БОРТ ТЕЛЕЖКИ ОБЖИГОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 2023 года по МПК F27B21/08 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей.

Одна из технологических операций производства железорудных окатышей - это обжиг их на обжиговых машинах, представляющих собой обжиговые тележки, состыкованные в неразрывный конвейер. Окатыши для обжига засыпаются на обжиговые тележки и располагаются непрерывным слоем между бортами, установленными по бокам тележек. Обжиг окатышей производится путем вертикальной фильтрации (вверх или вниз) через их слой газа-теплоносителя, достигающего температуры более 1300°С. При этом борта тележек также нагреваются до температуры, которая может вызвать их коробление и образование в них термических трещин различного вида.

В патентах SU №334252 (С21В 1/18) для предохранения от сильного перегрева верхнюю съемную часть борта защищают огнеупорными материалами, выполненными в виде блоков или набивки. Однако, из-за механического воздействия окатышей и высокой температуры огнеупорные материалы в значительной степени разрушаются.

В патентах RU №2037760 (F27B 21/08) и RU №2307300 (F27B 21/08) верхние съемные борта выполнены в виде пластин. При нагревании такие борта коробятся по всей плоскости, что приводит к образованию трещин и выходу их из строя.

В патентах SU №866382 (F27B 21/00) и SU №578547 (F27B 21/04) нижняя часть верхних съемных бортов имеет значительно большую толщину стенок, чем верхняя часть. В этом случае коробление бортов происходит в большей степени в местах с более тонкой стенкой, т.е. в верхней части.

В патенте SU №910811 (F27B 1/20) предусмотрено, что верхний уровень слоя окатышей совпадает с верхним уровнем верхних съемных бортов. Это защищает борта от прямого воздействия газа-теплоносителя, имеющего температуру выше, чем нагретые окатыши, что снижает коробление бортов. Однако в реальных условиях производства по разным причинам некоторые участки верхней части бортов часто оголяются от окатышей. От соприкосновения с газом-теплоносителем в этом месте не только усиливается коробление, но и происходит разгар металла от взаимодействия с высокоактивными компонентами газа.

Прохождение газа-теплоносителя через слой окатышей и их нагревание по всей поверхности тележки происходит относительно равномерно. Однако вдоль стенок бортов наблюдается более интенсивное движение газа-теплоносителя вследствие увеличенных зазоров между окатышами и поверхностью бортов - явление «пристенного эффекта». Это обуславливает нерациональное использование тепла топлива, неравномерную обработку окатышей по ширине машины со снижением качества готовой продукции, а также усиливает нагревание бортов. В патенте SU №726402 (F27B 17/02) эта проблема решается в цилиндрической чаше с использованием эластичной прокладки при нормальной температуре. В этом техническом решении окатыши вдавливаются в эластичную прокладку и образуют углубление с формой и размерами, при которых проходящий газ испытывает, примерно, такое же аэродинамическое сопротивление, как и в слое окатышей на всей поверхности обжиговой тележки. Однако такой способ не может быть применен при обжиге окатышей из-за высокой температуры.

В изобретении АС №910811 (F27B 1/20), несмотря на предложенный способ загрузки окатышей, «пристенный эффект» сохраняется в значительной мере, так как он определяется только формой окатышей и формой поверхности бортов, с которой они соприкасаются.

В изобретении SU №1285292 (F27B 21/02) рабочая поверхность, соприкасаемая с окатышами, имеет волнообразную форму, гребни и впадины которой ориентированы поперек направления движения газа-теплоносителя.

Пристенные окатыши располагаются во впадинах и уменьшают просвет для движения газа-теплоносителя. Однако в этом техническом решении не известно соотношение размеров волны на поверхности бортов и размера обжигаемых окатышей. Следовательно, не известно, как влияет указанная волнистая форма поверхности бортов на «пристенный эффект».

В изобретении SU №1370410 (F27B 21/04) (принят в качестве прототипа) коробление бортов уменьшается за счет утолщения основания и выполнения гребня по верхней кромке стенки борта. Однако коробление не снижается по диагоналям рабочей поверхности борта, т.к. середина и боковые торцы стенок борта значительно тоньше. Кроме того, на границе между гребнем и стенкой борта происходит резкое изменение толщины, что приводит к термическому градиенту в этом месте и образованию «горячих трещин». У борта-прототипа присутствует «пристенный эффект», а именно, за счет уменьшения аэродинамического сопротивления у стенки увеличивается движение газа-теплоносителя. Это обуславливает нерациональное использование тепла топлива, снижение качества окатышей и образование «горячих трещин» на рабочей поверхности.

Целью предлагаемого технического решения является повышение стойкости съемных верхних бортов и улучшение качества окатышей.

Для достижения этой цели в предлагаемом техническом решении стенка борта от основания до уровня равного 0,2-0,6 ее высоты имеет одинаковую толщину, а выше этого уровня до верха борта ее толщина равномерно увеличивается до величины, составляющей 1,1-1,7 ее толщины у основания, при этом на боковых сторонах борта перпендикулярно стенке выполнены ребра жесткости. Влияние «пристенного эффекта» сведено до минимума за счет глубины впадин равной 0,4-0,9 диаметра обжигаемых окатышей, а также радиуса впадин и радиуса гребней, равного 0,6-1,4 диаметра этих окатышей.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен верхний съемный борт тележки обжиговой машины предлагаемой конструкции. Борт состоит из основания 1, стенки 2 с волнистой рабочей поверхностью, образованной впадинами 4 и гребнями 5 и ребер жесткости 3. Высота борта - В. На отрезке С равном (0,2-0,6) В стенка имеет одинаковую толщину, равную Д. Выше этого уровня толщина стенки равномерно увеличивается до значения Е=(1,1-1,7)Д в верхней части стенки борта.

В процессе эксплуатации борта рабочая поверхность 4 и 5 нагревается от соприкосновения с разогретыми окатышами и с частично остывшим газом-теплоносителем. Возможны случаи оголения верхней части борта от окатышей. При этом происходит дополнительный нагрев верхней части стенки от соприкосновения с более нагретым газом-теплоносителем. Частично от верхней части стенки за счет теплопроводности тепло распространяется в нижнюю ее часть. Практические наблюдения и замеры показали, что при повышенном нагреве верхней части борта тепло распространяется до уровня С, расположенного в интервале 0,2-0,6 общей высоты борта В. Нижнее значение 0,2 соответствует случаям максимального оголения верхней части борта от окатышей и максимальной температуре газа-теплоносителя, т.е. соответствует случаям максимального нагрева борта. Для таких случаев толщина стенки верхней части имеет максимальную толщину и составляет 1,7 толщины стенки у основания. Верхнее значение 0,6 соответствует случаям минимального оголения верхней части борта от окатышей или даже случаям отсутствия оголения и минимальной температуры газо-теплоносителя, т.е. соответствует случаям минимального нагрева борта. Для таких случаев толщина стенки в верхней части имеет минимальную толщину и составляет 1,1 толщины стенки у основания.

Ниже уровня (0,2-0,6) В тепло от более нагретого верхнего торца стенки борта практически не распространяется и температура в этом месте практически одинаковая. По этой причине и толщина ее в этом месте одинаковая (Д).

Так как в предлагаемой конструкции борта толщина Е от верха до толщины Д (уровень С и ниже) уменьшается равномерно, то и передача тепла от более горячего верха стенки книзу происходит плавно, без больших перепадов. Следовательно, и перепад термических напряжений в этом месте не велик.

По этой причине коробление по верхнему торцу стенки борта не происходит. Из-за максимальной толщины стенки Е в месте максимально возможного нагрева не наблюдается также образование «горячих» трещин и трещин разгара. По этой причине в предлагаемом техническом решении увеличение толщины стенки начинается от верха участка С=(0,2-0,6)В. Значение толщины стенки Д на участке С и значение максимальной толщины Е в верхней части борта определятся практически и зависит от размера обжиговых тележек и режима термообработки окатышей.

Коробление стенки борта в ее нижней части, а также образование термических трещин в этом месте не происходит, т.к. основание 1 борта служит в этом месте ребром жесткости и одновременно частично отводит тепло, что снижает перегрев.

Коробление стенок борта по обоим боковым сторонам, а также коробление в диагональных направлениях, предотвращается выполнением по боковым торцам стенок ребер жесткости 3. Они распространяются по всей высоте стенки - от основания борта 1 до максимальной толщины стенки Е. Нагрузка на ребра меньше, чем на основание, поэтому их толщина пропорционально меньше и составляет 0,4-0,9 толщины основания.

Таким образом коробление борта предотвращается наличием по периметру стенки: в нижней части - основания 1, в верхнем торце -равномерного утолщения стенки до значения Е, по боковым торцам - ребер жесткости 3. За счет этого значительно уменьшается количество трещин различного вида и повышается срок службы борта.

В предлагаемой конструкции борта рабочая поверхность на всей ширине К имеет волнистую форму, гребни 5 и впадины 4 которой ориентированы параллельно основанию 1 и перпендикулярно направлению движения газотеплоносителя. При этом глубина впадин М составляет 0,4-0,9 диаметра обжигаемых окатышей, а радиус впадин R и радиус гребней Р составляют 0,6 -1,4 диаметра этих окатышей. При таком техническом решении окатыши располагаются на дне впадин, где соприкасаются с рабочей поверхностью. В результате графических построений было установлено, что в этом месте зазоры для прохождения газа-теплоносителя имеют, примерно, такие же размеры, как и в местах соприкосновения окатышей друг с другом в любом другом месте тележки. Вследствие этого при прохождении газа-теплоносителя вблизи рабочей поверхности борта «пристенный эффект» не возникает. Режим нагрева окатышей у стенки борта мало отличается от аналогичного режима в других местах тележки, что предотвращает ухудшение качества окатышей в этом месте. Кроме того, не происходит повышенный нагрев борта, возникающий при «пристенном эффекте» из-за прохождения повышенного количества газа-теплоносителя вдоль рабочей поверхности.

Верхние съемные борта предложенной конструкции использовались в опытно-промышленном масштабе на обжиговой машине ОК306. Размеры борта следующие. Высота борт 250 мм. От его основания до высоты 100 мм (С) толщина стенки составляет 32 мм. Выше уровня 100 мм толщина стенки равномерно увеличивается до 45 мм в ее верхней части. Рабочая поверхность имеет волнистую форму с длиной волны 25,0 мм и с глубиной впадин 6 мм. Гребни и впадины ориентированы параллельно основанию, а их радиусы составляют 8 мм. По обоим боковым торцам перпендикулярно стенке на всю ее высоту выполнены ребра жесткости толщиной 16 мм. Толщина основания 25 мм. Диаметр обжигаемых окатышей 8-14 мм. Максимальная температура газа-теплоносителя 1320°С. Скорость фильтрации газа - теплоносителя 0,4-1,5 нм³/м² с.

В процессе периодического визуального контроля тележек, находящихся в эксплуатации, коробление и трещины на бортах не выявлены. Отклонение качества окатышей от требований технической документации не установлено.

Из уровня техники не известен верхний съемный борт обжиговой машины, имеющий параметры стенки и ее рабочей поверхности, представленные в предлагаемом техническом решении. Следовательно это техническое решение является новым.

Для специалиста из уровня техники явным образом не следует связь между предложенными параметрами борта и достигаемым техническим результатом. Таким образом предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень.

Опытно-промышленная партия бортов с предлагаемыми параметрами использовалась в производстве с положительными результатами и следовательно указанный борт промышленно применим.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству железнорудных окатышей. Борт тележки обжиговой машины выполнен с толщиной стенки, изменяющейся по высоте, от основания до уровня, равного 0,2-0,6 высоты борта, имеет одинаковую толщину, а выше этого уровня до верха борта ее толщина равномерно увеличивается до величины, составляющей 1,1-1,7 ее толщины у основания. Рабочая поверхность имеет волнообразную форму. На боковых сторонах борта выполнены ребра жесткости. Глубина впадин на рабочей поверхности составляет 0,4-0,9 диаметра обжигаемых окатышей, а радиус впадин и радиус гребней равны 0,6-1,4 диаметра обжигаемых окатышей. Обеспечивается предотвращение коробления стенки борта и соответственно повышение срока службы борта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Борт тележки обжиговой машины, толщина стенки которого изменяется по высоте, а рабочая поверхность имеет волнообразную форму, отличающийся тем, что стенка от основания до уровня, равного 0,2-0,6 высоты борта, имеет одинаковую толщину, а выше этого уровня до верха борта ее толщина равномерно увеличивается до величины, составляющей 1,1-1,7 ее толщины у основания, при этом на боковых сторонах борта выполнены ребра жесткости.

2. Борт тележки обжиговой машины по п. 1, отличающийся тем, что глубина впадин на рабочей поверхности составляет 0,4-0,9 диаметра обжигаемых окатышей, а радиус впадин и радиус гребней равны 0,6-1,4 диаметра обжигаемых окатышей.