ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК F27B7/00 

Изобретение относится к устpойствам, термически перерабатывающим измельченные, сыпучие материалы без плавления продукта, и может быть использовано в металлургической, химической промышленности, в производстве стройматериалов, в агропромышленности и других отраслях хозяйства.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является вращающаяся печь, содержащая на загрузочном и разгрузочном торцах барабана стенки в виде колец, соосно с ним установленные.

Недостаток известной печи - невысокие удельная производительность и эффективность теплообмена.

Цель изобретения - повышение эффективности переработки ускорения регулируемости термофизико-химических процессов за счет создания вращающегося в вертикальной плоскости псевдоожиженного слоя материала, повышение производительности печи, ее герметичности, исключение радиального биения барабана.

На фиг. 1 изображена вращающаяся печь для термообработки сыпучих материалов, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Вращающаяся печь для термообработки сыпучих материалов состоит из вращающегося барабана в виде металлического корпуса 1, футерованного огнеупором 2 и установленного на опорных устройствах с приводом для его вращения. На загрузочном и разгрузочном торцах барабана соосно ему установлены стенки в виде колец 3 и 4. Отверстие 5 кольца 3 и отверстие 6 кольца 4 служат соответственно для загрузки и разгрузки материала. Отопительная форсунка 7 (труба для подачи теплоносителя) проходит через отверстие 6. По периферии кольца 4 разгрузочного торца барабана могут быть выполнены дополнительные отверстия 8. Для полной и дополнительной выгрузки продукта из печи эти отверстия могут находиться в закрытом состоянии.

Пунктиром на чертеже показан верхний уровень материала в печи. Высота кольца 3 загрузочного торца печи составляет 0,20-0,46 внутреннего диаметра барабана печи, а высота кольца разгрузочного торца 0,16-0,42 внутреннего диаметра барабана. Барабан может быть установлен горизонтально.

Вращающаяся печь работает следующим образом.

Вращающуюся печь при помощи отопительной форсунки 7 разогревают до заданной температуры. В разогретый вращаю- щийся цилиндрический корпус 1 через отверстие 5 загрузочного торца печи непрерывно загружают смесь измельченной шихты сыпучего влажного материала. По мере заполнения печи материалом и его нагрева до заданной температуры шихту в печи одновременно нагревают, перемешивают и окатывают в однородные по размеру гранулы при наличии в шихте гранулообразующих веществ или окатывают в укрупненные зерна (порошок) и термофизико-химически перерабатывают в зоне заданной температуры в готовый продукт без его плавления.

Процесс горячей грануляции идет при одновременной сушке и упрочнении гранул, окатывание и формирование твердых частиц шихты в гранулы или зерна идет при многократном их вращении в вертикальной плоскости по подъемно-луговым и взвешенно-падающим, окатывающим траекториям, поперек потока теплоносителя, по всей длине и во всем объеме ванны печи. Одновременно при непрерывной загрузке печи материалом весь вращающийся слой твердых частиц материала в печи перемещается в горизонтальном направлении, навстречу потоку газового теплоносителя, в сторону свободной, самотечной разгрузки продукта через отверстие 6 разгрузочного торца печи. Такая направленность движения вращающегося слоя идет за счет подпора слоя частиц загружаемым материалом у стенки кольца 3 разгрузочного торца, высота которой всегда больше высоты разгрузочного торца кольца 5. При этом идет вытеснение готового продукта из печи загружаемым материалом со скоростью его загрузки в печи. Стабилизацией скорости загрузки материала в печь стабилизируется заданная по качеству и количеству выгрузка готового продукта.

Готовый продукт из вращающейся печи выгружается самотеком через отверстие 6 в приемно-разгрузочное устройство печи (не показано), откуда поступает на охлаждение или другую обработку с направлением потребителю.

Отходящие газы с температурой 50-120^оС с помощью вентотсоса удаляют из корпуса 1 печи через отверстие 5 и направляют на газопылеулавливание с целью очистки газов от вредных и ценных примесей. Очищенные и обезвреженные газы удаляют в атмосферу через заводскую трубу. Выход пыли, как правило, не превышает 0,5-1%. После улавливания пыль возвращается в печь, повышая извлечение ценных компонентов в готовый продукт.

