1950 Р. Срср. А. C. № 92719 а.П. Любімов е.Н. Тихоміров

Рисунок 5.10 ‒ Механізм БЗП з лотковим розподілом шихти.

1959 Р. Срср. A. C. № 125576, е.Ф. Вегман а.А. Вагін

Рисунок 5.11 ‒ Механізм БЗП з лотковим розподілом шихти.

1965 Р. A.C. № 181143, а.Г. Кошелевський Завантажувальний пристрій фірми Пауль Вюрт

В 1972 році на доменній печі з діаметром горна 9,5 м у Німеччині був установлений перший зразок БЗП з лотковим розподільником у вигляді жолоба. Після успішних випробувань і доведення перших зразків в 1972 – 1975 рр модифікації варіантів БЗП фірми Пауль Вюрт одержали широке поширення. Зараз близько 150 доменних печей миру оснащені такими завантажувальними пристроями. На цих печах виконується більш третини світового виробництва чавуну. У Росії такими БЗП оснащені потужні доменні печі №5 і 6 Новолипецького й №5 Череповецького металургійних комбінатів.

Машинобудівна фірма «Пауль Вюрт» є одним з основних виробників і лідерів із продажу на світовому ринку наукомісткого, надійного й прецизійного встаткування для доменних печей, у тому числі й завантажувальних пристроїв.

БЗП, забезпечуючи функції газозапирания й регулювання розподілу шихти, задовольняють наступним основним вимогам:

• можливість глибокого регулювання радіального розподілу матеріалів;

• забезпечення високої рівномірності окружного розподілу шихти;

• застосування надійного клапанного запирання;

• істотне збільшення терміну служби завантажувальних пристроїв;

• забезпечення роботи великогабаритних вузлів протягом кампанії між ремонтами II розряду при періодичному відновленні або заміні деталей і вузлів що швидко зношуються (клапани, шихтові затвори, розподільники);

• автоматичне керування роботою завантажувального пристрою по заданій програмі в комплексі системи завантаження;

• оснащення засобами автоматичного контролю профілю шихти, товщини шарів і швидкості їх сходу в різних точках, складу газу й температури по радіусу колошника;

• наявність засобів для оперативної математичної обробки результатів вимірів і моделювання процесу, автоматичного керування й видачі інформації в зручній для використання формі.

Конструкції БЗП відрізняється вільною установкою шлюзових бункерів великого об'єму на ваговимірюючих месдозах, що забезпечує дозування по масі шихтових матеріалів при вивантаженні в кільцеві зони на колошнику.

Безконусний завантажувальний пристрій з ассиметричним розташуванням бункерів

На доменній печі об'ємом 3200 м³ установлений завантажувальний пристрій за класичною схемою, що передбачає конвеєрну подачу шихти на колошник. Стрічковий конвеєр шириною 2000 мм, установлений під кутом 10 -120 має, годинну продуктивність 2000 м³ при швидкості руху 2 м/сек. По всій довжині конвеєра (500м) установлено п'ять телевізійних камер для візуального спостереження за станом стрічки й рухом матеріалів.

Завантажувальний пристрій (рис. 5.12 а) складається з наступних основних вузлів:

• приймальні лійки,

• двох бункерів,

• верхніх газоущільнюючих клапанів,

• розвантажувальної лійки,

• поворотного лотка,

• нагнітальних і вихлопних клапанів,

• приводу.

Прийомна лійка об'ємом 5 м³ опирається на три скати й пересувається за допомогою гідроприводу до кожного із двох бункерів. Хід лійки 1540 мм, час переміщення від бункера до бункера 5 -10 сек. Внутрішня поверхня захищена плитами з марганцевої сталі. Лійка має шихтовий затвор, який виключає влучення просипу шихти на верхній газоущільнюючий клапан.

Під прийомною лійкою розташовуються поруч два бункери корисним об'ємом до 50 м³. Бункери опираються на 18 спіральних пружин, які підтримують їх у вертикальному положенні. Усередині бункера облицьовані захисними плитами.

Кожний бункер стоїть на три нерухливих вагових гніздах, які служать для виміру маси матеріалу під час завантаження у всіх чотирьох режимах: «по спіралі», «по кільцю», «по сектору» і «у точку», а також для видачі сигналу «бункер іде» після вивантаження всієї порції матеріалів у піч.

Рисунок 5.12 ‒ Безконусний завантажувальний пристрій фірми

• «Поль Вюрт» (а)

• і ВНДІМЕТМАШ — УЗТМ (б):

1 — головний барабан похилого конвеєра або скіп; 2 — прийомна лійка; 3 — заслінка приймальні лійки; 4 — верхній газовідсікаючий клапан; 5 — проміжний бункер; 6 — шихтовий затвор; 7 — нижній газовідсікаючий клапан; 8 — листова засувка; 9 — редуктор обертового розподільника; 10 — елементи обертового розподільника.

18 спіральних пружин забезпечують вертикальний напрямок сили ваги бункерів на вагові гнізда. У горизонтальному напрямку бункера втримуються спеціальними поперечними повідцями – розтяжками.

Таким чином, бункера коштують вільно у вертикальному положенні на вагових гніздах. Зв'язок між нерухливими частинами, що й зважуються, бункерів здійснюється через компенсатори.

Обоє бункера мають верхні гозоущільнюючі тарілчасті клапани діаметром 1100 мм із гідравлічним приводом. Газові клапани постачені м'якими силіконовими ущільнювальними кільцями.

Безпосередньо до бункерів, знизу, приєднуються восьмикутні лійки й входять до числа деталей, що зважуються, обладнання. Хід шихтового затвора 390 мм, час ходу 2-10 сек. Під шихтовими затворами розташовуються нижні газоуплотнительные клапани діаметром також 1100 мм. Конус нижніх газових клапанів і шихтових затворів виконаний, як тверда несуча конструкція для бункерів. Обидві восьмикутні лійки мають нахил 40 стосовно осі печі і їх середньої лінії перехрещуються в розвантажувальній лійці. На виході цієї лійки встановлюється циліндрична футерована вставка, яка фокусує потік матеріалу, що надходить на розподільний лоток.

По сигналу «бункер порожній» у системі керування завантаженням, шихтові матеріали починають надходити на конвеєрний колошниковий підйомник. Бункери наповнюються матеріалом по черзі в ритму завантаження: один бункер готовий до приймання матеріалу з конвеєра, а іншої в цей час розвантажується. Природно, перед завантаженням бункера його шихтової затвор і нижній газовідокремлюючий клапан закриті, а верхній газовий клапан відкритий; при розвантаженні бункера верхній газовий клапан закривається, бункер заповнюється чистим газом для вирівнювання тиску з колошником і потім у строгій послідовності відкриваються нижній клапан і шихтової затвор.

Поворотний лоток довжиною 3500 мм виконаний з жаротривкої хромованої сталі. Усередині лоток облицьований чешуйчато розташованими півкільцями з нижньої сторони лоток захищений від теплового впливу подвійним днищем із хромонікелевої сталі й азбестовою прокладкою. Передбачається охолодження лотка азотом, а в аварійних випадках – природним газом.

Поворотний лоток підвішений безпосередньо під циліндричною вставкою й може одночасно виконувати два друг від друга незалежних рухи. Він обертається навколо осі печі з вибраним для установки числом оборотів і при цьому може змінювати своє кутове положення щодо осі печі, у певному, попередньо заданому діапазоні кутів нахилу. При спіральному, кільцевому й секторному завантаженні лоток обертається безупинно зі швидкістю 7,5 про/хв, забезпечуючи рівномірний окружний розподіл матеріалів. Напрямок обертання лотка попередньо задається й повинне регулярно змінюватися (наприклад, через кожні два тижні) для того, щоб забезпечити рівномірне зношування лотка й редуктора.

Для обертання й нахилу лотка служить поворотна тарель, яка відокремлює простір корпуса редуктора від колошника печі. У порожнину редуктора подається очищений і охолоджений азот з тиском 8,0 кг/см² і температурою 25 - 45С. При температурі в порожнині резервуара 60С привід обертання й нахилу лотка автоматично вимикається. Сама поворотна тарель знизу захищена жаростійким ізолюючим шаром.

Кутове положення лотка щодо вертикальної осі є одним з найважливіших параметрів завантаження. Для кожної порції матеріалів програмою задається кутове положення лотка, яке зберігається увесь час вивантаження порції («кільцева» завантаження) або змінюється східчасто в ході вивантаження порції («багатокільцеве» або «спіральне» завантаження). У новітній конструкції БЗП програмою задається також «часткове» ділення маси однієї порції на частині, що вивантажуються на кожному кутовому положенні лотка. При необхідності виправлення окружного розподілу шихтових матеріалів застосовують (у ручному режимі керування) «секторну» або «точкову» завантаження.

В автоматичному режимі кут нахилу лотка встановлюють на будь-якому значенні в припустимому діапазоні. Цей діапазон розділений на 10 кутів (позицій). Тому що доменна піч не завжди працює з однаковим рівнем шихти або однаковий рівень шихти не завжди підтримується, то виникає необхідність у коректуванні попередньо заданого кута нахилу лотка залежно від фактичного рівня шихти й виду матеріалу. Із цією метою технологічний параметр «рівень засипу» у програмі представлений у трьох варіантах: 0 – 1 м, 1 – 2 м і 2 – 6 м. Для кожного з варіантів установлюються свої значення 10 кутів нахилу лотка.

Кут нахилу лотка при фактичному рівні шихти, що завантажується.

№ позиції	0 – 1 м	1 – 2 м	2 – 6 м
1	15,00	15,00	15,00
2	18,00	17,50	18,00
3	27,00	26,50	24,00
4	35,50	34,50	32,20
5	39,50	39,00	36,50
6	43,30	43,00	40,00
7	46,00	45,50	43,00
8	47,50	47,50	44,50
9	48,50	48,50	45,50
10	50,50	50,50	50.50

Система керування сама автоматично вибирає необхідне кутове положення лотка без зміни оператором програми завантаження.

Способи завантаження

У бункері міститься одна порція матеріалів. У більшості випадків порція – це половина подачі (напівподача): кокс (К) і залізорудна частина подачі із флюсом (Р). При рудному навантаженні, рівної 3,7 – 4,0, об'єми цих двох порцій приблизно однакові. Склад порцій можна запрограмувати й будь-яким іншим способом:

• суміш коксу й залізорудних матеріалів,

• добавки № 1, 2 і 3,

• особливий вид твердого палива (екстра кокс) і ін.

Програма завантаження вводиться у вигляді матриці через станцію візуалізації й виводиться на екран монітора. Для кожного заповнення бункера в матриці передбачене гніздо з декількома колонками, у якій утримуватися наступні дані:

• номер завантаження;

• тип і вага матеріалу;

• кількість частин (порція ділиться на кілька частин) для 10 кутів нахилу обертового лотка;

• початок вивантаження (кутова позиція лотка);

• час вивантаження порції (уведення «0» означає, що час вивантаження визначається самою системою керування), звичайно цей час становить 55 – 65 сек.;

• рівень засипання;

• запуск програми;

• закінчення роботи програми;

• додаткове завантаження коксу;

• напрямок обертання лотка.

Існують три такі матриці. Активна матриця втримується в системі керування, інша матриця може бути завантажена в будь-який час.

При завантаженні шихти на колошник печі із застосуванням обладнання, що зважує, бункера шихтовий затвор розкривається на такою заданий системою керування кут, при якому за один оборот лотка завантажується одна частина порції шихти, завантаженої в бункер. Тільки після вивантаження в піч за ціле число оборотів лотка однієї або декількох частин порції шихти на одну позицію система керування посилає сигнал приводу на зміну кута нахилу лотка. Вивантаження однієї частини порції шихти здійснюється за один оборот обертового лотка, тривалість якого становить 7,5 секунди. У випадку несправності обладнання, що зважує, завантаження здійснюється за заданим часом.

Із усіх можливих комбінацій обертання й зміни кута нахилу лотка можливі наступні способи вивантаження шихти в піч.

