2 Цели и задачи работы

Целью дипломной работы является исследование возможности повышения прочностных характеристик портландцемента путем механоактивации клинкера и сырьевой шихты в активаторе «Активатор - 2SL».

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. провести анализ литературных данных по переработке цементного сырья с использованием метода механоактивации;

2. аналитические исследования исходного карбонатного и глинистого сырья для получения портландцемента;

3. проведение расчетов цементных шихт и выбор оптимального варианта для получения цемента;

4. получение портландцемента по стандартной методике и определение его качественных характеристик;

5. влияние механоактивации и времени активации сырьевой шихты и клинкера на прочностные характеристики портландцемента.

3 Патентные исследования

1. Патентные исследования в рамках темы дипломной работы проводились с 05 по 21 мая 2013 г.

Целью патентных исследований является:

- исследование уровня и тенденций совершенствования увеличения прочностных характеристик портландцемента методом механоактивации клинкера и сырьевой шихты.

- анализ применяемости прогрессивных решений в дипломном работе по сравнению с выявленными в процессе патентного поиска наиболее совершенными отечественными разработками.

Патентные исследования проводилось на глубину 11 лет с 2013 по 2003 годы без пробелов.

Для проведения патентных исследований был определен следующий предмет поиска по теме дипломной работы, подлежащего исследованию: «увеличение прочностных характеристик портландцемента методом механоактивации ».

2. Поиск проводится по информационным ресурсам Федерального института промышленной собственности федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (ФГУ ФИПС) на http://www.fips.ru.[14]

Источником информации об отечественных изобретениях и полезных моделях является официальный бюллетень РФ «Изобретения. Полезные модели».

3. Классификационные индексы предмета поиска для изобретений и полезных моделей определялись по Международной Патентной Классификации C04B7/02, C04B7/00, C04B7/02, C04B7/00, C04B7/43, C04B40/00, C04B7/44, C04B7/52, C04B7/36, B02C19/06, B02C19/18, B02C19/00, B02C13/14 , F27B7/20, B02C7/10. Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, использовались годовые и систематические указатели к официальному бюллетеню.

В процессе поиска за период с 2013 по 2003 годы выявлено 15 изобретений, касающихся к увеличению прочностных характеристик портландцемента методом механоактивациии. Список охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Перечень отобранных патентных материалов (патенты, свидетельства, заявки)

№	Индекс МПК (51)	№ охран-ных докумен-тов (11) или (21)	Дата опублико-вания (43) – (46)	Страна выдачи патента (19)	Патенто-обладатель (автор)	Название изобретения, ПМ, ПО
1	2	3	4	5	6	7
1	B02C19/18	2149688	27.05.2005	РФ	Военный инженерно-технический университет	Устройство для активации цемента
2	C04B7/44 F27B7/20	2283816	09.20. 2006	РФ	Ф.Л.СМИДТ А/С (DK)	Способ и установка для производства цементного клинкера
3	C04B7/00	2007109203	20.09.2008	РФ	Голубев Анатолий Анатольевич (RU)	Способ производства портландцементного клинкера из промышленных отходов
4	B02C7/10 C04B7/36	2371403	28.03.2008	РФ	ООО "МОНОЛИТ" (RU)	Механоактиватор цемента и способ измельчения и механической активации с его использованием
5	C04B7/52	75386	10.08.2008	РФ	ООО "МОНОЛИТ" (RU)	Механоактиватор цемента
6	C04B7/43	87698	20.10.2009	РФ	Левинская Оксана Степановна (RU)	Установка для приготовления цементного кликера
7	C04B7/44	2365550	27.08.2009	РФ	Мамаев Андрей Наумович (RU)	Способ получения цементного клинкера