Частота вращения печи колеблется от 0,1 до 1 об/мин для выпуска готового продукта в виде зернистого порошка, и от 3 до 42 об/мин, но не более критической частоты вращения для получения однородных по размеру гранул или окатышей. Все это определяется в зависимости от размера внутреннего диаметра печи и технологического процесса переработки материала.

В предложенном решении разница высот колец загрузочного и разгрузочного торцов определяет максимальную толщину выгружаемого слоя материала. Это также исключает течь и давление материала в сторону отверстия загрузочного торца печи.

Предложенная конструкция печи позволяет перерабатывать сыпучий материал в объеме от 14 до 45% от внутреннего объема цилиндрического корпуса печи. Это соответствует нижнему и верхнему пределам высоты кольца загрузочного торца печи 0,2-0,46 внутреннего диаметра барабана. Вращающаяся печь с нижним пределом и заполнением ванны материалом на 14% от внутреннего объема печи используется при проведении термофизико-химических процессов с выделением и транспортировкой большого количества отходящих газов, таких процессов, как окислительный обжиг сульфидных руд и концентратов, обжиг известняка и т. п. Этот предел обусловлен предельной скоростью движения газов внутри печи не более 10 м/с и загрузочно-газоотводящем отверстии печи не более 60 м/с, что повышает гидравлическое сопротивление системы более 250 мм вод. столба при наличии в печи гранулообразного материала и продукта, т.е. обусловлен нормальным качественным отводом из печи отходящих газов. В известных вращающихся барабанных печах верхний эффективный предел заполнения внутреннего объема печи материалом принят и не должен превышать 13%, т.к. при большем заполнении ухудшается теплообмен и термофизико-химические процессы идут неудовлетворительно, уменьшается производительность печей. Верхний предел высоты кольца загрузочного торца ванны 0,46 внутреннего диаметра барабана также обусловлен обеспечением нормального отвода отходящих газов на выходе из печи.

Таким образом, выбор высоты кольца загрузочного торца печи в пределах 0,20-0,46 внутреннего диаметра барабана обусловлен конструктивными возможностями обеспечения отвода отходящих газов из печи повышенном гидравлическом сопротивлении системы. Такая конструкция печи позволяет вращать сыпучий измельченный материал в вертикальной плоскости по подъемно-дуговым, падающим и окатывающим траекториям. Это делает вращающийся слой псевдоожиженным, текучим в горизонтальном направлении подобно жидкости.

Продольное перемещение материала и продукта обеспечивается за счет превращения потенциальной энергии поднятых частиц слоя в кинетическую энергию прямолинейного движения твердых частиц слоя.

В предложенной вращающейся ванной печи выбор верхнего предела заполнения материалом внутреннего объема ванной печи до 45% от внутреннего объема цилиндрического корпуса печи или выбор высоты загрузочного торца до 0,42-0,46 внутреннего диаметра печи также обусловлены наибольшей потенциальной энергией поднятого вращающегося слоя частиц материала относительно постоянной оси вращения и также наибольшей кинетической энергией слоя при его падении, скатывании, что определяет наибольшую предельную скорость предельного горизонтального перемещения слоя твердых частиц материала.

При повышении заполнения печи материалом до 50% и выше начинает действовать новый внутренний приведенный диаметр вращения частиц материала, рассчитанный по свободному от шихты сечению печи, что в несколько раз уменьшит потенциальную энергию слоя и резко снизит эффективность устройства, резко усложнит выгрузку продукта и сделает печь неработоспособной. Предельную скорость продольного перемещения слоя вращающихся в вертикальной плоскости твердых частиц определяют по математически выведенной формуле: v_пред = 0,37 ϕ˙ n˙D_вр, м/сек, где v_пред - предельная скорость продольного перемещения слоя частиц материала в м/с; ϕ - коэффициент сопротивления прямолинейному продольному перемещению слоя материала, в долях единицы, n - частота вращения печи, об/мин, D_вр - диаметр вращения среднего слоя твердых частиц в печи, м.

Высота слоя материала в печи определяется по высоте кольца загрузочного торца печи. При загрузке материала в печь со скоростью, превышающей предельную скорость продольного перемещения материала, загрузочный торец будет перегружаться материалом с остановкой печи.

