Доронин С.В. Конструктивные формы металлургического оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

валов опираются на плиты 15. Для герметизации отверстий у выхода

валов к корпусу подшипников и обеспечения постоянного плотного

прижатия уплотнения 10 имеется прижимная крышка 16.

Рис. 45. Шаровая мельница: 1 – корпус; 2 – болтовое соединение; 3 – ребро же-

сткости; 4 – течка; 5 – горловина; 6 – люк; 7 – вал; 8 – подшипник; 9 – шейка

вала; 10 – уплотнение; 11 – диск; 12 – рабочая камера; 13 – перегородка; 14 –

разгрузочная камера; 15 – плита; 16 – прижимная крышка

При вращении ротора в направлении точки А на диске «от нас»

слой шаров, опирающийся на этот диск, уносится в направлении «от

нас» и вверх полукруговым движением до точки В и выбрасывается в

направлении движения ротора в верхней части камеры. В это время диск

с обозначенной на поверхности точкой В сделает также половину оборо-

та с движением в направлении «к нам» и вниз и окажется на месте точки

А. Но угол наклона виска с точкой В противоположен тому, какой имела

в этом месте поверхность диска с точкой А.

Диск с точкой В опускается вниз, захватывает свежую порцию

шаров, падающих на него и в междудисковое пространство с точки С, и

начинает подъем этих шаров «от нас» и вверх, как это было совершено

другим диском, и выбрасывает их в верхней части, также в направлении

движения ротора и цикл повторяется, создавая постоянный поток выбра-

сываемых шаров в направлении вращения ротора.

Учитывая, что окружная скорость вращения дисков ротора для

данных условий в несколько раз превышает скорость свободно падаю-

щего шара, в этих условиях совершенно исключается проход шаровой

загрузки в обратном направлении движению ротора. В процессе работы,

диски все время находятся в затопленном состоянии в массе шаровой

загрузки и, не имея на своей поверхности выступающих частей, совер-

шают относительно плавное вращение.

Придание двум роторам взаимно противоположных направле-

ний вращения обеспечивает новую схему движения шаров, где в про-

странстве С соударяются два противоположных потока смеси шаров и

измельчаемого материала и за счет реактивной силы почти удваивается

сила ударного воздействия шаров на измельчаемый материал. После

окончания ударного воздействия и погашения скорости, шаровая загруз-

ка, опускаясь вниз, попадает в основном в междудисковое пространство

обоих роторов, и цикл повторяется.

Материал загружается через горловину 5 и подвергается из-

мельчению в круговороте шаровой загрузки и под напором постоянно

поступающих в камеру свежих порций материала, передвигается к раз-

грузочной камере, перед которой установлена броневая перегородка с

отверстиями, через которые проходит измельченный материал к течке 4.

Таким образом, в реактивной шаровой мельнице создаются ис-

ключительные условия для придания шарам больших скоростей, увели-

чения силы ударного воздействия на материал и частоты ударов шаров в

единицу времени. Реактивная шаровая мельница может измельчать ма-

териал при любом сочетании направлений вращения роторов. Наряду с

этим в мельнице создаются также и весьма эффективные условия для из-

мельчения материалов истиранием, что обусловлено перемещением ша-

ровой загрузки и материалов за счет вращения наклонных дисков ротора

и создаваемым при этом интенсивным трением шаров внутри массы.

Предложенная мельница проста в конструктивном исполнении,

имеет удобный для работы и обслуживания внутренней части рабочей

камеры разъемный неподвижный корпус, в котором можно ставить

утолщенные бронеплиты. Мельница имеет небольшое количество тру-

щихся узлов. Исключена возможность заклинивания между дисками или

дисками и неподвижным корпусом, тем более, что в этом месте преду-

смотрен необходимый гарантированный зазор.

Прием формообразования реактивной шаровой мельницы за-

ключается в одновременном усложнении структуры (увеличении числа

взаимодействующих элементов) и конструктивной формы отдельных

деталей (валов с наклонными дисками) с целью интенсификации рабоче-

го процесса за счет увеличения его кинематических и силовых характе-

ристик.

Изобретение [19] относится к технике тонкого измельчения ма-

териалов.

Известны вихревые мельницы, содержащие сепарирующее и

пылеулавливающие устройства, цилиндрическую помольную камеру с

устройством ввода газового энергоносителя, выполненного в виде на-

клонно установленных лопастей, расположенных радиально с зазором

между собой в нижней части рабочей камеры,.

Недостатком данных мельниц является сложность изготовления

устройства ввода газового энергоносителя и высокая энергоемкость,

обусловленная потерями энергии в труднопрофилируемых зазорах меж-

ду лопастями.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и

достигаемому результату является вихревая мельница, содержащая ци-

линдрическую помольную камеру с инжекторными вводами энергоноси-

теля, классификатор с трубками возврата недоизмельченного материала,

пылеосадительный циклон с бункером и отводящий трубопровод.

Недостатком известной мельницы является наличие утоплен-

ных, тангенциально установленных разгонных трубок, образующих в

местах сопряжения с помольной камерой площадки, создающих вихре-

вые зоны в месте ввода энергоносителя и, тем самым, обуславливающих

увеличение потерь энергии на измельчение и повышенный износ по-

мольной камеры.

Цель изобретения – повышение эффективности процесса из-

мельчения и срока службы – достигается тем, что в мельнице (рис. 46),

содержащей цилиндрическую помольную камеру с инжекторными вво-

дами энергоносителя, классификатор с трубками возврата недоизмель-

ченного материала, пылеосадительный циклон с бункером и отводящий

трубопровод, инжекторные вводы выполнены прямоугольного сечения и

сопряжены с помольной камерой по спирали Архимеда прямоугольной

улиткой с минимальным радиусом, равным радиусу внутренней стенки

помольной камеры.

Рис. 46. Вихревая мельница: 1 – бункер исходного материала; 2 – труба подачи

материала; 3, 4 – сопла; 5 – улитка; 6 – помольная камера; 7 – классификатор; 8 –

трубка возврата; 9 – патрубок; 10 – циклон; 11 – бункер циклона; 12 – отводящий

трубопровод

Мельница содержит бункер 1 исходного материала, соединен-

ный трубами подачи материала 2 с инжекторными вводами, включаю-

щими сопла 3 и 4 и улитки 5, сопряженные с корпусом помольной каме-

ры 6, выход которой соединен с классификатором 7, выход которого, в

свою очередь, в нижней части соединен трубками возврата 8 с инжек-

торными вводами, а в верхней части через патрубок 9 с пылеосадитель-

ным циклоном 10, содержащим бункер 11 и отводящим трубопровод 12.

Мельница работает следующим образом.

Поступающий из бункера 1 по трубкам подачи 2 в инжекторные

вводы 3 исходный материал смешивается с высокоскоростным газовым

энергоносителем, ускоренным в соплах 4. Высокоскоростная газовзвесь

в процессе движения по внутренней поверхности улитки 5 ускоряется,

образуя мощный вихревой поток, восходящий к выходу помольной ка-

меры 6. Частицы твердого материала в вихревом потоке совершают

сложное движение с переменной угловой скоростью и в результате вза-

имных столкновений разрушаются. Частицы, вынесенные газовым пото-

ком в сепаратор 7, разделяются на фракции. Недоизмельченные частицы

по трубам возврата 8 возвращаются в инжекторные вводы на доизмель-

чение, а частицы заданной крупности по патрубку 9 выносятся в пылео-

садительные циклоны 10, где отделяются от газового энергоносителя и

оседают в бункер готового продукта 11. Отработавший энергоноситель

через отводящий трубопровод 12 выбрасывается в атмосферу.

За счет прямоугольного сечения инжекторных вводов и прямо-

угольной улитки, сопряженной по спирали Архимеда с цилиндрокониче-

ской помольной камерой, устраняются зоны завихрений на участке раз-

гона измельчаемого материала, что способствует снижению потерь энер-

гии почти в полтора раза, снижается износ участка разгона, повышая

срок службы мельницы в два раза.

В данной конструкции конфигурация рабочего пространства и

использование аэродинамических эффектов позволяют повысить эффек-

тивность измельчения материала при достаточно простой структурной

схеме.

Выполненный сравнительный анализ позволяет утверждать, что

для всех мельниц упрощения структуры и конструктивных форм воз-

можны при отказе от чисто механического разрушения материала рабо-

чими органами или вспомогательными элементами, и при более полном

использовании физических эффектов и принципов.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ СУШКИ И ОБЖИГА

Оборудование для сушки и обжига, в отличие от дробильно-

измельчительного оборудования, не испытывает интенсивных внешних

механических реакций со стороны обрабатываемого материала. Ком-

плекс нагрузок определяется тепловыми деформациями и преимущест-

венно весовыми нагрузками рабочей среды. Кроме обеспечения прочно-

сти и жесткости при формообразовании оборудования для сушки и об-

жига исходят из необходимости создания оптимальных условий для про-

текания технологических процессов. Разнообразие режимов и парамет-

ров этих процессов является причиной возникновения существенно от-

личающихся друг от друга конструктивных форм. Рассмотрим некото-

рые особенности и закономерности формообразования конструкций это-

го класса на примере вращающихся трубчатых печей и печей кипящего

слоя.

2.1. ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРУБЧАТЫЕ ПЕЧИ

Вращающаяся печь (рис. 47) состоит из следующих основных

узлов: трубчатого корпуса (называемого барабаном, особенно при малой

длине), опор, привода, гидроупора, загрузочного и разгрузочного уст-

ройств (головок) [20].

Рис. 47. Вращающаяся трубчатая печь: а – схема установки печи 5×185 м; б –

вварной бандаж; в – опорный ролик на подшипниках качения; г – гидроупор; д –

кинематическая схема привода; 1, 14 – верхняя и нижняя головки; 2 – устройство

для подачи пульпы; 3 – уплотнение; 4 – цепная завеса; 5 – роликовая опора; 6 –

подшипник; 7 – корпус печи (барабан); 8 – упорные ролики; 9 – опорный бан-

даж; 10 – зубчатый венец привода; 11 – главный редуктор; 12 – главный электро-

двигатель; 13 – упорное устройство; 15 – форсунка; 16 – маслосистема опоры; 17

– приводной вал; 18 – плита; 19 – основание подшипника; 20 – упорный ролико-

подшипник; 21 – сферический стакан; 22 – кожух ролика; 23 – опорный ролик;

24 – ось; 25 – роликоподшипник; 26 – вспомогательный электродвигатель; 27 –

командоаппарат; 28 – вспомогательный редуктор; 29 – кулачковая муфта; 30 –

конечный выключатель; 31 – тормоз; 32 – маслопровод; 33 – гидроцилиндр; 34 –

плунжер; 35 – уплотняющий чехол; 36 – упорный ролик; 37 – цилиндрические

направляющие; 38 – плита; 39 – кулиса

Корпус – основная часть печи. Его прочностью, жесткостью,

минимальными деформациями, соответствием геометрической форме

определяется надежность печи. Корпус представляет собой стальной

цельносварной цилиндр, опирающийся посредством бандажей на роли-

ки. Способ установки опорных бандажей существенно влияет на конст-

рукцию корпуса. До последнего времени применяли два способа: «пла-

вающий» (с тепловым зазором) и жесткое крепление заклепками и бол-

тами. В основном использовали плавающее крепление, при этом глав-

ный элемент корпуса – обечайка – была двух видов: подбандажная и ря-

довая.

Плавающая установка бандажей вызывалась стремлением

уменьшить тепловые напряжения в бандаже из-за разности температур.

Однако практика показала, что при этом способе температурный пере-

пад между обечайкой и бандажом достигает 190°, необходимо проводить

частые и трудоемкие ремонты.

В конце 60-х годов начали вваривать бандажи сначала на малых

печах (рис. 47, б). Разработанная Институтом электросварки им. Е. О.

Патона новая технология сварки позволила ПО «Волгоцеммаш» приме-

нить вварные бандажи на крупных печах. В 1982 г. на комбинате «Ново-

росцемент», печи длиной 185 м были оснащены вварными бандажами.

Их применение дало ощутимый эффект: вдвое повысилась стойкость

футеровки, в 1,5 раза уменьшились простои печей из-за нарушения кре-

пления плавающих бандажей, вдвое сократилась трудоемкость ремон-

тов, возросла производительность печей.

Применение вварных бандажей на действующих печах цветной

металлургии при капитальных ремонтах является перспективным меро-

приятием.

В течение года корпус вращающейся печи испытывает около

500 тыс. знакопеременных циклов деформаций (прогибов между опора-

ми). У печей диаметром 5 м прогиб в осевой плоскости свыше 6–8 мм

приводит к резкому сокращению сроков службы футеровки. Поэтому

при выборе толщины металла для рядовых (пролетных) обечаек опреде-

ляющим условием является не столько прочность, сколько жесткость.

Для изготовления деталей корпуса применяют конструкционные низко-

легированные стали, такие как 20ХГСА и 25ХГСА. Они хорошо служат

при повышенных и пониженных температурах, обладают хорошей сва-

риваемостью, не подвержены старению.

Опоры современных печей оборудованы подшипниками каче-

ния (рис. 47, в), что обеспечивает уменьшение мощности, затрачиваемой

на вращение печи, на 15–20 %, снижение затрат на изготовление и ре-

монт узла и др. Стандартом предусмотрена циркуляционная система

смазки, если нагрузка на опору превышает 3000 кН, и определен срок

службы до капитального ремонта не менее 12 лет.

Зубчатый венец привода соединен с корпусом печи не жестко, а

подвижно на восьми двухшарнирных звеньях, исключающих передачу

тепловых и механических деформаций корпуса печи венцу и погло-

щающих ударные нагрузки при пуске.

Привод крупных печей выполнен двусторонним (рис. 47, д). С

каждой стороны имеется главный привод для рабочего режима печи, и

вспомогательный – для медленного проворачивания во время монтажа,

ремонтных, футеровочных работ, и перед остановкой.

Вспомогательный привод имеет независимое электрическое пи-

тание повышенной надежности. Для исключения одностороннего оста-

точного прогиба разогретого корпуса печи в пролетах между опорами,

печь проворачивают в течение нескольких часов до снижения темпера-

туры. Вспомогательный привод соединен с главной сцепной кулачковой

муфтой. При ее сцеплении посредством конечного выключателя обеспе-

чивается блокировка включения главного двигателя. Для расцепления

кулачковой муфты двигатель вспомогательного привода реверсируют.

При этом за счет обратного скоса кулачков муфта под действием пружи-

ны отводится в нормально выключенное положение.

Стопорение корпуса печи в заданном положении при ремонтах

обеспечивают тормоза вспомогательного привода.

Система гидроупора (рис. 47, г) включается автоматически раз в

сутки при «сползании» корпуса печи к разгрузочному концу в крайнее

нижнее положение. При включении насосов высокого давления масло

поступает в гидроцилиндр, плунжер нажимает на кулису упорного роли-

ка и одновременно с вращением, ролик нажимает на бандаж и медленно

перемещает корпус печи по вращающимся опорным роликам вверх.

Включаются одновременно все установленные на печи гидроупоры (на

60–70% опор). При достижении верхнего предельного положения корпу-

са печи система автоматически отключается. Работа системы снижает

расход мощности, износ роликов и бандажей. На печах, не оборудован-

ных системой гидроупора, приходится вынужденно перекашивать опор-

ные ролики (оба параллельно) одного-двух бандажей, примыкающих к

приводу, на угол 10–45º относительно оси печи.

Рассмотрение промышленных конструкций вращающихся труб-

чатых печей позволяет сформулировать ряд конструкторских приемов,

позволяющих достичь высоких эксплуатационных характеристик дан-

ного класса оборудования.

1. Переход от плавающей установки бандажей к вварным бан-

дажам позволяет улучшить комплекс технико-экономических показате-

лей: повысить стойкость футеровки и производительность печей,

уменьшить простои и трудоемкость ремонтов.

2. При выборе способа установки на корпусе печи дополнитель-

ных функциональных элементов исходят из силового и температурного

их взаимодействия. Так, вваривание (жесткая установка) бандажа обес-

печивает уменьшение разницы температур между корпусом печи и бан-

дажом. Напротив, нежесткая установка зубчатого венца снижает тепло-

вые и механические деформации.

3. Резервирование элементов привода является универсальным

конструкторским приемом для исключения недопустимой остановки

многих типов технологического оборудования, в том числе и вращаю-

щихся трубчатых печей.

4. Наличие вспомогательных функциональных элементов в

структуре оборудования, например, автоматического гидроупора, обес-

печивает оптимизацию режимов работы конструкции, не допускает воз-

никновения условий, приближающихся к нештатным ситуациям.

Рассмотрим далее приемы формообразования, сформулирован-

ные при анализе изобретений узлов и конструкций вращающихся печей.

Изобретение [21] относится к химическому машиностроению, а

именно к печам с вращающимся барабаном с обогревом от трубчатого

теплообменника. Оно может быть использовано при термообработке

сыпучих материалов с относительно малым углом естественного откоса

(менее ~ 45°).

Известна вращающаяся печь, содержащая барабан с опорными

станциями и приводом, помещенный внутри барабана открытый сверху

неподвижный короб с перфорированным днищем и смонтированными

внутри него трубами для подачи теплоносителя, и подъемные лопасти,

закрепленные на внутренней поверхности барабана, в которой днище

короба выполнено в виде части цилиндра, ось которого совпадает с осью

барабана, подъемные лопасти выполнены в виде радиально размещен-

ных уголков, полки которых расположены по дуге окружности, а наруж-

ная поверхность боковой стенки короба, противоположная подъемной

стороне барабана, снабжена полками, наклоненными в сторону выгрузки

материала.

Материал в короб в этих печах засыпается подъемными лопа-

стями, закрепленными на внутренней поверхности барабана.

Недостатком теплообменников этих печей является то, что при

оптимальных размерах сечения короба (при высоте стенок, равных рас-

стоянию между ними), обеспечивающих максимальное заполнение его

теплообменными трубами, угол наклона касательной к описанной ок-

ружности сечения короба теплообменника в месте контакта с боковой

стенкой будет равен 45°.

Однако при обработке материалов с углом естественного откоса

менее 45° это будет приводить к осыпанию частиц материала, подавае-

мого подъемными лопастями с верха короба в сторону загрузки. Это

будет приводить к излишнему запылению отсасываемых реакционных

газов, а также к излишним затратам энергии.

Целью изобретения является снижение пылеуноса путем устра-

нения ссыпания материала с верха короба в сторону загрузки.

Поставленная цель достигается тем, что вращающаяся печь

снабжена продольной вертикальной перегородкой, установленной в

верхней части короба с зазором между ее нижней кромкой и верхним

рядом теплообменных труб и со смещением от центра короба к подъем-

ной стороне барабана, при этом угол наклона касательной к описанной

окружности сечения короба в месте контакта с перегородкой равен или

меньше угла естественного откоса обрабатываемого материала.

Предлагаемая конструкция вращающейся печи (рис. 48) наряду

с правильно выбранными размерами подъемных лопастей (ссыпание

материала с подъемных лопастей начинается в основном после прохож-

дения перегородки) гарантирует от обратного ссыпания материала с вер-

ха теплообменника в сторону загрузки. Это резко снижает запыленность

газовой среды в пространство между барабаном и вертикальной стенкой

короба со стороны загрузки. Из этой зоны рациональнее всего произво-

дить отсос реакционных газов.