Устройство аэрации жидкости или пульпы
Изобретение относится к аэрации пульпы, изготовленной из воды и тонкоизмельченных минералов, чистых или в сочетании с материалами, которые используют при гранулировании железорудных окатышей. Устройство аэрации пульпы содержит, по меньшей мере, набор смежных цепей со звеньями, выстроенных в линию в виде занавеса, и по меньшей мере, разбрызгивающую форсунку для выпуска пульпы на набор смежных цепей. При этом поток пульпы через звенья цепей формирует пленки внутри каждого звена, между звеньями и между цепями. Причем эти пленки взаимодействуют между собой, удерживая воздух между собой и образуя пузырьки, при этом пузырьки приводят к образованию вспененной пульпы. Изобретение обеспечивает более удобный и более экономичный способ аэрации минеральных пульп с предотвращением забивания разбрызгивающей форсунки. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение описывает устройство, содержащее, по существу, разбрызгивающую форсунку и занавесы из цепей с висячими звеньями, задачей которого является аэрировать жидкости или пульпы путем генерирования и удерживания пузырьков воздуха, являющегося результатом сочетания физических свойств, таких как поверхностное натяжение и смачиваемость, сила тяжести и пластическая конформация. Это устройство, в частности, обеспечивает более удобный и более экономичный способ аэрации воды, жидкостей и минеральных и/или органических пульп в различных секторах промышленности и экономики.
Как хорошо известно специалистам в горной промышленности и, более конкретно, в области тонкого гранулирования железной руды для рынка прямого восстановления, процесс, называемый покрытием, где покрытие из тугоплавкого минерала наносят на обожженные окатыши, хорошо известен.
Сталелитейные заводы, которые используют процесс прямого восстановления для превращения железной руды или мелких окатышей железной руды в металлическое железо, вынуждены приспосабливаться к тому, чтобы столкнуться с узким местом процесса, называемым привариванием.
В отличие от доменных печей в печах прямого восстановления загрузка превращается в железо при высокой температуре и в восстановительной среде. В такой среде, однако, загрузка не плавится. Восстанавливающие газы проникают в поры компонентов загрузки (или окатышей гранулята), и при регулируемой температуре происходит термохимическое восстановление окислов железной руды в металлическое железо, давая, в результате, твердый и похожий на губку продукт, известный как губчатое железо, компоненты которого сохраняют первоначальную форму окатышей или гранулята, из которого они были образованы.
С целью оптимизации производительности вышеупомянутого способа были повышены рабочие температуры, и в результате этих рабочих условий явление приваривания стало еще хуже.
Понятно, что способ приваривания включает образование больших блоков твердого губчатого железа, образованных полуплавлением и поверхностным плавлением окатышей или гранулята железа, подвергнутых воздействию растущих температур. В результате такой агломерации имеет место недостаточность коэффициента полезного действия печи, делающая затруднительной ее разгрузку, перегружая, таким образом, последующее оборудование.
Для решения этой проблемы был разработан способ, названный покрытием, позволяющий нанести на поверхность окатышей тонкий слой тугоплавкого материала во время дополнительных стадий, следующих за их обжигом (получением) и перед их термохимическим восстановлением в случае печей прямого восстановления. Этот способ также включает в себя обрызгивание этой водной пульпы тонко размолотого тугоплавкого материала поверх движущихся окатышей для их окрашивания. С этой целью форсунки разбрызгивания стратегически расположены в таких местах, как транспортные желоба между конвейерными лентами, а также над лентами.
Недостатком этого способа является постоянная забивка форсунок из-за того, что они, имея узкие отверстия для эффекта разбрызгивания, становятся чувствительными к присутствию любого постороннего материала, обнаруживаемого в пульпе тугоплавкого материала, а также к слеживанию тугоплавкого материала, который оседает вблизи к ним во время продолжительных остановок операции нанесения.
Эти частые закупорки выявляют слабость этой системы, исправление которой требует времени, ремонтные бригады подвергаются физическому и умственному истощению, становясь, таким образом, подверженными несчастным случаям. По многим причинам устранение этой проблемы "в зародыше" часто невозможно, что приводит к рецидивам через неприемлемые промежутки времени.
Вследствие высокой скорости, с которой пульпа протекает через суженные участки форсунок, возникающий, в результате, износ форсунок становится другим неудобством. Сопутствуя абразивным свойствам содержащей минералы пульпы, высокая скорость расширяет размеры этих форсунок, изменяя и намеченные цели струй, и истечение, увеличивая, таким образом, удельный расход минерала и еще ухудшая его неравномерным распределением пульпы по окатышам.
