CN101389916A - 回转炉底式还原炉的还原铁排出用螺旋输送机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种回转炉底式还原炉的还原铁排出用螺旋输送机，通过延长螺旋输送机的螺旋叶片的磨损寿命，能够减少螺旋输送机的维修频率，提高回转炉底式还原炉的运转率，还原铁排出用螺旋输送机(5)被配置在回转炉底式还原炉内，用于将还原铁排出到炉外，所述回转炉底式还原炉通过将由金属氧化物和碳材料构成的球团矿装入到在水平面内进行回转的回转炉底上并进行加热(还原)来制造还原铁，其特征在于，还原铁排出用螺旋输送机(5)具备回转轴以及在该回转轴外周螺旋状地形成的螺旋叶片，螺旋叶片(5a)的导程角θ(rad)满足条件0.6rad≤θ≤0.79rad。另外，将螺旋叶片的高度h和螺旋输送机的外径D之比(h/D)设定为小于0.2，并且将螺旋叶片的厚度t和高度h之比(t/h)设定为在0.12以上。

Description

回转炉底式还原炉的还原铁排出用螺旋输送机
发明领域
本发明涉及还原铁排出用螺旋输送机，该螺旋输送机被配置在回转炉底式还原炉内，用于将还原铁排出到炉外。
背景技术
在还原铁的制造中一直使用回转炉底式还原炉。回转炉底式还原炉将铁矿石、制铁粉等金属氧化物和碳材料制成球团矿，通过将该球团矿装入到回转炉底上并进行加热(还原)，来制造还原铁，所述回转炉底在回转炉底式还原炉内并在水平面上进行回转(参照专利文献1、2、3)。
图5是表示回转炉底式还原炉的一个例子的示意图。在图5中，通过将球团矿从球团矿装入口22装入到回转炉底21上并进行加热(还原)，来制造还原铁，所述回转炉底21在回转炉底式还原炉20内并在水平面内进行回转。由螺旋输送机23使制得的还原铁靠近到回转炉底21的外周端并从排出口24排出到炉外。一般使用将回转轴内作成水冷结构、在螺旋叶片上使用具有耐热性和耐磨损性的材料的螺旋输送机。
另外，还有如下所述的螺旋输送机，使用升降缸来减轻螺旋输送机的表观自重，使对回转炉底的按压力在规定范围内(4000N/m以上、20000N/m以下)，从而减轻螺旋叶片的磨损(例如参照专利文献4)。
专利文献1：日本特公昭45-19569号公报
专利文献2：日本特许第3020482号公报
专利文献3：美国专利第4636127号说明书
专利文献4：日本特开2005-61651号公报
在上述回转炉底式还原炉中，螺旋叶片被在高温下使用，而且还由于铲出铺在回转炉底上的还原铁时与回转炉底的表面接触而不断受到摩擦力。因此，在以往的结构中，螺旋叶片由于磨损在短期内就损耗，不能够长期连续使用。为此，必须频繁地从回转炉底式还原炉内取出螺旋输送机进行维修，回转炉底式还原炉的运转率低下。
这里，在专利文献4所记载的装置中，通过使螺旋输送机引起的对回转炉底的按压力在规定范围内，来减轻螺旋叶片的磨损。
但是，在专利文献4所记载的装置中，为了使螺旋输送机的按压力在规定范围内，必须调整由升降缸确定的螺旋输送机的按压力。这里，当错误地调整了螺旋输送机的按压力时，有时会过分减轻螺旋输送机表观上的自重。而且，在使用弹簧等减轻由升降缸确定的螺旋输送机的按压力时，增加了弹簧等零件，提高了成本。
发明内容
本发明以简单的结构提供一种回转炉底式还原炉的还原铁排出用螺旋输送机，通过延长配置于回转炉底式还原炉内的还原铁排出用螺旋输送机的螺旋叶片的磨损寿命，能够减少螺旋输送机的维修频率，提高回转炉底式还原炉的运转率。
本发明涉及还原铁排出用螺旋输送机，该还原铁排出用螺旋输送机被配置在回转炉底式还原炉内，用于将还原铁排出到炉外，所述回转炉底式还原炉通过将由原材料和碳材料构成的球团矿装入到在水平面内进行回转的回转炉底上并进行加热(还原)来制造还原铁，其特征在于，具备：回转轴以及在该回转轴外周以螺旋状形成的螺旋叶片，螺旋叶片的导程角θ(rad)满足下述(1)式的条件。
0.46rad≤θ≤0.79rad…(1)
其中，能够将螺旋叶片的高度(h)和螺旋输送机的外径(D)之比(h/D)设定为小于0.2、将螺旋叶片的厚度(t)和螺旋叶片的高度(h)之比(t/h)设定为在0.12以上。另外，可以通过焊接将螺旋叶片固定在回转轴上。并且，使螺旋叶片的顶端与回转炉底接触。
在本发明的还原铁排出用螺旋输送机中，通过将螺旋叶片的导程角设定成满足上述(1)式的条件，能够降低螺旋叶片和回转炉底之间的摩擦力。另外，在回转轴内设水冷结构的结构中，通过将螺旋叶片的高度和螺旋输送机的外径之比(h/D)设定为小于0.2、并将螺旋叶片的厚度和高度之比(t/h)设定为在0.12以上，能够提高回转轴对螺旋叶片的水冷效果，进而能够降低螺旋叶片的磨损量。另外，通过相对回转轴焊接形成螺旋叶片，能够容易地制造具有上述条件的螺旋输送机。因此，通过延长螺旋叶片的磨损寿命，能够提高回转炉底式还原炉的年运转率，降低每单位生产量的设备费用。
附图说明
图1是表示配置有本发明的螺旋输送机的回转炉底式还原炉的一个例子的示意图。
图2(a)是表示本发明的螺旋叶片正视图。
图2(b)是沿着图2(a)的A—A线取得的截面图。
图3(a)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片的导程角θ之间关系的图表。
