конвейерная машина богомолова для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси

Формула изобретения

Конвейерная машина для агломерации слоя шихты высотой более 200 мм с применением воды и газовоздушной смеси, содержащая паллеты с колосниковой решеткой, загрузочный, зажигательный и разгрузочный узлы, вакуумные камеры, размещенные между зажигательным и разгрузочным узлами с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты по меньшей мере два устройства для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине, укрытие машины, в котором установлено по меньшей мере две оси или оснащенные защитным ограждением по меньшей мере две стойки с закрепленной на каждой из них при использовании перемычек горизонтально поперек конвейерной машины осью, к которой с возможностью поворота закреплены пластины своими верхними частями, а в нижней части пластин выполнены отверстия для крепления устройства для введения воды и газовоздушной смеси к укрытию машины или к стойке с обеспечением возможности его отклонения и возврата в исходное положение, при этом машина снабжена основаниями, скрепляющими попарно опорные концы каждой стойки, с обеспечением возможности их неподвижного крепления у наружных сторон паллет, а каждое устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине содержит со стороны зажигательного узла дозатор воды с отверстиями, расположенный поперек конвейерной машины с помощью кронштейнов и с возможностью поворота в отверстиях кронштейнов вокруг его продольной оси и возврата в исходное положение, газоподвод, газораспределитель, с направленными вниз отверстиями, и также колпак с отверстиями в верхней стенке для подсоса воздуха, направляющими и шибером, установленным на его верхней стенке, выполненным равным верхней стенке, с отверстиями, совпадающими с отверстиями в верхней стенке колпака, причем торцевые стенки колпака выполнены в виде равнобедренных трапеций, длинные основания которых расположены снизу, а боковые стенки колпака выполнены наклонными, причем по их длине в верхней части выполнены прорези, на которые установлены противовзрывные клапаны, при этом газораспределитель закреплен неподвижно в полости колпака с обеспечением выхода газовоздушной смеси из его отверстий без воспламенения, а отверстия для подсоса воздуха выполнены с живым сечением, обеспечивающим полноту сгорания подаваемого газа в спекаемом слое шихты, при этом дозатор воды установлен на наружной поверхности боковой стенки колпака и снабжен противовесами, прикрепленными к нему снизу для возврата в исходное положение, а кронштейны размещены горизонтально в нижней части боковой стенки колпака по ее длине, причем в верхней части торцевых и боковых стенок колпака выполнены отверстия для присоединения устройства на конвейерной машине с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты с возможностью его отклонения и возврата в исходное положение, упомянутые оси выполнены с возможностью перемещения и установки первой из осей на расстоянии от зажигательного горна машины, обеспечивающем стабильное введение газовоздушной смеси в слой шихты без ее воспламенения от поверхности спекаемого слоя при оптимальной для шихты температуре спекания в слое, и размещения последующих осей по длине машины с возможностью обеспечения оптимальной температуры в спекаемом слое на протяжении от первой оси до разгрузочного узла машины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано как в черной, так и в цветной металлургии.

Агломерация является одним из наиболее распространенных термических методов укрупнения материалов. На практике агломерация осуществляется при нисходящем или восходящем потоке газообразного реагента через воспламененный слой топливосодержащего материала, лежащего на газопроницаемом поддерживающем устройстве. В качестве металлургических агрегатов для агломерации шихты применяются различные по типу (чашевые или конвейерные) агломерационные установки или машины, которые оснащают дополнительными устройствами, для улучшения показателей агломерационного процесса. В черной металлургии объем перерабатываемой шихты гораздо больше, чем в цветной: в результате значительно увеличиваются геометрические размеры агломерационных машин и высота спекаемого слоя.

Известна установка БОГОМОЛОВА для агломерации шихты под давлением [1]. Эта установка содержит: зажигательно-дутьевой горн, эксгаустер и вакуумную или вакуумно-дутьевую камеру, по меньшей мере, две агломерационные чаши, которые выполнены с возможностью соосного герметичного соединения предыдущей чаши с последующей и вакуумной камерой, причем зажигательный горн выполнен с возможностью соосного герметичного соединения с агломерационной чашей сверху, и дополнительной функцией пропускания через чаши воздуха под давлением в интервале 75-500 кПа, при этом зажигательный горн снабжен подводом воздуха под давлением до 500 кПа и газоотводом.

Кроме того, в частности, зажигательно-дутьевой горн установки снабжен водоподводом и газоподводом с распределителями.

Такая конструкция установки предусматривает возможность кратковременной и неоднократной подачи в спекаемый слой шихты воды и газовоздушной смеси, ввиду того, что зажигательно-дутьевой горн, снабженный водоподводом и газоподводом с распределителями, неподвижно размещен относительно спекаемого слоя. Вследствие этого обеспечиваются высокие технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели.

Недостатком установки является то, что она не вышла за пределы лабораторных испытаний.

Известна конвейерная машина БОГОМОЛОВА для агломерации шихты с применением подачи воды, газовоздушной смеси и сжатого воздуха в спекаемый слой металлургических шихт [2].

