ВАЛКОВЫЙ ПРЕСС ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано для брикетирования углеродосодержащих и других полидисперсных сыпучих материалов для дальнейшего использования в чугунолитейных и шлаковых вагранках, шахтных печах цветной металлургии и других производствах.
Известен валковый пресс для брикетирования каменных углей, содержащий приводные, установленные друг против друга попарно, валки с формующими ячейками в виде симметричных полуформ будущих брикетов и загрузочный бункер-распределитель, выполненный с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер и, далее - в зону угла захвата брикетной смеси валками (И.Д.Ремесленников «Брикетирование угля», Харьков: Углетехиздат, 1957, с.187).
Наиболее близким к предлагаемому является валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов, содержащий приводные, установленные друг против друга попарно, валки с формующими ячейками в виде симметричных полуформ будущих брикетов и вертикальный загрузочный бункер-распределитель, содержащий размещенный в нем, вертикально, соосно и с небольшим зазором относительно стенок корпуса бункера, шнековый питатель, и, закрепленный в верхней части бункера и под углом к вертикальной оси бункера, патрубок для подачи обрабатываемого материала, осевая шнека питателя направлена в зону угла захвата брикетной смеси валками. При этом, выходное отверстие бункера-распределителя расположено над валками с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в зону угла захвата брикетной смеси валками и заполнения ею ячеек валков (авторское свидетельство СССР №1397309, В30В 11/18, 23.05.88.).
Общим недостатком выявленных аналога и наиболее близкого к предлагаемому валковых прессов является то, что подобные валковые прессы позволяют получить качественные брикеты небольшие по размерам с весом от 60 до 80 г. Из нашей практики: при размере ячеек 55×44×16 мм и диаметре бандажа валков 637 мм качественные брикеты при брикетировании смеси мелкозернистых угольных отходов с пековым связующим имеют размеры 55×44×34 мм с весом от 65 до 70 г. Это ограничение веса брикетов обусловлено особенностью валковых прессов, заключающейся в ограничении значений возможных углов захвата брикетной смеси, которые малы и составляют от 7 до 12°, а так же в ограничении коэффициента уплотнения, который составляет от 1,4 до 1,6 (И.Д.Ремесленников «Брикетирование угля», Харьков: Углетехиздат, 1957, с.194). Увеличение веса готовых брикетов в выявленных валковых прессах путем простого увеличения размеров ячеек не позволяет получить брикеты с высокими потребительскими качествами. При использовании формующих бандажей с ячейками большего размера, чем принятые для известных валковых прессов, углы захвата валков не обеспечивают захват брикетной смеси в количестве, обеспечивающем давление прессования для образование плотных, прочных брикетов. В этом случае брикеты либо вообще не образуются, либо готовые брикеты рыхлые, непрочные, непригодные к употреблению. Отсутствие возможности увеличения веса готового брикета снижает производительность выявленных известных валковых прессов.
Известно, что из-за полидисперсности и неоднородности материала брикетной смеси напряжения пластических деформаций при прессовании распределяется неравномерно. Силы механического сцепления, молекулярных связей не дают частицам распределяться равномерно по всему объему в брикете, что способствует образованию пустот с замкнутой в них газообразной средой - ухудшается качество брикета, прочность, снижается вес, снижается производительность. Кроме того, известно, что для полного и равномерного заполнения ячеек и получения брикетов с повышенной плотностью брикетную смесь необходимо подавать в зону захвата с некоторым избытком. В наиболее близком в предлагаемому валковом прессе (авторское свидетельство СССР №1397309, В30В 11/18, 23.05.88.) условия захвата брикетной смеси улучшают посредством предварительного ее уплотнения шнековым питателем. Однако, недостаток известного устройства состоит в том, что в нем шнековый питатель установлен вертикально, а подача брикетной смеси осуществляется в верхней части бункера под углом к шнеку. В результате, в известном прессе основная функция шнекового питателя - это подача брикетной смеси, а функция подпрессовки является вторичной, что практически не увеличивает количество брикетной смеси, захватываемой формующими ячейками. Кроме того, подача брикетной смеси в бункер-распределитель под углом непосредственно на шнек дозирует и ограничивает количество поступающей в бункер брикетной смеси, что ухудшает условия для подачи в зону захвата валками брикетной смеси с некоторым избытком. При этом, поскольку брикетная смесь представляет собой пластичную массу, то ее частицы неизбежно прилипают к поверхности шнека, что обуславливает со временем зарастание шнека. Это приводит к возрастающей потере исходной насыпной массы, ухудшает условия захвата формующими элементами брикетной смеси, снижает плотность и вес готовых брикетов, снижает потребительские качества готовых брикетов и производительность пресса.
