Проектирование агрегатов для обжига окатышей

Из всех деталей обжиговой тележки колосники (рис. 3) испытывают воздействие наиболее высоких температур. Их изготавливают из высоколегированных материалов литьем или штамповкой.

Рис. 3. Колосник обжиговой машины.

В обжиговых конвейерных машинах применяют штучные колосники конструктивных разновидностей, отличающихся формой поперечного сечения: трапециевидные, ромбические и прямоугольные. Последние будучи более широкими и массивными лучше сопротивляются короблению и разгару. Колосники ромбического сечения лучше других самоочищаются от застрявших между ними кусочков шихты при движении тележек в перевернутом положении по нижней ветви направляющих.

Щели в колосниковой решетке тележки, образованные благодаря наличию местных выступов на боковых поверхностях колосников, расположены по направлению движения конвейера. Оптимальная ширина щелей установлена в результате многолетней практики эксплуатации обжиговых машин и равна 6 мм. В зависимости от размера тележки на ней расположено 3-4 ряда колосников. По два крайних колосника, расположенных в каждом ряду у бортов, выполняют "глухими" т. е. без выступов образующих щели. Отсутствие щелей в решетке у бортов, как и волнистая внутренняя поверхность последних, предназначены для уменьшения интенсивности прохода газов у бортов.

Привод 32 (см. рис 1) обжиговых тележек предназначен для их подъема с нижнего холостого пути на верхний рабочий, а также для передвижения тележек по верхнему пути.

Загрузочное устройство 19 (см. рис 1) обжиговой конвейерной машины по расположению, назначению, конструкции и принципу работы аналогично загрузочному устройству агломерационной машины.

Обжиговые конвейерные машины снабжают устройствами для очистки колосникового поля тележек и замера прогиба их корпусов.

Устройство для очистки колосникового поля устанавливают под холостой ветвью конвейера вблизи от разгрузочной части. Устройство роторного типа состоит из трех основных частей: стержневого ротора с балами (кольцами), опор ротора на подшипниках качения и привода установленных на раме. Шарнирное закрепление одной стороны рамы и наличие винтов на другой ее стороне позволяют осуществлять регулировку положения ротора относительно поверхности колосников.

Устройство рычажно-грузового типа состоит из нескольких секций, перекрывающих всю ширину колосникового поля. каждая секция включает трехзубое колесо, вращающееся от электропривода. Один конец рычага, на котором закреплен груз, взаимодействует с зубьями колеса, другой - непосредственно с колосниками тележек.

Устройство для замера прогиба устанавливают под холостой ветвью конвейера. устройство представляет собой расположенную поперек ленты тележек балку, на которой закреплены два электрода. При прохождении под электродом тележки с прогибом корпуса больше допустимого подается сигнал в операторский пункт обжиговой машины.

Горн обжиговой машины перекрывает сверху всю ее рабочую площадь (прососа и продува). Разбивка горна по длине на отдельные зоны выполнена при помощи поперечных разделительных стенок, которые выкладывают из огнеупорного высокоглиноземистого кирпича.

Колпаки 27 и 28 (см. рис 1) зоны сушки представляют собой сварные пространственные металлоконструкции. Отсос технологических газов из колпака производится через верхние патрубки 30, присоединяемые как газопроводам через компенсаторы. В колпаке имеется патрубок для подвода горячего газа, который смешиваясь с технологическими газами, предотвращает их охлаждение ниже очки росы и выпадение конденсата.

Газовоздушные камеры 8 (см. рис 1) охватывают рабочую поверхность колосниковой решетки снизу и служат для прососа и продува технологических газов и воздуха через слой окатышей, транспортируемых обжиговыми колосниковыми тележками. Камеры, работающие при высоких температурах, изнутри футерованы огнеупорными материалами. Ряд камер покрыт снаружи слоем термоизоляции.

2. Вращающиеся печи.

2.1 Основные характеристики и конструкция вращающихся печей

Трубчатыми вращающимися печами принято называть технологические агрегаты непрерывного действия с рабочим пространством в виде полого цилиндра, котором вследствие небольшого наклона (~3°) печи и вращения перерабатываемые сыпучие ма­териалы перемещаются вдоль печи, нагреваясь за счет тепла, выделившегося при сжигании топлива. В конструктивном отношении они отличаются друг от друга только размерами корпуса и устройством систем загрузки и выгрузки материала. В названии печи обычно отражено ее назначение. Так, например, различают вельц-печи, применяемые для вельцевания кеков цинкового производства, печи для спекания бокситов, кальцинации глинозема, обжига ртутьсодержащих материалов, а также печи для сушки различных промежуточных продуктов металлургического производства.

По энергетическому признаку трубчатые вращающиеся печи относятся к печам-теплообменникам с переменным по длине режимом тепловой работы. На участке печи, где происходит горение топлива и температура продуктов сгорания достигает 1550— 1650 СС, осуществляется радиационный режим работы печи. По мере продвижения продуктов сгорания топлива по длине печи они охлаждаются до нескольких сот градусов и режим тепловой работы печи постепенно становится конвективным. Конкретное распределение по печи зон с конвективным и радиационным режимом работы зависит от вида и параметров технологического процесса.

За исключением получивших небольшое распространение печей для сушки сульфидного сырья, трубчатые печи работают в режиме противотока. Загружаемая в печь шихта может иметь различную степень влажности, вплоть до пульпы, содержащей до 40 % воды. Она подается в верхнюю (хвостовую) часть печи и медленно движется навстречу газам, образующимся в результате сгорания топлива в головной части агрегата. Из барабана перерабатываемые продукты в виде спека или раскаленного порошкообразного материала поступают в специальный холодильник, а газообразные продукты сгорания топлива вместе с технологическими газами направляются в систему пылегазоочистки. В зависимости от вида технологического процесса для отопления трубчатых вращающихся печей могут быть использованы: природный газ, мазут и твердое топливо и в виде коксовой мелочи или угольной ныли. В качестве сжигающих устройств и трубчатых печах обычно применяют газовые горелки типа «труба в трубе», форсунки для сжигания малосернистого мазута или специальные пылеугольные горелки.

Основными элементами вращающихся печей (рис. 5) являются корпус (барабан), приводной механизм, опорные бандажи с роликами, а также загрузочная и разгрузочная камеры.

Корпус мечи представляет собой сварную металлическую трубу диаметром до 5м и длиной до 185м, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом. Он опирается на специальные ролики, ширина пролета между которыми составляет для больших печей 20 - 28 м. Для перемещения материала корпус наклонен к горизонту под углом в 2,5 - 3°. Привод печи, с помощью которого она вращается с частотой около 1 об/мин, состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи.

Опорные бандажи кольцевой формы воспринимают на себя всю нагрузку от веса барабана, достигающую 70—80 т. Для больших печей применяют кованые бандажи прямоугольного сечения, которые надевают на корпус свободно, с небольшим зазором, учитывая последующее тепловое расширение барабана. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся вместе с бандажом во время работы печи.

Верхний торец печи входит в загрузочную камеру. Сухую шихту загружают в печь с помощью шнекового питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Пульпа подается в печь через пульповую трубу ковшом-дозатором или с помощью специальной форсунки. Улавливаемая пыль возвращается в барабан печи так же, как сухая шихта.

Нижний торец печи входит в разгрузочную камеру. Между ней и барабаном ставится специальное кольцевое уплотнение. В передней стенке камеры имеются отверстия для установки горелочных устройств. К ней также примыкают устье канала, по которому готовый продукт пересыпается в холодильник.

Рис. 5. Общий вид вращающейся трубчатой печи:

1, 15 – верхняя и нижняя головки печи; 2 – загрузочное устройство; 3 – уплотнение; 4 – цепная завеса; 5 – барабан; 6 – подшипник; 7 – опорный ролик; 8 – упорный ролик; 9 – бандаж; 10, 11 – зубчатая передача; 12 - редуктор; 13 – двигатель; 14 – упорное устройство; 15 – форсунка.

Для предотвращения налипания влажной шихты на стенки барабана и настылеобразования в холодном конце печи устанавливают цепные завесы. Их прикрепляют к барабану одним концом по всему сечению печи, выбирая длину зоны таким образом, чтобы температура газов в ней не превышала 700°. При отсутствии завес может быть использовано отбойное устройство, представляющее собой связки рельсов длиной до 12 м, прикрепленные цепью к торцевой головке печи.

Футеровка вращающихся печей работает в весьма тяжелых условиях, что связано с периодическим колебанием температур на поверхности кладки, обусловленным вращением печи и перемещением находящегося в ней материала. Перепады температур на внутренней поверхности барабана при входе и выходе из-под слоя шихты составляют 150—200 °С. В зоне спекания па футеровку сильное химическое и абразивное воздействие оказывает материал. В зоне сушки кладка подвергается значительному истиранию цепями. Основным материалом для футеровки печей глиноземных заводов служит шамот. Высокотемпературные зоны печи выкладывают из хромомагнезитового, магнезитового и нериклазошпинелидного огнеупорного кирпича. Для сохранения футеровки при остановках печи барабан должен вращаться до ее полного охлаждения. Продолжительность работы печи обычно составляет 2—4 года.