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4		5	6	7
8	B02C19/18	2366510	10.09.2009		РФ	Жабреев Вячеслав Сергеевич (RU)	Способ активации вяжущего материала (цемента,извести, гипса)
9	B02C19/00	2376067	20.12.2009		РФ	ООО "Яртехнострой-С" (RU)	Способ мезанической активации цемента
10	C04B7/00	98185	10.10.2010		РФ	ЗАО «Евразийский Цемент Инжиниринг» (ЗАО «ЕЦИ»)	Установка для двухстадийнного помола цемента
11	C04B7/36 F27B7/20	2387606	04.27.2010		РФ	Ф. Л.СМИДТ А/С (DK)	Способ и установка для производства цементного клинкера
12	C04B7/36	2398749	10.09.2010		РФ	ООО "Сухоложский цементный завод" (ООО "СЦЗ") (RU)	Способ получения цемента
13	F27B7/20	2008120867	10.01.2010		РФ	СКХЮРМАНН Хейко (DE)	Установка для производства цементного клинкера и способ управления данной установкой
14	C04B7/52	2010145638	20.05.2012		РФ	Бердов Геннадий Ильич (RU)	Способ активации портландцемента
15	B02C19/06	100431	20.12.2010		РФ	«Белгородский государствен-ный технологи-ческий университет им. В.Г. Шухова» (RU)	Установка для пневматической механоактивации цемента

Таблица 3 - Количество опубликованных охранных документов по годам (изобретательская активность)

Объект техники и его составные части

Страна

Количество патентов, опубликованных заявок по годам по годам подачи заявок (исключая патентные аналоги)

2003г.

2004г.

2005г.

2006г.

2007г.

2008г.

2009г.

2010г.

2011г.

2012 г.

2013г.

Увеличение прочностных характеристик портландцемента

РФ

1

1

3

4

5

1

4. После предварительного ознакомления с сущностью выявленных изобретений для анализа были отобраны 5 изобретений, наиболее схожих теме дипломной работы.

Краткая характеристика отобранных изобретений по годам приоритета — от более ранних до более поздних приведена ниже.

1) Механоактиватор цемента и способ измельчения и механической активации с его использованием

(11) 2371403

(21) 2008113236/03

(22) 28.03.2008

(51) C04B7/36, B02C7/10

(72) Ольховский Эдуард Васильевич (RU)

(73) Общество с ограниченной ответственностью "МОНОЛИТ" (RU)

(57) Изобретение относится к изготовлению цемента. Механоактиватор цемента включает корпус, станину, встречно вращающиеся с одинаковой скоростью диски, систему управления параметрами помола и два электродвигателя. Диски полностью или частично покрыты диэлектрическим материалом или изготовлены из него и снабжены шайбами для регулирования зазора между ними. Каждый из двигателей снабжен полым валом для подачи цемента и воздуха в этот зазор. Диски выполнены с окружными канавками овальной или круглой формы, расположенными синхронно напротив друг друга и расположенными асинхронно со смещением относительно друг друга. Скорость вращения составляет 1500 об/мин при диаметре дисков 1200 мм. В качестве диэлектрического материала могут использовать стекло. Способ измельчения и механоактивации цемента включает обработку цемента в указанном механоактиваторе при скоростях вихревых потоков в нем 100000-3000000 об/мин. Обработку могут осуществлять с дополнительным введением нанокомпозитных добавок.

Технический результат изобретения - обеспечение заданной тонины помола, достаточной монодисперсности, отсутствие агрегирования цемента, снижение расхода цемента, повышение надежности и долговечности механоактиватора. Средство достижение технического результата изобретения заключается в механоактивации цемента включающую обработку цемента в указанном механоактиваторе при скоростях вихревых потоков в нем 100000-3000000 об/мин.

2) Способ получения цемента

(11) 2398749

(21) 2008138031/03

(22) 23.09.2008

(72) Захарченко Юрий Семенович (RU)

(73) ООО "Сухоложский цементный завод" (ООО "СЦЗ") (RU)

(24) 23.09.2008

(57) Изобретение относится к строительным материалам, к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур. В способе получения цемента, включающем высушивание кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела, диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, указанное высушивание осуществляют при температуре 150-190°С до влажности 0,3-0,7%. Перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду.

