаемого материала 50 образуется кольцеобразное вспомогательное отверстие 7.

Как показано на фиг. 4, периметр шахты 2 также выполнен прямоугольным. Однако лишь две из четырех сторон шахты 2 выполнены наклонными, в то время как две остальные стороны ориентированы вертикально. При поднимании шахты 2 относительно загружаемого материала 50 образуются два щелевидных прямоугольных вспомогательных отверстия 7 в зоне наклонных боковых стенок шахты 2.

Как показано на фиг. 5, периметр шахты 2 подогревателя 1 загружаемого материала выполнен, например, круглым. Загрузочное отверстие 3 и не видимое здесь выпускное отверстие 4 выполнены в данном случае круглыми, при этом диаметр шахты 2 равномерно расширяется в направлении выпускного отверстия 4, начиная с загрузочного отверстия 3. При поднимании шахты 2 относительно загружаемого материала 50 в этом случае образуется также кольцеобразное вспомогательное отверстие 7.

Предпочтительно, при этом средние точки загрузочного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 лежат на продольной оси шахты 2. Однако это не обязательно. Окружные формы загрузочного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 могут также отличаться друг от друга, как показано, например, на фиг. 4.

На фиг. 6 схематично показана установка 100 плавильной печи, содержащая плавильную печь 110 и расположенный над плавильной печью 110 подогреватель 1 загружаемого материала, согласно фиг. 1, в положении загрузки. На фиг. 7 схематично показана установка 100 плавильной печи, согласно фиг. 6, с подогревателем 1 загружаемого материала, согласно фиг. 2, в положении предварительного нагревания. Одинаковыми позициями обозначены одинаковые с фиг. 1 и 2 элементы. Для того чтобы при вертикальном поднимании шахты 2 относительно загружаемого материала 50 не провоцировать выход отходящего газа в зоне перехода между плавильной печью 110 и подогревателем 1 загружаемого материала, возможно имеется по меньшей мере одна гибкая уплотнительная система 8, которая в положении загрузки, положении предварительного нагревания и в каждом другом положении между положением загрузки и положением предварительного нагревания шахты 2 относительно задерживаемого загружаемого материала 50 образует непроницаемое для газа соединение между шахтой 2 и в данном случае плавильной печью 110. В данном случае в качестве уплотнительной системы 8 имеется шлангообразное сильфонное уплотнение из устойчивого к высокой температуре материала, который непроницаем для отходящего газа из плавильной печи 110.

На фиг. 8-12 схематично показан способ работы подогревателя 1 загружаемого материала, согласно фиг. 1 и 2, на основании установки 100 плавильной печи, согласно фиг. 6 и 7. При этом по меньшей мере одно измерительное устройство 9, управляющее устройство 10 и провода для передачи данных и сигналов управления между управляющим устройством 10, по меньшей мере одним измерительным устройством 9 и задерживающими приспособлениями 5, соответственно, их электрическими приводами, для наглядности не изображены.

Как показано на фиг. 8, шахта 2 подогревателя 1 загружаемого материала расположена в положении загрузки над плавильной печью 110, печное пространство 110а которой здесь уже заполнено кусковым загружаемым материалом 50 в виде металлического скрапа. Подогреватель 1 загружаемого материала расположен здесь над отверстием 110d в крышке 110с плавильной печи 110, которая закрывает сверху кожух 110b плавильной печи 110. Выпускное отверстие 4 сидит в этом примере выполнения точно над отверстием 110d в крышке 110с печи, так что задерживающие приспособления 5 можно поворачивать в печное пространство 110а. Непроницаемое для газа соединение между крышкой 110с печи и шахтой 2 выполнено с помощью шлангообразной гибкой уплотнительной системы 8.

Для отсасывания отходящего газа 12а из печного пространства 110а имеется отсос 12 отходящего газа. Отходящий газ 12а из печного пространства 110а всасывается через выпускное отверстие 4 в шахту 2, поднимается в шахтном отверстии 2а вверх и отсасывается через загрузочное отверстие 3 или в зоне загрузочного отверстия 3. При прохождении через шахтное отверстие 2а шахты 2 отходящий газ 12а нагревает следующий предусмотренный для плавления, накапливаемый с помощью задерживающих приспособлений 5 заряд кускового загружаемого материала 50а. При этом загружаемый материал 50а подают в шахту 2 так долго, пока не будет заполнена загружаемым материалом 50а по меньшей мере одна горизонтальная зона поперечного сечения шахтного отверстия 2а. Образуется механически стабильный, самоудерживающийся конус из загружаемого материала 50а.

