УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КЛИНКЕРА Российский патент 2012 года по МПК C10B39/00 F27B7/38 

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 переработке руд.

Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (А.с. СССР №1765154, кл. C10B 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 сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для охлаждения сыпучих материалов (заявка на изобретение №2009137941/05 (053636), кл. C10B 39/00, F27B 7/38, 2009 г.), включающее средства для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, выполненный из прямоугольных полос, согнутых попеременно в противоположные стороны под углом 140° по надрезам, выполненным под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам под углом 70° с образованием по внутреннему периметру трех ломанных винтовых канавок основного направления и двух ломаных винтовых канавок противоположного направления, а по наружному периметру трех ломаных винтовых линий основного направления и двух ломаных винтовых линий противоположного направления, в точках излома которых расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей, упрощение сборки конструкции.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для охлаждения клинкера, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана, изготовленный из полос, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан изготовлен из трех и более полос переменной ширины выпуклой криволинейной формы, свернутых в вертикальной плоскости в продольном направлении, изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутых по надрезам со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенным попарно под углом один к другому с обеих сторон полос с образованием по периметру барабана направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий и ломаных винтовых поверхностей с переменным шагом.

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

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 охлаждения клинкера.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разрежение потоков клинкера, а также потоков воды 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 траектории 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 ломаные винтовые поверхности с переменной шириной выпуклой криволинейной формы 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.

Новизна обусловлена также тем, что шаг винтовых линий по периметру изменяется по длине барабана от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс смешивания клинкера и его охлаждения.

Новизна заключается в том, что скручивание каждой полосы по надрезам со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенным попарно под углом один к другому с обеих сторон полос, обеспечивает дополнительное искривление поверхности по периметру барабана, благодаря чему увеличивается разность между углами наклона векторов перемещения частиц клинкера в соседних участках барабана, поэтому частицы клинкера движутся по сложным траекториям, увеличивая число столкновений друг с другом и со стенками барабана, что интенсифицирует процесс не только смешивания, но и охлаждения частиц клинкера.

Новизна обусловлена также тем, что полосы имеют криволинейную выпуклую форму переменной ширины и выполнены ребристыми в поперечном направлении с образованием по периметру барабана чередующихся граней, что обеспечивает постепенное разрежение и уплотнение потоков частиц клинкера, интенсифицирует процесс смешивания частиц клинкера и его охлаждения.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для охлаждения клинкера, общий вид; на фиг.2 - барабан выпуклой формы, общий вид; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 - одна из полос переменной ширины, из которых изготовлен барабан выпуклой формы устройства для охлаждения клинкера; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - полоса переменной ширины (фиг.4) после скручивания в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы; на фиг.7 - полоса переменной ширины (фиг.6) после сгиба по винтовым линиям на бочкообразной оправке.

Устройство для охлаждения клинкера (фиг.1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабана 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабанов 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6.

Барабан 2 выпуклой формы (фиг.2, фиг.3) выполнен из полос 7, 8, 9, 10, 11, 12 переменной ширины (фиг.4) с надрезами (фиг.5), скрученных не только в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы (фиг.6), но и в поперечном направлении на бочкообразной оправке по винтовым линиям (фиг.7). Так как полосы 7, 8, 9, 10, 11, 12 имеют переменную ширину (фиг.4), то барабан 2 (фиг.2, фиг.3) имеет переменное продольное сечение и переменное проходное поперечное сечение по длине барабана 2. Кроме того, полосы 7, 8, 9, 10, 11, 12 выполнены ребристыми в продольно-поперечном направлении, образуя по периметру винтового барабана 2 (фиг.2, фиг.3) чередующиеся треугольные грани, например грани 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и т.д., для полосы, например, 9. При этом каждые две смежные грани, например 13 и 14, 14 и 15 и т.д., расположены под тупым углом одна к другой с наружной и внутренней сторон полос 7, 8, 9, 10, 11, 12, пересекаются между собой с образованием винтовых линий основного направления шагом S₁, например, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 на наружной поверхности и винтовых канавок по внутренней поверхности винтового барабана 2, а также по наружной поверхности барабана 2 впадин и выступов между смежных граней, например, 13 и 14, 14 и 15 и т.д., расположеных под тупым углом одна к другой. На фиг.2 и фиг.3 одна из винтовых линий с шагом S₁ основного направления 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 показана утолщенной линией. На наружной поверхности барабана 2 образуются также винтовые канавки и винтовые линии противоположного направления с шагом S₂, например, 28-29-30-24-31-32-33 (на фиг.2, фиг.3) тоже показана утолщенной линией. Винтовые линии по наружной поверхности барабана 2 имеют одинаковые обозначения позиций с соответствующими им канавками на внутренней поверхности, причем винтовые канавки и винтовые линии барабанов 2 могут иметь различное число заходов и различные шаги винтовых линий.

На полосах 7, 8, 9, 10, 11, 12 перед свертыванием выполняют надрезы 34, 35 со скошенными стенками, расположенные попарно под углом один к другому, как, например, на фиг.4, фиг.5 посредством фрезерования, обработки давлением и т.п. Геометрия и величина углов Δ, ξ, σ, τ, ν, χ скосов надрезов и их взаимное расположение соответствуют числу заходов и величинам шагов винтовых линий противоположного направления. Надрезы 34, 35 создают (фиг.4, фиг.5) попеременно с противоположных сторон каждой полосы 7, 8, 9, 10, 11, 12. Затем относительно продольной оси каждую из полос 7, 8, 9, 10, 11, 12 скручивают в вертикальной плоскости относительно продольной оси полосы. На фиг.6 показана одна из полос, скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси, с расположенными по винтовым линиям вдоль продольной оси боковыми кромками 36 и 37. Предварительно скрученную в вертикальной плоскости относительно продольной оси полосу, например, 9 помещают на бочкообразную оправку 38 (фиг.9) и изгибают так, чтобы боковые кромки 36 и 37 разместились по винтовым линиям и в поперечном направлении. После изгиба в поперечном сечении на бочкообразной оправке каждая полоса повернута относительно продольной оси барабана 2 так, что ее кромки образуют и в поперечном направлении полосы винтовые линии с одинаковым шагом для всех полос. После этого полосу 9 деформируют и снимают с оправки 38. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, например, 8, 9, 10, 11, 12. Далее все деформированные полосы 7, 8, 9, 10, 11, 12 совмещают и соединяют известными методами, например сваркой. Так как полосы, из которых смонтирован барабан 2, свернуты не только в продольном, но и в поперечном направлении, то по периметру барабана 2 образованы различные по шагу, направленные навстречу друг другу винтовые внутренние поверхности и в местах их соединения винтовые канавки. Образование сложной внутренней поверхности в виде сочетания двух криволинейных поверхностей, в каждой точке которых возникают разнонаправленные составляющие движения, повышает интенсивность движения частиц клинкера и расширяет технологические возможности комбайна.

Устройство для охлаждения клинкера работает следующим образом.

Раскаленный клинкер, кокс и т.п. поступает во вращающийся барабана 2 с помощью загрузочного приспособления 3. Барабан 2 орашается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 наружные смежные грани, например, 13 и 14, 14 и 15 и т.д. расположены под тупым углом одна к другой, работая как полки, смонтированные по ломаным винтовым линиям под некоторыми углами друг к другу, захватывают воду и путем полива охлаждают наружную поверхность барабана 2. Внутри барабана 2 за счет движения потоков частиц клинкера по сложным траекториям и под разными углами, их интенсивного перемешивания и каскадного перемещения, относительно разнонаправленных друг к другу и к оси вращения барабана стенок в виде равносторонних треугольников, увеличения частоты взаимодействиия потоков частиц клинкера друг с другом и со стенками барабана 2 обеспечивается интенсивная теплопередача охлаждаемых частиц клинкера и стенок барабана 2, охлаждаемых с наружной стороны водой, в том числе процесс интенсифицируется за счет полива стенок барабана водой расположенными под тупыми углами одна к другой смежными гранями, например, 13 и 14, 14 и 15 и т.д. По мере прохождения частиц клинкера по барабану 2 они охлаждаются и удаляются из устройства с помощью разгрузочного приспособления 4. Движение частиц клинкера внутри барабана 2 от загрузки к выгрузке осуществляется за счет наличия внутри барабана ломаных винтовых канавок. Выделяющийся при тушении частиц клинкера пар конденсируется в дефлегматоре 6, что позволяет сократить расход воды на тушение. Вода в виде пленки, стекая по разнонаклоненным друг к другу треугольникам-стенкам барабана 2, охлаждает наиболее нагруженную в тепловом отношении сторону барабана 2.

Технико-экономические преимущества возникают за счет расширения технологические возможности, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между частицами клинкера и охлаждающей водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификации движения частиц клинкера внутри барабана, упрощения сборки конструкции.

Изобретение может быть использовано в цементной, коксохимической и металлургической промышленности. Устройство для охлаждения клинкера содержит вращающийся барабан (2), установленный в водяной ванне (1), средства для загрузки (3) и выгрузки (4) клинкера. Вращающийся барабан (2) по периметру изготовлен из трех и более полос переменной ширины выпуклой криволинейной формы, свернутых в вертикальной плоскости в продольном направлении, изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутых по надрезам со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенным попарно под углом один к другому с обеих сторон полос с образованием по периметру барабана направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий и ломаных винтовых поверхностей с переменным шагом. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения и упростить сборку конструкции. 7 ил.

Устройство для охлаждения клинкера, включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, изготовленный из полос, средства для загрузки и выгрузки клинкера, отличающееся тем, что барабан по периметру изготовлен из трех и более полос переменной ширины выпуклой криволинейной формы, свернутых в вертикальной плоскости в продольном направлении, изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутых по надрезам со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенным попарно под углом одна к другой с обеих сторон полос с образованием по периметру барабана направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий и ломаных винтовых поверхностей с переменным шагом.