Устройство для брикетирования металлической стружки

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к технике переработки вторичных ресурсов, а именно, в основном, к брикетированию металлической стружки. Устройство для брикетирования металлической стружки включает приемный бункер с заслонкой, дозатор стружки с выносным блоком управления, станину с установленными на ней камерой загрузки, прессования и спекания и прессовым механизмом с плунжером, и генератор импульсного тока, содержащий накопитель энергии. Камера загрузки, прессования и спекания снабжена крышкой, выполненной с возможностью управляемого перемещения. Предлагаемое устройство можно также применить для переработки других дисперсных или измельченных электропроводящих отходов и для получения пористых материалов, полуфабрикатов и изделий. 1 сам.п. ф-лы, 1 илл., 1 п.

Полезная модель относится к технике переработки вторичных ресурсов, а именно, к брикетированию металлической стружки.

Брикетирование металлической стружки производится с целью упрощения ее транспортировки и дальнейшей переработки (Томуров В.П. и др. Оборудование по переработке вторичного сырья черной металлургии М.: Металлургия, 1976).

Как правило, оно осуществляется с помощью брикет-прессов с большим усилием прессования, при этом сцепление стружки в брикет осуществляется за счет механических контактов, возникающих при большой деформации стружки. Достаточно прочные брикеты (пригодные для транспортировки и дальнейшей переработки) получаются при плотности брикета не менее (60-70)% от плотности металла. Давление прессования зависит от пластичности металла и составляет для обычных сталей и чугуна (3-4) т/см2 (Томуров В.П. и др. Оборудование по переработке вторичного сырья черной металлургии М.: Металлургия, 1976), а для титановых сплавов (3-9) т/см2 (Скворцов Ю.И., Морозов Е.И., Усов В.Н. Брикетирование стружки титановых сплавов. - Технология легких сплавов, 1971, N 5, с. 112).

Брикет-прессы (Томуров В.П. и др. Оборудование по переработке вторичного сырья черной металлургии М.: Металлургия, 1976.) состоят из лотка (приемного бункера или питателя), расположенного в верхней части установки, и гидравлического прессового механизма, в котором имеется загрузочная и прессовая камеры. Для повышения эффективности брикетирования в конструкцию могут добавляться другие элементы, в том числе, для очистки, перемешивания и нагрева стружки (Гурченко П.С., Михлюк А.И., Демин М.И., Скибарь А.М., СПОСОБ БРИКЕТИРОВАНИЯ СТАЛЬНОЙ СТРУЖКИ, Патент РФ 2354723, от 04.07.2007, опубликовано 10.05.2009), которые, сильно усложняя конструкцию и увеличивая энергозатраты, не решают принципиальных проблем. Высокопрочные, легированные стали и другие высокопрочные сплавы фактически не поддаются брикетированию с помощью брикет-прессов, т.к. для их брикетирования в связи с малой пластичностью необходимы более высокие давления, а использование таких давлений ведет к резкому снижению производительности и износу оснастки, брикетирование с нагревом ведет к большим энергозатратам, порче металла и загрязнению среды.

Для устранения этих недостатков был предложен электрофизический, электроимпульсный способ брикетирования металлической стружки (Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Филин Ю.А. Способ брикетирования металлической стружки. // Патент РФ 2063304 от 10 июня 1994., БИ 19, 1996 г.), усовершенствованный в патенте (Дорф-Горский И.А., Ельчанинов А.А., Иванов В.И., СПОСОБ БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ, патент РФ 2175019 от 03.03.2000), в котором в качестве технологического инструмента используется электрический ток большой плотности, осуществляемый с помощью соответствующего устройства, содержащего, кроме прессового механизма, источник импульсного электрического тока. Измельченные металлические отходы прессуют при сравнительно небольших давлениях, до 0,5 т/см2 для высокопрочных сплавов и пористости брикетов порядка 50%, а затем подвергают обработке с использованием коротких импульсов электрического тока. Величина и длительность импульса рассчитываются по специальным формулам. Эта обработка позволяет связать спрессованный материал в прочный брикет. Весь металл при брикетировании нагревается незначительно, а локальные зоны контактов на короткое время, это позволяет избежать существенного окисления металла даже при брикетировании на воздухе такого химически активного металла как титан.

