разгрузочный шнек
Классы МПК: | F27D3/08 шнековые загрузочные и разгрузочные устройства |
Автор(ы): | БОЙ Уильям А. (US), ХОФФМАН Дэвид М. (US) |
Патентообладатель(и): | ДЗЕ ИНТЕРНЭШНЛ МЕТАЛЗ РЕКЛАМЕЙШН КОМПАНИ, ИНК. (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-24 публикация патента:
10.11.2002 |
Изобретение относится к разгрузочному шнеку, охлажденному текучей средой, с цельными лопастями, предназначенному для использования в печах с вращающимся подом. Шнек содержит средство для распределения, направления и изменения продольного направления охлаждающей текучей среды внутри шнека по меньшей мере дважды до выхода из него. Это средство включает наружную втулку, расположенную внутри нее на расстоянии внутреннюю втулку, с образованием между ними кольцевого продольного внутреннего канала, трубки, расположенные со стороны подвода и со стороны отвода охлаждающей текучей среды, и центральный трубопровод. Трубки выполнены с отверстиями, связывающими их с кольцевым продольным внутренним каналом. Причем центральный трубопровод и внутренняя втулка образуют второй кольцевой продольный внутренний канал. Наружная втулка выполнена с равномерно распределенными лопастями, прикрепленными к ее внешней стороне. Лопасти выполнены одиночными цельными и сдвоенными цельными. Одиночные цельные лопасти непрерывны и равномерно распределены, по их сторонам, по меньшей мере, частично расположены плакировочные полоски. Сдвоенные цельные лопасти равномерно распределены и выполнены проходящими, по меньшей мере, частично по направлению к концу шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды. Одиночные и сдвоенные цельные лопасти выполнены из двух различных сплавов и расположены с чередованием друг друга. Изобретение позволит повысить долговечность конструкции шнека, способность противостоять агрессивным условиям печи с вращающимся подом. 9 з.п.ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Разгрузочный шнек, охлаждаемый текучей средой, предназначенный для печи с вращающимся подом, содержащий расположенную между концами шнека со стороны подвода охлаждающей текучей среды и со стороны отвода охлаждающей текучей среды наружную втулку с равномерно распределенными лопастями, прикрепленными к ее внешней стороне, кольцевой продольный внутренний канал, контактирующий с наружной втулкой и косвенно воздействующий на охлаждение лопастей, средство для распределения, направления и изменения продольного направления охлаждающей текучей среды внутри разгрузочного шнека, по меньшей мере, дважды до выхода из разгрузочного шнека, отличающийся тем, что лопасти выполнены одиночными цельными и сдвоенными цельными, причем одиночные цельные лопасти непрерывны и равномерно распределены, по их сторонам, по меньшей мере, частично расположены плакировочные полоски, а сдвоенные цельные лопасти равномерно распределены и выполнены проходящими, по меньшей мере, частично по направлению к концу шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды. 2. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что плакировочные полоски расположены, по меньшей мере, частично, начиная от конца шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды к концу шнека со стороны подвода охлаждающей текучей среды. 3. Разгрузочный шнек по п. 2, отличающийся тем, что длина плакировочных полосок составляет примерно 25% от длины наружной втулки от конца шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды. 4. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что одиночные цельные лопасти и сдвоенные цельные лопасти выполнены из двух различных сплавов. 5. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что одиночные цельные лопасти и сдвоенные цельные лопасти расположены с чередованием друг друга. 6. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что к концу шнека со стороны подвода охлаждающей текучей среды прикреплены только одиночные цельные лопасти. 7. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что длина сдвоенных цельных лопастей составляет примерно 25% от длины наружной втулки от конца шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды. 8. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средство для подвода и удаления охлаждающей текучей среды. 9. Разгрузочный шнек по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой продольный внутренний канал выполнен преимущественно по всей длине наружной втулки. 10. Разгрузочный шнек по п. 9, отличающийся тем, что средство для распределения, направления и изменения продольного направления охлаждающей текучей среды внутри разгрузочного шнека, по меньшей мере, дважды до выхода из него включает наружную втулку, расположенную внутри нее на расстоянии внутреннюю втулку, с образованием между ними кольцевого продольного внутреннего канала, трубки, расположенные со стороны подвода и со стороны отвода охлаждающей текучей среды, с отверстиями, связывающими их с кольцевым продольным внутренним каналом, и центральный трубопровод, при этом внутри наружной втулки расположена соединенная с внутренней втулкой перемычка, к которой прикреплена трубка, расположенная со стороны подвода охлаждающей текучей среды, трубка, расположенная со стороны отвода охлаждающей текучей среды, прикреплена к концу внутренней втулки и окружает центральный трубопровод, причем центральный трубопровод и внутренняя втулка образуют второй кольцевой продольный внутренний канал, другой конец внутренней втулки совместно с перемычкой образуют полость для поворота охлаждающей текучей среды, при этом вышеупомянутые детали выполнены и расположены с обеспечением траектории потока охлаждающей текучей среды внутри разгрузочного шнека с ее протеканием сначала в кольцевом продольном внутреннем канале для косвенной теплообменной взаимосвязи с одиночными и сдвоенными цельными лопастями, поворотом кругом при протекании через отверстия в трубке, расположенной со стороны отвода охлаждающей текучей среды, втеканием во второй кольцевой продольный внутренний канал, повторным поворотом кругом в полости для поворота охлаждающей текучей среды, с втеканием в центральный трубопровод и выходом из разгрузочного шнека.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к конструкции печи вообще, а в частности к охлаждаемому текучей средой разгрузочному шнеку с цельными лопастями, предназначенному для использования в печах с вращающимся подом. Известно использование печи с вращающимся подом для восстановления и возвращения на повторную переработку ценного никеля, хрома и железа из таких отходов сталеплавильного производства, как колошниковая пыль, шлам, стружка и т. д. В качестве отдельного процесса в печи с вращающимся подом можно непосредственно восстанавливать оксид железа. При выполнении технологических операций металлоотходы сначала гранулируют вместе с углем, а затем частично восстанавливают в печи с вращающимся подом. Выделяющийся углерод реагирует с кислородом в печи с образованием окиси углерода, которая, в свою очередь, восстанавливает никель и железо. Полученные, частично спеченные гранулы затем обрабатывают в дуговой плавильной электропечи, в которой восстанавливается хром. В конечном счете, получают полупродукт 18-8 в виде чушек нержавеющей стали. Чушки возвращают в металлургическое производство для повторной подачи в печи в качестве вспомогательной шихты. Таким образом, печь с вращающимся подом представляет собой нагревательную печь непрерывного действия, имеющую, как правило, круговую внутреннюю стенку, окруженную находящейся на расстоянии круговой наружной стенкой. Кольцевая полость, образованная между ними, содержит кольцевой вращающийся под. Для удержания и отражения теплоты, выделяющейся внутри печи, стенки выполнены относительно невысокими, чтобы обеспечить возможность примыкания свода к поду. Горелки могут быть установлены на внутренней и внешней стенках и на своде. Материал загружают на вращающийся под обычно путем сбрасывания его с помощью конвейера или наклонного желоба. После того как материал доведен на поду до нужного состояния, его обычно удаляют с помощью разгрузочного или транспортировочного шнека. Из-за высоких температур (704-1260oС) шнек охлаждается водой, см. патент США 3443931. Возможность выпуска газов обеспечивается через газоотвод, расположенный в своде. Транспортировочный или разгрузочный шнек обычно содержит вал с рядом спиралевидных лопастей, приваренных к нему. Через шнек протекает охлаждающая среда. В патенте США 4636127 описан разгрузочный шнек, снабженный водоохлаждаемыми полыми лопастями. Разгрузочный шнек транспортирует восстановленные гранулы с основания пода вниз по огнеупорному желобу в контейнеры. Разгрузочный шнек проходит по ширине пода, имеющего форму "пончика", и для обеспечения вращения соединен с двигателем. Шнек закреплен на качающейся опоре с целью обеспечения возможности регулировки высоты относительно пода. Чтобы удалить шнек из печи, его, прежде всего, необходимо освободить от креплений и соединений, а затем продвинуть кверху через свод, что связано с большими трудозатратами. Вследствие агрессивных свойств газов и материалов, находящихся внутри печи с вращающимся подом, обусловленных высокими температурами в ней, для разгрузочного шнека характерны частые отказы. Втулка шнека и полые лопасти со временем разрушаются. Коррозия и эрозия, обусловленные высокими температурами, твердыми частицами и химически