Эта конвейерная машина содержит паллеты с колосниковой решеткой, загрузочные, зажигательный и разгрузочные узлы, вакуумные камеры и размещенное в средней части длины машины устройство для подачи воды и газовоздушной смеси, в котором дозатор воды размещен перед устройством дозировки газовоздушной смеси со стороны зажигательного узла, причем перед устройством для подачи воды и газовоздушной смеси и после него дополнительно содержатся устройства для локального ввода в слой газообразного реагента под давлением и повышения его давления над слоем до 1-5 ати. При этом устройства для локального ввода и повышения давления газообразного реагента над слоем размещены на участке 0,5L-(1,5-2,5)B и на участке 0,5L+(1.5-2,5)B,

где L - длина машины между зажигательным и разгрузочным узлами;

B - длина паллеты машины.

Кроме того, длина паллеты машины В равна диаметру окружности D, описанной вокруг торцевой стенки устройств для подачи воды и газовоздушной смеси и для подачи локального ввода и повышения давления газообразного реагента, установленных в направляющих, расстояние между вертикальными осями которых равно 2 B, а упомянутые устройства содержат радиальные перегородки, кромки которых направлены на колосниковую решетку в сторону зажигательного узла и совмещены со стыками бортов паллет, а вертикальная ось направляющей устройства для подачи воды и газовоздушной смеси расположена между осями устройств для локального ввода и повышения давления газообразного реагента на расстоянии 0.5L,

где L - длина машины между зажигательным и разгрузочным узлами.

Помимо этого машина дополнительно содержит балки и подъемно-возвратные приспособления, при этом направляющие устройства для подачи воды и газовоздушной смеси, а также направляющие устройств для локального ввода и повышения давления газообразного реагента прикреплены к балкам неподвижно, а балки размещают параллельно наружным сторонам паллет и выполняют с возможностью их синхронного перемещения по вертикали подъемно-возвратными приспособлениями.

Вместе с тем балки в машине выполнены с возможностью синхронного перемещения по вертикали на величину b, где

b - величина зазора, обеспечивающего бесконтактное прохождение слоя под камерами ввода и повышения давления газообразного реагента.

В машине также дополнительно содержатся штанги и перемычки, устройство для подачи воды и газовоздушной смеси и устройства для локального ввода и повышения давления газообразного реагента снабжены поворотными приспособлениями, при этом штанги прикреплены к поворотным приспособлениям и соединены между собой перемычками.

Известно также устройство БОГОМОЛОВА для подачи воды и газовоздушной смеси при агломерации шихты на конвейерной машине (см. там же, [2]).

Это устройство содержит направляющие, трубопровод для подачи газовоздушной смеси, на который насажен с возможностью вращения цилиндр, выполненный с радиальными перегородками на его внешней поверхности, образующими камеры, и с расположенными между перегородками продольными прорезями, при этом трубопровод расположен горизонтально поперек машины, и в нижней его части выполнена прорезь, совпадающая с прорезью цилиндра при вводе газовоздушной смеси, который имеет торцевые стенки, выполненные в виде многоугольника, устройство для возврата в исходное положение снабжено выступами, расположенными на наружной поверхности торцевых стенок, и поворотными приспособлениями, также содержит дозатор воды с отверстиями и кронштейном, установленный в сторону зажигательного узла машины горизонтально поперек машины с возможностью поворота вокруг его продольной оси и фиксации на кронштейне, который прикреплен к направляющим устройства, причем устройство обеспечивает постоянство состава дозируемой газовоздушной смеси.

Кроме того, в устройстве расстояние между вертикальными осями дозатора воды и направляющей устройства составляет (0,8-1,2)D,

где D - диаметр окружности, описанной вокруг торцевой стенки устройства.

При этом дозатор воды выполнен с отверстиями, направленными на колосниковую решетку с возможностью поворота на угол 0-60° в сторону зажигательного узла.

Кроме того, отверстия в дозаторе воды выполнены равномерно и симметрично по длине дозатора воды на отрезке не более 0,95C,

где C - ширина машины между бортами паллет агломерационной машины.

Вместе с тем диаметр отверстий в дозаторе воды составляет 0,6-1,0 мм с шагом 6-12 мм.

Недостатком известных конвейерной машины и устройства является их конструкционная сложность и неспособность обеспечить постоянство расстояния между зонами введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты, что снижает эффективность применения воды и газа при агломерации шихты.

Наиболее близким аналогом является конвейерная машина БОГОМОЛОВА для агломерации шихты с применением воды и газовоздушной смеси (прототип) [3-5].

Такая конструкция машины содержит паллеты с колосниковой решеткой, загрузочный, зажигательный и разгрузочный узлы, вакуумные камеры, размещенное между зажигательным и разгрузочным узлами с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты, содержащее газоподвод, газораспределитель и размещенный снаружи упомянутого устройства со стороны зажигательного узла дозатор воды, расположенный горизонтально поперек конвейерной машины, она дополнительно содержит укрытие машины или оснащенную защитным ограждением стойку с закрепленной при использовании перемычек горизонтально поперек конвейерной машины осью, к которой с возможностью поворота закреплены пластины своими верхними частями, а в нижней части пластин выполнены отверстия для крепления устройства для введения воды и газовоздушной смеси к укрытию машины или к стойке с обеспечением возможности его отклонения и возврата в исходное положение.

Кроме того, машина может содержать основания, скрепляющие попарно опорные концы стойки с обеспечением возможности неподвижного крепления оснований у наружных сторон паллет.

Такая конструкция машины может обеспечивать однократное введение воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты.

В конструкции, принятой за прототип агломерационной машины, предлагается использовать устройство БОГОМОЛОВА для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине [3,4,6].

