Устройство для термического упрочнения окатышей Советский патент 1984 года по МПК C22B1/24 

Изобретение относится к окускованию тонкоизмельченных руд и концентратов черных и цветных металлов и предназначено, в первую очередь, для термического упрочнения окатышей из железорудных, никелевых, медных и других концентратов, из золы теплоэлектростанций и других дисперсных материалов, а также може быть ис-. пользовано для обжига кусковых материалов, например известняка, доломита и т.п.

Известны устройства трех основных типов: конвейерные машины, установки решетка - трубчатая печь - кольцевой охладитель и шахтные печи. Все эти устройства работают только на газообразном теплоносителе ClJ.,

Недостатком известных устройств для обжига окатьштей является их срав нительно низкая удельная производительность, не превьшгающая для конвейерных машин 0,7-1 т/м ч, трубчатых печей 0,25-0,3 , шахтных печей 0,28-0,32 т/м ч. Кроме того, конвейерные машины и вращающиеся печи являются энергоемкими и металлоемкими агрегатами, требующими применения при их изготовлении высоколегированных и дефицитных марок сталей. ; Наиболее близким к изобретению по

I - .

технической суш,ности является устройство, содержащее конвейерное сушило, подовую печь, шахтную.печь и систему газо- и воздухопроводов с вентиляторами Г2.

Недостатком устройства является то, что составляюпще его агрегаты, в связи с использованием только газо образного теплоносителя, имеют небольшие удельные производительности, а в шахтной печи имеет место периферийный ход газов, препятствующий созданию устройства большой единичной мощности. Усложнение устройства за счет введения трех агрегатов здесь не является оправданным.

Применение во всех современных устройствах для обжига окатьшзей газообразного теплоносителя ограничивает возможность интенсификации процесса термообработки окатьшхей, ввиду малой -объемной теплоёмкости газов и ср1авнительнр небольших значений коэффициента внешнего теплообмена между газами и окатьш1ами.

Целью изобретения является интенсификация процесса термического уп-, рочнения окатьшей.

Поставленная цель достигается тем что шахтная печь выполнена с переменным сечением ло высоте, с перфорированными боковыми стенками в зоне обжига и снабжена сепарационной камерой, перфорированными разгрузочным столом с примыкающими к нему снизу камерами для твердого дисперсного теплоносителя и воздуха, а также последовательно расположенными разгруЗОЧНБ1МИ бункерами, причем шахтная печь сочленена с конвейерной репгет-кой через камеру сепарации твердого теплоносителя.

Кроме того, отношение проходных сечений шахтной печи, ограничивающих сверху, и снизу отдельные зоны термообработки окатьшей, составляет для камеры охлаждения (4-7):1, для камеры обжига,(0,8-1,3):1, для камеры нагрева (0,5-0,9):.

При этом, отношения высот камер нагрева и обхсига к высоте зоны охлаждения равно (0,15-0,4):.

При этом, живете сечение перфорированных боковых стенок в камере обжига шахтной печи и перфорированного загрузочного стола печи равно 10-45.

Кроме того, с целью экономии расхода тепла на процесс, камера сепарации, топка шахтной печи и теплообменники соединены переточньми канала ми с укрытием конвейерной решетки.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из укладчика 1 сырых Ькатьш1ей, конвейерной решетки 2, шахтной печи 3, теплообменников 4 и системы газо- и воздухопроводов (штриховые линии) с вентиляторами. Сочленение конвейерной решетки 1 с шахтной печью 3 вьшолнено через се- парационнуто камеру 5, в которой расположен перфорированный желоб 6. Шахтная печь 3 имеет переменное сечение по высоте, соединена наружными переточными каналами для твердого теплоносителя (линии а, Ь, с иа, Ь, d, е, f) с Топками 7 и теплообменниками 4,имеет в камере обжига перфорированные боковые стенки с герметично примыкающим к ним топками 7,имеет внизу камеры охлаждения перфорированный разгрузочный стол 8 с примыкающими через систему уплотнений камерой 9 f:o свободным кипящим слоем твердого теплоносителя и воздушной камерой 10, а разгрузочный стол 8 герметичг но сочленен с двумя последовательно расположенными разгрузочными бункерами 11 с герметично закрывающимися выпускными отверстиями. Перфорированные боковые стенки печи 3 в камере обжига и перфорированный разгрузочный стол 8 имеют живое сечение в пределах 10-45%, а отверстия (круглые, щелевые или квадратные) имеют поперечный размер 36 мм так, чтобы через эти отверстия не проходили окатьгаш, но был обеспечен свободный проход частиц твердо го теплоносителя,, имеющих средний диаметр 0,3-0,6 мм. Величина живого сечения перфорированного разгрузочно го стола и боковых стенок печи 1045% определена по результатам опытов по прохождению потока дисперсного теплоносителя через решетки с различ ным живым сечением. При живом сечении решетки менее 10% поток твердого теплоносителя поступает в окатыши неравномерно и решетка имеет высокое гидравлическое сопротивление. Увеличение живого сечения решетки более 45% приводит к снижению ее прочности. Шахтная Печь 3 устройства имеет три камеры термообработки окатышей, . считая снизу: охлаждение I, обжиг II и нагрев III. Отношение площадей про ходных сечений шахтной печи 3 ограничивающих сверху и снизу камеры тер мообработки окатышей, .находятся в пределах: для камеры охлаждения (47):1, для камеры обжига (0,8-1,3):, для камеры нагрева (0,5-0,9):. При принятых пределах отношений проходньк сечений отдельных зон шахтной печи, отношение высот камер нагрева III, обжига II к высоте каме ры охлаждения I находится в пределах (0,15-0,4):. Устройство работает следящим образом. Сырые окатьшш укладчиком 1 загружают слрем 180-250 мм на конвейерную решетку 2, где они последовательно проходят зону сушки с прбдувом газового теплоносителя, зону сушки с прососом теплоносителя и зону нагрева, где нагреваются до УОО-ЭОО с. С этой температурой по перфорированному, (с отверстиями 5-6 мм) загрузочному желобу 6 окатыши через камеру 5 сепарации твердого теплоносителя поступают в шахтную печь 3, где последовательно проходят камеру нагрв ва III, в которой они нагреваются до температуры близкой к температуре обжига (I 100-1250с), .камеру обжига II, в которой нагреваются и выдерживаются при температуре обжига ЗОП-1350°С, и камеру охлаждения I, в которой охлаждаются до 100120 С. Через разгрузочное сечение шахты 3 окатьш1и поступают на разгрузочный стол 8, по которому перемещаются в верхний из разгрузочных бун-; керов 11. Пока этот бункер не наполнится., его выпускные отверстия остаются закрытыми, при- этом из нижнего бункера идет выгрузка обожженных окатышей. После опорожнения нижнего бункера его выпускные отверстия закрываются и открывают выпускное отверстие верхнего бункера и из верхнего бункер.i поступают в нижний . При работе предлагаемого устройства в камеру 9, примыкающую к разгрузочному столу 8, через газораспределительную решетку с живым сече.нием 3-5% подается воздух, а через переточную трубу (линию ef) - из теплообменника 4 охлажденный твердый теплоноситель. В камере 9 происходит псевдоожижение дисперсного материа- да в виде свободного кип:дщего .слоя, Твердый теплоноситель в виде свободного кипяп;его слоя за.счет инжекции газового потока и давления в камере 9 поступает через перфорированный разгрузочный стол 8 в шахтную печь 3. Поскольку твердый теплоноситель поступает в слой окатышей на разгрузке из печи, то часть твердоо теплоносителя может увлекаться разгружаемыми окатышами. Эта часть твердого теплоносителя вьщувается из слоя окатьшей воздухом, подаваемым через воздушную камеру О, примыкающую снизу к перфорированному разгрузочному столу 8. Так как пространство разгрузочного узла печи герметично изолирЬвано от атмосферы, то поток газовзвеси вносится в лахтнуй печь 3. Поток твердого теплоносителя, вносимого в печь 3 из камеры свободного кипящего слоя 9 в виде заторможенного кипящего слоя последовательно в противотоке с окатьшами, проходит камеры I, 11 и III шахтной печи 3 . При этом в камере охлаждения I щактнрй печи 3 отношение водяных эквивалентов потоков снеси твердого теплоносителя с воздухом в виде заторможенного кипящего слоя и окатышей поддерживают. меньше единицы в пределах 0,8-0,95. В атом случае наверху зоны охлаждения кипящий слой твердого теплоносителя принимает тем пературу, близкую к температуре обжя га окатьш1ей, т.е. в этом случае в максимальной мере используется .тепло окатып1ай для подогрева твердого теплоносителя, В камере нагрева III наоборот указанное отношение водяных эквивалентов поддерживают больше единицы в пределах 1,05-1,3. В этом случае окатьши в нижнем сечении камеры нагрева III нагреты до температуры кипящего слоя, поступающей в зону. Этим предотвращается значительный пе регрев теплоносителя, относительно температуры обжига окатьш1ей,- и тем самым экономится расход топлива и предотвращается настылеобразование в печи. Изменение отношения водяных эквивалентов достигается подачей в камере обжига II части рециркулируемого твердоготеплоносителя. На выходе из камеры нагрева III щахтной печи 3 твердый дисперсный теплоноситель переходит в свободный кипящий слой При этом частицы твердого теплоносителя, захваченные отходящими из слоя окатьш1ей газами, в сепарационной ка мере 5 за счет расширения ее стенок и соответственного уменьшения скорости потока, выпадают обратно в кипящий слой на поверхности слоя ока тьш1ей. При температуре окатышей на вход в печь температура твердого теплоносителя в свободном кипящем слое на поверхности слоя окатьшшй составляет 950-980°С. По переточным каналам шахтной печи 3 осуществляет ся рециркуляция твердого теплоносит ля. При этом часть твердого теплоно сителя в размере 30-40% от его полн го количества в печи рециркулирует по контуру а ,Ь |С через топку 7, а часть в размере 70-60% - по контуру а, Ь, d, е, f через теплообменники 4 (два илн болееУ. Твердый теплоноситель, рециркулируемый через топки 7 (две с разных сторон печи или более) , нагревается за счет сжигания газообразного топлива до температуры, презьш1ающей на 20-50 С темперптуру обжига окатьш1ей (но на 30-40°С ниже температуры их размягчения) и затем в виде газовзвеси вдувается через перфорированные стенки в камеру обжига II шахтной печи 3. При этом часть дымовых газов в топке 7 отделяется от твердых частиц и направляется в горновое укрытие конвейерной решетки 2 для использования на сушку и подогрев окатьш1ей. Твердый теплоноситель, регщркулируемый через теплообменники 4, в них охлаждается до 40-80 с в противотоке с воздухом. Воздух после теплообменников 4, нагретый за счет охлаждения твердого теплоносителя до 600-800 С, направляется в горновое укрытие конвейерной решетки 2 для использования на сзтцку и подогрев окатьш1ей, а холодный твердый теплоноситель - в камеру 9, примыкающую к разгрузочному столу 8 шахтной печи 3. Степень рециркуляции твердого теплоносителя в печи составляет 10-15,1 т/ч, а удельный поток теплоносителя в печи 0,7-1,0 т/т окатьшей. Применение твердого теплоносителя, псевдоожижаемого в порах слоя окатьштей в сочетании с распределенной по сечению подачей воздуха, способствует равномерному газораспределению в шахтной Печи, Благодаря использованию отходящих газов печи, дымовых газов от топок печи и нагретого воздуха от теплообменников для сушки и предварительного подогрева окатышей на конвейерной решетке, сокращается расход тепла топлива на термическую обработку окатьш1ей. Обоснование отношений проходных сечений зон охлаждения, обжига и нагрева заключается в следующем. По псевдоожижению твердого теплоносителя в слое окатьш1ей при разных температурах и баланса газопотоков в шахтной печи получают выражение, связывающее отношение проходных сечений отдельных зон шахтной печи с изменением температуры, вязкости газа (или воздуха) и порозности псевдоожиженного слоя твердого теплоносителя. где F - проходное сечение пе V - кинематическая вязко доожижающего агента, температура. К; порозность заторможе псевдоожиженного сло дого теплоносителя; насыпная порозность теплоносителя (индек носится к нижнему пр сечению любой зонып деке 2 - к верхнему) Результаты расчетов по фо для каждой из зон дахтной п крайних значениях отдельных полученных йо обжигу и охлаж окатышей. I збна охлаждения окатыше .,V. 15-10-« м2/с; V2, ., с, V2f x 27540- м -о .,, / Ен 0. min 073;E,(tZ ,.x KC2ma/07 Соответственно по формуле получаем -7, & II зона обжига. Ь:-.и.„.с, 1593 К; 10- E|ccimiti EKC-tma;(7; ,- 275 -10 ь- -;он:.:; EKCZmin - Екс2ты) (1) . 0,80. F-, mm нагрева. Т... .„,593К; Т1шс( к; V 28740 1тал ,V«: . ..2 V2it,«,fl78-10 екс2т п 0 Ekc2n «x-0 77; (- -0,5. F min При значениях отношения проходных сечений вьше или ниже указанных не представляется возможным получать кондиционную продукцию. Отношение высот зон обжига и нагрева к высоте зоны охлаждения обосновьшается следзпощим образом. Из теории теплообмена в шахтных печах и баланса потока теплоносителя следует, 4to отношение высот отдельных зон шахтной печи определяется выражениями для зоны обжига П-(). «2 1 L 2 ttj 1 - Z I ДЛЯ зоны нагрева Ги-ф)-1 1(зУ Нз-.. 1. {1± (1±-) «1 2 Vl 2 ill 2 |,J где (F /F, ) - отношение площади ниж- него сечения к верхнему для отдельных зон; H/Hj - отношение высот зон обжига (), нагрева () к высоте зоны ох лаждения. Если подставить в соотношения (2) ( и (3) максимальные и минимальные значения отношений проходных сечений отдельных зон, определенных на основе экспериментальных данных из выражения (1), по получим, что отношение высот зон нагрева и обжига к высоте зоны охлаждения находится в пределах (0,15-0,4):. Предлагаемое устройство позволяет увеличить удельную производительность шахтной печи в 7-8 раз по сравнению с известными шахтными и вращающимися печами, работающими с применением чистого газообразного теплоносителя, т.е. с 6-8 до 50-60 т/м -сут, уменьшить расход тепла примерно вдвое по сравнению с конвейерными машинами т.е. с 200-280 до 100-140 тыс. ккал/т окатьштей, сократить расход электроэнергии за счет уменьшения удельного расхода газообразного теплоносителя (например, в шахтной печи предлагаемого устройства удельньй расход газообразного теплоносителя составляет 70-80 окатышей, в то время как в известных шахтных печах он составляет 400-600 окатьш1ей) и сократить капитальные затраты на сооружение промьшшенного агрегата по сравнению с конвейерны

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ОКАТМЧЕЙ, содержащее укладчик сырых окатышей, конвейерную решетку, шахтную печь с узлом разгрузки окатышей и систему газо- и воздухопроводов с вентиляторами, о тличающееся тем, что, с делью интенсификации процесса термического упрочнения окатьш1ей, шахтная печь выполнена с переменным сечением по высоте, с перфорированными боковыми стенками в зоне обжига и снабжена сепарационной камерой,, перфорированным разгрузочным столом с примыкающими к нему снизу камерами для ( «А OATEIUHO 44 ГгХНММКСКАИ S«iftjrKOiEKA твердого дисперсного теплоносителя и воздуха, а также последовательно расположенными разгрузочными бункерами, при этом шахтная печь сочленена с конвейерной решеткой через камеру сепарации твердого теплоносителя. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что отношение проходных сечений шахтной печи, ограничив аюпшх сверху и снизу отдельные зоны термообработки окатьш1ей, составляет для камеры охлаждения