УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОПЕМЗОВОГО ГРАВИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B5/02 B01J2/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве из доменных и ферросплавных шлаковых расплавов пористых заполнителей для легких бетонов.

Известна установка для производства шлакопемзового гравия, включающая шлакоприемную ванну, поризующий желоб, экран и лопастной барабан. Расплавленный шлак подается на поризующий желоб, куда также подается вода. В результате взаимодействия расплава с водой происходит его вспучивание и подача поризованной массы с помощью энергии струи воды и воздуха (или только воды) на экран. С экрана поризованная масса стекает и попадает на быстровращающийся лопастной барабан с прямоугольными лопастями; при этом за счет удара лопасти поризованная масса дробится на отдельные гранулы, которые в свободном полете частично охлаждаются и падают на остывочную площадку. После охлаждения полученный материал рассеивается на фракции.

Признаками, совпадающими с признаками изобретения, являются: наличие быстровращающегося лопастного барабана; подача на желоб воды для поризации шлакового расплава.

Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата: большой расход воды на поризацию (порядка 0,7 м³/т шлака), часть которой расходуется на подачу поризованной массы на экран; это приводит к повышению насыпной плотности шлакопемзового гравия (750-800 кг/м³); спекание отдельных гранул поризованного шлака, что снижает качество продукции; чрезмерная (порядка 50% ) доля фракции 0-5 мм шлаковой пемзы; отсутствие системы локализации и очистки водяного пара от токсичных сернистых соединений.

Известна установка для производства гравиеподобной шлаковой пемзы, включающая водовоздушный аппарат для поризации шлакового расплава и барабанный холодильник для грануляции последнего и одновременно охлаждения образовавшихся гранул [2] Кроме того, в барабанном холодильнике осуществляется локализация образующихся в процессе производства гравиеподобной шлаковой пемзы (ГШП) парогазовых выбросов. Отсюда парогазовая смесь направляется на мокрую газоочистку в скруберах, где она промывается содовым или известковым раствором и, таким образом осуществляется нейтрализация сернистых соединений.

Недостатками установки являются: трудности в получении ГШП с требуемой небольшой плотностью зерна и относительно высоким (более 50%) содержанием стеклофазы, что необходимо для обеспечения достаточно низкой (для применения в теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах) теплопроводности заполнителя; трудности в получении ГШП с минимально открытой пористостью зерна, что необходимо для обеспечения требуемого (не выше нормативного) расхода цемента при изготовлении легких бетонов; используемая схема газоочистки требует высокого расхода извести и создает проблемы, связанные с эксплуатацией шламоотстойников и с необходимостью утилизации продуктов нейтрализации сернистых соединений; кроме того, используемый в этой схеме щелочной раствор может активизировать мелкие частицы шлака, способствуя созданию, так называемых цементных пробок в застойных местах.

Известно также использование твердых реагентов для очистки отходящих газов от сернистых соединений, где для очистки газов от SO₂ применяют пылевидный известняк или известь [2] Недостатком такого метода является необходимость тонкого помола реагента и низкая степень использования емкости сорбента.

Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату является установка для производства шлакопемзового гравия, включающая вибропоризатор и быстровращающийся лопастной барабан [4 прототип] Шлаковый расплав из ковша подается на вибрирующий желоб с отверстиями для подачи воды на поризацию; при этом вспученный шлак благодаря вибрации желоба передвигается по нему, попадает на расположенный под желобом быстровращающийся лопастной барабан и дробится на гранулы, которые формируются под влиянием сил поверхностного натяжения и охлаждаются в полете, доохлаждаются на остывочной площадке, а затем рассеиваются из фракции.

Общими с заявленным изобретением признаками являются: наличие вибропоризатора для вспучивания шлакового расплава; наличие быстровращающегося барабана.

Достижению технического результата препятствует то, что в непосредственной близости от барабана происходит процесс спекания горячих гранул в конгломератные образования. Это обусловлено тем, что траектория полета по длине гранул шлака после дробления поризованной его массы прямыми лопастями вращающегося барабана такова, что эти гранулы концентрируются в объеме в основном в непосредственной близости от барабана. Последнее приводит к необходимости частого прерывания технологического процесса и специальной очистки рабочей площадки, к необходимости установки оборудования для додрабливания спекшихся конгломератов. Такая схема усложняет процесс производства шлакопемзового гравия, снижает качество продукции и производительность установки в целом.

Кроме этих недостатков в рассматриваемой технологической схеме не предусмотрена локализация и очистка парогазовых выбросов от токсичных сернистых соединений.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества продукции (шлакопемзового гравия), повышения производительности установки, а также задача существенного снижения выброса сернистых соединений (Н₂S и SО₂) в атмосферу.

Ожидаемым техническим результатом является: создание оптимальной траектории полета частиц поризованного шлака, выбрасываемых лопастями барабана, и, как следствие, недопущение процессов спекания гранул шлака между собой; создание условий для локализации и обезвреживания парогазовых выбросов от сернистых соединений.

Поставленная задача решается тем, что в установке для производства шлакопемзового гравия, включающей шлакоприемный желоб, вибропоризатор с передаточным лотком и лопастной барабан, расположенный под вибропоризатором, каждая лопасть барабана выполнена из двух стыкующихся равновеликих пластин с углом между каждой пластиной и образующей, проходящей по поверхности барабана и через точку их стыковки, в пределах 5-10^o, сам лопастной барабан установлен со смещением относительно вертикальной плоскости, проходящей через конец передаточного лотка поризатора в сторону движения поризованного расплава на 0,1-0,3 диаметра барабана, а установка дополнительно содержит локализующий зонд, расположенный над вибропоризатором и реактор для нейтрализации сернистых газов, соединенный с локализующим зондом и выполненный в виде вибрирующей емкости, разделенной горизонтальной перфорированной решеткой, на поверхности которой располагается слой зерен щебня, покрытых раствором гидроокиси кальция.

На фиг. 1 приведена схема установки для производства шлакопемзового гравия, которая включает шлаковозный ковш 1; приемный желоб 2 вибропоризатор с передаточным лотком 3; лопастной барабан, каждая лопасть которого выполнена из двух стыкующихся равновеликих пластин с углом между каждой пластиной и образующей, проходящей по поверхности барабана и через точку их стыковки, в пределах 5-10^o, локализующий зонд 5; реактор 6 с адсорбентом; фильтр 7; вентилятор 8; бункер 9. В реактор перед началом работы загружается адсорбент (фракционированный щебень, покрытый известковым раствором), а фильтр 7 заполняется зернистым материалом, например, гранулированным шлаком.

На фиг. 2 вид А на фиг. 1.

Установка работает следующим образом.

Шлаковый расплав из шлаковозного ковша 1 подают на шлакоприемный желоб 2, а затем он поступает на вибропоризатор 3. Одновременно со шлаковым расплавом в вибропоризатор через отверстия в нем подается вода на поризацию шлака. При взаимодействии расплава с водой происходит вспучивание шлака и передвижение его к лопастному барабану. Попадая на лопастной барабан, поризованная масса шлака разбивается на отдельные частицы за счет энергии удара лопасти. В процессе полета частиц поризованного шлака в воздухе по дугообразной траектории происходит формирование их в гранулы под влиянием сил поверхностного натяжения и частичное охлаждение, а окончательное охлаждение происходит на остывочной площадке. Затем охлажденные гранулы грейферным краном отгружаются на рассев по фракциям (на фиг. не показано).

Благодаря особому расположению лопастей поток поризованного шлакового расплава (I) при ударе лопасти разделяется на два потока (II) и (III) по схеме, приведенной на фиг. 3. При этом устраняется концентрация горячих гранул в одном месте рабочей площадки и, соответственно, уменьшается возможность их спекания.

Установление параметров угла между стыкующимися лопастями и образующей, проходящей по поверхности барабана через точку их стыковки, в пределах 5-10^o, обусловлено тем, что при угле менее 5^o разделение потока поризованной массы на два потока летящих гранул весьма небольшое, что не устраняет эффекта их спекания. При угле более 10^o наблюдается слишком большой разброс потоков, что усложняет последующий сбор продукции грейферным краном.

Смещение самого лопастного барабана относительно вертикальной плоскости, проходящей через конец передаточного лотка поризатора в сторону движения поризованного расплава на 0,1-0,3 диаметра барабана диктуется необходимостью изменения и удлинения траектории полета гранул шлака. Так, при совпадении или смещении менее чем на 0,1 диаметра барабана вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения барабана, с вертикальной плоскостью, проходящей через конец передаточного лотка поризатора (фиг. 1), угол встречи между потоком поризованного расплава и лопастью приближается к нулю, что приводит к созданию только небольшой энергии удара лопасти и, соответственно, к небольшой дальности полета гранул. В этом случае гранулы недостаточно охлаждаются, концентрируются в непосредственной близости от барабана и спекаются. При смещении барабана на расстояние более 0,3 его диаметра, траектория движения гранул имеет слишком крутой подъем (порядка 70^o), и гранулы падают в непосредственной близости от барабана со всеми вытекающими последствиями. Таким образом, оптимальная величина смещения 0,1-0,3 диаметра барабана.

Парогазовая смесь, образующаяся над вибропоризатором при поризации шлака, посредством вентилятора 8 просасывается через слой адсорбента (зерна щебня, покрытые раствором гидроокиси кальция), находящегося в реакторе 6, затем проходит через зернистый фильтр 7 и выбрасывается в атмосферу. Продукты реакции накапливаются в бункере 9, а затем удаляются.

В период просасывания парогазовой смеси устанавливается режим вибрации реактора 6. Сернистые газы, содержащиеся в парогазовой смеси, проходя через слой вибрирующего адсорбента, вступают в реакцию с мономолекулярным слоем Са(ОН)₂ с образованием СаSО₄ или СаSО₃, а вибрация частиц адсорбента (в результате которой происходит трение между ними) приводит к снятию поверхностного слоя продуктов реакции, и поверхность зерен щебня вновь становится реакционноспособной. Парогазовая смесь, очищенная от Н₂S и SО₂ и содержащая часть продуктов реакции (пылевидные частицы СаSО₄ или СаSО₃), пропускается через фильтр, где они оседают на зернах гранулированного шлака. Большая часть продуктов реакции проваливается через перфорированую решетку фильтра и попадает в бункер 9.

Обновление реакционного слоя зерен щебня производят путем опрыскивания этих зерен заранее приготовленным раствором Са(ОН)₂ через специальный люк в реакторе. Опыты показали, что такое обновление необходимо проводить через 15-20 ч работы реактора.

Преимущество предлагаемого способа сухой очистки пара от Н₂S и SО₂ заключается в компактности агрегата для его реализации, в отличие от громоздких и малоэффективных агрегатов для очистки пара от сернистых газов, работающих по мокрому способу. Сухой способ не требует больших площадей, больших капитальных и эксплуатационных затрат.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается:
в использовании новой конструкции лопастей барабана и смещении самого барабана относительно вертикальной плоскости, проходящей через конец передаточного лотка вибропоризатора, что позволяет устранить эффект спекания частиц шлака и, тем самым, улучшить качество продукции, а также увеличить производительность установки;
в установке локализующего зонда над вибропоризатором и реактора для нейтрализации сернистых газов, соединенного с локализующим зондом, выполненного в виде вибрирующей емкости, разделенной горизонтальной перфорированной решеткой, на поверхности которой располагается слой зерен щебня, покрытых раствором гидроокиси кальция; это позволяет локализовать и нейтрализовать парогазовые выбросы, образующиеся при производстве шлакопемзового гравия.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

При анализе на соответствие критерию "изобретательский уровень" не обнаружено источников информации, указывающих на известность предложенных конструктивных решений по функциональному назначению и поставленной в изобретении задаче.

Заявляемые конструктивные решения могут быть реализованы в промышленности, а ожидаемый технический результат вытекает из совокупности существенных признаков изобретения, что свидетельствует о соответствии критерию "промышленная применимость".

Использование: при производстве из доменных и ферросплавных шлаковых расплавов пористых заполнителей для легких бетонов. Сущность изобретения: в установке для производства шлакопемзового гравия, включающей шлакоприемный желоб, вибропоризатор с передаточным лотком и лопастной барабан, размещенный под вибропоризатором, каждая лопасть барабана выполнена из двух стыкующихся равновеликих пластин с углом между каждой пластиной и образующей, проходящей по поверхности барабана и через точку их стыковки, в пределах 5-10^o, сам барабан установлен со смещением относительно вертикальной плоскости, проходящей через конец поризатора с передаточным лотком в сторону движения расплава на 0,1-0,3 диаметра барабана, а установка дополнительно содержит локализующий зонд, расположенный над вибропоризатором, а также реактор для нейтрализации сернистых газов, соединенный с локализующим зондом и выполненный в виде вибрирующей емкости, разделенной горизонтальной перфорированной решеткой, на поверхности которой располагается слой зерен щебня, покрытых раствором гидроокиси кальция. Установка обеспечивает повышение производительности по получению шлакопемзового гравия, повышение его качества и снижение выбросов сернистых газов в атмосферу при его производстве. 3 ил.

Установка для производства шлакопемзового гравия, включающая шлакоприемный желоб, вибропоризатор с передаточным лотком и лопастной барабан, размещенный под вибропоризатором, отличающаяся тем, что каждая лопасть барабана выполнена из двух стыкующихся равновеликих пластин с углом между каждой пластиной и образующей, проходящей по поверхности барабана и через точку их стыковки в пределах 5 10^o, сам барабан установлен со смещением относительно вертикальной плоскости, проходящей через конец передаточного лотка поризатора, в сторону движения поризованного расплава на 0,1 0,3 диаметра барабана, а установка дополнительно содержит локализующий зонд, расположенный над вибропоризатором, и реактор для нейтрализации сернистых газов, соединенный с локализующим зондом и выполненный в виде вибрирующей емкости, разделенной горизонтальной перфорированной решеткой, на поверхности которой располагается слой зерен щебня, покрытых раствором гидроокиси кальция.