图3(b)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片的高度与螺旋输送机的外径之比(h/D)之间关系的图表。
图3(c)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片的厚度与高度之比(t/h)之间关系的图表。
图4是螺旋叶片的导程角θ和铲出力之间关系的说明图。
图5是表示还原铁制造用回转炉的一个例子的示意图。
具体实施方式
图1是表示配置有本发明的还原铁排出用螺旋输送机(下面记为“螺旋输送机”)的回转炉底式还原炉的一个例子的示意图。
回转炉底2在水平面内可回转地配置在回转炉底式还原炉的炉体1的内部下方，炉体1和回转炉底2被环状的水密封管路3水密封，以便维持炉内的气氛。
螺旋输送机5的回转轴6的两端贯通炉体1的长孔7，配置于炉外的缸8的活塞杆9介由轴承10可升降地支持该螺旋输送机5，所述螺旋输送机5用于将由球团矿的还原处理后得到的还原铁4排出到外部。轴承10被固定支持在活塞杆9上。螺旋输送机5中使用将回转轴6内作成水冷结构的螺旋。
还原铁4因螺旋输送机5的回转而朝向回转炉底2的外周端移动，并从回转炉底2的外周端落下，由此，经由排出口11排出到炉外。螺旋输送机5由缸8进行位置调整，在螺旋叶片的顶端和回转炉底2之间不设有间隙地使它们紧密接触，优选经常一边清扫回转炉底2上的表面一边进行作业。
图2(a)是表示作为本发明一个实施方式的螺旋叶片的正视图，图2(b)是沿着图2(a)的A—A线取得的截面图。
在回转轴6的中空部形成冷却水通路6a，在回转轴6的外周通过焊接螺旋状地形成螺旋叶片5a。
通过将螺旋叶片5a的导程角θ取成较大、将螺旋叶片5a的叶片数设成较多，能够使螺旋叶片5a和回转炉底2之间的摩擦力变小。具体而言，如下所述，从磨损和铲出力的观点考虑，将螺旋叶片5a的导程角θ设定成满足下述(1)式。
0.46rad≤θ≤0.79rad…(1)
在图3中，(a)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片5a的导程角θ之间关系的图表、(b)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片5a的高度与螺旋输送机5外径之比(h/D)之间关系的图表、(c)是表示磨损速度(mm/日)和螺旋叶片5a的厚度与高度之比(t/h)之间关系的图表。图4是用于说明螺旋叶片5a的导程角θ和铲出力之间关系的图。
从图3(a)所示的实验数据可知，由于在螺旋叶片5a的导程角θ不满0.46时磨损速度增大而使磨损增加，因而将导程角θ的下限值设定成0.46rad以上。另外，如图4所示，由于螺旋叶片5a的铲出力表示为F·sinθ·cosθ＝(F/2)·sin2θ，因而当导程角θ为0.79rad(45度)时铲出力最大。另一方面，由于当螺旋叶片5a的导程角θ大于0.79rad时螺旋叶片5a的铲出力低下，因而将导程角θ的上限值设定成0.79rad。
通过增加螺旋叶片5a的叶片数并使它的导程角θ较大，螺旋叶片5a将相对于回转炉底2的移动方向以更倾斜的状态(接近水平面的状态)移动。由此，能够减少回转炉底2上的堆积物卡在螺旋叶片5a顶端和回转炉底2之间的频率，降低螺旋叶片5a的磨损量。另外，虽然由于还原铁在螺旋输送机5的前方(一端侧)停留及滚动而被粉碎使其一部分成为底上堆积物，但是，通过螺旋叶片5a的作用提高了刮掉回转炉底2上的堆积物的效率，从而，堆积物的铲除残留物减少，能够抑制回转炉底2上的堆积物硬化。另外，通过将螺旋叶片5a的导程角θ设定在上述(1)式的范围内，即使不提高螺旋输送机5的回转数，也能够增加堆积物的铲出速度，能够减少回转炉底2上的堆积物。
另外，在螺旋叶片5a中，距离水冷结构的回转轴6最远的顶端部分水冷效果较小，由于与高温的回转炉底2的接触使磨损迅速地增进。因此，为了提高螺旋叶片5a的水冷效果，将螺旋叶片5a距离回转叶片6的高度h、螺旋叶片5a的厚度t和螺旋输送机5的外径D设定成满足以下所说明的条件的范围内。
首先研究了改变螺旋叶片5a的高度h与螺旋输送机5的外径D之比(h/D)给磨损速度带来的影响。在这种场合下，如图3(b)所示，得到了当h/D为0.2以上时磨损速度急剧增加的结果。根据该结果设定高度h与外径D的值，使h/D比0.2小。
接着研究了改变螺旋叶片5a的厚度t与回转叶片5a的高度h之比(t/h)给磨损速度带来的的影响。在这种场合下，如图3(c)所示，得到了当t/h超过0.12时磨损速度急剧减小的结果。根据该结果设定厚度t和高度h的值，使t/h在0.12以上。
如上所述，通过将螺旋叶片5a的高度h设定成不超过螺旋输送机5的外径D的20％，并且将螺旋叶片5a的厚度t设定成在高度h的12％以上，由此能够得到较高水冷效果，结果，能够提高耐磨损性能。因为将回转叶片5a的高度h设定成了不超过螺旋输送机5外径D的20％，所以用以往的螺栓和螺母的连接结构来制作螺旋输送机5是很困难的。这里，通过将螺旋叶片5a焊接在回转轴6上，能够容易地制作螺旋输送机5。
下面，说明在使用上述螺旋输送机5的场合下的螺旋叶片5a对回转炉底2的按压力。变换螺旋叶片5a的导程角θ和螺旋叶片5a的按压力之间的关系，来测定螺旋叶片5a的摩损速度。结果如下面表1所示。
[表1]
 