Переработка мелкого сыпучего материала без его расплавления с успехом производится также в трубчатых вращающихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и продукты горения топлива. Движение материала происходит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший теплообмен с горячими газами все время обновляющейся поверхности материала. Теплообмену способствует также то, что материал, пересыпаясь, попадает на нагретую поверхность кладки за тот период, когда она свободна от слоя материала.

Все это определило высокую интенсивность теплообмена в рабочем пространстве печи.

Трубчатые вращающиеся печи используются также для сушки различных материалов, удаления химически связанной влаги при высоких температурах обжига и для спекания материала с образованием новых соединений. Это определило их применение при производстве глинозема в алюминиевой промышленности (спекание и кальцинация). Они нашли применение и при переработки материалов, содержащих свинец и цинк. При этом цинк отгоняется и виде окисла и улавливается из отходящих газов. Барабанные печи используются для обжига сульфидных материалов.

2.2. Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей.

При нагреве нейтральных в энергетическом отношении сыпучих материалов тепло в зону технологического процесса трубчатых вращающихся печей поступает за счет одновременного протекания всех трех видов теплообмена: излучением от факела и раскаленной футеровки, конвекцией и теплопроводностью от поверхности кладки, по которой непрерывно перемещается перерабатываемый материал. Помимо этого необходимо учитывать, что в шихту печей для вельцевания кеков вводится в качестве реагента-восстановителя коксовая мелочь. В результате часть используемой на ее нагрев тепловой энергии генерируется непосредственно в зоне технологического процесса во время частичного окисления углерода и образующихся в результате переработки шихты паров металлического цинка.

Поступившее в слой перемещающегося по печи материала тепло распределяется в нем в основном за счет контактной теплопроводности. Однако в процессе энергичного перемешивания шихты, температура по слою быстро выравнивается и его можно принять тонким в тепловом отношении телом, нагрев которого сопровождается многочисленными эндо- и экзотермическими реакциями. Ввиду большой сложности и недостаточной изученности механизма теплообменник процессов в трубчатых печах, анализ их тепловой работы базируется в основном на изучении эмпирических данных и оценке тепловых балансов печей.

Температурный режим, работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса и в значительной степени определяется химическим и фракционным составами перерабатываемых материалов. Обычно его выбирают опытным путем и организуют таким образом, чтобы в печи строго соблюдался график нагрева шихты, задаваемый по технологическим данным.

В качестве примера может быть рассмотрен режим, достаточно хорошо изученных печей, применяемых для спекания шихты на глиноземных заводах. В них до температур порядка 550 °С происходят общие для всех вращающихся печей процессы сушки и удаление гидратной влаги и далее в интервале температур 550 - 1200 °С — реакции образования растворимых соединений алюминия, свойства которых во многом зависит от температурного режима спекания. В процессе нагрева шихта проходит в печи четыре условно выделенные температурные зоны, постепенно превращаясь в спек.

В первой зоне, длина которой составляет около 30 м, происходит нагрев материала от 20 до 300 °С, сопровождающийся его сушкой и обезвоживанием. Температура газов на этом участке печи, если его рассматривать по ходу движения шихты, изменяется соответственно от 200 до 700 °С. Длина второй зоны достигает 16—17 м. В ней материалы нагреваются до 100 °С при полном разложении карбоната кальция и изменении температур топочных газов по длине зоны от 700 до 1400 °С. Третья зона расположена в области интенсивного горении топлива (факела). Температура газов здесь максимальна и определяется величиной 1600—1650 °С. Шихта в этой зоне нагревается до 1200—1260 °С и спекается. В четвертой зоне происходит охлаждение спека до 1100 °С при температуре газов 1000 - 1550 °С.

При неизменном во времени температурном режиме работы печи ее производительность определяется толщиной слоя и физико-химическими свойствами находящегося в ней материала. В среднем по отрасли она составляет величину порядка 12 т/ч спека при расходе 6300-—7300 кДж/кг получаемого продукта. В отличие от спекания технологические процессы, протекающие в других трубчатых печах, идут без оплавления шихты.

3. Расчетная часть.

3.1.  Расчет мощности привода тележечного конвейера обжиговой машины.

Схема нагрузок для расчета мощности привода ленты тележек конвейерной обжиговой машины показана на рис. 4.

Расчет мощности приводного двигателя тележечного конвейера приведем для машины с беззазорной лентой тележек и разгрузочной частью подвижного типа. Мощность привода ленты тележек расходуется на преодоление сопротивлений движению конвейера: трения качения в ходовых роликах тележек, трения скольжения в нижних продольных, торцевых и бортовых уплотнениях при движении тележек, трения в зацеплениях и трения при загрузке шихты на машину. Вместе с тем следует учитывать, что окатыши, находящиеся на не разгрузившихся еще тележках разгрузочной части, создают движущий момент, облегчающий работу привода.