一种高炉渣粒化发动机的制作方法

本发明属于冶金与动力机械技术领域，具体涉及一种高炉渣粒化发动机。

背景技术：

钢铁冶金过程中产生大量的高温废渣，主要是高炉渣和钢渣(简称炉渣)。其中高炉渣的温度在1450℃左右，热焓约为1700MJ/t，钢渣的温度约为1450-1650℃，热焓约为1670MJ/t，它们属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值。高炉渣缓慢冷却时形成晶体相，快速冷却时形成玻璃相，急冷处理得到的玻璃态高炉渣具有良好的水硬活性，可作水泥原料。因此目前绝大部分高炉渣都采用水淬粒化工艺(简称水淬法)，如拉萨(Rasa)法、印巴(INBA)法和图拉(Tyna)法等，对应于这些工艺的渣处理设备虽然结构简单、投资小，能满足高炉生产的处理能力要求，但存在新水消耗大，不能回收熔渣余热，系统维护工作量大；粉磨时，湿渣烘干仍要消耗能源等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高炉渣粒化发动机，以期解决现有高炉渣粒化处理中存在的不足，获得一种高炉渣的余热利用率高，粒化效果好，水蒸汽可回收利用，资源消耗少，无粉尘污染，设备占地面积小的高炉渣高效处理关键设备。

本发明所提供的一种高炉渣粒化发动机包括机座1、空心轴24、上盖10、转芯4、上轴承5、下轴承组26、端盖7、密封圈6、转子本体20、上压盘14、料斗13、环形座16、粒化器17、上封环8、下封环21、起动锥齿轮22a以及输出锥齿轮28a。

所述机座1下部与空心轴24一端固定连接，上部与所述上盖10固定连接，空心轴24和上盖10的轴线与机座1的中心线重合，形成静止的工作机座。所述转芯4和空心轴24的轴线重合，分别通过上轴承5和下轴承组26支承在空心轴24上，可相对于空心轴24转动。所述端盖7位于空心轴24的上顶端，其轴线与空心轴24和转芯4的轴线重合，端盖7与空心轴24固定联接，同时端盖7的下端面压靠在上轴承5的内圈上，端盖7与转芯4之间安装密封圈6。所述转子本体20是倒置的杯状结构，其回转轴线与转芯4的轴线重合，转子本体20上部与转芯4的上部法兰4c固定联接，而下部与转芯4的中间法兰4b配合定位，转子本体20的圆周上匀布有n个竖井C，同时在转子本体20的上部设有与竖井C数量相同的熔渣通道D和水通道G，喷水口F位于熔渣通道D上，竖井C的底部与横向喷射孔E连通，喷射孔E的轴线与竖井C沿圆周分布的径向线垂直。所述上压盘14位于转子本体20的上方，与转子本体20固定联接，其回转轴线与转子本体20回转轴线重合，上压盘14的中心通道与转子本体20的上端面形成熔渣腔A。所述料斗13位于上压盘14的上方，支承在静止的上盖10上，其几何轴线与上盖10的轴线重合，料斗13的中心喉管扦入上压盘14的中心通道内。所述环形座16位于转子本体20竖井C的上端，与转子本体20固定联接，其几何轴线与转子本体20的回转轴线重合，环形座16的圆周上设有与竖井C对应的安装孔，固定安装所述的粒化器17，环形座16的内孔与上压盘14的外圆面形成圆锥面配合。所述上封环8和下封环21都是环形结构，它们的轴线与转子本体20轴线重合；上封环8与上盖10固定联接而与环形座16的端面保持可滑动接触；下封环21与机座1固定联接而与转子本体20的下端面保持可滑动接触。所述集渣板20a固定于转子本体20下部的外圆上，沿转子本体20转动方向的圆周上，位于喷射孔E的前方。所述起动锥齿轮22a位于机座1的下部，与大锥齿轮4a啮合形成减速传动，起动装置22给起动锥齿轮22a提供动力实现本发动机的起动；所述输出锥齿轮28a与起动锥齿轮22a的轴线位于同一水平面内，也与大锥齿轮4a啮合形成增速传动，驱动安装在机座下侧的发电机组28工作。

进一步的，所述的机座1是圆桶形结构，圆桶上部外圆周设有围管1a，渣粒3的聚集区位于机座1的中下部，在所述聚集区圆桶壁上设置出渣孔，出渣装置27安装在对应出渣孔的圆桶外侧，渣粒3聚集区位于集渣板20a的下方，在圆周上是一个小于90°的扇形区，渣粒3的聚集区底部是与机座1固定连接的滤网2。

所述的转芯4是轴对称结构件，上部设有上部法兰4c，中部设有中间法兰4b，下部设有大锥齿轮4a，上部法兰4c的外圆柱面及内孔、中间法兰4b的外圆柱面、大锥齿轮4a及内孔的轴线同轴且垂直于上部法兰4c的上端面。

所述粒化器17包括直齿轮17a、叶轮17c、螺杆轴17d和支座17b，螺杆轴17d的上部光轴固定联接直齿轮17a，直齿轮17a上、下两侧设置轴承和密封圈支承螺杆轴17d在支座17b上，支座下方的螺杆轴上固定连接叶轮17c，螺杆轴17d的螺杆部分和叶轮17c插入竖井C中并保持三者的轴线重合。

本发明科学原理：

工作时，包括转子本体20、转芯4、环形座16及粒化器17和上压盘14等发动机内部的转动部件构成发动机转子，在起动装置的驱动下高速旋转，熔渣从发动机上部的料斗13注入熔渣腔A，在离心力的作用下流过转子上的熔渣通道；同时，高压水经水管接头23通过空心轴24的中心通道进入集水腔B，通过水道G从熔渣通道上的喷水口F喷出；渣与水接触在封闭的空间内产生水爆反应形成水、渣和蒸汽混合的高压流体，该流体冲击粒化器17的叶轮17c进行一次对外做功，通过粒化器的直齿轮17a与上盖10上的内齿轮啮合，驱动发动机转子转动。经过叶轮17c吸收动能的流体改变运动方向，沿粒化器17的螺杆槽向下运动，经碰撞后颗粒更细的渣粒在竖井中进行二次热交换，渣粒温度进一步下降，蒸汽温度和压力进一步增高，高压蒸汽和粒渣的混合物从转子下部的喷射孔E喷出而对外二次做功，推动发动机转子高速转动，多余的动力通过大锥齿轮4a与输出锥齿轮28a的增速传动驱动发电机组工作。喷射孔E排出的低压蒸汽进入围管1a进行再利用处理，散布在机座1和转子之间圆周上的渣粒被转子上的集渣板20a收集到聚集区，由出渣装置27排出。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、熔渣处理效率高，粒化效果好。熔渣在离心力的作用下高速流过转子上的熔渣通道，在较高压力的封闭空间内，与水进行水爆反应产生的渣粒与粒化器的叶轮高速碰撞，粒化效率高，渣颗粒小。

2、余热利用率高，资源消耗少，无粉尘污染。熔渣处理过程中，水爆反应和二次热交换的传热效率高，由此产生的高压流体两次对外做功并能有效吸收和利用，排除的低压水蒸汽可回收利用。

3、设备占地面积小，结构简单，维护方便。

附图说明

图1是本发明高炉渣粒化发动机的主视结构示意图。

图2是本发明高炉渣粒化发动机的俯视剖面结构示意图。

图中：1：机座、1a：围管、2：滤网、3：粒渣、4：转芯、4a：大锥齿轮、4b：中间法兰、4c：上部法兰、5：上轴承、6：密封圈、7：端盖、8：上封环、9：螺钉、10：上盖、11：螺母、12：螺栓、13：料斗、14：上压盘、15：螺钉、16：环形座、17：粒化器、17a：直齿轮、17b：支座、17c：叶轮、17d：螺杆轴、18：上盖螺母、19：上盖螺栓、20：转子本体、20a：集渣板、21：下封环、22：起动装置、22a：起动锥齿轮、23：水管接头、24：空心轴、25：螺栓组、26：下轴承组、27：出渣装置、28：发电机组、28a：输出锥齿轮、A：熔渣腔；B：集水腔；C：竖井；D：熔渣通道；E：喷射孔；F：喷水口；G：水通道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

图1中机座1上部设有围管1a，收集熔渣粒化后的低压蒸汽；中下部渣粒聚集区设有滤网2收集起动阶段未蒸发的水以再次利用；机座1下部的中心孔与空心轴24的轴径配合并通过螺栓组25进行轴向固定。水管接头25与空心轴24固定连接，高压水通过水管进入空心轴的内腔。带有大锥齿轮4a、中间法兰4b和上部法兰4c的转芯4通过上轴承5和下轴承组26支承在空心轴上，空心轴24的端部与端盖7用螺钉15固定连接并保持接触面的密封，端盖7的外圆面和转芯4上法兰4c内孔间安装密封圈6。

带有集渣板20a、竖井C、熔渣通道D、水通道G及喷水口F的转子本体20、转芯4和上压盘14通过螺栓11和螺母12固定连接，转子本体20的内孔分别与转芯4的上法兰4c和中间法兰4b的外圆配合进行中心定位，转子本体20的端面与转芯4上法兰4c上端面接触形成集水腔B，上压盘14的内孔与转子本体20的上端面形成熔渣腔A。由支座17b、直齿轮17a、叶轮17c和螺杆轴17d组成的粒化器17通过螺钉9与环形座16一起与转子本体20固定连接，叶轮17c和螺杆轴17d的螺旋段位于转子本体的竖井C中。上盖9与机座1用上盖螺栓19和上盖螺母18固定连接，上盖9的内齿轮与所有直齿轮17a啮合实现熔渣处理过程中一次做功的动力输出。

支承在上盖10上的料斗13的喉管插入上压盘14的内孔中以导入熔渣至熔渣腔A.上封环8与上盖10固定连接并与环形座16保持均匀滑动接触；下封环21与机座1固定连接并与转子本体20保持均匀滑动接触。起动锥齿轮22a和输出锥齿轮28a同时与转芯4的大锥齿轮4a啮合，起动装置22固定安装在机座1的下部，连接起动锥齿轮22a实现发动机的起动。

图2是本发明高炉渣粒化发动机的俯视剖面结构示意图。滤网2固定于机座1的中下部的渣粒3聚集区，聚集区的圆心角为45°。转子本体20设有8个竖井C，沿圆周均匀分布，由此命名为8缸发动机。每个竖井C底部有对应的横向喷射孔E，喷射孔的轴线与对应竖井中心的径向线垂直。每个竖井C上部有对应的熔渣通道连通熔渣腔A，与水通道G连通的喷水口F位于熔渣通道D上并接近于竖井C。出渣装置27位于机座1的一侧，而起动装置22和发电机组28位于机座1的另一侧，输出锥齿轮28a连接发电机组28实现发动机的动力输出。