активными компонентами (натрием, сульфидами, хлоридами, фторидами) внутри печи с вращающимся подом неизбежно портят шнеки и приводят их в негодность по истечении примерно пяти месяцев. В дополнение к этому в промежутках между лопастями накапливаются разрыхленные мелкие фракции, которые стремятся слипнуться друг с другом. Мелкие фракции действуют как губка, которая собирает и концентрирует агрессивные газы, находящиеся в печи. Первоначально втулку разгрузочного шнека изготавливали из трубы со стыковым швом, выполненной из углеродистой стали. Срок службы такой трубы уменьшается при увеличении содержания загрязняющих примесей (в частности хлора) в среде печи. Поверхность втулки разъедается до тех пор, пока нарастающие утечки воды не приводят к необходимости замены всего разгрузочного шнека. Срок службы втулки из нелегированной углеродистой стали составляет от четырех до десяти месяцев. Аналогичная поверхностная коррозия также наблюдалась на поверхности качающихся опор разгрузочного шнека, изготовленных из нелегированной углеродистой стали, и также работающих в атмосфере печи. В результате этого каждый раз при выведении из эксплуатации разгрузочного шнека эти качающиеся опоры подвергались экстенсивной повторной металлизации с целью доведения толщины их стенок до первоначального диаметра. В настоящее время лопасти отливают из сплава НН (20% никеля, 20% хрома) и наваривают слой из сплава Инконель![разгрузочный шнек, патент № 2192592](/images/patents/278/2192202/174.gif)
- длина плакировочных полосок составляет, примерно, 25% от длины наружной втулки от конца шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды;
- одиночные цельные лопасти и сдвоенные цельные лопасти выполнены из двух различных сплавов;
- одиночные цельные лопасти и сдвоенные цельные лопасти расположены с чередованием друг друга;
- к концу шнека со стороны подвода охлаждающей текучей среды прикреплены только одиночные цельные лопасти;
- длина сдвоенных цельных лопастей составляет, примерно, 25% от длины наружной втулки от конца шнека со стороны отвода охлаждающей текучей среды;
- разгрузочный шнек содержит средство для подвода и удаления охлаждающей текучей среды;
- кольцевой продольный внутренний канал выполнен преимущественно по всей длине наружной втулки;
- средство для распределения, направления и изменения продольного направления охлаждающей текучей среды внутри разгрузочного шнека, по меньшей мере, дважды до выхода из него, включает наружную втулку, расположенную внутри нее на расстоянии внутреннюю втулку, с образованием между ними кольцевого продольного внутреннего канала, трубки, расположенные со стороны подвода и со стороны отвода охлаждающей текучей среды, с отверстиями, связывающими их с кольцевым продольным внутренним каналом, и центральный трубопровод, при этом внутри наружной втулки расположена соединенная с внутренней втулкой перемычка, к которой прикреплена трубка, расположенная со стороны подвода охлаждающей текучей среды, трубка, расположенная со стороны отвода охлаждающей текучей среды, прикреплена к концу внутренней втулки и окружает центральный трубопровод, причем центральный трубопровод и внутренняя втулка образуют второй кольцевой продольный внутренний канал, другой конец внутренней втулкой совместно с перемычкой образуют полость для поворота охлаждающей текучей среды, при этом вышеупомянутые детали выполнены и расположены с обеспечением траектории потока охлаждающей текучей среды внутри разгрузочного шнека с ее протеканием сначала в кольцевом продольном внутреннем канале для косвенной теплообменной взаимосвязи с одиночными и сдвоенными цельными лопастями, поворотом кругом при протекании через отверстия в трубке, расположенной со стороны отвода охлаждающей текучей среды, втеканием во второй кольцевой продольный внутренний канал, повторным поворотом кругом в полости для поворота охлаждающей текучей среды, втеканием в центральный трубопровод и выходом из разгрузочного шнека. Вышеупомянутые и другие признаки изобретения описываются более подробно с помощью предпочтительного варианта осуществления со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг.1 показан вид в плоскости печи;
фиг.2 - вид сбоку варианта осуществления изобретения;
фиг.3 - поперечный разрез по линии 3 - 3 на фиг.2;
фиг.4 - поперечный разрез по линии 4 - 4 на фиг.2;