Таким образом, из выше изложенного следует, что выявленные в результате патентного поиска аналог и наиболее близкий к предлагаемому валковые прессы для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в улучшении потребительских качеств готовых брикетов и в повышении производительности, за счет возможности улучшения условий захвата формующими элементами брикетной смеси и за счет возможности увеличения веса готовых брикетов.
Однако, на практике есть потребность в получении крупных брикетов, массой от 500 до 1000 г, с высокими потребительскими качествами для использования в чугунолитейных и шлаковых вагранках, шахтных печах цветной металлургии и других производствах.
Предлагаемый валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов, решает задачу создания соответствующего валкового пресса, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении потребительских качеств готовых брикетов и в повышении производительности, за счет возможности улучшения условий захвата формующими элементами брикетной смеси и за счет возможности увеличения веса готовых брикетов.
Сущность заявленной полезной модели заключается в том, что в валковом прессе для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов, содержащем установленные друг против друга попарно, вращающиеся встречно, приводные валки с формующими ячейками в виде симметричных полуформ будущих брикетов и загрузочный бункер-распределитель со шнековым питателем, осевая шнека которого направлена в зону угла захвата брикетной смеси валками, при этом, выходное отверстие бункера-распределителя расположено над валками с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в зону угла захвата брикетной смеси валками и заполнения ею ячеек валков, новым является то, что загрузочный бункер-распределитель выполнен с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер, а шнек питателя размещен в нижней части бункера-распределителя сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков. Кроме того, бункер-распределитель выполнен расширяющимся в верхней части
B
Технический результат достигается следующим образом. Известно, что производительность валкового пресса определяется по формуле: Q=0,00006×g×m×n, m/час,
B
где: g - вес брикета, г; m - число ячеек на одном бандаже; n - число оборотов валков в минуту.
Из формулы видно, что повысить производительность валков можно или увеличив количество формующих ячеек или снизив скорость вращения валков, или увеличив вес брикета.
Увеличить число ячеек можно или увеличив диаметр бандажей или увеличив их ширину при сохранении диаметра. Однако, как показывает практика, увеличение диаметра бандажей валков при том же числе оборотов валка не изменяет длительность обжатия и упругого расширения брикетной смеси, но приводит к возрастанию окружной скорости и, как следствие, к снижению насыпной массы в ячейке, к снижению веса брикета, к снижению потребительских качеств готовых брикетов и, как следствие, к снижению производительности.
Увеличение ширины бандажа затрудняет равномерное распределение шихты по ячейкам, что так же приводит к выше перечисленным последствиям (И.Д.Ремесленников «Брикетирование угля», Харьков: Углетехиздат, 1957, с.194).
Теоретически увеличить количество насыпной массы в формующих ячейках валковых прессов можно за счет снижения скорости вращения валков. Однако неоднозначно, что потребительские качества брикетов будут высокими, так как они напрямую зависят от состава брикетной смеси и количества связующего. Кроме того, при снижении скорости вращения валков снижается производительность пресса.
В предлагаемом валковом прессе заявленный технический результат: улучшение потребительских качеств готовых брикетов и повышение производительности, за счет возможности улучшения условий захвата формующими элементами брикетной смеси и за счет возможности увеличения веса готовых брикетов, - достигается путем улучшения условий захвата формующими элементами брикетной смеси благодаря регулируемой организованной подачи предварительно уплотняемой брикетной смеси в зону угла захвата валками, а так же за счет снижения потерь насыпной массы из-за налипания на шнек.
Установленные друг против друга попарно, вращающиеся встречно, приводные валки с формующими ячейками в виде симметричных полуформ будущих брикетов обеспечивают возможность обработки давлением подготовленной брикетной смеси и получения брикетов, т.е обеспечивают работоспособность устройства, а, следовательно, и достижение заявленного технического результата. Наличие формующих ячеек на поверхности валков позволяет получить брикеты требуемой формы и качества. Выполнение формующих ячеек в виде симметричных полуформ будущих брикетов (т.е. форма ячейки соответствует форме полубрикета и каждой формующей ячейке на одном валке соответствует симметричная и идентичная ей ячейка на втором валке) обеспечивает при вращении валков совпадение краев симметричных полуформ по периметру с образованием замкнутой ячейки. В результате обеспечивается обжатие под давлением захваченной ячейкой брикетной смеси и формование брикета. Выполнение выходного отверстия бункера-распределителя расположенным над валками с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в зону угла захвата брикетной смеси валками и заполнения ею ячеек валков обеспечивает возможность подачи брикетной смеси сверху в пространство между валками и равномерное заполнение ею формующих ячеек, что улучшает условия захвата брикетной смеси валками, повышает плотность готовых брикетов, обеспечивает улучшение потребительских качеств формуемых брикетов и повышение производительности валкового пресса.
Выполнение загрузочного бункера-распределителя со шнековым питателем обеспечивает возможность направленной подачи брикетной смеси непосредственно в зону угла захвата брикетной смеси валками. Размещение шнекового питателя в нижней части бункера-распределителя сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков около зоны выхода брикетной смеси на валки позволяет управлять перемещением брикетной смеси непосредственно в нижней части бункера и регулировать ее подачу в зону захвата валками, обеспечивая подачу брикетной смеси с некоторым избытком и улучшая, тем самым, условия захвата валками брикетной смеси. Кроме того, размещение шнекового питателя в нижней части бункера-распределителя сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков позволяет исключить из внутреннего объема бункера работающие элементы и максимально использовать объем для загрузки брикетной смеси, что так же обеспечивает возможность подачи брикетной смеси с избытком в пространство между валками. В результате подачи с избытком брикетной смеси в пространство между валками улучшаются условия захвата брикетной смеси формующими элементами валков, что повышает плотность брикетов, повышает их вес, улучшает потребительские качества и повышает производительность пресса.
При этом, предлагаемое размещение шнекового питателя снимает ограничения на форму загрузочного бункера-распределителя и позволяет выполнить его расширяющимся в верхней части с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер. Возможность вертикальной подачи брикетной смеси в бункер снимает ограничения на количество подаваемой брикетной смеси в зависимости от режима работы шнекового питателя, в отличие от прототипа. Кроме того, выполнение бункера расширяющимся в верхней части и с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер обеспечивает, в свою очередь, возможность подачи брикетной смеси самотеком в зону угла захвата ее валками под действием тяжести насыпной массы выше лежащих в бункере слоев брикетной смеси, при этом, выполнение бункера расширяющимся в верхней части увеличивает общую массу брикетной смеси, стекающей самотеком вниз в зону угла захвата ее валками. Все это так же обеспечивает подачу с избытком брикетной смеси в пространство между валками, улучшает условия захвата брикетной смеси формующими ячейками и снижает зависимость качества готовых брикетов от угла захвата валками брикетной смеси, повышает плотность брикетов, повышает их вес, улучшает их потребительские качества и повышает производительность пресса.
Из выше изложенного следует, что в заявленном валковом прессе подача брикетной смеси в пространство между валками осуществляется самотеком, под действием давления верхних слоев брикетной смеси на нижние, а так же под действием шнекового питателя. В результате улучшаются условия для подачи брикетной смеси с избытком. При этом, улучшаются условия захвата брикетной смеси валками, так как обеспечивается подача брикетной смеси с некоторым избытком, это снижает зависимость качества готовых брикетов от угла захвата валков, способствует равномерному и более плотному заполнению ею формующих ячеек валков, а, следовательно, увеличивает давление внутри ячеек в момент прессования. В результате увеличивается плотность готовых брикетов, а, следовательно, и их вес, улучшаются потребительские качества готовых брикетов и повышается производительность пресса, в том числе и за счет возможности увеличения веса готовых брикетов.
Заявленное размещение шнекового питателя в нижней части бункера-распределителя сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков позволяет снизить активность налипания брикетной смеси на шнек при продвижении ее к выходному отверстию бункера. Это объясняется тем, что при заявленном размещении шнекового питателя частицы брикетной смеси, несмотря на ее вязкость, под собственным весом все время стремятся соскользнуть с поверхности шнека, одновременно под действием его вращения продвигаясь к выходному отверстию бункера-распределителя. При этом каждая последующая порция брикетной смеси выдавливает предыдущую, не давая задерживаться брикетной смеси на шнеке. В результате снижается активность налипания брикетной смеси на шнек. Возможность снижения потерь брикетной смеси из-за налипания брикетной смеси на поверхность шнекового подпрессовщика и из-за зарастания поверхности шнека брикетной смесью уменьшает потери брикетной смеси, в следствие чего повышается производительность заявленного валкового пресса и повышаются плотность, вес и потребительские качества готовых брикетов.
Известно, что давление прессования зависит от упругих свойств брикетируемой смеси и возрастает с увеличением плотности материала и его насыпной массы в формующей ячейке. Предварительное уплотнение насыпной массы увеличивает давление в формующих ячейках, что дает возможность получать прочные брикеты с повышенной плотностью и, как следствие, с повышенной массой и потребительскими качествами. В заявленном валковом прессе, благодаря тому, что загрузочный бункер-распределитель выполнен с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер, брикетная смесь при загрузке скапливается в нижней части бункера. При этом брикетная смесь уплотняется в нижней части бункера под действием ее собственного веса. Последнему способствует так же выполнение бункера-распределителя расширяющимся в верхней части, что увеличивает общую массу брикетной смеси в бункере, способствуя еще большему уплотнению нижних слоев. Кроме того, в отличие от прототипа, шнековый питатель находится непосредственно в насыпной массе, что позволяет ему, благодаря присущим функциональным возможностям, а именно: уплотнение продукта, взаимодействующего со шнеком, в процессе его продвижения, - направленно продвигать брикетную смесь в зону захвата брикетной смеси валками, одновременно осуществляя ее уплотнение.
В результате, в заявленном валковом прессе в пространство между валками подается предварительно уплотненная брикетная смесь во-первых, за счет своего собственного веса, поскольку загрузочный бункер-распределитель выполнен расширяющимся в верхней части с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер; во-вторых, благодаря свойству, присущему шнеку, а именно: уплотнение продукта, взаимодействующего со шнеком, в процессе его продвижения вперед. В итоге, в заявленном валковом прессе степень уплотнения брикетной смеси значительно выше, по сравнению с прототипом. Это улучшает условия захвата брикетной массы валками, увеличивая количество брикетируемой насыпной массы, подаваемой в пространство между валками. В результате, за счет повышенной степени предварительного уплотнения, обеспечивается возможность подачи брикетной смеси в зону захвата уплотненной и с некоторым избытком, что способствует полному и равномерному заполнению формующих ячеек, и созданию в них давления, обеспечивающего получение брикетов с повышенной плотностью и, как следствие, с повышенной массой, что повышает потребительские качества изготовленных на прессе брикетов и производительность заявленного валкового пресса.
Из вышеизложенного следует, что в заявленном валковом прессе осуществляется предварительное уплотнение брикетной смеси, во-первых, под действием ее собственного веса, благодаря выполнению загрузочного бункера-распределителя с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер и расширяющимся в верхней части; и во-вторых, под действием шнекового питателя, размещенного непосредственно в насыпной массе брикетной смеси. В результате повышается степень предварительного уплотнения брикетной смеси, по сравнению с прототипом. Кроме того, поскольку шнек питателя размещен в нижней части бункера-распределителя сбоку в непосредственной близости от валков, при этом, осевая шнека направлена в сторону зоны угла захвата шихты валками, это позволяет формировать направленное движение шихты в сторону зоны угла захвата, ускоряя, тем самым, скорость высыпания шихты из бункера, причем, уплотненной. В результате, в заявленном прессе в зону угла захвата валками брикетная смесь поступает самотеком, благодаря вертикальной подаче брикетной смеси в бункер, выполненным расширяющимся в верхней части, и под действием шнекового питателя, что повышает эффективность принудительного нагнетания брикетной смеси в зону ее захвата валками и улучшает условия захвата брикетной смеси. В результате снижается зависимость потребительских качеств готовых брикетов от угла захвата валков пресса, так при этом увеличивается количество насыпной массы, подаваемой в пространство между валками и обеспечивается подача брикетной смеси на валки с избытком, в количествах, достаточных для достижения давления прессования, необходимого для получения брикетов с увеличенной плотностью и, как следствие, с увеличенным весом, с высокими потребительскими качествами: гладкая поверхность, однородность, прочность. При этом, поскольку потребительские качества брикета обеспечиваются благодаря увеличению плотности брикетной смеси, то это исключает возможность образования пустот внутри брикета, повышает его прочность, улучшает качество поверхности, увеличивает массу. Размещение шнека питателя в нижней части бункера-распределителя сбоку в непосредственной близости от валков, причем, осевая шнека направлена в сторону зоны угла захвата брикетной смеси валками, снижает потери брикетной насыпной массы из-за налипания на шнек.
Таким образом, из выше изложенного следует, что заявленный валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов при осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении потребительских качеств готовых брикетов и в повышении производительности, за счет возможности улучшения условий захвата формующими элементами брикетной смеси и за счет возможности увеличения веса готовых брикетов.
На фигуре схематично изображен заявленный валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов.
Заявленный валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов содержит установленные друг против друга попарно, вращающиеся встречно, приводные валки 1 с формующими ячейками 2 в виде симметричных полуформ будущих брикетов; вертикальный загрузочный бункер-распределитель 3 со шнековым питателем 4. Загрузочный бункер-распределитель 3 выполнен расширяющимся в верхней части с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер. Выходное отверстие бункера-распределителя 3 (не показаны, их может быть несколько, по ширине валка, для равномерной подачи брикетной смеси) расположены над валками 1 с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в зону 5 угла захвата брикетной смеси валками 1 и заполнения ею формующих ячеек 2 валков 1. Шнек 6 питателя 4 размещен в нижней части бункера-распределителя 3 сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков 1, при этом, осевая шнека 6 направлена в зону 5 угла захвата брикетной смеси валками 1.
Валки 1 выполняют идентичными. Валки 1 установлены друг против друга попарно с возможностью встречного вращения и содержат барабан 7, на который надет бандаж 8, на боковой поверхности которого выполнены, например фрезерованием, формующие ячейки 2 в виде симметричных полуформ будущих брикетов. Формующие ячейки 2 на бандажах 8 валков 1 расположены таким образом, что при вращении валков 1 края симметричных полуформ будущих брикетов совпадают по периметру с образование замкнутой ячейки.
В заявленном прессе, в зависимости от ширины прессующего валка, может быть использовано одно- или многорядовое шнековое устройство с регулируемым электроприводом. В качестве регулирующего устройства может быть применен частотный преобразователь.
Управление режимом работы шнекового питателя может осуществляться программно, в зависимости от свойств брикетируемой смеси.
Заявленный валковый пресс для брикетирования полидисперсных сыпучих материалов работает следующим образом. Прессование на валковом прессе происходит непрерывно, в пространстве между вращающимися валками 1. Приводят во вращение валки 1. Подают подготовленную к прессованию брикетную смесь (смесь прессуемого материала со связующим веществом) в вертикальный загрузочный бункер-распределитель 3, которая вертикально падает в бункер 3, скапливается в его нижней части над шнеком 6 шнекового питателя 4 и уплотняется под тяжестью собственного веса, а также в результате падения. Шнек 6 питателя 4 подхватывает предварительно уплотненную брикетную смесь и продвигает к выходному отверстию бункера 3, одновременно дополнительно уплотняя ее. В результате, из выходного отверстия бункера-распределителя 3 брикетная смесь, предварительно уплотненная под действием собственного и веса и под действием шнека, подается в пространство между валками 1 и заполняет формующие ячейки 2 валков 1, которые при вращении валков 1 сближаются, производя таким образом обжатие брикетной смеси. Ниже линии центров валков 1 формующие ячейки 2 расходятся и спрессованные брикеты за счет свойства упругости и под действием силы тяжести выпадают из ячеек.
Пример. Брикетная смесь состояла из 91% коксовой мелочи (коксовая мелочь, крупностью до 10 мм) и 9% порошкового лигносульфаната.
Первоначально брикетирование смеси выполняли на валковом прессе типа УБМ без шнекового питателя с загрузочным бункером-распределителем, выполненным расширяющимся в верхней части и с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в бункер, с диаметром бандажей валков 640 мм и шириной 140 мм. Бандажи имели ячейки с размером 55×44×16 мм. Скорость вращения валков 6 об/мин.
Получили качественные брикеты небольшие по размерам, а именно, с весом от 60 до 80 г.
Затем, бандажи с первоначальным размером ячеек 55×44×16 мм заменили на бандажи с ячейками 130×96×30 мм. Диаметр и ширина бандажей остались прежними. На этом же валковом прессе без шнекового питателя с ячейками 130×96×30 мм получили очень слабые, рыхлые, непригодные для промышленного использования брикеты, весом от 450 до 480 г.
После этого, валковый пресс с ячейками 130×96×30 мм оснастили шнековым питателем с диаметром шнека 135 мм и скоростью вращения до 70 об/мин. Шнек питателя разместили в нижней части бункера-распределителя сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков в соответствии с заявленной формулой изобретения.
Повторили получение брикетов. В результате, получили опытную партию брикетов в количестве 5 т. Брикеты имели высокую прочность, качественную поверхность и вес в интервале от 750 до 800 г. Размер брикетов составил 130×96×64 (ячейки пресса 130×96×30 мм).
Полученные брикеты успешно испытаны в минераловатных вагранках как заменители крупного (более 60 мм) кокса.
Производительность доработанного в соответствии с формулой заявленного изобретения валкового пресса при переходе на производство крупных брикетов увеличилась в 2,8 раза при снижении удельных энергозатрат на брикетирование в 2,5 раза.