способ подготовки глинистого сырья и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подготовки глинистого сырья, включающий подачу сырья, сушку в потоке теплоносителя, измельчение, отбор части высушенного сырья пылевой фракции посредством системы пылеулавливания и гомогенизацию полученной массы, отличающийся тем, что отобранную пылевую фракцию активируют, после чего смешивают с остальным высушенным и прошедшим измельчение сырьем при ее количестве 2-12% от общей массы сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество высушенного сырья пылевой фракции, выносимого в систему пылеулавливания и отбираемого для активации, оcуществляют подбором скорости отработанного теплоносителя.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют очистку отработанного теплоносителя посредством пылеулавливающего циклона и активируют пыль, полученную в процессе очистки теплоносителя.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляют дополнительно мокрую очистку отработанного теплоносителя посредством скруббера, а полученный после очистки шликер активируют и подают в гомогенизируемую массу.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что гомогенизацию осуществляют в стержневом смесителе путем помола, растирания и грануляции.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что осуществляют контроль влажности сырья, полученного после грануляции в стержневом смесителе, и корректируют влажность сырья по результатам контроля.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что корректирование влажности осуществляют путем впрыскивания воды в смеситель.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что осуществляют корректирование влажности путем изменения дозы подачи сырья.

9. Технологическая линия подготовки глинистого сырья, содержащая агрегат предварительного рыхления глины, питатель, сушильный барабан, связанный трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с системой пылеулавливания, измельчитель и стержневой смеситель, последовательно связанные в единую технологическую цепь транспортной системой, отличающаяся тем, что она снабжена активатором для пылевой фракции высушенного сырья, сообщенным на входе с патрубком сброса пыли системы пылеулавливания, а на выходе - со стержневым смесителем, причем питатель выполнен с системой взвешивания.

10. Технологическая линия по п.9, отличающаяся тем, что активатор выполнен в виде аппарата ударно-истирающего действия.

11. Технологическая линия по п.9 или 10, отличающаяся тем, что система пылеулавливания выполнена с пылеулавливающим циклоном, связанным на входе трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с сушильным барабаном, а на выходе - патрубком сброса выделенной в процессе очистки пыли с активатором.

12. Технологическая линия по п.10 или 11, отличающаяся тем, что система пылеулавливания выполнена с регулируемым вентилятором отсоса отработанного теплоносителя.

13. Технологическая линия по п.12, отличающаяся тем, что она снабжена активатором для шликера, загрузочное отверстие которого связано с патрубком сброса отработанной жидкости скруббера, а разгрузочное отверстие - со стержневым смесителем, причем выход скруббера выполнен с дымовой трубой, при этом система пылеулавливания выполнена со скруббером, связанным с пылеулавливающим циклоном.

14. Технологическая линия по любому из пп.9-12, отличающаяся тем, что питатель выполнен с бункером и с приводом, установленным с возможностью регулирования подачи сырья.

15. Технологическая линия по любому из пп.9-13, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для контроля влажности полученного сырья, расположенным на выходе стержневого смесителя.

16. Технологическая линия по любому из пп.9-13, отличающаяся тем, что она снабжена форсункой, установленной с возможностью регулирования подачи воды в смеситель.

17. Технологическая линия по любому из пп.10-16, отличающаяся тем, что она снабжена системой автоматического управления для регулирования работы привода подачи глинистого сырья, вентилятора отсоса отработанного теплоносителя и форсунки подачи воды, связанной с системой взвешивания питателя и устройством контроля влажности полученного сырья.

18. Технологическая линия по любому из пп.9-16, отличающаяся тем, что часть транспортной системы, имеющей транспортер подачи сырья в сушильный барабан и транспортер подачи высушенного сырья в измельчитель, смонтирована в отдельной галерее, причем транспортеры расположены один над другим.

19. Технологическая линия по любому из пп.9-17, отличающаяся тем, что она выполнена с эстакадой, на которой смонтированы приводы транспортеров, измельчитель, активаторы, стержневой смеситель, циклон и скруббер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и предназначено для использования в производстве керамических изделий, в основном кирпича, а именно для обработки глинистого сырья и подготовки его к формованию.

Уровень техники

Получение кирпича требуемого качества, с достаточной прочностью и морозостойкостью, напрямую связано с качеством обработанного и подготовленного к формованию изделий глинистого сырья.

Известен способ подготовки глинистого сырья (см. книгу Золотарский А.З. Производство керамического кирпича. - М.: Высшая школа, 1989 г., стр. 118-119), включающий ряд известных технологических операций, необходимых для придания карьерному сырью требуемых технологических формовочных свойств, а именно грубое измельчение карьерной глины с одновременным удалением из нее крупных включений, сушку глины в сушильном агрегате, измельчение сухой глины, фракционирование и смешивание получаемого порошка для усреднения и регулирования влажности.

Основной задачей обработки глины является разрушение естественной ее структуры и равномерное развитие вокруг глинистых частиц гидратных оболочек, необходимых для получения прочных связей между отдельными глинистыми частицами при дальнейшей обработке: сушке, обжиге, т.е. для упрочнения керамического полуфабриката. Для разрушения естественной природной структуры глины в данном способе производится измельчение, осуществляемое в несколько этапов. Грубое измельчение служит для разрушения крупных комьев глины. Далее во время прохождения глины через сушильный агрегат осуществляется не только сушка и выравнивание влажности сырья, но и изменяется зерновой состав глины: мелкие куски, высыхая быстрее, истираются и превращаются в сухой порошок, крупные куски, проходя через цепные завесы, также частично разрушаются. Высушенное сырье, в зависимости от засоренности и типа формуемого изделия, подвергают различной степени измельчения на дезинтеграторах или в шаровых (молотковых и др.) мельницах. Измельченную глину фракционируют на барабанных грохотах, струнных ситах или прочем для получения однородного по составу порошка. Для выравнивания влажности применяют пароувлажнение.

Данный способ подготовки достаточен для обработки хороших пластичных глин. Для некондиционных глин с ухудшенными пластическими свойствами перечисленных операций недостаточно для производства высококачественных изделий.

С целью улучшения природных свойств сырья и получения заданных формовочных и сушильных свойств осуществляют введение в природное сырье структуры глины в данном способе производится измельчение, осуществляемое в несколько этапов. Грубое измельчение служит для разрушения крупных комьев глины. Далее во время прохождения глины через сушильный агрегат осуществляется не только сушка и выравнивание влажности сырья, но и изменяется зерновой состав глины: мелкие куски, высыхая быстрее, истираются и превращаются в сухой порошок, крупные куски, проходя через цепные завесы, также частично разрушаются. Высушенное сырье, в зависимости от засоренности и типа формуемого изделия, подвергают различной степени измельчения на дезинтеграторах или в шаровых (молотковых и др.) мельницах. Измельченную глину фракционируют на барабанных грохотах, струнных ситах или прочем для получения однородного по составу порошка. Для выравнивания влажности применяют пароувлажнение.

Данный способ подготовки достаточен для обработки хороших пластичных глин. Для некондиционных глин с ухудшенными пластическими свойствами перечисленных операций не достаточно для производства высококачественных изделий.

С целью улучшения природных свойств сырья и получения заданных формовочных и сушильных свойств осуществляют введение в природное сырье различных улучшающих добавок: отощителей, плавней, пластификаторов, топливосодержащих и прочих, в качестве которых используются отходы различных производств. Так известен способ подготовки глинистого сырья для полусухого прессования керамических изделий (см. патент на изобретение РФ № 2005702, МПК С 04 В 33/00, опубл. 15.01.1994 г.), включающий сушку глинистого сырья, его измельчение и гомогенизацию, согласно которому в состав шихты вводят 75-85 мас.% тонкой фракции отходов обогащения железных руд, которые в процессе увлажнения гранулируют до крупности гранул 15 мм и гранулы опудривают 15-25 мас.% сухой измельченной глины.

Подобное решение позволяет получить довольно высокие прочностные и морозостойкие характеристики кирпича, прессуемого из подготовленного описанным способом глинистого сырья. Однако оно предполагает включение в технологическую схему дополнительных агрегатов подготовки добавок, что приводит к усложнению и удорожанию процесса подготовки формовочного материала и, в конечном счете, готового изделия.

Улучшить природные свойства глинистого сырья можно без введения посторонних добавок посредством активации глинистой массы. Известны способы активации глины методом униполярной (электромагнитной) обработки, обработки акустическими колебаниями при пропускании постоянного тока. Однако они требуют наличия дополнительных химических реактивов: солей, кислот и т.д.

Еще один способ получения активированной глины это - измельчение-активация, которая происходит под действием ударов, истирания и раздавливания между движущимися мелющими телами. В процессе сушки глины в сушильном барабане по вышеописанному способу (см. книгу Золотарский А.З. Производство керамического кирпича. - М.: Высшая школа, 1989 г., стр. 118-119, 80-84) имеет место наличие активированных за счет измельчения-активации частиц. Однако количество этих частиц ничтожно мало, чтобы говорить о процессе активации как таковом.

Наиболее близким по сущности к заявляемому способу решением, выбранным за прототип, является способ получения глинистого порошка в производстве керамических изделий (см. патент на изобретение РФ № 2105612, опубл. 27.02.1998 г.). Способ включает подачу сырья, сушку в потоке теплоносителя, измельчение, отбор части высушенного сырья пылевой фракции посредством системы пылеулавливания и гомогенизацию полученной массы.

Однако способ, выбранный за прототип, так же как и вышеописанные, не решает задачи качественной подготовки сырья при использовании мало- и умеренно-пластичных глин.

Известна установка (патент на изобретение № 2099308 от 20.12.1997 г.), предназначенная для подготовки пресс-порошка. Установка состоит из вертикальной сушильной камеры с питателем, воздухораспределителем, набором направляющих лопастей, размещенных на колесе-активаторе, и патрубками для подвода и отвода теплоносителя, теплогенератора, дымососа, циклона и бункера. Кроме того, сушильная камера оснащена овальным телом для организации псевдоожиженного слоя и подвижным конусом для регулирования фракционного состава получаемого порошка. Установка позволяет осуществить одновременно несколько операций: сушку, активацию, тонкий помол. Однако установка имеет довольно сложное строение и требует большого расхода энергоресурсов.

Наиболее близкой по конструктивному решению к заявляемому устройству является технологическая линия подготовки глинистого сырья к формованию (см. книгу Золотарский А.З. Производство керамического кирпича. - М.: Высшая школа, 1989 г., стр. 118-119). Линия содержит камневыделительные вальцы для грубого измельчения глины и удаления из нее крупных включений, сушильный барабан, дезинтегратор, струнное сито для фракционирования измельченного сырья, стержневой смеситель. Карьерная глина, прошедшая предварительное дробление в камневыделительных вальцах, посредством питателя подается на конвейер и далее в сушильный барабан, где осуществляются сушка, выравнивание влажности и частичное измельчение. Сушильный барабан имеет систему пылеулавливания, выполненную на базе циклона и служащую для очистки отработанного теплоносителя перед сбросом в атмосферу от частиц пыли, образующейся в процессе сушки и измельчения сырья. Высушенное сырье. предварительно пропущенное через электромагнит для удаления металлических включений, посредством ленточных транспортеров подается на дезинтегратор, где его подвергают дальнейшему измельчению. Далее измельченную глину фракционируют на струнном сите. Для выравнивания влажности применяют пароувлажнение. Смешивание осуществляют в стержневом смесителе, в качестве которого используется растиратель-гомогенизатор, до получения смеси однородного состава.

Подобное решение технологической линии реализует модульный принцип построения на базе стандартного широко применяемого оборудования и позволяет получить формовочный материал для производства изделий высокого качества из пластичных глин. Для некондиционных глин с ухудшенными пластическими свойствами линия подготовки глинистого сырья требует усовершенствования.

Сущность заявляемого изобретения

Заявляемым изобретением решается задача получения качественного формовочного материала для производства керамических изделий с высокой прочностью и морозостойкостью из мало- и умеренно-пластичных глин на базе стандартного технологического оборудования при небольшой его модернизации. Одновременно решается задача утилизации отходов очистки отработанного теплоносителя, используемого для сушки глинистого сырья.

Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки глинистого сырья, включающем подачу сырья, сушку в потоке теплоносителя, измельчение, отбор части высушенного сырья пылевой фракции посредством системы пылеулавливания и гомогенизацию полученной массы, согласно заявляемому изобретению отобранную пылевую фракцию активируют, после чего смешивают с остальным высушенным и прошедшим измельчение сырьем при ее количестве 2-12% от общей массы сырья.

При реализации способа является оптимальным количество высушенного сырья пылевой фракции, выносимого в систему пылеулавливания и отбираемого для активации, осуществлять подбором скорости теплоносителя.

В конкретном случае исполнения система пылеулавливания включает пылеулавливающий циклон, который производит очистку отработанного теплоносителя от пыли, затем эту пыль, полученную в процессе очистки теплоносителя, активируют и смешивают с остальной массой сырья.

Частным признаком исполнения способа является также то, что можно дополнительно посредством скруббера осуществлять мокрую очистку отработанного теплоносителя, а полученный после очистки шликер активировать и после активации добавить в гомогенизированную массу, гомогенизацируют которую с помощью стержневого смесителя путем помола, растирания и грануляции.

Целесообразно осуществлять контроль влажности сырья, полученного после грануляции в стержневом смесителе, и корректировать эту влажность по результатам контроля, причем корректирование влажности возможно путем впрыскивания воды в смеситель или путем изменения дозы подачи сырья. Влажность формовочного материала должна быть стабильной, она напрямую связана с усилием прессования изделий и определяется опытным путем для сырья каждого конкретного карьера.

Поставленная задача решается также благодаря тому, что технологическая линия для подготовки глинистого сырья, содержащая агрегат предварительного рыхления глины, питатель, сушильный барабан, связанный трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с системой пылеулавливания, измельчитель и стержневой смеситель, последовательно связанные в единую технологическую цепь транспортной системой, согласно заявляемому изобретению снабжена активатором для пылевой фракции высушенного сырья, сообщенным на входе с патрубком сброса выделенной в процессе очистки пыли системы пылеулавливания, а на выходе - со стержневым смесителем, при этом питатель выполнен с системой взвешивания.

В заявляемом способе, как и в прототипе, имеет место процесс активации, что позволяет получить формовочный материал с высокими технологическими параметрами из мало- и умеренно-пластичных глин. Однако в прототипе активации подвергается вся масса сырья, в то время как максимальное количество активированных частиц приходится на долю мелких или пылевых фракций. В заявляемом решении из общей массы высушенного сырья отбирают часть сырья пылевой фракции и его активируют, причем отбор осуществляют посредством системы пылеулавливания. То, что на активацию направляют только мелкие пылевидные частицы, позволяет значительно сократить энергоресурсы и время, затрачиваемое на эту операцию. И, кроме того, использование пыли, получаемой в процессе очистки отработанного теплоносителя, в дальнейшем технологическом цикле решает проблему утилизации отходов очистки отработанного теплоносителя и позволяет получить еще один технический результат - экономию сырьевых ресурсов.

Заявляемый состав и последовательность связей между оборудованием технологической линии подготовки глинистого сырья, которая в отличие от прототипа снабжена активатором, позволяет осуществить заявляемый способ подготовки глинистого сырья при небольшой модернизации типовой технологической линии, построенной на базе стандартного технологического оборудования. Вышеизложенное подтверждает, что заявляемый способ и технологическая линия соответствуют критерию единства изобретения.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволило установить их соответствие критерию “новизна”. При изучении других известных технических решений в данной области техники не было выявлено решений, имеющих аналогичные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию “изобретательский уровень”.

Существенным для достижения технического результата является то, что доля активируемого сырья составляет от 2 до 12% общей массы в зависимости от исходного карьерного сырья. При введении в состав сырья менее 2% активированной глины улучшения качества получаемого формовочного материала и производимых изделий практически не наблюдается. При введении в состав сырья более 12% активированной глины происходит ухудшение прочностных характеристик получаемых готовых изделий (кирпичей). Таким образом, наиболее предпочтителен интервал от 2 до 12% содержания активированной глины в общем объеме глинистого сырья, в котором наблюдается значительное улучшение прочностных характеристик.

Как было отмечено выше, количество высушенного сырья пылевой фракции, выносимого в систему пылеулавливания и отбираемого для активации, обеспечивают подбором скорости потока отработанного теплоносителя. Для этого в составе технологической линии подготовки глинистого сырья, а именно в системе пылеулавливания, предпочтительно наличие регулируемого вентилятора отсоса отработанного теплоносителя.

Система пылеулавливания в конкретном случае реализации технологической линии содержит пылеулавливающий циклон, связанный на входе трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с сушильным барабаном, а на выходе - патрубком сброса выделенной в процессе очистки пыли с активатором.

Для осуществления более качественной очистки предпочтительно включение в состав системы пылеулавливания скруббера. Скруббер связан трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с пылеулавливающим циклоном. В этом случае технологическая линия дополнительно снабжена активатором шликера, загрузочное отверстие которого связано с патрубком сброса отработанной жидкости скруббера, а разгрузочное - со стержневым смесителем. Выход скруббера может быть снабжен дымовой трубой.

Для осуществления дозированной подачи сырья целесообразно оснащение бункера питателя системой взвешивания и регулируемым приводом подачи глинистого сырья. Система взвешивания может быть выполнена на базе известных из уровня техники средств, например на базе тензометрических датчиков.

Для осуществления контроля и регулирования влажности полученного после грануляции в стержневом смесителе сырья технологическая линия может быть снабжена устройством контроля влажности полученного сырья, расположенным на выходе стержневого смесителя, и регулируемой форсункой подачи воды, открытой в объем стержневого смесителя.

Для регулирования технологического процесса предпочтительно оснащение технологической линии системой автоматического управления, осуществляющей контроль и управление работой привода подачи глинистого сырья, вентилятора отсоса отработанного теплоносителя и форсунки подачи воды. Это позволит автоматизировать технологический процесс, повысить качество производства. При этом упомянутая система автоматического управления должна быть связанна с системой взвешивания питателя и устройством контроля влажности полученного сырья. Систему автоматического управления выполняют на базе известных из уровня техники решений.

Часть транспортной системы, состоящей из транспортера подачи сырья и транспортера подачи высушенного сырья, в конкретном случае исполнения, может быть смонтирована в одной галерее, причем транспортеры расположены один над другим для более рационального и компактного пространственного размещения технологического потока. С этой же целью технологическая линия может быть снабжена эстакадой, в которой смонтированы приводы транспортеров, измельчитель, активатор, стержневой смеситель, циклон и скруббер.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1 представлен общий вид технологической линии подготовки- глинистого сырья. На фиг.2 представлена функциональная блок-схема системы автоматического управления линией.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Заявляемый способ подготовки глинистого сырья был реализован посредством заявляемого устройства.

Технологическая линия подготовки глинистого сырья (см. фиг.1) содержит агрегат 1 приема и предварительного рыхления глины, питатель 2, сушильный барабан 3, связанный с системой пылеулавливания трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя, дробилку 4, струнное сито 5, стержневой смеситель 6, ленточные транспортеры 7-11, активатор 12, регулируемую форсунку 13 подачи воды, установленную перед стержневым смесителем 6 и пробник 14 устройства контроля влажности готового сырья, расположенный на выходе стержневого смесителя 6.

Агрегат 1 приема и предварительного рыхления глины состоит из корпуса-бункера, четырех лопастных шнеков и привода, установленных на отдельной сварной раме. Питатель 2 снабжен системой взвешивания, выполненной на базе тензометрических датчиков, и регулируемым приводом подачи глинистого сырья Система пылеулавливания состоит из пылеулавливающего циклона 15, скруббера 16, оснащенного дымовой трубой 17, и регулируемого вентилятора 18. В качестве активатора 12 применяют аппарат ударно-истирающего действия, в частности в качестве такового использован аппарат вихревого слоя. Активатор 12 связан на входе с патрубком сброса выделенной в процессе очистки пыли пылеулавливающего циклона 15, а на выходе - со стержневым смесителем 6 системой транспорта сухого порошка. Скруббер 16 связан трубопроводом транспорта отработанного теплоносителя с пылеулавливающим циклоном 15 и патрубком сброса отработанной жидкости с загрузочным отверстием активатора 20 шликера, которым дополнительно снабжена технологическая линия. Разгрузочное отверстие активатора 20 шликера связано с приемным лотком стержневого смесителя 6. Перед активатором 20 шликера установлен дозатор 21.

Линия подготовки глинистого сырья работает следующим образом.

Карьерная глина влажностью 18-22% поступает в бункер агрегата 1 приема сырья, где посредством шнеков происходит рыхление и измельчение крупных мерзлых комьев глины. Агрегат 1 через питатель 2 выдает глину на ленточный транспортер 7, по которому она подается в приемное окно шнекового питателя сушильного барабана 3. Сушильный барабан 3 установлен под углом 4 градуса и вращается со скоростью 6 оборотов в минуту. При вращении барабана глина перемещается в сторону уклона, а навстречу ей движутся горячие (до 400 градусов С) дымовые газы из смесительной камеры топки барабана. Высушенная до влажности 7-12% глина высыпается на транспортер 8 и подается им на транспортер 9, проходит под улавливателем металла 19, где случайный металл отбирается, и поступает по течке в дробилку 4. Через загрузочную воронку дробилки глина попадает на вращающиеся с большой окружной скоростью молотки, которые осуществляют ее дробление. Из дробилки измельченная глина попадает на струнное сито 5, где происходит разделение на две фракции. Крупная фракция поступает на транспортер 10 и подается на повторное дробление. Мелкая фракция по течкам попадает в стержневой смеситель 6.

Отработанные дымовые газы сушильного барабана подвергают очистке. Для этого их отсасывают посредством вентилятора 18 и пропускают через пылеулавливающий циклон 15, осуществляющий сухую очистку и скруббер 16, производящий мокрую очистку. Экспериментально было установлено, что при введении порошка активированной глины в количестве 4-6% в местную малопластичную глину прочность получаемых образцов увеличивается на 30%, поэтому режим работы вентилятора подобран таким образом, чтобы обеспечить вынос 6 мас.% высушенного сырья пылевой фракции.

По мере накопления глины пылевой фракции в циклоне 15 открывается клапан 22, и глина по патрубку сброса пыли высыпается в активатор 12. В активаторе 12 глина подвергается очень тонкому измельчению в вихревом слое движущихся мелющих тел, в качестве которых выступают стальные шарики, приводимые в движение бегущим магнитным полем, активируется и через выходные отверстия поступает в приемный лоток стержневого смесителя 6,

По мере накопления сбрасываемой из скруббера 16 отработанной жидкости, содержащей частицы пыли (шликера), осуществляют активацию последнего в активаторе 20 и подают активированный шликер в приемный лоток стержневого смесителя 6. В стержневом смесителе 6 активированные пыль и шликер соединяются с глиной, прошедшей измельчение, при этом полученная масса подвергается помолу, растиранию и гранулированию. Пробник 14 посредством подвижного штока берет пробу готового сырья, осуществляется сравнение ажности полученного сырья с заданной и устройством контроля влажности посылается сигнал на вход системы управления (см. фиг.2). Если величина влажности меньше заданной, система автоматического управления включает в работу форсунку 13 подачи воды. Система автоматического управления регулирует работу привода подачи глинистого сырья, осуществляя обратный контроль посредством датчиков взвешивания питателя 2, а также осуществляет настройку вентилятора 18 отсоса теплоносителя. Готовое сырье, однородное по своему составу и структуре, из стержневого смесителя 6 по элеватору 23 и ленточному транспортеру 11 поступает в пресс для прессования кирпича.