Патент на изобретение №2293269

(54) КАРУСЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Карусельная печь для использования в черной металлургии содержит печь, которая имеет в плане форму кольца и снизу закрыта вращающимся подом, облицованным сверху огнеупорным материалом, и основание этой печи. Под содержит одинаковые кольцевые секторы, которые соединены с образованием кольца, комплементарного кольцу внутренней планировки печи, и которые вращаются вокруг центральной оси этого кольца посредством двух концентрических наборов колес, установленных на двух окружностях на равных расстояниях друг от друга, закрепленных с помощью опор на основании или снизу пода и комплементарных двум окружным рельсам, закрепленным соответственно снизу пода или на основании. Оба указанных набора колес и указанные два рельса установлены с обеспечением распределения поровну действующей на них нагрузки. При использовании изобретения уменьшаются напряжения в конструкции вращающегося пода. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к карусельной печи, предназначенной для использования в черной металлургии.

Карусельные печи уже давно используются, в частности в отраслях черной металлургии.

Указанные печи находят весьма разнообразное применение. Например, их используют в следующих целях: для разогрева перед прокаткой металла, находящегося в слитках, слябах или блюмах; для термической обработки таких материалов, как металлические детали, стекло или графит; для обработки сыпучих или окускованных сырьевых материалов, таких как уголь или глинозем; для обработки смесей сырьевых материалов (например, железной руды) с углеродистыми материалами или смесей, богатых железом отходов с углеродистыми материалами.

Карусельные печи имеют различную форму, их диаметр может изменяться от нескольких метров до 50 м и более, а ширина может превышать 6 м.

Скорости вращения пода также могут быть разными. Большие нагревательные печи вращаются со скоростью менее одного оборота в час, тогда как небольшие карусельные печи, предназначенные для кальцинирующего обжига или для обработки сырьевых материалов, достигают скорости, составляющей, например, пятнадцать оборотов в час.

Под обычно имеет форму кольца и вращается при помощи двух круговых наборов колес, расположенных по окружностям вблизи краев кольца.

Указанные колеса перемещаются по рельсам, при этом возможны два различных конструктивных решения.

Первое решение заключается в том, что колеса выполнены за одно целое с рамой вращающегося пода, а рельсы прикреплены к основанию, установленному на очень жестких конструкциях, изготавливаемых зачастую из железобетона.

Второе решение заключается в том, что за одно целое с рамой вращающегося пода выполнены рельсы, а к основанию, установленному на очень жестких конструкциях, изготавливаемых зачастую из железобетона, прикреплены колеса.

В последнем случае вращающийся под необходимо проектировать и изготавливать с учетом усталостного напряжения в его металлической конструкции (а следовательно, и в огнеупорной футеровке), возникающего вследствие непрерывного изменения положения точек соприкосновения между колесами и рельсами при вращении пода.

Срок службы огнеупорного материала может в очень сильной степени зависеть от указанного усталостного напряжения, поэтому печи проектируют таким образом, чтобы колеса находились на одних и тех же радиальных лучах и располагались по двум диаметрам, внутреннему и внешнему, вследствие чего они будут делить указанную металлическую конструкцию на секторы, которые имеют угловой размер, равный угловому расстоянию между колесами. В этом случае упругая деформация конструкции пода, возникающая в результате изменения положения точек соприкосновения колес с находящимися на этой конструкции рельсами, вызывает лишь ограниченные напряжения и устраняет или сводит к минимуму циклические перемещения огнеупорного материала.

В последнее время были разработаны новые способы обработки железной руды, связанные с использованием карусельных печей, в которых под имеет очень большую площадь и в которых в некоторых случаях скорость вращения пода является очень большой и превышает 15 оборотов в час.

Площадь поверхности пода у указанных печей должна быть больше, чем у печей, изготовляемых до настоящего времени, при этом диаметр пода должен превышать 50 м, а его ширина – 6 м и даже 10 м.

При эксплуатации этих печей, размеры и скорости вращения которых увеличены столь значительно, крайне обостряются некоторые проблемы, не являющиеся существенными при использовании традиционных печей. Основными проблемами, с которыми приходится иметь дело, являются износ звеньев сочленения между колесами и рельсами, а также изгиб панелей пода, обусловленный разностью температур в поддерживающей эти панели конструкции.

Обычно колеса и рельсы расположены на двух окружностях, которые находятся очень близко от окружностей, соответствующих краям пода. Благодаря такой геометрии данной системы, колеса, расположенные на внешней поверхности, несут большую нагрузку, чем колеса, расположенные на внутренней окружности. По мере увеличения ширины пода указанное различие в нагрузке также увеличивается, и, следовательно, может возникнуть значительная разница в износе колес и рельсов двух указанных окружностей – внутренней и внешней. Вышеописанное явление можно устранить, изменяя, например, размеры колес и рельсов.

В рассматриваемых печах важное значение имеет также плоскостность пода. Как известно, поддерживающие балки огнеупорного пода подвержены нагреву из-за теплопроводности этого пода, в то же время они охлаждаются вследствие излучения и по причине теплопроводности расположенной ниже среды. Эти балки обычно обуславливают возникновение разницы температур между верхней и нижней сторонами пода и вызывают таким образом изгиб пода, когда он достигает рабочей температуры.

При увеличении ширины пода традиционная конструкция с рамами, имеющими панели, ширина которых равна ширине пода, становится критической благодаря напряжениям, возникающим из-за указанных тепловых эффектов, а также благодаря последующим напряжениям, которые могут возникнуть в огнеупорной структуре.

Кроме того, поскольку некоторые новые карусельные печи требуется устанавливать на значительной высоте над уровнем земли, иногда превосходящей 20 м, то высокие опоры такой печи, предназначенные для удержания колес или рельсов пода, увеличивают податливость конструкции в целом. В частности, если конструкция под тяжестью пода приобретает меняющийся от точки к точке прогиб, особенно если он является асимметричным, то возникающие при этом напряжения могут быть очень опасными, они привносят функциональные сложности во время работы печи и вызывают появление у нее усталости.

Основная цель настоящего изобретения заключается в улучшении эксплуатационных качеств колес и рельсов карусельных печей и в уменьшении напряжений в конструкции вращающегося пода и в его огнеупорной футеровке.

Еще одной целью является преодоление вышеупомянутых недостатков, присущих обычной технологии изготовления печей, крайне простым, экономичным и очень функциональным образом.

Указанные выше цели обеспечиваются посредством данного изобретения, направленного на создание карусельной печи для черной металлургии, характеристики которой приведены в прилагаемой формуле.

Конструктивные и функциональные характеристики данного изобретения, а также его преимущества над известными устройствами, станут более понятными при ознакомлении с последующим описанием, приведенным со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показана карусельная печь для черной металлургии, выполненная в соответствии с инновационными принципами данного изобретения.

На указанных чертежах:

фиг.1 изображает схематичный вид снизу металлической несущей конструкции вращающегося пода, предназначенного для печи, соответствующей первому варианту выполнения изобретения;

фиг.2 – разрез, выполненный по показанной на фиг.1 плоскости II-II (т.е. по радиальной плоскости) и соответствующий первому варианту выполнения карусельной печи для черной металлургии, вращающийся под которой показан на фиг.1;

фиг.3 – увеличенный, развернутый на плоскости разрез, который иллюстрирует часть средства вращения пода, соответствующего представленному на фиг.2 варианту выполнения, с колесами, расположенными на неподвижной конструкции;

фиг.4 – разрез, выполненный по радиальной секущей плоскости и изображающий половину карусельной печи, используемой в черной металлургии и соответствующей второму варианту изобретения;

фиг.5 – увеличенный, развернутый на плоскости разрез, который иллюстрирует часть средства вращения пода, соответствующего представленному на фиг.4 варианту выполнения, с колесами, установленными на подвижной конструкции печи.

На фиг.1, 2 и 3 показана карусельная печь, предназначенная для использования в черной металлургии и соответствующая первому возможному варианту выполнения данного изобретения. Указанная печь, обозначенная общим номером 12 позиции, установлена на опорной конструкции 16 и имеет вращающийся под 14.

Печь 12 имеет в плане форму кольца, облицованного огнеупорным материалом, при этом она закрыта сбоку и сверху стенками 13, с внутренней стороны облицованными огнеупорным материалом. Снизу печь 12 закрыта подом 14, который также имеет форму кольца, но вращается вокруг центральной вертикальной оси. Указанный под 14 облицован сверху огнеупорным материалом 15, например огнеупорными панелями.

Под 14 состоит из кольцевых секторов 17. Наряду с этим круговым разделением на секторы 17 может иметь место и радиальное разделение кольца пода 14 (как показано на фиг.1), когда секторы 17 разделены на два полусектора 17′ дугами 18 промежуточной окружности, проходящей между двумя концевыми окружностями указанного кольца, внутренней и внешней.

