УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR LOOSE MATERIAL COOLING

Изобретение относится к коксохимической, цементной, металлургической промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например кокса, клинкера при производстве кокса, цемента, цинка, свинца, олова и переработки руд.
Известно устройство для охлаждения кокса (А.с. СССР, №1142717, кл. F27В 7/38, 1983, содержащее барабан с карманами охлаждения и неподвижную водяную ванну, в которой барабан выполнен из правильных усеченных пирамид, соединенных между собой попеременно большими и меньшими основаниями, образуя гребни, а карманы охлаждения образованы на наружной поверхности барабана перегородками, соединяющими ближайшие ребра пирамид, и накладками, соединяющими ближайшие гребни.
Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивности теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, а также необходимостью наклона барабана для обеспечения перемещения кокса от загрузки к выгрузке.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для охлаждения сыпучих, материалов (А.с. СССР, №1765154, кл. С10В 39/00, F27В 7/38), включающую водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан 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, а также необходимость наклона барабана для обеспечения перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке.
Техническим результатом задачи являются расширение технологических возможностей, упрощение сборки конструкции, обеспечение продольного перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для охлаждения сыпучих материалов, преимущественно кокса, клинкера, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан с карманами охлаждения, выполненный из секций, каждая из которых смонтирована из шести пластин, выполненных в виде равнобочных трапеций, средства для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, согласно изобретению барабан выполнен из направляющих элементов, выполненных в виде трех с напусками прямоугольной формы для карманов охлаждения 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 ломаных 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, при этом карманы охлаждения образованы напусками прямоугольной формы, расположенными по периметру барабана последовательно с зазорами друг за другом по ломаным винтовым линиям основного направления, и направлены в сторону вращения барабана.
По данным патентно-технической литературы, не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции устройства для охлаждения сыпучих материалов.
Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление внутри барабана тремя ломаными винтовыми канавками основного направления обеспечивает транспортировку сыпучих материалов от загрузочного к разгрузочному приспособлению при горизонтальном расположении устройства, расширяет технологические возможности.
Новизна обусловлена также тем, что выполнение барабана с двумя ломаными винтовыми канавками противоположного направления обеспечивает возврат в обратном направлении части сыпучих материалов, увеличение смешиваемости сыпучих материалов, увеличивает интенсивность охлаждения и теплообмена, расширяет технологические возможности.
Новизна обусловлена также тем, что форма поперечного сечения барабана - неправильный четырехугольник, который по длине барабана меняет не только форму и размеры сторон четырехугольника, но и их расположение относительно оси барабана, что нарушает стационарность движения сыпучих материалов, увеличивает интенсивность теплообменных процессов, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по наружному периметру барабана расположены ломаные винтовые линии основного и противоположного направления, что обеспечивает увеличение интенсивности смешиваемости воды, увеличивает интенсивность теплообменных процессов и расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана по периметру позволяет не только обеспечить продольное каскадное перемещение сыпучих материалов от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана, но и обеспечить интенсивное перемешивание материала, что расширяет технологические возможности установки.
Новизна заключается также в том, что карманы барабана выполнены из направляющих элементов в виде напусков прямоугольной формы, расположенных по периметру барабана последовательно друг за другом с зазорами по ломаным винтовым линиям основного направления, направлены в сторону вращения барабана, что обеспечивает увеличение интенсивности смешиваемости воды, увеличивает интенсивность теплообменных процессов и расширяет технологические возможности.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - барабан, вид спереди; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.5 - одна из полос с разметкой линий сгиба и напусками прямоугольной формы для карманов охлаждения с зазорами А, Б, В, Г между друг другом; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - одна из полос (фиг.5), скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси; на фиг.8 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.9 - сечение Г-Г на фиг.2; на фиг.10 - сечение Д-Д на фиг.2; на фиг.11 - барабан, вид спереди с представленными утолщенными линиями винтовыми линиями по периметру барабана основного и противоположного направления; на фиг.12 - сечение Е-Е на фиг.12; на фиг.13 - сечение Ж-Ж на фиг.11; на фиг.14 - сечение, З-З на фиг.11; на фиг.16 - сечение К-К на фиг.11.
Устройство для охлаждения сыпучих материалов (фиг.1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабан 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6.
Барабан 2 смонтирован (фиг.2, фиг.3) из направляющих элементов, выполненных в виде трех прямоугольных полос 7, 8, 9 с напусками прямоугольной формы 10, 11, 12, 13, 14 (фиг.2, фиг.5); 15, 16, 17, 18, 19 (фиг.2); 20, 21, 22, 23, 24 (фиг.2,) для карманов охлаждения. Эти напуски разделены друг от друга зазорами, например, как на фиг.5, зазорами А, Б, В, Г, которые могут быть выполнены фрезеровкой, просечкой и другими известными способами. Полосы 7, 8, 9 после сгиба (фиг.7) соединены одна с другой под углом 70° (фиг.4) по продольным кромкам 25, 26. На фиг.5 продольная кромка 26 полосы показана штрихпунктирной утолщенной линией. На всех полосах 7, 8, 9 (фиг.5, фиг.6) под углом 60° к продольным кромкам 25 и 26 выполнены попеременно с противоположных сторон надрезы 27, 28 со скошенными стенками (фиг.6), расположенными попарно под углом один к другому посредством фрезерования, обработкой давлением и т.п. с образованием равносторонних треугольников 29 (фиг.5).
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Геометрия и величины углов λ, φ, ώ, φ, α, β скосов надрезов 27, 28 (фиг.6) и их взаимное расположение определяют углы наклона равносторонних треугольников 29 друг к другу по периметру барабана 2. После сгиба полосы (фиг.7) надрезы 29-30, 30-31, 31-32, 32-33, 33-34, 34-35, 35-36, 36-37, 37-38, 38-39, 39-40, 40-41, 41-42, 42-43 сваривают, в результате образуются ребра жесткости. Полосы 7, 8, 9 после сгиба (фиг.7) соединяют одна с другой по продольным кромкам 25 и 26 под углом 70° (фиг.4). Такое соединение трех полос 7, 8, 9 становится возможным, так как после сгиба полос 7, 8, 9 по прямым линиям сгиба 27, 28 (фиг.7, фиг.8, фиг.9) под углом 140° попеременно друг к другу в противоположные стороны на полосе образуются грани в виде равносторонних треугольников 29, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны с образованием по продольным кромкам полос 7, 8, 9, точнее, по периметру наружного диаметра барабана трех ломаных винтовых линий основного направления 44-45-46-47-48-49; 50-51-52-53-54; 55-56-57-58-59 с шагом S (фиг.11) и двух ломаных винтовых линий противоположного направления, одна из которых на фиг.11 показана утолщенной линией 54-48-47-52-56-45-50 c шагом 0,25 S. На фиг.11 показана утолщенной линией 44-45-46-47-48-49 одна из трех ломаных винтовых линий основного направления с шагом S. В каждой из точек излома - вершинах ломаных винтовых линий основного направления (фиг.11) расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников T; Т; Т; T; Т; Т. Например, в вершине 47 (фиг.12) сходятся стороны 60, 61, 62, 63, 64, 65 шести равносторонних треугольников Т; Т; Т; Т; Т; Т. Соединение полос 7, 8, 9 может быть осуществлено известными методами, например сваркой.
1
2
3
В такой конструкции по длине барабана 2 каждое поперечное сечение-проходное сечение отличается от предыдущего не только формой сечения (фиг.13, фиг.14, фиг.15, фиг.16), но и их расположением относительно друг друга, при этом меряется и площадь проходного сечения, что нарушает стационарность движения сыпучих материалов, увеличивает интенсивность теплообменных процессов, расширяет технологические возможности. В такой конструкции барабана 2 образованы по внутреннему периметру по всей длине барабана 2 три ломаные винтовые канавки основного направления К (44-45-46-47-48-49), фиг.11, фиг.13; K (50-51-52-53-54), фиг.11, фиг.14; К (55-5,6-57-58-59), фиг.11, фиг.15, с шагом S и две ломаные винтовые канавки противоположного направления с шагом 0,25 S, одна из которых показана на фиг.11 утолщенной линией 54-48-47-52-56-45-50. Эти канавки не только способствуют перемещению сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, но и обеспечивают интенсивное перемешивание частиц сыпучих материалов, увеличивают интенсивность теплообменных процессов, расширяют технологические возможности.
Устройство работает следующим образом.
Раскаленный кокс поступает во вращающийся барабан 2 с помощью загрузочного приспособления 3 через коническую трубу. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 карманы охлаждения в виде напусков прямоугольной формы 10, 11, 12, 13, 14; 15, 16, 17, 18, 19; 20, 21, 22, 23, 24 по наружному периметру, работая как полки, смонтированные по ломаным винтовым линиям под некоторыми углами друг к другу, захватывают воду и путем полива охлаждают наружную поверхность барабана. Внутри барабана 2 за счет движения потоков материала по сложным траекториям и под разными углами, их интенсивного перемешивания, каскадного перемещения относительно разнонаправленных друг к другу и к оси вращения барабана стенок в виде равносторонних треугольников, увеличения частоты взаимодействия потоков материала друг с другом и со стенками барабана обеспечивается интенсивная теплопередача охлаждаемых сыпучих материалов и стенок барабана 2, охлаждаемых с наружной стороны водой, в том числе процесс интенсифицируется за счет полива стенок барабана водой напусками 10, 11, 12, 13, 14; 15, 16, 17, 18, 19; 20, 21, 22, 23, 24. По мере прохождения кокса по барабану 2 он охлаждается и удаляется из устройства с помощью разгрузочного приспособления 4. Движение кокса внутри барабана 2 от загрузки к выгрузке осуществляется за счет наличия внутри барабана трех ломаных винтовых канавок основного направления 44-45-46-47-48-49; 50-51-52-53-54; 55-56-57-58-59. Выделяющийся при тушении кокса 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 технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой, увеличения их перемешиваемостью и интенсификацией движения сыпучих материалов внутри барабана, упрощения сборки конструкции, а также обеспечения продольного перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана.