ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ЦЕМЕНТА (ВАРИАНТЫ)
CEMENT ANNEALING FURNACE (VERSIONS)

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. 27 В 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 вращающаяся печь для обжига цемента (а.с. №99166, кл. 27 В 7/16, опубл. Б.И. №10, 1954 г.), содержащая закрепленные на ее внутренней поверхности параллельные лопасти для пересыпания материала.
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, отсутствие возможности влиять на характер движения материала в печи при изменении производительности из-за жесткого крепления лопастей и ограниченные технологические возможности.
Техническим решением задачи является расширение технологических возможностей, упрощение эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в печи для обжига цемента, содержащей привод вращения и вращающийся барабан, согласно изобретению по первому варианту барабан выполнен U-образной, круглой, многоугольной формы поперечного сечения, расположен горизонтально и смонтирован 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 цилиндрической пружины путем ее растяжения или сжатия, по второму варианту в печи для обжига цемента, содержащей привод вращения и вращающийся барабан, барабан изготовлен из 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, причем барабан расположен горизонтально и смонтирован на плите, жестко закрепленной с помощью упругих элементов на основании, и снабжен виброактиватором и расположенной внутри по всей длине барабана цилиндрической пружиной с устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины путем ее растяжения или сжатия.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предполагаемых конструкций печи для обжига цемента.
Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление печи для обжига цемента по первому и второму вариантам с закрепленной внутри неподвижно цилиндрической пружиной позволяет не только обеспечить продольное перемещение сыпучих материалов от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана, но и обеспечить интенсивное перемешивание материала, что расширяет технологические возможности печи для обжига цемента, улучшает теплообмен.
Новизна предлагаемого изобретения по второму варианту заключается в том, что элементы ломаной винтовой поверхности барабана разнонаклонены не только друг к другу, но и к оси симметрии барабана, поэтому при работе виброактиватора частицы цементной сырьевой массы, совершающие циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, получают дополнительное движение от наклоненных друг к другу плоских элементов, что увеличивает интенсивность теплообменных процессов и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что по первому и второму вариантам внутри по всей длине барабана печи смонтирована неподвижно цилиндрическая пружина, которая обеспечивает не только перемещение цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке в радиальном направлении, но и способствует интенсификации осуществления перемешивания и теплообменных процессов. Такое радиальное движение обеспечивается за счет того, что частицы сырьевой цементной массы, совершающие циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, встречаясь с витками неподвижно закрепленной пружины изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке, что увеличивает интенсивность перемешивания, теплообменных процессов и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по первому и второму вариантам смонтированная неподвижно внутри по всей длине барабана цилиндрическая пружина снабжена устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины 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.
На фиг.1 изображен продольный разрез части печи по первому варианту; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показаны возможные формы поперечного сечения барабана печи, которые могут быть a) U-образной формы поперечного сечения, б) круглой формы поперечного сечения, г) многоугольной формы поперечного сечения; на фиг.4 изображен продольный разрез части вибрационной печи по второму варианту; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4; фиг.6 - барабан печи по второму варианту, вид спереди; фиг.7 - разрез-В-В на фиг.6; фиг.8 - вид полосы, из которой изготовлен барабан по второму варианту с ослабленными сечениями в плане; фиг.9 - разрез Г-Г на фиг.8; фиг.10 - вид полосы после скручивания в вертикальной плоскости; фиг.11 - вид полосы после изгиба на оправке, изогнутой по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутой по надрезам, со скошенными стенками; фиг.12 - сечение Д-Д на фиг.11.
Печь для обжига цемента по первому варианту (фиг.1, фиг.2) содержит барабан 1, который может быть выполнен (фиг.3) а) U-образной формы поперечного сечения, или б) круглой формы поперечного сечения, или в) многоугольной формы поперечного сечения, смонтированный горизончалыю на плите 2, которая жестко с помощью упругих элементов 3 закреплена на основании 4. Барабан 1 снабжен виброактиватором 5, который на фиг.1, фиг.2 прикреплен жестко к плите 2. Для обеспечения продольного перемещения частиц цементной сырьевой массы внутри барабана смонтирована цилиндрическая пружина 6, которая оборудована устройством для изменения шага S витков цилиндрической пружины 5 путем ее растяжения или сжатия известными средствами (не показано). Регулировка величины шага S витков цилиндрической пружины 6 может производиться также в процессе приготовления цемента, т.е. в процессе работы вибрационной печи. В зависимости от обрабатываемого материала (цементной сырьевой массы), требуемого времени термообработки устанавливают такой шаг S пружины 6, который отвечает оптимальным условиям термообработки. Например, если требуется малое время термообработки, то для увеличения пропускной способности барабана увеличивают шаг S пружины 6 путем ее растяжения, способствующий ускорению движения материала от загрузки к выгрузке. При термообработке материала, требующего длительного времени пребывания в барабане, шаг S витков пружины 6 уменьшают путем сжатия пружины. В нужном положении пружину 6 фиксируют известными приспособлениями (не показано). Регулировка величины шага S пружины может быть осуществлена и при вращении барабана 1 в процессе обжига цемента.
На фиг.3 показаны формы поперечного сечения барабана 1 с закрепленными внутри цилиндрическими пружинами 6 растяжения или сжатия. Направление циркуляционного движения частиц цементной сырьевой массы (на фиг.3 частицы цементной сырьевой массы показаны точками) при работе виброактиватора показано стрелками. В поперечном сечении барабан 1 (фиг.3) может быть выполнен а) U-образной, или б) круглой, или в) многоугольной формы.
Печь для обжига цемента работает следующим образом. Возмущающая сила вращающегося вибратора 5 через плиту 2 и стенки барабана 1 передается частицам цементной сырьевой массы (фиг.1, фиг.2, фиг.3). Под влиянием вибрации частицы цементной сырьевой массы совершают вращательное движение - циркуляционное движение (на фиг.3 движение частиц цементной сырьевой массы показано стрелками) 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, встречаясь с витками неподвижно закрепленной пружины изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке. При этом частицы сырьевой цементной массы движутся вдоль винтовых навивок пружины 6, обеспечивая ускоренное перемещение их от загрузки к выгрузке. Частота движений и соударений масс цементного сырья определяется не только частотой виброактиватора, но и наличием витков и шагом цилиндрической пружины 6, 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 цилиндрической пружины, 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.
Технико-экономическое преимущества возникают за счет обеспечения продольного перемещения цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана, за счет того что внутри по всей длине барабана печи смонтирована неподвижно цилиндрическая пружина, 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 цилиндрическая пружина снабжена устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины 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.
По второму варианту печь для обжига цемента (фиг.4, фиг.5) содержит барабан 7, смонтированный горизонтально на плите 8, которая жестко с помощью упругих элементов 9 закреплена на основании 10. Барабан 7 снабжен виброактиватором 11, который на фиг.4, фиг.5 прикреплен жестко к плите 8. Для обеспечения продольного перемещения частиц цементной сырьевой массы внутри барабана смонтирована цилиндрическая пружина 12, которая оборудована устройством для изменения шага S витков цилиндрической пружины 5 путем ее растяжения или сжатия (не показано). Регулировка величины шага S витков цилиндрической пружины 12 может производиться также в процессе приготовления цемента, т.е. в процессе работы печи. В зависимости от обрабатываемого материала (цементной сырьевой массы), требуемого времени термообработки устанавливают такой шаг S пружины 12, который отвечает оптимальным условиям термообработки. Например, если требуется малое время термообработки, то для увеличения пропускной способности барабана увеличивают шаг S пружины 12 путем ее растяжения известными средствами, способствующий ускорению движения материала от загрузки к выгрузке. При термообработке материала, требующего длительного времени пребывания в барабане, шаг S витков пружины 12 уменьшают путем ее сжатия. В нужном положении пружину 12 фиксируют известными приспособлениями (не показаны). Регулировка величины шага S пружины может быть осуществлена и при вращении барабана 7 в процессе обжига цемента.
Барабан 7 (фиг.6, фиг.7) изготовлен из трех и более полос 13, 14, 15, 16 (фиг.8) с надрезами (фиг.9), которые свернуты в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы (фиг.10), изогнуты по винтовым линиям в поперечном направлении и согнуты (фиг.11, фиг.12) по надрезам, со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенными попарно под углом одна к другой с обеих сторон полос.
Барабан 7 имеет (фиг.6, фиг.7) переменное продольное сечение и переменное проходное поперечное сечение по длине. Полосы 13, 14, 15, 16 выполнены ребристыми в продольно-поперечном направлении, образуя на фиг.6 чередующие грани, например 17, 18, 19, 20 и так далее, например, для полосы 14. При этом каждые две смежные грани 17-18, 19-20 и т.д. расположены под тупым углом одна к другой с наружной и внутренней сторон полос, пересекаются между собой с образованием винтовых линий основного направления, например 21-22-23-24-25-26 на наружной поверхности, и винтовых канавок по внутренней поверхности барабана 7. На фиг.6 одна из винтовых линий основного направления 21-22-23-24-25-26 показана утолщенной линией. На наружной поверхности барабана 7 образуются также винтовые канавки и винтовые линии противоположного направления, например 27-28-24-29-30-31 (на фиг.6, фиг.7 показаны утолщенной линией). Винтовые линии по наружной поверхности барабана 7 имеют одинаковые обозначения позиций с винтовыми канавки по внутренней поверхности. Винтовые линии барабанов 7 могут иметь различное число заходов в зависимости от количества полос, из которых смонтирован барабан 7.
На полосах 13, 14, 14, 15 перед свертыванием выполняют надрезы 32, 33 со скошенными стенками, расположенными попарно под углом одна к другой, как, например, на фиг.8, фиг.9, посредством фрезерования, обработкой давлением и т.п. Геометрия и величина углов α, β, φ, λ, ψ, ω скосов надрезов и их взаимное расположение соответствует числу заходов и величинам шагов винтовых линий противоположного направления. Надрезы 32, 33 создают (фиг.8, фиг.9) попеременно с противоположных сторон каждой полосы 13, 14, 15, 16. Затем относительно продольной оси каждую из полос 13, 14, 15, 16 скручивают в вертикальной плоскости относительно продольной оси полосы. На фиг.10 показана одна из полос, скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси с боковыми кромками 34 и 35. Предварительно скрученную в вертикальной плоскости относительно продольной оси полосу, например 13, помещают на оправку 36 (фиг.11, фиг.12) и изгибают так, чтобы кромки 34 и 35 разместились по винтовым линиям и в поперечном направлении. После изгиба в поперечном направлении каждая полоса повернута относительно продольной оси барабана 7 так, что ее кромки образуют и в поперечном направлении полосы винтовую линию с одинаковым шагом для всех полос. После этого полосу 14 деформируют и снимают с оправки 36 либо фиксируют на оправке 36. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, например 14, 15, 16. Далее все деформированные таким образом полосы размешают на оправке 36, совмещают и соединяют известными методами, например сваркой.
Печь для обжига цемента работает следующим образом. Возмущающая сила вращающегося вибратора 11 через плиту 8 и стенки барабана 7 передается частицам цементной сырьевой массы (фиг.4, фиг.5). Под влиянием вибрации цементной сырьевой массы совершают вращательное движение - циркуляционное движение в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана 7. Радиальное движение частицам цементной сырьевой массы обеспечивается за счет того, что частицы сырьевой цементной массы, совершающие циркуляционное движение внутри барабана 7 в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, встречаясь с витками неподвижно закрепленной пружины изменяют траекторию своего движения и перемещаются от загрузки к выгрузке по винтовым линиям. При этом частицы сырьевой цементной массы движутся вдоль винтовых навивок пружины 12, обеспечивая ускоренное перемещение их от загрузки к выгрузке. Частота движений и соударений масс цементного сырья определяется не только частотой виброактиватора, но и наличием витков и шагом цилиндрической пружины 12, смонтированной стационарно (неподвижно) внутри барабана 7. 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 цилиндрической пружины, 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 17, 18, 19, 20 и т.д., ломаных винтовых поверхностей барабана 7 изменяют направление движение частиц масс цементного сырья, совершающих вращательное движение в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана 7, 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 обеспечения продольного перемещения цементной сырьевой массы от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана, за счет того что внутри по всей длине барабана печи смонтирована неподвижно цилиндрическая пружина, 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 цилиндрическая пружина снабжена устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины 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 ломаных винтовых поверхностей барабана изменяют направление движение частиц масс цементного сырья, что интенсифицирует процессы смешивания, теплообменные процессы и расширяет технологические возможности.