Способ и устройство для охлаждения горячего материала в массе

 

Использование: изобретение относится к охлаждению брикетированного губчатого железа. Сущность: в способе при оптимальном использовании охлаждающего агента горячее брикетированное губчатое железо на первом этапе охлаждения обрабатывают исключительно газообразным агентом и при этом подвергают мягкому охлаждению, а затем на втором этапе охлаждения орошают жидким охлаждающим агентом и таким образом интенсивно охлаждают до желаемой конечной температуры. В частности, создается возможность экономии охлаждающего компонента в сравнении с обычными способами путем использования его наиболее эффективным образом. Продукт в виде брикетированного губчатого железа должен показывать высокое качество, а образование мелких частиц во время охлаждения должно быть максимально снижено. Устройство для осуществления такого способа должно подвергаться незначительному износу и, таким образом, иметь длительный срок службы. Устройство содержит газопроницаемый носитель (конвейерную ленту или решетку в виде ротационного охладителя) и окружающее его газопроводное средство для подачи газообразного охлаждающего агента. В устройстве предусмотрены сопла для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента, которые могут быть как однокомпонентными, так и двухкомпонентными для подачи к губчатому железу как жидкого, так и газообразного охлаждающего агента. Технический результат заключается в экономии охлаждающего агента за счет использования его наиболее эффективным образом при получении качественного готового продукта с минимальным образованием мелких частиц. Преимуществом является также повышение срока службы оборудования за счет его незначительного износа. 2 с. и 14 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу охлаждения горячего брикетированного губчатого железа, а также к устройству для осуществления этого способа.

Для безопасной и экономически выгодной транспортировки и хранения горячего брикетированного губчатого железа последнее, сразу после его получения, должно быть как можно скорее подвергнуто охлаждению.

Известно охлаждение горячего обожженного материала, например агломератов или гранул, путем пропускания горячего материала через шахтный охладитель по принципу противотока (AT-В-358.617). Чтобы эффективно охладить материал до конечной температуры, например в желаемом диапазоне между 70^oC и 80^oC, через шахтный охладитель необходимо пропустить под давлением большое количество охлаждающего воздуха, что связано с высоким потреблением энергии. Кроме того, высокие скорости воздуха увеличивают количество материала, выносимого вместе с охлаждающим воздухом из шахтного охладителя, в частности при очень малом размере частиц материала.

Из DE-C-29 35 707 известен способ охлаждения горячего брикетированного губчатого железа путем ввода его в бак быстрого охлаждения, в котором оно охлаждается до желаемой конечной температуры. Кроме того, в DE-C-29 35 707 упоминается, что бак быстрого охлаждения может быть также заменен воздушным охлаждением.

Из DE-C-29 28 501 и DE-C-26 25 223 известен, кроме того, способ пропускания горячего брикетированного губчатого железа через бак быстрого охлаждения при помощи конвейерной ленты, при этом брикеты губчатого железа, поступающие при температуре 550- 700^oC, охлаждаются до температуры около 80-90^oC. После вывода брикетов губчатого железа из бака быстрого охлаждения брикеты высушивают при помощи остаточного тепла, присутствующего в них.

Такой известный способ водяного охлаждения путем погружения обладает тем недостатком, что механические детали, предназначенные для транспортировки горячих брикетов губчатого железа, попеременно контактируют с горячей водой с высоким содержанием твердых частиц, CO₂ и взвесей, и с окружающим воздухом, вследствие чего эти детали подвергаются интенсивному износу. Из-за взаимодействия горячих брикетов губчатого железа с охлаждающей водой вполне вероятно возникновение реакций водяного газа. Кроме того, водяное охлаждение малоэффективно из-за явления Лейденфроста (Leidenfrost phenomenon), которое в большой степени наблюдается при такой высокой температуре. Вдобавок ухудшается качество продукта из-за того, что горячие брикеты губчатого железа контактируют с охлаждающей водой и при этом частицы материала выкрашиваются из брикетов губчатого железа. В результате получается большое количество тонкоизмельченного материала, вредно воздействующего на подвижные механические детали транспортирующих устройств и т.п., а кроме того, часто нежелательного в ходе дальнейшей переработки брикетов губчатого железа, в основном, нежелательного при дальнейшей переработке брикетов губчатого железа.

Из DE-C-2928501 известен, кроме того, способ загрузки брикетной полосы на конвейер и орошения ее жидкостью, при этом брикетная полоса охлаждается до температуры 250 - 350^oC. При этом также наблюдаются вышеописанные недостатки, т. е. реакции водяного газа, возникновение эффекта Лейденфроста и, следовательно, неравномерное и неэффективное охлаждение, а также термические напряжения и выкрашивание как следствие этого.