Конструкция такого устройства наиболее полно разработана в патенте (Оглоблин Б.Г, Дорф-Горский И.А., Ельчанинов А.А., Бочаров А.Ф., Иванов В.И., Абрамова. К.Б, Самуйлов С.Д. Устройство для брикетирования титановой стружки. // Патент РФ 2173236, от 19.12.95, БИ 25, 10.09.2001.). Устройство для брикетирования металлической стружки состоит из станины и смонтированных на ней приемного бункера, который для регулировки подачи стружки снабжен заслонкой, а для лучшей подачи стружки снабжен вибратором, загрузочной камеры, камеры прессования и спекания, в которой установлены электроды. Электроды соединены с генератором импульсных токов (ГИТ) в составе которого имеется накопитель энергии, как правило, изготавливаемый на базе конденсаторной батареи, а остальные стенки камеры прессования и спекания выполнены из электроизоляционных материалов. На станине смонтирован гидроцилиндр с пуансонами для сжатия стружки, который перемещает стружку из загрузочной камеры в камеру прессования и спекания и сжимает ее. Главным отличием устройства от обычных брикет-прессов является то, что оно имеет в своем составе генератор импульсных токов (ГИТ), который позволяет производить электроимпульсную обработку стружки и превращать ее в прочные брикеты за счет электрической сварки контактов между частицами стружки. ГИТ включает в себя накопитель энергии на базе конденсаторной батареи и ключевые элементы для коммутации накопленной энергии в нагрузку.

Недостатком этого устройства является низкая, в сравнении с потенциальными возможностями технологии, эффективность процесса брикетирования, поясняемая следующим. Дозирование стружки фактически осуществляется по насыпному объему, а поскольку насыпная плотность стружки имеет значительный разброс даже в пределах одной партии, из-за неравномерной подачи возникает значительный разброс в параметрах брикетов: разный вес, размер, плотность и прочность. Потребитель заинтересован в брикетах одинаковой плотности, с тем, чтобы, заполняя брикетами определенный объем печи, получать заданное количество металла. Параметры процесса (давление прессования и амплитуда тока) задаются вблизи максимальных значений определяемых конструкцией установки, т.к. в противном случае будет снижена производительность установки. Регулируя положение заслонки приемного бункера, добиваются того, чтобы при этих параметрах процесса получать брикеты наибольшей массы. Контроль количества и наличия стружки в прессовой камере может осуществляться только постфактум, когда она уже спрессована, по косвенному признаку - усилию прессования. Если в камере мало или много брикетируемого материала, оператор вынужден произвести аварийный разряд батареи ГИТ и вытолкнуть материал без брикетирования, что ведет к браку. В то же время, из-за значительного разброса насыпной плотности стружки, количество ее в камере прессования также имеет значительный разброс, и если параметры процесса (усилие прессования и величина тока) соответствуют максимальной партии, для меньших партий стружки эти параметры избыточны. Это ведет к нерациональному расходу энергии. Из-за зависания стружки в приемном бункере в камеру может попасть очень мало стружки, или она может не попасть вовсе. Для электроимпульсных установок такой режим недопустим, т.к. разряд на пустую или полупустую камеру может приводить к выходу из строя оборудования ГИТ, разряду, сопровождаемому громким звуком, окислению стружки и порче металла. Устройство-прототип не позволяет полностью исключить подобную ситуацию, т.к. количество стружки контролируется лишь косвенно. Регулировка подачи стружки осуществляется с помощью специальной заслонки. Это неудобно, т.к. для регулировки необходимо останавливать процесс, а также сложно перемещать заслонку при заполненном приемном бункере. Кроме того, устройство использует гидравлический пресс. Недостатком гидравлических прессов является то, что из-за сложности изготовления гидравлического оборудования они стоят дорого. Другой недостаток состоит в том, что независимо от того, работает пресс с полным усилием (в конце хода прессования стружки), или с небольшим усилием (в начале хода, когда пресс лишь перемещает и начинает сжимать стружку), или стоит, гидростанция создает давление жидкости и потребляет энергию, кроме того, преобразование электроэнергии в давление жидкости не очень эффективно, поэтому гидропрессы обладают малой энергоэффективностью.

Устройство, взятое за прототип предлагаемой полезной модели (Крестьянинов Д.А., Самуйлов С.Д., Щербаков И.П. Патент на Полезную модель 107723 «Устройство для брикетирования металлической стружки», дата приоритета 07.02.11., БИ 24 27.08.2011 г.), решает задачу повышения эффективности брикетирования металлической стружки. Оно включает приемный бункер с заслонкой, станину с установленными на ней загрузочной камерой, камерой прессования и спекания и прессовым механизмом, генератор импульсного тока, содержащий накопитель энергии, причем, заслонка приемного бункера выполнена автоматически управляемой, перед загрузочной камерой установлен весовой дозатор, состоящий из измерительного бункера с автоматически управляемой заслонкой, узла измерения веса и выносного блока управления вышеупомянутыми заслонками, весом брикета и зарядом накопителя энергии, а прессовый механизм представляет собой кривошипно-шатунный агрегат.

Эффективность процесса брикетирования повышается за счет повышения качества брикетов, надежности работы, энергоэффективности установки.

Блок управления весового дозатора, открывая и закрывая заслонки бункеров, обеспечивает подачу в загрузочную камеру брикетируемого материала партиями заданного веса. Он позволяет регулировать заданный вес партии брикетируемого материала (вес брикета) в процессе работы, а также осуществлять текущий контроль фактического веса материала в измерительном бункере. За счет использования весового дозатора повышается качество брикетов, т.к. они обладают одинаковым весом, плотностью и высокой гарантированной прочностью. Параметры процесса брикетирования задаются блоком управления вышеупомянутыми заслонками, зарядом накопителя энергии, подачей брикетируемого материала в загрузочную камеру порциями в соответствии с требуемым, точно задаваемым весом брикетов, что позволяет повысить энергоэффективность. Исключается брак, связанный с возможной загрузкой слишком большой или слишком маленькой порции стружки. Если в приемном бункере произойдет временное зависание стружки, это не приведет к аварийной ситуации, а приведет лишь к задержке в работе установки, т.к. батарея ГИТ заряжается только при заполнении измерительного бункера дозатора. При неустранимом зависании установка будет остановлена и приемный бункер очищен. Но разряд на пустую или полупустую камеру исключен. Вес брикетов регулируется и контролируется с выносного блока управления, причем такая регулировка может осуществляться в процессе работы. Наиболее целесообразно использовать в составе устройства стандартный тензометрический весовой дозатор, включающий измерительный бункер, подвешенный на специальных консолях, и блок управления, на котором устанавливается заданный вес материала. Вес может контролироваться на специальном экране, при этом он измеряется специальными тензометрическими датчиками. Такая конструкция удобна, а тензометрические датчики обеспечивают высокую точность измерения веса.

Кривошипный пресс представляет собой установку с механизмом кривошипно-ползунного вида. Принцип работы такого пресса сводится к преобразованию вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение ползуна с помощью кривошипно-ползунного механизма. Его отличительной особенностью является то, что усилие прессования растет по мере движения пресса и достигает максимальной величины при окончании хода плунжера. То есть сначала плунжер движется с большой скоростью, но не может создавать значительного усилия, а в конце прессования скорость движения плунжера замедляется, а усилие прессования растет. Это как раз тот режим, который нужен для сжатия стружки, т.к. вначале она практически не оказывает сопротивления сжатию, а в конце процесса необходимое усилие возрастает. Кривошипный пресс прост по конструкции, электродвигатель эффективно преобразует электроэнергию в механическую энергию (кроме того, любые другие агрегаты имеют в своем составе электродвигатель), это повышает энергоэффективность процесса.

Недостатком устройства-прототипа являются его большие габариты, в особенности по длине (т.е. в направлении прессования), а, следовательно, и вес оборудования. Этот недостаток связан с тем, что в устройстве-прототипе стружка из дозатора загружается в загрузочную камеру, из которой плунжером перемещается в камеру прессования и спекания, где происходит ее сжатие до заданного размера брикета и электроимпульсное спекание. Соответственно, в конструкции устройства предусмотрены большой ход поршня, длина поршня и диаметр колеса кривошипного пресса.

Предлагаемая полезная модель решает задачу уменьшения габаритов и веса устройства для брикетирования металлической стружки.

Устройство для брикетирования металлической стружки содержит установленные на станине механизм прессования с плунжером и камеру загрузки, прессования и электроимпульсного спекания с крышкой, выполненной с возможностью перемещения при прямом ходе плунжера из открытого положения в закрытое посредством приводной пружины и фиксации на плунжере при его расположении в исходном состоянии и обратном ходе для обеспечения перемещения из закрытого положения в открытое.

Создание объединенной камеры загрузки, прессования и спекания, причем с крышкой, выполненной управляемо перемещаемой с помощью плунжера, позволяет исключить операцию перемещения стружки из загрузочной камеры в камеру прессования и спекания (как в прототипе) и, тем самым, уменьшить необходимую длину хода плунжера и, соответственно, длину самого плунжера и диаметр колеса кривошипного пресса, т.е. уменьшить габариты и вес устройства.

Предлагаемое устройство схематически представлено на Фиг.(в разрезе), в положении, соответствующем началу прессования стружки (стружка загружена, крышка камеры загрузки, прессования и спекания закрыта, плунжер начинает движение), где:

1 - приемный бункер;

2 - заслонка приемного бункера;

3 - дозатор стружки;

4 - заслонка дозатора;

5 - станина;

6 - камера загрузки, прессования и спекания со стружкой;

7 - электроизолированный участок камеры загрузки, прессования и спекания, где формируется брикет;

8 - крышка камеры загрузки, прессования и спекания;

9 - направляющие перемещения крышки;

10 - плунжер кривошипно-шатунного пресса;

11 - электроизолированный наконечник плунжера;

12 - узел соединения плунжера с кривошипно-шатунным прессом;

13 - затвор камеры загрузки, прессования и спекания;

14 - длина хода плунжера;

15 - длина плунжера.

Открывание и закрывание крышки 8 осуществляется с перемещением плунжера 10. При обратном ходе плунжера 10 пресса крышка 8 фиксируется на плунжере специальным фиксатором и вместе с плунжером перемещается в открытое состояние. При этом взводится приводная пружина крышки (на Фиг. эти элементы не указаны). При начале прямого хода плунжера 10 фиксация крышки 8 на плунжере снимается, и приводная пружина крышки переводит ее в закрытое положение.

Устройство работает следующим образом.

Установка имеет камеру загрузки, прессования и спекания 6, снабженную крышкой 8, расположенной в горизонтальной плоскости. В исходном состоянии плунжер пресса 10 находится в крайнем положении, крышка 8 загрузочной камеры 6 (т.е. объединенной камеры загрузки, прессования и спекания) открыта и также находится в крайнем положении. При этом крышка 8 специальными фиксаторами зафиксирована на плунжере 10, а приводная пружина крышки сжата. Стружка поступает в установку, например по транспортеру, в приемный бункер 1, откуда при открывании заслонки 2 поступает в измерительный бункер дозатора 3, где формируется партия стружки заданного веса. При открывании заслонки дозатора 4 она из измерительного бункера дозатора поступает сверху, под действием силы тяжести, в камеру загрузки, прессования и спекания 6. Размер загрузочной камеры 6 позволяет разместить партию стружки требуемого веса при плотности не ниже заданной. Затем включается пресс, и начинается прямой ход плунжера 10. При этом открываются фиксаторы крышки 8 загрузочной камеры 6, и приводная пружина перемещает крышку 8 по направляющим 9 в положение, когда крышка камеры закрыта (это положение, соответствующее началу прямого хода плунжера, показано на Фиг.). При этом, если в устройстве-прототипе плунжер сначала перемещал стружку из загрузочной камеры в камеру прессования и спекания, то в предлагаемом устройстве, благодаря наличию крышки, плунжер сразу начинает осуществлять прессование в камере загрузки, прессования и спекания. Это позволяет уменьшить размер камеры загрузки, прессования и спекания (по сравнению с двумя камерами - камерой загрузки и камерой прессования и спекания в устройстве-прототипе), ход и собственный размер плунжера пресса, диаметр колеса кривошипа. При достижении заданного положения 7 (заданный размер брикета) датчик положения дает сигнал, и пресс выключается. При этом снимается напряжение с электромагнитного тормоза, и он фиксирует положение вала редуктора: тем самым фиксируется заданный размер брикета в продольном направлении (направлении прессования). Электрический ток, поступающий от ГИТ (генератора импульсного тока), пропускается перпендикулярно направлению прессования, вдоль длинной стороны брикета между специальными электродами. После обработки стружки и открывания затвора 13, снова подается напряжение на электродвигатель, колесо кривошипа продолжает движение, при этом включается рычажный толкатель с малым усилием, который обеспечивает дальнейшее движение плунжера 10 и выталкивание брикета. Для осуществления обратного хода на электродвигатель подается напряжение, фазы которого подобраны для вращения его в обратную сторону. При обратном движении плунжера 10 крышка 8 фиксируется на фиксаторах плунжера, и он перемещает крышку 8 загрузочной камеры 6 в открытое положение, при этом сжимается приводная пружина крышки 8. После разгрузки измерительного бункера дозатора 3 начинается его следующая загрузка. К моменту завершения обратного хода плунжера 10 дозатор 3 уже загружен, а батарея ГИТ заряжается. При завершении обратного хода выдается сигнал на схему управления, по которому измерительный бункер дозатора 3 разгружается, и процесс повторяется.

Пример конкретного исполнения.

