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 (варианты) (патент РФ №2483260, кл. 27В 7/14, опубл. Б.И. №15, 27.05.2011 г.), содержащая барабан, расположенный горизонтально и смонтированный на плите, жестко закрепленной с помощью упругих элементов на основании, снабженым виброактиватором и расположенной внутри по всей длине барабана цилиндрической пружиной с устройством для изменения шага витков пружины путем ее растяжения или сжатия, при этом барабана изготовлен их трех и более свернутых в вертикальной плоскости и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутых по надрезам, со скошенными стенками, расположенных под углом одна к другой с обеих сторон полос одинаковой ширины, с образованием по периметру барабана направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий и ломаных винтовых поверхностей с постоянным шагом.

Недостатком известной печи является недостаточная производительность, сложность изготовления и ограниченные технологические возможности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является печь для обжига цемента (варианты) (патент РФ №2483260, кл. 27В 7/14, опубл. Б.И. №15, 27.05.2011 г.), содержащая барабан смонтированый из секций, собранных из двух одинаковых подсекций, изготовленных из четного числа трех и более одинаковых равнобедренных треугольников, поочередно соединенных по периметру подсекций с тремя и более одинаковыми равносторонними трапециями, с образованием малого и больших торцевых отверстий в виде многоугольников, при этом число сторон малого торцевого отверстия в два раза больше числа сторон большого торцевого отверстия, при этом в секцию две подсекции соединены друг с другом сторонами больших торцевых отверстий, а секции присоединены друг к другу по длине барабана своими сторонами малых торцевых отверстий с образованием по периметру барабана не менее шести поверхностей волнообразной формы и не менее трех пар направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий, причем по всей длине барабана смонтирована пружина волнообразной формы с плоским сечением витков.

Недостатком известной печи является недостаточная производительность, сложность изготовления и ограниченные технологические возможности.

Техническим результатом является повышение производительности, упрощение изготовления и расширения технологических возможностей.

Технический результат достигается тем, что в печи для обжига цемента, содержащей барабан, расположенный горизонтально, смонтированный на плите, закрепленной с помощью упругих элементов на основании, и снабженный виброактиватором и расположенной внутри по всей длине барабана пружиной с устройством для изменения шага витков пружины путем ее растяжения или сжатия, барабан изготовлен конической формы из полос криволинейной формы различного порядка и степени кривизны, с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине барабана от входного к выходному отверстию, с образованием по его периметру многозаходной винтовой поверхности с плавными винтовыми линиями и винтовыми канавками с углом наклона относительно оси вращения барабана, свернутых в вертикальной плоскости в продольном направлении и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении на оправке в виде параболоида вращения, причем, по всей длине барабана смонтирована пружина конической формы с квадратным сечением витков и с направлением витков противоположным направлению вращения барабана и противоположным направлению винтовых линий и винтовых канавок внутри барабана.

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

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана и его изготовление коническим из полос криволинейной формы различного порядка и степени кривизны, с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине барабана от входного к выходному отверстию, с образованием по его периметру многозаходной винтовой поверхности с плавными винтовыми линиями и винтовыми канавками с углом наклона относительно оси вращения барабана, свернутых в вертикальной плоскости в продольном направлении и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении на оправке в виде параболоида вращения повышает производительность, упрощает изготовление и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается в том, что благодаря наружным винтовым поверхностям двоякой кривизны сопротивление движению сырьевой массы при вращении барабана снижается, это способствует снижению энергозатрат, что в совокупности с геометрическими элементами винтового конического барабана улучшает его характеристики, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается также в том, что барабан по всей длине имеет переменное плавное не только поперечное, но и плавное продольное сечение, что обеспечивает уменьшение сопротивления движению сырьевой массы при его вращении, расширяет технологические возможности, повышает производительность.

Новизна усматривается также в том, что при вращении барабана контакт с сырьевой массой производится многозаходными каналами криволинейной формы, что обеспечивает уменьшение сопротивления при его вращении и энергозатрат, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы винтовые поверхности с переменной шириной, вогнутой криволинейной формы по его длине, что уменьшает сопротивление движения сырьевой массы при вращении барабана, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить не только расширение технологических возможностей, но и расширить потоки частиц сырьевой цементной массы по мере продвижения от загрузки к выгрузке, увеличить амплитуду движения и длину траектории движения частиц сырьевой массы, а также повысить производительность.

Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений барабана изменяются по всей длине от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц сырьевой цементной массы, расширяет технологические возможности, повышает производительность.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить последовательное постепенное разрежение потоков частиц сырьевой цементной массы от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс обжига цемента и расширяет технологические возможности печи.

Новизна заключается в том, что благодаря многозаходной винтовой поверхности конической формы векторы скорости движения частиц сырьевой цементной массы при транспортировке от загрузки к выгрузке изменяются, что способствует повышению производительности процесса обжига цемента и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что по внутреннему периметру барабана образованы многозаходные винтовые поверхности по всей его длине, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц сырьевой цементной массы внутри барабана, повышение производительности, расширение технологических возможностей.

