Результат интеллектуальной деятельности: Печь для обжига цемента

Изобретение относится к устройствам для получения цемента и может быть использовано в цементной промышленности, строительстве и производстве строительных материалов.

Известна печь для обжига цемента (патент РФ №2421671, МПК F27B 7/14, опубл. 20.06.2011. Бюл. №17), содержащая привод вращения, вращающийся цилиндрический барабан печи, расположенный горизонтально и смонтированый из секций одинаковой площади, собранных по периметру из разнонаклоненных друг к другу равносторонних треугольников, соединенных между собой двумя сторонами, при этом каждая секция соединена с другой секцией свободными сторонами треугольников, причем внутри, по всей длине барабана, для перемещения и интенсификации смешивания цемента смонтирована неподвижно цилиндрическая пружина, снабженная устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.

Недостатком известного устройства является недостаточная производительность, ограниченные технологические возможности, сложность изготовления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является печь для обжига цемента (патент РФ №2583215, МПК F27B 7/14, опубл. 10.05.2016, Бюл. №13), содержащая привод вращения и вращающийся барабан, внутри которого по всей его длине смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков, выполненная с возможностью изменения шага витков за счет ее растяжения или сжатия, при этом барабан изготовлен из секций, смонтированных с образованием по внутреннему периметру направленных навстречу друг другу по меньшей мере трех ломаных правых и левых винтовых линий, а также, по меньшей мере, трех внутренних винтовых канавок с одинаковым шагом, причем секции смонтированы из двух подсекций, выполненных по меньшей мере из трех, поочередно соединенных между собой боковыми сторонами равнобедренных трапеций и равнобедренных треугольников, основания которых в подсекции расположены в разные стороны, при этом секции соединены между собой большими основаниями трапеций, а подсекции соединены в секцию так, что основания равнобедренных треугольников одной подсекции присоединены к верхнему основанию равнобедренных трапеций второй подсекции, а основания равнобедренных треугольников второй подсекции присоединены к верхнему основанию равнобедренных трапеций первой подсекции.

Недостатком известного устройства является недостаточная производительность, ограниченные технологические возможности, сложность изготовления.

Задачей изобретения является повышение производительности, расширение технологических возможностей и упрощение изготовления.

Технический результат достигается тем, что в печи для обжига цемента, содержащая привод вращения и вращающийся смонтированный из секций барабан, внутри которого, по всей его длине, смонтирована пружина, выполненная с возможностью изменения шага витков за счет ее растяжения или сжатия, отличающаяся тем, что барабан изготовлен из секций смонтированных из двух идентичных по размерам и форме подсекций, выполненных в виде пустотелых четырехугольных призм, основания которых повернуты относительно друг друга по центральной оси 0₁-0₁ подсекции на 45°, с образованием по периметру пустотелых подсекций четырех прямолинейных линий, четырех внутренних винтовых канавок и четырех плавных криволинейных поверхностей одного направления, при этом образующие основания четырехугольной формы каждой последующей пустотелой подсекции повернуты относительно предыдущей пустотелой подсекции по оси секции на угол 45°, с образованием по периметру секции, по всей ее длине, четырех ломаных винтовых линий, четырех ломаных внутренних винтовых канавок и четырех ломаных криволинейных поверхностей одного направления, при этом упомянутая пружина выполнена цилиндрической с трапециевидным сечением витков.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемых конструкций печи для обжига цемента.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что:

- барабан изготовлен из секций, которые смонтированы из двух идентичных по размерам и форме подсекций, выполненных в виде пустотелых четырехугольных призм, основания которых повернуты относительно друг друга по центральной оси 0₁-0₁ подсекции на 45°, с образованием по периметру пустотелых подсекций четырех прямолинейных линий, четырех внутренних винтовых канавок и четырех плавных криволинейных поверхностей одного направления, что упрощает изготовление, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности;

- при сборке барабана из секций, которые смонтированы из двух идентичных по размерам и форме подсекций, выполненных в виде пустотелых четырехугольных призм, основания которых повернуты относительно друг друга по центральной оси 0₁-0₁ подсекции на 45°, с образованием по периметру пустотелых подсекций четырех прямолинейных линий, четырех внутренних винтовых канавок и четырех плавных криволинейных поверхностей одного направления, а так как производительность печи определяется не только частотой вращения барабана, но и количеством элементов по его периметру, то такое конструктивное оформление поверхности барабана и увеличение количества криволинейных элементов в каждой подсекции и секции по периметру увеличивает энергоемкость взаимодействия потоков цементной сырьевой массы между собой и со стенками барабана, обеспечивает нарушение стационарности их движения, повышает производительность и расширяет технологические возможности;

- секции, из которых собран барабан, смонтированы из двух идентичных подсекций в виде пустотелых четырехугольных призм, что не только упрощает изготовление, но и обеспечивает повышение производительности и расширение технологических возможностей, так как основания подсекций повернуты относительно друг друга по центральной оси подсекции на угол 45° друг к другу, интенсивность взаимодействия потоков цементной сырьевой массы между собой и со стенками барабана возрастает, потому что винтовые канавки секций и криволинейные поверхности, работая как полки, захватывают порции цементной сырьевой массы и направляют их навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность их движения;

- площадь и форма поперечного сечения барабана изменяется в каждом поперечном сечении по всей его длине от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия цементной сырьевой массы, расширяет технологические возможности;

- не только подсекции, выполненные в виде пустотелых четырехугольных призм, основания которых повернуты относительно друг друга по центральной оси 0₁-0₁ подсекции на 45°, с образованием по периметру пустотелых подсекций четырех прямолинейных линий, четырех внутренних винтовых канавок и четырех плавных криволинейных поверхностей одного направления, из которых собран барабан, но и сами секции по всей длине барабана смонтированы из подсекций, образующие основания четырехугольной формы каждой подсекции повернуты относительно предыдущей пустотелой подсекции по оси секции на угол 45°, с образованием по периметру секции, по всей ее длине, четырех ломаных винтовых линий, четырех ломаных внутренних винтовых канавок и четырех ломаных криволинейных поверхностей одного направления, что увеличивает смешиваемость, энергоемкость и изменяет частоту взаимодействия частиц цементной сырьевой массы друг с другом и со стенками барабана, что расширяет технологические возможности;

- поперечное проходное сечение по всей длине барабана многократно меняет форму от квадрата до сложной формы в виде криволинейных поверхностей, площадь которых по длине многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатие масс цементной сырьевой массы и вновь к квадрату, что увеличивает интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности;

- площадь и форма поперечного и продольного сечений барабана изменяются по всей длине от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц цементной сырьевой массы, расширяет технологические возможности;

- по периметру барабана образованы винтовые криволинейные поверхности различной формы и размеров, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц цементной сырьевой массы внутри барабана;

- внутри по всему периметру созданы винтовые канавки с боковыми поверхностями криволинейной формы, что обеспечивает стабильное перемещение частиц цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке и повышает производительность.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид печи для обжига цемента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - барабан, общий вид; на фиг. 4 - барабан, вид по стрелке А на фиг. 3; на фиг. 5 - одна из подсекций барабана, вид спереди; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - схема присоединения подсекций друг к другу; фиг. 8 - фотография модели барабана, вид со стороны загрузки.

Печь для обжига цемента (фиг. 1, фиг. 2) содержит барабан 1, смонтированный горизонтально с помощью известных устройств (на чертежах не показано). Барабан 1 получает вращение от привода (на чертежах не показано). Внутри барабана 1 для перемещения материала смонтирована цилиндрическая с трапециевидным сечением витков пружина 2, снабженная устройством растяжения или сжатия для изменения шага S ее витков (на чертеже не показано).

Смонтированная внутри по всей длине барабана 1 печи для обжига цемента, пружина 2 вращается вместе с барабаном печи, при этом поверхность витков конической пружины, находящихся вверху, нагревается горячими газами и при погружении в материал (цементную сырьевую массу), контактируя с потоками частиц материала, отдает ему тепло, обеспечивая подогрев материала и повышение эффективности теплообмена за счет увеличения большей поверхности соприкосновения между материалом и витками пружины 2.

В зависимости от обрабатываемого материала (цементной сырьевой массы) и требуемого времени обработки, устанавливают такой шаг S пружины 2, который отвечает оптимальным условиям термообработки.

Например, если требуется малое время термообработки, то для увеличения пропускной способности барабана 1 увеличивают шаг S пружины 2, способствующий ускорению движения материала от загрузки к выгрузке. При термообработке материала, требующего длительного времени пребывания в барабане 1, шаг S витков пружины 2 уменьшают. В нужном положении пружину 2 фиксируют известными приспособлениями (на чертеже не показано). Регулировка величины шага S пружины может быть осуществлена и при вращении барабана 1 в процессе обжига цемента.

Барабан 1 (фиг. 3, фиг. 4) изготовлен из секций 3, смонтированных из двух идентичных по размерам и форме подсекций 4 и 5, выполненных в виде пустотелых четырехугольных призм (фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7), основания 6 и 7 которых повернуты относительно друг друга по центральной оси 0₁-0₁, например, подсекции 4 на 45° (фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7). Для наглядности на фиг. 5 и фиг. 6 показано, что ось 0₃-0₃ основания 7 четырехугольной призмы - подсекции 4 повернута относительно оси 0₂-0₂ основания 6 четырехугольной призмы - подсекции 4 на угол 45°.

Таким образом, секция 3 (фиг. 7) смонтирована из подсекции 4 и подсекции 5, при этом подсекция 5 - это повернутая на 45° относительно своей оси 0₁-0₁ подсекция 4, т.е. подсекции 4 и 5 идентичны по размерам и по форме, но при сборке в секцию 3 они повернуты относительно друг друга и относительно оси секции 3 на 45°.

При сборке секции 3 (фиг. 7) образующие оснований 6 и 7 четырехугольной формы каждой последующей пустотелой подсекции 5 повернуты относительно предыдущей пустотелой секции 4 по оси секции на угол 45°, с образованием по периметру секции по всей его длине четырех ломаных винтовых линий, четырех ломаных внутренних винтовых канавок и четырех ломаных криволинейных поверхностей одного направления.

В результате соединения секции 3 друг с другом своими основаниями 8 и 9 (фиг. 3, фиг. 7) образуется барабан 1 с образованием по периметру секции по всей его длине четырех ломаных винтовых линий 10-11-12-13-(14)-(15)-(16); 17-18-(19)-(20)-(21)-22-23; (24)-(25)-(26)-27-28-29-30; (31)-32-33-34-35-36-(37), четырех ломанных внутренних винтовых канавок с обозначениями, соответственно ломанным винтовым линиям 10-11-12-13-(14)-(15)-(16); 17-18-(19)-(20)-(21)-22-23; (24)-(25)-(26)-27-28-29-30; (31)-32-33-34-35-36-(37) и четырех ломанных криволинейных поверхностей одного направления.

При монтаже барабана 1 и повороте подсекций по часовой стрелке образуется барабан 1 с правым направлением ломаных винтовых линий, а при повороте подсекций против часовой стрелки образуется барабан 1 с левым направлением ломаных винтовых линий.

Печь для обжига цемента работает следующим образом.

Барабан 1 печи приводится во вращение известными устройствами и в него непрерывным потоком загружаются компоненты цементной сырьевой массы. При вращении барабана 1 частицы компонентов цементной сырьевой массы захватываются внутренней винтовой поверхностью и в направлении вращения поднимаются вверх и перемещаются в сторону выгрузки. При достижении определенной высоты под действием гравитационных сил и образовавшегося угла естественного откоса частицы компонентов цементной сырьевой массы движутся навстречу друг к другу под определенными углами и к стенкам вращающегося барабана 1, и перемещается в сторону выгрузки. Так как внутренняя криволинейная поверхность барабана 1 непрерывна, то и непрерывен процесс движения последующих порций частиц компонентов цементной сырьевой массы, которые поднимаются вверх и падают вниз, движутся под разными углами.

Поскольку внутренние криволинейные поверхности барабана 1 расположены под углом друг к другу, то каждая порция частиц цементной сырьевой массы перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс взаимодействия частиц цементной сырьевой массы друг с другом и со стенками барабана 1, повышает производительность и расширяет технологические возможности. В результате такой конструкции с криволинейными внутренними поверхностями барабана 1 значительно расширен диапазон изменений результирующих векторов перемещений частиц цементной сырьевой массы, и поэтому каждая частица цементной сырьевой массы движется по разным векторам направления, что обеспечивает большую вероятность столкновений в начальный момент отрыва их от стенок барабана 1, где они обладают определенным запасом кинетической энергии и движутся с большой кинетической энергией, поэтому и обеспечивается повышение производительности и расширение технологических возможностей. Также при вращении барабана 1 частицы цементной сырьевой массы совершают не только сложное пространственное движение, но и перемещаются от загрузки к выгрузке (этому способствуют и винтовые канавки) и выгружаются из барабана 1.

Достижение технического результата изобретения достигается не только за счет расширения диапазона изменений результирующих векторов перемещений частиц цементной сырьевой массы, повышения интенсивности их смешивания и переориентации, а также увеличения скорости их перемещений от загрузки к выгрузке, что повышает интенсивность смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия частиц цементной сырьевой массы друг с другом и со стенками барабана, повышает производительность, расширяет технологические возможности, но и за счет изготовления барабана из одинаковых по размерам и форме подсекций, что упрощает изготовление.