Установка для электроимпульсного брикетирования металлической стружки состоит из кривошипно-шатунного прессового механизма с максимальным усилием 50 кН. Прессовый механизм состоит из кривошипно-шатунного пресса (на Фиг не показан), смонтированного на станине 5, который через соединительный узел 12 соединен с плунжером 10. Длина хода 14 плунжера 10 составляет 500 мм, и, соответственно, длина самого плунжера 15 вместе с электроизолированным текстолитовым наконечником 11 составляет 500 мм. В состав прессового механизма входит дозатор стружки типа РТ-ДВ-01, измерительный бункер которого 3 размещен над смонтированной на станине 5 камерой загрузки прессования и спекания 6 размером 560×200×60 мм, снабженной крышкой 8 размером 400×200 мм, которая может открываться и закрываться перемещаясь по специальным направляющим 9. Установка включает также генератор импульсного тока на базе батареи конденсаторов на напряжение 5 кВ с запасом энергии 200 кДж и систему управления на микропроцессорах, которая обеспечивает работу установки согласно заданному алгоритму.

Заданная плотность брикета 2 г/см3. Такая плотность обеспечивает полную загрузку транспортных средств: железнодорожных вагонов и автотранспорта (полезный объем стандартного полувагона ~70 м3, а грузоподъемность ~70 т.), а также достаточно эффективную загрузку технологических агрегатов (готовые брикеты можно пакетировать в пакеты по размеру загрузочной коробки печи). Заданный размер брикетов 60×60×200 мм, объем 0,72 литра, вес брикета 1,4 кг, производительность установки 4 брикета в минуту или 300 кг/час. Такая производительность установки вполне достаточна для небольших предприятий, на которых и образуется основная масса металлической стружки. Увеличение длины и ширины брикета нецелесообразно, т.к. снижается их прочность на излом, кроме того, их менее удобно пакетировать. Установка работает с дробленой стружкой (установки для дробления стружки выпускаются и на многих предприятиях имеются), плотность дробленой стружки варьируется в диапазоне (0,5-0,3) г/см3.

Поскольку уплотнение стружки осуществляется по одной стороне брикета (многостороннее прессование приводит к неоправданному усложнению конструкции установки), минимальный размер загрузочной камеры в направлении прессования определяется размером брикета (60 мм) и коэффициентом уплотнения стружки (2 г/см3, деленное на 0.3 г/см3 ), т.е. составляет 400 мм.

В устройстве-прототипе стружка из загрузочной камеры перемещается в камеру прессования и спекания, которая имеет тот же объем и длину 400 мм. Таким образом, минимальный ход плунжера пресса 800 мм. Соответственно, минимальная длина плунжера и радиус колеса кривошипа по 800 мм. Суммарная длина всех этих элементов 2400 мм.

В предлагаемой полезной модели, благодаря наличию единой камеры загрузки, прессования и спекания, имеющей крышку, прессование начинается сразу без перемещения стружки. Однако нецелесообразно размещать крышку над электроизолированной частью камеры загрузки, прессования и спекания, так как это неоправданно усложнит конструкцию установки. Длина этой части равна 100 мм. Таким образом, длина хода плунжера пресса составляет 500 мм, а суммарная длина хода плунжера, длина плунжера и радиус кривошипа пресса полезной модели составляет 1500 мм. Таким образом, суммарный выигрыш по длине составляет 900 мм, т.е. существенно уменьшены габариты и вес установки, упрощена ее конструкция.

Выталкивание готового брикета, как в устройстве-прототипе, так и в предлагаемой полезной модели, осуществляется специальным рычажным толкателем с малым усилием.

Предлагаемое устройство можно применить и для переработки других дисперсных или измельченных электропроводящих отходов: всплесов, облоя, листовой обрези, легковесного лома и т.п., в том числе, реакционных и высокопрочных материалов, таких как стали, сплавы титана, циркония, алюминия и др., в том числе, окисленных и загрязненных и, в связи с этим, плохо поддающихся брикетированию обычным методом - прессованием. Устройство может быть также использовано для получения пористых материалов, полуфабрикатов и изделий: заготовок, лигатур, фильтров и т.п. как из отходов, так и из металлических порошков, гранул, чешуек и пр.

Устройство для брикетирования металлической стружки, содержащее установленный на станине механизм прессования с плунжером, отличающееся тем, что оно снабжено камерой загрузки, прессования и электроимпульсного спекания, установленной на станине и выполненной с крышкой, имеющей возможность перемещения при прямом ходе плунжера из открытого положения в закрытое посредством приводной пружины и фиксации на плунжере при его расположении в исходном состоянии и при обратном ходе для обеспечения перемещения из закрытого положения в открытое.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх