СПОСОБ ОБРАБОТКИ ГИДРАТИРОВАННОГО ФЛОГОПИТА И СВЧ-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИДРАТИРОВАННОГО ФЛОГОПИТА Российский патент 2004 года по МПК H05B6/64 B28D1/32 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к изготовлению вспученного флогопита.

Известен способ обработки гидратированного флогопита (патент России №2085372, МПК B 28 D 1/32, опуб. 27.07.1997), включающий воздействие на материал энергией высокочастотного электромагнитного поля с концентрацией рассеиваемой в материале мощности не менее 20 МВт на 1 м³ невспученного флогопита.

Недостатки этого способа: нестабильность получения вспученного материала, а также повышенный расход СВЧ-энергии на его получение.

Известное в технике устройство для СВЧ-обработки сыпучих материалов по а.с. №1592958, МПК H 05 B 6/64, опуб.15.09.1990 содержит СВЧ-генератор, соединенный через элемент ввода с камерой нагрева, внутри которой расположен транспортер, выполненный в виде ступенчато установленных одна над другой полок из диэлектрика, вибрационный механизм, определяющий скорость движения материала по транспортеру, узлы загрузки и выгрузки обработанного материала, отверстие для вывода пара; камера соединена с вибрационным механизмом. Камера, выполненная в виде отрезка трубы, не позволяет сконцентрировать всю мощность электромагнитного поля на обрабатываемом материале, что в конечном итоге сказывается на большом расходе энергии. Устройство не обеспечивает качественной вспучиваемости материала.

Наиболее близким является выбранный в качестве прототипа способ обработки флогопита и установка для его отжига, описанные в патенте РФ №2171552, МПК B 28 D 1/32, Н 05 В 6/64, 6/70, опуб. 27.07.2001.

Способ включает загрузку материала в тракт обработки, в котором материал перемещается по наклонным диэлектрическим каналам под собственным весом и с помощью дополнительной механической вибрации тракта, воздействие на материал энергией высокочастотного электромагнитного поля, подвод воздуха и принудительный отвод пара. Подвод воздуха и принудительный отвод пара осуществляют только во входном диэлектрическом канале.

Устройство-прототип содержит СВЧ-генератор, соединенный с камерой нагрева, внутри которой расположен транспортер в виде полок из диэлектрика, узлы загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, трубчатые элементы подвода воздуха и отвода пара. Камера нагрева выполнена в виде рассогласованного на имеющем фазовращатель выходном конце волноводного тракта прямоугольного сечения, по которому распространяется волна типа Ню, имеющего в вертикальном продольном сечении по широкой стенке волновода конфигурацию ступеней с длиной пологой и крутой частей, одинаковой и равной четверти длины волны, при этом диэлектрические полки транспортера расположены внутри волновода параллельно его узкой стенке на пологих участках ступеней и находятся в узле загрузки - в осевой плоскости волновода и далее по ходу тракта имеют постоянное обнижение относительно этой плоскости; тракт выполнен с возможностью изменения угла наклона пологих участков ступеней с помощью сменных волноводных уголков и снабжен несколькими автономными ультразвуковыми механизмами, равномерно размещенными по его длине. Тракт снабжен ультразвуковыми головками. Элемент подвода воздуха размещен во входной волноводной ступени, здесь же размещены элемент отвода пара и вытяжной вентилятор, которым осуществляется вытяжка пара. Остальные трубчатые элементы отвода пара расположены по одному в каждом волноводе.

Недостатки прототипа.

Выполнение транспортера, установленного в волноводной камере, в виде диалектрических полок под углом к горизонту и последовательное расположение их друг под другом вдоль наклонной волноводной камеры, снабженной вибрационным механизмом, не всегда обеспечивает правильную ориентацию части обрабатываемого материала относительно электрической составляющей электромагнитного поля по краям полок, где материал проходит перпендикулярно вектору Е. А это приводит к некачественному вспучиванию обрабатываемого материала.

Осуществление подвода воздуха и принудительного отвода паров через элемент вывода пара с помощью вентилятора осуществляется только во входном волноводе, что недостаточно для качественного вспучивания материала, т.к. пары воды во время высвобождения ее из гидрослюды конденсируются в слое материала, который намокает, что приводит к повышенному поглощению СВЧ-энергии на разогрев уже высвободившейся воды и слипанию материала, приводящие к заторам в волноводе.

Пары воды во время высвобождения ее из гидрослюды конденсируются в слое материала, который намокает, что приводит к повышенному поглощению СВЧ-энергии на разогрев уже высвободившейся воды.

Отсюда повышенный расход энергии, возможное возникновение критических ситуаций и нестабильность в работе оборудования.

Задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих качественное равномерное вспучивание материала, снижение расхода СВЧ-энергии и повышение надежности в работе.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки гидратированного флогопита, включающего воздействие на флогопит энергией высокочастотного электромагнитного поля, подвод воздуха и принудительный отвод пара, согласно изобретению флогопит ориентируют в месте загрузки, равномерно и прямолинейно перемещают плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, осуществляют принудительный подвод воздуха одновременно с принудительным отводом пара равномерно вдоль всего тракта обработки со скоростью, определяемой формулами

1,5GV/100≤V;

15GV/100≤V_о,

где V_о - скорость отдвода пара, м³/с;

V_n - скорость подвода воздуха, м³/с;

G - скорость гидратации гидратированного флогопита, %;

V - объем загрузки волноводной камеры, м3.

Температура подводимого воздуха составляет 25-40°С

Обработку флогопита осуществляют при концентрации рассеиваемой в нем мощности в интервале 13-19 МВт на 1м³ невспученного флогопита. СВЧ-устройство для обработки гидратированного флогопита, содержащее СВЧ-генератор, соединенный с волноводной камерой прямоугольного сечения с расположенным внутри нее транспортером из диэлектрика, узлами загрузки и выгрузки флогопита, элементами отвода пара, размещенными равномерно по одной из сторон волноводной камеры, элементами подвода воздуха, а также устройство принудительного отвода пара, согласно изобретению, волноводная камера выполнена в виде прямого прямоугольного волновода с узкой стороной в качестве основания с неподвижно установленной в нем по его ширине и длине параллельно основанию диэлектрической полкой, при этом транспортер выполнен в виде диэлектрической ленты, установленной с возможностью перемещения по ней, узел загрузки снабжен элементом, ориентирующим подаваемый на транспортер флогопит плоско параллельно вектору Е - напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, кроме того, установка снабжена устройством принудительного подвода воздуха, при этом элементы отвода пара размещены по верхней узкой стороне волновода, элементы подвода воздуха равномерно размещены по остальным его продольным сторонам, а все элементы подвода воздуха и отвода пара соединены с устройствами принудительного подвода воздуха и отвода пара.

Ориентирование флогопита в месте загрузки, равномерное и прямолинейное перемещение его параллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля обеспечивает направление этого поля вдоль слюдяных слоев гидрофлогопита; энергия высокочастотного электромагнитного поля, воздействующая на обрабатываемый материал, благодаря радиопрозрачным свойствам флогопита и большим диэлектрическим потерям, свойственным воде, практически полностью поглощается межслоевой группой; это явление обуславливается повышенной подвижностью молекул воды совместно с обменным катионом Mg⁺ вдоль плоскостей спаянности слюдяных слоев. Это и обеспечивает равномерное качественное расслоение чешуек флогопита по всему объему.

Принудительный подвод воздуха одновременно с принудительным отводом пара вдоль всего тракта обработки не дают конденсироваться воде в слое материала, исключая оседание воды. В результате мощность СВЧ-излучения тратится только на удаление воды из гидратированного флогопита и обеспечивает равномерное поглощение СВЧ-излучения вдоль всего объема материала. Принудительный подвод воздуха обеспечивает перемешивание насыпного слоя флогопита, вспученный флогопит поднимается на поверхность, а невспученный оседает вниз и правильно ориентируется вдоль вектора Е электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля.

Скорость подвода воздуха и отвода пара определена экспериментальным путем по формулам

Значение температуры подводимого воздуха в интервале 25-40°C определено опытным путем. Данный интервал температур достаточен для исключения конденсирования воды в обрабатываемом флогопите и на стенках волновода, что способствует качеству вспученного материала и снижению расхода СВЧ-энергии.

При значении температуры <25°C возникает роса, при значении температуры >40°C изменяются свойства транспортера.

Осуществление обработки флогопита с концентрацией рассеиваемой в нем мощности в интервале 13-19 МВт на 1 м³ невспученного флогопита получено опытным путем.

При значении концентрации рассеиваемой мощности менее 13 МВт/м³ процесс вспучивания происходит медленно, т.е пребывание флогопита в волно-водной камере увеличивается.

Если значение концентрации мощности >19 МВт/м³, то идет перерасход электроэнергии.

Проведенные патентные исследования показали, что заявляемое техническое решение не следует явным образом из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне.

Предложенное техническое решение является промышленно применимым существующими техническими средствами.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется описанием конкретного способа обработки гидратированного флогопита и СВЧ-устройства для его осуществления.

Способ обработки гидратированного флогопита воздействием на флогопит энергией высокочастотного электромагнитного поля включает загрузку, ориентирование флогопита в месте загрузки, равномерное и прямолинейное перемещение его плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, осуществляют принудительный подвод воздуха при температуое 25-40°C одновременно с принудительным отводом пара равномерно вдоль всего тракта обработки со скоростью, определяемой формулами

1,5GV/100≤V_n;

15GV/100≤V_о,

при концентрации рассеиваемой во флогопите мощности в интервале 13 - 19 МВт на 1 м³ невспученного флогопита.

Конкретный пример выполнения способа.

Обработку ведут в прямоугольной прямой волноводной камере с применением в качестве источника СВЧ магнетронного генератора мощностью 50 кВт с частотой 915 Мгц, с напряженностью электрической составляющей 10 кВ/м на уровне максимальной концентрации поля 19 МВт на 1 м³ невспученного флогопита.

Перед загрузкой материала в волноводную камеру отбирают пробы для определения максимальной составляющей степени гидратации гидратированного флогопита, после чего определяют объем загрузки (V) волноводной камеры и скорость подачи материала в волноводную камеру.

Объем загрузки волноводной камеры определяют по империческим формулам, определенным опытным путем:

где G - степень гидратации флогопита, %;

d - ширина волноводной камеры, м;

Е - напряженность электрической составляющей высокочастотного электромагнитного поля, В/м;

Р - мощность, Вт.

При загрузке волноводной камеры 3,8·10^-3 м³ гидрофлогопитом со степенью гидратации 8% выполняются формулы (1), (2):

0,43<1;

45,6·10³ ≤ 50·10³ соответственно

при скорости отвода пара не менее 4,56·10^-3 м³/с и при скорости подвода воздуха с температурой 25-40°С не менее 4,56·10^-4 м³/с.

После установки номинальной мощности генератора размельченный гидрофлогопит, сориентированный в месте загрузки, равномерно и прямолинейно подают в волноводную камеру плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, затем одновременно принудительно вдоль всего тракта обработки подводят подогретый воздух и отводят пар. Время выдержки материала составляет 15 с, концентрация рассеиваемой мощности 13,2 МВт/м³.

Расход электроэнергии составил 1,8-3,5 КВт ч/м³.

Качество вспученного сырья составило 100%.

Сущность заявляемого СВЧ-устройства для обработки гидратированного флогопита поясняется чертежами, где на фиг.1 общий вид устройства, на фиг.2 -вид по стрелке А на фиг.1

Устройство включает волноводную камеру 1, соединенную с СВЧ-генератором (не обозначен), диэлектрическую полку 2, транспортер 3, узел загрузки 4, узел выгрузки 5, элементы подвода воздуха 6, элементы отвода пара 7, устройство принудительного подвода воздуха 8, устройство принудительного отвода пара 9.

Волноводная камера 1 выполнена в виде прямого прямоугольного волновода 1 с узкой стороной в качестве основания, с торцов она жестко соединена по ширине с запредельными волноводами 10, 11 соответственно; диэлектрическая полка 2 неподвижно установлена внутри прямоугольного волновода 1 по его ширине и длине параллельно основанию; транспортер 3 выполнен в виде диэлектрической ленты, установленной с возможностью перемещения по диэлектрической полке 2; узел загрузки 4 снабжен элементом, ориентирующим подаваемый на транспортерную ленту обрабатываемый флогопит плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля (позиция на фиг. не обозначена); элементы отвода пара 7 и подвода воздуха 6 выполнены в виде трубок, элементы отвода пара 7 равномерно размещены по верхней узкой стороне волновода, элементы подвода воздуха 6 равномерно размещены по трем остальным его сторонам. Все элементы отвода пара 7 и все элементы подвода воздуха 6 соединены с устройствами принудительного отвода пара 9 и подвода воздуха 8 соответственно. В качестве устройств принудительного отвода пара и подвода воздуха использованы известные в технике стандартные устройства.

В примере конкретного выполнения используется СВЧ-генератор мощностью 50кВт, работающий на частоте (915±15)МГц. В качестве волновода 1 использован прямой волновод сечением 220×104 мм. Входной и выходной запредельные волноводы 10 и 11 выполнены сечением 50х104 мм и представляют единое целое с прямым волноводом. Транспортерная лента шириной 100 мм выполнена из фторопласта, полка 2 выполнена из известного радиопрозрачного материала. Узел выгрузки 5 выполнен известным в технике образом. Элемент, ориентирующий подаваемый на транспортерную ленту 3 флогопит, не описан.

Устройство, реализующее способ обработки гидратированного флогопита по пп.1-3 эксплуатируется следующим образом.

Подобраны согласно описанному способу объем загрузки волноводной камеры (V), скорость подачи флогопита (т.е. скорость транспортерной ленты); осуществляют загрузку данного объема обрабатываемого флогопита на транспортерную ленту 3, при этом элемент ориентирования узла загрузки (на фиг. не показан) направляет флогопит равномерно и прямолинейно на транспортерную ленту 3, которая перемещается в волноводную камеру 1. Одновременно включают СВЧ-генератор, излучающий электромагнитные волны, распространяющиеся в волноводе 1, в котором флогопит ориентируется плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля. Включают одновременно устройства принудительного подвода воздуха 8 и отвода пара 9. Обработанный флогопит выходит из волноводной камеры, часть с лентой, 3, большая часть уходит через узел выгрузки 5.

Таким образом, способ обработки гидратированного флогопита и устройство для его реализации обеспечивают по сравнению с прототипом возможность качественного вспучивания слабогидратированных и гидратированного флогопитов, снижение расхода электроэнергии и повышение надежности за счет постоянного вентилирования волноводной камеры при одновременном принудительном отводе пара и принудительном подводе теплого воздуха.

Устройство простое в исполнении, бесшумное в работе.

Соотношение основных критериев, обеспечивающих качественный способ обработки гидратированного флогопита, определенное эмпирически и доказанное экспериментально, и эффективное использование СВЧ-энергии позволяют использовать данное устройство в автоматическом режиме.

Назначение: Преимущественная область использования изобретения - строительство. Сущность: способ обработки гидратированного флогопита воздействием на флогопит энергией высокочастотного электромагнитного поля включает загрузку, ориентирование флогопита в месте загрузки, равномерное и прямолинейное перемещение плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, принудительный подвод воздуха при температуре 25-40° одновременно с принудительным отводом пара равномерно вдоль всего тракта обработки со скоростью, определяемой по приведенным формулам, при концентрации рассеиваемой во флогопите мощности в интервале 13-19 МВт на 1м³ невспученного флогопита. СВЧ-устройство для обработки гидратированного флогопита содержит волноводную камеру, выполненную в виде прямого прямоугольного волновода с узкой стороной в качестве основания, жестко соединенного по торцам с запредельными волноводами, диэлектрическую полку, неподвижно установленную внутри волновода по его ширине и длине параллельно основанию волновода, транспортер, выполненный в виде диэлектрической ленты, установленной с возможностью перемещения по полке, узел загрузки, снабженный элементом, ориентирующим подаваемый на транспортер флогопит плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ-поля, элементы отвода пара и подвода теплого воздуха, при этом элементы отвода пара равномерно размещены по верхней узкой стороне волновода, а элементы подвода теплого воздуха размещены равномерно по остальным его продольным сторонам, причем все элементы подвода воздуха и отвода пара соединены с устройствами принудительного подвода воздуха и отвода пара. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки гидратированного флогопита, включающий загрузку, перемещение, воздействие на флогопит энергией высокочастотного электромагнитного поля, подвод воздуха и принудительный отвод пара, отличающийся тем, что флогопит ориентируют в месте загрузки, которую осуществляют вне действия электромагнитного СВЧ поля, перемещают равномерно и прямолинейно плоскопараллельно вектору Е-напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного СВЧ поля, осуществляют принудительный подвод теплого воздуха одновременно с принудительным отводом пара равномерно вдоль всего тракта обработки со скоростью, определяемой формулами

15GV/100≤V₀,

l,5GV/100≤V_n,

где V₀ - скорость притока воздуха, м³/с;

V_n - скорость отвода пара, м³/с;

G - степень гидратации гидратированного флогопита,%;

V - объем загрузки волноводной камеры, м³.