Устройство и способ для закрытия и открытия отверстия, прежде всего выпускного отверстия загрузочного бункера доменной печи, и доменная печь с таким устройством
Изобретение относится к области металлургии, в частности к загрузочному устройству доменной печи. Устройство содержит тарельчатую заслонку, установленную с возможностью перемещения в открытое положение, в котором выпускное отверстие загрузочного бункера открыто, и в закрытое положение, в котором это отверстие заперто, и наоборот. Тарельчатая заслонка соединена с приводом с возможностью совершения в зоне выпускного отверстия загрузочного бункера линейного движения по существу перпендикулярно плоскости выпускного отверстия, а отдалившись от выпускного отверстия, - поворотного движения. При этом поворотное движение тарельчатой заслонки, по меньшей мере, в зоне перекрытия тарельчатой заслонкой выпускного отверстия включает в себя поступательное движение параллельно плоскости выпускного отверстия, на которое накладывается вращательное движение. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройству согласно ограничительной части п.1 и к способу согласно ограничительной части п.14 формулы изобретения. Устройство этого типа и способ известны, например, из публикации DE 10327276 А1 фирмы-заявителя.
Известное устройство включает в себя запорный клапан или колошниковый затвор, предназначенный для регулирования загрузки доменной печи коксом и шихтой. Для этого устройство имеет тарельчатую заслонку, которая для закрытия или открытия выпускного отверстия загрузочного бункера, расположенного над колошником доменной печи, способна перемещаться в открытое положение или в закрытое положение. Для того чтобы перемещать тарельчатую заслонку в нужное положение, к краю затвора обычно шарнирно присоединен приводной механизм, с помощью которого тарельчатая заслонка в открытом положении по существу полностью открывает, или освобождает, выпускное отверстие. Однако при этом тарельчатая заслонка сравнительно далеко отводится от отверстия, поэтому размеры колошника доменной печи нужно рассчитывать соответственно, чтобы избежать столкновения тарельчатой заслонки с засыпаемым материалом.
В колошниковом затворе согласно публикации DE 10327276 А1 этот недостаток устраняется благодаря тому, что тарельчатая заслонка шарнирно присоединена к двум поворотным рычагам, которые могут поворачиваться вокруг параллельных друг другу осей вращения. Вследствие этого краевые зоны тарельчатой заслонки при ее перемещении из закрытого положения в открытое положение и наоборот движутся по противоположно направленным дуговым траекториям.
Достигаемое за счет этого наложение, или совмещение, нескольких поворотных и поступательных движений тарельчатой заслонки обусловливает его перемещение по дуге окружности вблизи выпускного отверстия, чем обеспечивается более компактная конструкция колоши доменной печи.
Ведение тарельчатой заслонки по дуговой траектории вызывает в зоне отверстия относительное перемещение между краевой зоной тарельчатой заслонки и предусмотренным для него уплотнительным седлом выпускного отверстия. В частности, когда зона уплотнения тарельчатой заслонки располагается вплотную к уплотнительному седлу выпускного отверстия, относительное движение, параллельное плоскости отверстия, является вредным и может привести к преждевременному износу уплотнений.
Задача изобретения состоит в таком усовершенствовании устройства указанного выше типа, чтобы простыми средствами обеспечить его эксплуатацию при минимальном техническом обслуживании, причем в особенности следует исключить преждевременный износ системы уплотнений. Далее задача изобретения заключается в том, чтобы предложить доменную печь с таким устройством, а также способ закрытия и открытия отверстия, прежде всего выпускного отверстия загрузочного бункера, расположенного над колошником доменной печи.
Согласно изобретению эта задача в отношении устройства решается совокупностью существенных признаков п.1 формулы изобретения. В отношении доменной печи задача решается совокупностью существенных признаков п.13, а в отношении способа - совокупностью существенных признаков п.14 формулы изобретения.
В основу изобретения положена идея создания устройства для закрытия или открытия отверстия, прежде всего выпускного отверстия загрузочного бункера, расположенного над колошником доменной печи, включающего в себя тарельчатую заслонку, установленную с возможностью перемещения в открытое положение, в котором отверстие открыто, и в закрытое положение, в котором отверстие заперто, и наоборот. Тарельчатая заслонка соединена с приводным устройством таким образом, чтобы в зоне отверстия совершать линейное движение по существу перпендикулярно плоскости отверстия, а отдалившись от отверстия, - поворотное движение, причем поворотное движение тарельчатой заслонки, по меньшей мере, в зоне перекрытия тарельчатой заслонки с отверстием включает в себя поступательное движение параллельно плоскости отверстия, на которое накладывается вращательное движение. Благодаря этому тарельчатая заслонка выводится из зоны отверстия, не удаляясь от него слишком сильно в направлении потока, чтобы избежать столкновения с шихтой.
Изобретение имеет то преимущество, что относительное перемещение перпендикулярно направлению потока или в плоскости отверстия практически исключается линейным движением тарельчатой заслонки. Благодаря обусловленному этим уменьшению трения при опускании или подъеме тарельчатой заслонки снижается износ уплотнений, что ведет к сокращению объема работ по техническому обслуживанию. Одновременно может быть сохранена компактная конструкция колошника, так как, отдалившись от отверстия, тарельчатая заслонка совершает поворотное движение и, следовательно, направленно движется вблизи отверстия или соответствующего кожуха.
Предпочтительно приводное устройство содержит шарнирный четырехзвенник, соединяющий тарельчатую заслонку с приводом. Такая простая и надежная конструкция приводного устройства обеспечивает линейное перемещение тарельчатой заслонки в зоне отверстия, а также поворотное движение после отдаления от отверстия.
Приводное устройство может включать в себя приводной рычаг и рычаг тарельчатой заслонки, которые имеют расположенные на расстоянии друг от друга неподвижные оси вращения. При этом приводной рычаг и рычаг тарельчатой заслонки могут быть соединены первым шарниром. Рычаг тарельчатой заслонки может иметь жестко связанное с тарельчатой заслонкой первое плечо и второе плечо, закрепленное с возможностью поворота на одной из осей вращения, причем первое и второе плечи соединены между собой вторым шарниром. Такое приводное устройство имеет компактную конструкцию, обеспечивающую по существу без трения прижатие тарельчатой заслонки к уплотнительному седлу отверстия или отведение от него. Кроме того, достигается сравнительно высокое давление прижима при одновременно низком моменте привода, что улучшает герметичность устройства.
Перечисленные признаки приводного устройства описаны и заявлены как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый и второй шарниры в закрытом положении расположены на общей вертикальной оси. Благодаря этому простым образом обеспечивается чисто поступательное движение тарельчатой заслонки перпендикулярно плоскости отверстия и, следовательно, плоскопараллельный подъем и опускание тарельчатой заслонки.
Неподвижные оси вращения могут быть расположены со смещением относительно друг друга по вертикальной оси. При этом ось вращения рычага тарельчатой заслонки может быть расположена ближе к средней оси отверстия, чем ось вращения приводного рычага. Вследствие расположения осей вращения со смещением оба рычага имеют различные радиусы поворота, что позволяет простым образом оптимизировать траекторию движения тарельчатой заслонки вблизи стенок отверстия или загрузочного бункера. Первый и второй шарниры могут быть расположены таким образом, чтобы двигаться по различным траекториям поворота, причем шарниры в открытом положении тарельчатой заслонки находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в закрытом положении тарельчатой заслонки. Это также обеспечивает, что, отдалившись от отверстия, тарельчатая заслонка совершает направленное движение вблизи корпуса отверстия, причем в близкой к отверстию области, т.е. в зоне отверстия, происходит линейное перемещение тарельчатой заслонки.
Далее применительно к доменной печи рассматриваются предлагаемое в изобретении устройство, а также способ закрытия или открытия отверстия, прежде всего, выпускного отверстия загрузочного бункера, расположенного над колошником доменной печи.
Ниже изобретение более подробно поясняется примерами исполнения с дополнительными деталями и ссылками на прилагаемые чертежи, где показаны:
на фиг.1 - поперечное сечение предлагаемого в изобретении устройства в одном из вариантов выполнения, с тарельчатой заслонкой в закрытом положении,
на фиг.2 - устройство, показанное на фиг.1, с тарельчатой заслонкой в открытом положении,
на фиг.3 - устройство, показанное на фиг.1, для которого процесс движения тарельчатой заслонки и соответствующих рычагов механизма представлен дискретными шагами,
на фиг.4 - устройство, показанное на фиг.1, в разрезе, перпендикулярном поперечному сечению по фиг.1.
На фиг.1-4 показан колошниковый затвор с тарельчатой заслонкой 12, предусмотренной для закрытия или открытия выпускного отверстия 10 загрузочного бункера 11, расположенного над колошником доменной печи. При открытии тарельчатой заслонки 12 сыпучий материал, в частности руда и шихта, через выпускное отверстие 10 направляется в колошник доменной печи (фиг.2). В закрытом положении выпускное отверстие 10 герметично закрыто тарельчатой заслонкой 12 (фиг.1).
Выпускное отверстие 10 расположено с нижней стороны воронки 23, соединенной с загрузочным бункером 11. Для герметичного закрытия выпускного отверстия 10 по его краям предусмотрено уплотнительное седло 24 с уплотнительными элементами. Как видно из фиг.2, по периметру тарельчатой заслонки 12 предусмотрена соответствующая уплотнительная поверхность 25, которая в закрытом положении тарельчатой заслонки 12 взаимодействует с уплотнительным седлом 24 и обеспечивает герметичность затвора.
Тарельчатая заслонка 12 способна перемещаться в закрытое положение (фиг.10) и в открытое положение (фиг.2), причем в открытом положении она располагается в пространстве между воронкой 23 и кожухом колошника 26 и, следовательно, за пределами потока материала.
Для перемещения тарельчатой заслонки 12 в открытое положение или в закрытое положение она связана с приводным устройством 13. При этом приводное устройство 13 рассчитано таким образом, чтобы в зоне выпускного отверстия 10 тарельчатая заслонка 12 совершала линейное движение по существу перпендикулярно плоскости отверстия, а отдалившись от выпускного отверстия 10, - поворотное движение. Поворотное движение показано, в частности на фиг.3.
Линейное перемещение тарельчатой заслонки в зоне выпускного отверстия 10 означает, что она движется линейно по меньшей мере до тех пор, пока остается в контакте с выпускным отверстием 10, точнее - с уплотнительным седлом 24. Во время этого перемещения всякие относительные движения в плоскости отверстия, т.е. перпендикулярно направлению потока S, являются критическими из-за обусловленного ими износа вследствие трения. Предлагаемое в изобретении линейное перемещение тарельчатой заслонки позволяет избежать износа. Это означает, что опускание тарельчатой заслонки 12 на уплотнительное седло 24 или прижатие его к седлу, а также снятие давления прижима и отвод тарельчатой заслонки 12 от уплотнительного седла 24 происходят исключительно за счет поступательного движения перпендикулярно плоскости отверстия. Таким образом, тарельчатая заслонка 12 перемещается плоскопараллельно плоскости отверстия, т.е. плоскости, образованной выпускным отверстием 10. Только тогда тарельчатая заслонка 12 выйдет из контакта с уплотнительным седлом 24, и всякие относительные движения перпендикулярно направлению потока S не являются критическими, тарельчатая заслонка поворачивается в сторону и перемещается в промежуточное пространство между воронкой 19 и кожухом колошника 26.
Предназначенное для такого перемещения тарельчатой заслонки 12 приводное устройство 13 в рассматриваемом варианте исполнения имеет конструкцию, показанную на фиг.1-4. Возможны другие конструкции приводного устройства, обеспечивающие линейное перемещение тарельчатой заслонки 12 в зоне выпускного отверстия 10 в сочетании с поворотным движением после отдаления тарельчатой заслонки от выпускного отверстия 10.
В общем и целом, приводное устройство 13 содержит шарнирный четырехзвенник или четырехзвенный шарнирный механизм. Этим обеспечивается особенно компактная и надежная конструкция приводного устройства.
Конкретнее, приводное устройство 13 имеет два рычага, в частности приводной рычаг 15, обычно соединенный с приводом, и рычаг 16 тарельчатой заслонки, обычно являющийся отклоняющим или направляющим рычагом.
Приводной рычаг 15 имеет коленчатое исполнение и состоит из двух L-образных участков, расположенных по обе стороны воронки 19 или выпускного отверстия 10 (фиг.4). Оба L-образных участка приводного рычага 15 соединены между собой, образуя в целом U-образную в одной проекции и L-образную в другой проекции форму рычага, как видно на фиг.1-4. Приводной рычаг 15 в закрытом положении охватывает снизу тарельчатую заслонку 12, причем соединительный элемент между двумя L-образными участками приводного рычага 15 располагается внецентренно относительно тарельчатой заслонки 12 (фиг.1).
Рычаг 16 тарельчатой заслонки имеет U-образную форму и охватывает снизу тарельчатую заслонку 12. Рычаг 16 жестко связан с тарельчатой заслонкой 12 и образует с ним единое целое. При этом рычаг 16 тарельчатой заслонки присоединяется по оси тарельчатой заслонки 12, чем обеспечивается центральное приложение прижимного усилия к тарельчатому питателю 12 и, следовательно, равномерное давление прижима.
Как видно из фиг.1-3, приводной рычаг 15 и рычаг 16 тарельчатой заслонки закреплены на неподвижных осях 17, 18 вращения. Оси 17, 18 вращения расположены на расстоянии друг от друга, причем ось 18 вращения рычага 16 тарельчатой заслонки расположена под осью 17 вращения приводного рычага 15. Далее, оси 17, 18 вращения расположены со смещением относительно друг друга по вертикальной оси, причем ось 18 вращения рычага 16 тарельчатой заслонки находится ближе к средней линии М выпускного отверстия 10, чем ось 17 вращения приводного рычага 15.
Приводной рычаг 15 имеет первый шарнир 19, который в закрытом положении расположен на той же высоте, что и ось 17 вращения приводного рычага 15. При этом шарнир 19 и ось 17 вращения находятся в зоне более короткого плеча L-образного участка приводного рычага 15. В закрытом положении шарнир 19 расположен на средней линии М воронки 23 или выпускного отверстия 10.
Шарнир 19 подвижно соединяет приводной рычаг 15 с рычагом 16 тарельчатой заслонки. Для такой схемы или шарнирного соединения обоих рычагов было бы достаточно просто короткого плеча L-образного коленчатого приводного рычага 15. Однако для приложения вращающего момента к приводному устройству 13 с обеих сторон предпочтительно соединение обеих L-образных частей приводного рычага 15 по обе сторонах выпускного отверстия 10, т.е. комбинированная U-образная в одной проекции и L-образная в другой проекции форма приводного рычага 15. Это позволяет, как показано на фиг.4, предусмотреть привод 14 только на одной стороне приводного устройства 13. Было бы вполне возможно вместо одностороннего приложения момента к приводному устройству 13 предусмотреть два серводвигателя на обеих сторонах выпускного отверстия 10, связанных с осями 17 вращения приводных рычагов. В этом случае управление двигателями было бы синхронным. Соединение боковых приводных рычагов 15 при этом не потребовалось бы.
Рычаг 16 тарельчатой заслонки имеет первое плечо 20 и второе плечо 21, причем первое плечо 20 жестко связано с тарельчатой заслонкой 12. Первое плечо 20 имеет U-образную форму, как показано на фиг.4, и на обеих сторонах выпускного отверстия 10 вторым шарниром 22 подвижно соединено со вторым плечом 21. Второе плечо закреплено с возможностью поворота на неподвижной оси 18 вращения и соединено с корпусом.
В закрытом положении второй шарнир 22 рычага 16 тарельчатой заслонки, соединяющий плечи 20, 21, расположен на средней линии М, т.е. по вертикали на той же линии, что и первый шарнир 19 приводного рычага 15.
Как показано на фиг.1, в приводном устройстве 13 плечо 21, которое может поворачиваться вокруг неподвижной оси 18 вращения в направлении, противоположном рычагу 16 тарельчатой заслонки, короче, чем параллельное ему в закрытом положении согласно фиг.1 короткое плечо L-образного участка приводного рычага 15.
Оба шарнира 19, 22 расположены с возможностью изменения положения в пространстве относительно выпускного отверстия 10.
Приводное устройство 13 с обеих сторон выпускного отверстия 10 имеет по существу аналогичную конструкцию.
Принцип работы колошникового затвора поясняется с помощью фиг.3, где дискретными шагами представлен пространственный характер движений тарельчатой заслонки 12 и соответствующих механических рычагов, причем конечные точки движения определяются закрытым положением тарельчатой заслонки 12, с одной стороны (фиг.1), и ее открытым положением (фиг.2), с другой стороны.
Вследствие расположения обоих шарниров 19, 21 на средней линии М в закрытом положении согласно фиг.1 при подъеме тарельчатой заслонки 12 она сначала выполняет линейное или исключительно поступательное движение вдоль средней линии М или в направлении потока S. Благодаря расположению осей 17, 18 вращения приводного рычага 15 и рычага 16 тарельчатой заслонки на некотором расстоянии друг от друга первоначально линейное перемещение тарельчатой заслонки 12 переходит в поворотное движение вблизи выпускного отверстия 10, чтобы избежать столкновения с сыпучим материалом. При этом приводной рычаг 15 или более длинное плечо L-образного участка приводного рычага 15 в направлении поворота сначала подчинены рычагу 16 тарельчатой заслонки, т.е. следуют за ним. Еще во время нахождения тарельчатой заслонки 12 в зоне перекрытия им выпускного отверстия 10 приводной рычаг 15 начинает обгонять рычаг 16 тарельчатой заслонки, пока не выполнит примерно половину поворотного движения. После этого рычаг 16 тарельчатой заслонки обгоняет приводной рычаг 15, пока не будет достигнуто конечное положение, т.е. открытое положение тарельчатой заслонки 12. В открытом положении согласно фиг.2 приводной рычаг 15 и рычаг 16 тарельчатой заслонки снова занимают исходное положение по отношению друг к другу, причем приводной рычаг 15 в направлении поворота (из закрытого положения в открытое положение) следует за рычагом 16 тарельчатой заслонки.
При закрытии выпускного отверстия 10 описанный выше процесс происходит в обратной последовательности. При этом следует упомянуть, что в закрытом положении согласно фиг.1 вследствие расположения обоих шарниров 19, 22 на средней линии М на рычаг 16 тарельчатой заслонки и, следовательно, на тарельчатую заслонку 12 передается действующее перпендикулярно плоскости отверстия прижимное усилие приводного рычага 15, поэтому относительное движение между тарельчатой заслонкой 12 и уплотнительным седлом 24 выпускного отверстия 10 практически исключено.
К изобретению относятся все раскрытые в заявочных материалах признаки, если они по отдельности или в комбинации являются новыми в сравнении с уровнем техники.
1. Устройство для закрытия или открытия выпускного отверстия (10) загрузочного бункера (11) доменной печи, расположенного над колошником доменной печи, содержащее тарельчатую заслонку (12), установленную с возможностью перемещения в открытое положение, в котором выпускное отверстие (10) открыто, и в закрытое положение, в котором выпускное отверстие (10) заперто, и наоборот, отличающееся тем, что тарельчатая заслонка (12) соединена с приводным устройством (13) таким образом, чтобы в зоне выпускного отверстия (10) совершать линейное движение, по существу, перпендикулярно плоскости выпускного отверстия (10), а, отдалившись от выпускного отверстия (10), - поворотное движение, причем поворотное движение тарельчатой заслонки (12), по меньшей мере, в зоне перекрытия тарельчатой заслонкой (12) выпускного отверстия (10) включает в себя поступательное движение параллельно плоскости выпускного отверстия (10), на которое накладывается вращательное движение.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводное устройство (13) содержит шарнирный четырехзвенник, соединяющий тарельчатую заслонку (12) с приводом (14).
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что приводное устройство (13) содержит приводной рычаг (15) и рычаг (16) тарельчатой заслонки (12), имеющие неподвижные оси (17, 18) вращения, расположенные на расстоянии друг от друга.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что приводной рычаг (15) и рычаг (16) тарельчатой заслонки (12) соединены первым шарниром (19).
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что рычаг (16) тарельчатой заслонки (12) имеет первое плечо (20), жестко связанное с тарельчатой заслонкой (12), и второе плечо (21), закрепленное с возможностью поворота на одной из осей (17, 18) вращения, причем первое и второе плечи (20, 21) соединены вторым шарниром (22).
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что рычаг (16) тарельчатой заслонки (12) имеет первое плечо (20), жестко связанное с тарельчатой заслонкой (12), и второе плечо (21), закрепленное с возможностью поворота на одной из осей (17, 18) вращения, причем первое и второе плечи (20, 21) соединены вторым шарниром (22).
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый и второй шарниры (19,22) в закрытом положении расположены на общей вертикальной оси, прежде всего средней оси выпускного отверстия (10).
8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что первый и второй шарниры (19, 22) в закрытом положении расположены на общей вертикальной оси, прежде всего средней оси выпускного отверстия (10).
9. Устройство по одному из пп.4-8, отличающееся тем, что неподвижные оси (17, 18) вращения расположены со смещением относительно друг друга по вертикальной оси.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ось (17) вращения рычага (16) тарельчатой заслонки (12) расположена ближе к средней оси выпускного отверстия (10), чем ось (18) вращения приводного рычага (15).
11. Устройство по одному из пп.4-8 и 10, отличающееся тем, что первый и второй шарниры (19, 22) расположены таким образом, чтобы двигаться по различным траекториям поворота, причем шарниры (19, 22) в открытом положении тарельчатой заслонки (12) находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в закрытом положении тарельчатой заслонки (12).
12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первый и второй шарниры (19, 22) расположены таким образом, чтобы двигаться по различным траекториям поворота, причем шарниры (19, 22) в открытом положении тарельчатой заслонки (12) находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в закрытом положении тарельчатой заслонки (12).
13. Доменная печь, содержащая устройство по одному из пп.1-12.
14. Способ закрытия или открытия выпускного отверстия (10) загрузочного бункера (11) доменной печи, расположенного над колошником доменной печи, включающий перемещение тарельчатой заслонки (12) в открытое положение, в котором выпускное отверстие (10) открыто, и в закрытое положение, в котором выпускное отверстие (10) заперто, и наоборот, отличающийся тем, что в зоне выпускного отверстия (10) тарельчатую заслонку (12) перемещают линейно и, по существу, перпендикулярно плоскости выпускного отверстия (10), а, отдалив ее от выпускного отверстия (10), - поворачивают, причем поворотное движение тарельчатой заслонки (12), по меньшей мере, в зоне перекрытия тарельчатой заслонкой (12) выпускного отверстия (10) включает в себя поступательное движение параллельно плоскости выпускного отверстия (10), на которое накладывают вращательное движение.
