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

распределителем шихты

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

ЗУ

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".

Конструктивные преимущества

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.

Экономические преимущества

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].