Роторное загрузочное устройство доменной печи

Обновлено: 02.05.2024

Загрузочное устройство доменной печи

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к загрузочным устройствам доменных печей. Загрузочное устройство доменной печи содержит расположенные последовательно приемную воронку, соединенную неподвижно со шлюзовым бункером, верхний конус с воронкой, нижний конус с воронкой, направляющую воронку, роторный распределитель шихты на полом валу и привод. Нижний конус выполнен идентичным верхнему. Шлюзовой бункер неподвижно закреплен на куполе печи и соединен с направляющей воронкой, под устьем которой расположен полый вал роторного распределителя шихты, привод которого установлен на куполе печи и соединен с полым валом посредством жестко закрепленного на нем зубчатого колеса. Угол наклона образующих направляющей воронки и воронки нижнего конуса к горизонтали составляет 54-56. При использовании изобретения обеспечивается удобство обслуживания и снижение металлоемкости загрузочного устройства. 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и используется для загрузки доменных печей.

Известно загрузочное устройство доменной печи, содержащее верхний конус, его приводную воронку, установленные под ними нижнюю чашу с конусом, жестко закрепленные на нижнем конусе перепускную воронку, направляющие желоба и шарнирно закрепленные на нижнем конусе распределительные лотки, соединенные с тягой изменения угла наклона лотков, размещенной внутри штанги нижнего конуса, установленного с возможностью вращения в опущенном положении (а.с. СССР №1544807, МПК 5 С 21 В 7/20, опубл. 23.02.1990 г., бюл. №7).

Наличие перепускной воронки и дополнительных механизмов для вращения верхнего и нижнего конусов, а также механизма для управления лотками, повышает металлоемкость загрузочного устройства. Кроме того, шарнирное крепление лотков на нижнем конусе неудобно для обслуживания и требует регулярной замены из-за воздействия высокой температуры и запыленности.

Наиболее близким техническим решением является роторное загрузочное устройство, включающее расположенные последовательно приемную воронку, соединенную неподвижно со шлюзовым бункером, верхний конус с воронкой, нижний конус с воронкой, направляющую воронку, роторный распределитель шихты на полом валу и привод. Вращение ротору передается от электродвигателя через редуктор, расположенный на колошниковой площадке, а затем через конический редуктор, на вертикальном валу которого закреплен вал ротора. Конический редуктор в обтекаемом герметичном кожухе расположен между нижним конусом и направляющей воронкой (ж. Металлургическая и горнорудная промышленность, М., №6, 1999 г., стр. 7).

Расположение привода вращения роторного распределителя шихты внутри печи неудобно при обслуживании и требует защиты его от потока шихтовых материалов, что, в свою очередь, влечет установку конуса большого диаметра, изготовление которого требует больших расходов металла. Большой конус и контактирующая с ним деталь - чаша большого конуса требуют точности в изготовлении и проверки их при ремонте. Это приводит к длительным срокам ремонтов по замене изношенного оборудования.

Задачей изобретения является уменьшение металлоемкости загрузочного устройства, удобство его обслуживания, сокращение простоев на ремонтах, а также усреднение шихты на колошнике печи.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, включающем расположенные последовательно приемную воронку, соединенную неподвижно со шлюзовым бункером, верхний конус с воронкой, нижний конус с воронкой, направляющую воронку, роторный распределитель шихты на полом валу и привод, согласно изобретению нижний конус выполнен идентичным верхнему, шлюзовой бункер неподвижно закреплен на куполе печи и соединен с направляющей воронкой, под устьем которой расположен полый вал роторного распределителя шихты, привод которого установлен на куполе печи и соединен с полым валом посредством жестко закрепленного на нем зубчатого колеса, при этом угол наклона образующих направляющей воронки и воронки нижнего конуса к горизонтали составляет 54-56.

Расположение привода вращения роторного распределителя на куполе печи удобно для его обслуживания при ремонтах и не требует остановки печи для замены отдельных деталей, повысит срок его службы, а также позволит снизить металлоемкость загрузочного устройства, так как уменьшены габариты нижнего конуса, шлюзового бункера и воронок.

Выполнение нижнего конуса идентичным верхнему позволит унифицировать изготавливаемое оборудование загрузочных устройств доменных печей V=2000 м 3 и V=3000 м 3 , сократит простои при ремонтах и уменьшит парк запасных частей.

Укладка шихты при ссыпании в воронки с углом наклона их образующих к горизонтали 54-56, являющимся оптимальным и установленным экспериментально, позволяет улучшить усреднение шихты по гранулометрическому составу.

На чертеже изображен поперечный разрез загрузочного устройства доменной печи.

Устройство содержит расположенные последовательно приемную воронку 1, неподвижно соединенную со шлюзовым бункером 2, верхний конус 3 с воронкой 4, нижний конус 5 с воронкой 6. Шлюзовой бункер 2 установлен на куполе 7 печи и соединен в своей нижней части с направляющей воронкой 8, под устьем которой расположен полый вал 9 роторного распределителя 10. На полом валу 9 жестко закреплено зубчатое колесо 11, соединенное с приводом роторного распределителя 10, состоящим из электродвигателя 12, съемного редуктора 13, кольцевого редуктора 14. Привод роторного распределителя установлен на куполе 7 печи. Между вращающимся полым валом 9 роторного распределителя 10 и куполом 7 печи и между полым валом 9 и направляющей воронкой 8 установлены торцовые уплотнения 15.

Устройство работает следующим образом.

Шихтовые материалы подаются в приемную воронку 1, в этот момент верхний конус 3 плотно прижат к контактной поверхности воронки 4. После загрузки полной порции шихтовых материалов в приемную воронку 1, верхний конус 3 опускается вниз, и шихта ссыпается в шлюзовой бункер 2. После полного ссыпания шихты и выдержки времени, верхний конус 3 возвращается в исходное положение, а нижний конус 5 плотно контактирует с воронкой 6. Давление внутри шлюзового бункера 2 выравнивается с давлением печи, затем нижний конус 5 опускают, и шихта попадает в направляющую воронку 8 и через полый вал 9 в роторный распределитель шихты 10. Роторный распределитель шихты 10 получает вращение от электродвигателя 12 и через редукторы 13, 14 передает вращение находящемуся в зацеплении с зубчатым колесом кольцевого редуктора 14 зубчатому колесу 11, передающим вращение полому валу 9, таким образом, происходит загрузка печи шихтовыми материалами. Герметизация роторного распределителя 10 обеспечена торцовыми уплотнениями 15. Редукторы 13, 14 и электродвигатель 12 установлены на куполе 7 печи.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо и позволяет снизить металлоемкость загрузочного устройства, удобно при обслуживании и ремонте оборудования привода роторного распределителя, позволяет унифицировать оборудование загрузочных устройств и сократить время простоев при ремонтах, а также улучшить усреднение шихты на колошнике доменной печи.

Загрузочное устройство доменной печи, включающее расположенные последовательно приемную воронку, соединенную неподвижно со шлюзовым бункером, верхний конус с воронкой, нижний конус с воронкой, направляющую воронку, роторный распределитель шихты на полом валу и привод, отличающееся тем, что нижний конус выполнен идентичным верхнему, шлюзовой бункер неподвижно закреплен на куполе печи и соединен с направляющей воронкой, под устьем которой расположен полый вал роторного распределителя шихты, привод которого установлен на куполе печи и соединен с полым валом посредством жестко закрепленного на нем зубчатого колеса, при этом угол наклона образующих направляющей воронки и воронки нижнего конуса к горизонтали составляет 54-56.

Конусное загрузочное устройство с роторным распределителем шихты

В 1989 г. в России разработано новое роторное загрузочное устройство, обеспечивающее высокую окружную равномерность распределения шихты, гибкое и эффективное регулирование материалов по радиусу печи. Роторное устройство направляет в печь сырье пятью широкими потоками и с меньшей высоты. Это уменьшает сегрегацию материалов на поверхности засыпи и исключает деформацию нижележащих слоев шихты за счет осуществления «мягкой» веерообразной загрузки материалов на колошник. Основным узлом этого устройства является роторный распределитель шихты, который приводит к существенному улучшению газодинамических условий плавки и повышению степени использования восстановительной способности газов. За счет внедрения РЗУ в отечественной (ЗСМК) и зарубежной (Бхилаи, Индия) практике прирост производства чугуна составил 4,3—6,7%, а экономия кокса — 4,1—4,4%. В состав РЗУ входят верхний и нижний конуса, пятилопастной ротор и его привод, приемная и направляющая воронки, промежуточный бункер с корректирующим кольцом, система охлаждения и смазки и автоматизированная система управления (АСУ) «РОТОР». РЗУ устанавливается на колошниковый фланец и не требует реконструкции наклонного моста и купольной части доменной печи. Лопасти ротора состоят из приемной самофутерующейся и загрузочной части. Загрузочная часть ротора распределяет материалы по поверхности колошника, она защищена плитами из износостойкого чугуна. Подгрузка сырья в заданный сектор колошника осуществляется за счет подвижного корректирующего кольца, расположенного в основании промежуточного бункера и изменяющего свое положение относительно нижнего конуса

Управление работой ротора и корректирующего кольца производится с помощью АСУ «РОТОР» с использованием основных режимов загрузки шихты:

а) кольцевая загрузка (в заданный радиус при постоянной скоро сти вращения ротора);

б) многокольцевая загрузка (в смежные кольцевые зоны со ступен чатым изменением скорости ротора);

в) спиральная загрузка (в смежные кольцевые зоны с непрерыв ным изменением скорости ротора).

При аварийной остановке ротора материалы ссыпаются по неподвижным лопастям, образуя на колошнике конусообразных холмов. При этом печь может работать без остановки, не прекращая загрузку в течение нескольких часов, без серьезных отклонений от нормального хода

Загрузочное устройство (рис. 4) включает приемные бункера 1, вращающийся распределитель шихты 2, верхний конус 3, контактное кольцо 5 которого образует газовый затвор промежуточного бункера 4, закрываемого нижним конусом 6. Роторный распределитель 8 приводится в движение посредством редуктора 7.Конструктивно засыпной аппарат делится на верхний / и нижний II монтажные узлы. Установка роторного загрузочного аппарата вместо двухконусного аппарата не требует изменения существующих конструкций доменной печи (конструкции копра, моста скипового подъемника, колошникового фланца, балансиров, конусных лебедок и ДР-).Данное устройство имеет широкие возможности для управления распределением шихтовых материалов на колошнике.


