Результат интеллектуальной деятельности: Станок 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. C10B 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 интенсивности 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), включающее 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 интенсивности 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 станке для охлаждения кокса, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки кокса, барабан изготовлен из секций, собранных из двух одинаковых подсекций, смонтированных из четного числа, не менее 4-х одинаковых равнобедренных треугольников, поочередно соединенных по периметру подсекции с 4-мя одинаковыми равносторонними треугольниками с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников, при этом в секцию, две подсекции соединяют друг с другом сторонами торцевых больших отверстий, а секции присоединены друг к другу по длине барабана своими сторонами малых торцевых отверстий с образованием многозаходного винтового барабана с направленными навстречу друг другу ломаными винтовыми линиями, при этом по всей длине барабана, смонтирована пружина волнообразной формы с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление витков пружины волнообразной формы совпадает с направлением вращения барабана.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции станка 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 заключается также 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 производительность и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена тем, барабан снабжен четырьмя винтовыми ломаными линиями равного шага, 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 энергоемкость соударений частиц друг к другу и со стенками барабана под разными углами, увеличивает частоту взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, увеличивает производительность 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 разряжение 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 станка 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.

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 пружина волнообразной формы с плоским сечением витков, которая обеспечивает не только перемещение частиц кокса от загрузки к выгрузке в радиальном направлении, но и способствует интенсификации процесса теплопередачи и охлаждения, причем направление ее витков совпадает с направлением вращения барабана. Радиальное движение частиц кокса обеспечивается за счет того, что частицы кокса, совершающие движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, встречаясь с витками пружины, изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке, при этом создаются против потоки частиц кокса, увеличивается интенсивность процесса теплопередачи и расширяются технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен станок для охлаждения кокса, общий вид; на фиг. 2 - барабан, вид спереди; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4; на фиг. 6 - одна из подсекций, наглядное изображение; на фиг. 7 - схема сборки секции из двух подсекций, наглядное изображение.

Станок 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 обеспечения продольного перемещения частиц клинкера внутри барабана 2 смонтирована пружина 7 волнообразной формы с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков пружины путем ее растяжения или сжатия (на чертежах не показано). Регулировка величины шага витков пружины 7 может производиться также в процессе охлаждения клинкера. В зависимости от требуемого времени охлаждения клинкера устанавливается такой шаг пружины 7, который отвечает оптимальным условиям процесса охлаждения.

Барабан 2 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) смонтирован из секций 8 смонтированных из двух одинаковых подсекций 9 и 10 (фиг. 6, фиг. 7).

Подсекции изготовлены (например, подсекция 9) из четного числа не менее 4-х одинаковых равнобедренных треугольников, например на фиг. 6 четырех равнобедренных треугольников 11, поочередно соединенных по периметру подсекции с четырьмя одинаковыми равносторонними треугольниками, например (фиг. 6) четырьмя одинаковыми равносторонними треугольниками 12 с образованием малого торцевого отверстия в виде многогранника 13 и большого торцевого отверстия в виде многоугольника 14. В секцию 8 одинаковые подсекции 9 и 10 соединяют друг с другом (фиг. 7) сторонами больших торцевых отверстий 14.

Одинаковые секции 8 затем соединяют друг с другом по длине барабана 2 своими сторонами малых торцевых отверстий 13 с образованием многозаходного винтового барабана 2 с направленными навстречу друг другу ломаными винтовыми линиями.

Например, на фиг. 2 одна из правых ломаных винтовых линий показана утолщенной линией 15-16-17-18-19-20-21-22 и одна из левых ломаных винтовых линий показана утолщенной линией 23-24-25-26-27-28-29-30. На чертеже позиции невидимых точек ломаных линий взяты в скобки, например 19-20-21-22, 27-28-29.

Ломаные винтовые линии образуют по периметру барабана 2 ломаные винтовые поверхности, состоящие из граней в виде равнобедренных треугольников 11 и равносторонних треугольников 12.

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

Так как подсекции 9 и 10 имеют малые торцевые отверстия 13 и большие торцевые отверстия 14, то секции 8 имеют переменное продольное и переменное проходное сечения по длине барабана 2.

Станок 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 плоские элементы - равносторонние треугольники 11 и равносторонние треугольники 12, смонтированные по периметру барабана 2 разнонаклоненными к оси вращения барабана 2 и друг к другу, 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 плоских элементов 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 плоскими равносторонними 12 и равнобедренными 11 треугольниками. Таким образом, при вращении барабана 2 плоские элементы - равносторонние 12 и равнобедренные треугольники 11, 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 осуществляется не только за счет наличия внутри барабана 2 ломаных винтовых линий, но и пружины 7. Выделяющийся при охлаждении кокса пар конденсируется в дефлегматоре 6, что позволяет сократить расходы воды при охлаждении.

Технико-экономическое преимущества возникают за счет расширения технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышения интенсивности теплообмена между коксом и охлаждаемой водой, увеличения их перемешиваемостью 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, 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.