Изобретение направлено на устранение этих недостатков и трудностей, а его целью является создание способа ранее описанного типа, а также устройства для осуществления этого способа, которое обеспечивает безаварийное протекание охлаждения при оптимальном использовании мощности охлаждающей установки.

Из JP-A-06-316718 известен способ охлаждения брикетированного железа на первой стадии охлаждения путем орошения охлаждающей водой, а на второй стадии - при помощи операции равномерного ускоренного охлаждения с использованием воды. Известен также способ первичного охлаждения газом вместо орошения водой, причем при таком охлаждении газом планируемая скорость охлаждения равна планируемой скорости охлаждения при орошении водой. В качестве второй стадии применяется операция равномерного ускоренного охлаждения с использованием воды. В другом варианте осуществления JP-A 06-316718 охлаждение сначала производится инертным газом, затем орошением водой и, наконец, путем операции равномерного ускоренного охлаждения посредством воды.

Кроме того, известно устройство для охлаждения горячего брикетированного губчатого железа, содержащее газопроницаемый носитель для перемещения брикетированного губчатого железа, и, как минимум, частично окружающее его газопроводное средство, предназначенное для подачи газообразного охлаждающего агента (JP N 56-163209, 15.12.81).

Задачей изобретения является экономия охлаждающего компонента по сравнению с известными способами за счет использования его наиболее эффективным образом, повышение качества получаемого брикетированного губчатого железа и максимальное снижение образования мелких частиц во время охлаждения. Кроме того, устройство для осуществления способа должно подвергаться незначительному износу и иметь благодаря этому длительный срок службы.

Эта техническая задача решается согласно изобретению за счет того, что в способе охлаждения горячего брикетированного губчатого железа, включающем его охлаждение на первом этапе исключительно газообразным агентом и последующее интенсивное охлаждение на втором этапе до желаемой конечной температуры охлаждающим жидким агентом, охлаждению подвергают губчатое железо, размещенное в виде полосы в несколько слоев высотой около 200 мм, при этом на первом этапе осуществляют мягкое охлаждение, а интенсивное охлаждение жидким агентом на втором этапе осуществляют путем орошения.

При этом охлаждение на первом этапе осуществляют воздухом, а на втором этапе - водой. Является предпочтительным дополнительно обработать брикетированное губчатое железо на втором этапе газообразным охлаждающим агентом, чтобы обеспечить интенсивный контакт между губчатым железом и охлаждающим агентом.

Охлаждение брикетированного губчатого железа на первом этапе предпочтительно осуществляют до температурного значения, составляющего как минимум половину температуры горячего губчатого железа предпочтительно до температуры ниже этого значения.

Является целесообразным, чтобы первый этап охлаждения осуществлялся в течение более длительного периода времени, чем второй этап, предпочтительно в течение периода времени, составляющего более 60% общего времени охлаждения.

Кроме того, подачу газообразного охлаждающего агента можно осуществлять нагнетанием под давлением или всасыванием, при этом брикетированное губчатое железо располагают в виде слоя на газопроницаемом носителе; подачу жидкого охлаждающего агента можно осуществлять путем впрыскивания упомянутого жидкого охлаждающего агента в поток воздуха через сопла, а перед первым этапом охлаждения можно осуществлять пылеулавливание при помощи вытяжной вентиляции.

Указанная техническая задача решается также в устройстве согласно изобретению, содержащем газопроницаемый носитель для перемещения брикетированного губчатого железа и, как минимум частично окружающее его газопроводное средство, предназначенное для подачи газообразного охлаждающего агента, за счет того, что устройство снабжено соплами для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента, установленными во второй по ходу движения носителя половине устройства.

Кроме того, является целесообразным, чтобы носитель содержал непрерывную конвейерную ленту, в частности плоскую, верхняя сторона которой предназначена для принятия горячего брикетированного губчатого железа, при этом носитель может содержать решетку, выполненную в виде ротационного охладителя.

Газопроводное средство может охватывать область расположения разбрызгивающих сопл.

Является также целесообразным снабдить устройство пылеулавливающим средством, расположенным между местом загрузки и входом в газопроводное средство и через которое проходит носитель, перемещающий горячее брикетированное губчатое железо; сопла для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента выполнить однокомпонентными или двухкомпонентными для подачи к губчатому железу как жидкого, так и газообразного охлаждающего агента.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей, где на фиг. 1 схематически показано охлаждающее устройство согласно изобретению в виде сбоку, фиг. 2 - основная температурная кривая вдоль пути охлаждения и на фиг. 3 - состав охлаждающего устройства также в виде сбоку.