Такое устройство включает дозатор воды с отверстиями, установленный горизонтально с помощью кронштейнов с возможностью поворота в отверстиях кронштейнов вокруг его продольной оси и возврата в исходное положение, газоподвод и газораспределитель, закрепленный неподвижно с направленными вниз отверстиями, причем оно содержит колпак с отверстиями в верхней стенке для подсоса воздуха и направляющими, шибер, установленный на верхней стенке колпака, выполненный равным верхней стенке, с отверстиями, совпадающими с отверстиями в верхней стенке колпака, причем торцевые стенки колпака выполнены в виде равнобедренных трапеций, длинные основания которых расположены снизу, а боковые стенки колпака выполнены наклонными и по их длине в верхней части выполнены прорези, на которые установлены противовзрывные клапаны, при этом газораспределитель закреплен в полости колпака с обеспечением выхода газовоздушной смеси из его отверстий без воспламенения, а живое сечение отверстий для подсоса воздуха выполнено обеспечивающим полноту сгорания подаваемого газа в спекаемом слое шихты, при этом дозатор воды установлен на наружной поверхности боковой стенки колпака и снабжен противовесами, прикрепленными к нему снизу, для его возврата в исходное положение, а кронштейны размещены в нижней части боковой стенки колпака по ее длине, при этом в верхней части торцевых и боковых стенок колпака выполнены отверстия для присоединения устройства на конвейерной машине с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты с возможностью его отклонения и возврата в исходное положение.

Такая конструкция устройства может обеспечивать однократное введение воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты любой известной высоты. Кроме того, конструкция устройства позволяет также стабилизировать работу конвейерной машины, устранить вероятность аварийного разрушения устройства в процессе его эксплуатации и обеспечить безопасность работы обслуживающего машину производственного персонала.

При высоте спекаемого слоя свинцовой шихты 200 мм оптимальным местом введения воды и газовоздушной смеси является середина спекаемого слоя шихты (т.е. 100 мм от ее поверхности) [7], что соответствует размещению устройства для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине в середине ее активной длины. При соблюдении этих условий спекания в лабораторных условиях можно повысить максимальную температуру в спекаемом слое на 100-120, увеличить производительность агломерационного процесса в 1,4-1,6 раза и снизить содержание остаточной серы в годном агломерате в 1,5-2 раза [7], а в промышленности можно повысить переработку металлосодержащих промпродуктов (свинецсодержащих кеков на 16,7% и пылей рукавных фильтров более чем в 2 раза), а также снизить содержание свинца в гранулированных шлаках на 1,18% [8]. При агломерации таких шихт, по сравнению с общепринятой технологией спекания, получается более качественный (прочность на удар увеличиваются на 12,6 абс.%) агломерат с улучшенным химическим составом (содержание серы снижается в 1,38 раза), а производительность агломерационных машин возрастает в 1,26 раза. В результате повышается извлечение свинца из шихты в годную продукцию, что также обеспечит снижение загрязнения окружающей среды токсичными металлами. Таким образом, при спекании свинцовой шихты с подачей воды и газа достигаются более высокие технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели. На основании исследований [7 и 8] было создано и внедрено в промышленности изобретение [9] и прототипы изобретений [3-5 и 3,4,6].

Опыты автора настоящего изобретения по спеканию повышенного слоя заводской железорудной шихты (400 мм), содержащей 4,3% аглотоплива, показывают, что при кратковременном и однократном введении минимального количества воды и газовоздушной смеси в середину спекаемого слоя шихты (т.е. 200 мм от ее поверхности), по сравнению с опытами без введения воды и газовоздушной смеси, повышается температура в слое на 95-115. Подобный эффект повышения температуры при агломерации железорудной шихты автор изобретения объясняет тем, что, при совместной подаче воды и газовоздушной смеси в разогретый (более 700°C) слой шихты, содержащей твердый углерод аглотоплива, коэффициент использования теплотворной способности вводимого метана повышается в 2,3 раза [10]. В результате выделения в слое шихты избыточного тепла получается некачественный (переоплавленный) агломерат и не повышается производительность агломерационного процесса.

При спекании той же железорудной шихты с уменьшенным на 20% по сравнению с заводским содержанием аглотоплива повышается производительность агломерационного процесса на 2,7%. Кроме того, улучшаются показатели качества агломерата за счет увеличения прочности на удар на 2,62% абс. и снижения его истираемости с 3,7 до 1,81% абс. Опытный агломерат отличается от заводского улучшенным химическим составом (% абс.): содержание CaO в агломерате повышается на 0,71, а также снижается содержание FeO на 3,80; Al₂O₃ на 0,1; MgO на 0,25; SiO₂ на 0,75 и S на 0,06, при повышении основности агломерата на 0,35 ед. абс. Тем не менее, верхние и нижние по высоте горизонты слоя из-за недостатка тепла и, как следствие, неоптимальной температуры спекания шихты остаются недостаточно спеченными и частично переходят в категорию возвратного агломерата. Вследствие этого при спекании повышенного слоя шихты не удается достичь столь же высокой производительности процесса, как при спекании относительно низких (до 200 мм) слоев шихты. В результате снижаются технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели.