Рис. 4- Загрузочное устройство с роторным распределителем шихты

1,11- верхний и нижний монтажные узлы; 1 - приемные бункера; 2 - вращающийся распределитель шихты; 3 - верхний конус; 4 - промежуточный бункер; 5 - контактное кольцо; 6 - нижний конус; 7 - редуктор; 8 - роторный распределитель.

Приведен опыт работы доменных печей на заводах JSPL (ДП-2) и JSW корпорации Jindal (Индия), впервые в мире оборудованных бесконусными загрузочными устрой­ствами с роторным распределителем шихты. Особенность роторного распределения материалов при загрузке печи заключается в многослойной и мягкой укладке шихты на колошнике доменной печи. При этом достигается получение высокой окружной равномерности и одновременно усреднение каждой порции загружаемого материала. Имеющийся более чем двухлетний опыт эксплуатации бесконусного загрузочного устройства с роторным распределителем шихты на ДП-2 завода JSPL (Индия) подтвердил его преимущества по сравнению с лотковыми загрузочными устройствами. Применение РЗУ показало, что суммарный расход топлива на 5,07-6,29% меньше, а удельная производ­ительность на 4,22-6,75% больше по сравнению с показателями печи, оборудованной лотковым загрузочным устройством. Установлено, что с ростом объемов доменных печей эффективность применения роторных загрузочных устройств возрастает. Разработана имитационная модель для анализа и оптимизации процесса загрузки шихтовых материалов с помощью РЗУ.

Конструктивные и технологические особенности РЗУ обеспечивают более высокое качество распределения шихтовых материалов на колошнике печи, благодаря чему достигается значительная экономия кокса и рост производительности доменной печи. Общие затраты на техническое обслуживание и ремонты РЗУ оказываются существенно ниже аналогичных затрат для двухконусных аппаратов и аппаратов лоткового типа.

Реальный срок окупаемости РЗУ составляет не более шести месяцев.

Усовершенствованное загрузочное устройство с роторным

Роторное загрузочное устройство (рис.16) установлено на куполе печи и содержит расположенные последовательно по вертикальной оси печи приемную воронку 1, накопительный бункер 2 с верхним 3 и нижним 4 блоками клапанов, каждый из которых состоит из шихтового затвора 5 и газоуплотнительного клапана 6, и роторный распределитель шихты 7, включающий привод вращения ротора 8, угловой редуктор 9, центральный редуктор 10 привода вращения ротора с центральной шихтовой воронкой 11 и лопастной ротор 12.


Рисунок 16- Общий вид роторного загрузочного устройства(обозначения в тексте) [36]

Технологические преимущества применения БРЗУ по сравнению с лотковым

Мягкая поверхностная загрузка доменной печи

При загрузке с помощью БРЗУ не разрушается профиль предыдущей порции шихты, что позволяет улучшить прогнозирование и моделирование топографии послойной укладки шихты. Кроме того, мягкая загрузка шихты не приводит к образованию переуплотненных объемов шихты, ухудшающих газопроницаемость.

Это достигается за счет разделения потока шихты на пять равных частей, с последующим ссыпанием, свободно перемещающихся по плоской поверхности лопастей ротора широких струй. Поэтому кинетическая энергия струй материалов, ссыпающихся с каждой лопасти, меньше в пять раз. При загрузке шихты лотковым аппаратом, материал с лотка выгружается одной концентрированной струей, вследствие чего и происходит деформация поверхности шихты.

Высокая окружная равномерность распределения шихты и усреднение загружаемой порции материала

При применении БРЗУ при одном обороте ротора материал на поверхность шихты укладывается пятью тонкими слоями. За время выгрузки одной порции материала укладывается до 30 - 50 слоев шихты. Благодаря многослойной укладке материалов достигается их усреднение и высокая окружная равномерность распределения. При применении лоткового аппарата с использованием кольцевой загрузки укладывает всего 6-8 слоев, а при спиральной загрузке только один слой. Кроме того, при использовании лотковых аппаратов существует проблема "замыкания колец". При не^-совпадении начала и конца кольца загружаемой шихты возникает частичное, не по всему кольцу, наложение слоев, что приводит к неравномерному окружному распределению материалов.

Гибкое управление радиальным распределением материалов на колошнике доменной печи

Достигается благодаря тому, что смещение материалов вдоль радиуса печи осуществляется за счет изменения центробежной силы, воздействующей на материал при изменении скорости вращения ротора. Поток материалов, ссыпающего с ротора имеет ширину примерно в половину радиуса ротора и небольшую толщину, поэтому при изменении скорости вращения ротора изменение рудной нагрузки происходит плавно. Это позволяет оптимизировать рудные нагрузки по радиусу печи, что способствует достижению минимального расхода кокса.

Высокий темп загрузки доменной печи

Достигается за счет того, что выгрузка материалов в печь производится при полном открытии шихтового затвора. В лотковых аппаратах для обеспечения окружной равномерности загрузка осуществляется с частично прикрытым шихтовым затвором. Время истечения шихтовых материалов в БРЗУ в 1,5-2 раза меньше, чем время истечения в аппаратах лоткового типа. Благодаря более

высокому темпу загрузки БРЗУ легко обеспечивает работу доменной печи в режиме "догона".

Больший срок службы ротора в сравнении с лотком

За время многолетней эксплуатации роторов на ЗСМК и БМЗ (Индия) ни один из них не вышел из строя. Производилась только замена защитных плит лопастей. На БМЗ ротор эксплуатируется уже более 10 лет. Защитные плиты меняли через 7 лет. Высокая стойкость объясняется низким истирающим воздействием материала на лопасти ротора, который движется по нему тонким и широким слоем. Причем нижний, прилегающий к лопастям слой, движется медленнее, защищая лопасти от истирания верхними слоями, движущимися быстрее. Верхняя часть лопастей ротора имеет самофутеровку.

Простая конструкция центрального редуктора БРЗУ

Центральный редуктор БРЗУ состоит всего из одной цилиндрической зубчатой пары. Для распределения материалов необходимо только вращательное движение ротора с регулированием скорости вращения. Центральный редуктор лоткового аппарата, для обеспечения изменения угла наклона лотка и вращения

системы водяного охлаждения имеет сложную планетарную конструкцию, в состав редуктора дополнительно входят два червячных редуктора.

Высокая стойкость шахтовых затворов БРЗУ

В связи с отсутствием необходимости регулировать скорость выхода шихты на ротор износ створок шихтовых затворов практически отсутствует. Шихтовый затвор БРЗУ в открытом состоянии не соприкасается с шихтой.

Меньшее количество механизмов

В БРЗУ используется два шихтовых затвора и два газо-уплотнительных клапана. В двухтрактовом лотковом аппарате имеется два шихтовых затвора, четыре газо-уплотнительных клапана и перекидной лоток. Меньшее количество оборудования в целом повышает надежность всей системы.

Отсутствие системы взвешивания

В БРЗУ нет необходимости взвешивания промежуточного бункера. Это существенно упрощает конструкцию загрузочного устройства и систему автоматического управления процессом загрузки, что повышает надежность аппарата в целом. В лотковом аппарате для контроля скорости истечения материалов возникает необходимость измерения веса промежуточного бункера.

Центральный поток шихты

В БРЗУ реализовано движение шихты по одному сквозному тракту, расположенному по оси устройства, без изменения направления от выгрузки с конвейера (скипа) до ротора. Это способствует равномерному окружному распределению материалов за счет симметричной выгрузки в печь, а также уменьшает износ оборудования. В двух трактовом лотковом аппарате материал вначале направляется от центра к периферии с помощью перекидного лотка под конвейером, а затем обратно к центру через нижний блок клапанов, вызывая односторонний износ оборудования и эллипсоидную, несимметричную укладку шихты на колошнике печи.

Компактная конструкция БРЗУ

БРЗУ в силу своих конструктивных особенностей имеет меньшую высоту по сравнению с аппаратами лоткового типа. Это позволяет осуществлять его установку на действующих доменных печах взамен существующих устройств без изменения основных конструкций колошникового устройства и верхней части наклонного моста.

Низкий срок окупаемости проекта (не более 1года)

Достигается благодаря снижению расхода кокса (на 4 - 6%) и росту производительности доменной печи (на 4-8% и более). ЗАО "ТОТЕМ" обладает фактическими данными, подтверждающими улучшение приведенных показателей по четырем заводам в Индии и России. Эти материалы опубликованы и их достоверность не вызывает сомнений. Таким образом, установка БРЗУ позволит существенно снизить себестоимость чугуна уже в кризисный период, что будет способствовать более легкому выходу из него.

Экологические преимущества БРЗУ

Снижение расхода кокса от внедрения БРЗУ достигается благодаря улучшению эффективности использования восстановительной способности газов, а не заменой одного вида топлива другим, т.е. более выгодным способом. Поэтому, выбросы газов в атмосферу, в том числе С02, сократятся пропорционально снижению расхода кокса. Этот экологический показатель уже стоит в повестке дня («Киотский протокол»), и в скором времени вредные

выбросы С02 будут жестко нормироваться всеми государствами. Благодаря уменьшению расхода кокса в доменном производстве снижаются вредные выбросы и в коксовом производстве.

Проект установки БРЗУ характеризуется относительно низкой стоимостью и более продолжительным сроком службы оборудования

Благодаря этому проект установки БРЗУ окупается простой заменой морально устаревшего оборудования на новое более совершенное оборудование, даже без учета снижения расхода кокса и роста производительности печи. Реализация этого проекта может быть отнесена к обязательным мероприятиям планово-предупредительного характера.

Проект БРЗУ отличается высокой технологичностью

Проект включает в себя оригинальное АСУ и математические модели, что помимо прямых экономических выгод будет способствовать повышению общей культуры производства[ 10].

2.5.3 Бзу роторного типа

На рис.2.16 представлена схема БЗУ роторного типа. Центральным узлом РЗУ (роторное загрузочное устройство) является пятилопастный ротор, установленный по оси печи непосредственно над поверхностью засыпи. Газовыми затворами являются два конуса уменьшенных размеров. ВРШ оригинальной конструкции обеспечивает дополнительное усреднение в распределении шихтовых материалов по окружности печи. Таким образом РЗУ нельзя отнести полностью к бесконусным загрузочным устройствам. Однако по принципу распределения шихтовых материалов непосредственно на колошнике доменной печи РЗУ полностью соответствует бесконусным загрузочным устройствам.

Преимуществом ВРШ по сравнению с типовой конструкцией является отсутствие уплотнения вокруг вращающейся воронки. Малый конус, закрывающий воронку, и газозапирающий малый конус выполнены отдельно с разными функциями. Вторым преимуществом ВРШ является минимальное выпускное отверстие, которое значительно улучшает окружное распределение шихтовых материалов.

Значительным отличием РЗУ является конструкция ротора из пяти лопастей, позволяющих ссыпать материалы пятью потоками с широким диапазоном по радиусу колошника.

Исследования на модели РЗУ, выполненной в масштабе 1:25, показали значительное изменение коксовых и рудных гребней от скорости вращения

ротора. В таблице 2.18 показано изменение положения гребней кокса и агломерата от скорости вращения ротора [121].

Таблица 2.18 – Изменение положения гребня шихтовых материалов (в числителе – кокс, в знаменателе – агломерат) на поверхности засыпи в зависимости от скорости вращения роторного распределителя (при уровне засыпи 1,8м)

Скорость вращения, 1/60с -1

Расстояние от оси печи, мм

При совместной загрузке в подачах кокса и агломерата (например, ААКК↓) гребни рудных нагрузок мало изменяются при различной скорости вращения ротора рис.2.17 [121]. Поэтому в основном загрузку шихты РЗУ производят раздельно для агломерата и кокса АА↓КК↓ (емкость межконусного пространства два скипа материалов). Это недостаток РЗУ, поскольку исключается регулировка радиального распределения газовых потоков за счет изменения очередности в загрузке кокса и рудной составляющей подачи. Об этом подробно изложено в первом разделе учебника.

Кроме того, концентрированные линзы рудной составляющей шихты по высоте, создают в зоне когезии дополнительные трудности для прорыва печных газов через плотный слой размягченных рудных материалов без коксовых «окон».

По сравнению с БЗУ лоткового типа РЗУ имеет преимущество в том, что ссыпание шихты с лопастей ротора происходит более широким потоком. Окружная неравномерность по массе из двух скипов составила 0,5-2,0% и по фракциям 2-4% [121], что более равномерно по сравнению с окружным распределением шихты БЗУ лоткового типа.

Однако степень перевеивания мелких частиц шихты из более тонких слоев ссыпаемых с лопастей ротора материалов будет выше, по сравнению с более кучной загрузкой шихты при ссыпании её с лотка БЗУ.

В случае нарушения потоков печных газов по вертикальным и горизонтальным сечениям колошника, это отрицательно скажется для загрузки шихты РЗУ в большей мере, чем в случае загрузки БЗУ лоткового типа. Материалы с нижнего конуса через воронку с переменным углом наклона поступают на вращающийся ротор весьма неравномерным потоком. Поэтому, несмотря на то, что при выгрузке порции материалов в количестве 2-х скипов образуется свыше 40 замкнутых колец, распределение по окружности (рис. 2.18) и по радиусу (рис.2.19) колошника кокса и агломерата по условно принятым 6 кольцевым зонам и 8 радиальным секторам недостаточно равномерно.

На рис. 2.19 видно, что в 3, 4 и 5-ом секторах количество кокса составляет 60-65%, а количество агломерата в 1-3 секторах 84%. Следовательно из указанных секторов кокс и агломерат распределяются за счет свободного их движения по воронкообразной поверхности засыпи. При этом имеет место такая же сегрегация по крупности и по весу отдельных кусков и частиц шихты, как это происходит и при загрузке печи типовыми ЗУ.

Вследствие изложенного выше, приходится работать на более высоких скоростях вращения ротора, хотя при загрузке пятью потоками (по числу лопастей) замкнутое кольцо шихтовых материалов на колошнике формируется при повороте ротора на 0,2 оборота. Вращение ротора на максимальных скоростях необходимо и для того, чтобы агломерат в больших количествах распределялся в периферийной зоне. В противном случае неизбежен периферийный ход газов с повышенным расходом кокса.

Все указанные положительные и отрицательные стороны загрузки печей РЗУ сказываются на неадекватных результатах его работы. Так по различным источникам экономия кокса по сравнению с загрузкой печей типовыми ЗУ составляет от 2-х до 7% для одних и тех же доменных печей ЗСМК и БМЗ (Индия) [113,121].

Если для доменных печей полезным объемом > 3000м 3 РЗУ можно рассматривать как конкурентноспособное ЗУ по сравнению с дисковыми распределителями [8, рис.124 и 125], а также с БЗУ лоткового типа [3, 8, 95, 118, 119 и др.], то для печей полезным объёмом < 3000м 3 установка БЗУ любой конструкции ( в том числе и РЗУ) экономически нецелесообразна. В этом плане установка РЗУ на доменной печи полезным объёмом 1033м 3 на БМЗ (Индия) является экономически необоснованной.

Непонятно утверждение авторов [121], что капитальные и эксплуатационные затраты РЗУ на 15% ниже соответствующих затрат на установку типового ЗУ. Известно, что стоимость РЗУ оценивается в 4,5-6,5млн. долларов США в зависимости от объёма печей малого и среднего объёма. Это в 3-5 раз больше стоимости ЗУ типовой конструкции.

Основные технологические приемы управления распределением материалов и газов по концентрическим сечениям доменной печи:

для устранения периферийного хода печи следует переходить на большую скорость вращения ротора, например, если грузили АА-3-4; АА-5-4, то перейти соответственно на загрузку АА-5-4; АА-5-7; кокс при этом загружается без изменения скорости вращения ротора;

при загруженном центре в первую очередь загрузить несколько подач кокса с остановленным ротором: КК-0; КК-0; КК-(-5), агломерат при этом грузить без изменения скорости вращения ротора;

во время загрузки кокса в осевую зону не рекомендуется увеличивать рудную составляющую подачи на периферии печи;

если в периферийной зоне недостаточный газовый поток, то следует снизить скорость вращения ротора при загрузке агломерата в одной подаче цикла, например, АА-6-7 заменить АА-5-6;

если газовый поток на периферии не увеличивается до оптимума, то следует загрузить одну или более подач (в зависимости от степени перегруза периферии РН) кокса со скоростью ротора 11,5 об/мин;

при появлении «каналов» снизить количество дутья на 200-300 м 3 /мин, если при этом ход печи не восстанавливается до нормальных параметров, то делается технологическая осадка столба плавильных материалов;

чрезмерно развитый центральный поток газов устраняют выводом из цикла подач КК-0,если этого недостаточно, то одну из подач КК-3-4 заменяют в цикле подачей КК-4-5, агломерат загружают без изменения скорости вращения ротора;

при холодном или горячем ходе печи корректируют РН по нагреву, если распределение газового потока отвечает оптимальным параметрам;

если при холодном или горячем ходе печи имеет место периферийный или центральный ход газов, то наряду с корректировкой РН (или загрузкой холостых подач) необходимо принять соответствующие изменения скорости вращения ротора при загрузке кокса и агломерата (см. верхние рекомендации);

при перекосе уровня засыпи соответственно изменить наклон воронки подачи материалов на ротор РЗУ (лучше при загрузке кокса);

если печь работает с подстоями и обрывами шихты, то следует снять дутье 10-15% до восстановления нормального хода, в случае недостаточной эффективности сделать технологическую осадку;

остальные отклонения от нормальной работы печи (подвисание шихты, нарушение шлакового режима, оползание гарнисажа, загромождение горна и др.) устраняются обычным способом.

Примечание: во всех случаях различных отклонений в работе печи от нормального её хода, наряду с изменением технологических параметров загрузки печи и дутья, необходимо найти причины вышеизложенных отклонений и устранить их.

1.2 Современные конструкции: узтм, бзу

(«воронка-склиз», «Пауль Вюрт»), Ротор. Достоинства и недостатки.

На основе разработанных в 1891 - 1959 гг. доменщиками технических узлов и механизмов БЗУ ряд веду­щих зарубежных и отечественных конструкторских и машиностроительных фирм и заводов создали в 1970—1980 гг. промышленные варианты загрузоч­ных устройств второго типа с лотковым распреде­лителем в виде желоба, воронки, склиза или рото­ра.

В 1982 году в СССР было создано отечественное бесконусное устройство с распределителем шихты типа "воронка-склиз" и установлено во время капитального ремонта I разряда на доменной печи №6 комбината "Криворожсталь", объемом 2000м 3 [6] С широким применением компактно заменяемых узлов газозапирания, централизованного гидро­привода и возможностью отсечения загрузочного устройства от печи для ремонтов при кратковре­менных ее остановках.(рис. 1.13) Привод распределителя вынесен за пределы печного пространства и не требует азота для охлаждения редуктора. Прием­ная воронка выполнена неподвижной с двухскат­ным днищем и двумя заслонками, обеспечивающи­ми подачу шихты в каждый из двух бункеров объемом по 27м 3 . Интенсивность дозированного высыпания шихты из бункера регулируется ших­товым затвором. Для улучшения равномерности истечения шихты предусмотрен режим работы воронки с накоплением. Склиз представляет собой поверхность конуса с углом наклона образующей к горизонту 40°, ось которого совпадает с осью печи и является осью вращения. Склиз с максимальным радиусом 2,5м вращается синхронно с воронкой и/или может поворачивать относительно ее разгрузочного окна для регулирования распреде­ления шихты. Вращение воронки и склиза осуще­ствляется раздельными электроприводами. При создании нового БЗУ основной задачей ставилось увеличение срока службы аппарата. Эта задача, в основном, была выполнена.


Рис.1.13. БЗУ с распределителем шихты

За период эксплуата­ции срок службы отсекающих клапанов составил в среднем около 20 месяцев, а распределителя шихты 2-3 года.

Следует отметить, что опыт его эксплуатации на ДП №6, а с 1988 года ещё и на ДП №4, обнаружил множество конструктивных не­достатков [7]. К ним относятся: низкая стойкость компенсато­ров и горловины вращающейся воронки; частый выход из строя путевых выключателей клапанов, из-за неудачной конструкции передаточных валков; сбои в работе редукто­ров, из-за особенности их крепления; периодическое закли­нивание валов, по причине вертикального расположения двигателей склиза и воронки; недостаточная плотность сальникового уплотнения, допускающая утечки масла в системе смазки; неудовлетворительная ремонтопригодность аппарата, требующая при выходе из строя склиза демонтаж другого оборудования; сложная система управ­ления БЗУ, в частности, требующая для нормального функ­ционирования специально оборудованных помещений с кондиционированием и др.

Наряду с конструктивными аппарат обладал и рядом технологических недостатков, связанных с недостаточным объёмом промежуточных бункеров, низкой точностью (-5°) отработки углов рассогласования воронки и склиза, не­удачной конфигурацией распределительного склиза. В ре­зультате углы рассогласования между воронкой и склизом в диапазоне от 0 до 30° не участвовали в процессе распре­деления шихты, а принятая система синхронизации враще­ния воронки и склиза приводило к случайному расположе­нию гребней засыпи в радиальном направлении колошника, в пределах одного оборота воронки. Всё вместе приводило к частым нарушениям распределения материалов на ко­лошнике, ухудшало использование энергии газа и способ­ствовало повышению расхода кокса. Поэтому наилучшие показатели работы печи при работе с использованием БЗУ, которые были достигнуты в первоначальном периоде после ремонта, оказались ниже имевших место в годы работы на двухконусном засыпном аппарате. Так, за 1983 год средне­суточное производство составило 3562 тонны, а расход кокса 505кг на тонну чугуна, в то время когда зна­чение этих показателей, например, в 1974 году составляли 3685 тонн и 503 кг/т, а в 1976 году, соответственно, 3756 и 515 кг/т, при намного меньших расходах природного газа и кислорода, чем в 1983 году (рис.1.14). В дальнейшем при работе на бесконусном аппарате плавки еще более ухудшились: про­изводительность снизилась до 3288 т /сут., а расход кокса возрос до 547 кг/т чугуна (среднее за 1987 год) [7].

Таким об­разом, длительный опыт эксплуатации бесконусного загру­зочного устройства "воронка-склиз" на доменной печи №6 нашего комбината не подтвердил полученные в начальном периоде освоения аппарата высокие технико-экономические результаты плавки. Следует отметить, что и доменная печь №4, после уста­новки на ней БЗУ "воронка-склиз", стала работать хуже, как по отношению к своей работе на двухконусном аппарате, так и по отношению с работой однотипной с ней доменной печи №1, оборудованной аппаратом конструкции УЗТМ.


1983 1985 1987 1989 1991

Рис. 1.14 Показатели работы доменных печей №№ 5-7.

На протяжении всего периода работы с использованием БЗУ на обеих печах не прекращались попытки совершенст­вования конструкции и режима работы распределителя. В процессе поиска оптимума изменялись размеры горловины воронки, расстояние между горловиной и склизом, размеры самого склиза, способ выдачи материалов из воронки. С целью сужения потока шихты на склизе был установлен на­правляющий желоб, был испытан целый ряд систем загруз­ки на различных углах рассогласования воронки со склизом, при различных значениях уровня засыпи, величины подач. В ре­зультате повышения давления газа в печи под опорным кольцом БЗУ начали появляться продувы, устранение кото­рых требовало неоднократных остановок печи и тихих хо­дов, из-за чего показатели плавки ухудшились. В немалой степени этому способствовало также ухудшение распреде­ления материалов в печи вызванное преждевременным из­носом вращающейся воронки, в корпусе которой появились растущие во времени дыры. В результате неудовлетвори­тельной работы оборудования загрузочного устройства расход кокса возрос, и форсировка плавки была снижена, при соответствующем снижении и производительности пе­чи.

В 1994 году в связи с известными обстоятельствами по обеспечению производства чугуна сырьем и топливом дом­на была остановлена в удовлетворительном состоянии с выпуском нижелеточного чугуна. С учетом того, что весьма продолжительный опыт эксплуатации БЗУ "воронка-склиз" на двух печах ком­бината не выявил его преимуществ перед аппаратом кон­струкции УЗТМ (ни в плане повышения производительности печи, ни в отношении снижения расхода кокса) было принято решение о демонтаже на ДП №6 БЗУ "воронка-склиз" и возвращении к двухконусному засыпному аппарату.

На ряде мощных доменных печей испытано БЗУ с роторным лопастным распреде­лительным органом[5], обеспечивающее путем изме­нения заданной скорости и направления вращения ротора возможность расположения гребня загру­жаемой на колошник шихты на любом расстоянии от стенки и оси печи (рис. 1.15).

При этом независимо от уровня засыпи при вращении ротора по часовой стрелке загружаются периферия и средняя зона колошника, а при вращении в противоположном направлении - осевая. При сходе с лопастей ротора, поток шихтовых материалов направлен под острым углом по отношению к стенке колошника, чем снижается измельчение материалов при встре­че с защитными плитами и увеличивается срок службы колошниковой защиты. Вследствие загрузки материалов в печь пятью потоками замкнутое кольцо шихтовых материалов на колошнике формируется при повороте ротора на 1/5 оборота. При кольцевой загрузке одной порции шихты в среднюю или периферийную зоны ротор образует на колошнике 30-40 замкнутых колец. Кольца шихтовых матери­алов, образованные при загрузке на поверхности засыпи, замыкаются при повороте распределителя на кратный числу лопастей угол, что снижает вероятность возникновения ориентированной окружной неравномерности распределения матери­алов и рудной нагрузки.


Рис.1.15. Роторное загрузочное устройство

В конструкции РЗУ предусмотрена возможность подгрузки, при необходимости, того или иного сектора колошника. Для указанной цели используется специальное корректирующее кольцо, которое с помощью трех приводов смещается в заданном радиальном направлении относительно нижнего конуса. В результате этого материал выгружается из промежуточного бункера через серповидную щель, образованную наружной кромкой нижнего конуса и внутренней поверхностью корректирующего кольца. Таким образом, создается значительная окружная неравномерность выхода материала на ротор, что в свою очередь приводит к сосредоточению относительно большего количества материала в заданном секторе колошника. Массовая окружная неравномерность, достигаемая таким способом, составляет около 15%, что приблизительно соответствует использованию типового ВРШ при работе на станцию. В случае аварийной остановки ротора шихтовые материалы ссыпаются по неподвижным лопастям, образуя засыпь в виде пяти конусообразных холмов, вершины которых равномерно распределены по окружности с радиусом, равным приблизительно половине радиуса колошника. В такой ситуации не обязательно немедленно прекращать загрузку, и печь достаточно длительное время (по крайней мере, нескольких часов) может продолжать работу без каких-либо серьезных отклонений от нормального хода.

Несмотря на перечисленные выше достоинства, роторное загрузочное устройство обладает двумя недостатками:

1) Сложность конструкции, как следствие больший расход электроэнергии.

2) Нефиксированное распределение материалов по сечению колошника доменной печи, сильно зависящее от постоянно меняющегося гранулометрического состава шихтовых материалов.

Известная машиностроительная фирма Пауль Вюрт (Люксембург) разрабатывает и продает на мировом рынке наукоемкое промышленное автоматизированное оборудование, включая машины и механизмы для доменного производства. В 1969г. фирма Пауль Вюрт начала разработку БЗУ доменной печи с лотковым рас­пределителем в виде желоба. В конце 1971г. первый образец такого БЗУ после отработки эле­ментов оборудования, технологии загрузки и авто­матики на модели-стенде масштабом 1:1 установ­лен на доменной печи № 4 металлургического завода в Хамборне фирмы Тиссен Шталь (ФРГ). После успешных испытаний и доводки первых образцов в 1972—1975 гг. модифи­кации вариантов БЗУ фирмы Пауль Вюрт (рис.1.16,) получили широкое распространение на доменных печах мира[5].


Рис. 1.16 (а). БЗУ фирмы Пауль Вюрт


Рис. 1.16 (б). БЗУ фирмы Пауль Вюрт


Рис. 1.16 (в). БЗУ фирмы Пауль Вюрт

БЗУ по сравнению с традиционным конусным распределителем имеют преимущества в части возможностей управляемого распределения шихто­вых материалов по всей поверхности колошника. Безуслов­но, аппарат Пауля Вюрта представляет идеальные условия для работы по станциям, в том числе и для исправления не только окружного, но и радиального потоков газа.

Однако во всех публикациях об аппарате Пауля Вюрта не приводятся данные о фракционном распределении мате­риалов по окружности и радиусу печи[8], поэтому нельзя здесь определить основные газодинамические параметры слоя доменной шихты. За последние годы в технической литературе, в докладах на международных симпозиумах и на региональных кон­ференциях высказываются в основном только положитель­ные оценки работы бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового и роторного типов[9]. При этом не обсуждаются альтернативные предложения. Считается, что конусные загрузочные устройства безнадежно устаре­ли, и их применение на печах любого объема не оправдан­но ни с технологической, ни с экономической точки зре­ния. При этом не приводится глубоких газодинамических и технико-экономических доказательств в пользу БЗУ. На­помним, что в технически развитых странах в основном применяют лотковые БЗУ. Надо учитывать, в каких сырье­вых, дутьевых и технологических условиях там работают печи [9].

Преимущество загрузки доменных печей ТЗУ по сравнению с их загрузкой БЗУ в газодинамическом отно­шении будет показано ниже. Главными и опре­деляющими факторами являются расход кокса и произво­дительность печей. В таблице № 1.1 сравниваются показатели печей с Б3У и ТЗУ, работающих в одинаковых сырьевых условиях.

Из этих данных видно, что во всех случаях при­менения БЗУ лоткового типа показатели хуже, чем при загрузке ТЗУ. Если более низкое производство печей большого объёма как-то можно объяснить по сравнению с печами среднего и малого объема, то расход кокса на них должен быть ниже. Однако и фактический, и приведенный к равным условиям расход кокса при загрузке ТЗУ меньше чем на печах большего объема, оборудованных БЗУ.

Можно также с достаточной уверенностью утверждать, что засыпной аппарат Пауля Вюрта имеет два основных недостатка. Первый заключается в регулировке скорости ссыпания материалов через грузовые удерживающие устройства, а второй – в уязвимости электропривода поворотного желоба, находящегося в зоне высоких температур [8]

Читайте также: