Конструкція кільцевого трубопроводу

Реферат: Конструкція кільцевого трубопроводу шахтної печі для подачі стиснутого гарячого газу у шахтну піч. Конструкція містить розташований уздовж зовнішнього корпусу шахтної печі оточуючий кільцевий трубопровід, при цьому кільцевий трубопровід розташований на деякій відстані від зовнішнього корпусу; множину перших кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на першому рівні, при цьому всередині перших кронштейнів розташовані перші дуттьові канали для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі; множину других кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на другому рівні, при цьому всередині других кронштейнів розташовані другі дуттьові канали для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі, і при цьому перший рівень відрізняється від другого рівня. При цьому кільцевий трубопровід містить впускні отвори у протилежних першим і/або другим дуттьовим каналам ділянках стінки, співвісно з відповідними першими й/або другими дуттьовими каналами. UA 102576 C2 (12) UA 102576 C2 UA 102576 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Загалом, даний винахід належить до конструкції кільцевого трубопроводу, насамперед для подачі стиснутого гарячого газу у шахтну піч. Рівень техніки У шахтних печах, насамперед у доменних печах, стиснутий гарячий газ, звичайно стиснуте гаряче повітря, вдувається для надання сприяння у подрібнюванні руди у шахтній печі. Звичайно, у фурменому поясі навколо зовнішнього корпусу шахтної печі, на деякій відстані від нього розташований оточуючий кільцевий трубопровід. Газ подається з кільцевого трубопроводу через ряд фурмених приладів, де він вдувається у шахтну піч. Фурмений прилад звичайно забезпечений компенсаторами для компенсації відносного переміщення між кільцевим трубопроводом і шахтною піччю. Така звичайна конструкція кільцевого трубопроводу відома, наприклад, з WO 86/05520. Було запропоновано впорскувати газ у шахтну піч не тільки на рівні верхнього поду, але також в області над плавильною зоною, яка також називається "нижньою частиною шахти". Упорскування на рівні нижньої частини шахти робить необхідним іншу конструкцію кільцевого трубопроводу для подачі газу до окремих отворів для упорскування у нижній частині шахти. Була розглянута звичайна конструкція кільцевого трубопроводу, як описано вище. Хоча таке рішення має очевидні переваги, як відоме й перевірене рішення, воно також має й ряд недоліків. Дійсно, значна вага цієї конструкції утрудняє його розташування на рівні нижньої частини шахти. Також, громіздке компонування звичайної конструкції кільцевого трубопроводу обмежує кількість отворів для упорскування. Іншим претендентом для конструкції кільцевого трубопроводу для упорскування на рівні нижньої частини шахти є так звана конструкція для упорскування газу по типу процесу Мідрекс, що містить вбудований у стінку печі оточуючий кільцевий розподільний канал, як показано в US 6,146,442. Це дозволяє збільшити кількість отворів для упорскування. Однак це рішення складно адаптувати до існуючих шахтних печей, і воно створює додаткові ризики щодо зношування вогнетривкого матеріалу, насамперед, у стінці, яка відділяє розподільний канал від камери печі. Наступним фактором, який не можна залишити без уваги, є статика печі. Дійсно, структура печі ослаблена конструкцією по типу Мідрекс. Технічна проблема Задачею даного винаходу є створення конструкції кільцевого трубопроводу шахтної печі, яке вільне від вищевказаних недоліків. Ця задача вирішена за допомогою конструкції відповідно до пункту 1 формули винаходу. Загальний опис винаходу Даний винахід пропонує конструкцію кільцевого трубопроводу шахтної печі, насамперед для подачі стиснутого гарячого газу у шахтну піч, при цьому конструкція кільцевого трубопроводу містить розташований уздовж зовнішнього корпусу шахтної печі оточуючий кільцевий трубопровід, при