Коэффициент сопротивления ϕ условно принимается для свободного слива продукта от 0,6 до 0,95 при температуре материала более 1000^оС. Практически для каждой шихты ϕ определяется экспериментально. Такая конструкция печи позволяет вести самотечную выгрузку продукта из ванны за счет подпора и вытеснения загружаемым материалом, синхронно с выгрузкой материала в печь. Скоростью загрузки материала в печь регулируют время пребывания материала в печи, и чем больше скорость загрузки материала, тем меньше время пребывания материала в печи, и наоборот.

Регулировку теплообмена в печи осуществляют частотой вращения и усиливают теплообмен при увеличении частоты вращения ванны от 0,1-3 об/мин до 4-42 об/мин, но не более критической частоты вращения ванной печи. Такая конструкция печи позволяет окатывать измельченный материал с укрупнением, формования его в однородные по размеру зерна, гранулы или окатыши.

Цилиндрический корпус печи предпочтительно устанавливать горизонтально, с горизонтальной осью вращения. Это позволяет максимально увеличить объем по заполняемому печь материалу, исключить радиальное смещение цилиндрического корпуса печи, повысить герметичность печи за счет уменьшения периметра уплотнений стыкующих вращающихся и невращающихся частей печи до 12,5 раз и использовать более эффективные уплотняющие устройства по типу сальниковых уплотнений. Уплотняющие устройства располагают по периметрам отверстий загрузочного и разгрузочного торцов.

Для освобождения печи от продукта, а также для дополнительного увеличения выгрузки продукта печь со стороны разгрузочного торца имеет периферийные отверстия. В период нормальной работы печи они закрыты.

Использование предложенного технического решения устройства вращающейся печи по сравнению с известными вращающимися барабанными печами позволяет повысить удельную производительность печи за счет увеличения использования объема печи и за счет интенсификации процесса, ускорения теплопередачи, за счет увеличения числа оборотов печи, а также снизить потери тепла через корпус печи за счет эквивалентного уменьшения длины печи, увеличения удельной производительности и в несколько раз снизить потери тепла с отходящими газами за счет повышения степени теплообмена и снижения подсоса воздуха в печь за счет возможности лучшей герметизации печи, резко снизить и расход теплоносителя. При этом происходит снижение удельного расхода электроэнергии на вращение корпуса печи за счет относительного уменьшения веса корпуса и футеровки печи при эквивалентном уменьшении длины печи, снижение пылеуноса материала из печи за счет окатывания с укрупнением зерен материала и горячей грануляции измельченных материалов с получением одинаковых, однородных по размеру и качеству гранул, окатышей или укрупненных зерен материала и продукта. В несколько раз ускоряются все химические процессы за счет увеличения степени тепломассообмена, за счет увеличения скорости нагрева материала и повышения контакта вступающих в реакцию веществ за счет повышения частоты вращения печи.

Значительно повышается качество продукта за счет большей полноты введения и регулирования термофизико-химических процессов, снижаются потери продукта.

Использование: в металлургической, химической промышленности, в производстве стройматериалов, в агропромышленности и других отраслях хозяйства. Сущность изобретения: вращающаяся печь содержит на загрузочном и разгрузочном торцах барабана торцовые стенки в виде кольца, соосно ему установленные. Высота кольца загрузочного торца печи составляет 0,2 - 0,46 внутреннего диаметра барабана печи, а высота кольца разгрузочного торца - 0,16 - 0,42 внутреннего диаметра барабана. Такая конструкция позволяет создать ванну в барабане печи, повысить заполнение внутреннего объема барабана материалом до 14 - 45% , увеличить в несколько раз теплообмен в печи за счет повышения частоты вращения барабана в несколько раз, легко регулировать время пребывания материала в печи только скоростью загрузки материала в печь, вести самотечную выгрузку продукта из печи за счет подпора и вытеснения продукта загружаемым в печь материалом подобно жидкости. Для более эффективной работы печи цилиндрический барабан установлен горизонтально. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая на загрузочном и разгрузочном торцах барабана стенки в виде колец, соосно с ним установленные, отличающаяся тем, что высота кольца загрузочного торца печи составляет 0,20 - 0,46 внутреннего диаметра барабана печи, а высота кольца разгрузочного торца - 0,16 - 0,42 внутреннего диаметра барабана. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что барабан установлен горизонтально. 3. Печь по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что кольцо разгрузочного торца печи выполнено с дополнительными отверстиями по периферии.