螺旋叶片的按压力[N/M] 螺旋叶片的导程角θ[rad] 磨损速度[mm/日] 
 
实施例1 19600 0.638 0.15
实施例2 8400 0.622 0.25
实施例3 23770 0.435 0.46
实施例4 34780 0.54 0.27
实施例5 18290 0.35 2.09
实施例6 14700 0.448 2.07
实施例7 18670 0.435 1.07
实施例8 21000 0.72 0.25
如表1所示，满足上述(1)式的条件的实施例1、2、4、8与不满足上述(1)式的条件的实施例3、5～7相比，能够降低螺旋叶片5a的磨损速度。另外，实施例1、2、4、8中螺旋叶片5a的按压力超过20000N/m的实施例4、8，更能够降低磨损速度。
因此，优选螺旋叶片5a对回转炉底2的按压力大于20000N/m。另外，根据本申请人的实验和分析可知，螺旋叶片5a的按压力到35000N/m为止能够降低螺旋叶片5a的磨损速度。因此，优选螺旋叶片5a的按压力的上限为35000N/m。
根据本发明的螺旋输送机，即使在螺旋叶片5a的顶端和回转炉底2之间不设置间隙地使它们紧密接触，经常铲出堆积或附着在回转炉底上的还原铁，进行清扫，也能够减少螺旋叶片5a的磨损量，使长时间运转回转炉底式还原炉成为可能。

Claims (5)

1.一种还原铁排出用螺旋输送机，被配置在回转炉底式还原炉上，用于将还原铁排出到炉外，所述回转炉底式还原炉通过将由金属氧化物和碳材料构成的球团矿装入到在水平面内进行回转的回转炉底上并进行加热，来制造还原铁，其特征在于，
所述还原铁排出用螺旋输送机具备回转轴以及在该回转轴外周螺旋状地形成的螺旋叶片；
上述螺旋叶片的导程角θrad满足下述(1)式的条件，
46rad≤θ≤0.79rad…(1)。
2.如权利要求1所述的还原铁排出用螺旋输送机，其特征在于，
上述螺旋叶片对上述回转炉底的按压力大于20000N/m。
3.如权利要求2所述的还原铁排出用螺旋输送机，其特征在于，
上述螺旋叶片对上述回转炉底的按压力小于35000N/m。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的还原铁排出用螺旋输送机，其特征在于，
上述螺旋叶片的高度和该螺旋输送机的外径之比满足下述(2)式的条件，并且，上述螺旋叶片的厚度和高度之比满足下述(3)式的条件，
h/D<0.2…(2)
t/h≥0.12…(3)
其中，h是上述螺旋叶片的高度、D是该螺旋输送机的外径、t是上述螺旋叶片的厚度。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的还原铁排出用螺旋输送机，其特征在于，
上述螺旋叶片的顶端与上述回转炉底相接触。
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