CZ28113U1 - Zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin - Google Patents

Description

Zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů vzácných alkalických zemin.

Dosavadní stav techniky

Kovy vzácných zemin (v dalším textu KVZ) se rekrutují ze skupiny prvků, jejichž chemické vlastnosti jsou si dost podobné. Ve své kovové formě jsou to měkké a chemicky reaktivní kovy. Manipulace a skladování reaktivních kovů v podobě sypkého charakteru, zejména KVZ, se potýká s problémem způsobeným vzdušnou oxidací. Tento nežádoucí jev znesnadňuje manipulaci s KVZ v sypké formě. Z toho důvodu jsou tyto kovy uzavírány a chráněny proti vzdušné oxidaci profilem (např. v podobě dutého profilu-trubka). Při procesním zpracování je pak kov společně s profilem roztaven. Profil tedy následně „kontaminuje“ další proces zpracování. Proto je žádoucí upravit je takovým způsobem, aby došlo k zamezení vzdušné oxidace bez použití ochranného profilu a tak usnadnění jejich další manipulaci.

Obecně známá zařízení, která řeší dopravování, nebo dávkování sypkých materiálů do technologického procesu, jakým může například být jejich povrchová úprava, jsou popsána v následujících dokumentech.

V české přihlášce vynálezu PV 2013-204 je popsáno řešení, které se týká turniketového podavače umožňujícího fluidizaci sypkých hmot. Řešení je z oblasti dopravy obtížně tekoucích materiálů a konkrétně se týká nového typu turniketového podavače umožňujícího fluidizaci materiálu. Mezi přiváděnou sypkou hmotou a lopatkou rotačního bubnu vzniká tření, které negativně ovlivňuje dopravu sypké hmoty. Kombinací pohybu rotačního bubnu a lopatek opatřených drážkami a kanálky s přiváděným fluidizačním médiem lze významně pozitivně ovlivnit dopravu přiváděné sypké hmoty. Turniketový podavač je tvořen násypkou opatřenou nosnou konstrukcí, ve které je uložen rotační buben obsahující dutou hřídel, která je opatřena lopatkami pro dopravu sypké hmoty. Ve spodní části lopatek jsou vyfrézovány drážky, které jsou umístěny kanálky pro přívod vzduchu. Dutá hřídel je poháněna elektropohonem a je jí ke kanálkům ve spodní části lopatek přiváděn vzduch, který v kombinaci s pohybem lopatek rotačního bubnu zajišťuje fluidizaci dopravovaného materiálu. Turniketový podavač podle vynálezu je využitelný v oblasti dopravy sypkých hmot a v jejich procesních zpracováni jakými jsou například úpravy kovů.

V české přihlášce užitného vzoru PUV 2010-22540 je popsáno technické řešení, které se týká k podávání sypkého stlačitelného materiálu ze zásobního prostoru do technologického prostoru, kde tlak v zásobním prostoru je odlišný od tlaku v technologickém prostoru. Technické řešení obsahuje zásobní prostor a technologický prostor. Zásobní prostor je určen pro shromažďování lehkého sypkého stlačitelného materiálu v rozvolněném stavu. V zásobním prostoru panuje nejčastěji atmosférický tlak. Technologickým prostorem se míní ohraničené prostředí s odlišnými tlakovými parametry, než jaké jsou v zásobním prostoru. Nejčastěji se jedná o pneumatické přívodní potrubí nebo přívodní šachtu. Znakem technologického prostoru je, že je opatřen tlakotěsným krytem, který technologický prostor odděluje od okolí i od zásobního prostoru. Ze zásobního prostoru je vyveden vtlačovací dopravník, jehož výstup je zaústěn do vstupního konce stlačovací komory, upravené na rozhraní mezi zásobním prostorem a technologickým prostorem. Vtlačovací dopravník může být rozličného provedení. Může se jednat o rotační, plunžrový apod. Vtlačovací dopravník obsahuje vtlačovací orgán, který je uzpůsoben pro vtlačování sypkého stlačitelného materiálu do stlačovací komory ve směru její podélné osy. Každý vtlačovací dopravník je opatřen poháněcím agregátem. Proti výstupnímu konci stlačovací komory, nasměrovanému do technologického prostoru, je uspořádán kompresní uzávěr. Kompresní uzávěr obsahuje uzavírací desku o obrysu alespoň tak velkém, jako je světlost výstupního konce stlačovací komory. V mezeře mezi výstupním koncem stlačovací komory a lícovým čelem uzavírací desky je usazen řezný nástroj s ostřím pohyblivě uloženým ve směru kolmém ke směru podélné osy stlačovací komory.

Výstupní konec stlačovací komory, uzavírací deska a řezný nástroj jsou uloženy v tlakotěsném krytu, který je uzpůsoben pro napojení na technologický prostor, jímž jev daném příkladu uskutečnění vynálezu přívodní šachta vedoucí ke spalovacímu zařízení. Ostří může vůči výstupnímu konci stlačovací komory vykonávat posuvný pohyb na způsob gilotiny, nebo rotační pohyb s osou, která je rovnoběžná s podélnou osou stlačovací komory. Při činnosti se sypký stlačitelný materiál vlastní vahou dostává na dno koryta, kde se otáčí šnekovice šnekového vtlačovacího dopravníku. Ta dopravuje sypký stlačitelný materiál do stlačovací komory. Protože proti sypkému stlačitelnému materiálu je nasměrována uzavírací deska kompresního uzávěru, dochází ve stlačovací komoře ke vzniku pracovního tlaku, jehož účinkem vzniká ze sypkého stlačitelného materiálu hutná ucpávka, kterou je vyplněna celá stlačovací komora až ke kompresnímu uzávěru. Ucpávkou je tak tlakově oddělen zásobní prostor od technologického prostoru. Řezný nástroj na uzavírací desce se otáčí stejnými otáčkami jako šnekovice, a tak mezi řezným nástrojem a ucpávkou vzniká relativní rychlost, kterou je unášeno ostří řezného nástroje proti ucpávce. Řezný nástroj tak neustále krájí přicházející ucpávku, čímž ji současně rozvolňuje. Z původního sypkého stlačitelného materiálu se tak po přechodné hutné fázi stává opět sypká surovina, byť s jinou kusovitostí. Tato sypká surovina, která prošla působením kompresního uzávěru a řezného nástroje do technologického prostoru, může být jakýmkoliv dopravním prostředkem dopravena do cílového bodu v technologickém prostoru.

V české přihlášce vynálezu PV 2013-121 je popsán vynález, který řeší dopravu obtížně tekoucích materiálů a konkrétně se týká šnekovnice a fluidizačního šnekového dopravníku. Šnekovnice je tvořena dutou hřídelí okolo které je obtočena šnekovka. Dutá hřídel je v podélném směru v místech styku se šnekovkou opatřena rovnoměrně rozmístěnými kanálky pro přívod fluidizačního média do komůrek šnekovky, které jsou zakončeny otvory, kterými je fluidizační médium dopravováno a distribuováno k dopravovanému materiálu. Fluidizační šnekový dopravník se skládá z násypky, šnekovnice umístěné ve žlabu nebo trubce a výsypky. Šnekovnice rotuje kolem své osy a tím posouvá materiál od násypky k výsypce, přičemž dopravovaný materiál je zároveň fluidizován pod tlakem přiváděným fluidizačním médiem. Řešení podle vynálezu je vhodné pro dopravu obtížně tekoucích, nebo sypkých materiálů.

Nej častější možnost povrchové úpravy KVZ je nanášení ochranného povlaku ve formách jiných kovů, tzv. pokovování, jako jsou zinek, nikl, stříbro a zlato. Na aplikování povlaků je mnoho technik, počínaje od malování štětcem, máčení, stříkání, elektrostatického lakování, galvanizace atd. Nanášení další vrstvy jiného kovu na povrch KVZ je invazivní metoda a zase způsobuje kontaminaci v dalším technologickém postupu.

Podstata technického řešení

Cílem tohoto technického řešení je navrhnout konstrukci zařízení usnadňující úpravu KVZ způsobem, který by zamezil jejich vzdušnou oxidaci a tím ulehčil jejich manipulaci při dalším technologickém procesu.

Technické řešení řeší konstrukci zařízení pro úpravu KVZ, které umožňuje jejich úpravu v sypké formě.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno nosnou konstrukcí, na které je uložen zásobník opatřený přívodem ochranného plynu a násypkou, kde zásobníkem je veden podavač zahrnující hřídel se šnekem, která z části zasahuje do vyhřívané trubky s přírubou a hřídel je dále propojena s pohonem, přičemž vyhřívanou trubku obklopuje ohřívací systém a vyhřívaná trubka je prostřednictvím příruby připojena k zásobníku a pomocí podpěr k nosné konstrukci.

Nedostatky jsou také odstraněny zařízením pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno turniketovým podavačem s násypkou opatřenou ventilem a s turniketem, kde turniketový podavač je napojen na přívodní potrubí, ve kterém je uspořádán bezosý šnek, přičemž přívodní potrubí

CZ 28113 Ul je na jednom konci připojeno prostřednictvím přírub na vyhřívanou trubku, kterou obklopuje ohřívací systém, zatímco na druhém konci je opatřeno vstupem ochranného plynu.

V každém provedení zařízení se jedná o řešení, které využívá zcela neinvazivní povrchovou úpravu KVZ a která potlačí vzdušnou oxidaci KVZ a ulehčí manipulaci se vzácnými kovy. Jedná se o termické spečení sypkého materiálu v ochranné atmosféře. Tím dochází k zamezení oxidace jednotlivých zrníček kovů sypkého charakteru a dále není nutné takto upravený materiál chránit a uzavírat do profilů a tudíž nedochází k nebezpečí kontaminace apod.

Oproti dosavadnímu stavu techniky je zásadní rozdíl v tom, že je sestaveno zařízení, kontinuální linka, která za vysokých teplot v ochranné atmosféře posouvá KVZ přes šnekový dopravník a následně dochází ke spékání za vysokých teplot. Materiál-kov je spečen do pevné formy - kontinua a dále nepodléhá vzdušné oxidaci. Není tedy nutné dále používat ochranný profil.

Výhodou předloženého technického řešení je, že umožňuje zamezit vzdušné oxidaci kovů vzácných zemin, nebo sypkých materiálů náchylným ke vzdušné oxidaci a tím ulehčit jejích další manipulaci. Toho je dosaženo tím, že je vyvinuto zařízení pro spečení „sintering“ kovů sypkého charakteru pod ochrannou atmosférou a tím dochází k zamezení oxidace jednotlivých zrníček kovů sypkého charakteru. Dále není nutné takto upravený materiál chránit a uzavírat do profilů a tudíž nedochází k nebezpečí kontaminace apod.

Objasnění výkresů

Předkládané technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 znázorňuje provedení zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru, obr. 2 znázorňuje půdorys zařízení, obr. 3 znázorňuje nárys zařízení, obr. 4 představuje provedení zařízení pro úpravu kovu opatřeného šnekovým podavačem kovů sypkého charakteru v ochranné atmosféře, obr. 5 znázorňuje variantu provedení zařízení pro úpravu kovů s turniketovým podavačem kovů sypkého charakteru v ochranné atmosféře a obr. 6 znázorňuje další variantu zařízení pro úpravu kovů, který je opatřený přímou linkou kovů sypkého charakteru v ochranné atmosféře.

Příklady provedení technického řešení

Uspořádání zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin, bude osvětleno na příkladném provedení s odkazem na příslušné výkresy. Je nasnadě, že níže uvedené popisy jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto technického řešení.

Obecně je zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin vyobrazeno na obr. 1 až 3. Zařízení v tomto provedení tvoří nosná konstrukce 13, na které je uložen zásobník 2 s násypkou 1, který je opatřen přívodem 9 ochranného plynu. Zásobníkem prochází hřídel 4 se šnekem 3, jež zasahuje do vyhřívané trubky 5 s přírubou 11, pomocí níž je vyhřívací trubka 5 připevněna k zásobníku 2, přičemž druhý konec hřídele 4 je spojen s pohonem 10. Dále je na vyhřívací trubce 5 uspořádán ohřívací systém 7 a trubka je prostřednictvím podpěr 14 spojena s nosnou konstrukcí 13.

Výhodné provedení zařízení je znázorněno na obr. 4. Zařízení v tomto provedení tvoří šnekový podavač s násypkou 1, kde do uzavřeného prostoru šnekového podavače je přiváděn přes přívod 9 ochranný plyn, například dusík, a přívodním potrubím ústícím do násypky i kov 6 sypkého charakteru. Kov 6 sypkého charakteru je dále podáván pomocí šneku 3 uspořádaném na dutém hřídeli 4 k dalšímu zpracování. Na konci duté hřídele 4 je šnek 3 perforován. V tomto místě je kov 6 sypkého charakteru intenzivně posouván/tlačen do výstupní části 23. Výstupní část 23 je připojena k vyhřívané trubce 5 prostřednictvím příruby li a je teplotně izolována od vyhřívané trubky 5. V tomto prostoru je kov 6 sypkého charakteru fluidizován a homogenizován postupuje uvnitř vyhřívané trubky 5, která je vyhřívána na vysokou teplotu pomocí ohřívacího zařízení 7. Výstupem ze zařízení je pak spečený materiál kontinuálního charakteru 8 zahrnující kov 6 sypkého charakteru, který je takto chráněn před vzdušnou oxidací.

Další varianta provedení zařízení pro úpravu kovů je znázorněna na obr. 5. V zařízení pro úpravu kovů znázorněné na obr. 5 kov 6 sypkého charakteru putuje do uzavřeného turniketového podavače 22 přes násypku opatřenou ventilem 12, kde dochází v ochranné atmosféře k homogenizaci kovu 6 sypkého charakteru pomocí turniketu 21, přičemž ochrannou atmosféru tvoří ochranný plyn, například dusík, kteiý je dopravovaný přes přívod 9 ochranného plynu do vnitřního prostoru turniketu 21. Takto upravený materiál/kov 6 sypkého charakteru postupuje pomocí bezosého šneku 31, uspořádaného v potrubí 51, do ohřívacího potrubí 5 opatřeného keramickým povrchem odolným vysokým teplotám. Při takto vysokých teplotách dochází k extrémnímu ohřevu upraveného kovu 6 sypkého charakteru pomocí ohřívacího systému 7 a nastává spékání částic kovu 6 sypkého charakteru a k tvorbě kontinua 8 tvořeného tímto kovem. Takto upravený materiál, kov, nacházející se konzistentním stavuje odolný vůči vzdušné oxidaci.

Další variantní provedení zařízení pro úpravu kovů je znázorněno na obr. 6. V tomto zařízení je kov 6 sypkého charakteru přiveden do násypky L V tomto_prostoru je kov smíchán s ochranným plynem, který je do něj přiváděn přes přívod 9 plynu ovládaný pomocí vstupu 91, který je umístěn na jednom z konců potrubí 51. Kov 6 je dále posouván pomocí bezosého šnekového dopravníku 32 do potrubí 51. Materiál/kov pak dále postupuje do vyhřívaného potrubí 5, kde dochází k ohřevu pomocí ohřívacího systému 7. Vyhřívané potrubí 5 je opatřeno ochranným keramickým povrchem odolávající teplotě až 1000 °C a je od potrubí 51 tepelně izolováno. Pomocí ohřívacího systému ]_ dochází ke spékání částic kovu 6 sypkého charakteru ve vyhřívacím potrubí 5 a tvorbě kontinua 8 materiálu kovu 6. Takto upravený materiál nacházející se konzistentním stavu je odolný vůči vzdušné oxidaci.

Průmyslová využitelnost

Oblast procesního zpracování vzácných kovů apod.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin, vyznačující se tím, že je tvořeno nosnou konstrukcí (13), na které je uložen zásobník (2) opatřený přívodem (9) ochranného plynu a násypkou (1), kde zásobníkem (2) je veden podavač zahrnující hřídel (4) se šnekem (3), která z části zasahuje do vyhřívané trubky (5) s přírubou (11), a hřídel (4) je dále propojena s pohonem (10), přičemž vyhřívanou trubku (5) obklopuje ohřívací systém (7) a vyhřívaná trubka (5) je prostřednictvím příruby (11) připojena k zásobníku (2) a pomocí podpěr (14) k nosné konstrukci (13).
2. 2. Zařízení pro úpravu kovů sypkého charakteru náchylných ke vzdušné oxidaci, zejména kovů alkalických zemin, vyznačující se tím, že je tvořeno turniketovým podavačem (22) s násypkou (1) opatřenou ventilem (12) a s turniketem (21), kde turniketový podavač (22) je napojen na přívodní potrubí (51), ve kterém je uspořádán bezosý šnek (31), přičemž přívodní potrubí (51) je na jednom konci připojeno prostřednictvím přírub (11) na vyhřívanou trubku (5), kterou obklopuje ohřívací systém (7), zatímco na druhém konci je opatřeno vstupem (9) ochranného plynu.