1. Автоматичний режим керування:

- кільцеве й спіральне завантаження по вазі або за часом (вивантаження порції матеріалу у бункері з розбивкою на частині, що відповідає однієї або декільком позиціям лотка);

- секторне завантаження (кільцеве завантаження з вивантаженням великого кільця матеріалу над певним сектором колошника). У системі керування задають наступні параметри: бажана кількість (%) матеріалу для вивантаження на обраному секторі (>60 і <300), початок і закінчення великого розкриття шихтового затвора.

2. Режим ручного дистанційного керування:

• кільцеве й спіральне завантаження;

• точкове завантаження.

В автоматичному режимі завантаження розподіл маси матеріалу на різних кутах нахилу лотка розраховується по формулі:

G₀ =

де: G₀ – маса завантажувального матеріалу на одну позицію (кільце), т

G – маса порції шихти, завантаженої в бункер, т

m – загальна кількість частин порції матеріалів

n – кількість частин, що вивантажуються на одну позицію (кільце).

Нижче наведена програма завантаження доменної печі об'ємом 3200 м³.

Склад подачі: кокс – 16т (30м³); залізорудні матеріали (агломерат + окатиші + конверторний шлаки) – 60 т (30м³). Рівень зависипу – 1,2 м. подачу завантажують у піч двома порціями (напівподачами): кокс (К) і залізорудні матеріали (Р).

№ завантаження1	матеріал	№ кутових положень лотка (позицій)	Кількість позицій	Кількість частин шихти, що вивантажуються на кожну позицію (кільця)
1	К1,2	8 – 7 - 6	3	2 – 2 – 2 -
2	Р 1.2	8 – 7 – 6 - 5	4	2 – 2 – 2 - 2
3	К 1.2	7 – 6 – 5 - 4	4	2 - 2 – 2 - 1
4	Р 1,2	7 – 6 – 5 - 4	4	1 – 2 – 2 – 2
5	К 1,2	7 – 6 – 5 – 4	4	2 – 2 – 2 - 2
6	Р 1,2	7 – 6 – 5 - 4	4	1 – 2 – 2 - 2
7	К 1,2	9 – 8 – 7 - 6	4	1 – 2 – 2 - 2
8	Р 1,2	8 – 7 - 6	3	2 – 2 – 2 -
9	К 1,2	8 – 7 – 6 - 5	4	2 – 2 – 2 – 2
10	Р 1,2	7 – 6 – 5 - 4	4	2 – 2 – 2 - 2

Кут розкриття шихтового затвора розраховується системою керування таким чином, щоб на кожну позицію (кільце) вивантажилися цілі частини. У програму завантаження закладене загальне правило: вимір маси матеріалів на дозаторах бункерної естакади печі використовуються для контролю обладнань, що зважують, БЗП.

Для доменних печей що проходять реконструкцію фірма Пауль Вюрт розробила варіант однотрактового БЗП з бункером, установленим по осі колошника, і приймальні лійки таке ж об'єму, як і бункер.

Завантажувальний пристрій конструкції ВНДІМЕТМАШ

На доменних печах Криворіжсталі, Запоріжсталі й Карагандинському металургійному комбінаті було встановлено безконусний завантажувальний пристрій з розподільником лійка – сковзало. Обладнання (рис. 5.12, б) складається із прийомної лійки, двох паралельні шихтові трактів лійки, що обертається, – розподільника, що обертається сковзала – розподільника й підстави, змонтованого на колошниковому фланці купола печі й несучого шихтові тракти й розподільники.

Прийомна лійка виконана із двосхилим днищем і двома заслінками, що забезпечують подачу шихти в кожний із двох бункерів об'ємом по 27м³. Бункер постачений верхнім і нижнім тарілчастими газовідсікаючими клапанами й шихтовим двохчелюстним затвором. Шихтовий затвор регулює інтенсивність дозованого висипання шихти на бункери. Кожний бункер обладнаний зрівняльними клапанами й установлений на стійках, закріплених на металоконструкції підстави.

Шихта з бункера по похилій тічці надходить в обертову лійку, що має конічну форму й зміщений отвір. Швидкість висипання шихти через цей отвір залежить від гранулометрического складу шихти й розмірів самого отвору. Для підвищення рівномірності витікання шихти передбачений режим роботи лійки з нагромадженням.

Під обертовою лійкою – розподільником розташоване обертове розподільне сковзало. Сковзало являє собою поверхню конуса з кутом нахилу утворюючої до обрію 40, вісь якого збігається з віссю печі і є віссю обертання. Конічна поверхня усічена віртуальною циліндричною поверхнею, вісь якої паралельна осі конуса й зміщена щодо неї на таку відстань, щоб циліндрична поверхня не доходила до осі конуса. У результаті, довжина утворюючої (сковзала) конуса по його окружності стає змінною величиною.

Лійка й конус зі зміщеною поверхнею (сковзало) підвішені на співвісних вертикальних штангах і приводяться в обертання роздільними електроприводами. Сковзало з максимальним радіусам 2500 мм обертається синхронно з лійкою або може повертатися щодо її розвантажувального отвору для регулювання розподілу шихти по радіусу колошника. Привід розподільника винесений за межі простору печі й не вимагає азоту для охолодження редуктора.

Конструкція передбачає можливість відсікання завантажувального пристрою від печі для ремонтів при короткочасних її зупинках.

Аналіз ефективності безконусних завантажувальних пристроїв

Вітчизняна й закордонна практика експлуатації доменних печей показала, що БЗП з лотковим розподільником у порівнянні з конусним розподільником мають безперечна техніко-економічна переваги відносно можливостей керування радіального й окружного розподілу шихтових матеріалів на колошнику й підвищення ефективності роботи доменних печей за рахунок поліпшення використання хімічної й теплової енергії газового потоку. Економія коксу й збільшення продуктивності печі при установці БЗП в порівнянні з конусним завантажувальним пристроєм становлять 5 – 7 %, знижуються простої печі через несправності по завантаженню в 2 рази, зменшуються витрати на обслуговування й ремонти БЗП на 50%, зростає тривалість кампанії печі на 20%. БЗП мають менші маси й габарити, знижують здрібнювання матеріалу при завантаженні і їх сегрегацію.

Переваги безконусних завантажувальних пристроїв роблять актуальним оснащення нових і доменних печей різного об'єму що проходять реконструкцію новим завантажувальним обладнанням.

Роторний завантажувальний пристрій

З 1989 г на ряді потужних доменних печей установлене й успішно експлуатується в плині тривалого часу БЗП з роторним лопатевим розподільним органом, що забезпечує можливість розташування гребеня шихти, що завантажується на колошнику, на будь-якій відстані від стінки й осі печі шляхом зміни заданої швидкості й напрямку обертання ротора (рис. 5.13). Головною відмітною ознакою цього обладнання є наявність у ньому роторного розподільника шихти, основний робочий орган якого розташовується усередині печі й виконаний у вигляді п’ятилопастного гвинта – ротора.

Порядок роботи роторного завантажувального пристрою (РЗП) у частині приймання й шлюзування шихти аналогічний порядку роботи типового двохконусного апарата. Дві напрямні лійки, для лівого й правого скіпів, змонтовані на відкатному візку для прискорення монтажних робіт із заміни вузлів РЗП. З напрямних лійок шихтові матеріали зсипаються в прийомну лійку, корисна ємність якої дорівнює об'єму одного скіпа. Із прийомної лійки через відкритий верхній конус шлюзової камери шихтові матеріали висипають у проміжний бункер (шлюзову камеру), корисна ємність якої дорівнює об'єму трьох скіпів. Проміжний бункер складається із частини нижнього конуса, газового затвора й сідла верхнього конуса. Контактні поверхні чаші, сідла, верхнього й нижнього конуса наплавляються твердим сплавом.

При відкриванні нижнього конуса шихта надходить на п'ять обертових лопат ротора, розташованих похило, під деяким кутом до обрію. Ротор лопатевої складається з вала, маточини й п'яти лопат. Лопати ротора виконуються звареними з жароміцної сталі й складаються із двох частин:

• приймальні частини що сама футеруються, що примикає безпосередньо до маточини,

• і завантажувальної частини, що розподіляє матеріали по перетину колошника й захищеної плитами зі зносостійкого чавуну.

Привід роторного розподільника у вигляді кутового редуктора й опорного вузла вала розподільника розташовується по осі колошника доменної печі під нижнім конусом, укладений у корпус і встановлений на трьох радіусних балках. Через одну із трьох балок проходить вал від електропривода й технологічні комунікації. Балки теплоізольовані й захищені зверху від абразивного зношування шихтою.

Рисунок 5.13 ‒ Завантажувальний пристрій з роторним розподільником шихти

1 — скіп; 2 — прийомна лійка; 3 — шихтовий і газовий затвор конусного типу; 4 — накопичувальний бункер; 5- шихтовий клапан; 6- газовий клапан;

7- корпус клапанів; 8- привід ротора; 9- ротор; 10- купол печі.

Технологічна характеристика роторного завантажувального пристрою

Об'єм доменної печі, м3	1000	2000	3000
Пропускна здатність, скіп/год.	50	50	50
Корисна ємність, м3
прийомної лійки	6,5	12	17
скіпів	1	1	1
Діаметр конусів, мм
верхнього	1650	1650	2500
нижнього	3000	3000	4000
Корисна ємність, м3
проміжного бункера	19,5	36	51
скіпів, м3	3	3	3
Діаметр, мм
колошника	5800	7300	8600
ротора	3100	4150	4500
Швидкість обертання ротора, об./хв.	0 – 20	0 – 20	0 – 20
Маса РЗП, т	125	165	280

Система охолодження РЗП забезпечує охолодження азотом внутрішньої порожнини вала ротора й камери кутового редуктора; охолодження самого редуктора й опорного вузла маслом у замкненому контурі.

На поверхні обертових лопат під дією трьох сил (відцентрової, тертя й Коріоліса) відбувається формування п'яти потоків шихтових матеріалів, які, рівномірно розподіляючись по окружності, утворюють на колошнику кільцевий гребінь із пологими укосами. При цьому незалежно від рівня зависипу при обертанні ротора в напрямку нахилу лопат завантажуються периферія й середня зона колошника, а при обертанні в протилежному напрямку – осьова.

Можливі два варіанти режиму автоматичного завантаження:

• кільцеве укладання шихти;

• й спіральне.

Кільцеве завантаження здійснюється при постійній швидкості обертання ротора в період зсипання шихтових матеріалів на поверхню зависипу. Цей режим застосовується для інтенсивного навантаження (розвантаження) периферійної, середньої або осьової зони колошника.

У режимі спірального завантаження швидкість ротора безупинно змінюється в заданому режимі процесу зсипання порції шихти на колошник. Кільця шихтових матеріалів, утворені при завантаженні на поверхні зависипи, замикаються при повороті розподільника на кут, кратний числу лопат, що знижує ймовірність виникнення орієнтованої окружної нерівномірності розподілу матеріалів і рудного навантаження.

При сході з лопат ротора потік шихтових матеріалів спрямований під гострим кутом стосовно стіни колошника, що знижує здрібнювання матеріалів при зустрічі їх із захисними плитами колошника й збільшує термін служби колошникового захисту. Роторний завантажувальний пристрій установлюється безпосередньо на колошниковий фланець доменної печі. По своїх висотних габаритах РЗП не перевищує габаритів двохконусного типового апарата. Тому при його установці на діючих печах не потрібно реконструкції купольної частини печі, копра й верху похилого мосту, а також не губиться корисний об'єм печі. Для забезпечення роботи РЗП використовуються існуючі механізми:

• балансири й лебідки конусів,

• зонди,

• зрівняльні клапани,

• скіповий підйомник.

Питання

1. Які технологічні функції виконує завантажувальний пристрій сучасної доменної печі?

2. Які вимоги пред'являються до конструкції завантажувальних пристроїв?

3. Приведіть приклади конструкцій розподільників шихти конусних і безконусних завантажувальних пристроїв.

4. Назвіть основні техніко-економічні переваги безконусних завантажувальних пристроїв у порівнянні з конусними.