还原铁高效喷雾回转筒式冷却机

摘要

本发明涉及还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其包括筒体部分和传动系统，筒体部分包括进料、冷却和出料单元，冷却单元由冷却段筒体(6)和与之两端相连的前端筒体(4)和尾端筒体(7)组成，所述前端和尾端筒体均为结构相同的双层筒体，该双层筒体内部采用喷雾冷却，整个冷却单元的筒体表面被喷雾冷却水覆盖，喷雾冷却水采用循环水；在前端筒体与进料单元中的进料筒体(3)、尾端筒体与出料单元中的出料筒体(8)之间均采用陶瓷纤维布(14)和氮气气帘密封，以防止还原铁球团通过筒体部分时在高温下氧化。本发明双层筒体之间由喷嘴喷入雾化水滴，从而使得整个筒体被雾化水滴包裹，有效的保护筒体，减少变形，提高设备的作业率和可靠性。

权利要求

1.一种还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，包括筒体部分和传动系统，其特征在于：

所述筒体部分包括进料单元、冷却单元和出料单元，冷却单元由冷却段筒体(6)和与之两端相连的前端筒体(4)和尾端筒体(7)组成，所述前端和尾端筒体均为结构相同的双层筒体，该双层筒体内部采用喷雾冷却，整个冷却单元的筒体表面被喷雾冷却水覆盖，喷雾冷却水采用循环水；

在前端筒体(4)与进料单元中的进料筒体(3)、尾端筒体(7)与出料单元中的出料筒体(8)之间均采用陶瓷纤维布(14)和氮气气帘密封，以防止还原铁球团通过筒体部分时在高温下氧化。

2.根据权利要求1所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是所述双层筒体主要由外筒体(36)和内筒体(41)组成，其中：在所述外筒体和内筒体之间，设有弧形挡板(43)、驱动块(42)，该驱动块沿冷却段筒体(6)径向均布焊接，并且与轴向限位块(39)接触相连；在外筒体(36)内侧焊接有与驱动块(42)相配合的径向驱动块。

3.根据权利要求2所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是弧形挡板(43)沿法兰(34)的径向均布焊接，该法兰是与焊接在外筒体(36)上的固定法兰(35)连接在一起，弧形挡板(43)和轴向限位块(39)配合作用在与内筒体(41)焊接相连的驱动块(42)上，对内筒体(41)起轴向限位作用。

4.根据权利要求2所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是在外筒体(36)和内筒体(41)之间形成的空腔中设有水密封板(40)。

5.根据权利要求2所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是在外筒体(36)和传动系统的轮带(37)之间设有垫板(38)。

6.根据权利要求1所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是在所述冷却段筒体(6)的外部装有冷却罩(5)，在冷却罩(5)内部围绕冷却段筒体(6)布设雾化喷嘴(13)，冷却罩(5)下部为水箱，存储循环冷却水，由水泵和管道供给雾化喷嘴，雾化喷嘴形成的细微水滴分布在冷却段筒体(6)的表面。

7.根据权利要求1所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是所述高温陶瓷纤维布(14)由两块固定板通过螺栓夹紧，并且由压紧板(15)将高温陶瓷纤维布(14)压在进料筒体(3)的表面。

8.根据权利要求7所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是所述高温陶瓷纤维布(14)由两块固定板通过螺栓夹紧，并且由压紧板(15)将高温陶瓷纤维布(14)压在出料筒体(8)的表面。

9.根据权利要求7所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是在进料单元各部件之间、在出料单元各部件之间，均采用陶瓷纤维布和氮气气帘密封，以防止空气进入所述冷却机中使还原铁球团氧化。

10.根据权利要求1或9所述的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，其特征是所述氮气气帘为氮气由两根输入氮气管(32)分别进入两根开有方形孔的氮气气帘管道(30)，形成氮气气帘。

说明书

技术领域

本发明属于用于冶金矿山行业中对还原铁球团、烧结球团矿进行冷却作业的高效喷雾回转筒式冷却机。

背景技术

冷却是煅烧还原铁工程的重要工序之一。直接还原铁球团经转底炉或回转窑出口的温度高达1100℃，经溜槽进入冷却筒，物料在带有倾角的冷却筒内旋转，由进料端运动至出料端。目前世界上大部分钢铁公司都采用冷却水直接喷淋筒体达到冷却效果，筒体长度一般长达30～40m。天津钢管有限公司直接还原铁厂是目前国内产量最大、设备最先进的直接还原铁生产企业，其引进英国戴维公司直接还原铁DRC煤基回转窑生产技术，直接还原铁的冷却机采用间接喷水冷却技术。国内其它还原铁生产厂家，如辽宁喀左、鲁中矿山公司、北京密云、吉林桦甸和新近投产的中冶长天自主设计的新疆富蕴金山矿冶公司直接还原铁生产装备，都是采用瀑布水喷淋的方式。这种瀑布水喷淋的方式存在以下缺点：
(1)冷却效率较低。间接喷水冷却技术的传热方式以还原铁球团与筒体之间的热传导和冷却水与筒体之间的热对流为主，这种冷却方式的综合传热系数很低，为200～300W/m2·K，没有充分利用水的汽化潜热，因此，为满足冷却要求，需要很大的冷却筒直径、喷淋水量和很长的冷却段及还原铁球团的停留时间。以天津钢管有限公司为例，其冷却筒直径为Φ3.5m，冷却段长度为35m，喷淋水量为456m3/h，物料停留时间达1h。
(2)密封不严。目前冷却机进料端和出料端的动静密封大多采用叠片式弹簧板密封，密封不够严密，导致空气进入筒体氧化还原铁，影响产品质量。
(3)筒体变形严重。由于筒体进料温度高达1100℃，而筒体在支承部分和传动部分没有冷却水保护，因此，对材料的要求很高，筒体的变形严重，从而导致轮带与托轮、小齿轮与大齿圈之间的磨损严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决现有技术中存在的问题，提供一种以喷雾水强制冷却方式的高效筒式冷却机，在相同的产量要求下，提高冷却效率，降低制造钢耗、成本和能源动力的消耗，提高密封性能和设备的作业率及可靠性，提高产品质量。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括筒体部分和传动系统，所述筒体部分包括进料单元、冷却单元和出料单元，冷却单元由冷却段筒体和与之两端相连的前端筒体和尾端筒体组成，所述前端和尾端筒体均为结构相同的双层筒体，该双层筒体内部采用喷雾冷却，整个冷却单元的筒体表面被喷雾冷却水覆盖，喷雾冷却水采用循环水。在前端筒体与进料单元中的进料筒体、尾端筒体与出料单元中的出料筒体之间均采用陶瓷纤维布和氮气气帘密封，以防止还原铁球团通过筒体部分时在高温下氧化。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1.采用了新型的喷雾水强制冷却方式：
冷却机冷却段采用喷雾汽化的强制对流冷却，通过单路压力喷嘴形成一定粒径大小的雾化水滴作用在高温筒体上，雾化水滴的汽化潜能带走大量的热量，其综合传热系数可达950～1500W/m2·K，提高冷却效率50％。
2.采用了新型的氮气气压密封装置：
改变传统的叠片式弹簧板密封，在冷却机进料箱、出料箱与筒体之间采用陶瓷纤维布+氮气气压密封装置，出料口采用双层氮气气帘密封，从而能够防止空气进入冷却机氧化还原铁球团，提高还原铁产品的质量，降低废品率，并且维护方便。
3.在筒体两端支承部分和传动部分采用双层筒体，双层筒体之间由喷嘴喷入雾化水滴，使得整个筒体被雾化水滴包裹，有效的保护筒体，减少变形，提高设备的作业率和可靠性。
4.整体结构紧凑，占地面积小，可减少制造钢耗40％，使制造成本低。
5.有效节能：可降低能源动力50％。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中下料仓2和进料筒体3、出料筒体8和出料仓9的密封装置示意图。
图3是图1的A-A剖面。
图4是图1中下料仓9的下料口氮气气帘示意图。
图5是图1中前端筒体4和尾端筒体7的结构示意图。
图中：1.下料溜槽；2.下料仓；3.进料筒体；4.前端筒体；5.冷却罩；6.冷却段筒体；7.尾端筒体；8.出料筒体；9.出料仓；10.前端托轮支承；11.尾端托轮支承；12.传动系统；13.雾化喷嘴；14.高温陶瓷纤维布；15.压紧板；16.固定板；17.固定板；18.聚四氟乙烯密封圈；19.氮气管道；20.加强筋板；21.固定板；22.密封筒体；23.聚四氟乙烯密封圈；24.限位板；25.聚四氟乙烯密封圈；26.限位板；27.限位板；28.沉头螺钉；29.下料仓壳体；30.氮气气帘管道；31.管路法兰；32.输入氮气管；33.管路；34.法兰；35.固定法兰；36.外筒体；37.轮带；38.垫板；39.轴向限位块；40.水密封板；41.内筒体；42.驱动块；43.弧形挡板。

具体实施方式

本发明提供的还原铁高效喷雾回转筒式冷却机，是一种用于冶金矿山行业中对还原铁球团、烧结球团矿进行作业的冷却机(简称冷却机)，其结构如图1所示：包括进料部分、筒体部分、传动部分、支承部分、喷雾冷却部分、出料部分和密封部分。
所述进料部分与还原铁生产工艺上游设备连接，用于高温还原铁球团的下料。其结构是：由四块Q235钢板组成长方形下料溜槽，其中底板和两侧板焊接，三个侧面焊接扒钉，并铺设耐热浇注料；上盖板可拆卸，与两侧板由螺栓连接。
所述筒体部分为还原铁球团输送和冷却部分，其筒体进料端和出料端均为结构相同的双层筒体，分别为前端筒体4和尾端筒体7(见图5)。前端筒体4和尾端筒体7，它们都主要由外筒体36和内筒体41组成。
下面以前端筒体4为例说明双层筒体的结构。在轮带37与外筒体36之间，设有垫板38。在外筒体36和内筒体41之间，设有弧形挡板43、驱动块42。弧形挡板43沿法兰34的径向均布焊接。在外筒体36上装有与之焊接相连的固定法兰35，沿外筒体36的径向均布焊接有轴向限位块39，沿冷却段筒体6径向均布焊接有驱动块42，同时在外筒体36内侧焊接有与驱动块42相配合的径向驱动块。弧形挡板43和轴向限位块39配合作用在驱动块42上，对内筒体41起轴向限位作用。这种连接方式可以保证外筒体36和冷却段筒体6在轴向上的定位，以及径向方向转动一致。在外筒体36和内筒体41之间形成的空腔中设有水密封板40，其作用是：冷却水由管路33进入喷嘴，形成窄角度的雾化水滴，充盈外筒体36和内筒体41之间的空腔，保护内筒体，同时起到冷却作用。
所述传动部分布置在筒体出料端，由电机带动减速机、小齿轮和大齿圈，驱动筒体转动，用于输送还原铁球团。其结构是：电机通过联轴器驱动减速机，减速机输出端通过链轮驱动小齿轮轴一端链轮，小齿轮两端由轴承座支承，轴承座固定在地面基座。小齿轮与大齿圈配合，大齿圈通过弹簧板与外筒体6固连，从而驱动筒体转动。
所述支承部分为两档支承；第一挡支承为前端托轮支承10，第二档支承为尾端托轮支承11，两档支承结构相同，其具体结构为两个托轮支承轮带，轮带与筒体配合。两个托轮的中心与轮带中心连线的夹角为60°，即托轮中心和轮带中心连线与竖直方向夹角为30°。托轮由两个托轮底座支承，托轮底座固定在地面基座。
大齿圈传动、两档托轮支承处采用双层筒体，保护传动和支承。对大齿圈传动、两档托轮支承处的双层筒体内进行水喷雾冷却，可有效保护内筒体。
所述喷雾冷却部分是按不同温度段，采用不同型号的喷嘴和不同形式的布设进行高效冷却，筒体进料端和出料端的双层筒体内部采用喷雾冷却，整个筒体表面被喷雾冷却水覆盖，提高冷却效率和保护筒体；喷雾冷却水采用循环水，用于降低资源。其结构如图3所示：在冷却罩5内部围绕冷却段筒体6布设雾化喷嘴13，冷却罩5下部为水箱，存储循环冷却水，由水泵和管道供给雾化喷嘴，雾化喷嘴形成的细微水滴分布在冷却段筒体6的圆形表面，通过细微水滴的汽化潜能，带走大量热量，实现高效冷却。
本发明采用喷雾汽化的强制对流冷却，这种喷雾汽化的强制对流冷却的方法可以有效地保证还原铁球团冷却温度快速降至300℃以下。
所述出料部分与还原铁生产工艺下游设备连接，用于低温还原铁球团的出料。其结构是：出料筒体8伸进出料仓9的长度为150mm，出料仓9底部有一锥形下料口，下料口处采用氮气气帘密封。
所述密封部分包括筒体与进料部分、筒体与出料部分的动静密封，例如：下料仓2和进料筒体3、出料筒体8和出料仓9之间均采用氮气气帘和陶瓷纤维布密封，用于防止还原铁球团在高温下氧化。下面以下料仓2和进料筒体3之间的密封为例对其进行说明。
参见图2：固定板16和17通过螺栓夹紧高温陶瓷纤维布14，压紧板15将高温陶瓷纤维布14压在进料筒体3的表面，实现一定的压力。进料筒体3与密封筒体22之间布设三块圆环形的聚四氟乙烯密封圈18、23和25，聚四氟乙烯密封圈的轴向由固定板17和21、限位板24、26和27进行定位，并采用沉头螺钉28栓紧。固定板21与密封筒体22及固定板17与密封筒体22之间进行焊接固定，并设置加强筋板20。限位板26和27之间形成环形的空腔，氮气由氮气管道19进入环形空腔，形成一定压力，从聚四氟乙烯密封圈和高温陶瓷纤维布出可以有少量的逸出，有效防止外面的空气进入筒体，防止还原铁球团氧化。
出料仓9的下料口气帘密封如图4所示：在下料仓壳体29的内腔中装有两根氮气气帘管道30，两根氮气气帘管道30开有交错排列的方形孔，保证在下料口处形成密闭的气帘，有效防止外面的空气进入筒体，防止还原铁球团氧化。两根输入氮气管32通过管路法兰31与两根氮气气帘管道30相连。
所述氮气气帘为氮气由两根输入氮气管32分别进入两根开有方形孔的氮气气帘管道30，形成氮气气帘。
本冷却机的工作过程是：1100℃左右的还原铁球团经下料溜槽1进入进料筒体3，冷却机由前端托轮支承10和尾端托轮支承11实现两档支承，传动系统12带动进料筒体3、前端筒体4、冷却段筒体6、尾端筒体7、出料筒体8实现旋转运动，还原铁球团在带有倾角的冷却段筒体6的筒体内旋转(旋转方式与回转窑相同，含有档轮)，由进料端运动至出料端，在冷却段筒体6的筒体内进行间接方式的喷雾冷却。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。