цьому кільцевий трубопровід розташований на деякій відстані від зовнішнього корпусу. Далі конструкція містить множину перших кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на першому рівні, і множину других кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на другому рівні. Перший рівень відрізняється від другого рівня. Перший і другий дуттьові канали, відповідно розташовані всередині першого й другого кронштейнів, дозволяють здійснювати упорскування газу, гарячого повітря або відновлювального газу у шахтну піч на двох окремих рівнях. Більше компактне компонування конструкції кільцевого трубопроводу також дозволяє здійснити значно більшу кількість точок упорскування у порівнянні зі звичайними конструкціями кільцевого трубопроводу. Збільшена кількість точок упорскування дозволяє здійснити більш однорідне упорскування газу у шахтну піч. Наступною важливою перевагою даної конструкції кільцевого трубопроводу є те, що вона може бути легко інтегрована в існуючі шахтні печі з мінімальними змінами для шахтної печі. Відповідно до першого варіанта здійснення винаходу, перший і другий кронштейни виконані для опори оточуючого кільцевого трубопроводу. Завдяки множині виконаних у вигляді опорних кронштейнів перших і других кронштейнів конструкція кільцевого трубопроводу є самонесучою. Дійсно, конструкція кільцевого трубопроводу опирається безпосередньо на стінку шахтної печі, і необхідність в опорі конструкції кільцевого трубопроводу відсутня. Крім того, оскільки кільцевий трубопровід безпосередньо з'єднаний зі стінкою печі, не є необхідними компенсатори. Це знижує ризик витоків між кільцевим трубопроводом і шахтною піччю. Відповідно до другого варіанта здійснення винаходу оточуючий кільцевий трубопровід підвішений на рамній конструкції. Рамна конструкція, яка може бути представлена у будь-якому випадку, може використовуватися для підвішування кільцевого трубопроводу на ній. Слід 1 UA 102576 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зазначити, що підвішування кільцевого трубопроводу може також використовуватися у сполученні з опорними кронштейнами, як описано вище. Переважно, кільцевий трубопровід містить вогнетривку футерівку на його внутрішній стінці, і перший і/або другий дуттьові канали простягаються всередині вогнетривкої футерівки кільцевого трубопроводу, таким чином, дозволяючи газу протікати з газового каналу кільцевого трубопроводу всередині кронштейнів у шахтну піч. Переважно, кільцевий трубопровід містить впускні отвори у протилежних першому й/або другому дуттьовим каналам ділянках стінки, співвісно з відповідними першим і/або другим дуттьовими каланами. Такі впускні отвори дозволяють здійснювати обслуговування, очищення, закупорювання й імпульсне регулювання гарячого газу дуттьових каналів. Очищення дуттьових каналів може стати необхідним після тривалої експлуатації й здійснюється через впускні отвори. Впускні отвори також дозволяють здійснювати закупорювання окремих дуттьових каналів, тим самим упорскування через дану конструкцію кільцевого трубопроводу стає особливо гнучким. Дійсно, з впускним отвором може бути співвіднесений плунжер щонайменше для часткового закупорювання відповідного дуттьового каналу. Використання такого плунжера дозволяє здійснити закупорювання певних дуттьових каналів, тим самим збільшуючи швидкість потоку через дуттьові канали, що залишаються. Бажано, може бути, наприклад, впорскувати газ у шахтну піч на одному рівні. Всі дуттьові канали іншого рівня потім закупорюються. Плунжер може також мати конічну передню частину, що дозволяє здійснювати регулювання потоку газу через відповідний дуттьовий канал. Впускні канали також забезпечують доступ до форсунок, що впорскують, які можуть бути встановлені з можливістю знімання у дуттьових каналах, переважно наприкінці звернених до шахтної печі дуттьових каналів. Це дозволяє здійснювати заміну зношених форсунок, що впорскують, різного внутрішнього діаметра. Як альтернативна форсунка, у форсунки, що впорскують, через впускні отвори можуть бути вставлені вкладки. Такі вкладки форсунок також змінили б внутрішній діаметр форсунок, що впорскують. Можливість змінювати внутрішній діаметр форсунок, що впорскують, дозволяє потоку гарячого газу через дуттьові канали бути адаптованим до специфічних режимів експлуатації, тим самим збільшуючи гнучкість за послідовністю виконання технологічних операцій шахтної печі. Переважно, форсунки, що впорскують й/або вкладки форсунок і/або плунжер виготовлені з керамічного матеріалу, переважно оксидного керамічного матеріалу або з реакційноспеченого карбіду кремнію. Такі матеріали вибрані для того, щоб протистояти зношуванню, яке обумовлене гарячим газом із великим вмістом пилу. Таким чином, винахідники виявили, що за допомогою таких матеріалів охолодження форсунок, що впорскують, і/або вкладок форсунок і/або плунжера не є необхідним. Слід зазначити, що використання форсунок, що впорскують, вставок форсунок або плунжерів, як описано вище, не повинно бути обмежене використанням у сполученні з вищезгаданою конструкцією кільцевого трубопроводу. Переважно, другі кронштейни розташовані так, щоб на вертикальній проекції бути розташованими на півшляху між двома сусідніми першими кронштейнами, тим самим оптимізуючи упорскування газу за допомогою досягнення більш однорідного перерозподілу газу, що впорскується. Перші й/або другі кронштейни можуть бути утворені за допомогою ділянки трубопроводу, що облицьована всередині вогнетривким матеріалом і має перший і другий дуттьові канали, що проходять всередині неї. Переважно, ділянка трубопроводу є прямою ділянкою трубопроводу. Така пряма ділянка трубопроводу забезпечує пряме з'єднання між кільцевим трубопроводом і внутрішнім простором шахтної печі, тобто без вигинів, стиків або з'єднань. Таким чином, можна знизити втрати тиску через ділянку трубопроводу. Відповідно до одного варіанта здійснення винаходу, перші кронштейни можуть бути, по суті, горизонтальними, а другі кронштейни можуть бути розташовані під нахилом, тобто, під кутом між 10 і 60° щодо горизонталі. Відповідно до кращого варіанта здійснення винаходу, другі кронштейни розташовані під кутом, вибраним таким чином, що співвіднесені з другими дуттьовими каналами впускні отвори перебувають, по суті, на тому же рівні, що й впускні отвори, співвіднесені з першими дуттьовими каналами. Другі кронштейни можуть бути розташовані, наприклад, під кутом 45° щодо горизонталі, і уявна лінія між другим кронштейном і співвіднесеним з ним впускним отвором може проходити через центр кільцевого трубопроводу. Розміщення всіх впускних отворів, тобто співвіднесених із першими й другими дуттьовими каналами отворів, на одному рівні дозволяє здійснити більш легке й швидке обслуговування дуттьових каналів. Дійсно, для доступу до обох рівнів точок упорскування для обслуговування може бути використана єдина платформа. Крім 2 UA 102576 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 того, слід також зазначити, що збільшений кут забезпечує поліпшену опору для конструкції кільцевого трубопроводу. Відповідно до іншого кращого варіанта здійснення винаходу перші й другі опорні кронштейни нахилені під кутом між 0 і 40°, переважно між 0 і 30° щодо горизонталі. Кільцевий трубопровід може мати, по суті, круглий або овальний поперечний переріз. Слід зазначити, що не виключені й інші форми поперечного перерізу. У випадку, по суті, овального поперечного перерізу, кільцевий трубопровід переважно має такі розміри, щоб мати достатній габарит за висотою, що дозволив би здійснити огляд персоналом внутрішнього простору кільцевого трубопроводу, наприклад відповідальним за технічне обслуговування працівником. Для з'єднання кільцевого трубопроводу зі зовнішнім корпусом шахтної печі може бути передбачено, щонайменше одна множина допоміжних кронштейнів, при цьому допоміжні дуттьові канали розташовані всередині допоміжних кронштейнів для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі. Такі допоміжні кронштейни можуть бути використані для забезпечення точок упорскування щонайменше на одному допоміжному рівні. Короткий опис креслень Кращий варіант винаходу буде описаний за допомогою прикладу, з посиланням на прикладені креслення, на яких показані: Фіг. 1 схематичний вигляд у розрізі через конструкцію кільцевого трубопроводу відповідно до даного винаходу, Фіг. 2 схематична ілюстрація точок упорскування конструкції кільцевого трубопроводу відповідно до даного винаходу, і Фіг. 3 схематичний вигляд у розрізі через конструкцію кільцевого трубопроводу відповідно до іншого варіанта здійснення даного винаходу. Опис кращого варіанта здійснення винаходу Даний винахід зображений з посиланням на фіг. 1, що показує конструкцію кільцевого трубопроводу, яка розташована навколо зовнішнього корпусу шахтної печі. Конструкція 10 кільцевого трубопроводу містить розташований по колу навколо шахтної печі кільцевий трубопровід 12, ділянка зовнішнього корпусу 14 якої показана на фіг. 1. Кільцевий трубопровід 12 розташований на деякій відстані від зовнішнього корпусу 14 і утворений ділянкою труби 16, по суті, круглого перерізу, який всередині облицьований вогнетривким матеріалом 18, всередині якого утворений газовий канал 20. Кільцевий трубопровід 12 утримується на місці уздовж зовнішнього корпусу 14 шахтної печі за допомогою множини перших кронштейнів 22 і других кронштейнів 24, які відповідно до першого варіанта здійснення винаходу утворені опорними кронштейнами, виконаними для опори кільцевого трубопроводу 12. Тому перші й другі кронштейни 22, 24 розташовані на двох окремих рівнях з усіх боків по колу шахтної печі й підтримують кільцевий трубопровід 12. Переважно, кронштейни 22, 24 прикріплені до кільцевого трубопроводу 12 і до стінки 14 печі за допомогою зварювання. Слід зазначити, хоча це й не показано на фігурах, кільцевий трубопровід 12, як альтернатива підтримуваний на зовнішньому корпусі 14 шахтної печі за допомогою першого й другого кронштейнів 22, 24, може бути підвішений на рамній конструкції (не показана). Другий варіант здійснення може дозволити сконструювати кронштейни 22, 24 менше міцними й може зробити використання вже існуючої у будь-якому випадку рамної конструкції. Зрозуміло, також можлива комбінація обох варіантів здійснення. Перші дуттьові канали 26 розташовані всередині перших кронштейнів 22 для подачі гарячого дуття з газового каналу 20 кільцевого трубопроводу 12 у внутрішній простір шахтної печі через перші точки 28 упорскування. Схожим чином, другі дуттьові канали 30 розташовані всередині других кронштейнів 24 для подачі гарячого дуття з газового каналу 20 кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі через другі точки 32 упорскування. Тому конструкція 10 кільцевого трубопроводу відповідно до даного винаходу дозволяє здійснювати упорскування газу у шахтну піч на двох рівнях. Це збільшує кількість точок упорскування й дозволяє домогтися більш однорідного перерозподілу газу, що впорскується. Кількість точок упорскування звичайно залежить від діаметра шахтної печі, діаметра точок упорскування й відстані між сусідніми точками упорскування. Для шахтної печі, що має, наприклад, діаметр поду приблизно 7 м, кількість точок упорскування може досягати 100. Перший і другий кронштейни 22, 24 містять облицьовану всередині вогнетривким матеріалом 18 ділянку 34 трубопроводу, при цьому перший і другий дуттьові канали 26, 30 утворені всередині неї. У показаному на фіг. 1 варіанті здійснення перші кронштейни 22 3 UA 102576 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розташовані, по суті, горизонтально, а другі кронштейни 24 розташовані під кутом α між 10 і 15° щодо горизонталі. Хоча й не показано на фігурах, кращим може бути кут а близько 45°. Далі, конструкція 10 кільцевого трубопроводу містить перший впускний пристрій 36, співвіднесений з кожним першим дуттьовим каналом 26, і другий впускний пристрій 38, співвіднесений з кожним другим дуттьовим каналом 30. Перші й другі впускні отвори 36, 38 розташовані співвісно з першим і другим дуттьовими каналами 26, 30. Ці впускні отвори дозволяють здійснювати обслуговування, очищення, закупорювання й імпульсне регулювання гарячого газу відповідних дуттьових каналів 26, 30. Закупорювання окремих дуттьових каналів 26, 30 забезпечує важливий ступінь операційної гнучкості упорскування газу через існуючу конструкцію 10 кільцевого трубопроводу. Звернений до шахтної печі кінець дуттьових каналів 26, 30 може бути забезпечений форсунками, що впорскують (не показані). Такі форсунки, що впорскують, можна легко замінити або переставити через впускні отвори 36, 38. Пристрої, що впорскують, можна замінити пристроями, що впорскують, які мають різний випускний діаметр, тим самим ще більше сприяючи гнучкості даної конструкції 10 кільцевого трубопроводу. Далі слід зазначити, що, як показано на фіг. 2, перший і другий кронштейни 22, 24 розташовані таким чином, що другі точки 32 упорскування перебувають на півшляху між сусідніми першими точками 28 упорскування. Таке розташування у шаховому порядку точок 28, 32 упорскування забезпечує більше однорідний перерозподіл газу, що впорскується, у шахтну піч. Па фіг. 3 показаний інший варіант здійснення конструкції трубопроводу гарячого дуття відповідно до даного винаходу. Аналогічно варіанту здійснення фіг. 1, конструкція 10 кільцевого трубопроводу містить кільцевий трубопровід 12, розташований по колу навколо шахтної печі. Кільцевий трубопровід 12 утворений грубою 16' по суті овального перерізу. Кільцевий трубопровід 12 має такі розміри, щоб мати достатній габарит за висотою, який дозволив би здійснити огляд персоналом внутрішнього простору кільцевого трубопроводу 12. Перші опорні кронштейни 22 можуть бути розташовані під кутом β між 0 і 40° щодо горизонталі. Аналогічно, опорні кронштейни 24 можуть бути розташовані під кутом γ між 0 і 40° щодо горизонталі. На фіг. 3 обидва опорних кронштейна 22, 24 розташовані під кутом β = γ = 10 до 15°. Однак, слід зазначити, що β і γ не обов'язково рівні. На фіг. 3 також показана форсунка 40, що впорскує, розташована у першому дуттьовому каналі 26. Такі форсунки 40, що впорскують, можна знімати й заміняти через впускні отвори 36, 38, співвіднесені з відповідними дуттьовими каналами 26, 30. Далі, на фіг. 3 показаний плунжер 42, співвіднесений з першим дуттьовим каналом 26. Такий плунжер 42 може використовуватися або для закупорювання першого дуттьового каналу 26, або для регулювання потоку гарячого газу, що проходить через нього. Для посилення з'єднання, між трубою 16 і зовнішнім корпусом 14 можуть бути передбачені підсилювальні пластини 44, як показано на фіг. 3. Такі підсилювальні пластини 44 можуть бути виготовлені з товстого металевого листа, привареного до ділянки 34 трубопроводу, труби 16 і зовнішнього корпусу 14. Підсилювальні пластини 44 простягаються у вертикальному напрямку, радіально вбік від ділянки 34 трубопроводу. Список посилальних позначень 10 Конструкція кільцевого трубопроводу 12 Кільцевий трубопровід 14 Зовнішній корпус шахтної печі 16, 16' Труба 18 Вогнетривкий матеріал 20 Газовий канал 22 Перші кронштейни 24 Другі кронштейни 26 Перші дуттьові канали 28 Перші точки упорскування 30 Другі дуттьові канали 32 Другі точки упорскування 34 Ділянка трубопроводу 36 Перший впускний отвір 38 Другий впускний отвір 40 Форсунка, що впорскує 42 Плунжер 44 Підсилювальна пластина 60 4 UA 102576 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Конструкція кільцевого трубопроводу шахтної печі, насамперед для подачі стиснутого гарячого газу у шахтну піч, більш конкретно для подачі стиснутого гарячого газу у доменну піч, при цьому конструкція кільцевого трубопроводу містить: - розташований уздовж зовнішнього корпусу шахтної печі оточуючий кільцевий трубопровід, при цьому кільцевий трубопровід розташований на деякій відстані від зовнішнього корпусу, - множину перших кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на першому рівні, при цьому всередині перших кронштейнів розташовані перші дуттьові канали для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі, і - множину других кронштейнів, що з'єднують кільцевий трубопровід із зовнішнім корпусом шахтної печі на другому рівні, при цьому всередині других кронштейнів розташовані другі дуттьові канали для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі, і при цьому перший рівень відрізняється від другого рівня, при цьому кільцевий трубопровід містить впускні отвори у протилежних першим і/або другим дуттьовим каналам ділянках стінки, співвісно з відповідними першими й/або другими дуттьовими каналами. 2. Конструкція кільцевого трубопроводу за п. 1, в якій для опори оточуючого кільцевого трубопроводу виконані перші й другі кронштейни. 3. Конструкція кільцевого трубопроводу за п. 1 або п. 2, в якій оточуючий кільцевий трубопровід підвішений на рамній конструкції. 4. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-3, в якій кільцевий трубопровід містить вогнетривку футерівку на його внутрішній стінці, і в якій перші й/або другі дуттьові канали простягаються через вогнетривку футерівку кільцевого трубопроводу. 5. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-4, в якій з впускним отвором співвіднесений плунжер щонайменше для часткового закупорювання відповідного дуттьового каналу. 6. Конструкція кільцевого трубопроводу за п. 5, в якій плунжер має конічну передню частину для можливості здійснення регулювання потоку газу через відповідний дуттьовий канал, при цьому плунжер, переважно, містить оксидний керамічний матеріал або реакційноспечений карбід кремнію. 7. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-6, в якій у першому або другому дуттьовому каналі встановлена з можливістю знімання форсунка, що впорскує, і/або вкладка форсунки, що впорскує. 8. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-7, в якій другі кронштейни розташовані так, щоб, на вертикальній проекції, бути розташованими на півшляху між двома сусідніми першими кронштейнами. 9. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-8, в якій перші й/або другі кронштейни утворені ділянкою трубопроводу, переважно прямою ділянкою трубопроводу, що облицьована всередині вогнетривким матеріалом і має перший й другий дуттьові канали, що проходять всередині неї. 10. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-9, в якій перші кронштейни є, по суті, горизонтальними, і в якій другі опорні кронштейни нахилені, переважно, під кутом між 10 і 60° щодо горизонталі. 11. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-10, в якій другі кронштейни розташовані під кутом, вибраним таким чином, що співвіднесені з другими дуттьовими каналами впускні отвори перебувають, по суті, на тому ж рівні, що й впускні отвори, співвіднесені з першими дуттьовими каналами. 12. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-9, в якій як перші, так і другі опорні кронштейни нахилені під кутом між 0 і 40° щодо горизонталі. 13. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-12, в якій передбачено щонайменше одна множина допоміжних кронштейнів для з'єднання кільцевого трубопроводу із зовнішнім корпусом шахтної печі, при цьому всередині допоміжних кронштейнів розташовані допоміжні дуттьові канали для подачі гарячого дуття з кільцевого трубопроводу у внутрішній простір шахтної печі. 14. Конструкція кільцевого трубопроводу за одним із пп. 1-13, в якій кільцевий трубопровід має, по суті, круглий або овальний переріз. 5 UA 102576 C2 6 UA 102576 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7