Данная промежуточная окружность, содержащая дуги 18, делит сектор 17 на два полусектора 17′, имеющих одинаковый вес. В силу геометрических соображений, касающихся площадей полусекторов кольца, указанная промежуточная окружность имеет больший размер, чем серединная окружность кольца пода 14.

Разделение пода на полусекторы 17′ позволяет значительно уменьшить перепады его горизонтальной поверхности, возникающие вследствие тепловых изгибов опорной конструкции секторов 17, когда под разогревается до нормальных рабочих температур.

На чертежах полусекторы 17′ показаны расположенными над сетеобразной конструкцией, содержащей поперечные элементы 22, стойки 23 и 23′ и, возможно, стяжки или распорки 24, предназначенные для придания жесткости.

Как видно на фиг.2 и 3, указанная сетеобразная конструкция имеет в своей нижней части две кольцевые балки 19, которые являются концентрическими по отношению к кольцу пода 14. Указанные балки 19 проходят по окружностям, совпадающим с центром тяжести секторов 17 и 17′, так что вес данных секторов приходится непосредственно на эту расположенную ниже систему.

Ниже балок 19 расположены два рельса 20, имеющие одинаковое поперечное сечение.

В проиллюстрированном на фиг.2 примере эти две балки 19 расположены таким образом, что вес пода 14 оказывает на них почти одинаковую нагрузку.

Опорная конструкция 16 содержит основание 28, установленное на круговых наборах столбиков 30. На указанном основании 28 закреплены два набора опор 25 для колес 26, которые проходят по окружности, вследствие чего указанные колеса 26 являются комплементарными по отношению к двум рельсам 20 пода 14 и выставлены на одной оси по отношению к ним.

Два набора колес 26 установлены таким образом, что пары колес 26 располагаются на одних и тех же радиальных лучах концентрических окружностей, внутренней и внешней, причем эти радиальные лучи отстоят друг от друга на равные расстояния на одних окружностях. Количество указанных пар колес 26 равно количеству секторов 17. Таким образом минимизируются напряжения, которые возникают во время вращения пода 14 и обусловлены изменением точек приложения нагрузок от колес 26 к балкам 19 и, следовательно, к секторам 17 и к огнеупорному материалу 15. Фактически полусекторы 17 и 17′ удерживаются в основном стойками 23, которые, проходя в вертикальном направлении, соединяют их с одной из двух кольцевых балок 19. Эти стойки 23, как видно на фиг.2, расположены по существу в зоне, близкой к центру тяжести полусекторов 17′.

Таким образом, каждый сектор 17 снабжен двумя стойками 23 (по одной для каждого полусектора 17′), соединенными с двумя балками 19, которые в свою очередь соединены с поперечными элементами 22, проходящими в радиальном направлении.

Указанные поперечные элементы 22 могут располагаться в соответствии с положением двух стоек 23 каждого сектора 17. К двум стойкам 23, в зоне разделительной дуги 18 между двумя полусекторами 17′, добавлена стойка 23′, предназначенная для смягчения любой вертикальной силы, которая может появиться, если положение стоек 23 не совпадет точно с центром тяжести указанных полусекторов 17, 17′, а также для придания устойчивости этим полусекторам 17, 17′.

Следует отметить, что наилучшим вариантом является тот, в котором стойки 23 расположены в центре тяжести полусекторов 17′. В этом случае вертикальные напряжения в дуге 18, разделяющей два полусектора 17′ между собой, отсутствуют, а участок разделения можно использовать в качестве термокомпенсационного шва. Кроме того, тот факт, что поперечный элемент 22 не находится в напряженном состоянии под воздействием нагрузки, которая передается поду и соответствует стойке 23′, позволяет избежать возможного явления деформации балки и тем самым оптимизирует функционирование колес 26 на рельсах 20.

На фиг.2 показаны круговые наборы столбиков 30 (в данном случае их четыре), причем столбики 30 установлены группами на одних и тех же радиальных лучах концентрических окружностей, а указанные радиальные лучи на одних и тех же окружностях отстоят друг от друга на одинаковые расстояния. Количество указанных групп столбиков 30 равняется количеству секторов 17.

На фиг.2 и 3 показано, что две из четырех окружностей, на которых установлены столбики 30, могут совпадать с окружностями, на которых установлены опоры 25 для колес 26, причем эти опоры 25 расположены на основании 28 в соответствии с расположением столбиков 30.

Поскольку столбики 30 спроектированы таким образом, что они испытывают под тяжестью пода 14 одинаковую вертикальную упругую деформацию, то напряжения, действующие на под 14 вследствие изменения положения точек приложения нагрузки от балок 19 к колесам 26 во время вращения, сводятся к минимуму.

Если же столбики 30 невозможно расположить так, как это описано выше, то опорную конструкцию 16 необходимо выполнять таким образом, чтобы вертикальные упругие деформации колес 26 были по возможности одинаковыми.

На фиг.4 и 5 показан дополнительный возможный вариант выполнения данного изобретения, причем элементы, соответствующие и/или эквивалентные элементам показанного на фиг.1, 2 и 3 варианта, обозначены теми же номерами позиции, увеличенными на 100.

Этот второй вариант выполнения отличается от первого только тем, что в нем опоры 25 колес 26 и рельсы 20 поменяны местами (указанные номера позиции соответствуют первому варианту).

Как видно на фиг.4 и 5, в данном варианте выполнения рельсы 120 закреплены на основании 128.

При этом снизу кольцевых балок 119 закреплены опоры 125. Если говорить более точно, опоры 125 расположены парами на одних и тех же радиальных лучах концентрических окружностей указанных балок 119, причем эти радиальные лучи на соответствующих им окружностях отстоят друг от друга на равные расстояния. Количество указанных пар опор 125 равняется количеству секторов 117. Кроме того, опоры 125 закреплены в соответствии с положением стоек 123 сетеобразной конструкции, поддерживающей под 114.

В отношении опорной конструкции 116 необходимо отметить, что особое внимание всегда следует уделять расположению круговых наборов столбиков 130 таким образом, чтобы эти столбики были расположены группами на одних и тех же радиальных лучах концентрических окружностей, и чтобы указанные радиальные лучи на соответствующих им окружностях отстояли друг от друга на одинаковые расстояния. Количество указанных наборов столбиков 130 равняется количеству секторов 117.

В этом случае колеса 126 пода 114, отстоящие друг от друга на одинаковые расстояния подобно столбикам 130, не вызывают разности напряжений в поде 114 при его вращении. По существу, под 114 совершает равномерные перемещения вверх и вниз вследствие упругой деформации рельсов 120 и находящейся под ними опорной конструкции 116. Это не вызывает механических напряжений в конструкции пода 114 и не приводит к перемещениям расположенного поверх него огнеупорного материала 115.

И наконец следует отметить, что предложенная карусельная печь, используемая в черной металлургии, снабжена поддерживающей под конструкцией, серединный радиус которой равен радиусу, разделяющему этот под на два концентрических кольца, несущих одинаковую нагрузку, при этом печь оказывает одинаковую или почти одинаковую нагрузку на колеса, расположенные на двух указанных окружностях, внутренней и внешней.

Таким образом обеспечивается одинаковый режим работы колес, что дает возможность упрощения конструкции печи посредством использования колес и рельсов одинакового размера.

Помимо упрощения конструкции, а, следовательно, и технического обслуживания, реализуются и другие преимущества, например, улучшение доступа к уплотнениям печи.

Более того, если печь имеет значительную ширину, то максимальных преимуществ можно добиться путем разделения конструкции пода не только радиально, на секторы, но также и по окружности, на полусекторы. Этому способствует расположение колес почти в центре тяжести двух полусекторов, что сводит к минимуму механические напряжения в зоне, где секторы разделены на полусекторы, и напряжение кручения в кольцевых балках.

Указанные полусекторы обеспечивают различные преимущества. Прежде всего устраняется или сводится к минимуму крутильное воздействие на конструкции, служащие опорой для рельсов или колес и закрепленные на поде. Затем сокращается максимальное тепловое расширение секторов конструкции, потому что теперь они разделены на два полусектора, закрепленных в центре. И наконец, посредством разделения секторов пода на полусекторы, общее значение изгиба этих секторов, который возникает вследствие разницы температур между верхней и нижней сторонами металлических конструкций, составляющих указанные секторы, уменьшается по отношению к варианту без полусекторов.

Из данного описания, приведенного со ссылкой на чертежи, становится очевидным, что предложенная карусельная печь, предназначенная для черной металлургии и имеющая большие размеры, является очень удобной и обладает значительными преимуществами. Таким образом, упомянутые во введении цели достигнуты.

Форма предложенной карусельной печи, предназначенной для использования в черной металлургии, может, конечно же, отличаться от показанной на чертежах формы, которая приведена исключительно в качестве примера и не ограничивает объем патентных притязаний. Материалы также могут отличаться от упомянутых в данной заявке материалов.

Объем защиты данного изобретения определен в прилагающейся формуле.

Формула изобретения

1. Карусельная печь для использования в черной металлургии, содержащая печь (12, 112), которая имеет в плане форму кольца и снизу закрыта вращающимся подом (14, 114), облицованным сверху огнеупорным материалом (15, 115), и основание (28, 128, 30, 130) этой печи (12, 112), причем под (14, 114) содержит одинаковые кольцевые секторы (17, 117, 17′, 117′), которые соединены с образованием кольца, комплементарного кольцу внутренней планировки печи (12, 112), и которые вращаются вокруг центральной оси этого кольца посредством двух концентрических наборов колес (26, 126), установленных на двух окружностях на равных расстояниях друг от друга, закрепленных с помощью опор (25, 125) на основании (28) или снизу пода (114) и комплементарных двум окружным рельсам (20, 120), закрепленным соответственно снизу пода (14) или на основании (28), отличающаяся тем, что оба указанных набора колес (26, 126) и указанные два рельса (20, 120) установлены с обеспечением распределения поровну действующей на них нагрузки.

2. Карусельная печь по п.1, отличающаяся тем, что оба набора колес (26, 126) и два рельса (20, 120) расположены симметрично относительно окружности, разделяющей кольцо пода (14, 114) на два концентрических кольца, несущих одинаковую нагрузку, при этом размер указанной окружности превышает размер серединной окружности кольца пода (14, 114).

3. Карусельная печь по п.1, отличающаяся тем, что колеса (26, 126) обоих наборов являются одинаковыми, а рельсы (20, 120) имеют одинаковое поперечное сечение.

4. Карусельная печь по п.1, отличающаяся тем, что по два колеса (26, 126) попарно расположены на одной оси на одних и тех же радиальных лучах концентрических окружностей указанных наборов колес (26, 126), а количество этих пар колес равняется количеству секторов (17, 117).

5. Карусельная печь по п.1 или 4, отличающаяся тем, что указанные секторы (17, 117) разделены на два полусектора (17′, 117′) по дугам (18) промежуточной окружности, проходящей между двумя концевыми окружностями кольца пода (14, 114), внутренней и внешней, причем указанные дуги (18) делят секторы (17, 117) на два полусектора (17′, 117′), несущих равную нагрузку.

6. Карусельная печь по п.5, отличающаяся тем, что указанные полусекторы (17′, 117′) соединены с рельсами (20) или соответственно с опорами (125) колес (126) посредством вертикальных стоек (23, 123), расположенных в центре тяжести этих полусекторов или близко к нему.

7. Карусельная печь по п.1, отличающаяся тем, что основание (28, 128) поддерживается опорной конструкцией (16, 116), содержащей наборы столбиков (30, 130), которые расположены на концентрических окружностях и которые группами установлены на одной оси на одних и тех же радиальных лучах этих концентрических окружностей, причем указанные радиальные лучи отстоят друг от друга на одинаковое расстояние, а их количество равно количеству секторов (17, 17′).

8. Карусельная печь по п.7, отличающаяся тем, что количество указанных групп столбиков (30, 130) равно количеству секторов (17, 117) пода (14, 114), причем указанные столбики (30, 130) под тяжестью пода (14, 114) претерпевают одинаковую упругую деформацию.

9. Карусельная печь по п.8, отличающаяся тем, что указанные секторы (17, 117) разделены на два полусектора (17′, 117′) по дугам (18) промежуточной окружности, проходящей между двумя концевыми окружностями кольца пода (14, 114), внутренней и внешней, причем указанные дуги (18) делят секторы (17, 117) на два полусектора (17′, 117′), которые несут равную нагрузку и соединены с рельсами (20) или, соответственно, с опорами (125) колес (126) посредством вертикальных стоек (23, 123), расположенных в центре тяжести этих полусекторов или близко к нему.

10. Карусельная печь по п.1, отличающаяся тем, что печь (12, 112) имеет в плане форму кольца большого размера.

РИСУНКИ