На основании изложенного становится очевидным, что для повышения качества и улучшения химического состава агломерата в верхних горизонтах повышенного слоя шихты следует начинать вводить воду и газовоздушную смесь не в середину спекаемого слоя, а в его верхние горизонты. Для реализации этого на практике следует установить ось в укрытии машины или стойку с осью с закрепленным к оси устройством для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине не в середину активной длины машины, а как можно ближе к зажигательному горну. При этом дозировкой воды и газовоздушной смеси, корректировкой компонентного состава шихты, а также изменением расстояния между зажигательным горном и местом размещения устройства для агломерации шихты с применением воды и газовоздушной смеси на конвейерной машине следует добиваться оптимальной для шихты температуры спекания и стабильного введения газовоздушной смеси в слой шихты, без воспламенения смеси от поверхности спекаемого слоя.

Чтобы обеспечить оптимальное качество агломерата в средних и нижних горизонтах повышенного слоя шихты, необходимо увеличить, не менее чем до двух, количество дозировок воды и газовоздушной смеси, а следовательно, количество осей в укрытии машины или стоек с осью, а также устройств для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине. При этом количество осей и устройств для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине следует увеличивать пропорционально повышению высоты спекаемого слоя, а введением воды и газовоздушной смеси нужно поддерживать оптимальную температуру спекания шихты на протяжении от первой оси до разгрузочного узла машины.

Таким образом, недостатком принятой за прототип конвейерной машины является то, что машина с одной осью в укрытии машины или с одной стойкой с осью, а следовательно, с одним устройством для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине не позволяет неоднократно вводить в повышенный слой шихты воду и газовоздушную смесь. И, следовательно, не может обеспечить оптимальную температуру спекания шихты по длине машины. Это не позволяет получать более качественный и улучшенный по химическому составу агломерат, особенно в повышенном слое шихты. В результате уменьшается производительность агломерационной машины, что ухудшает технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели.

Целью настоящего изобретения является разработка конвейерной машины для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси и дальнейшее повышение технико-экономических, ресурсосберегающих и экологических показателей производства черных и цветных металлов.

Поставленная цель достигнута следующим образом.

В конвейерной машине для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси, содержащей паллеты с колосниковой решеткой, загрузочный, зажигательный и разгрузочный узлы, вакуумные камеры, размещенное между зажигательным и разгрузочным узлами с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине, укрытие машины или оснащенную защитным ограждением стойку с закрепленной при использовании перемычек горизонтально поперек конвейерной машины осью, к которой с возможностью поворота закреплены пластины своими верхними частями, а в нижней части пластин выполнены отверстия для крепления устройства для введения воды и газовоздушной смеси к укрытию машины или к стойке с обеспечением возможности его отклонения и возврата в исходное положение, кроме того, могут содержаться основания, скрепляющие попарно опорные концы стойки с обеспечением возможности неподвижного крепления оснований у наружных сторон паллет, при этом устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине содержит со стороны зажигательного узла дозатор воды с отверстиями, расположенный поперек конвейерной машины с помощью кронштейнов и с возможностью поворота в отверстиях кронштейнов вокруг его продольной оси и возврата в исходное положение, газоподвод, газораспределитель, с направленными вниз отверстиями, причем оно также содержит колпак с отверстиями в верхней стенке для подсоса воздуха и направляющими, шибер, установленный на верхней стенке колпака, выполненный равным верхней стенке, с отверстиями, совпадающими с отверстиями в верхней стенке колпака, причем торцевые стенки колпака выполнены в виде равнобедренных трапеций, длинные основания которых расположены снизу, а боковые стенки колпака выполнены наклонными и по их длине в верхней части выполнены прорези, на которые установлены противовзрывные клапаны, при этом газораспределитель закреплен неподвижно в полости колпака с обеспечением выхода газовоздушной смеси из его отверстий без воспламенения, а живое сечение отверстий для подсоса воздуха выполнено обеспечивающим полноту сгорания подаваемого газа в спекаемом слое шихты, при этом дозатор воды установлен на наружной поверхности боковой стенки колпака и снабжен противовесами, прикрепленными к нему снизу, для его возврата в исходное положение, а кронштейны размещены горизонтально в нижней части боковой стенки колпака по ее длине, при этом в верхней части торцевых и боковых стенок колпака выполнены отверстия для присоединения устройства на конвейерной машине с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты с возможностью его отклонения и возврата в исходное положение, согласно изобретению между зажигательным и разгрузочным узлами содержится не менее двух осей в укрытии машины или не менее двух стоек с осью и к каждой из осей закреплено устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине;

- причем, согласно изобретению, количество осей увеличивается пропорционально повышению высоты спекаемого слоя шихты;

- кроме того, согласно изобретению, первая из осей устанавливается на таком расстоянии от зажигательного горна машины, которое обеспечивает стабильное введение газовоздушной смеси в слой шихты без ее воспламенения от поверхности спекаемого слоя при оптимальной для шихты температуре спекания в слое, а последующие оси размещаются по длине машины так, чтобы обеспечить оптимальную температуру в спекаемом слое на протяжении от первой оси до разгрузочного узла машины.

Предлагаемое техническое решение позволит интенсифицировать агломерационный процесс за счет повышения выхода годного для плавки агломерата и достичь увеличения производительности агломерационных машин, улучшения качества агломерата, снижения расхода аглотоплива на спекание шихты, снижения пылеуноса, а следовательно, потерь ценных компонентов шихты с пылью, уменьшения загрязнения окружающей среды вредными твердыми и газообразными выбросами, а также повышения вовлечения в переработку отходов и промпродуктов металлургического производства.

В результате повысятся технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели.

Сопоставимый анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемая конвейерная машина для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси:

- совпадает с известной машиной тем, что содержит паллеты с колосниковой решеткой, загрузочный, зажигательный и разгрузочный узлы, вакуумные камеры, размещенное между зажигательным и разгрузочным узлами с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине, укрытие машины или оснащенную защитным ограждением стойку с закрепленной при использовании перемычек горизонтально поперек конвейерной машины осью, к которой с возможностью поворота закреплены пластины своими верхними частями, а в нижней части пластин выполнены отверстия для крепления устройства для введения воды и газовоздушной смеси к укрытию машины или к стойке с обеспечением возможности его отклонения и возврата в исходное положение, кроме того могут содержаться основания, скрепляющие попарно опорные концы стойки с обеспечением возможности неподвижного крепления оснований у наружных сторон паллет, при этом устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине содержит со стороны зажигательного узла дозатор воды с отверстиями, расположенный поперек конвейерной машины с помощью кронштейнов и с возможностью поворота в отверстиях кронштейнов вокруг его продольной оси и возврата в исходное положение, газоподвод, газораспределитель, с направленными вниз отверстиями, причем оно также содержит колпак с отверстиями в верхней стенке для подсоса воздуха и направляющими, шибер, установленный на верхней стенке колпака, выполненный равным верхней стенке, с отверстиями, совпадающими с отверстиями в верхней стенке колпака, причем торцевые стенки колпака выполнены в виде равнобедренных трапеций, длинные основания которых расположены снизу, а боковые стенки колпака выполнены наклонными и по их длине в верхней части выполнены прорези, на которые установлены противовзрывные клапаны, при этом газораспределитель закреплен неподвижно в полости колпака с обеспечением выхода газовоздушной смеси из его отверстий без воспламенения, а живое сечение отверстий для подсоса воздуха выполнено обеспечивающим полноту сгорания подаваемого газа в спекаемом слое шихты, при этом дозатор воды установлен на наружной поверхности боковой стенки колпака и снабжен противовесами, прикрепленными к нему снизу, для его возврата в исходное положение, а кронштейны размещены горизонтально в нижней части боковой стенки колпака по ее длине, при этом в верхней части торцевых и боковых стенок колпака выполнены отверстия для присоединения устройства на конвейерной машине с зазором над поверхностью спекаемого слоя шихты с возможностью его отклонения и возврата в исходное положение;

- отличается от известной машины тем, что между зажигательным и разгрузочным узлами содержится не менее двух осей в укрытии машины или не менее двух стоек с осью и к каждой из осей закреплено устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине;

- отличается от известной машины тем, что количество осей увеличивается пропорционально повышению высоты спекаемого слоя шихты;

- отличается от известной машины тем, что первая из осей устанавливается на таком расстоянии от зажигательного горна машины, которое обеспечивает стабильное введение газовоздушной смеси в слой шихты без ее воспламенения от поверхности спекаемого слоя при оптимальной для шихты температуре спекания в слое, а последующие оси размещаются по длине машины так, чтобы обеспечить оптимальную температуру в спекаемом слое на протяжении от первой оси до разгрузочного узла машины.

Таким образом, заявляемые технические решения соответствует критерию изобретения «Новизна».

Сравнительный анализ предлагаемой конвейерной агломерационной машины не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволяет выявить существенные признаки, присущие заявляемому решению.

Однако наличие не менее двух осей в укрытии машины или не менее двух стоек с осью, к каждой из которых закреплено устройство для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине, их взаимное расположение и взаимосвязь с другими элементами конструкции позволяет не только оптимизировать температуру спекания шихты в верхних горизонтах слоя, но и обеспечивает оптимальную температуру спекания шихты в повышенном слое шихты любой известной высоты. Это позволяет получать на выходе из машины больше высококачественного агломерата, что увеличивает производительность конвейерной машины.

Последующая плавка большего количества качественного агломерата с улучшенным химическим составом, согласно изобретению, позволит повысить производительность плавильных печей, снизить потребление коксового топлива [11], а следовательно, улучшить ресурсосбережение и уменьшить загрязнение окружающей среды вредными твердыми и газообразными выбросами, уменьшить пылеунос, а следовательно, потери ценных компонентов шихты с пылью, уменьшить выход шлака, повысить извлечения основного металла, улучшить качество товарной продукции. В результате улучшатся технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели производства черных и цветных металлов.

Отсюда следует, что предлагаемая совокупность существенных отличий обеспечивает получение вышеуказанного технического результата, что, по мнению автора, соответствует критерию изобретения «Изобретательский уровень».

Поскольку не все существующие на практике агломерационные машины укомплектованы стандартными укрытиями, автор выбрал для описания машину, оснащенную стойками с защитным ограждением (далее по тексту стойка). Поэтому при дальнейшем описании комплектования и работы заявляемой конвейерной агломерационной машины с устройством для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине упоминание о стойке будет подразумевать, что при наличии стандартного укрытия машины все действия, касающиеся стоек, будут также относиться к стандартному укрытию агломерационной машины, хотя и не будут отражаться ни в графических, ни в текстовых приложениях.

Ввиду того что в конструкции машины присутствуют одинаковые элементы, которые условно могут быть сгруппированы, по меньшей мере, в 2 группы, в дальнейший текст описания вводятся обозначения первый(ая) и второй(ая). При этом первым считается элемент, расположенный ближе к зажигательному горну.

Предложенное техническое решение поясняется последующим описанием и приложенными чертежами, где

на фиг.1 - общий вид конвейерной машины для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси (вид по стрелке В на фиг.2);

на фиг.2 - часть конвейерной машины для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси (вид по стрелке А на фиг.1);

на фиг.3-схематично изображена часть рабочей ветви конвейерной машины для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси (вид работы машины и одного устройства в динамике по стрелке С на фиг.1);

на фиг.4 - общий вид устройства для введения воды и газовоздушной смеси при агломерации шихты на конвейерной машине.

Для уменьшения загруженности поля рисунка 2 (фиг.2) и лучшего восприятия чертежа полная нумерация позиций нанесена только на одно (первое) из двух одинаковых устройств 3.

Конвейерная машина для агломерации повышенного слоя шихты с применением воды и газовоздушной смеси содержит паллеты с колосниковой решеткой 1, загрузочный, зажигательный и разгрузочный (не изображены и не обозначены) узлы, вакуумные камеры 2, по меньшей мере, два одинаковых устройства 3 (на фиг.1 и 2 не обозначено, на фиг.3 одно показано в динамике) для агломерации шихты с применением воды и газовоздушной смеси на конвейерной машине, а также снабженные перемычками 4, осью 5, пластинами 6 и оснащенные защитным ограждением 7, по меньшей мере, две одинаковые стойки 8. Для доступа и обслуживания агломерирующей части машины предусмотрена площадка 9.

Каждое устройство 3 (см. фиг.4) для введения воды и газовоздушной смеси в спекаемый слой шихты на конвейерной машине состоит из колпака 10 с направляющими 11, шибера 12, газоподвода 13 и газораспределителя 14. В верхней стенке 15 колпака 10 и шибере 12 выполнены одинаковые и совпадающие отверстия 16 и 17 соответственно. Торцевые стенки 18 колпака 10 выполнены в виде равнобедренной трапеции, обращенной большим основанием вниз. Боковые стенки 19 колпака 10 выполнены наклонными и по их длине, в верней части имеются прорези 20. На прорези 20 установлены противовзрывные клапаны 21, над которыми снаружи колпака 10 установлены защитные кожухи 22. На наружной поверхности боковой наклонной стенки 19, в нижней ее части, с помощью кронштейнов 23 установлен дозатор воды 24 с отверстиями 25, которые направлены в сторону зажигательного узла (противоположную направлению движения паллет) агломерационной машины. Дозатор воды 24 устанавливается горизонтально, поперек машины, с возможностью его поворота в кронштейнах 23 вокруг его продольной оси и возврата в исходное положение прикрепленными к нему снизу противовесами 26. В верхней части торцевых 18 и боковых 19 стенок колпака 10 устройства 3 выполнены отверстия 27, которые резьбовыми соединениями 28 неподвижно скрепляют с нижними отверстиями (не обозначены) в пластинах 6 для присоединения устройства 3 к стойке 8, а также обеспечения возможности отклонения и возврата устройства 3 в исходное положение и бесконтактного прохождения под ним спекаемого слоя шихты 29.

Перемычки 4 используется для скрепления между собой дуг стоек 8, а также прикрепления к ним осей 5. Оси 5 предназначены для крепления к ним с возможностью поворота верхних частей пластин 6. Пластины 6 предназначены для крепления устройства 3 к стойке 8. Пластины 6 должны также обеспечивать на агломерационной машине возможность отклонения и возврата устройств 3 в исходное положение и способствовать бесконтактному прохождению под ними спекаемого слоя шихты 29. Количество пластин 6 зависит от ширины машины и должно обеспечивать постоянство зазора между нижними точками колпаков 10 устройств 3 и поверхностью спекаемого слоя шихты 29.

Для придания устойчивости стойкам 8 содержатся основания 30, которые попарно скрепляют опорные концы стоек 8, с обеспечением возможности неподвижного крепления оснований 30 к площадке 9 у наружных сторон паллет 1

В исходном положении привод конвейерной агломерационной машины, а также перемещение всех материальных потоков - отключены. На колосниковой решетке 1 машины размещен повышенный (более 200 мм) слой шихты 29.

На площадку 9 (на фиг.1-3 заштриховано) агломерационной машины, между зажигательным горном и разгрузочным узлом (обычно в середине активной длины машины) устанавливают, по меньшей мере, две одинаковые стойки 8 (далее по тексту первая и вторая) таким образом, чтобы основания 30 симметрично размещались снаружи машины, а вертикальная ось симметрии стоек 8 была перпендикулярна поверхности шихты 29. Затем каждую из двух осей 5 (далее по тексту первая и вторая), с прикрепленными к ней пластинами 6 и устройством 3 крепят к перемычкам 4 и стойкам 8 таким образом, чтобы нижние ребра колпаков 10 устройств 3 бесконтактно проходили над поверхностью слоя шихты 29 при повороте устройств 3 вокруг осей 5. При этом отверстия 25 в дозаторах воды 24 должны быть направлены в сторону зажигательного горна (противоположную направлению движения паллет конвейерной машины). Затем дозаторы воды 24 и газоподводы 13 устройств 3 гибко подключают соответственно к водяной и газовой магистралям.

Предлагаемая агломерационная конвейерная машина работает следующим образом.

