Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРЕСС-ВАЛКОВЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам изготовления спрессованных тел из сыпучих и вязко-пластичных материалов, в частности из отходов производства, реализуемых в пресс-валковых агрегатах, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: строительных материалов, химической, энергетической, деревообрабатывающей, а также в сельскохозяйственном производстве.

Известны различные способы изготовления спрессованных тел, получаемых в пресс-агрегатах, например с предварительным уплотнением шихты, нанесением связующих на поверхность валков поливом и распылением на их верхнюю часть, нагрев связующего и др. Патенты №2185420, Мкл. С10L 5/44; опубл. 20.07.2002; №2100204, Мкл. B30B 11/00; опубл. 27.12.1997.

Однако упомянутые способы прессования не являются универсальными, что особенно важно для изготовления брикетов из техногенных материалов с невысокой насыпной массой: пылеуноса сушильных и обжиговых агрегатов; золы ТЭЦ; отходов перлитового, вермикулитового производства, деревообрабатывающей промышленности и др.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в авт. св. №742133, Мкл. B28И 3/12, опубл. 25.06.1980, согласно которому прессование производят в пресс-валковом агрегате с применением увеличения исходной насыпной массы смеси с помощью виброуплотняющего воздействия и предварительного ее уплотнения валковым способом. Однако этот способ не позволяет изготавливать качественно спрессованные брикеты из вязкопластичных и влагонасыщенных материалов, таким образом имеет ограниченные технологические возможности из-за недостаточной плотности материала при его приготовлении, т.е. способ также не является универсальным.

Известны также различные агрегаты для изготовления спрессованных тел (брикетов), например, с применением предварительного уплотнения смеси: шнековые, валковые и другие подпрессовщики, например патент №2028950, опубл. 20.02.1995 г., Мкл. B30B 11/26. В упомянутом техническом решении обеспечивается локальное нагнетание прессуемого материала в межвалковое пространство пресс-валкового агрегата, что не позволяет равномерно распределить материал по ширине валков; либо не обеспечивают необходимый коэффициент предварительного уплотнения смеси (отношение плотности уплотненного материала к его исходной насыпной массе), что в конечном итоге не позволяет получать качественную продукцию (особенно это касается техногенных материалов с невысокой насыпной массой ρ₀≤600 кг/м²).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является механизм подпрессовки по патенту №2133673, Мкл. B30B 11/18; B22F 3/02, опубл. 27.07.1999, содержащий две параллельно установленные щеки с пустотелыми корпусами, соединенными в своей нижней части с траверсами, закрепленными в центральных частях на приводных осях. Траверсы, в свою очередь, шарнирно соединены с дугообразными уплотнителями, расположенными над прессующими валиками.

Однако данное техническое решение также имеет ограниченные технические возможности, не является универсальным и не может быть использовано при прессовании техногенных материалов с различными физико-механическими свойствами, например влагонасыщенных материалов (увлажненных целюллозно-бумажных отходов, торфа, измельченных растительных материалов сельскохозяйственного производства, влагоемкого фосфогипса и др.), рыхлых, малосыпучих техногенных материалов с низкой исходной насыпной массой (мелкозернистых отходов деревообрабатывающей промышленности, термически обработанных техногенных материалов - пылеуноса сушильных и обжиговых агрегатов цементного и известкового производства, уменьшающих свою исходную насыпную массу из-за гидратации находящейся в смеси СаО_св при ее увлажнении; высокопористых материалов-отходов перлитового и вермикулитового производства и др.).

Изобретение направлено на решение задачи расширения технологических возможностей прессования смесей с малой насыпной массой, заключающееся в возможности прессования влагонасыщенных и вязкопластичных материалов посредством пресс-валкового агрегата, а также в расширении спектра используемых материалов и улучшении качества полученных изделий путем обеспечения заданной плотности полученных брикетов и повышении производительности.

Указанная задача решается следующим образом.

При прессовании изделий предлагаемым способом, предназначенным для формования изделий из техногенных материалов, заключающимся в нескольких параллельных стадиях их уплотнения в щековом уплотнителе, при прессовании изделий из малосыпучих влагонасыщенных материалов: на первой стадии, в процессе загрузки, осуществляют удаление избыточной влаги, одновременно разделяют перемещение материала на три потока, затем параллельно продолжают производить уплотнение перемещающегося далее материала нагнетательными валиками и дугообразным уплотнителем, выравнивающим толщину слоя по ширине валков, при этом, если материал обладает излишней вязкостью или малой плотностью, уменьшают и увеличивают эти показатели при помощи вибрации или нагревания.

Для осуществления описанного способа пресс-валковый агрегат оснащен загрузочным бункером, составленным из двух, последовательно расположенных по вертикали, блоков (в верхнем из которых установлена пара эластичных (прорезиненных) валиков, каждый из которых сопряжен, с возможностью изменения зазора, с бесконечной ветвью, а в нижнем блоке установлен щековый уплотнитель, загрузочная часть которого содержит пустотелые камеры, а выгрузочная часть соединена с корпусами эксцентриков. Корпуса эксцентриков закреплены на валах нагнетательных валиков и соединены, в свою очередь, с дугообразным уплотнителем, закрепленным на боковых пластинах валков).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что малосыпучие техногенные материалы с низкой насыпной массой подвергают последовательному неоднократному предварительному уплотнению в пресс-валковом агрегате с загрузочным бункером, состоящим из двух блоков, один из которых оснащен парой эластичных валиков, сопряженных с бесконечной ветвью, а во втором установлен щековый уплотнитель с пустотелыми камерами по бокам и соединенный с корпусами эксцентриков, за счет чего достигается значительное увеличение коэффициента предварительного уплотнения шихты, ее равномерное распределение по ширине формующих валков пресс-валкового агрегата, что в конечном итоге повышает производительность агрегата и плотность сформованных брикетов. При формовании техногенных материалов с повышенной влажностью на первом этапе (в процессе загрузки) осуществляют извлечение избытков влаги за счет подпрессовки материала между цилиндрическими поверхностями эластичных валиков и бесконечной ветвью, одновременно с подпрессовкой загружаемой массы, производят разделение перемещения материала на три потока, затем продолжают уплотнение массы в щековом уплотнителе одновременно нагнетательными валиками и дугообразными уплотнителями. При повышенной вязкости или малой сыпучести материала производят его нагрев посредством нагревательных элементов, установленных в пустотелых камерах уплотнителя и боковых стенках бункера, или путем вибрационного воздействия при помощи вибраторов, размещенных на боковых стенках уплотнителя.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 представлена диаграмма повышения плотности уплотняемого материала по стадиям его обработки.

На фиг.2 - общий вид агрегата для формования брикетов.

На фиг.3 - разрез по А-А.

На фиг.4 - вид А на наклонные боковые поверхности пустотелых камер щекового уплотнителя.

На фиг.5 - вид В на узел крепления эксцентриков к щековому уплотнителю и нагнетательного валика на приводном валу устройства.

Пресс-валковый агрегат для формования техногенных материалов содержит два последовательно расположенных по вертикали блока 1 и 2 (фиг.2, 3). В верхнем блоке 1 в плоскости, перпендикулярной осям валков 3, установлены под распределительными пластинами 4 пара эластичных (прорезиненных) валиков 5 и 6. Распределительные пластины установлены к горизонтали под углом β, превышающим угол естественного откоса материала. Каждый из валиков (5 и 6) сопряжен, с возможностью изменения зазора, с бесконечными ветвями (движущимися лентами) 7 и 8 загрузочного устройства. В нижнем блоке 2, в плоскости, параллельной осям валков, установлен над ними щековый уплотнитель 9, загрузочная часть которого содержит примыкающие к боковым стенкам бункера пустотелые камеры 10 и 11. Выгрузочная часть щекового уплотнителя соединена по бокам с корпусами эксцентриков 12 и 13 (фиг.3 эксцентриситет - е). Эксцентрики насажены на валах 14 и 15 нагнетательных валиков 16 и 17 жестко, с возможностью передачи через корпуса эксцентриков усилий щекам уплотнителя. Корпуса эксцентриков 12 и 13 соединены с помощью регулируемых серег шарнирно закрепленными в нижней части дугообразными уплотнителями 18 и 19. Пустотелые камеры шнекового уплотнителя в верхней части соединены с помощью серег 20 и 21 со стенками бункера.

Над щековым уплотнителем в корпусе верхнего блока по его бокам (фиг.3) закреплены подвижные шиберы 22 и 23, установленные под углом Ψ=60° к горизонтали.

На наклонной боковой поверхности пустотелых камер щекового уплотнителя установлены шевронообразные выступы 24, расположенные под углом γ=45° к горизонтали (фиг.2, 4). Нагнетательные валики 16 и 17, расположенные между эксцентриками 12 и 13, закреплены на приводных валах свободно, с возможностью вращения от внешних сил трения (фиг.5).

В пустотелых камерах щекового уплотнителя, на боковых стенках, установлены вибраторы 25, а на вертикальных стенках и в боковых пустотелых камерах бункера - нагревательные элементы 26.

Способ прессования техногенных материалов в пресс-валковом агрегате реализуется следующим образом.

Техногенный материал с невысокой насыпной массой, например пылеунос цементного, известкового, перлитового, вермикулитового производств; отходы деревообрабатывающей промышленности (опилки) или влагонасыщенные материалы, такие как фосфогипс, торф, и др., с исходной насыпной массой p₀ (фиг.1), загружают в верхний блок 1 загрузочного бункера, в котором через распределительные пластины 4 (фиг.2) он поступает под эластичные валики 5 и 6, сопряженные с бесконечными ветвями - (движущимися лентами) 7 и 8. Для равномерного истечения материала через распределительные пластины угол их наклона к горизонтали должен превышать угол естественного откоса загружаемого материала, а для его равномерного распределения по ширине эластичных валиков 5 и 6 на рабочей поверхности расположены «елочнообразные» выступы. Материал движется в направлениях К (фиг.2, 3).

После предварительного уплотнения материала эластичными валиками его плотность возрастает с ρ₀ до ρ₁ (фиг.1). Выявлено опытным путем.

При использовании влагонасыщенных материалов и силовом воздействии на них эластичных валиков происходит отжатие избыточной влаги через полотна бесконечных ветвей. Отжатая влага отводится через боковые патрубки в направлениях N (фиг.2).

Предварительно уплотненный материал с плотностью ρ₁ из верхнего блока 1 поступает в нижний блок 2, при этом материал находится не в рыхлом состоянии с низкой сыпучестью, а в виде уплотненных пластин с большей сыпучестью.

Далее, в нижнем блоке, материал поступает в щековый уплотнитель 9, который обеспечивает прирост плотности материала с ρ₁ до ρ₂ (фиг.1). Наибольшие значения достигаются в зоне параллельности щекового уплотнителя, в его нижней части. Для обеспечения равномерного распределения уплотненного материала по ширине валков 3 пресс-валкового агрегата на наклонной поверхности щекового уплотнителя расположены шевронообразные выступы, расположенные к горизонтали под углом γ=45-60° (фиг.4). Опытным путем выявлено, что при γ<45° не обеспечивается необходимая сыпучесть вдоль выступающих пластин в направлениях S (фиг.2), а при γ>60° материал сосредотачивается в центральной части валиков 5 и 6, не распределяясь по их ширине. Движение щек уплотнителя по эллипсоидной траектории, что повышает сыпучесть и уплотнение материала, достигается за счет передачи усилий от эксцентриков 12 и 13. Последние жестко закреплены на приводных валах 14 и 15 и посредством корпусов эксцентриков, закрепленных на вертикальных стенках щекового уплотнителя, передают ему движение.

При использовании техногенных материалов с низкой насыпной массой, например, перлитовых отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок) и др., обеспечивается разделение уплотненного в верхнем блоке материала на потоки:

I - центральный, подающийся в щековый уплотнитель, и два боковых - II и III.

Разделение потоков осуществляют с помощью шиберных устройств 22 и 23, закрепленных в направляющих боковых стенок бункера.

Угол наклона шиберов к горизонтали составляет Ψ=50-80°. При Ψ<50° наблюдается зависание материала на шиберах, при Ψ>80° поток в направлениях II и III ограничен (выявлено опытным путем).

Потоки материала, движущиеся в направлениях II и III, поступают в зоны уплотнения нагнетательных валиков 16 и 17, обеспечивающих нагнетание частично уплотненного материала в ячейки валков 3 и его дополнительное уплотнение (фиг.3, 5) до значения плотности ρ₂ (фиг.1). Вращение валиков 16 и 17 осуществляется за счет сил трения, возникающих за счет уплотняемого между валиками материала. Направление вращения валиков 16 и 17 противоположно направлению приводных валков 3, работающих от главного привода. Посадка уплотняющих валиков на опорных поверхностях приводных валов 14 и 15 скользящая, что позволяет обеспечить заданные направления вращения валиков 16 и 17. В то же время заданное направление вращения валов 14 и 15 осуществляется от дополнительного привода и противоположно направлению вращения валиков 16 и 17. Это обеспечивает нагнетание уплотняемого в щековом уплотнителе материала в зону межвалкового пространства (между валками 3) «сверху вниз» (фиг.3, 5). За счет параллельного уплотнения материалов в щековом уплотнителе (зона I) и нагнетательных валиков (зона II и III) материал достигает значения плотности ρ₃ (фиг.1). Наличие у щекового уплотнителя в его верхней части пустотелых камер 10 и 11 обеспечивает дополнительные преимущества:

- дополнительное уплотнение материала в отсеках при движении щек, а также исключение зависания материала в отсеках;

- дополнительное уплотнение материала и оптимизация его плотности и вязкости достигается путем вибрационного и термического воздействия с помощью установленных в пустотелых камерах вибраторов и термонагревателей.

Предлагаемая конструкция пресс-валкового агрегата позволяет расширить его технологические возможности и реализовать предлагаемый способ прессования широкого спектра техногенных материалов.

Совокупность вышеуказанных технологических приемов: разделение потоков перемещения массы материала, вибровоздействие, термонагревание, дополнительное нагнетание материала в ячейки валков и его уплотнение валиками перед подачей материала в межвалковое пространство позволяет получить прирост плотности материала - пунктирная кривая 2 на фиг.1.

В результате постадийного уплотнения материала достигаются следующие технические результаты.

- Повышается качество уплотнения изделия за счет того, что предварительно уплотненный в верхней части бункера материал в отличие от рыхлого обладает большей подвижностью и обеспечивает равномерное распределение по ширине рабочих органов (щекового уплотнителя, боковых отсеков, рабочей поверхности нагнетательных валиков и валков пресса). Достигается необходимый коэффициент предварительного уплотнения техногенных материалов перед их прессованием в валках пресса. Удаляется газообразная фаза из порошкообразного материала на стадии его предподготовки, что исключает запрессовку воздуха в прессуемые изделия и предотвращает появление в них микротрещин, что также благоприятно влияет на качество.

- Обеспечивается повышение производительности пресс-валкового агрегата за счет увеличения плотности и выхода более качественных брикетов.

- Расширяются технологические возможности (универсальность), заключающиеся в возможности обработки не только сыпучих, но и влагонасыщенных, вязкопластичных материалов, характеризующихся малой сыпучестью и повышенной адгезионной способностью (например, отходов деревообрабатывающей промышленности - опилок с нефтебитумными связующими для производства альтернативных источников топлива - прессованных пелет, для обогрева жилищ, теплогенерации электрической энергии в автономных теплоэлектрогенераторах). Это обеспечивается за счет использования в пустотелых камерах щекового уплотнителя вибрационных устройств и теплонагревательных элементов.

- Повышаются прочностные характеристики спрессованных тел - (брикетов) за счет получения упрочненного поверхностного слоя при термоподогреве прессованной массы в зонах II и III. Таким образом, задача изобретения решена.