Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК C04B20/06 C04B14/18 C04B14/20 F27B1/06 

Изобретение относится к области производства легковесных полых гранул из порошкообразного минерального или синтетического сырья для применения в производстве композитных полимерных изделий, облегчённых конструкционных материалов, теплоизоляции для трубопроводов, морозостойких штукатурок и иных строительных материалов.

Известен способ получения полых микросфер (патент RU 2586128 C2, опубликован 10.06.2016), который включает подготовку водной суспензии с использованием заранее сваренной стекломассы, сушку в распылительной сушилке, обжиг гранулята в пламени.

Недостатком данного способа является использование воды в технологии производства, что приводит к дополнительной стадии сушки сырья, а, следовательно, требует повышенных расходов энергоресурсов.

Известен способ получения полых микросфер (патент RU 2664990 C1, опубликован 24.08.2018), в соответствии с которым исходный материал измельчается, отбирается узкая фракция сырья, а далее материал подвергается сферолизации при температурах от 400 до 1800 °С.

Недостатком этого способа является использование атмосферы инертных газов (азот, гелий) и необходимость поддержания давления от 0,01 до 0,1 МПа в печи сферолизации, а, следовательно, требует повышенных энергоресурсов.

Известен способ изготовления микросферического наполнителя на основе вспученного перлита (патент RU 2534553 C1, опубликован 27.11.2014) по которому исходную перлитовую руду сначала термообрабатывают при температурах порядка 300-350°С, после чего измельчают с параллельным введением углеродсодержащей жидкости, к примеру, пропиленгликоля, глицерина, триэтаноламина и стеклообразующей добавки, такой как фториды, соединения лития, стронция, бора, цинка или их комбинации, а далее подвергают вспучиванию в печи кипящего слоя.

Недостатком способа является необходимость тонкого помола (менее 2 мкм) стеклообразующей добавки, а также невозможность получения гранул с закрытой пористостью. Известный способ требует повышенных энергоресурсов на тонкий помол и не обеспечивает требуемого качества конечного продукта.

Известен способ получения вспученного перлита (Авторское свидетельство SU 1145002 A, опубликовано 15.03.1985) по которому перлитовую руду сначала дробят, а затем подвергают предварительной термообработке при температурах 300-500°С в течение 3-5 минут в среде насыщенного водяного пара, что приводит к перестройкам в структуре сырья.

Недостатком данного способа является невозможность получения гранул с цельной стенкой и с закрытой пористостью.

Известен способ вспучивания сырьевого материала в форме зёрен (патент US2017107147A1, опубликовано 05.03.1985), в соответствии с которым часть потоков воздуха отбирается из верхней части и вдувается в нижнюю часть шахтной печи для обеспечения равномерности потока.

Недостатком данного способа является сложность запуска печи и невозможность её стабильной работы без заполненного шлюзового узла для вспученного материала.

Известен способ вспучивания сырьевого материала в форме зёрен (патент AT512271A2, опубликовано 15.06.2013), в соответствии с которым частицы сырья подвергаются предварительному нагреву в поле токов СВЧ, а окончательная термообработка проводится в печи кипящего слоя.

Недостатком данного способа является сложность конструкции и регулирования степени предварительного нагрева.

Известна установка для производства сухой строительной смеси на основе вспученного перлита (патент RU 2502594 C1, опубликован 27.12.2013), включающая печь с вертикальной шахтой, компенсационной муфтой, турбоциклонную газовую горелку, патрубки подачи сырья, воздуха и смесительный блок. В данной печи сырьевой материал вспучивает при движении снизу вверх, после чего улавливается в фильтре.

Недостатком данной конструкции печи является мгновенное нагревание частиц сырья, что приводит к термическому удару, стенки частиц растрескиваются и продукт получается с открытой пористостью.

Известен способ и устройство для производства вспученных гранул (патент WO2016191788A1, опубликован 08.12.2016) из порошкообразного перлитового сырья в вертикальной электрической печи, шахта которой разделена на зоны нагрева так, что каждая зона нагревается автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других. Перлитовое сырье, предварительно диспергированное воздухом, транспортируется в шахте вертикальной печи посредством сжатого воздуха, который подают снизу вверх с образованием потока смеси, последняя транспортируется вдоль оси шахты через несколько вертикально разделенных зон нагрева, нагреваясь до критической температуры и с преобразованием поверхности перлитового сырья путем его расширения в верхней половине пути, поток смеси, выходящий из шахты, охлаждают воздухом, а твердую фракцию отделяют фильтрованием.

Устройство для вспучивания перлита представляет собой по существу вертикальную печь с шахтой, имеющей верхний и нижний концы, в нижней части печи содержит, по меньшей мере, одно средство подачи перлитового сырья, сопло для твердого вещества / воздуха, в которое может подаваться сжатый воздух и перлитовое сырье с последующим его диспергированием, в шахте печи выполнено множество вертикально разделенных зон нагрева, через которые проходит поток смеси перлитового сырья и сжатого воздуха, каждая из зон нагрева имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент для нагрева потока смеси до критической температуры и элементы контроля температуры, верхний конец шахты печи соединен с узлом подачи охлажденного воздуха, размещенным на выходе из шахты, а на линии транспортировки охлажденного потока размещены фильтр для отделения твердой фракции вспученного перлита, элементы измерения размера и плотности готового продукта.

Недостатком данного способа является невозможность вспучивания частиц менее 50-75 мкм вследствие налипания их на стенки, образования агломератов и зарастания рабочего канала печи при непрерывной работе печи, что приводит к дополнительным затратам и невозможностью получения минерального порошка с требуемыми свойствами.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вспучивания сырьевого неорганического материала в форме песка путем подачи зёрен вспучиваемого материала сверху вниз в канал шахты вертикальной печи, нисходящий поток исходного сырья подвергают термической обработке посредством нагрева до заданной температуры нагревательных элементов, размещенных на стенках шахты печи, после чего поток вспученного материала собирают в коллектор, размещенный в нижней части шахты печи с последующей транспортировкой выходящего потока гранул в циклон для отделения твердой фракции. (WO 2015/184482, опубликовано 10.12.2015).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для осуществления вышеописанного способа, состоящее из вертикальной печи, внутри которой имеется активная зона, выполненная в виде шахты цилиндрической формы, стенки которой снабжены нагревательными элементами, в верхней части печи размещен узел загрузки исходного сырья в виде песка, а узел сбора вспученных гранул размещен в нижней части и выполнен в виде коллектора, сообщенного посредством пневмотранспорта с газовым циклоном для извлечения готового продукта. (WO 2015/184482, опубликовано 10.12.2015).

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является невозможность вспучивания частиц менее 50-75 мкм вследствие налипания их на стенки, образования агломератов и зарастания рабочего канала печи при непрерывной работе печи, что приводит к зарастанию стенок шахты и сложности удаления из печи вспученного материала. Кроме того, указанные недостатки ведут к дополнительным затратам за обслуживание печи, а также не обеспечивает получение полых гранул с требуемыми свойствами.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности вспучивания неорганических частиц минерального и синтетического сырья с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм за счет исключения налипания их на стенки при одновременном получении полых легковесных гранул с цельными стенками, насыпной плотностью до 500 кг/м³, с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм.

Поставленная задача решается тем, что заявляется способ получения полых гранул путем термообработки порошкообразного неорганического сырья в вертикальной печи, в полости которой выполнена активная зона, выполненная с возможностью ее нагрева, порошкообразное неорганическое сырье и воздух предварительно смешивают друг с другом с образованием диспергированной смеси, поток которой принудительно направляют сверху вниз в активную зону, на выходе из активной зоны поток смеси охлаждают, а полученные полые гранулы отделяют от газообразной фазы, отличается тем, что, поток диспергированной смеси подают в активную зону, выполненную расширяющейся в направлении транспортировки потока смеси и имеющей переменное сечение, активная зона разделена на зоны нагрева так, что каждая зона нагревает поток смеси автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других, в верхней части активной зоны осуществляют такое нагревание потока смеси, при котором происходит расширение частиц неорганического сырья с получением полых гранул, в центральной и нижней частях активной зоны ведут термообработку потока нагретой смеси, по высоте активной зоны через зоны нагрева дополнительно принудительно подают воздух таким образом, чтобы обеспечить его движение по направлению сверху вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны.

Заявляемый способ осуществляют с использованием устройства, представляющее собой вертикальную печь, состоящую из корпуса, внутри которого выполнена активная зона, на входе в активную зону размещены узлы подачи порошкообразного неорганического сырья и воздуха, сообщенные с диспергатором для их смешения и подачи в активную зону, снабженную нагревательными элементами, на выходе активной зоны размещен коллектор, на выходе которого установлен узел охлаждения выходящей смеси, сообщенный с узлом отделения твердой фракции, отличается тем, что активная зона состоит из множества зон нагрева, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент, активная зона образована полыми элементами, выполненными из металла, полые элементы имеют разный линейный размер сечения и установлены друг на друга коаксиально таким образом, что каждый вышестоящий полый элемент имеет размер сечения меньший, чем размер сечения смежного нижестоящего полого элемента, а между стенками смежных полых элементов образованы щели, предназначенные для принудительной подачи воздуха в активную зону, внешние стенки полых элементов размещены в полости корпуса с зазором к внутренней стенке корпуса для обеспечения возможности принудительной подачи воздуха в активную зону.

Заявляемый способ может быть реализован также путем одновременного использования нескольких заявляемых устройств, работающих независимо друг от друга с общей системой подачи порошкообразного неорганического сырья. Это обеспечивает равномерность распределения порошкообразного сырья и стабильность процесса термической обработки в каждом устройстве, что, в конечном счете, приводит к повышению выхода полых гранул (вспученных неорганических частиц) и улучшению их качества.

Воздух для диспергирования порошкообразного неорганического сырья подают в диспергатор, размещенный в верхней части вертикальной печи, посредством вентилятора. Нагнетаемый вентилятором воздух распределяется по двум транспортным путям- в диспергатор и в зазор между стенками полых элементов, образующих зоны нагрева, и внутренней стенкой корпуса. Регулирование скоростей потоков осуществляются вентилями, размещенными на транспортных путях потоков воздуха. Мощность вентилятора выбирают таким образом, чтобы обеспечить направленное движение потока воздуха через диспергатор по оси вертикальной печи в активную зону вертикальной печи, а также в зазор между внешними стенками зон нагрева и внутренними стенками корпуса. В качестве вентиляторов могут быть использованы известные для этих целей вентиляторы, например марок ВЦ 14-46, ВЦП 6-46, ВР 100-45 или ВРП-115-45.

В качестве порошкообразного неорганического сырья используют порошки перлита, вермикулита, синтетических силикатных и алюмосиликатных материалов.

Перлитовым сырьём могут служить руды из данных месторождений, но не ограничиваясь ими: Мухор-Талинское (Бурятия), Фогош (Украина), Арагацкое (Армения), Билесик (Турция), Параванское (Грузия). Указанные перлиты имеют следующий примерный химический состав, но не ограничиваются им: SiO₂ 50-85 %, Al₂O₃ 8–20 %, К₂О 0-5 %, Na₂O 0-5 %, Fe₂O₃ 0-3 %, MgO 0-1 %, CaO 0-2 %, H₂O 2-6 %.

Вермикулитовым сырьём могут служить руды из следующих месторождений, но не ограничиваясь ими: Ковдорское (Кольский полуостров, Россия), Вишнёвогорское (Челябинская область, Россия), