Устройство для термического упрочнения окатышей

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01) 1224 А

ЗсЮ С 22 В 1 24.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2691918/22-02 ..(22) 04.12.78 (46) 23.03.84. Бюл. Р )1 (72) Ю.А. Берман и А.А. Езерский (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт механической обработки полезных ископаемых "Механобр" (53) 669.1 .622.782.42(088.8) (56) 1. Ручкин И.Е. Производство же.лезорудных окатышей. 1976.

2. Robin T.M. "Iron Age", 1965, V.196, и 24, р. 30-35. (54) (57) 1 . .УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ОКАТЬПЧЕЙ, содержащее укладчик сырых окатышей, конвейерную решетку, шахтную печь с узлом разгрузки окатышей и систему газо- и воздухопроводов с вентиляторами, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процесса термического упрочнения окатыш ей, шахтйая печь выполнена с переменным сечением по высоте, с перфорированными боко.— выми стенками в зоне обжига и снабжена сепарационной камерой,.перфорированным разгрузочным столом с примыкающими к нему снизу камерами для твердого дисперсного теплоносителя и воздуха,, а также последовательно расположенными разгрузочными бункерами, при этом шахтная печь сочленена с конвейерной решеткой через камеру сепарации твердого теплоносителя.

2. Устройство по п. I, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отношение проходных сечений шахтной печи, ограничивающих сверху и снизу отдельные зоны термообработки окатьппей, составляет для камеры охлаждения (4-7):l, для камеры обжига (0,81,3):1, для камеры нагрева (0,5-0,9):

:1, при этом отношения высот камер нагрева и обжига к высоте камеры охлаждения равно (0,15-0,4):1.

3. Устройство по пп. 1 и 2,. о тл и ч а ю щ е е с я тем, что живое сечение перфорированных боковых стенок в камере обжига шахтной печи и перфорированного разгрузочного стола печи равно 10-45.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью экономии расхода тепла на процесс, камера сепарации, топки шахтной печи и теплообменники соединены переточны. ми каналами с укрытием конвейерной решетки.!

081224

Изобретение относится к окускованию тонкоизмельченных руд и концентратов черных и цветных металлов и предназначено, в первую очередь, для термического упрочнения окатьппей из 5 железорудных, никелевых, медных и других концентратов, иэ золы теплоэлектростанций и других дисперсных материалов, а также може г быть ис-. пользовано для обжига кусковых материалов, например известняка, доломита и т.п.

Известны устройства трех основных типов: конвейерные машины, установки

"решетка — трубчатая печь — кольце- 15 вой охладитель" и шахтные печи. Все эти устройства работают только на газообразном теплоносителе (1).

Недостатком известных устройств для обжига окатышей является их срав 20 нительно низкая удельная производительность, не превьппающая для конвейерных машин 0,7-1 т/м2 ч, трубчатых печей 0 25-0,3 т/м 3 ч, шахтных печей 0,28-0,32 т/м ч. Кроме того, конвейерные машины и вращающиеся печи являются энергоемкими и металлоемкими агрегатами, требующими применения при их изготовлении высоколегированных и дефицитных марок ста- ЗО лей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее конвейерное сушило, подовую печь, шахтную. печь и систему газо- и воздухопроводов с вентиляторами Г2).

Недостатком устройства является то, что составляющие его агрегаты, в связи с использованием только газо 40 образного теплоносителя, имеют небольшие удельные производительности, а в шахтной печи имеет место периферийный ход газов, препятствующий соз. данию устройства большой единичной мощности. Усложнение устройства за счет введения трех агрегатов здесь не является оправданным.

Применение во всех современных устройсTBах для обжига окатышей газообразного теплоносителя ограничивает возможность интенсификации процесса термообработки окатьппей, ввиду малой

-объемной тейлоемкости газов и сравни- 5 тельно небольших значений коэффициента внешнего теплообмена между газами и окатьппами.

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

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

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

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

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

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

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из укладчика сырых окатыш ей, конвейерной решетки

2, шахтной печи 3, теплообменников 4 и системы газо- и воздухопроводов (штриховые линии) с вентиляторами.

Сочленение конвейерной решетки l c шахтной печью 3 выполнено через сепарационную камеру 5, в которой расположен перфорированный желоб 6.

Шахтная печь 3 имеет переменное сечеНие по высоте, соединена наружными переточными каналами для твердого теплоносителя (линии а, Ь, с и а, Ъ, d, е, f) с топками 7 и теплообменниками 4,имеет в камере обжига перфори рованные боковые стенки с герметично примыкающим к ним топками 7,имеет внизу камеры охлаждения перфорированный разгрузочный стол 8 с примыкающими через систему уплотнений камерой 9

3 10812 ро свободным кипящим слоем твердого теплоносителя и воздушной камерой

10, а разгрузочный стол 8 герметич. — . но сочленен с двумя последователь.но расположенными разгрузочными бункерами ll с герметично закрывающимися выпускными отверстиями.

Перфорированные бокбвые стенки печи 3 в камере обжига и перфорированный разгрузочный стол 8 имеют жи- 10 вое сечение в пределах 10-45Х, а отверстия (круглые, щелевые или квадратные) имеют поперечный размер 36 мм так, чтобы через эти отверстия не проходили окатыши, но был обес- 15 печен свободный проход частиц твердого теплоносителя, имеющих средний диаметр 0,3-0,6 мм. Величина живого сечения перфорированного разгрузочного стола и боковых стенок печи 10 в 20

457 определена по результатам опытов по прохождению потока дисперсного теплоносителя через решетки с различ ным живым сечением. При живом сечении решетки менее 107 поток твердого теплоносителя поступает в окатьпни неравномерно и решетка имеет высокое гидравлическое сопротивление. Увеличение живого сечения решетки более 45X приводит к снижению ее прочнос- 30 ти.

Шахтная печь 3 устройства имеет три камеры термообработки окатыш ей, считая снизу: охлаждение I обжиг II и нагрев III. Отношение площадей про-з5 ходных сечений шахтной печи 3 ограничивающих сверху и снизу камеры термообработки окатышей, находятся в пределах: для камеры охлаждения (47):1, для камеры обжига (0,8-1,3):1, 4р для камеры нагрева (0,5-0,9):1.

При принятых пределах отношений .проходных сечений отдельных зон шахтной печи, отношение высот камер нагрева III, обжига II к высоте каме- 45 ры охлаждения I находится в пределах (0,15-0,4):1.

Устройство работает след лощим образом.

Сырые окатыш|и укладчиком 1 загружают слоем 180-250 мм на конвейерную решетку 2, где они последовательно проходят зону сушки с прбдувом га-. зового теплоносителя, зону сушки с прососом теплоносителя и зону нагрева, где нагреваются до 700.-900 С, С этой температурой по перфорированному (с отверстиями 5-6 мм) эагруэоч24 41 ному желобу 6 окатыши через камеру

5 сепарации твердого теплоносителя поступают в шахтную печь 3, где последовательно проходят камеру нагре ва Ш, в которой они нагреваются до температуры близкой к температуре обжига (1100-1250 С), .камеру обо жига II в которой нагреваются и выдерживаются при температуре обжига 1300-1350 С, и камеру охлаждения

I, в которой охлаждаются до 100120"С. Через разгрузочное сечение шахтн 3 ока"ьш и поступают на разгрузочный стол 8, по которому перемещаются в верхний из разгрузочных бункеров 11. Пока этот бункер не наполнится„его выпускные отверстия остаются закрытыми, при. этом из нижнего бункера идет выгрузка обожженных окатьппей. После опорожнения нижнего бункера его выпускные отверстия закрываются и открывают выпускное отверстие верхнего бункера и окатыши из верхнего бункера поступают в нижний.

При работе предлагаемого устройства н камеру 9, примыкающую к разгрузочному столу 8, через гаэораспределительную решетку с живым сечением 3-57 подается воздух, а через переточную трубу (линию еf) — из теплообменника 4 охлажденный твердый теплоноситель. В камере 9 происходит псевдоожижение дисперсного материала в виде свободного кипящего .слоя.

Твердый теплоноситель в виде свободного кипящего слоя за.счет инжекции газового потока и давления в камере 9 поступает через перфорированный разгрузочный стол 8 в шахтную печь 3. Поскольку твердый теплоноситель поступает в слой окатыш|ей на разгрузке из печи, то часть твердого теплоносителя может увлекаться разгружаемыми окатьппами. Эта часть твердого теплоносителя выдувается иэ слоя окатышей воздухом, подаваемым через воздушную камеру 10, примыкающую снизу к перфорированному разгрузочному столу 8. Так как пространство разгрузочного узла печи герметично изолирЬвано от атмосферы, то поток газовзвеси вносится в ,шахтную печь 3.

Поток твердого теплоносителя, вносимого в печь 3 из камеры свободного кипящего слоя 9 в виде заторможенного кипящего слоя последователь1081224 но в противотоке с . окатышами, проходит камеры I, II и Ш шахтной печи 3. При этом в камере охлаждения

I щактной.печи 3 отношение водяных эквивалентов потоков смеси твердого

1 теплоносителя с воздухом в виде заторможенного кипящего слоя и окатышей поддерживают меньше единицы в пределах 0,8-0,95. В етом случае наверху зоны охлаждения кипящий слой твердого теплоносителя принимает температуру, близкую к температуре обжчга окатышей,, т.е. в этом случае в максимальной мере используется .тепло окатышей для подогрева твердого 15 теплоносителя.

В камере нагрева III наоборот указанное отношение водяных эквивалентов поддерживают больше единиць1 в пределах 1,05-1,3 ° В этом слу-1ае окатыши в нижнем сечении камеры нагрева III нагреты до температуры кипящего слоя, поступающей в зону.

Этим предотвращается значительный перегрев теплоносителя, относительно температуры обжига окатышей, и тем самым экономится расход топлива и предотвращается настылеобразование в печи.

Изменение отношения водяных эквивалентов достигается подачей в камере обжига II части рециркулируемого твердого теплоносителя. На выходе из камеры нагрева III шахтной печи

3 твердый дисперсный теплоноситель переходит в свободный кипящий слой.

При этом частицы твердого теплоносителя, захваченные отходящими из слоя окатыш ей газами, в сепарационной камере 5 за счет расширения ее сте40 нок и соответственного уменьшения скорости потока, выпадают обратно в кипящий слой на поверхности слбя ока. тышей.

При температуре окатыш ей на входе о 45 в печь 900 С температура твердого теплоносителя в свободном кипящем слое на поверхности слоя окатыш ей составляет 950-980 С. По переточным каналам шахтной печи 3 осуществляется рециркуляция твердого теплоносите..50 ля. При этом часть твердого теплоносителя в размере 30-40 от его полного количества в печи рециркулирует по контуру а,Ъ с через топку 7, а

1 I

55 часть в размере ?О-60 — по контуру а, Ь, Й, е, f через теплообменники

4 (два или более) . Твердый теплоноситель, рециркулируемый через топки

7 (две с разных сторон печи или более), нагревается за счет сжигания газообразного топлива до температуо ры, превышающей на 20-50 С температуру обжига окатышей (но на 30-40 С ниже температурЫ их размягчения) и затем в виде газовзвеси вдувается через перфорированные стенки в камеру обжига II шахтной печи 3. При этом часть дымовых газов в топке 7 отделяется от твердых частиц и направляется в горновое укрытие конвейерной решетки 2 для использования на сушку и подогрев окатышей..

Твердый теплоноситель, рециркулируемый через теплообменники 4, в них охлаждается до 40-80 С в противотоке о с воздухом. Воздух после теплообменников 4, нагретый за счет охлаждения твердого теплоносителя до 600-800 С, 0 направляется в горновое укрытие конвейерной решетки 2 для использования на сушку и подогрев окатышей, а холодный твердый теплоноситель — в камеру 9, примыкающую к разгрузочному столу 8 шахтной печи 3. Степень ре" циркуляции твердого теплоносителя в печи составляет 10-15,1 т/ч, а удельный поток теплоносителя в печи

0,7-1,0 т/т окатышей. Применение твердого теплоносителя, псевдоожижаемого в порах слоя окатышей в сочетании с распределенной по сечению подачей воздуха, способствует равномерному газораспределению в шахтной печи. Благодаря использованию отходя" щих газов печи, дымовых газов от топок печи и нагретого воздуха от теплообменников для сушки и предварительного подогрева окатышей на конвейерной решетке, сокращается расход тепла топлива на термическую обработку окатышей.

Обоснование отношений проходных сечений зон охлаждения, обжига и нагрева заключается в следующем.

По псевдаожижению твердого теплоносителя в слое окатышей при разных температурах и баланса газопотоков в шахтной печи получают выражение, связывающее отношение проходных сечений отдельных зон шахтной печи с изменением температуры, вязкости газа (или воздуха) и порозности псевдоожнженного слоя твердого теплоносителя.

F2 VVZ Т EKCZ ЕН 1-EÊ „ г= — ОФ 2 03 К, ()

Т„ ЕКС1- Ей 1 Е КС2

7 1081224 где Р— проходное сечение печи;

V — кинематическая вязкость псевдоожижающего агента, м /сек;

Т вЂ” температура, К;

Ек — пороэность заторможенного

C 5;с псевдоожиженного слоя твердого теплоносителя; к — насыПная порозность твердого теплоносителя (иидекс 1 отг носится к нижнему проходному 10 н сечению любой зоны печи, ин= лекс 2 — к верхнему). и

Результаты расчетов по формуле (1) с для каждой из зон,шахтной печи при крайних значениях отдельных величин, 15 в полученных Мо.обжигу и охлаждению окатышей.

I зона охлаждения окатышей.

Т1293 К; Т2ю и =1543 К; Т2п ах

V =15 10-6 м2/; Ч2 1П =255 4 х10 м /с; V2 =275 ° 10 M /с;

Ен =0,4;Екс „„.и =0,73; Ексгм1„

=0,73; Екс, „=, с2 „=o,Ï.

Соответственно по формуле (1) получаем — Д-), =4

Fq мах F1 1п

II эона обжига.

Т1:к=1543 К;

Ч ", "=255. 10-6 м Z/с rn rl

Т =1593 К;

2=275 ° 10 м /с;

Екс1„,„о =73;

Е сс1глах =М 7 (- -) =1, 40;

F1 еах

Т,1 а,=.1593 К;

V =287 -10 м /с;

2юах

Екс2щ,.„0,73;

Е ксггнэ =0, 771 (- -) . =О, 80.

Р1 K1l

III эона нагрева.

Т„ . =,1593K;

V2rn1n 155 -10 м. /с;

Е кс1п,„п=-О, 73:

Екс1 рак Оя77 э (— ) 1;

Р2

Р1 вах

Т1п,о,х 1623 К.

РКс2тсп 0 73 Екс2 д =О, 77; (- -) 0 5.

F1 м1п

При значениях отношения проходных ечений выше или ниже указанных не представляется возможным получать ондиционную продукцию.

Отношение высот зон обжига и нарева к высоте зоны охлаждения обосовывается следующим образом.

Из теории теплообмена в шахтных ечах и баланса потока теплоносителя ледует, что отношение высот отдельных зон шахтной печи определяется

ыражениями для зоны обжига (— ) 1+ (— ) (2)

H2 1 F1

Н1 2 Fz Х F2 rt для эоны нагрева -= — А) (") +(F) «3 (3)

FZ I Рг а F2 й) (Р< /Е2 ) отношение площади ниж него сечения к верхнему для отдельных эон;

25 Н /Н вЂ” отношение высот зон обМ, жига (1.=2), нагрева (х=З) к высоте зоны охлаждения.

Если подставить в соотношения (2) и (3) максимальные и минимальные значения отношений проходных сечений отдельных зон, определенных на основе экспериментальных данных из выражения (1), по получим, что отношение высот зон нагрева и обжига к высоте зоны охлаждения находится в пределах (О 15-0,4):1.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить удельную проиэводитель40 ность шахтной печи в 7-8 раз по срав нению с известными шахтными и вращающимися печами, работающими с применением чистого газообразного теплоносителя, т.е. с 6-8 до 50-60 т/м .сут, 5

45 уменьшить расход тепла примерно вдвое по сравнению с конвейерными машинами, т.е. с 200-280 до 100-140 тыс. ккалу т окатьипей, сократить расход электроэнергии за счет уменьшения удельного расхода газообразного теплоносителя (например, в шахтной печи .предлагаемого устройства удельный расход газообразного теплоносителя составляет 70-80 нм5/т окатышей, в то время как в известных шахтных печах он составляет 400-600 нм /т окатышей) и сократить капитальные затраты на сооружение промышленного агрегата по сравнению с конвейерны1224

10,роАю ю г у

/озФул

Составитель Л. Савицкая

Редактор Н. Рогулич Техред Т.Фанта Корректор Л. Пилипенко

Заказ 1480/23 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва И-35 Раушская наб. д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 108 ми машинами и установками "решетка— трубчатая печь - охладитель" за счет, исключения высоколегированных сталей и общего сокращения металлоемкости.

Кроме того, предлагаемое изобретению может быть эффективно использовано для получения металлизованных окатышей из рудно-топливных шахт, поскольку процесс восстановления окислов железа твердым; углеродом, в связи со своей высокой эндотермичностью. контролируется, главным образом, интенсивностью теплообмена, которая в предлагаемом устройстве в 5-10 раэ выше, чем в известных.

Замена конвейерной обжиговой машины с условной производительностью

1 млн. т. в год на агрегат "решетка — шахтная печь с твердым теплоносителем" такой же производительности позволит получить годовой экономический эффект свыше 1 млн. руб.