PL224559B1 - Urządzenie do formowania brykietów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do formowania brykietów z materiału ziarnistego, włóknistego bądź mieszanek tych materiałów, mające zastosowanie zwłaszcza dla materiałów scalanych o dużych odkształceniach sprężystych po ustąpieniu nacisku bądź posiadających właściwości quasi-plastyczne.

Znane są powszechnie prasy walcowe do brykietowania, zwłaszcza miałów węgli kamiennych, z których formowano brykiety mające zastosowanie jako środek opałowy przestrzeni zamieszkałej.

Znane są także procesy brykietowania innych materiałów ziarnistych, którymi są obecnie m.in. odpady poprodukcyjne, podziarna różnych materiałów przemysłu wydobywczego i/lub przetwórczego, nawozy sztuczne. Dla potrzeb wybranych gałęzi przemysłu brykietowanie w prasach walcowych stosowane jest również w tzw. dwustopniowej granulacji jako efekt połączonych technik scalania i ro zdrabniania dla osiągnięcia określonych właściwości produktu końcowego.

Znane są opisy pras walcowych do brykietowania ośrodków ziarnistych, które posiadają dwa walce robocze ułożyskowane w obsadach umieszczonych w dwudzielnej ramie lub połączonych przy pomocy kolumn oraz siłowników hydraulicznych. Narzędziami roboczymi służącymi do formowania brykietów są pierścienie ewentualnie segmenty, które montuje się na walce. Walce z wgłębieniami formującymi obracają się przeciwbieżnie, wciągając brykietowany materiał w strefę zagęszczania, a do ich napędu stosuje się silnik elektryczny, przekładnie mechaniczne i sprzęgła. Układ napędowy powoduje rozdzielenie transmitowanej energii i dokonuje synchronizacji wzajemnego położenia wgłębień znajdujących się na powierzchni roboczej współpracujących walców.

Znane są także rozwiązania z indywidualnymi napędami walców, synchronicznym lub asynchronicznym oraz takie, w których napędza się jeden walec, drugi zaś obraca się wskutek sprzężenia ciernego, wywołanego przez brykietowany materiał.

Powierzchnia robocza narzędzi formujących ma przeważnie identyczny kształt, a stanowią ją wgłębienia - półformy, rozmieszczone w założony, regularny i uporządkowany sposób. Podczas brykietowania uzupełniające się na obu walcach wgłębienia, tworzą zamykające się „matryce” formujące. Efektem finalnym procesu scalania jest otrzymywanie brykietów z wyraźnie zaznaczoną płaszczyzną podziału (symetrii). W przypadku brykietowania niektórych materiałów płaszczyzna ta może być prz yczyną rozwarstwiania brykietów.

Znana jest także z rosyjskiego opisu patentowego RU2010132545, prasa walcowa do scalania polidyspersyjnych materiałów sypkich, zawierająca walce o powierzchni roboczej z wgłębieniami stanowiącymi półformy wytwarzanych brykietów, posiadająca boczny podajnik ślimakowy, umożliwiający lepsze rozłożenie przemieszczającej się mieszaniny, co z kolei prowadzi do poprawy parametrów mechanicznych wytwarzanych brykietów. Cechą rozwiązania jest widoczna płaszczyzna podziału wytworzonych brykietów.

Znane i najczęściej stosowane w przemyśle rozwiązania konstrukcji pras do wytwarzania brykietów bez płaszczyzny podziału, posiadają walce robocze powierzchni formującej, stanowiącej położone naprzemiennie obwodowe rowki występy, w których znajdują się wgłębienia (wręby). Współpraca obu walców polega na wzajemnym dopełnianiu obwodowych rowków jednego walca z występami drugiego walca. Wręby w występach, oddzielone między sobą poprzecznie ułożonymi progami, tworzą z obwodowymi rowkami dwudzielną formę stanowiąc matrycę formującą. Powstają w ten sposób br ykiety o kształcie siodła o zaokrąglonych powierzchniach, których kształt w przypadku transportu na pochylonych przenośnikach taśmowych lub przy usypywaniu pryzmy np. w palenisku, może być przyczyną staczania się brykietów. Zaokrąglone profile poprzeczne i niektóre zaokrąglone powierzchnie narzędzia formującego mogą stwarzać szereg problemów związanych z ich wykonaniem, a w miarę ich zużycia eksploatacyjnego również niewłaściwym dopasowaniem półform walców. Regeneracja powierzchni roboczej takich walców może być kosztowna i skomplikowana lub niemożliwa. W przypadku brykietowania materiałów o strukturze włóknistej lub mieszanek materiałów ziarnistych i włóknistych takie profile i kształty powierzchni roboczej nie sprzyjają również skutecznemu rozdrabnianiu większych kawałków (pasemek) materiału.

Przykładem takiego rozwiązania może być prasa walcowa, wskazana w polskim opisie patentowym nr 136016, służąca do brykietowania materiału drobnoziarnistego, zawierająca dwa walce robocze z powierzchniami formującymi wykonanymi na ich pobocznicach, ułożyskowane w obsadach, usytuowanych w dwudzielnej ramie lub połączonych przy pomocy kolumn oraz siłowników hydraulicznych.

PL 224 559 B1

Innym rozwiązaniem tego typu, jest znane z amerykańskiego opisu patentowego nr US2001001670, urządzenie brykietujące z układem podającym. Otrzymane brykiety o kształcie siodła, nie posiadają płaszczyzny podziału.

Znane jest także z amerykańskiego opisu patentowego nr US20100040721, urządzenie do formowania brykietów w którym naprzemiennie, względem drugiego współpracującego walca wykonano na zewnętrznych występach powierzchni obwodowych wgłębienia o przekroju poprzecznym w kształcie półpierścienia, następnie wewnętrznie, powierzchnie z rowkami obwodowymi. W drugim walcu z kolei naprzemiennie zastosowano odwrotny układ powierzchni, tak że powierzchnie styczne przeciwległych walców są zawsze odmienne pod względem struktury powierzchni.

Znane jest z amerykańskiego opisu patentowego nr US6737005, rozwiązanie, w którym tarcze rolek o powierzchni zróżnicowanej strukturalnie umieszczone są naprzemiennie względem tarcz przeciwległej rolki, która na całej swojej powierzchni posiada gładkie wgłębienie o przekroju poprzecznym w kształcie półpierścienia.

Problematyczna przy formowaniu brykietów, może być stosunkowo niewielka grubość progów oddzielających wręby w występach, która może przyczyniać się do ich niszczenia wskutek wysokich nacisków i/lub stopniowego zmniejszania się ich grubości, będącej efektem tarcia o progi brykietów opuszczających wgłębienia. Również poślizg materiału na powierzchni obwodowych rowków narzędzia roboczego powoduje, że materiał jest nierównomierne dostarczany w strefę zagęszczania prasy co skutkuje zróżnicowaniem gęstości brykietów i obniżeniem ich wytrzymałości mechanicznej.

Znane są polskie zgłoszenia patentowe rozwiązań nr 393053 oraz nr 393054, które mają na celu poprawę parametrów mechanicznych wytwarzanych brykietów (ujednorodnienie gęstości brykietów) oraz ułatwienie (poprzez równomierność i intensywność), wprowadzania materiału w strefę zagęs zczania. W rozwiązaniu o nr 393053, na pobocznicy jednego walca znajdują się wręby usytuowane w występach umiejscowionych poprzecznie do kierunku obrotu walca, natomiast na pobocznicy drugiego walca, wzdłużnie wykonane są rowki. Natomiast w rozwiązaniu o nr 393054, na pobocznicach dwóch walców wykonane są wzdłużnie rowki oraz wręby usytuowane w występach. W obydwu rozwiązaniach, rowki i wręby w występach usytuowane naprzeciw siebie, tworzą dwudzielną formę, a ich profil poprzeczny jest taki sam, w każdym rozwiązaniu.

Istotą urządzenia do wytwarzania brykietów, według wynalazku jest to, że na pobocznicach walców wykonane są rowki oraz wręby usytuowane w występach. Rowki i wręby w występach usyt uowane naprzeciw siebie tworzą dwudzielną formę. Profil poprzeczny rowka i występu jest taki sam i jest korzystnie trapezem równoramiennym lub korzystnie trójkątem równoramiennym, który jest rozwarty na zewnątrz walca. Przecięcie położonych wzdłuż tworzących walca, płaszczyzn bocznych rowka i występu walca, tworzy krawędź (załamanie) w taki sposób, że wysokość występu i głębokość rowka są takie same, a głębokość wrębów w występach jest równa głębokości rowków.

Wręby wykonane są w występie tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca, korzystnie jest łukiem bądź krzywą utworzoną z dwóch łuków albo krzywą utworzoną z dwóch łuków połączonych odcinkiem. Powierzchnia dna rowka jest powierzchnią płaską, a zewnętrzna powierzchnia występów, na progach oddzielających wręby, może być płaska lub stanowić część powierzchni walcowej w przypadku trapezowych profili rowków i występów.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest intensywne i równomierne podawanie materiału w strefę zagęszczania prasie walcowej dzięki czemu następuje formowanie brykietów w korzystniejszych warunkach, czego efektem są ujednorodnienie gęstości brykietów, zwiększenie ich wytrzymałości mechanicznej, a także umożliwienie scalania w urządzeniu materiałów trudnych do brykietowania.

Krawędź powstała w wyniku przecięcia powierzchni rowka i występu wzdłuż powierzchni tworzących walec, sprzyja łamaniu i/lub zgniataniu materiału przyczyniając się do ujednorodnienia jego składu i/lub ułatwia oddzielanie od siebie powstałych brykietów.

Korzyścią takiego kształtu walców roboczych jest to, że uformowane brykiety posiadają niektóre powierzchnie płaskie, co ogranicza i zapobiega ich staczaniu się po pochylonych powierzchniach urządzeń transportowych, np. przenośniku taśmowym lub zboczach pryzm.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest również łatwiejsze wykonanie rowków i występów wa lców formujących przy zastosowaniu prostszych narzędzi i technik wykonania, a zużyte w wyniku eksploatacji powierzchnie robocze łatwiej jest skorygować celem dopasowania półform.

Dzięki proponowanemu rozwiązaniu progi w występach oddzielające wręby narażone są w znacznie mniejszym stopniu na zużycie cierne, gdyż brykiety opuszczają wręby w kierunku równoległym do progów, a nie poprzecznie do nich.

PL 224 559 B1

Rozwiązanie według wynalazku jest uwidocznione w przykładowych wykonaniach na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia urządzenie do brykietowania w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia widok urządzenia z góry, fig. 3 oraz fig. 7 pokazują walce urządzenia w widoku z przodu, fig. 3a oraz fig. 7a stanowią wycinek walca urządzenia w widoku z przodu w powiększonej skali, fig. 4 oraz fig. 8 pokazują walce urządzenia w przekroju poziomym, fig. 5 oraz fig. 9 ukazują walce w widoku perspektywicznym, fig. 6 oraz fig. 10 przedstawiają widok przykładowych brykietów.

Urządzenie do brykietowania zawiera dwa walce robocze 1 i 2 z powierzchniami formującymi wykonanymi na ich pobocznicach. Walec 2 ułożyskowany jest w przesuwnych obsadach 3 podpartych siłownikami hydraulicznymi 4 zapewniającymi odpowiedni docisk walców podczas brykietowania oraz stanowiącymi zabezpieczenie urządzenia przed przeciążeniem. Pomiędzy obsadami łożysk 3 znajduje się element dystansowy 5 zapewniający odpowiedni luz między powierzchniami formującymi walców 1 i 2. Walec 1 sprzężony jest z zespołem napędowym za pomocą sprzęgła sztywnego 6. Zespół napędowy stanowi silnik elektryczny 7 połączony poprzez przekładnię pasową 8 z przekładnią zębatą 9 redukującą obroty walca 1, zaś walec 2 obraca się wskutek sprzężenia ciernego. W innych przykładach wykonania mogą być zastosowane układy napędowe umożliwiające napędzanie obu walców. Walce mogą także posiadać indywidualne napędy.

Na pobocznicach walców 1 i 2 wzdłużnie, wykonane są rowki 10 oraz wręby 11 usytuowane w występach 12. Rowki 10 i wręby 11 usytuowane naprzeciw siebie tworzą dwudzielną formę. Profil poprzeczny rowka 10 i występu 12 jest taki sam i jest trapezem równoramiennym lub trójkątem równoramiennym. Przecięcie, położonych wzdłuż tworzących walec 1, 2 płaszczyzn bocznych rowka 10 i występu 12 walca 1, 2 tworzy krawędź (załamanie) tak, że wysokość występu 12 i głębokość rowka 10 są takie same. Wręby 11 wykonane są w występie 12 tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca 1,2 jest łukiem bądź krzywą utworzoną z dwóch łuków albo krzywą utworzoną z dwóch łuków połączonych odcinkiem. Głębokość wrębów 11 w występach 12 odpowiada głębokości rowków 10.

Geometrię przekroju wzdłużnego i poprzecznego rowków 10 i występów 12 oraz wrębów 11 w występach 12, a także prędkość obrotową narzędzi formujących, dobiera się w oparciu o właściwości scalanego materiału, dla uzyskania podczas procesu brykietowania w urządzeniu, maksymalną gęstość i wytrzymałość mechaniczną brykietów przy minimalizacji destrukcyjnych naprężeń powstających po ustąpieniu nacisku walców formujących.

Dozowanie materiału w strefę zagęszczania realizowane może być poprzez dozownik grawitacyjny 13 lub poprzez urządzenie ślimakowe czy zasilacz zbieżnokanałowy.

Claims (10)

1. Urządzenie do wytwarzania brykietów zawierające dwa walce robocze ułożyskowane w obsadach, usytuowanych w dwudzielnej ramie lub połączonych przy pomocy kolumn oraz siłowników hydraulicznych, w których materiał dozowany jest w strefę zagęszczania w sposób grawitacyjny lub za pomocą urządzenia wstępnie zagęszczającego, znamienne tym, że na pobocznicach walców (1, 2), wzdłużnie, wykonane są rowki (10) oraz wręby (11) usytuowane w występach (12), a profil poprzeczny rowka (10) i występu (12) jest korzystnie trapezem równoramiennym, rozwartym na zewnątrz walca (1 albo 2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1, 2) jest łukiem.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1, 2) jest krzywą utworzoną z dwóch łuków.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1, 2) jest krzywą utworzoną z dwóch łuków połączonych odcinkiem.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przecięcie, położonych wzdłuż tworzących walca (1, 2), płaszczyzn bocznych rowka (10) i występu (12), tworzy krawędź w taki sposób, że wysokość występu (12) i głębokość rowka (10) są takie same, a głębokość wrębów (11) w występach (12) jest równa głębokości rowków (10).

PL 224 559 B1

6. Urządzenie do wytwarzania brykietów zawierające dwa walce robocze ułożyskowane w obsadach usytuowanych w dwudzielnej ramie lub połączonych przy pomocy kolumn oraz siłowników hydraulicznych, w których materiał dozowany jest w strefę zagęszczania w sposób grawitacyjny lub za pomocą urządzenia wstępnie zagęszczającego, znamienne tym, że na pobocznicach walców (1, 2) wzdłużnie, wykonane są rowki (10) oraz wręby (11) usytuowane w występach (12), a profil poprzeczny rowka (10) i występu (12) jest korzystnie trójkątem równoramiennym, rozwartym na zewnątrz walca (1 albo 2).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1,2) jest łukiem.

8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1, 2) jest krzywą utworzoną z dwóch łuków.

9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wręby (11) wykonane są w występie (12) tak, że ich przekrój w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu walca (1, 2) jest krzywą utworzoną z dwóch łuków połączonych odcinkiem.

10. Urządzenie według zastrzeż. 6, znamienne tym, że przecięcie, położonych wzdłuż tworzących walca (1, 2), płaszczyzn bocznych rowka (10) i występu (12) tworzy krawędź w taki sposób, że wysokość występu (12) i głębokość rowka (10) są takie same, a głębokość wrębów (11) w występach (12) jest równa głębokości rowków (10).