Результат интеллектуальной деятельности: Установка для охлаждения клинкера

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

Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (АС 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 и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера внутри барабана, сложность сборки конструкции.

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

Технический результат достигается тем, что в установке для охлаждения клинкера, включающей водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан изготовлен из секций, смонтированных из двух подсекций, выполненных из трех и более поочередно соединенных между собой боковыми сторонам 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 с образованием по внутреннему периметру направленных навстречу друг другу трех и более ломанных правых и левых винтовых линий, а также внутренних трех и более винтовых канавок с одинаковым шагом, при этом по всей длине барабана смонтирована цилиндрическая пружина с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, причем направление ее витков совпадает с направлением вращения барабана.

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

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

Новизна обусловлена также тем, что не только равнобедренные треугольники и равнобедренные трапеции, 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 клинкера внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена также тем, что не только равнобедренные треугольники и равнобедренные трапеции, 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 клинкера друг с другом и со стенками барабана, что 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 клинкера, что увеличивает энергоемкость соударений, повышает производительность и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена тем, что барабан снабжен тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. винтовыми ломанными линиями равного шага, направленными навстречу друг к другу по периметру барабана, и соответственно тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. винтовыми канавками внутри барабана, направленными тоже навстречу друг другу, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков частиц клинкера с максимальной энергоемкостью соударений частиц друг к другу и со стенками барабана под разными углами, увеличивает частоту взаимодействия частиц клинкера 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 клинкера, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разряжение потоков клинкера внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана по мере продвижение клинкера от загрузки к выгрузке, а также повысить эффективность смешивания частиц клинкера 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 клинкера, расширяет технологические возможности устройства для охлаждения клинкера, повышает интенсивность охлаждения.

Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы направленные навстречу друг другу ломанные винтовые поверхности по длине барабана, что обеспечивает не только нарушение стационарности потоков движения частиц клинкера 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 клинкера внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана, при этом скорость частиц клинкера внутри барабана, а также воды снаружи барабана в каждой точке их потоков хаотически пульсирует, поэтому частицы клинкера 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 клинкера и его охлаждения.

Новизна усматривается в том, что по всей длине барабана смонтирована цилиндрическая пружина с плоским сечением витков, которая обеспечивает не только перемещение частиц клинкера 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 клинкера обеспечивается за счет того, что частицы клинкера, 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 клинкера, увеличивают интенсивность процесса теплопередачи и расширяют технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена предлагаемая установка для охлаждения клинкера, общий вид; на фиг. 2 - барабан установки, общий вид, вид спереди; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; фиг. 4 - барабан установки, наглядное изображение.

Установка для охлаждения клинкера (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 цилиндрическая пружина 7 с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков пружины путем ее растяжения или сжатия (на рисунках 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. 3) изготовлен из секций 8, смонтированных из двух подсекций, например 9 и 10 выполненных из трех и более поочередно соединенных между собой боковыми сторонам равнобедренных трапеций 11 и равнобедренных треугольников 12 (на фиг. 2 одна из равнобедренных трапеций 11 и один из равнобедренных треугольников 12 выделены двойными линиями), основания которых в подсекции, например подсекции 9, расположены в разные стороны, например, в подсекции 9 основание 13 трапеции 11 и основание 14 треугольника 12 расположены в разные стороны подсекции, при этом секции соединены между собой большими основаниями трапеций 15, 16, как на фиг. 2, а подсекции соединены в секцию так, что основания равнобедренных треугольников, например, одной подсекции 9 основания 14 присоединены к верхнему основанию, например 17 равнобедренных трапеций второй подсекции 10, а основания равнобедренных треугольников второй подсекции, например, подсекции 10 основание 18 присоединены к верхнему основанию 19 равнобедренных трапеций, например 11 первой подсекции 9.

В результате такой последовательной сборки элементов стенок барабана 2, по периметру образуются, например на фиг. 2, пять правых и пять левых ломанных винтовых линий с одинаковым шагом S₁ и S₂. Одна из пяти левых ломанных винтовых линий с шагом S₁ показана на фиг. 2 утолщенной линией 20-21-22-23-24, а одна из пяти правых ломанных винтовых линий с шагом S₂ показана на фиг. 2 утолщенной линией 25-26-22-27-28.

Установка для охлаждения клинкера работает следующим образом.

Раскаленный клинкер или кокс поступает во вращающийся барабана 2 с помощью загрузочного приспособления 4 через коническую трубу. Барабан орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 плоские элементы - равносторонние трапеции 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 или клинкера, поднимают их по направлению вращения барабана 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 или клинкера, движущихся внутри барабана 2 под другими углами и с другими скоростями. Длина траектории движении (амплитуда) этих потоков горячих материалов в значительной степени зависит от диаметра барабана 2, от углов наклона плоских элементов стенок барабана 2 друг к другу и к оси вращения. Частота соударений потоков горячих материалов определяется не только частотой вращения барабана 2, но и количеством разных по форме плоских элементов по периметру барабана 2. Поэтому в предлагаемой конструкции установки для охлаждения клинкера обеспечивается повышение частоты взаимодействия потоков материалов (раскаленного клинкера или 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 другу плоскими треугольниками и трапециями. Таким образом, при вращении барабана 2 плоские элементы - равносторонние трапеции 11 и равносторонние треугольники 12, 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, расширяет 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 или клинкера, что увеличивает интенсивность соударений, расширяет технологические возможности, повышает эффективность охлаждения, но обеспечивает смешиваемость воды, что улучшает теплообмен. По мере прохождения клинкера или кокса по барабану 2 он охлаждается и удаляется из барабана 2 с помощью разгрузочного устройства 4. Движение клинкера или кокса внутри барабана 2 осуществляется не только за счет наличия внутри барабана 2 ломанных винтовых линий, но и пружины 7. Выделяющийся при охлаждении клинкера или кокса пар конденсируется в дефлегматоре 6, что позволяет сократить расходы воды при охлаждении.

Технико-экономическое преимущества возникают за счет расширения технологических возможностей, повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между клинкером или коксом и охлаждаемой водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификации движения частиц клинкера или кокса внутри барабана, упрощения сборки барабана, за счет образования по периметру барабана винтовых поверхностей из плоских элементов различной формы и размеров в виде равнобедренных трапеций и равнобедренных треугольников, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц раскаленного кокса или клинкера внутри барабана, увеличивает частоту их взаимодействия не только друг с другом, но и со стенками барабана, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.