CN1089810C - 竖炉加料装置 - Google Patents

Abstract

竖炉加料装置，包括带有进料口(6)和出料口(8)的料斗，一个布料组件(4)，各包括第一段(17)和第二段(18)的两个导向元件(16)，第一段(17)位于靠近布料组件的水平部件(14)，第二段(18)至少包括两个平面，由于其形状使得在炉子的炉喉区装入的炉料具有要求的堆积形状。

Description

竖炉加料装置

本发明涉及黑色冶金，具体地说，涉及一种竖炉加料装置。

本发明应用于炼铁高炉可能是最为有效的。

当前，炼铁生产过程的强化方向是使高炉气流在炉身横断面分布最佳化，以完善高炉工艺过程。高炉气流在炉身横断面的分布总的说直接影响炼出的生铁质量、燃料消耗率，乃至竖炉的生产率。为了实现高炉气流在炉身横断面的均匀分布，须调整鼓风参数并改变投入炉喉区的矿石层与焦炭层的叠层状况。而炉料须通过设于炉顶上的加料装置，将其投入炉喉区内。因此，对加料装置的要求是保证炉料沿炉子横断面有设定的叠层分布，在炉喉区料块大小分布均匀，实质上是使投料层厚可控。

一种现有的高炉加料装置具有双锥形料钟及可动炉喉护板的结构(参见DE-A2125062)。

这种竖炉加料装置有一料斗，它通过法兰与竖炉的上部连接。料斗有进料口和出料口。料斗的出料口位于炉膛内的炉喉区，由料钟开闭，此锥形料钟可上下运动。在竖炉的炉喉区内设有可动的护板，其上装有布料板，其弹射面对着料斗的出料口。这些布料板沿圆周均匀分布，且可沿与炉壳刚性连接的导向件做径向运动。

这种装置工作时，其锥形料钟向炉膛方向运动，炉料则通过所形成的环状出料口落至炉喉区内的周边一带。如果竖炉作业的工艺参数遭到破坏，则须改变投料的叠层表面形状。为此，须将布料板向着炉子中心作径向运动，使炉料落下的轨迹与布料板表面相交，而这会改变炉料料流运动的方向，以达到炉料向炉心靠近的目的。由于这些布料板的运动范围有限，炉料弹射距离也有限，所以这种装置只能在炉子半径1/3的范围内调节炉料的叠积情况。

就基本技术特征和综合应用效果而言，与本发明最为接近的技术方案是如下的一种竖炉加料装置，它包括一个设有进料口、出料口的料斗以及可在炉子横截面上分配炉料并可绕炉子中轴转动的布料组件。该组件装在炉喉区内，位于出料口的下方。同时，布料组件有一个水平部件，沿其周边至少有两个均衡配置的导向部件，每个部件各与水平部件相连，且都由两段构成，二者按炉料移动的方向依次配置。第一段直接靠着水平部件，第二段至少由两个平面构成，其落料边缘朝向竖炉的炉喉区(专利申请号WO 92/19776，C21B 7/20)。

此种布料组件的结构设计可保证自料斗出料口下落的料块至少被分割成两股料流，在竖炉的炉喉区的形成料层。其料块尺寸沿圆周方向分布基本相同。这一现象的发生，是由于同一尺寸的炉料颗料，相对于炉中心对称叠积的结果，从而可大幅度降低炉料在炉子圆周方向上的分布的不均。导向部件在圆周方向上均匀分布。其第一段直接靠着水平部件，可将料块的径向运动转换成圆周运动。在其第二段上，在磨擦力、离心力和科里奥利力的合力作用下，料块的圆周运动转换成沿切线方向或向炉子轴线的方向运动。因此，炉料可被投至炉喉区的任何部位，使其在投料区段的叠层形状符合要求。而且这一成就还只是依靠布料组件进行围绕炉子轴线转动此一运动形式取得的。按照这种设计的加料装置，其效果是改进竖炉作业的工艺参数，降低能耗及简化传动的设计结构。

此种装置工作时料斗中的一批炉料首先散落到布料组件的水平部件上，进而从导向部件上落入炉膛。炉喉区内料层的形成是借助布料组件的旋转完成的。由于组件的旋转速度能够改变，此种装置可保证炉膛内加料的叠积形状符合要求。这使竖炉作业的工艺指标得以改进。但是，在靠近炉子的中心部分，加料的情况并不理想，这是因为导向部件第二段平面在空间的取向尚未达到最佳，造成炉心处供料不足。该缺陷使竖炉气流沿炉膛横断面分布不够理想，结果是竖炉的焦耗提高，生产率也有所下降。除此之外，在这种装置中，导向部件的各平面位置不能单值地确定，这使装置本身难于制作，而要保证炉料在炉喉内的叠积形状符合要求，相应地也就困难。

本发明的基本目的是提供一种竖炉加料装置，在此装置中，通过改进导向部件第二段形状的设计，在保证炉料数量和颗粒尺寸沿圆周方向均匀分布的前提下，使其叠层形状符合要求。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种竖炉加料装置，包括带有进料口和出料口的料斗，所述料斗与一个位于炉喉区的组件相连，所述组件用于沿炉子的横截面分配炉料，设置成能绕炉子的轴线转动，并顺着炉料料流置于料斗的出料口的下方，包括一水平部件；沿水平部件的周边均匀地配置至少两个导向部件，每一个导向部件部件都与水平部件相连，且均包括两段，所述两段沿炉料料流的移动方向依次配置，第一段直接靠近水平部件，第二段至少包括两个平面，第二段的落料边缘朝向炉子的炉喉区段，其特征在于，导向部件的第二段的每一个平面都是这样构成的：即该平面被第一个垂直平面交切的第一条交线与水平面构成倾角，该第一个垂直平面穿过其几何中心，并且通过一个圆的切线，该圆位于水平面内，其中心位于炉子的轴线上，半径等于从炉子的中轴线至几何中心的距离，在这种情况下，所有平面的交线构成一条折线，该折线的每下一线段在炉料料流的运动方向有一个比前一个稍大的相对于水平面的倾角α；而每一个平面与第二个垂直平面交切的第二条交线与水平面构成倾角，该第二个垂直平面穿过其几何中心及炉子的中轴线，在这种情况下，角β在炉料料流的方向上是增大的。

按照炉料运动的方向，逐步增加α角可逐步减少每个平面与炉料流间的附着力，使炉料加速从导向部件下落。当布料组件以最慢的速度旋转时，炉料更容易落在靠近炉心的地方，从而可保证向炉喉区中心供料。

β角是每个平面向炉子轴线的倾角。按照炉料引进的方向，使β角逐步增大，在布料组件转速小时也有利于向炉喉区中心供料。

上述结构使布料组件靠改变旋转速度即可保证获得所要求的炉料叠层形状。转速最大时，炉料更多地抛向周边。转速最小时炉料更多地抛向中心。中挡转速时炉料投向周边与炉心的中间部位。转速不变时，炉料叠积成环状，其上有明显的波峰。若转速由大逐渐变小，则炉料叠积成螺旋状，其表面比较平滑。

合理的设计是将每个导向部件的第一段做成槽形，其边壁高度在起始部位等于1/2槽宽，在末尾部位等于1/5槽宽。

第一段做成槽形，可使矿石和焦炭按一定比例形成料流，这可保证炉膛内垂直料柱中焦炭和矿石间的合理比例得到满足。

希望使第一段的槽底低于第二段的表面，其凹陷的深度等于20-60mm，即约相当于入炉料块平均直径的一半。这样可使槽底覆盖一层小颗粒炉料，为形成的料流提供一个理想的、粗糙的表面。

槽底的这层小颗粒炉料，还可保护槽底不受行进中的料流磨损，延长整个布料组件的使用寿命。除此之外，炉料是在导向部件第一段上形成的料层上流动，这对其即将进入炉喉区的大小颗粒的均匀混合有利。从而，在布料组件旋转的条件下，能保证在炉喉区内形成颗粒分布均一的环状叠层。

本发明的其他目的和优点可通过以下具体的实例和附图加以说明，其中：

图1-竖炉加料装置透视图，图中局部剖开；

图2-本发明的按炉膛横断面分配炉料的布料组件放大透视图；

图3-导向部件透视图；

图4-沿图3中的IV-IV所取剖面的展开图，表示第一垂面与各平面的交线情况；

图5-沿图3中V-V所取剖面的展开图，表示第二垂面与各平面的交线情况；

图6-布料组件正转时，炉喉区内料层的叠层形状；

图7-布料组件旋转方向改变时，炉喉区内料层的叠积形状。

依据本发明，竖炉(如高炉)加料装置包括料斗1(图1)，它与竖炉2通过壳体3连接，此壳体3还安装有转动布料组件4的传动机构，壳体3的底部有与竖炉连接的法兰5，壳体3和料斗1及竖炉2的中心线相互重合。布料组件的功能是保证炉料沿炉膛横断面按要求分布。料斗1有进料口6，其可由锥形小料钟部件7关闭或打开，还有出料口8，其可由锥形料钟部件9关闭或打开，这两个料口的中心线应满足与料斗1的中心线相互重合。锥形料钟部件7和9分别通过拉杆10和11与垂直运动的驱动装置(图中未示出)连接。为向料斗1中加料，在其上部装有一个小料斗12。炉料可借助于传送带(图中未示出)送至小料斗12。布料组件4与炉子2的上部相连，位于其炉喉区13中，在料斗1出料口8的下方。布料组件4旋转的几何轴线与出料口8的中心线相互重合。出料口8与壳体3的内腔相通，后者与竖炉的炉喉区13相通。布料组件4(图2)具有水平部件14，形状如毂钵，其功能是将做轴向运动的炉料流分成数份股径向运动的炉料流孔15a套在轴(图中未示出)上。毂钵槽15的周边为多边形，与(譬如讲)五个导向部件16相连。这些导向部件按炉料流动的方向，均匀分布在水平部件周边处。每个导向部件16都由第一段17和第二段18组成，按炉料行进的方向依次配置。炉料在行进中先经过第一段17，再经过第二段18。每个导向部件16的第一段17作用是将炉料的径向运动转变成圆周运动。而第二段18的作用是使炉料偏离圆周运动方向，且偏离的情况由布料组件4的旋转速度和方向决定。为增强组件4的刚性，可考虑用梯形筋条块19、20进行加固。为减轻组件4的重量，毂钵15可设有多个格槽21。该导向部件16的第一段17为槽形，具有边壁22。第二段18可由(譬如说)三个平面25，25a和25b组成，该第二段有落料边缘24。第一段17的槽底与第二段18的表面25，25a，25b相比要凹陷20-60mm，也就是说，在第一段17向第二段18过渡的地方形成一个台阶。槽17的边壁22的高度沿炉料运动的方向逐渐减小，在第一段17的起始部分，边壁高度为1/2槽宽，而在末尾部分别为1/5槽宽。每一个导向部件16，做为布料组件4的一个组成部分，都与水平面有一定的倾斜度，使其落料边缘24朝向竖炉2的炉喉区13(图1)。炉料在所有导向部件16中行进时，其运动速度圆周分量的矢量均应指向同一方向。第二段18的三个平面25，25a和25b的倾角α沿炉料行进方向逐步增大，即满足不等式α₂₅＜α_25a＜α_25b的要求。为此，平面25的倾角α₂₅应按如下方法确定：首先找出其几何中心O₂₅，然后再求出一个圆在O₂₅处的切线，该圆位于水平面内，其中心为竖炉2的中心线A-A上的一个点，半径等于中心到O₂₅的距离。通过上述切线作平面25的垂面，此垂面称为第一垂面；第一垂面与平面25的交线m₂₅称为第一交线，该交线与水平面的夹角“α₂₅”即表示平面25对水平面的倾角。用上述方法也可找出平面25a的第一交线m_25a，即先找出平面25a的几何中心O_25a，再求出一个圆在O_25a处的切线，此圆在水平面内，它的中心为竖炉2的中心线A-A上的某点，其半径为中心到O_25a的距离。通过切线作平面25a的垂面，该垂面与平面25a的相交线，即为平面25a的第一交线m_25a，此交线与水平面的夹角“α_25a”即表示平面25a对水平面的倾角，且α_25a＞α₂₅。

用相同方法也可以为平面25b找出其第一交线m_225b，此线即为其第一垂面与之相交的交线。第一垂面是通过一个圆在其几何中心O_25b处的切线对平面25b所作，这个圆是以竖炉中心线A-A上的某点为圆心，以该点至O_25b的距离为半径在水平面内所作。第一交线m_25b与水平面的夹角“α_25b”即表示平面25b对水平面的倾角，且α_25b＞α_25a。如此全部三个平面25、25a和25b的第一交线共同组成了一条折线(图4)，其中后面的每一线段都比其前面的线段有更大的倾角。换言之，沿着料流运动的方向，平面的倾角越来越大，满足不等式α₂₅＜α_25a＜α_25b的要求。

平面25、25a和25b的倾角变化的极限须通过实验确定。平面25、25a和25b对竖炉中心线A-A也有倾角，称为“β”角。为求此角须先作出第二段18的第一平面25的第二垂面，即通过O₂₅点与A-A线的垂面，此垂面与平面25的交线n₂₅称为第二交线，它与水平面构成的夹角“β₂₅”，即表示平面25对水平面的倾角。同样，平面25a与通过其几何中心O_25a及竖炉中心线A-A所作垂面的交线n_25a，称为第二交线，该交线与水平面的夹角“β_25a”即表示平面25a对水平面的倾角，且β_25a＞β₂₅。用相同方法也可以求出平面25b与通过O_25b及竖炉中心线A-A所作垂面的交线n_25b，该交线与水平面的夹角“β_25b”即表示平面25b对水平面的倾角，且β_25b＞β_25a。为此，沿着料流运动的方向，三个平面的第二交线的倾角β越来越大，满足不等式β₂₅＜β_25a＜β_25b的要求。β角变化的极限也须通过实验确定。

竖炉加料装置的工作方式如下：料斗1的进料口6由锥形料钟部件7关闭(图1)。传送带(图中示示出)向供料漏斗12送一批炉料。然后传动机构(图中未示出)通过拉杆10使料钟部件7向下运动，打开进料口6，炉料通过环形进料口进入料斗1。进料时按炉料重量及其颗粒尺寸，用任何一种已知的方式在料斗的横断面上进行分配。由于锥形料钟部件9还封闭着出料口8，料斗1中的料量不断增加。供料漏斗12中的炉料流完后，传动机构(图中未示出)通过拉杆10使锥形料钟部件7向上运动，从而关闭进料口6。我们知道，在高炉炉喉区采用高压作业时，在炉料中料斗1进入竖炉2之前，须用任何一种已知的方法先实现料斗1与竖炉2之间的压力平衡。在此之后，传动机构(图中未示出)通过拉杆11促使锥形料钟部件9向下运动，形成环状出料口，炉料经过此出料口进入壳体3，并继续下落到毂钵15的小格槽21中。这时在毂钵15上形成金字塔形表面。毂钵的分格脊楞将炉料分配成小股料流落入各个导向部件16的槽内。金字塔形料堆将自然形成几个与这些脊楞对应的侧面。在每个槽内炉料逐渐积累直到表面与平面25持平。槽内表层炉料的运动方向由径向变为圆周方向。槽内形成炉料的层流，由于是在炉料层表面上移动，料块得以有效地搅拌和混合，使颗粒尺寸的分配更加均匀。由于第一段17端部的边壁高度为1/2槽宽，尾部为1/5槽宽，这些边壁可阻止料块未经搅拌混合掉入炉内，边壁高度的这些数据是通过实验方法得到的。实验的目的是找到形成料流的最佳截面的条件。由导向部件16的第一段17，料流进入其第二段18，若此时布料组件4的旋转方向如箭头“a”所示(图1)，在第二段18上料流处于摩擦力、离心力和科里奥利力的合力作用之下，运动方向将会改变。若布料组件4的旋转方向与料流在导向部件16上的运动方向一致，旋转速度(譬如说)等于2转/分，抛料曲线如图6中的虚线所示，即保证了炉喉区13的中心部位的炉料供应。随着组件4的旋转速度增至9.5转/分，料流方向将发生偏转，抛料曲线如图6中的点画线所示，即落料点将由中心向中间和周边偏转。当组件4的旋转速度达到最大(譬如讲)17转/分时，可实现炉喉区段的周边供料，即炉料将直接被投向竖炉2的炉壁，投料曲线如图6中的实线所示。若组件4的旋转方向如箭头“b”所示(图1)进行反转同时并提高其转速，则可实现向中心部位的供料。当组件4的转速达到(譬如说)5转/分时，料流直接被抛向中心，如图7中的实线所示。如此，改变组件4旋转的方向和速度，可在竖炉2的炉喉区13获得所要求的堆料形状，同时保证在竖炉2中沿圆的方向炉料颗粒尺寸和数量分布的不均匀性减至最小。如果竖炉2中沿圆的方向气流分配不对称，竖炉作业的工艺参数将遭受破坏。为消除此种破坏因素，可用任何一种已知的方法增大进入组件4中的环流炉料的颗粒尺寸和质量分布的非均一性，使其与竖炉2中气流分配的不对称性相对应。

如果组件4按照箭头“a”的方向旋转，即其旋转方向与炉料在导向部件16中的移动方向一致，且转速接近最小，在满足不等式α₂₅＜α_25a＜α_25b的条件下，炉料由平面25移至25a，再由25a移至25b，则炉料与平面25、25a、25b的摩擦力逐步减小，炉料从最后一个平面25b上抛下的速度增加。上述情况导致炉料由导向部件16自由落下初始条件的改变。在这些条件下，炉料抛距减小，炉心附近的中部区域供料得以保证。此外，转速如小于最高值，可实现往炉心区域供料。

为更有效地形成所要求的供料状况，使落料点更靠近中央区域。第二段18的平面单元25、25a、25b还向竖炉2的中心线A-A有补充倾斜。假如平面25与第二垂面的交线n_25a的倾角小于β25，则作用于炉料的离心力增加，而离心力阻止炉料向中心投撒，结果只有竖炉2的周边区域13得到供料。若平面25_b与其第二垂面的交线n_25b的倾角大于β_25b，由于作用于炉料上与25b斜面平行的重力分量增加，且此力又是顺着第二段坡度的方向指向炉子的中心区域，所以炉料就仅加至中心区域，尽管磨擦力、离心力和科里奥利力均与原先一样。

平面向竖炉中心线倾角影响落料的机理如下：当分料组件4的旋转方向如箭头“a”所示，即与炉料在导向部件16中的移动方向一致，且其转速接近最低值，即满足不等式β₂₅＜β_25a＜β_25b的要求时，则在炉料由平面25移至25a，再由平面25a移至25b时，其与平面25、25a、25b平面的摩擦力逐步减小，则炉料的运动方向发生由圆周运动向径向运动的转变，亦即炉料运动方向更指向中心。当组件4的旋转速度为2转/分时，可实现中心区域供料。随着组件4的旋转速度的增加，供料区域由中心移向周边。当组件4的旋转速度等于最高转速17转/分时，发生向周边供料的情形，即料流直接抛向炉壁。由上所述可知在组件4旋转方向不变的情况下，由于导向部件16的结构特点，可保证投料区内由中心到周边的整个范围内的供料。这就提供了在一批供料期中，使投料区13内落料分布达到的要求形状的可能性，使得在很短的时间内消除破坏竖炉炼铁工艺参数稳定性的因素。

如果将依照本发明设计的竖炉加料装置装在有效容积为(譬如讲)2000M³的竖炉上，每批料可在很短的时间内(譬如讲)20…30秒，在炉喉区整个表面的范围内得到高质量布料，从而可使竖炉生产率提高20％，且由于焦耗降低15％，又可提高经济效益。

Claims (3)

1、一种竖炉加料装置，包括带有进料口和出料口(6，8)的料斗(1)，所述料斗与一个位于炉喉区(13)的组件(4)相连，所述组件用于沿炉子(2)的横截面分布炉料，设置成能绕炉子(2)的轴线转动，并顺着炉料料流置于料斗(1)出料口(8)的下方，包括一水平部件(14)，沿水平部件(14)的周边均匀地配置至少两个导向部件(16)，每一个导向部件与水平部件(14)相连，且均包括两段(17，18)，所述两段沿炉料料流的移动方向依次放置，第一段(17)直接靠近水平部件(14)，第二段(18)至少包括两个平面(25，25a，25b)，第二段(18)的落料边缘(24)朝向炉子(2)的炉喉区(13)，其特征在于，导向部件(16)的第二段(18)的每一个平面(25，25a，25b)是这样构成的，即该平面被第一个垂直平面交切的第一条交线(m₂₅，m_25a，m_25b)与水平面构成倾角(α₂₅，α_25a，α_25b)，该第一个垂直平面穿过其几何中心(O₂₅，O_25a，O_25b)，并且通过一个圆的切线，该圆位于水平面内，其中心位于炉子的轴线上，半径等于从炉子(2)的轴线(A-A)至几何中心(O₂₅，O_25a，O_25b)的距离，在这种情况下，所有平面的交线(m₂₅，m_25a，m_25b)构成一条折线，该折线的每下一线段在炉料料流的运动方向都有一个比前一线段稍大的相对于水平面的倾角α；而每一个平面(25，25a，25b)与第二个垂直平面交切的第二条交线(n₂₅，n_25a，n_25b)与水平面构成倾角(β₂₅，β_25a，β_25b)，该第二个垂直平面穿过其几何中心(O₂₅，O_25a，O_25b)及炉子(2)的轴线(A-A)，在这种情况下，角β在炉料料流的方向上是增大的。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于，每一套导向部件(16)的第一段(17)是一个带边壁(22)的导料槽，边壁的高度在料流的方向上是减小的，在第一段(17)的起始处，边壁的高度等于槽宽的1/2，而在第一段的末尾部分则等于1/5槽宽。

3、根据权利要求2的装置，其特征在于，第一段(17)的导料槽槽底相对于第二段(18)的平面凹陷一个数值，该数值等于所装炉料颗粒平均尺寸的一半。

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