本發明屬于冶金與動力機械技術領域，具體涉及一種高爐渣粒化發動機。

背景技術：

鋼鐵冶金過程中產生大量的高溫廢渣，主要是高爐渣和鋼渣(簡稱爐渣)。其中高爐渣的溫度在1450℃左右，熱焓約為1700MJ/t，鋼渣的溫度約為1450-1650℃，熱焓約為1670MJ/t，它們屬于高品質的余熱資源，具有很高的回收價值。高爐渣緩慢冷卻時形成晶體相，快速冷卻時形成玻璃相，急冷處理得到的玻璃態高爐渣具有良好的水硬活性，可作水泥原料。因此目前絕大部分高爐渣都采用水淬粒化工藝(簡稱水淬法)，如拉薩(Rasa)法、印巴(INBA)法和圖拉(Tyna)法等，對應于這些工藝的渣處理設備雖然結構簡單、投資小，能滿足高爐生產的處理能力要求，但存在新水消耗大，不能回收熔渣余熱，系統維護工作量大；粉磨時，濕渣烘干仍要消耗能源等問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種高爐渣粒化發動機，以期解決現有高爐渣粒化處理中存在的不足，獲得一種高爐渣的余熱利用率高，粒化效果好，水蒸汽可回收利用，資源消耗少，無粉塵污染，設備占地面積小的高爐渣高效處理關鍵設備。

本發明所提供的一種高爐渣粒化發動機包括機座1、空心軸24、上蓋10、轉芯4、上軸承5、下軸承組26、端蓋7、密封圈6、轉子本體20、上壓盤14、料斗13、環形座16、粒化器17、上封環8、下封環21、起動錐齒輪22a以及輸出錐齒輪28a。

所述機座1下部與空心軸24一端固定連接，上部與所述上蓋10固定連接，空心軸24和上蓋10的軸線與機座1的中心線重合，形成靜止的工作機座。所述轉芯4和空心軸24的軸線重合，分別通過上軸承5和下軸承組26支承在空心軸24上，可相對于空心軸24轉動。所述端蓋7位于空心軸24的上頂端，其軸線與空心軸24和轉芯4的軸線重合，端蓋7與空心軸24固定聯接，同時端蓋7的下端面壓靠在上軸承5的內圈上，端蓋7與轉芯4之間安裝密封圈6。所述轉子本體20是倒置的杯狀結構，其回轉軸線與轉芯4的軸線重合，轉子本體20上部與轉芯4的上部法蘭4c固定聯接，而下部與轉芯4的中間法蘭4b配合定位，轉子本體20的圓周上勻布有n個豎井C，同時在轉子本體20的上部設有與豎井C數量相同的熔渣通道D和水通道G，噴水口F位于熔渣通道D上，豎井C的底部與橫向噴射孔E連通，噴射孔E的軸線與豎井C沿圓周分布的徑向線垂直。所述上壓盤14位于轉子本體20的上方，與轉子本體20固定聯接，其回轉軸線與轉子本體20回轉軸線重合，上壓盤14的中心通道與轉子本體20的上端面形成熔渣腔A。所述料斗13位于上壓盤14的上方，支承在靜止的上蓋10上，其幾何軸線與上蓋10的軸線重合，料斗13的中心喉管扦入上壓盤14的中心通道內。所述環形座16位于轉子本體20豎井C的上端，與轉子本體20固定聯接，其幾何軸線與轉子本體20的回轉軸線重合，環形座16的圓周上設有與豎井C對應的安裝孔，固定安裝所述的粒化器17，環形座16的內孔與上壓盤14的外圓面形成圓錐面配合。所述上封環8和下封環21都是環形結構，它們的軸線與轉子本體20軸線重合；上封環8與上蓋10固定聯接而與環形座16的端面保持可滑動接觸；下封環21與機座1固定聯接而與轉子本體20的下端面保持可滑動接觸。所述集渣板20a固定于轉子本體20下部的外圓上，沿轉子本體20轉動方向的圓周上，位于噴射孔E的前方。所述起動錐齒輪22a位于機座1的下部，與大錐齒輪4a嚙合形成減速傳動，起動裝置22給起動錐齒輪22a提供動力實現本發動機的起動；所述輸出錐齒輪28a與起動錐齒輪22a的軸線位于同一水平面內，也與大錐齒輪4a嚙合形成增速傳動，驅動安裝在機座下側的發電機組28工作。

進一步的，所述的機座1是圓桶形結構，圓桶上部外圓周設有圍管1a，渣粒3的聚集區位于機座1的中下部，在所述聚集區圓桶壁上設置出渣孔，出渣裝置27安裝在對應出渣孔的圓桶外側，渣粒3聚集區位于集渣板20a的下方，在圓周上是一個小于90°的扇形區，渣粒3的聚集區底部是與機座1固定連接的濾網2。

所述的轉芯4是軸對稱結構件，上部設有上部法蘭4c，中部設有中間法蘭4b，下部設有大錐齒輪4a，上部法蘭4c的外圓柱面及內孔、中間法蘭4b的外圓柱面、大錐齒輪4a及內孔的軸線同軸且垂直于上部法蘭4c的上端面。

所述粒化器17包括直齒輪17a、葉輪17c、螺桿軸17d和支座17b，螺桿軸17d的上部光軸固定聯接直齒輪17a，直齒輪17a上、下兩側設置軸承和密封圈支承螺桿軸17d在支座17b上，支座下方的螺桿軸上固定連接葉輪17c，螺桿軸17d的螺桿部分和葉輪17c插入豎井C中并保持三者的軸線重合。

本發明科學原理：

工作時，包括轉子本體20、轉芯4、環形座16及粒化器17和上壓盤14等發動機內部的轉動部件構成發動機轉子，在起動裝置的驅動下高速旋轉，熔渣從發動機上部的料斗13注入熔渣腔A，在離心力的作用下流過轉子上的熔渣通道；同時，高壓水經水管接頭23通過空心軸24的中心通道進入集水腔B，通過水道G從熔渣通道上的噴水口F噴出；渣與水接觸在封閉的空間內產生水爆反應形成水、渣和蒸汽混合的高壓流體，該流體沖擊粒化器17的葉輪17c進行一次對外做功，通過粒化器的直齒輪17a與上蓋10上的內齒輪嚙合，驅動發動機轉子轉動。經過葉輪17c吸收動能的流體改變運動方向，沿粒化器17的螺桿槽向下運動，經碰撞后顆粒更細的渣粒在豎井中進行二次熱交換，渣粒溫度進一步下降，蒸汽溫度和壓力進一步增高，高壓蒸汽和粒渣的混合物從轉子下部的噴射孔E噴出而對外二次做功，推動發動機轉子高速轉動，多余的動力通過大錐齒輪4a與輸出錐齒輪28a的增速傳動驅動發電機組工作。噴射孔E排出的低壓蒸汽進入圍管1a進行再利用處理，散布在機座1和轉子之間圓周上的渣粒被轉子上的集渣板20a收集到聚集區，由出渣裝置27排出。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

1、熔渣處理效率高，粒化效果好。熔渣在離心力的作用下高速流過轉子上的熔渣通道，在較高壓力的封閉空間內，與水進行水爆反應產生的渣粒與粒化器的葉輪高速碰撞，粒化效率高，渣顆粒小。

2、余熱利用率高，資源消耗少，無粉塵污染。熔渣處理過程中，水爆反應和二次熱交換的傳熱效率高，由此產生的高壓流體兩次對外做功并能有效吸收和利用，排除的低壓水蒸汽可回收利用。

3、設備占地面積小，結構簡單，維護方便。

附圖說明

圖1是本發明高爐渣粒化發動機的主視結構示意圖。

圖2是本發明高爐渣粒化發動機的俯視剖面結構示意圖。

圖中：1：機座、1a：圍管、2：濾網、3：粒渣、4：轉芯、4a：大錐齒輪、4b：中間法蘭、4c：上部法蘭、5：上軸承、6：密封圈、7：端蓋、8：上封環、9：螺釘、10：上蓋、11：螺母、12：螺栓、13：料斗、14：上壓盤、15：螺釘、16：環形座、17：粒化器、17a：直齒輪、17b：支座、17c：葉輪、17d：螺桿軸、18：上蓋螺母、19：上蓋螺栓、20：轉子本體、20a：集渣板、21：下封環、22：起動裝置、22a：起動錐齒輪、23：水管接頭、24：空心軸、25：螺栓組、26：下軸承組、27：出渣裝置、28：發電機組、28a：輸出錐齒輪、A：熔渣腔；B：集水腔；C：豎井；D：熔渣通道；E：噴射孔；F：噴水口；G：水通道。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式詳述本發明，但本發明不局限于下述實施例。

圖1中機座1上部設有圍管1a，收集熔渣粒化后的低壓蒸汽；中下部渣粒聚集區設有濾網2收集起動階段未蒸發的水以再次利用；機座1下部的中心孔與空心軸24的軸徑配合并通過螺栓組25進行軸向固定。水管接頭25與空心軸24固定連接，高壓水通過水管進入空心軸的內腔。帶有大錐齒輪4a、中間法蘭4b和上部法蘭4c的轉芯4通過上軸承5和下軸承組26支承在空心軸上，空心軸24的端部與端蓋7用螺釘15固定連接并保持接觸面的密封，端蓋7的外圓面和轉芯4上法蘭4c內孔間安裝密封圈6。

帶有集渣板20a、豎井C、熔渣通道D、水通道G及噴水口F的轉子本體20、轉芯4和上壓盤14通過螺栓11和螺母12固定連接，轉子本體20的內孔分別與轉芯4的上法蘭4c和中間法蘭4b的外圓配合進行中心定位，轉子本體20的端面與轉芯4上法蘭4c上端面接觸形成集水腔B，上壓盤14的內孔與轉子本體20的上端面形成熔渣腔A。由支座17b、直齒輪17a、葉輪17c和螺桿軸17d組成的粒化器17通過螺釘9與環形座16一起與轉子本體20固定連接，葉輪17c和螺桿軸17d的螺旋段位于轉子本體的豎井C中。上蓋9與機座1用上蓋螺栓19和上蓋螺母18固定連接，上蓋9的內齒輪與所有直齒輪17a嚙合實現熔渣處理過程中一次做功的動力輸出。

支承在上蓋10上的料斗13的喉管插入上壓盤14的內孔中以導入熔渣至熔渣腔A.上封環8與上蓋10固定連接并與環形座16保持均勻滑動接觸；下封環21與機座1固定連接并與轉子本體20保持均勻滑動接觸。起動錐齒輪22a和輸出錐齒輪28a同時與轉芯4的大錐齒輪4a嚙合，起動裝置22固定安裝在機座1的下部，連接起動錐齒輪22a實現發動機的起動。

圖2是本發明高爐渣粒化發動機的俯視剖面結構示意圖。濾網2固定于機座1的中下部的渣粒3聚集區，聚集區的圓心角為45°。轉子本體20設有8個豎井C，沿圓周均勻分布，由此命名為8缸發動機。每個豎井C底部有對應的橫向噴射孔E，噴射孔的軸線與對應豎井中心的徑向線垂直。每個豎井C上部有對應的熔渣通道連通熔渣腔A，與水通道G連通的噴水口F位于熔渣通道D上并接近于豎井C。出渣裝置27位于機座1的一側，而起動裝置22和發電機組28位于機座1的另一側，輸出錐齒輪28a連接發電機組28實現發動機的動力輸出。