На движущуюся колосниковую решетку 1 загрузочными узлами укладывается повышенный слой шихты 29, который, проходя под зажигательным узлом, воспламеняется с поверхности и далее спекается в общепринятом режиме под разрежением, создаваемым в вакуумных камерах 2. По мере перемещения слоя шихты 29 от зажигательного узла к месту размещения устройств 3, на поверхности слоя образуется корочка агломерата, а на ней сохраняются раскаленные очаги горения компонентов шихты 29, которые могут воспламенить попавшую на них газовоздушную смесь. Далее в первый от зажигательного горна (далее по тексту первый) дозатор воды 24 включают подачу воды, которая через отверстия 25 попадает на поверхность слоя шихты 29, гася при этом на поверхности слоя очаги горения компонентов шихты. При контакте воды с раскаленной поверхностью слоя образуется водяной пар, который вступает в химическое и физическое взаимодействие с компонентами шихты 29. В результате улучшается химический состав и качество агломерата, а образующиеся в результате химической реакции окись углерода и водород, сгорая в слое, позволяют повысить температуру спекания шихты в зоне горения топлива шихты и уменьшить расход агломерационного топлива. За счет снижения потребления агломерационного топлива улучшаются технико-экономические, ресурсосберегающие, экологические показатели. В зависимости от состава спекаемой шихты 29 и параметров работы агломерационной машины добиваются того, чтобы обработанная водой поверхность слоя шихты 29 подходила к колпаку 10 первого устройства 3 без присутствия на поверхности шихты очагов горения. Затем перемещением шибера 12 приоткрывают отверстия 16 и 17 в верхней стенке колпака 10 первого устройства 3 для подачи воздуха в его полость и включают подачу газа через газоподвод 13 и газораспределитель 14 в полость колпака 10. Регулируя расход газа, добиваются, чтобы газовоздушная смесь не загоралась на выходе из отверстий газораспределителя 14 первого устройства 3, а воспламенялась в слое шихты 29. В зависимости от расхода газа перемещением шибера 12 первого устройства 3 относительно верхней стенки 15 устанавливают такое живое сечение отверстий для подсоса воздуха, которое обеспечивает полное сгорание газовоздушной смеси в слое шихты 29. Подаваемая в слой шихты газовоздушая смесь частично взаимодействует с компонентами шихты, а частично сгорает в слое. В результате также улучшается химический состав и качество агломерата. Кроме того, тепло от сжигания газа, которое выделяется в спекаемом слое, позволяет снизить расход агломерационного топлива и увеличить температуру спекания агломерата. Затем первую стойку 8 приближают к зажигательному горну до тех пор, пока первая из осей 5 не окажется на таком расстоянии от зажигательного горна машины, которое обеспечивает возможность стабильного введения газовоздушной смеси в слой без ее воспламенения от поверхности спекаемого слоя шихты 29. После этого первую стойку 8 основаниями 30 неподвижно прикрепляют к площадке 9 у наружных сторон паллет 1 и изменением дозировки воды и газовоздушной смеси, а также компонентного состава шихты добиваются оптимального для плавки качества и химического состава агломерата в ближних к поверхности горизонтах слоя 29. Контроль качества и химического состава получающегося агломерата осуществляют общепринятыми стандартными методами.

Для измерения температуры в слое шихты 29 применяют, например, тепловизор (на чертеже не показан и не обозначен), который размещают на площадке 9 снаружи от бортов паллет 1 по вертикальной оси первого устройства 3 и, соответственно, первой оси 5. Тепловизором определяют оптимальную для шихты температуру, которая развивается в слое шихты 29, после введения в него воды и газовоздушной смеси из первого устройства 3. Затем, не прерывая измерения температуры, начинают перемещать тепловизор синхронно с паллетами 1 в направлении их движения, до тех пор пока оптимальная температура, зафиксированная у первой оси 5, в спекаемом слое шиты 29 не начнет уменьшаться. В это место перемещают и неподвижно прикрепляют вторую стойку 8 таким же образом, как перемещали и устанавливали и первую стойку 8. Далее во второй дозатор воды 24 включают подачу воды, а затем выполняют все те же выше описанные действия, которые выполняли после включения подачи воды в первый дозатор воды 24. При этом изменением дозировки воды и газовоздушной смеси добиваются равенства температуры в спекаемом слое 29 по осям прикрепления первого и второго устройств 3. В отличие от подачи воды из первого дозатора 24, вода из второго дозатора 24 попадает на остывшую поверхность слоя шихты 29. Однако из-за высокой пористости агломерата и попутного движения просасываемого через слой воздуха вода, так же как и газ, из второго устройства 3 попадают внутрь слоя шихты 29 и, как изложено выше, вступают в химическое и физическое взаимодействие с компонентами шихты 29. В результате сохраняется оптимальная температура и улучшается химический состав и качество агломерата в более низких от поверхности горизонтах слоя шихты 29. Затем, не прерывая измерения температуры, вновь начинают перемещать тепловизор синхронно с паллетами 1 в направлении их движения, до тех пор пока оптимальная температура, зафиксированная у второй оси 5, в спекаемом слое шиты 29, не начнет уменьшаться. В случае если уменьшение оптимальной температуры в спекаемом слое шихты наблюдается в непосредственной близости к разгрузочному узлу машины и границе раздела шихта-постель или колосниковой решетке (в случае отсутствия постели), то настройку работы конвейерной машины для спекания повышенного слоя шихты считают завершенной.

Если уменьшение оптимальной температуры фиксируется на существенном удалении до разгрузочного узла машины и границы раздела шихта-постель или колосниковой решетки (в случае отсутствия постели), то устанавливают последующие (третью и т.д.) стойки 8 до тех пор, пока оптимальная температура в спекаемом слое не будет фиксироваться в непосредственной близости к разгрузочному узлу машины и границе раздела шихта-постель или колосниковой решетке (в случае отсутствия постели).

В случае если уменьшение оптимальной температуры в спекаемом слое шихты наблюдается на удалении до разгрузочного узла машины, но в непосредственной близости к границе раздела шихта-постель или к колосниковой решетке (в случае отсутствия постели), то увеличивают скорость движения колосниковой решетки 1 или повышают исходную высоту спекаемого слоя шихты. Причем скорость движения колосниковой решетки 1 увеличивают до тех пор, пока уменьшение оптимальной температуры в спекаемом слое шихты не будет находиться в непосредственной близости, как к разгрузочному узлу машины, так и к границе постель-шихта или к колосниковой решетке (в случае отсутствия постели).

При работе агломерационной машины в обычном режиме, устройства 3 располагаются с равномерным, минимально возможным зазором (для снижения непроизводительного расходования газовоздушной смеси) над поверхностью слоя шихты 29. При этом нижняя точка устройств 3, направленная в сторону зажигательного горна, будет находиться в положении b₁ , а струи воды из отверстий 24 дозатора 23 будут попадать на поверхность слоя в точку a₁ на расстоянии l₁ между точками a₁ и b₁ (см. фиг.3).

В процессе эксплуатации агломерационной машины могут возникать нештатные ситуации вследствие попадания на поверхность спекаемого слоя различных предметов (например, фрагментов разрушения футеровки зажигательного горна в процессе его работы), линейные размеры которых превышают величину зазора между нижними ребрами колпаков 10 и поверхностью спекаемого слоя 29. При этом попавший на поверхность спекаемого слоя раскаленный фрагмент футеровки надежно скрепляется с частично расплавившейся под зажигательным горном поверхностью слоя шихты 29 и перемещается вместе с ней к первому устройству 3. Из-за больших размеров фрагмента футеровки, чем зазор между поверхностью слоя и устройством 3, может казаться, что раскаленный фрагмент футеровки разрушит первое устройство 3 или воспламенит исходящий из него газ. Однако такое мнение ошибочно.

В случае возникновения нештатной ситуации из-за попадания предмета на поверхность шихты и перемещения его вместе со слоем к первому устройству 3, попавший на поверхность спекаемого слоя шихты 29 предмет будет перемещать первое устройство 3 в направлении разгрузочного узла машины, упираясь в направленную в сторону зажигательного горна боковую стенку 19 (см. фиг.4). Перемещение первого устройства 3 будет сопровождаться его подъемом над поверхностью слоя 29 с одновременным поворотом по часовой стрелке вокруг первой оси 5 прикрепленных к ней с возможностью поворота пластин 6 (см. фиг.3). При таком перемещении первого устройства 3 обращенная к зажигательному горну нижняя точка (bi) первого колпака 10 будет последовательно проходить по дуге, из точки b₁ в точки b₂, b₃, b ₄ и.т.д., до тех пор, пока линейные размеры образующегося при этом зазора между устройством 3 и поверхностью слоя шихты 29 не превысят вертикальный размер выступающей над слоем части предмета. После этого предмет выйдет из зацепления с устройством 3 и продолжит движение вместе со слоем в направлении второго устройства 3 и разгрузочного узла машины, а первое устройство 3 вернется в исходное положение (b₁). Причем, как видно из фиг.3, за время перемещения первого устройства 3 самая близкая к поверхности слоя точка b₁ не будет касаться поверхности слоя шихты 29, что исключает возможность выхода его из строя за счет контакта с поверхностью слоя шихты 29. Аналогично вышеизложенному порядку, попавший на спекаемую поверхность слоя шихты 29 предмет пройдет под вторым и, в случае наличия, последующими устройствами 3.

При перемещении первого устройства 3 по часовой стрелке первый дозатор воды 24 будет проворачиваться противовесами 26 в кронштейнах 23 в направлении, противоположном направлению движению слоя (т.е. против часовой стрелки). При этом за счет прикрепленного к дозатору воды снизу противовесов 26 отверстия 25 дозатора воды будут всегда сохранять заданный при регулировке угол истечения струй воды по отношению к горизонтальной поверхности спекаемого слоя шихты 29. Это позволит сохранить практически неизменными расстояния l₁-l₄ и не позволит сблизиться между собой одноименным точкам (a ₁ с b₁, a₂ с b₂ и т.д.), чем предотвратит возгорание газовоздушной смеси над спекаемым слоем шихты 29. По завершении нештатной ситуации первое устройство 3, а, соответственно, и первый дозатор воды 24, вернутся в исходное положение. Аналогично вышеизложенному порядку, второе (и при наличии последующие) устройство 3, а соответственно, и второй (и при наличии последующие) дозатор воды 24 вернутся в исходное положение. Таким образом, попадание на поверхность спекаемого слоя посторонних предметов не может нарушить непрерывную подачу в спекаемый слой воды и газовоздушной смеси, что положительно скажется на технико-экономических, ресурсосберегающих и экологических показателях.

Агломерационная машина предлагаемой конструкции обеспечивает надежное введение воды и сжигание газовоздушной смеси в повышенном слое шихты. При этом повышаются технико-экономические, ресурсосберегающие и экологические показатели получения черных и цветных металлов.

Промышленная применимость

Предлагаемое изобретение может использоваться как в черной, так и в цветной металлургии, а также в процессах химической технологии, производстве строительных материалов и иных производствах, где применяют спекающий обжиг или окускование материалов в фильтрующем слое.

Источники информации