Как показано на фиг. 9, затем осуществляется вертикальный подъем шахты 2 относительно загружаемого материала 50а, исходя из положения загрузки, в положение предварительного нагревания, при этом образуется по меньшей мере одно вспомогательное отверстие 7 между внутренней стенкой шахты 2 и загружаемым материалом 50а. Отходящий газ 12а проходит теперь через это по меньшей мере одно вспомогательное отверстие 7, а также через кусковой загружаемый материал 50а в направлении отсоса 12 отходящего газа. Если во время предварительного нагревания требуется коррекция положения шахты 2, то ее можно снова соответствующим образом позиционировать вертикально. Возможен также перевод шахты 2а в положение загрузки уже еще во время предварительного нагревания, когда достаточное количество отходящего газа 12а может проходить через конус загружаемого материала 50а. Это может осуществляться, например, при небольшой плотности засыпки загружаемого материала.

В то же время в печном пространстве 110а плавится имеющийся там загружаемый материал 50 и образует расплав 60, как показано на фиг. 10. Если загружаемый материал 50 расплавился или имеется достаточно высокий уровень расплава, то расплав 60 полностью или по меньшей мере частично выпускают из плавильной печи 110 через отверстие 70. Для этого печной кожух 110b часто наклоняют, как показано на фиг. 10. Однако можно использовать также имеющийся в зоне дна печного кожуха 110b выход, при этом не требуется наклонять печной кожух 110b.

Предварительно нагретый за это время желаемым образом с помощью отходящего газа 12а загружаемый материал 50а в шахте 2 опустошается в печной кожух 110b, как показано на фиг. 11, посредством поворота задерживающих приспособлений 5 в направлении печного пространства 110а.

Затем, как показано на фиг. 12, задерживающие приспособления 5 поворачиваются обратно. Начинается следующий цикл плавления тем, что предварительно нагретый загружаемый материал 50а плавится в печном пространстве 110а, и новый заряд кускового загружаемого материала 50b, изображенного здесь лишь схематично в виде стрелки, загружается в шахту 2. Для этого может быть необходимо на короткое время удалять отсос 12 отходящего газа с загрузочного отверстия 3, для обеспечения возможности загрузки нового, еще холодного загружаемого материала 50b в шахтное отверстие 2а. Однако, можно также применять отсос 12 отходящего газа, который можно открывать с помощью по меньшей мере одного золотника и/или по меньшей мере одной заслонки так, что новый загружаемый материал 50b можно загружать через отсос 12 отходящего газа в шахтное отверстие 2а.

Как только шахта 2 снова заполнена, как показано на фиг. 8, способ повторяется.

Следует отметить, что как показанный здесь подогреватель загружаемого материала, так и показанная лишь схематично установка плавильной печи служат в качестве примера для иллюстрации способа, согласно изобретению. Также расположение подогревателя загружаемого материала относительно плавильной печи выбрано лишь в качестве примера. Кроме того, подробно не показано, что плавильная печь может быть электродуговой печью, в которой через крышку печи проходят электроды, при этом работающие на ископаемом топливе блоки горелок проходят через стенку кожуха печи. Также лишь схематично показано подъемное устройство (устройства), которое способно поднимать шахту относительно загружаемого материала в вертикальном направлении. Так, наряду с краном или потолочным краном можно применять также один или несколько подъемных цилиндров. При этом подъемный цилиндр или несколько подъемных цилиндров могут быть смонтированы на крышке печи, рабочей площадке печи, фундаменте и т.д. и находиться в зацеплении с шахтой для ее поднимания, соответственно, опускания. Так смонтированные подъемные приспособления могут быть также предназначены для вертикального опускания или поднимания задерживающих приспособлений и тем самым расположенного на них загружаемого материала, без отхода от идеи изобретения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для подогрева загружаемого материала в плавильной печи. Подогреватель загружаемого материала содержит вертикальную шахту, которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие для заполнения шахты кусковым загружаемым материалом, а на своем нижнем конце имеет выпускное отверстие, в зоне которого расположено по меньшей мере одно задерживающее приспособление для временного задерживания загружаемого материала в шахте. Подогреватель обеспечивает возможность вертикального поднимания шахты относительно задерживаемого в шахте загружаемого материала, исходя из положения загрузки, в положение предварительного нагревания, при этом образуется по меньшей мере одно вспомогательное отверстие между внутренней стенкой шахты и задерживаемым в шахте загружаемым материалом. Изобретение позволяет предотвратить задымление плавильной печи. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ подогрева загружаемого материала в плавильной установке (100), в котором
используют подогреватель (1) загружаемого материала для подогрева загружаемого в плавильную печь (110) материала, содержащий вертикальную шахту (2), которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие (3) для заполнения шахты кусковым загружаемым материалом (50), а на своем нижнем конце имеет выпускное отверстие (4), в зоне которого расположено по меньшей мере одно задерживающее приспособление (5) для временного задерживания загружаемого материала (50) в шахте (2), при этом поперечное сечение (2а) шахты расширяется, начиная с загрузочного отверстия (3), в направлении выпускного отверстия (4),
и осуществляют следующие стадии:
a) располагают шахту (2) в положении загрузки над и/или сбоку от плавильной печи (110);
b) вводят загружаемый материал (50) в загрузочное отверстие (3) до заполнения по меньшей мере одной горизонтальной зоны поперечного сечения (2а) шахты загружаемым материалом (50), при этом загружаемый материал (50) задерживается в шахте (2) с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления (5);
c) поднимают вертикально шахту (2) относительно загружаемого материала (50), исходя из положения загрузки, в положение предварительного нагревания с образованием по меньшей мере одного вспомогательного отверстия (7) между внутренней стенкой шахты (2) и загружаемым материалом (50);
d) вводят отходящий газ (12а) плавильной печи (110) в шахту (2) в направлении загрузочного отверстия (3) шахты (2), при этом через загружаемый материал (50) проходит по меньшей мере часть потока отходящего газа (12а) для его нагрева; и
e) опустошают шахту (2) с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления (5), при этом предварительно нагретый загружаемый материал (50) направляют вертикально вниз через выпускное отверстие (4).

2. Способ по п. 1, в котором стадию d) способа выполняют уже во время выполнения стадии с), или стадий с) и b), или стадий с) и b) и а).

3. Способ по п. 1 или 2, в котором между внутренней стенкой шахты (2) и загружаемым материалом (50) образуют кольцеобразное вспомогательное отверстие (7).

4. Способ по п. 1 или 2, в котором загружаемым материалом (50) заполняют шахту (2) с плотностью засыпки в диапазоне от 0,4 до 0,8 т/м³.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором на стадии b) загружают ребристый загружаемый материал (50).

6. Способ по п. 1 или 2, в котором во время выполнения способа опосредованно или непосредственно сохраняют непроницаемое для газа соединение между шахтой (2) и плавильной печью (110).

7. Способ по п. 1 или 2, в котором посредством по меньшей мере одного задерживающего приспособления (5) частично закрывают выпускное отверстие (4) во время предварительного нагревания загружаемого материала (50) в шахте (2) и отходящий газ (12а) направляют через выпускное отверстие (4) в шахту (2).

8. Способ по п. 1 или 2, в котором шахту (2) перемещают относительно загружаемого материала (50) с помощью по меньшей мере одного подъемного приспособления из положения загрузки в положение предварительного нагревания или наоборот.

9. Способ по п. 8, в котором по меньшей мере одно подъемное приспособление соединено с шахтой и шахту (2) перемещают в вертикальном направлении.

10. Способ по п. 8, в котором по меньшей мере одно подъемное приспособление (6) соединено по меньшей мере с одним задерживающим приспособлением (5) и по меньшей мере одно задерживающее приспособление, включая расположенный на нем загружаемый материал (5), перемещают в вертикальном направлении.

11. Способ по п. 1 или 2, в котором в шахте (2) измеряют по меньшей мере одно значение отходящего газа, которое характеризует, в частности, количество отходящего газа, и/или давление отходящего газа, и/или объем отходящего газа, и/или скорость отходящего газа, и/или температуру отходящего газа (12а), проходящего через шахту (2), и при этом устанавливают среднюю ширину по меньшей мере одного вспомогательного отверстия, которая соответствует среднему расстоянию между внутренней стенкой шахты (2) и загружаемым материалом (50), в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа.

12. Способ по п. 11, в котором вертикальный подъем шахты (2) относительно загружаемого материала (50) выполняют в период времени, пока в зоне выпускного отверстия (4) не образуется отрицательное давление отходящего газа, в частности, в диапазоне примерно -10 Па.

13. Подогреватель (1) загружаемого материала для плавильной установки (100), предназначенный для подогрева загружаемого в плавильную печь (110) материала способом по любому из пп. 1-12 и содержащий вертикальную шахту (2), которая на своем верхнем конце имеет по меньшей мере одно загрузочное отверстие (3) для заполнения шахты (2) кусковым загружаемым материалом (50), а на своем нижнем конце - выпускное отверстие (4), в зоне которого расположено по меньшей мере одно задерживающее приспособление (5) для временного задерживания загружаемого материала (50) в шахте (2), при этом поперечное сечение (2а) шахты расширяется, начиная с загрузочного отверстия (3), в направлении выпускного отверстия (4), и дополнительно содержащий по меньшей мере одно подъемное приспособление (6) для вертикального поднимания шахты (2) относительно задерживаемого с помощью по меньшей мере одного задерживающего приспособления (5) в шахте (2) загружаемого материала (50).

14. Подогреватель загружаемого материала по п. 13, отличающийся тем, что по меньшей мере одно подъемное приспособление (6) предназначено для вертикального подъема шахты (2) относительно задерживаемого загружаемого материала (50) из положения загрузки, в котором по меньшей мере одна горизонтальная зона поперечного сечения (2а) шахты заполнена загружаемым материалом (50), в положение предварительного нагревания, в котором по меньшей мере одно вспомогательное отверстие образовано по меньшей мере между одной зоной внутренней стенки шахты (2) и задерживаемым загружаемым материалом (50).

15. Подогреватель загружаемого материала по п. 13 или 14, отличающийся тем, что в шахте (2) размещено по меньшей мере одно измерительное устройство (9) для измерения по меньшей мере одного значения отходящего газа, в частности количества отходящего газа, и/или давления отходящего газа, и/или объема отходящего газа, и/или скорости отходящего газа, и/или температуры отходящего газа (12а), проходящего через шахту (2), при этом предусмотрена возможность управления по меньшей мере одним подъемным приспособлением (6) и/или по меньшей мере одним задерживающим приспособлением (5) в зависимости по меньшей мере от одного значения отходящего газа с помощью по меньшей мере одного управляющего устройства (10).

16. Подогреватель загружаемого материала по п. 13 или 14, отличающийся тем, что по меньшей мере одно задерживающее приспособление (5) содержит по меньшей мере два задерживающих пальца, которые расположены на расстоянии друг от друга так, что по меньшей мере одно задерживающее приспособление (5) во время задерживания загружаемого материала (50) в шахте (2) частично закрывает выпускное отверстие (4).

17. Подогреватель загружаемого материала по п. 13 или 14, отличающийся тем, что по меньшей мере одно подъемное приспособление (6) соединено с шахтой (2) и/или по меньшей мере с одним задерживающим приспособлением (5).

18. Плавильная установка (100), содержащая плавильную печь (110) и подогреватель (1) загружаемого материала, отличающаяся тем, что подогреватель (1) загружаемого материала выполнен по любому из пп. 13-17 и расположен над и/или сбоку от плавильной печи (110).

19. Плавильная установка по п. 18, дополнительно содержащая по меньшей мере одну гибкую уплотнительную систему (8), которая в положении загрузки, положении предварительного нагревания или в любом положении между положением загрузки и положением предварительного нагревания шахты (2) относительно задерживаемого загружаемого материала (50) образует непосредственно или опосредованно непроницаемое для газа соединение между шахтой (2) и плавильной печью (110).