початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2287496

СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ВАПНА ТА ВСТАНОВЛЕННЯ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ

Ім'я винахідника: Уфімцев Владислав Михайлович
Ім'я патентовласника: Державна освітня установа вищої професійної освіти "Уральський державний технічний університет - УПІ"
Адреса для листування: 620002, Єкатеринбург, вул. Миру, 19, ГОУ УГТУ-УПІ, центр інтелектуальної власності
Дата початку дії патенту: 2005.04.27

Винахід відноситься до виробництва будівельних матеріалів, а саме - до виробництва вапна. Крім будівельної індустрії воно може використовуватися в галузях, що використовують вапно, а й застосовуватися для випалу іншої продукції. Технічне завдання: більш повне використання сировини при високих техніко-економічних показниках процесу, в т.ч. для середніх (до 10 т / год) і малих (до 1 т / год) обсягів виробництва. Спосіб отримання вапна випалюванням вапняку фракції 0-10 мм на колосникових решітці включає підготовку шихти дозуванням подрібнених вапняку і коксу і їх перемішуванням і укладку отриманої шихти на колосникові грати, запалювання шихти від запаленого палива, наступний її випал і сортування продуктів випалу. При підготовці шихти вапняк фракционируют по крупності, кожну фракцію окремо перемішують з 6-12 мас.% Коксу, розмір часток якого становить 0,3-0,6 від середнього розміру фракції вапняку, а дрібну, пиловидну фракцію, перемішану з коксом, гранулюють до розміру гранул 4-8 мм і укладають на колосникові грати поверх шару подстіла, що розділяє шихту і грати, а інші фракції шихти поміщають пошарово в порядку зростання від низу до верху крупності. Охарактеризована установка для реалізації описаного способу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до виробництва будівельних матеріалів, а саме - до виробництва вапна. Крім будівельної індустрії воно може використовуватися в інших галузях, що використовують вапно, а й застосовуватися для випалу іншої продукції.

Відомий спосіб отримання вапна, здійснюваний випалюванням в шарі на спікальних (агломераційної) решітці (Орєшкін Г.Г., Плоткін Н.Е., Рудков А.І. Безперервний випал вапна для агломераційноїшихти. // Сталь, 1959, №3, з .197-203 [1]). У процесі підготовки мелкокусковой вапняк розміром 0-10 мм змішують з дрібним коксом, шихту, отриману таким чином, укладають на рухоме полотно спікальних решітки і підпалюють від спеціального пристрою - запального горна, в якому спалюють газ, рідше мазут. Під впливом розрідження, створюваного під гратами, зона випалу зміщується від поверхні до полотна решітки. Випал вапна відбувається при контакті вапняку з палаючим коксом. До моменту сходження продукту з полотна зона випалу досягає колосників. Іноді в даному способі для запобігання колосників решітки від розплавлення використовують «подстил» з подрібненого продукту, шар якого розділяє колосники і шихту. Наприклад, при випалюванні цементного клінкеру, що відрізняється підвищеною температурою процесу (Вальберг Г.С. Отримання цементного клінкеру на агломераційної решітці. М .: Госстройіздат.1957, с.52 [2]), його продукти піддають дробленню і розсіву, при якому виділяють частину продукту для використання в якості подстіла.

Недоліком цієї технології є обов'язкове використання для запалювання шихти виключно газу або мазуту. Інший недолік - низька якість вапна. Причиною цього вважають, по-перше, 2-5-кратні відмінності в розмірах шматків вапняку в шихті. По-друге, низька теплова потужність запалювання, всього 4% від загальної витрати тепла на випал, яка обумовлює низьку температуру і стислість випалу поверхневих горизонтів, недостатніх для отримання якісної вапна, особливо з великого вапняку. Крім того, в даній технології практично не використовують пиловидну фракцію вапняку, яка ускладнює просмоктування газів, заповнюючи порожнечі між більшими шматками вапняку.