фиг.5 - поперечное сечение варианта осуществления изобретения. На фиг.1 в упрощенном виде показана печь 10 с вращающимся подом. Печь 10 содержит изолированную наружную кольцевую стенку 12 и изолированную внутреннюю кольцевую стенку 14. Под 16 вращается внутри печи 10 в направлении, показанном стрелкой 18. Вокруг печи находится некоторое количество горелок 20. Необязательные перегородки 22 могут разделять печь 10 на отдельные секции. Материал помещают на под 16 с помощью загрузочного устройства 24, закрепленного на своде (не показанном на чертеже) печи 10. После завершения обработки материала, т.е. после почти полного оборота пода 16, переработанный материал удаляется с помощью разгрузочного шнека 16 и собирается в бункере (на чертеже не показан) для последующей обработки. Разгрузочный шнек 26 приводится в движение посредством двигателя и механического сочленения 28. Вода к шнеку 26 подается через муфту 30, а выпускается через сочленение 28. На фиг.2-5 шнек 26 показан более подробно. В противоположность патенту США 4636127 лопасти 32 выполнены цельными, что придает конструкции большую прочность. Сверх того, отдельные лопасти 32 сдвоены и плакированы для уменьшения коррозии и эрозии. На фиг.5, показано, что шнек 26 содержит наружную втулку 34, прикрепленную к трубке со стороны подвода охлаждающей текучей среды и к трубке 38 со стороны его отвода. Каждая трубка имеет некоторое количество отверстий 40 и 42, расположенных вблизи перемычек 44 и 46. Каждая перемычка имеет некоторое количество расположенных на заданном радиусе окон 48 и 50. Трубка 36 и трубка 38 прикреплены к соединительным трубам 52 и 54 соответственно. Соединительные трубы 52 и 54 соединяют разгрузочный шнек 26 с печью 10 и обеспечивают возможность поступления и выхода охлаждающей воды таким образом, как это показано стрелками. Внутренняя втулка 56 совместно с наружной втулкой 34 задает первый кольцевой канал 58. Центральный трубопровод 60 расположен во внутренней втулке 56 и удерживается на расстоянии от нее посредством ряда внутренних распорок 62. Центральный трубопровод 60 продолжается в трубке 38 и совмещается с соединительной трубой 54. Конец 68 центрального трубопровода 60 находится на некотором расстоянии от перемычки 44 с целью образования полости 64 для поворота охлаждающей текучей среды. Второй кольцевой канал 66 образован между внутренней втулкой 56 и центральным трубопроводом 60. В противоположность конструкции полых лопастей согласно патенту США 4636127 рассматриваемые лопасти 32 являются цельными. Практика эксплуатации позволила установить, что полые лопасти имеют склонность к образованию коррозии и эрозии. Цельные лопасти меньше влияют на ухудшение характеристик печи 10. Кроме того, они позволяют реализовать более надежную конструкцию шнека 26, поскольку менее вероятно, что вода разрушит наружную втулку 34. На фиг. 2-4 представлены лопасти 32 более подробно. В частности, когда шнек 26 работает в условиях повышенного износа, то в этом случае шнек 26 содержит периодически чередующиеся цельные лопасти 32 удвоенной толщины. По направлению к концу 70 наружной втулки 34 со стороны отвода охлаждающей текучей среды периодически чередующиеся лопасти 32 представляют собой сдвоенные лопасти 72. Каждая сдвоенная лопасть 72 состоит из двух прилегающих одиночных лопастей 32, приваренных друг к другу. Плакировочная полоска 76 проходит по обеим сторонам отдельной лопасти 78, см. фиг.3. Сдвоенные лопасти 72 проходят по части наружной втулки 34 по направлению к концу 80 наружной втулки 34 со стороны подвода охлаждающей текучей среды, где они превращаются в одиночные лопасти. Аналогично, по мере прохождения по втулке 34 по направлению к концу 80 плакировочные полоски 76 на одиночных лопастях 78 могут заканчиваться, поскольку условия износа имеют тенденцию быть менее жесткими. В противоположность предшествующей конструкции наружная втулка 34 образована, предпочтительно, из трубы со стыковым швом, изготовленной из аустенитной нержавеющей легированной стали типа 321. Примерные размеры трубы: наружный диаметр 432 мм, толщина стенки 12,7 мм и длина 4,9 м. Нержавеющая сталь типа 321 является аустенитной нержавеющей сталью, содержащей 17% хрома, 9% никеля и содержащей титан для стабилизации углерода. Сорт стали предполагает ее использование в определенных агрессивных средах для деталей, которые изготавливаются сваркой и впоследствии не могут быть отожжены. Она также рекомендуется для деталей, подвергаемых воздействию температур от 425 до 900oС в определенных агрессивных средах. Наружную втулку 34, изготовленную из нержавеющей стали 321, можно многократно использовать путем простого удаления винтовых лопастей 32 и наваривания новых лопастей 32 на поверхность наружной втулки 34. Как было установлено ранее, хромоникелевый сплав НН в лопастях 32 подвергается эрозии. Поэтому сплав НН заменен сплавом Супертерм
![разгрузочный шнек, патент № 2192592](/images/patents/278/2192202/174.gif)
Класс F27D3/08 шнековые загрузочные и разгрузочные устройства