PL189227B1 - Obrotowy piec metalurgiczny - Google Patents

Abstract

1. Obrotowy piec metalurgiczny wyposazo- ny w cylindryczny korpus, obracany oraz ew en- tualnie przechylany, zaopatrzony przynajmniej w jeden pierscien wsporczy, umieszczony na zewnatrz w okreslonej odleglosci od korpusu pieca, polaczony z nim za pom oca elementu podporowego przenoszacego obciazenia wyni- kajace z ciezaru korpusu pieca, wymurówki i wsadu i zabezpieczajacego pierscien w spor- czy przed przenoszeniem na niego rozszerzal- nosci cieplnej korpusu pieca, znam ienny tym, ze jego elem ent podporowy, majacy postac otaczajacego korpus cylindrycznego plaszcza (6) jest, znajdujacym sie na jego jednym koncu kolnierzem (17), polaczony za pom oca ela- stycznych zlaczy z wystajacym na zewnatrz korpusu (2) pieca (1) kolnierzem (8), zas znajduja- cym sie na drugim swym koncu kolnierzem (16) - polaczony za pom oca elastycznych zlaczy z wystepem (16a) pierscienia wsporczego (7). F i g .5 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest obrotowy piec metalurgiczny wyposażony w cylindryczny korpus, obracany oraz ewentualnie przechylany, zaopatrzony przynajmniej w jeden pierścień wsporczy. Pierścień wsporczy, umieszczony na zewnątrz w określonej odległości od korpusu pieca, jest połączony z piecem za pomocą elementu podporowego. Element podporowy przenosi obciążenia wynikające z ciężaru korpusu pieca, wymurówki i wsadu i zabezpiecza pierścień wsporczy przed przenoszeniem na niego rozszerzalności cieplnej korpusu pieca

Przedmiotem wynalazku jest zwłaszcza konwertor obrotowy z górnym dmuchem, wyposażony w cylindryczny korpus, ze stożkową częścią górną i dolną oraz w pierścień wsporczy, umieszczony na zewnątrz korpusu konwertora i połączony z nim za pomocą cylindrycznego albo stożkowego członu podporowego, zapobiegającego przenoszeniu się rozszerzalności cieplnej korpusu pieca na pierścień wsporczy.

Pod pojęciem „piec metalurgiczny” rozumie się ogólnie urządzenie przeróbcze, w którym przeprowadza się procesy metalurgiczne w warunkach wysokich temperatur, wymaganych dla tego rodzaju przeróbki. W przypadku niniejszego opisu pojęciem „piec metalurgiczny” objęte są również piece, w których przeprowadzane są także innego rodzaju procesy, na przykład procesy nieorganiczne w wysokiej temperaturze. Takimi piecami są więc zarówno piece hutnicze, jak i prażalnicze oraz piece do różnego rodzaju obróbki cieplnej, zarówno o działaniu okresowym, jak i o pracy ciągłej. Piece tego rodzaju są zwykle wyposażone

189 227 w jeden lub więcej pierścieni wsporczych umieszczonych wokół korpusu pieca i pełniących funkcję pierścieni ślizgowych.

Znanych jest wiele typów pieców metalurgicznych wymienionego rodzaju, przy czym każdy z nich wykonuje ruchy specyficzne dla danego typu pieca. Znane są na przykład piece obrotowe o ruchu ciągłym, nachylone pod niewielkim kątem do poziomu i wyposażone w pierścienie wsporcze spoczywające na rolkach napędowych lub tylko podporowych. Znane są także obrotowe konwertory poziome lub przechylne, które również spoczywają na rolkach napędowych lub wsporczych i za pomocą tych rolek są obracane albo przechylane, przy czym wspólną cechą konwertorów przechylnych jest możliwość nachylania ich osi podłużnej, a równocześnie obrót wokół tej osi. Korpusy konwertorów są zwykle wyposażone w denną stożkową część dolną oraz w część górną z otworem.

Niektóre konwertory przechylne mogą być przechylane oraz obracane o określony kąt. Ponadto jest im nadawany w sposób ciągły ruch obrotowy, dookoła ich osi podłużnej, ze stosunkowo dużą prędkością. Obrót ten jest konieczny dla wykonywania operacji mieszania lub operacji reakcyjnych, natomiast obrót konwertora o określony kąt jest potrzebny dla wykonywania operacji ładowania, nadmuchiwania, spustu żużla, spustu produktu i wymiany obmurówki.

Wspólną cechą pieców metalurgicznych omówionego rodzaju jest taka konstrukcja pierścienia lub pierścieni wsporczych umieszczonych wokół korpusu pieca, która nie powoduje komplikacji eksploatacyjnych wywołanych znaczącymi zmianami temperatury pieca i jego ścian. Rozkład temperatur w piecu zmienia się w czasie jego eksploatacji, przy czym dodatkowe problemy techniczne stwarza duży ciężar pieca i wsadu podczas jego obrotu i przechylania. W wyniku zmian temperatury elementy konstrukcyjne pieca rozszerzają się lub kurczą promieniowo i wzdłużnie, przy czym rozszerzalność korpusu pieca nie jest jednolita na całej jego powierzchni. Jeżeli pierścienie wsporcze są przymocowane bezpośrednio do zewnętrznej ściany pieca, to ich rozszerzalność nie nadąża za rozszerzalnością cieplną korpusu pieca. Z tego powodu pierścienie wsporcze przymocowuje się do korpusu pieca z pewnym luzem, najczęściej za pomocą połączenia ślizgowego. Wynikiem takiego mocowania jest jednak duże zużycie eksploatacyjne pierścienia wsporczego i ścian korpusu pieca, spowodowane znacznym obciążeniem przez masy poruszające się podczas jego eksploatacji.

Celem uniknięcia wymienionych problemów technicznych i związanych z tym niedogodności eksploatacyjnych zaproponowano ostatnio wiele rozwiązań konstrukcyjnych, mających im zapobiegać, na przykład mocowanie pierścieni wsporczych do ścian korpusu pieca za pomocą ruchomych złączy śrubowych.

Z angielskiego opisu patentowego nr GB 1 218 441 znane jest rozwiązanie konstrukcyjne mocowania pierścienia wsporczego do korpusu konwertora typu Kaldo za pomocą wsporników i elastycznie wydłużających się śrub, umieszczonych w owalnych otworach pierścieni wsporników, równoległych do osi podłużnej pieca, przy czym przeciwległe końce tych śrub opierają się na powierzchniach oporowych pierścieni i wsporników. Umożliwia to wychylanie się śrub w płaszczyźnie promieniowej korpusu konwertora w położenie nachylone względem tego promienia.

Wspólną niedogodnością wszystkich znanych rozwiązań konstrukcyjnych pieców metalurgicznych, w których pierścienie wsporcze są przymocowane do korpusu pieca, jest znaczne zużycie tego korpusu, wymagające stałej, regularnej i kosztownej obsługi remontowej. Z tego powodu rozwiązania te są uznawane za niezadowalające. Opisane problemy techniczne stają się tym większe, im większy i cięższy jest piec, ponieważ zużycie jego elementów jest proporcjonalne do wartości łącznego ciężaru pieca, wymurówki i wsadu. Ponieważ sam wsad pieca ma często masę przekraczającą sto ton, problemy te są bardzo trudne do rozwiązania. Z drugiej strony każdy niepożądany luz w konstrukcji pieca może powodować, zwłaszcza w przypadku dużych prędkości obrotowych pieca, niewyważenie pieca wraz z jego zawartością i progresywne zużycie jego elementów, stwarzając tym samym trudne problemy remontowe.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 924 077 oraz ze stanowiącego jego odpowiednik duńskiego opisu patentowego nr DK 68 786 znany jest piec metalurgiczny z pierścieniem wsporczym, który w celu przejęcia sił oddziałujących na cylindryczną ścianę korpusu pieca jest zaopatrzony w elastyczne wsporniki, z jednej strony połączone sztywno z kołnie4

189 227 rzem ściany korpusu, z drugiej zaś - z pierścieniem wsporczym. Tego rodzaju połączenie „butt on butt” zapewnia, ze wspornik odginany w kierunku promieniowym korpusu jest sztywny w kierunku stycznym, umożliwiając stałe położenie pierścienia wsporczego.

Elementy wsporcze mają postać zespołu płyt lub kształtowników, rozmieszczonych wokół korpusu pieca, względnie otaczającego ten korpus otwartego cylindra wykonanego z blachy falistej i zaopatrzonego w szczeliny równoległe do osi korpusu, o długości mniejszej od długości tego cylindra. Część cylindra ze szczelinami jest zaopatrzona na swym końcu w przymocowany do niego pierścieniowy pas usztywniający, lecz mimo tego układ ten okazał się mało sztywny, zaś naprężenia zmęczeniowe wywołane dużymi obciążeniami i znacznymi wahaniami ich wartości powodują niebezpieczeństwo pęknięć zmęczeniowych, zwłaszcza w zaokrągleniach szczelin cylindra otaczającego korpus, wpływając na znaczne skrócenie żywotności pieca.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego obrotowego pieca metalurgicznego, który wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas pieców obrotowych i przechylanych, wyposażonych w pierścienie wsporcze, a ponadto umożliwi znaczące obniżenie kosztów eksploatacyjnych pieca.

Cel ten zrealizowano w obrotowym piecu metalurgicznym według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że jego element podporowy, mający postać otaczającego korpus cylindrycznego płaszcza, jest, znajdującym się na jego jednym końcu kołnierzem, połączony za pomocą elastycznych złączy z wystającym na zewnątrz korpusu pieca kołnierzem, zaś znajdującym się na drugim swym końcu kołnierzem - połączony za pomocą elastycznych złączy z występem pierścienia wsporczego.

Dzięki opisanej konstrukcji, zwłaszcza zaś elastycznych złączy mocujących obustronnie element podporowy w postaci zamkniętego, cylindrycznego płaszcza do korpusu pieca oraz do pierścienia wsporczego, możliwa jest ograniczona zmiana kąta zawartego między tym elementem podporowym i korpusem pieca, będąca wynikiem wydłużalności cieplnej korpusu, kompensująca tę wydłużalność bez powodowania istotnego odkształcania się elementu podporowego w postaci płaszcza.

W odmiennym rozwiązaniu konstrukcyjnym obrotowy piec metalurgiczny według wynalazku charakteryzuje się tym, że jego element podporowy stanowi płaszcz w postaci stożkowego pierścienia, przymocowanego do korpusu pieca swym końcem o mniejszym przekroju.

Ponadto cylindryczny płaszcz oraz ewentualnie pierścień wsporczy są korzystnie zaopatrzone w przelotowe otwory dla chłodzenia powietrzem.

Piec według wynalazku jest wyposażony korzystnie w osłonę z materiału termoizolacyjnego, umieszczoną między pierścieniem wsporczym a korpusem pieca.

Badania eksploatacyjne pieca metalurgicznego według wynalazku wykazały, że dzięki nadaniu elementowi podporowemu postaci cylindrycznego względnie stożkowego płaszcza, którego konstrukcja umożliwia wykorzystanie naturalnych właściwości materiału, zwykle stali, płaszcz ten nadąża za rozszerzalnością cieplną korpusu pieca tylko w miejscu połączenia go z tym korpusem, w którym następuje wyrównanie temperatury obydwu tych elementów, zaś na drugim swym końcu zachowuje stałą średnicę, zaś jego temperatura, zbliżona do temperatury pierścienia wsporczego, podlega niewielkim tylko wahaniom.

Obrotowy piec metalurgiczny według wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia korpus pieca stanowiącego konwertor Kaldo, w widoku z boku; fig. 2 - ten sam korpus pieca w przekroju osiowym; fig. 3 - schemat stanowiska konwertora Kaldo w położeniu eksploatacyjnym; fig. 4 zasadę elastycznego zamocowania elementu podporowego w postaci stożkowego płaszcza, a fig. 5 - elementy konstrukcyjne elastycznego zamocowania cylindrycznego płaszcza pieca w przekroju osiowym.

Piec 1 składa się z cylindrycznego korpusu 2, połączonego ze stożkową dolną częścią denną 3 i stożkową górną, częścią 4, zaopatrzoną w czołowy otwór otoczony pierścieniowym kołnierzem 10. Piec 1 jest napędzany przez nieuwidoczniony na rysunku zespół napędowy i obraca się wokół swej osi podłużnej 5. Korpus 2 pieca 1 jest otoczony kompensującym jego rozszerzalność cieplną elementem podporowym, mającym postać cylindrycznego płaszcza 6, połączonego na jednym swym końcu z pierścieniem wsporczym 7, zaś na przeciwległym koń189 227 cu - bezpośrednio z kołnierzem 8, otaczającym korpus 2 pieca 1 i stanowiącym z nim jedną całość.

Sposób połączenia płaszcza 6 z pierścieniem wsporczym 7 i kołnierzem 8 pieca 1 jest uwidoczniony na fig. 2. Korpus 2 pieca 1 jest również wyposażony w połączony z nim pierścień osłaniający 9, który uniemożliwia przedostawanie się żużla oraz ewentualnych cząstek przerabianego materiału między pierścień wsporczy 7 i rolki podporowe 13 (fig. 3) pieca 1.

W odmianie konstrukcyjnej pieca metalurgicznego, przedstawionej na fig. 4, jego element podporowy ma postać stożkowego płaszcza 6 i jest przymocowany do korpusu 2 pieca 1 swym końcem o mniejszym przekroju. Połączenie płaszcza 6 z pierścieniem wsporczym 7 oraz z korpusem 2 pieca 1, bezpośrednie albo za pośrednictwem kołnierza 8, winno mieć właściwości elastycznego złącza. Złącze elastyczne może być rozwiązane konstrukcyjnie w różny sposób, na przykład przez specjalnie zaprojektowane połączenia spawane, współpracujące z połączeniami zaciskowymi lub kołnierzowymi, umożliwiające ograniczone zmiany kąta wzajemnego położenia łączonych elementów konstrukcyjnych. Mocowanie obydwu końców płaszcza 6 winno być w każdym przypadku przystosowane do zapewnienia przepływu energii cieplnej, a równocześnie do wyrównania temperatur w miejscach połączeń. Płaszcz 6 jest wykonany z jakościowej stali konstrukcyjnej, odpowiadającej wymaganiom stawianym w określonych zastosowaniach pieca 1.

Figura 3 przedstawia schemat stanowiska konwertora Kaldo w położeniu eksploatacyjnym pieca 1, który jest nachylony opierając się na łożysku wsporczym 11, a równocześnie napędzany przez zespół napędowy 12, na przykład w postaci silnika hydraulicznego lub silnika elektrycznego z przekładnią zębatą, obraca się wokół swej osi podłużnej 5. Podczas wykonywania obrotu piec 1 opiera się swym pierścieniem wsporczym 7, przymocowanym do płaszcza 6, na rolkach podporowych 13, ułozyskowanych w konstrukcji wsporczej 14 pieca 1. Płaszcz 6 jest na drugim swym końcu przymocowany do kołnierza 8 korpusu 2 pieca 1.

Figura 4 przedstawia stożkowy płaszcz 6, którego węższy koniec jest połączony elastycznie na obwodzie 6a z korpusem 2 pieca 1. Połączenia elastyczne są oznaczone na fig. 4 czarnym kółkiem. Stożkowy płaszcz 6 stanowi element podporowy i pełni tę samą funkcję, jak cylindryczny płaszcz 6 na fig. 1.

Figura 5 przedstawia w przekroju elementy konstrukcyjne cylindrycznego płaszcza 6 według wynalazku, który z jednej strony jest zaopatrzony w kołnierz 17 (lewa część płaszcza 6 na fig. 5), połączony z obrzezem 17a kołnierza 8 korpusu 2 pieca 1. Natomiast prawa część płaszcza 6 jest zaopatrzona w kołnierz 16, połączony z wewnętrznym występem 16a pierścienia wsporczego 7. W tym celu obrzeże 17a kołnierza 8 korpusu 2 oraz występ 16a pierścienia wsporczego 7, a także obydwa kołnierze 16 i 17 płaszcza 6 są zaopatrzone w otwory 15 dla nieuwidocznionych na rysunku śrub przełkniętych przez te otwory. Kształty kołnierzy 16 i 17 płaszcza 6 winny być określone za pomocą obliczeń komputerowych typu FEM tak, aby ich powierzchnia styku, zarówno z pierścieniem wsporczym 7, jak i z kołnierzem 8 korpusu 2, była jak najmniejsza, tak aby zmiana kąta utworzonego przez pierścień wsporczy 7 oraz kołnierz 8 korpusu 2 pieca 1 nie powodowała powstania niedopuszczalnych naprężeń w kołnierzach 16 i 17 pierścienia wsporczego 7 ani też w łączących je śrubach. Ponadto kołnierz 16 płaszcza 6 winien być połączony z wewnętrznym występem 16a pierścienia wsporczego 7 bez jakiegokolwiek luzu promieniowego, zapewniając elastyczne połączenie płaszcza 6 zarówno z tym pierścieniem wsporczym 7, jak i z kołnierzem 8 korpusu 2 pieca 1. Dzięki temu możliwa jest kompensacja promieniowego przemieszczania się kołnierza 8 w wyniku rozszerzalności cieplnej korpusu 2 pieca 1. Ponieważ temperatura pierścienia wsporczego 7 jest utrzymywana na możliwie najnizszym poziomie, jego kształt się nie zmienia, a tym samym również płaszcz 6 zachowuje zawsze jednakowy kształt.

W rozwiązaniu według wynalazku rozszerzalność cieplna korpusu 2 pieca 1 i kołnierza 8 jest skompensowana za pomocą płaszcza 6 i jego elastycznych połączeń, przy czym płaszcz 6 przekazuje do pierścienia wsporczego 7 tylko nieznaczną ilość ciepła. Głównym źródłem ciepła przekazywanego do płaszcza 6 jest promieniowanie korpusu 2 pieca 1, przy czym pierścień wsporczy 7 może zostać osłonięty przed tym promieniowaniem za pomocą nieuwidocznionego na rysunku pierścienia izolacyjnego, umieszczonego między pierścieniem wsporczym 7 i korpusem 2 pieca 1. Ponadto dodatkowe obniżenie temperatury pierścienia wsporczego 7

189 227 można uzyskać przez zaopatrzenie zarówno elementu podporowego w postaci płaszcza 6 oraz ewentualnie pierścienia wsporczego 7 w przelotowe otwory, umożliwiające chłodzenie tych elementów powietrzem w czasie szybkiego obrotu pieca 1.

Przykład

W celu sprawdzenia właściwości eksploatacyjnych obrotowego pieca metalurgicznego według wynalazku, wykonano dwa konwertory Kaldo, w których zastosowano połączenie pierścienia wsporczego 7 z korpusem 2 konwertora za pośrednictwem cylindrycznego płaszcza 6. Jeden z tych konwertorów zainstalowano w hucie miedzi w Kazachstanie, a drugi w hucie Boliden AB w Ronnskar w Szwecji.

Obydwa konwertory mają takie same wymiary i następującą charakterystykę:

Ciężar całkowity (bez wymurówki i wsadu) 21300 kg

Ciężar wsadu 6000 kg

Ciężar wymurówki 18500 kg

Największa prędkość przechylania 0,6 obrrmin

Największa prędkość obrotu 20 obrrmin

W trakcie ośmiomiesięcznej eksploatacji obydwu konwertorów nie wystąpiły żadne niesprawności spowodowane zamocowaniem pierścieni wsporczych.

Podczas przeprowadzonej po roku kontroli pieca w Ronnskar, w której szczególną uwagę poświęcono momentowi obrotowemu stosowanemu przy zacisku połączeń śrubowych, nie zaobserwowano widocznych śladów zużycia oraz żadnych uszkodzeń pierścienia wsporczego w stosunku do stanu pierwotnego, wskutek czego pierścień wsporczy nie wymagał żadnej obsługi remontowej.

189 227

189 227

Fig. 4

189 227 t! »łJ

189 227

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Obrotowy piec metalurgiczny wyposażony w cylindryczny korpus, obracany oraz ewentualnie przechylany, zaopatrzony przynajmniej w jeden pierścień wsporczy, umieszczony na zewnątrz w określonej odległości od korpusu pieca, połączony z nim za pomocą elementu podporowego przenoszącego obciążenia wynikające z ciężaru korpusu pieca, wymurówki i wsadu i zabezpieczającego pierścień wsporczy przed przenoszeniem na niego rozszerzalności cieplnej korpusu pieca, znamienny tym, że jego element podporowy, mający postać otaczającego korpus cylindrycznego płaszcza (6) jest, znajdującym się na jego jednym końcu kołnierzem (17), połączony za pomocą elastycznych złączy z wystającym na zewnątrz korpusu (2) pieca (1) kołnierzem (8), zaś znajdującym się na drugim swym końcu kołnierzem (16) połączony za pomocą elastycznych złączy z występem (16a) pierścienia wsporczego (7).

2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, ze cylindryczny płaszcz (6) oraz ewentualnie pierścień wsporczy (7) są zaopatrzone w przelotowe otwory dla chłodzenia powietrzem.

3. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w osłonę z materiału termoizolacyjnego, umieszczoną między pierścieniem wsporczym (7) a korpusem (2) pieca (1).

4. Obrotowy piec metalurgiczny wyposażony w cylindryczny korpus, obracany oraz ewentualnie przechylany, zaopatrzony przynajmniej w jeden pierścień wsporczy, umieszczony na zewnątrz w określonej odległości od korpusu pieca, połączony z nim za pomocą elementu podporowego przenoszącego obciążenia wynikające z ciężaru korpusu pieca, wymurówki i wsadu i zabezpieczającego pierścień wsporczy przed przenoszeniem na niego rozszerzalności cieplnej korpusu pieca, znamienny tym, że jego element podporowy stanowi płaszcz (6) w postaci stożkowego pierścienia, przymocowanego do korpusu (2) pieca (1) swym końcem o mniejszym przekroju.

5. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że jego stożkowy płaszcz (6) oraz ewentualnie pierścień wsporczy (7) są zaopatrzone w przelotowe otwory dla chłodzenia powietrzem.

6. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że jest wyposażony w osłonę z materiału termoizolacyjnego, umieszczoną między pierścieniem wsporczym (7) a korpusem (2) pieca (1).