Відомий спосіб запалювання на агломераційної решітці, в якому на поверхню шару шихти поміщають шар розігрітого до температури займання дрібнозернистого твердого палива, яке потім запалюють, В.Н.Шульман. Спосіб розігріву шихти при підготовці рудного агломерату (сб. Тез «Агломерація. Високоекономічним технологія, надійне і високопродуктивне обладнання. Єкатеринбург: 2001, С.61-62» [3]). Тобто для запалювання шихти використовують тверде паливо.

Недоліками зазначеного способу є:

- Недостатня потужність запалювання (15-20% від загальної витрати тепла на процес). З цієї причини якість продукту в поверхневих горизонтах залишається низьким;

- Ускладнена підготовка зажигающего палива, що передбачає його розігрів в умовах, що виключають присутність повітря;

- Непридатність способу для газового або мазутного запалювання.

Крім того, в даному способі використовується пристрій, агломераційна (конвеєрна) решітка з високою годинною продуктивністю, вимірюваної сотнями тонн продукту, яке неефективно для середніх і малих масштабів виробництва.

Технічними завданнями, які розв'язуються у винаході, є:

1. Розробка способу, що дозволяє:

- Отримати високу якість вапна незалежно від виду палива, що застосовується для запалювання;

- Забезпечити повне використання вапняку в процесі, включаючи пиловидну фракцію;

2. Розробка пристрою, технічно і економічно ефективного для малого, до 1 т / год, і середнього, до 10 т / год, масштабів виробництва.

Розробка способу.

Вищевказана задача вирішується:

На стадії приготування шихти. Вапняк попередньо піддають фракціонування і кожну фракцію окремо перемішують з 6-12% твердого палива, розмір часток якого становить 0,3-0,6 від середнього розміру фракції-вапняку, а його пиловидну фракцію, перемішану з коксом, зволожують і гранулюють до розміру гранул 4-8 мм.

На стадії завантаження шихти на колосникові грати.

Завантаження матеріалів на полотно решітки здійснюють в наступному порядку:

- На колосники решітки завантажують шар подстіла з вогнетривкого матеріалу, наприклад кварцу, розмір якого перевищує максимальну величину вапняку на 3-5 мм. Це дозволяє відокремлювати продукти випалу від подстіла за допомогою сита і використовувати подстил багаторазово;

- Поверх подстіла поміщають гранули з гранульованого пилоподібного вапняку;

- Решта фракцій шихти завантажують пошарово, в порядку збільшення розміру шматка від низу до верху.

На стадії запалювання.

У разі використання коксу його кількість повинна становити 60-100% від маси шихтового палива, а розмір часток коксу повинен бути в 1,1-1,3 рази більше середнього розміру великої фракції вапняку.

У разі використання газу його спалювання здійснюють в факельних-слоевом режимі, тобто частина газу згоряє над шихтою, а інша - в міжзернової просторі шихти, причому тепло від згоряння газу становить 60-100% від тепла шихтового палива.

Після завершення випалу.

Продукти випалу зітру на гуркоті з виділенням подстіла для повторного використання.

Експериментальну перевірку способу проводили на вапняку фракції 0-10 мм, використовуючи напівпромислову спікальних установку з внутрішнім діаметром робочої камери 400 і висотою 500 мм. У нижній частині робочої камери встановлена ​​решітка з металу. На колосники установки укладали шар крупного (10-15 мм) огнеупора (кварцу) товщиною 150 мм, поверх якого пошарово укладали Фракціоновані шихту. Нижній шар товщиною 100 мм представлений гранулами розміром 4-8 мм, отриманих грануляцією дрібниці 0-4 мм. Середній шар, 150 мм, містив фракцію вапняку 4-7 мм, розбавлену коксом розміром 2,5-4 мм. Верхній шар, 150 мм, складався з суміші вапняку 7-10 мм з коксом 4-6 мм. Частка коксу в суміші (шихті) змінювали від 6 до 12%. На поверхню шихти укладали шар коксу з розміром частинок 11-13 мм, який запалює допомогою газового пальника. Витрата газу на запалювання не перевищував 1% від загальної витрати тепла.

Крім коксового запалювання застосовували запалювання газом, який спалювали в факельних-слоевом режимі. Загальна кількість тепла у всіх дослідах становила постійну величину - приблизно 175000 кДж. Тобто питома витрата теплової енергії на одиницю продукції характеризувався постійною величиною. У цих умовах якість продукції є об'єктивним показником ефективності використаних режимів випалу. Причому надлишок тепла в процесі, і як і його недолік знижує цей показник. У першому випадку утворюється хімічно неактивний продукт, так званий «перепалив». У другому - в продукті залишається недообожженое сировину. Зазвичай воно представлено вапняковим ядром усередині зерна вапна. Після завершення досвіду з продукту виділяли середню пробу масою 3 кг і оцінювали якість продукції по ГОСТ 5331-63, «Вапно будівельне», в якому передбачено хімічне визначення вміст активних оксидів кальцію і магнію (А,%) шляхом титрування соляною кислотою. Паралельно в продукті визначають кількість непогашених зерен (Н.З.,%), зазвичай представлене зернами недожега і перепалив і яке надійно дублює показник активності, тобто непогашених зерна - це неактивна частина продукту. У таблиці наведено дані за умовами дослідів і їх результатів.

При коксовому запалюванні по прототипу, досвід 10, кількість коксу становило 20% від маси коксу в складі шихти. У разі газового запалювання в факельних-слоевом режимі частина газу горіла над шаром шихти і решта, приблизно 40-60%, горіла в міжзернової просторі поверхневого шару шихти.

Згідно з представленими результатами можна стверджувати, що оптимальні умови процесу випалу забезпечені тільки в дослідах 1 і 9, в яких отримано продукт максимальної якості. В інших дослідах вивчали вплив:

- Співвідношення величин зерен коксу і вапняку в шихті, яке визначає температурно-часовий режим випалу конкретного горизонту, досліди 1-3;

- Співвідношення розмірів частинок коксу з зажигающего шару і вапняку в поверхневому шарі шихти. Відхилення від оптимуму погіршує температурно-часові умови запалювання, досліди 4-5;

- Співвідношення між масою зажигающего і шихтового коксу, визначає загальну енергетичну ефективність випалу, досліди 6 і 7.

Встановлено, що запалювання, відповідне прототипу, недостатньо для забезпечення якості вапна, досвід 8. У поверхневому шарі шихти активність продукції не перевищувала 30%. У той же час в нижньому горизонті в складі продукту переважав «перепалив», хімічно неактивний СаО, наявність якого в будівельній вапна неприпустимо. На відміну від традиційного варіанту при факельної-слоевом запалюванні значна частина палива спалюється безпосередньо в середовищі пекучого матеріалу, що підвищує вихід якісної продукції, досвід 10. У дослідах по аналогу (8) та вимогам до взірця (9) якість продукту не відповідає вимогам стандарту.

Заявляються інтервали відхилень в параметрах забезпечують отримання продукції, яка відповідає вимогам стандарту у всіх дослідах, крім 9, і, отже, є коректними.

Технічним результатом розробленого способу є отримання якісного продукту на базі відходу, вапнякового відсіву розміром 0-10 мм при зниженому питому витрату тепла - близько 5000 кДж / кг продукту, що знаходиться на рівні промислових шахтних печей, що працюють на газовому паливі (Колбасов В.М. технологія в'яжучих матеріалів - М .: Стройиздат [4], стор.79). Це досягнення обумовлено оптимізацією зернового складу шихти в результаті фракціонування, належного розташування фракцій по висоті шару і збалансованим співвідношенням між зовнішнім і внутрішнім теплом процесу випалу, а й підвищеної в порівнянні з прототипом ефективністю запалювання, обумовленої великим в 2-3 рази, ніж в прототипі, кількістю коксу на запалюванні. У разі газового запалювання ефективність підвищується внаслідок спалювання частини газового палива в міжзернової просторі, яке має місце в разі факельної-шарового режиму запалювання.