Охлаждающее устройство, показанное на фиг. 1, имеет непрерывно и равномерно перемещаемую конвейерную ленту 1, например в виде плоской ленты, верхняя сторона 2 которой служит носителем брикетов губчатого железа 3. Это губчатое железо 3 загружают на газопроницаемую конвейерную ленту 1, предпочтительно, в виде полосы, например с высотой слоя 4 около 200 мм и при ширине, соответствующей ширине ленты, например около 1000 мм. Загрузку губчатого железа 3 осуществляют через загрузочные лотки 5 в несколько слоев так, чтобы образовалась полоса губчатого железа 9, равномерная, насколько возможно.

При движении в направлении стрелки 6 губчатого железа 3, переносимого непрерывной конвейерной лентой 1, губчатое железо сначала проводится через зону обеспыливания 7, которая содержит вытяжной колпак 10, подсоединенный к системе вытяжной вентиляции 8 и накрывающий полосу губчатого железа 9. В зоне обеспыливания тонкоизмельченный материал, налипший на поверхностях частиц губчатого железа, таких как, например, поверхности брикетов, отсасывается.

После этого полоса губчатого железа 9 продвигается через зону воздушного охлаждения 11, в которой горячее губчатое железо 3, имеющее температуру T_A от 580 до 720^oC при оседании на непрерывной конвейерной ленте 1, охлаждают примерно до 350^oC исключительно при помощи охлаждающего воздуха, согласно фиг. 1 при помощи охлаждающего воздуха, пропускаемого под давлением снизу через полосу губчатого железа 9. Охлаждающий воздух сжимают посредством компрессора 12 и подают к верхней стороне ленты 2 через воздухопровод 13 таким образом, чтобы воздух принудительно проходил через полосу губчатого железа 9.

Система воздушного охлаждения содержит звукопоглотитель, средства регулирования расхода воздуха, а также сборные и распределительные каналы, подробно не показанные, которые включают необходимые отсекающие и регулировочные устройства.

Приблизительно в третьей трети верхней стороны ленты 2 расположена водяная зона охлаждения 14, в которой губчатое железо 3 интенсивно охлаждается до поверхностной температуры около 85^oC при посредстве разбрызгиваемой воды. Разбрызгивание воды осуществляют при помощи распределительной системы 15 через несколько разбрызгивающих сопл 16, выполненных в виде однокомпонентных или двухкомпонентных сопл. Если применяются двухкомпонентные сопла, в них подают обработанную воду и сжатый воздух.

В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, подаваемый воздух также охватывает водяную зону охлаждения 14, так что в водяной зоне охлаждения 14 достигается дополнительный охлаждающий эффект при помощи охлаждающего воздуха.

Воздух под давлением пропускают через горячее губчатое железо 3, а образующиеся пары собирают в вытяжном колпаке 17 и выводят через вытяжную вентиляцию, включающую средства очистки, подробно не показанные.

После того как губчатое железо 3 сошло с непрерывной конвейерной ленты 1 и транспортируется дальше через разгрузочные лотки 18, осуществляется сушка губчатого железа 3 за счет содержащегося в нем остаточного тепла.

Из фиг. 2 очевидна чрезвычайно высокая эффективность способа охлаждения по изобретению. Температурная кривая поверхности губчатого железа 3 по всей длине охлаждающего устройства обозначена непрерывной линией I. Как видно из фиг. 2, губчатое железо 3 предварительно проходит мягкое и осторожное охлаждение в воздушной зоне охлаждения 11, в которой охлаждение осуществляется исключительно воздухом.

Только когда губчатое железо 3 за счет исключительно воздушного охлаждения достигает температурного значения, составляющего примерно половину начальной температуры T_A или менее, в соответствии с изобретением начинается водяное охлаждение, которое вызывает относительно жесткое и интенсивное охлаждение губчатого железа 3 по сравнению с воздушным охлаждением. Конечная температура губчатого железа 3, достигаемая таким образом за относительно короткий период охлаждения, обозначена T_E.

Температурная кривая губчатого железа 3, которая может быть получена при исключительно воздушном охлаждении по всей длине верхней стороны ленты 2, показана на фиг. 2 пунктирной линией II. Конечная температура T'_E губчатого железа, достигаемая в этом случае, лежит явно выше конечной температуры T_E, достигаемой в соответствии с изобретением. Чтобы иметь возможность получить конечную температуру T_E в соответствии с изобретением исключительно воздушным охлаждением, устройство должно было бы иметь существенно большую длину и/или расход воздуха с учетом количества и высоты слоев 4 полосы губчатого железа 9 должен быть существенно увеличен, а следовательно, удельный расход должен быть снижен.

Кривая охлаждения, которая характеризовала бы охлаждение губчатого железа 3, если бы губчатое железо 3 в начальной зоне орошалось исключительно жидким охлаждающим агентом, т.е. охлаждающей водой, показана на фиг. 2 точечно-пунктирной линией III. Нетрудно понять, что, во-первых, происходит более жесткое охлаждение, чем воздушное, но при этом, из-за проявления в высокой степени эффекта Лейденфроста, эффективность охлаждения не может достичь значения эффективности при охлаждении в соответствии с изобретением, т.е. конечная температура T''_E, достигаемая исключительно посредством жидкого охлаждающего агента, также лежит выше конечной температуры T_E, достигаемой в соответствии с изобретением; таким образом, охлаждающее устройство должно было бы иметь большую длину, а губчатое железо должно было бы подвергаться воздействию охлаждающего агента более длительный период времени.

Кроме того, существует опасность реакций образующегося водяного газа и ухудшения качества продукта, поскольку жесткое охлаждение в высоком температурном диапазоне T_A губчатого железа может привести к выкрашиванию и, следовательно, образованию недопустимо большого количества тонкоизмельченного материала.

Изобретение не ограничивается примером осуществления, показанным на чертежах, и может быть модифицировано в различных аспектах. Возможно, например, заменить непрерывную конвейерную ленту 1 ротационным охладителем, содержащим газопроницаемую решетку и медленно вращающимся, в котором губчатое железо, осажденное на решетке во время ее поворота, например, на 260^o, охлаждается при помощи охлаждающего воздуха и затем при помощи охлаждающей воды. Кроме того, можно также осуществить воздушное охлаждение только в воздушной зоне охлаждения 11, а в расположенной далее зоне водяного охлаждения 14 задействовать исключительно однокомпонентные или двухкомпонентные сопла. Охлаждающий воздух, проходящий через полосу губчатого железа 9, может подаваться снизу или сверху путем всасывания или нагнетания под давлением.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения горячего брикетированного губчатого железа, включающий его охлаждение на первом этапе исключительно газообразным агентом и последующее интенсивное охлаждение на втором этапе до желаемой конечной температуры охлаждающим жидким агентом, отличающийся тем, что охлаждению подвергают губчатое железо, размещенное в виде полосы в несколько слоев высотой около 200 мм, при этом на первом этапе осуществляют мягкое охлаждение, а интенсивное охлаждение жидким агентом на втором этапе осуществляют путем орошения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение на первом этапе осуществляют воздухом.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что охлаждение на втором этапе осуществляют водой.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что брикетированное губчатое железо на втором этапе дополнительно обрабатывают газообразным охлаждающим агентом.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что охлаждение брикетированного губчатого железа на первом этапе осуществляют до температурного значения, составляющего как минимум половину температуры горячего губчатого железа, предпочтительно до температуры ниже этого значения.

6. Способ по одному или нескольким пп.1 - 5, отличающийся тем, что первый этап охлаждения осуществляют в течение более длительного периода времени, чем второй этап, предпочтительно в течение периода времени, составляющего более 60% от общего времени охлаждения.

7. Способ по одному или нескольким пп.1 - 6, отличающийся тем, что подачу газообразного охлаждающего агента осуществляют нагнетанием под давлением или всасыванием, при этом брикетированное губчатое железо располагают в виде слоя на газопроницаемом носителе.

8. Способ по одному или нескольким пп.4 - 7, отличающийся тем, что подачу жидкого охлаждающего агента осуществляют путем впрыскивания упомянутого жидкого охлаждающего агента в поток воздуха через сопла.

9. Способ по одному или нескольким пп.1 - 7, отличающийся тем, что перед первым этапом охлаждения осуществляют пылеулавливание при помощи вытяжной вентиляции.

10. Устройство для охлаждения горячего брикетированного губчатого железа, содержащее газопроницаемый носитель для перемещения брикетированного губчатого железа и как минимум частично окружающее его газопроводное средство, предназначенное для подачи газообразного охлаждающего агента, отличающееся тем, что устройство снабжено соплами для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента, установленными во второй по ходу движения носителя половине устройства.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что носитель содержит непрерывную конвейерную ленту, в частности плоскую, верхняя сторона которой предназначена для принятия горячего брикетированного губчатого железа.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что носитель содержит решетку, выполненную в виде ротационного охладителя.

13. Устройство по одному или нескольким пп.10 - 12, отличающееся тем, что газопроводное средство охватывает область расположения разбрызгивающих сопл.

14. Устройство по одному или нескольким пп.10 - 12, отличающееся тем, что оно снабжено пылеулавливающим средством, расположенным между местом загрузки и входом в газопроводное средство и через которое проходит носитель, перемещающий горячее брикетированное губчатое железо.

15. Устройство по одному или нескольким пп.10 - 14, отличающееся тем, что сопла для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента выполнены однокомпонентными.

16. Устройство по одному или нескольким пп.10 - 14, отличающееся тем, что сопла для разбрызгивания жидкого охлаждающего агента выполнены двухкомпонентными для подачи к губчатому железу как жидкого, так и газообразного охлаждающего агента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2