Новизна обусловлена тем, что барабан изготовлен с образованием по внутреннему периметру винтовых канавок, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков частиц сырьевой цементной массы с максимальной энергоемкостью соударений друг к другу и со стенками барабана под разными углами, увеличивает частоту их взаимодействия друг с другом и со стенками барабана, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в следующем: так как частота движения частиц сырьевой цементной массы в предлагаемой конструкции печи для обжига определяется не только частотой виброактиватора, но и количеством криволинейных элементов в виде канавок по его периметру, размеры которых изменяются от загрузки к выгрузке, то такое конструктивное оформление поверхности барабана за счет увеличения размеров и формы канавок по длине барабана изменяет частоту соударений частиц сырьевой цементной массы между собой и со стенками барабана, повышает производительность, увеличивает технологические возможности.

Кроме того, новизна обусловлена тем, что криволинейные элементы, из которых собран барабан, по длине барабана разные по площади и смонтированы под некоторыми углами друг к другу, поэтому интенсивность движения частиц сырьевой цементной массы возрастает и направляют их навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность их движения, обеспечивая повышение производительности и расширение технологических возможностей.

Новизна усматривается в том, что 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 частиц сырьевой цементной массы, расширяет технологические возможности.

Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений барабана изменяются по всей длине от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц сырьевой цементной массы, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы многозаходные плавные винтовые поверхности с плавными винтовыми линиями и винтовыми канавками с различным размером поперечного сечения не только винтовых канавок, но и всего барабана, что обеспечивает нарушение стационарности движения потоков частиц сырьевой цементной массы внутри барабана, расширяет технологические возможности и повышает производительность.

Новизна предложения заключается также в том, что по всей длине барабана смонтирована пружина конической формы с направлением витков, противоположным направлению вращения барабана и противоположным направлению винтовых линий и винтовых канавок внутри барабана, которая способствует интенсификации процесса обжига цемента за счет того, что частицы сырьевой цементной массы, совершающие циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных его оси симметрии, встречаясь с витками пружины конусообразной формы, изменяют траекторию своего движения и перемещаются к периферии барабана, увеличивают интенсивность их взаимодействия друг с другом и стенками барабана, расширяют технологические возможности и повышают производительность.

На фиг. 1 изображен продольный разрез части печи; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - барабан печи, вид спереди; фиг. 4 - вид А на фиг. 3; фиг. 5 - одна из полос, общий вид; на фиг. 6 - вид полосы после скручивания ее концов относительно горизонтальной оси О₁-О₁; на фиг. 7 - вид полосы после скручивания ее на оправке в виде параболоида вращения; на фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг. 7.

Печь для обжига цемента (фиг. 1, фиг. 2) содержит барабан 1, смонтированный горизонтально на плите 2, которая с помощью упругих элементов 3 закреплена на основании 4. Барабан 1 снабжен виброактиватором 5, который прикреплен жестко к плите 2. Для обеспечения продольного перемещения частиц цементной сырьевой массы, внутри барабана смонтирована пружина конической формы 6, показанная на фиг. 1 линиями невидимого контура, которая оборудована устройством для изменения шага витков пружины 6 путем ее растяжения или сжатия (на чертежах не показано). Регулировка величины шага витков пружины 6 может производиться также в процессе обжига цемента, т.е. в процессе работы печи. В зависимости от обрабатываемого материала (цементной сырьевой массы), требуемого времени термообработки устанавливают такой шаг пружины 6, который отвечает оптимальным условиям термообработки. Например, если требуется малое время термообработки, то для увеличения пропускной способности барабана 1 увеличивают шаг пружины 6 путем ее растяжения известными средствами. При термообработке материала, требующего длительного времени пребывания в барабане 1, шаг витков пружины 6 уменьшают путем ее сжатия. В нужном положении пружину 6 фиксируют известными приспособлениями (не показаны). Регулировка величины шага пружины 6 может быть осуществлена и при вращении барабана 1 в процессе обжига цемента.

Барабан 5 (фиг. 3, фиг. 4) с входным отверстием 7 и выходным отверстием 8 изготовлен с образованием по его периметру многозаходных винтовых поверхностей с плавными винтовыми линиями и винтовыми канавками вогнутой формы 9 с углом наклона относительно оси вращения наружными криволинейными поверхностями вогнутой формы 10, 11, 12, 13, 314, 15, 16, 17, 18, 19 относительно оси симметрии барабана 1 с центрами кривизны снаружи барабана 1 (на чертежах не показано), описанных кривыми различного порядка и степени кривизны, например линиями второго порядка кривизны:

- эллипсом х²/а²+у²/b²=1;

- параболой у²=2*р*х;

- гиперболой у=к/х;

линиями третьего порядка кривизны и выше:

- Декартов лист х³+у³-3*а*х*у=0;

- локон Аньези у=а³*(α²+х²);

- строфоида у=х²(а+х)/(а-х);

- улитка Паскаля (x²+y²-2R*x)²-a²*(x²+y²)=0 и т.д.;

и линиями n-го порядка кривизны - полиномами.

Пустотелый конический барабан 1 (фиг. 3, фиг. 4) выполнен из полос, например, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 с боковыми кромками 20 и 21 выпуклой криволинейной формы (фиг. 5), выполненными с разными размерами по ширине полос, например, на фиг. 5 полоса 10 изготовлена шириной 22 у выходного отверстия 8 конического винтового барабана 1, которая больше ширины 24 у входного отверстия 7 конического винтового барабана 1. Полосы 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 с боковыми кромками 20 и 21 выпуклой криволинейной формы описанных кривыми различного порядка и степени кривизны с разными размерами по ширине полос с увеличением ширины полос по длине конического винтового барабана 1 от входного отверстия 7 к выходному отверстию 8, скрученных по винтовой линии в продольном направлении (фиг. 6) относительно продольной оси O₁-O₁ и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на оправке 25 в виде параболоида вращения (фиг. 7, фиг. 8), с образованием по периметру конического винтового барабана 1 винтовых линий 26 (фиг. 3, фиг. 4) и винтовых поверхностей 27 вогнутой формы в виде винтовых канавок соответственно с центрами кривизны, например, снаружи пустотелого конического винтового барабана 1. Полосы 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 после сгиба снимают с оправки 25 (фиг. 7, фиг. 8) и соединяют друг с другом боковыми сторонами (кромками 20 и 21) известными методами, например сваркой, с образованием по периметру пустотелого конического винтового барабана 1 плавных винтовых линий 26 и соответственно винтовых канавок - винтовых поверхностей 27 с переменным, увеличивающимся по длине пустотелого конического винтового барабана 1 с шагом S₁, Одна из винтовых линий 28-29 показана на фиг. 3 и фиг. 4 утолщенной линией.

Печь для обжига цемента оборудована устройством для регулирования наклона печи (на чертеже не показано). Изменение угла наклона осуществляется с целью регулирования скорости перемещения цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке.

Для обеспечения дополнительного продольного перемещения цементной сырьевой массы и интенсификации процесса движения цементной сырьевой массы внутри, по всей длине барабана 1, смонтирована пружина конусной формы 6, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия (на чертеже не показано). Регулировка величины шага витков пружины может производиться в процессе обжига цемента.

Печь для обжига цемента работает следующим образом. Возмущающая сила вращающегося вибратора через плиту 2 и стенки барабана 1 передается частицам цементной сырьевой массы. Под влиянием вибрации, цементная сырьевая масса совершает вращательное движение - циркуляционное движение в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана 1. Радиальное движение частиц цементной сырьевой массы обеспечивается за счет того, что частицы сырьевой цементной массы, совершающие циркуляционное движение внутри барабана 1 в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана 1, встречаясь с витками неподвижно закрепленной пружины конусообразной формы, изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке по винтовым линиям. При этом частицы сырьевой цементной массы, движущиеся за счет конусности винтового барабана 1 от загрузки к выгрузке винтовыми навивками пружины 6, направляются в обратном от выгрузке к загрузке. Поэтому частота движений и соударений частиц цементного сырья определяется не только частотой виброактиватора, но и наличием витков и шагом пружины 6 конусообразной формы, смонтированной стационарно (неподвижно) внутри барабана 1, а также количеством винтовых линий и винтовых канавок по внутреннему периметру барабана 1. Поэтому в предлагаемой конструкции печи для обжига цемента обеспечивается повышение не только частотных характеристик, но и амплитуд движения масс цементного сырья, обеспечивается также активная циркуляция и перемешивание масс цементного сырья. Процесс смешивания интенсифицируется еще и витками смонтированной неподвижно внутри вращающейся печи пружины 1 конусообразной формы, которые изменяют направление движения частиц масс цементного сырья, направляя их в радиальном направлении в сторону противоположную конусности барабана 1, что ускоряет теплообменные процессы и увеличивает интенсивность циркуляции масс цементного сырья. Процесс смешивания интенсифицируется также тем, что винтовые канавки барабана 1 изменяют направление движение частиц масс цементного сырья, совершающих вращательное движение в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана 1, направляя их друг к другу. В результате образуются зоны сжатия масс цементного сырья и зоны разряжения, что интенсифицирует процесс смешивания и теплообменные процессы.

Технико-экономическое преимущества возникают за счет упрощения изготовления барабана 1, обеспечения продольного перемещения цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана 1, за счет того что внутри по всей длине барабана 1 печи смонтирована неподвижно пружина 6 конусной формы с витками квадратного сечения, которая способствует интенсификации осуществления перемешивания и теплообменных процессов, за счет того что пружина 6 конической формы с квадратным сечением витков выполнена с направлением витков, противоположным направлению вращения барабана и противоположным направлению винтовых линий и винтовых канавок внутри барабана, что способствует не только интенсификации осуществления перемешивания и теплообменных процессов, но и позволяет влиять на характер движения цементной сырьевой массы, при изменении производительности печи, что обеспечивает регулирование интенсивности перемешивания цементной сырьевой массы и производительности, расширяет технологические возможности, винтовые канавки многозаходной винтовой поверхности барабана 1 изменяют направление движение частиц масс цементного сырья, что интенсифицирует процессы смешивания, теплообменные процессы, производительность обжига цемента и расширяет технологические возможности