Другим неудобством являются относительно высокие уровни давлений, считающиеся необходимыми для процесса струйного разбрызгивания. Эти уровни давления затрудняют предотвращение проливов пульпы из распределительной сети на изгибах, соединениях и вентилях и в механических уплотнениях центробежных насосов, используемых в процессе.
Прямым следствием таких неудобств или по отдельности, или вместе, является нестабильность работы процесса покрытия, приводящая к дефектам покрытия на объеме окатышей, а также к высокой степени спекания, делающей потребителей неудовлетворенными.
Коэффициент спекания лабораторных образцов отражает агломерацию печи прямого восстановления, как видно из вышесказанного. Его определяют на основе процентного содержания агломерированной массы относительно начальной свободной массы, подвергнутой воздействию высокой температуры, давления и термохимическому восстановлению.
Данная патентная заявка отличается от упомянутых заявок тем, что она имеет целью предложить устройство, делающее возможной аэрацию минеральной пульпы, изготовленной из воды и тонко измельченных минералов, чистых или в сочетании с такими материалами, как известь, известняк, дунит, боксит, цемент, и любым минералом, который намечен и/или использован на установках гранулирования для покрытия железорудных окатышей или горячими, или холодными.
Для таких целей было разработано устройство, основанное на чисто физических принципах, таких как поверхностное натяжение, смачиваемость, сила тяжести и т.п., а также, как широко используемый ввод такого как цепи, трубы, пластины, стержни и гайки, либо металлические, либо не металлические.
Таким образом, еще одной целью настоящего изобретения является предложить устройство, которое будет способно сделать аэрацию минеральных пульп, какая определена выше, используемой для покрытия окатышей железной руды на установках гранулирования. Это устройство будет также способствовать нанесению таких пульп на движущиеся загрузки окатышей на конвейерных лентах для равномерно поперечного распределения и перколяции вместе с ним для того, чтобы достичь нижних окатышей на ленте.
Для таких целей такое устройство было разработано как набор, содержащий пять перечисленных ниже модулей, и которое может быть легко приспособлено для любой ситуации при условии, что имеется конвейерная лента со свободным пространством высотой 4 метра вдоль ее пути, предпочтительно близко к подаче питания.
Для того чтобы достичь равномерного поперечного распределения на гранулах и донной перколяции, модуль нанесения снабжен цепями, чтобы образовать занавес, охватывающий всю ширину ленты с загрузкой окатышей.
Таким образом, еще одной целью настоящего изобретения является предложить аэрацию минеральной пульпы для использования в системах покрытия окатышей железной руды на установках гранулирования для того, чтобы предотвратить блокировку концов форсунок или любых других участков материалами, посторонними для процесса, чтобы гарантировать стабильность работы процесса и гомогенность покрытия вдоль пути используемой системы.
Для того чтобы достичь этой цели, устройство снабжено разбрызгивающей форсункой с отверстием, которое является прямоугольным, будучи достаточных размеров, чтобы не задерживать внутри какой-либо посторонний для процесса материал.
Таким образом, еще одной целью настоящего изобретения является предложить аэрацию минеральной пульпы для использования в системах покрытия окатышей железной руды на установках гранулирования для того, чтобы предотвратить утечки и отклонение разбрызгивания, уменьшая таким образом выбросы, загрязнения и проблемы охраны окружающей среды.
Для достижения этой цели устройство было сконструировано так, чтобы соответствовать трем требованиям:
в отношении процесса оно расположено таким образом, что концы занавеса помещены очень близко к загрузкам окатышей;
процесс аэрации демпфирует скорость падения пульпы и таким образом исключает резкое сжатие данных ее частей при контакте с окатышами, предотвращая броски;
пузырьки воздуха действуют как демпферы, которые смягчают соударение между пульпой и окатышами.
Таким образом, еще одной целью настоящего изобретения является предложить аэрацию минеральной пульпы для использования в системах покрытия окатышей железной руды на установках гранулирования для того, чтобы обеспечить длительную эксплуатацию и отсутствие необходимости ремонта и замены частей вследствие преждевременного износа.
Для того чтобы достичь этой цели, данное устройство было преднамеренно снабжено прочными деталями, такими как разбрызгивающий наконечник из стальной трубы Schedule 80 диаметром 3'', сваренными короткими звеньями цепей, удерживающими желобами из стали толщиной 5 мм, но материалы и размеры, отличные от этих, также могут быть использованы, чтобы гарантировать работоспособность устройств в тяжелых условиях.
Таким образом, еще одной целью настоящего изобретения является предложить аэрацию минеральной пульпы для использования в системах покрытия окатышей железной руды на установках гранулирования для того, чтобы сделать возможной работу системы перекачки пульпы все время с момента приготовления до нанесения под низким давлением, чтобы снизить энергетическую нагрузку на перекачку, а также предотвратить протечки из транспортных труб и уплотнительных систем насосов, таких как сальники и механические уплотнения.
Чтобы достичь этой цели, форсунки устройства были соответственно снабжены трубой для нанесения диаметром 3'' и несужающейся форсункой, которые в дополнение к правильно выбранным размерам распределительной линии пульпы из резервуаров гомогенизации к перколятору гарантируют низкие уровни потери напора вдоль контура, сохраняя таким образом низкое давление перекачки.
Эти и другие цели настоящего изобретения могут быть достигнуты, когда жидкость или пульпу выпускают через разбрызгивающую форсунку на занавес из цепей, и сочетание физических свойств, таких как поверхностное натяжение, смачиваемость и пластическая конформация удерживают пузырьки воздуха в жидкости или пульпе, когда они проходят через звенья цепей, приняв форму пленок вследствие взаимодействия поверхностного натяжения и смачиваемости между тремя рассматриваемыми поверхностями (твердое/занавес, жидкость/пульпа, газ/воздух). Эта пленка сформирована внутри каждого звена, между ними и между цепями. Что касается истечения, эти пленки обрывают взаимодействие между ними, удерживая оставшийся воздух между ними, образуя, таким образом, изобильные пузырьки, приводя, в результате, к образованию вспененной жидкости или пульпы благодаря разгрузке цепей.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 является видом в перспективе устройства для аэрации жидкости или пульпы.
Фиг.2 является подробным изображением генерирования вспененной жидкости, сделавшегося возможным путем использования устройства для аэрации жидкости или пульпы.
Фиг.3 является подробным изображением незабивающейся разбрызгивающей форсунки, используемой в устройстве для аэрации жидкости или пульпы.
Фиг.4 является подробным изображением распределений и гомогенности жидкости, сделавшихся возможными при использовании устройства для аэрации жидкости или пульпы.
Фиг.5 является подробным изображением распределения и гомогенности жидкости, сделавшихся возможными при использовании устройства для аэрации жидкости или пульпы.
Такое устройство, задуманное для того, чтобы соответствовать вышеупомянутым целям, и смонтированное с соответствующими размерами, чтобы быть использованным на установках гранулирования, содержит пять модулей:
1. Модуль аппликации или аппликатор (1), включающий три разные части: первая часть, изготовленная из трубы диаметром 3'' и длиной 0,8 м, вторая, соединенная с первой, представляет собой форсунку для аппликации, также изготовленную из трубы, имеющей сплющенный конец с прямоугольным отверстием 20×210 мм, которая может быть свободно повернута вдоль своей оси для оптимального расположения в пространстве; третья представляет собой опору аппликатора, которая благодаря своей специфической конструкции дает возможность наилучшей установки в определенном положении для того, чтобы соответствовать текущим потребностям, таким как расстояние до занавеса (С), угол, центрирование и возвышение.
2. Модуль (2) аэрации и разбрызгивания, который является главным предметом прототипа, включающий наборы смежных цепей (С) длиной 3 м, выстроенных в линию и образующих занавесы, которые, будучи подвешены, образуют сплоченный и достаточно губчатый ряд, чтобы сделать возможным явление аэрации, и преднамеренно свободный, чтобы облегчить самоочищение и периодические зачистки.
3. Модуль (3) нацеливания, включающий переднюю пластину и заднюю пластину, легко налегающие на цепи (С), образуя сандвич, чтобы направить назад просачивающиеся потоки пульпы (Р) и поддержать равномерное распределение пульпы по протяженности занавеса.
4. Модуль (4) приемника, включающий коробку, расположенную ниже модуля нанесения, будучи поддерживаемой цепью. Этот модуль также помогает распределению пульпы (Р) и содержит случайные брызги от аппликатора (1).
5. Структурный модуль (5), включающий металлические профили, которые держат и усиливают систему, поддерживая твердо закрепленным каждый компонент системы и одновременно допуская быстрые и безопасные механические инспекции и вмешательства.
Минеральная пульпа, которая поступает в оборудование под низким давлением, проходит через аппликатор (1), который свободно набрасывает ее на занавесы для равномерного распределения по ним. Пока жидкость протекает через занавес под действием силы тяжести, ее объем (Р) делается даже более распределенным по такому пути, как чтобы выйти через нижний конец, покрывая, таким образом, все поперечное протяжение слоя обожженных окатышей на ленте конвейера.
Когда пульпа (Р) взаимодействует с цепями (С) и, следовательно, подвергается аэрации, и благодаря тепловой изоляции, обеспеченной пузырьками воздуха, пульпа (Р) быстро просачивается через загрузку окатышей на ленте и добирается до ее нижнего края, сопутствуя началу процесса испарения, обусловленного тем, что температура окатышей выше температуры кипения воды. Это явление называется аэрированным просачиванием. Поэтому данный процесс способствует хорошему окрашиванию и прилипанию пигмента к загрузке окатышей, движущейся под устройством, гарантируя, таким образом, высокий уровень покрытия.
Несмотря на то, что изобретение было описано и проиллюстрировано конкретно как установка, включающая устройство аэрации жидкости (10) и пульпы, стоит упомянуть, что альтернативы конструкции и применимости возможны и осуществимы без отклонения от объема настоящего изобретения.
1. Устройство для аэрации минеральной пульпы, изготовленной из воды и тонкоизмельченных минералов, чистых или в сочетании с материалами, которые используют при гранулировании железорудных окатышей, содержащее, по меньшей мере, набор смежных цепей со звеньями, выстроенных в линию в виде занавеса, и по меньшей мере, разбрызгивающую форсунку для выпуска пульпы на набор смежных цепей, при этом поток пульпы через звенья цепей формирует пленки внутри каждого звена, между звеньями и между цепями, причем эти пленки взаимодействуют между собой, удерживая воздух между собой и образуя пузырьки, при этом пузырьки приводят к образованию вспененной пульпы.
2. Устройство для аэрации минеральной пульпы, изготовленной из воды и тонкоизмельченных минералов, чистых или в сочетании с материалами, которые используют при гранулировании железорудных окатышей, содержащее i) модуль нанесения (1), содержащий первую часть, представляющую собой трубу, вторую часть, соединенную с первой частью и представляющую собой разбрызгивающую форсунку, которая выполнена с возможностью свободного вращения вдоль своей оси для установки оптимального положения в пространстве, и третью часть, которая представляет собой опору модуля нанесения для установки модуля нанесения в требуемое положение, ii) модуль (2) аэрации и разбрызгивания, содержащий наборы смежных цепей, выстроенных в линию в виде занавесов, для формирования участка для проведения аэрации, iii) модуль (3) нацеливания, слегка налегающий на цепи, для направления просачивающихся потоков пульпы и поддержания равномерного распределения пульпы по протяженности занавеса, iv) модуль (4) приемника, содержащий коробку, расположенную ниже модуля нанесения, для содействия распределению пульпы и удержания случайных брызг от модуля (1) нанесения, и v) структурный модуль (5), поддерживающий вышеупомянутые модули.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что разбрызгивающая форсунка имеет сплющенный конец с прямоугольным отверстием.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что занавесы в подвешенном состоянии обеспечивают возможность самоочищения и периодической очистки.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что модуль (3) нацеливания содержит переднюю пластину и заднюю пластину, легко налегающие на цепи.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что структурный модуль (5) содержит металлические профили, которые поддерживают, жестко закрепленным каждый из других вышеупомянутых модулей и одновременно допускают быстрые и безопасные механические инспекции и вмешательства.
7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что модуль (3) нацеливания слегка налегает на цепи и направляет потоки пульпы, поступающей через разбрызгивающую форсунку на цепи, способствуя равномерному распределению пульпы по цепям.
8. Способ аэрации минеральной пульпы посредством устройства для аэрации минеральной пульпы по п.1, заключающийся в том, что выпускают пульпу через разбрызгивающую форсунку на набор смежных цепей со звеньями, выстроенных в линию в виде занавеса, причем пульпа течет под действием силы тяжести через звенья цепей, при этом поверхностное натяжение и смачиваемость приводят к образованию пленок внутри каждого звена, между звеньями и между цепями, которые удерживают воздух между пленками с тем, чтобы образовать пузырьки, и формируют вспененную пульпу.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что вследствие тепловой изоляции, обеспеченной образованными пузырьками воздуха, пульпа быстро просачивается через цепи.
10. Способ аэрации минеральной пульпы посредством устройства аэрации минеральной пульпы по любому из пп.2-7, заключающийся в том, что выпускают пульпу через разбрызгивающую форсунку на наборы смежных цепей со звеньями, выстроенных в линию в виде занавесов, причем пульпа течет под действием силы тяжести через звенья цепей, при этом поверхностное натяжение и смачиваемость приводят к образованию пленок внутри каждого звена, между звеньями и между цепями, которые удерживают воздух между пленками с тем, чтобы образовать пузырьки, и формируют вспененную пульпу.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что вследствие тепловой изоляции, обеспеченной образованными пузырьками воздуха, пульпа быстро просачивается через цепи.
