Печь для обжига цемента
CEMENT KILN

Изобретение относится к устройствам для получения цемента и может быть использовано в цементной промышленности, строительстве и производстве строительных материалов.
Известна вращающаяся печь для обжига сыпучего материала (а.с. №1322051, кл. 27В 7/16, опубл. БИ №25, 1987 г.), содержащая теплообменные устройства и винтовую вставку, размещенные в рабочем пространстве печи, и снабженная винтообразным кольцом и кронштейнами, плоскость которых направлена вдоль образующей печи, причем с одной стороны кронштейна закреплена винтовая вставка, а с другой - винтообразное кольцо, причем винтообразное кольцо закреплено под углом к радиальному направлению печи и винтовая вставка закреплена перед теплообменными устройствами, считая по ходу движения газов.
Недостатком известной вращающейся печи является необходимость создания уклона для транспортировки сыпучего материала от загрузки к выгрузке, сложность в связи с этим ее эксплуатации, недостаточная интенсивность теплообмена 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, расположенный горизонтально и смонтированный на плите, жестко закрепленной с помощью упругих элементов на основании, снабжен 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 сложность изготовления, недостаточная производительность и ограниченные технологические возможности.
Техническим решением задачи является упрощение изготовления, повышение производительности и расширение технологических возможностей.
Технический результат достигается тем, что в печи для обжига цемента, содержащей барабан, расположенный горизонтально и смонтированный на плите, закрепленной с помощью упругих элементов на основании, снабжен виброактиватором и расположенной внутри по всей длине барабана пружиной с устройством для изменения шага витков пружины путем ее растяжения или сжатия, отличающаяся тем, что барабан смонтирован 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 отверстий в два раза больше числа сторон большого торцевого отверстия, и в секцию две подсекции соединяют 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.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предполагаемых конструкций печи для обжига цемента.
Новизна заключается в том, что барабан смонтирован из секций, собранных из двух одинаковых подсекций, изготовлен 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, и в секцию две подсекции соединяют друг с другом сторонами больших торцевых отверстий, а секции присоединены друг к другу по длине барабана своими сторонами малых торцевых отверстий, что упрощает изготовление.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана позволяет обеспечить не только расширение технологических возможностей, но и сжатие частиц сырьевой цементной массы по мере продвижения от загрузки к выгрузке, 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 уплотнение и 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 взаимонаправленным ломаным винтовым линиям векторы скорости движения частиц сырьевой цементной массы при транспортировке от загрузки к выгрузке изменяются, что способствует повышению производительности процесса печи для обжига цемента и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по внутреннему периметру барабана образованы ломаные 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 направленных навстречу друг другу не менее трех ломаных правых и левых винтовых линий, 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 плоских элементов по его периметру, то такое конструктивное оформление поверхности барабана за счет увеличения количества плоских элементов в каждой секции по периметру, увеличивает частоту соударений частиц сырьевой цементной массы между собой и со стенками барабана, повышает производительность, увеличивает технологические возможности.
Кроме того, новизна обусловлена тем, что элементы, из которых собран барабан, разные по площади конфигурации 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 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 сырьевой цементной массы, что увеличивает интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности повышает производительность.
Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений барабана изменяются по всей длине от загрузки к выгрузке, при этом число сторон малого торцевого отверстия в два раза меньше числа сторон большого торцевого отверстия, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц сырьевой цементной массы, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по периметру барабана образованы ломаные поверхности из плоских элементов различной формы и размеров, 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 волнообразной формы, которая обеспечивает не только перемещение частиц сырьевой цементной массы в продольном направлении от загрузки к выгрузке, но и способствует интенсификации процесса обжига цемента за счет того, что частицы сырьевой цементной массы, совершающих циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных ее оси симметрии, встречаясь с витками пружины волнообразной 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 - разрез-Б-Б на фиг. 3; фиг. 5 - наглядное изображение барабана печи.
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 волнообразной формы 6, 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, способствующий ускорению движения материала от загрузки к выгрузке. 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 1 (фиг. 3, фиг. 4) собран из секций 7, смонтированных из двух одинаковых подсекций 8 и 9 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5).
Подсекции изготовлены, например, подсекция 8 (фиг. 5) из четного числа не менее трех одинаковых равнобедренных треугольников 10, 11, 12, поочередно соединенных по периметру подсекции 8 с не менее тремя одинаковыми равносторонними трапециями 13, 14, 15 с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников 16, 17, при этом число сторон малого торцевого отверстия 16 в два раза больше числе сторон большого торцевого отверстия 17.
В секцию 7 две подсекции 8 и 9 соединяют друг с другом сторонами торцевых больших отверстий 17, а секции присоединены друг к другу по длине барабана своими сторонами малых торцевых отверстий 16 с образованием по периметру барабана 1 волнообразной формы не менее трех пар направленных навстречу друг другу ломаных винтовых линий, например 18-19-20-21 и 21-22-19-23 и образованием по периметру барабана 1 не менее шести поверхностей волнообразной формы, например 24-25-26 (фиг. 3).
По всей длине барабана 1 смонтирована пружина волнообразной формы 6, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия (на чертеже не показано).
Ломаные винтовые линии образуют по периметру барабана 1 ломаные винтовые поверхности, состоящие из граней, например, в виде равнобедренных треугольников 10, 11, 12 и равнобедренных трапеций 13, 14, 15 по поперечному сечению барабана 1 и вдоль продольной оси барабана 1 не менее шести поверхностей волнообразной формы, например 24-25-26 и 27-28-29 (фиг. 3, фиг. 5).
Ломаные винтовые линии по наружной поверхности барабана 1 имеют одинаковые обозначения позиций с соответствующими им канавками на внутренней поверхности.
Так как подсекции 8 и 9 имеют малые торцевые отверстия 16 и большие торцевые отверстия 17, то секции 7 имеют переменное продольное и переменное проходное сечения по длине барабана 1.
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 волнообразной 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.
Барабан 1 имеет (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) переменное продольное сечение и переменное проходное поперечное сечение по длине.
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 цементной сырьевой массы совершают вращательное движение - циркуляционное движение в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана 1. Радиальное движение частицам 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 волнообразной формы, изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке по винтовым линиям. При этом частицы сырьевой цементной массы движутся вдоль винтовых навивок пружины 6, обеспечивая перемещение их от загрузки к выгрузке. Частота движений и соударений частиц цементного сырья определяется не только частотой виброактиватора, но и наличием витков и шагом пружины 6 волнообразной формы, смонтированной стационарно (неподвижно) внутри 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 волнообразной формы, которые изменяют направление движения частиц масс цементного сырья, направляя их в радиальном направлении в сторону выгрузки, что ускоряет теплообменные процессы и увеличивает интенсивность циркуляции масс цементного сырья. Процесс смешивания интенсифицируется также тем, что грани, например 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ломаных винтовых поверхностей 24, 25, 26, 27, 28, 29 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 волнообразной формы, которая обеспечивает не только перемещение цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке в радиальном направлении, но и способствует интенсификации осуществления перемешивания и теплообменных процессов, за счет того что пружина 6 волнообразной формы снабжена устройством для изменения шага ее витков путем ее растяжения или сжатия, что 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, за счет того что грани 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ломаных винтовых поверхностей 24, 25, 26, 27, 28, 29 барабана 1 изменяют направление движение частиц масс цементного сырья, что интенсифицирует процессы смешивания, теплообменные процессы, производительность обжига цемента и расширяет технологические возможности.