Використання подстіла дозволяє виключити втрату частини продукту у вигляді провалу через межколосніковие проміжки. Більший розмір часток подстіла в порівнянні з шихтою спрощує його виділення з продукту і забезпечує багаторазове використання.

Розробка пристрою. Відома установка з малою продуктивністю для спікання випалу за методом просасиванія (Вегман Е.Ф. Кускування руд і концентратів. М .: Металургія, 1984. с.22 [5]). На відміну від розглянутої вище конвеєрної решітки, що має безперервний режим роботи [1], даний пристрій працює в періодичному режимі. Робочий цикл передбачає наступні основні операції: підготовку шихти, її завантаження в чашу, запалювання, випал шихти і вивантаження продукту. Недоліком зазначеної конструкції є значні втрати часу, пов'язані з вивантаженням продукту і перезавантаженням робочої камери шихтою. Згадані втрати значно знижують вихід продукції. Крім того, мають місце втрати частини тепла на заключній стадії процесу випалу, яке втрачається та відходять газів, що йдуть в атмосферу [5], с.27, ріс.7г). У цей момент в їх складі переважає повітря (90-95%) і вони можуть бути використані в якості вторинного повітря при запалюванні шихти.

Технічне завдання, яке вирішується в пропонованому пристрої, полягає в створенні установки малого масштабу з безперервним режимом роботи і більш економічним використанням тепла.

Зазначена задача вирішується застосуванням пристрою, що має дві суміжні робочі камери, що працюють по черзі, причому їх цикли частково суміщені в часі, що забезпечує безперервність обжигового процесу. Для зменшення втрат часу на стадії завантаження шихти і вивантаження продукту передбачено застосування додаткового елемента - склянок, виконаних з жаротривкого металу і мають для наскрізного проходження газів перфоровані дно. Згадані склянки заповнюють шихтою за межами робочої камери, поміщають всередину робочих камер і виробляють випал. Після завершення випалу стакан, що містить продукт, витягають з робочої камери і замінюють іншим, який заповнений шихтою. Камери мають загальне шіхтопріготовленіе і сортування продукту, а й загальні системи транспортування матеріалів, видалення газів, що відходять і їх пилеочісткі.

На кресленні представлена ​​схема пропонованого пристрою. Воно включає в себе випалювальний стенд, що складається з двох випалювальних камер (1а і 1б), герметично встановлених на вакуум-камерах (2а і 2б), і запального горна (3), який можна використовувати як для коксового, так і для газового запалювання. Для здійснення випалу використовують «стакан» з перфорованим дном, виготовлений з жаротривкого металу в формі циліндра або усіченого конуса (4). В системі газообміну обжигового стенду є клапани (5а, 5б і 6). Вміст склянки в робочому стані представлено подстілом з огнеупора (8) і шихтою (9). Для керування процесом випалювання використовують термопари (10а та 10б. Усередині вакуум-камер, по центру, встановлені упори 11. На воздуховоде запального горна є додатковий патрубок 12 з клапаном 13. Система, в яку входить установка, має вузол підготовки шихти, на якому здійснюють дозування вапняку і коксу, їх перемішування і завантаження в стакан. Вивантаження продукції зі склянки і сортування продуктів випалу здійснюють на вузлі розвантаження і сортування. Газообмін в процесі випалу забезпечує димосос, який через пилеулавітель повідомляється з випалювальних стендом. Для переміщення порції шихти з вузла шіхтоподготовкі на стенд випалу і продукту на вузол розвантаження і сортування використовують транспортний пристрій типу кран-балки з електричним приводом (7).

