Результат интеллектуальной деятельности: Машина для охлаждения кокса

Изобретение относится к коксохимической, металлургической, цементной промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например кокса, клинкера при производстве цемента, цинка, свинца, олова и переработки руд.

Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (А.с. СССР, №1765154, кл. С10В 39/00, F27B 7/38), включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана с карманами охлаждения, выполненный из секций, каждая из которых смонтирована из шести пластин, выполненных в виде равнобочных трапеций, средства для загрузки и выгрузки. Каждая из трапеций соединяется боковой стороной попеременно с последующей трапецией по ее плоскости и проходит через вершину у верхнего основания и боковой стороны, образуя внутреннюю полость секции в виде правильного октаэдра. Секции соединены между собой в барабан нижними основаниями. Нижние основания трапеций больше боковой стороны на величину верхнего основания. Карманы охлаждения образованы соединением последовательно по периметру секции под внутренним тупым углом друг к другу попеременно к торцам секции верхним и нижним основаниями с односторонним напуском в сторону, противоположную внутреннему тупому углу. Односторонний напуск по наружному углу между двумя пластинами направлен в сторону вращения барабана.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является охладитель клинкера (патент РФ №2459169, кл., F27B 7/38, опубл. 20.08.2012, бюл. №23), включающий водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан по периметру выполнен из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых по винтовой линии на конической оправке в поперечном направлении трех и более полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине с увеличением их по длине барабана от загрузки к выгрузке, при этом по всей длине барабана смонтирована коническая пружина, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера или кокса и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера или кокса внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Техническим результатом задачи является повышение эффективности охлаждения, расширение технологических возможностей, упрощение сборки конструкции.

Технический результат достигается тем, что в машине для охлаждения кокса, включающей водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан смонтирован из секций, поочередно соединенных друг с другом по длине барабана своими торцевыми отверстиями в виде многоугольников, каждая из секций собрана из двух подсекций, первая подсекция по периметру смонтирована из четного не менее четырех одинаковых первых равнобедренных треугольников, поочередно соединенных своими боковыми сторонами с боковыми сторонами не менее четырех одинаковых вторых равнобедренных треугольников, основания которых больше основания первых четырех равнобедренных треугольников с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников, а вторая подсекция смонтирована из поочередно соединенных по периметру не менее четырех одинаковых равносторонних треугольников с боковыми сторонами, равными основаниям вторых равнобедренных треугольников первой подсекции с боковыми сторонами не менее четырех одинаковых равнобедренных треугольников с углом при вершине 90° с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников, причем большое торцевое отверстие в виде многоугольника первой подсекции равно малому торцевому отверстию в виде многоугольника второй подсекции, при этом подсекции соединены друг с другом в секции своими торцевыми отверстиями в виде многоугольников, при этом по всей длине барабана смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков противоположно направлению вращения барабана, а ее конусность совпадает с конусностью барабана.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции машины для охлаждения кокса.

Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы винтовые поверхности из плоских элементов различной формы и размеров в виде равнобедренных и равносторонних треугольников, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц кокса внутри барабана и воды снаружи барабана, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена также тем, что не только равнобедренные и равносторонние треугольники, из которых собраны подсекции секций барабана, но и сами секции смонтированы под некоторыми углами друг к другу с образованием ломаных винтовых линий, что не только упрощает изготовление, но и обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена также тем, что не только равнобедренные и равносторонние треугольники, из которых собраны подсекции секций барабана, но и сами секции смонтированы под некоторыми углами друг к другу с образованием ломаных винтовых линий, что увеличивает энергоемкость и изменяет частоту взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, что расширяет технологические возможности.

Новизна заключается в том, что поперечное проходное сечение барабана имеет форму многоугольника, площадь которого по длине многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатие частиц кокса, что увеличивает энергоемкость соударений, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена тем, что барабан снабжен четырьмя винтовыми ломаными линиями, направленными навстречу друг к другу по периметру барабана, и соответственно четырьмя винтовыми канавками внутри барабана, направленными тоже навстречу друг другу, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков частиц кокса с максимальной энергоемкостью соударений частиц друг с другом и со стенками барабана под разными углами, увеличивает частоту взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, увеличивает эффективность теплопередачи и расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что барабан по всей длине имеет переменное не только поперечное, но и продольное сечение, что интенсифицирует процесс смешивания и охлаждение кокса, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разрежение потоков кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана по мере продвижение кокса от загрузки к выгрузке, а также повысить эффективность смешивания частиц кокса и их охлаждение.

Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений барабана изменяются по всей длине барабана многократно от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траекторию перемещения частиц кокса, расширяет технологические возможности машины для охлаждения кокса, повышает интенсивность охлаждения.

Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы направленные навстречу друг другу ломаные винтовые поверхности по длине барабана, что обеспечивает не только нарушение стационарности потоков движения частиц кокса внутри барабана, но и потоков воды снаружи барабана.

Новизна заключатся также в том, что по периметру барабана образованы направленные навстречу не только друг другу под углом, но и к оси вращения барабана плоские грани, что обеспечивает нарушение стационарности движения потоков частиц кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана, при этом скорость частиц кокса внутри барабана, а также воды снаружи барабана в каждой точке их потоков хаотически пульсирует, поэтому частицы кокса внутри барабана, а также воды снаружи барабана совершают неустановившиеся беспорядочные движения по сложным траекториям, а именно турбулентное течение, что повышает эффективность охлаждения.

Новизна заключается в том, что по периметру барабана образованы ломаные винтовые линии, направленные навстречу друг другу, что интенсифицирует процесс смешивания кокса и его охлаждения.

Новизна усматривается в том, что по всей длине барабана смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков противоположно направлению вращения барабана, а ее конусность совпадает с конусностью барабана. Поэтому частицы кокса, совершающие движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, встречаясь с витками пружины, изменяют траекторию своего движения и перемещаются в обратном направлении, противоположном движению частиц кокса от загрузки к выгрузке под влиянием конусности барабана, при этом создаются противопотоки частиц кокса, увеличивается интенсивность процесса теплопередачи и расширяются технологические возможности.

Новизна заключается в том, что благодаря взаимонаправленным ломаным винтовым линиям векторы скорости движения частиц кокса при транспортировке от загрузки к выгрузке изменяются, что способствует интенсификации процесса охлаждения и расширяет технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена машина для охлаждения кокса, общий вид; на фиг. 2 - барабан, вид спереди; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3; на фиг. 5 - первая подсекций, наглядное изображение; на фиг. 6 - вторая подсекция, наглядное изображение на фиг. 7 - схема сборки секции из двух подсекций, наглядное изображение, на фиг. 8 - схема сборки секций друг с другом в винтовой барабан.

Машина для охлаждения кокса (фиг. 1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабана 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6. Для изменения направления движения, скорости перемещений раскаленных частиц кокса в барабане, а также частоты взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, увеличения интенсивности теплообмена по всей длине барабана смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков противоположно направлению вращения барабана, а ее конусность совпадает с конусностью барабана. Устройство для изменения шага витков пружины на чертежах не показано.

Барабан 2 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) смонтирован из секций 8 поочередно соединенных друг с другом своими торцевыми отверстиями в виде многоугольников. Каждая из секций собрана из двух подсекций 9 и 10.

Первая подсекция 9 (фиг. 5) по периметру смонтирована из четного числа не менее четырех одинаковых первых равнобедренных треугольников 11, поочередно соединенных по периметру подсекции 9 своими боковыми сторонами с боковыми сторонами одинаковых четырех вторых равнобедренных треугольников 12, основания 13 которых больше оснований 14 первых равнобедренных треугольников 11. По торцам подсекции 9 образованы малое торцевое отверстие в виде многогранника 15 и большое торцевое отверстие в виде многоугольника 16.

Вторая подсекция 10 (фиг. 6) смонтирована по периметру из не менее четырех одинаковых равносторонних треугольников 17, боковые стороны которых равны основанию 13 вторых равнобедренных треугольников 12 первой подсекции 9, поочередно соединенных по периметру своими боковыми сторонами с боковыми сторонами не менее четырех одинаковых равнобедренных треугольников 18 с углом при вершине 90°. По торцам подсекции 10 образованы малое торцевое отверстие в виде многогранника 19 и большое торцевое отверстие в виде многогранника 20.

В секцию подсекции 9 и 10 монтируют (фиг. 7) сторонами большого торцевого отверстия 16 подсекции 9 с сторонами малого торцевого отверстия 19 подсекции 10.

Барабан 2 монтируется (фиг. 8) путем присоединения большого торцевого отверстия в виде многогранника 20 первой секции 8 к малому торцевому отверстию 19 второй секции 8. Секции 8 первая, вторая и последующие одинаковы по форме и сборке, но разные по размерам. Таким образом, монтируется барабан 2 с образованием многозаходного винтового барабана 2 условно конической формы с направленными навстречу друг другу ломаными винтовыми линиями.

Например, на фиг. 2 одна из правых ломаных винтовых линий показана утолщенной линией 21-22-23-24-25 и одна из левых ломаных винтовых линий показана утолщенной линией 26-27-23-28-29. Ломаные винтовые линии образуют по внутреннему периметру барабана 2 ломаные винтовые поверхности, состоящие из граней в виде равносторонних и равнобедренных треугольников 11 и 12 первой подсекции 9 (фиг. 5) и равносторонних треугольников 17 и равнобедренных треугольников 18 второй подсекции 10 (фиг. 6).

Винтовые линии по наружной поверхности барабана 2 имеют одинаковые обозначения позиций с соответствующими им канавками на внутренней поверхности.

Так как подсекция 9 имеет малое торцевое отверстие 15 и большое торцевое отверстие 16 и подсекция 10 имеет малое торцевое отверстие 19 и большое торцевое отверстие 20, то секции 9 имеют переменное продольное и переменное проходное сечения по всей длине созданного в результате сборки условно конической формы барабана 2.

Машина для охлаждения кокса работает следующим образом.

Раскаленный кокс поступает во вращающийся барабана 2 с помощью загрузочного приспособления 4 через коническую трубу. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 разные по форме и размерам равносторонние и равнобедренные треугольников 11 и 12, 17 и 18, которые расположены под разными углами не только друг к другу, но и к оси вращения барабана 2, работая как ковши (внутренние карманы) захватывают различные по объему порции частиц кокса, поднимают их по направлению вращения барабана 2 несколько выше угла естественного откоса, а затем направляют эти порции в направлениях, перпендикулярных этим полкам (ковшам), под некоторым углом не только к оси вращения барабана 2, но и к другим по массе потокам масс кокса, движущихся внутри барабана 2, под другими углами и с другими скоростями. Длина траектории движении (амплитуда) этих потоков кокса в значительной степени зависит от диаметра барабана 2, от углов наклона равносторонних и равнобедренных треугольников 11 и 12, 17 и 18 друг к другу и к оси вращения. Частота движения и соударений потоков определяется не только частотой вращения барабана 2, но и количеством разных по форме плоских элементов по периметру барабана 2. Поэтому в предлагаемой конструкции станка для охлаждения кокса обеспечивается повышение частоты взаимодействия потоков раскаленного кокса друг с другом и со стенками барабана 2, обеспечивается интенсивная теплопередача охлаждаемых материалов и стенок барабана 2, охлаждаемых с наружной стороны водой, в том числе за счет полива стенок барабана 2 водой, которая захватывается углублениями на наружной поверхности барабана 2 между расположенными под углом друг к другу равносторонними и равнобедренными треугольниками 11 и 12, 17 и 18. Таким образом, при вращении барабана 2 плоские элементы - равносторонние и равнобедренные треугольники 11 и 12, 17 и 18, смонтированные по периметру барабана 2 разнонаклоненными к оси вращения барабана 2 и друг к другу, образующие наружные карманы, захватывают различные по объему порции воды, поднимают их по направлению вращения барабана 2 и обеспечивают таким образом дополнительный полив верхней поверхности барабана 2 водой, что обеспечивает интенсификацию теплопередачи, расширяются технологические возможности. Так как по длине барабана 2 от загрузки к выгрузке меняется многократно форма и размеры поперечного сечения, имеющего форму многоугольника, то не только обеспечивается периодическое поджатие масс потоков кокса, что увеличивает интенсивность соударений, расширяет технологические возможности, повышает эффективность охлаждения, но и обеспечивает смешиваемость воды, что улучшает теплообмен. По мере прохождения кокса по длине барабана 2 он охлаждается и удаляется из барабана 2 с помощью разгрузочного устройства 4. Движение кокса внутри барабана 2 усложняется не только за счет наличия внутри барабана 2 ломаных винтовых линий и винтовых канавок, но и конической пружины 7 с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков противоположно направлению вращения барабана 2, а ее конусность совпадает с конусностью барабана 2, что создает дополнительно направленные навстречу друг другу потоки частиц кокса.

Выделяющийся при охлаждении кокса пар конденсируется в дефлегматоре 6, что позволяет сократить расходы воды при охлаждении.

Таким образом, предлагаемая машина для охлаждения кокса работает следующим образом.

Во вращающийся барабан 2 машины для охлаждения кокса через устройство 3 непрерывно загружается раскаленный кокс. При вращении барабана 2 частицы кокса совершают движение по винтовым канавкам и выгружаются из барабана 2 через устройство 4 за пределы машины для охлаждения кокса. При вращении барабана 2 частицы раскаленного кокса захватываются гранями его внутренней винтовой поверхности и в направлении вращения поднимаются вверх и перемещаются в сторону выгрузки. По достижении определенной высоты под действием гравитационных сил и образовавшегося угла естественного откоса частицы кокса движутся навстречу друг к другу под определенными углами и к стенкам вращающегося барабана 2 и перемещаются в сторону выгрузки. Так как ломаная внутренняя поверхность барабана 2 непрерывна, то и непрерывен процесс движения последующих порций кокса, которые поднимаются вверх и падают вниз, движутся под разными углами. Поскольку внутренняя поверхность барабана 2 смонтирована из разных по форме и размерам равносторонних и равнобедренных треугольников 11 и 12, 17 и 18, которые расположены под разными углами не только друг к другу, но и к оси вращения барабана 2, то каждая порция частиц кокса перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана 2, повышает частоту их соударений и интенсивность теплообменных процессов, расширяет технологические возможности. Так как из-за ломаной формы внутренней поверхности барабана 2 значительно расширен диапазон изменений результирующих векторов перемещений частиц кокса, то каждая частица кокса движется по разным векторам направления, что обеспечивает большую вероятность столкновений внутри барабана 2, поэтому и обеспечивается интенсификация процесса теплообмена. Скорость движения частиц кокса определяется уклоном конической поверхности барабана 2, а также пружиной 7, направление витков которой противоположно вращению барабана 2. Поэтому траектория движения частиц кокса усложняется и увеличивается частота взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана 2, повышается эффективность теплообмена.

Технико-экономическое преимущества возникают за счет расширения технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между коксом и охлаждаемой водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификации движения частиц кокса внутри барабана, упрощения сборки барабана, за счет образования по периметру барабана винтовых поверхностей из плоских элементов различной формы и размеров в виде равнобедренных и равносторонних треугольников, за счет монтажа внутри барабана конической пружины с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков противоположно направлению вращения барабана, а ее конусность совпадает с конусностью барабана, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц раскаленного кокса внутри барабана, увеличивает частоту их взаимодействия не только друг с другом, но и со стенками барабана, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.