Технический результат изобретения - повышение прочностных свойств цемента за счет активации центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы.

Средство достижение технического результата изобретения заключается в введении углеродосодержащего компонента перед измельчением.

3) Способ и установка для производства цементного клинкера

(11) 2387606

(51) МПК C04B7/36; F27B7/20

(21) 2008148609/03

(22) 21.03.2007

(45) 27.04.2010

(73) Ф.Л. СМИДТ А/С (DK)

(57) В способе производства цементного клинкера цементные сырьевые материалы предварительно подогревают в преднагревателе , прокаливают во взвешенном состоянии горячими газами в печи прокаливания, отделяют от газов в циклоне , обжигают в цементный клинкер в печи и затем охлаждают в холодильнике . Некоторое количество прокаленного сырьевого материала с высоким содержанием СаО извлекают через стадию прокаливания посредством дополнительного циклона разделения . Газы, которые отводят из дополнительного циклона разделения через отдельную систему , содержащую вентилятор, охлаждают до температуры максимально 850 °С введением в газовый поток цементных сырьевых материалов. Описана установка для производства цементного клинкера.

Технический результат изобретения - более надежное регулирование количества материала, извлекаемого посредством дополнительного циклона, снижение риска щелочного засорения. Средство достижение технического результата изобретения заключается в извлечении через стадию прокаливанию некоторого количество прокаленного сырьевого материала с высоким содержанием СаО.

4) Устройство для активации цемента

(51) B02C19/18

(11) 2149688

(21) 99101020/03

(22) 18.01.2003

(72) Малинский Д.А., Галкин А.Г.

(73) Военный инженерно-технический университет

(57) Изобретение относится к устройствам для сухого помола порошкообразных материалов и может быть использовано для активации цемента. Устройство для активации цементных смесей содержит загрузочный бункер, вертикальную эластичную камеру измельчения с коаксиально установленным в ней стержнем. Стержень выполнен с насечкой и соединен с виброприводом. Под камерой измельчения расположена емкость с электродами генератора электрических импульсов и рабочей жидкостью в ней. Оно снабжено сортирующим приспособлением, выполненным в виде соединенной с вибратором решетки и отводного патрубка, установленным под камерой измельчения. Емкость с рабочей жидкостью расположена с наружной стороны камеры измельчения и выполнена, по крайней мере, из двух отдельных камер, расширяющихся по направлению к стенкам камеры измельчения и примыкающих к ним наклонно по всей высоте таким образом, что дно каждой камеры расположено ниже дна измельчения. Каждая камера выполнена с парой электродов и заполнена рабочей жидкостью не более чем на 1/3 ее объема. Изобретение позволит повысить качество цемента.

Технический результат изобретения - увеличение прочностных характеристик цемента с помощью активации сырьевых компонентов. Средство достижение технического результата изобретения заключается в активации цементных смесей при сухом помоле порошкообразных материалов.

5) Способ и установка для производства цементного клинкера

(11) 2283816

(21) 2004129743/03

(22) 06.02.2003

(43) 10.04.2005

(72) ЕНСЕН Ларс Скоруп (DK)

(73) Ф.Л.СМИДТ А/С (DK)

(57) Способ производства цементного клинкера включает кальцинирование цементной сырьевой смеси в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону, причем топливо, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в верхнюю зону кальцинатора и направляют вниз через кальцинатор. Газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в кальцинатор в тангенциальном направлении и подвергают вращению, следуя по спиралевидному пути потока, причем, под действием силы тяжести сырьевую смесь, в основном, направляют вниз по стенке кальцинатора. Вращение газообразного продукта горения, по меньшей мере, в нижней зоне кальцинатора подвергают торможению посредством прохождения указанного газообразного продукта горения через крестообразное свободное пространство, образованное смесительным узлом, установленным в указанной нижней зоне кальцинатора, при этом, по меньшей мере, часть газообразного продукта горения и, по меньшей мере, часть сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора отклоняют в направлении к центральной оси кальцинатора. Охарактеризована установка для реализации способа.

Технический результат изобретения - повышение эффективности обжига сырьевой смеси и эффективности сгорания топлива. Средство достижение технического результата изобретения заключается в кальцинирование цементной сырьевой смеси в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону.

На основе изучения и анализа отобранных патентных документов проведена их систематизация по годам, с целью определения уровня и тенденций развития исследуемой темы в соответствии с техническими решениями, направленными на выполнение одной и той же технической задачи.

С этой целью была построена двухмерная матрица «Технический результат — средство достижения технического результата», представленная в таблице 4.

Таблица 4 - Технический результат — средство достижения технического результата.

Средство достижения технического результата	Технический результат  изобретения
	Обеспечение заданной тонины помола	Увеличение прочностных характеристик цемента	Надежное регулирование количества материала
1	2	3	4
механоактивации цемента(при скоростях вихревых потоков)	Патент РФ №2371403 ООО "МОНОЛИТ" (RU) 28.03.2008
введение углеродосодержащего компонента перед измельчением.		Патент РФ №2398749 23.09.2008 ООО"Сухоложский цементный завод" (ООО "СЦЗ") (RU)
Извлечение прокаленного сырьевого материала		Патент РФ №2387606 21.03.2007 Ф.Л.СМИДТ А/С (DK)
активации цементных смесей		Патент РФ №2149688 18.01.2003 Военный инженерно-технический университет" (RU)
кальцинирование цементной сырьевой смеси			Патент РФ №2283816 2006.09.20 Ф.Л.СМИДТ А/С (DK)

Обобщенные выводы по результатам проведенных патентных исследований представлены ниже в заключении.

Заключение

Проделанное исследование патентной документации выявило:

1. Все перечисленные в таблице 2 в патентах изобретения направлены на совершенствование прочностных характеристик портландцемента методом механоактивации клинкера и сырьевой шихты.

2. Динамика патентования изобретений по исследуемой теме, как это следует из анализа таблицы 3, неравномерна по годам. Пик изобретательской активности приходится на 2010 год. В 2005, 2006, 2012 и в текущем году году публикуется одно изобретение. В 2003,2004 и 2011 году изобретения по исследуемой теме не публиковались.

3. Из анализа таблицы 3 следует, что:

1) Уровень совершенствования метода механоактивации сырьевой шихты и клинкера определяется:

- увеличением прочностных характеристик цемента за счет- активации цементных смесей при сухом помоле порошкообразных материалов и обработку цемента в механоактиваторе при скоростях вихревых потоков в нем 100000-3000000 об/мин.

-точным регулированием количества материала, извлекаемого посредством дополнительного циклона, снижение риска щелочного засорения

- повышением эффективности обжига сырьевой смеси и эффективности сгорания топлива, за счет кальцинирования цементной сырьевой смеси в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону.

2) Основной тенденцией развития метода механоактивации портландцемента является стремление увеличения прочночностных характеристик портландцемента, т.е. увеличение марочности портландцемента (таблица 4 – три патента).

4. Наиболее близким к теме дипломной работы является патент на изобретение № 2371403 «МЕХАНОАКТИВАТОР ЦЕМЕНТА И СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЦЕМЕНТА С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ», в котором разработан способ обеспечения заданной тонины помола, достаточной монодисперсности, отсутствие агрегирования цемента, снижение расхода цемента, повышение надежности и долговечности механоактиватора. Данный способ имеет большое сходство со способом маханоактивации клинкера и сырьевой шихты, использованный в дипломной работе. Различие состоит в том, что способ представленный в дипломной работе позволяет получить значительно улучшить качество получаемого продукта без изменения состава шихты и режима обжига, а именно увеличение прочностных характеристик.

Выявленная общность характеризует наличие прогрессивных решений в дипломном работе по сравнению с выявленными в процессе поиска наиболее совершенными отечественными разработками в исследуемой области.