Пристрій працює наступним чином:

1. На вузлі підготовки шіхтоподготовкі в стакан 4 завантажують шар «подстіла». Поверх подстіла укладають гранульовану шихту, а потім пошарово, в порядку зростання крупності, інші фракції шихти і шар коксу для запалювання. При газовому запалюванні кокс не завантажується.

2. Стакан, заповнений шихтою, за допомогою транспортує пристрої 7 переміщують на випалювальний стенд і встановлюють всередину обпалювальної камери 1а. Аналогічним чином готують і завантажують камеру 1б. Додатково на стенді шіхтоподготовкі споряджають ще дві склянки.

3. Запальний горн 3 встановлюють на обпалювальну камеру 1а, відкривають клапан 5а і включають димосос. При цьому повітря через патрубок 12 і клапан 13 надходить в запальний горн, фільтрується крізь шихту і перфоровані дно склянки і надходить у вакуум-камеру 2а і потім через вентиль 5 по газоходу надходить в пилеочістітель і потім за допомогою димососа - в атмосферу. Включають подачу газу і запалюють газоповітряну суміш, яка, в свою чергу, підпалює кокс на поверхні шихти.

При використанні газового запалювання після займання газоповітряної суміші витрата газу і повітря збільшують до оптимального рівня і в такому режимі здійснюють випал верхньої половини шихтового шару. Після закінчення приблизно половини періоду випалу відключається подача газу і процес випалу триває з використанням тепла від охолодження поверхневих горизонтів продукту.

4. При досягненні температури газів, що відходять рівня 200-250 ° С закривають клапан 5а. Одночасно перемикають клапан 6 на вакуум-камеру 2а і відкривають клапан 5б. При цьому і переставляють запальний горн 3 на робочу камеру 1б і починають в ній процес запалювання, тобто включають подачу газу і запалюють газоповітряну суміш. Повітря в запальний горн надходить в нагрітому стані, яке забезпечується при його фільтрації через продукт і шар подстіла, регенерує тепло від охолодження нижніх горизонтів продукту. Далі процес здійснюють по пп.3, 4, 5.

5. Стакан з продуктами випалу витягують з робочої камери 1a c допомогою кран-балки 7 і транспортують на вузол розвантаження і сортування. Вміст склянки сортують на ситова гуркоті. Вогнетривкий подстил повертають назад в стакан, який після цієї операції переміщають на стенд шіхтопріготовленія. Готову продукцію затарюють і відправляють на склад.

6. У робочу камеру 1а знову встановлюють стакан, заповнений шихтою, - один з двох резервних, підготовлених на стенді шіхтопріготовленія раніше. Цією операцією завершується робочий цикл процесу.

Температурний режим випалу передбачає температуру процесу 1400-1500 ° С, що посилює умови експлуатації склянки, одного з основних елементів системи. Довгострокову і надійну експлуатацію цієї конструкції можна забезпечити використанням високолегованих, дуже дорогих сталей. В якості альтернативи цьому витратним варіантом пропонується встановити на бічній поверхні склянки, виконаного зі звичайного жаростійкого металу, кожух з матеріалу, що відрізняється підвищеною теплопровідністю, наприклад з міді, що має на зовнішній поверхні ребра (виступи) з квадратним перетином, які збільшують поверхню теплообміну і одночасно підвищують жорсткість конструкції склянки. Відповідно до літературними даними зона горіння має товщину 20-30 мм (Агломерація рудних матеріалів. Наукове видання / Коротич В.І., Фролов Ю.О., Бездежскіх Г.Н. Єкатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПІ», 2003. с.6 [6]). Мідний кожух на склянці забезпечить відведення тепла від зони підвищених температур і його перерозподіл по поверхні кожуха, що дозволить уникнути перегріву тієї частини склянки, на якій на поточний момент розташовується зона горіння шихти, тобто ділянку максимальних температур. Форма склянок у вигляді усіченого конуса враховує 20-25% усадку вапняку, що відбувається при його випалюванні. Загальновідомо, що несуча здатність металів під дією високих температур значно знижується. Тому всередині вакуум-камер по центру встановлено вертикальні наполегливі елементи трубчастого перетину, призначення яких сприймати навантаження від маси склянки з шихтою і запобігати деформацію перфорованого дна склянки в період його прогріву на заключній стадії процесу випалу. Трубчастий перетин упору дозволяє збільшити його ефективну площу при мінімальній витраті металу.

Технічний результат, який досягається використанням даної конструкції, полягає в забезпеченні безперервності процесу випалу і підвищенні його продуктивності, що досягаються частковим накладенням робочих циклів двох суміжних робочих камер, тому що процес охолодження продукту в одній з них поєднується в часі з запалюванням шихти в інший. Одночасно забезпечується використання тепла відхідних газів шляхом подачі їх з однієї камери на запалювання шихти в суміжну робочу камеру. Крім того, застосування склянок для завантаження і вивантаження матеріалу дозволяє уникнути втрат часу при виконанні допоміжних операцій.

Економічний ефект даної розробки, що включає спосіб і пристрій, полягає в можливості значного, не менше ніж в 1,5-2 рази, здешевлення якісної вапняної продукції, одержуваної на підприємствах із середнім і малим обсягами виробництва з використанням найбільш дешевого виду вапнякового сировини у вигляді відсівів . Розроблена технологія процесу допускає можливість часткової або повної автоматизації процесу випалу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання вапна випалюванням вапняку фракції 0-10 мм на колосникових гратах, що включає підготовку шихти дозуванням подрібнених вапняку і коксу і їх перемішування, і укладання отриманої шихти на колосникові грати, запалювання шихти від запаленого палива, наступний її випал і сортування продуктів випалу, відрізняється тим, що при підготовці шихти вапняк фракционируют по крупності, кожну фракцію окремо перемішують з 6-12 мас.% коксу, розмір часток якого становить 0,3-0,6 середнього розміру фракції вапняку, а дрібну, пиловидну фракцію, перемішану з коксом , гранулюють до розміру гранул 4-8 мм і укладають на колосникові грати поверх шару подстіла, що розділяє шихту і грати, а інші фракції шихти поміщають пошарово в порядку зростання від низу до верху крупності.

2. Спосіб отримання вапна по п.1, що відрізняється тим, що в якості палива при запалюванні використовують кокс, покладений на поверхні шихти, причому кількість коксу для запалювання становить 50-100% від маси коксу, що входить до складу шихти, а розмір часток коксу , використовуваних для її запалювання, в 1,1-1,3 рази більші найбільшої величини частинок вапняку в складі шихти.

3. Спосіб за п.1 або 3, який відрізняється тим, що для запалювання шихти використовують газове паливо, яке частково спалюють над шаром шихти, а решта - в міжзернової просторі шару.

4. Установка для здійснення способу отримання вапна за допомогою одного з пп.1-3, що характеризується тим, що вона містить вузол підготовки і завантаження шихти, випалювальний стенд, що включає дві робочі камери з гратами, встановлені поверх вакуум-камер, запальний горн, димосос , систему газоходів з пиловловлювачем, контролюючі прилади і регулюючу арматуру, засоби для транспортування шихти і продукції, причому кожна з двох робочих камер за допомогою вакуум-камер і клапана індивідуально повідомляється з димососом і додатково через окремий загальний газохід з трьохпозиційним клапаном, з воздуховодом запального горна, а для завантаження шихти в робочі камери стенду, випалу і вивантаження продукції з них використовують стакани з жаростійкого металу в формі циліндра або усіченого конуса з перфорованим дном.

5. Установка по п.4, що відрізняється тим, що кожен стакан має мідний зовнішній кожух з ребрами жорсткості, а під склянкою по центру вакуум-камери встановлено завзятий елемент трубчастого перетину, що сприймає масу склянки з шихтою при випалюванні.

Версія для друку
Дата публікації 17.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів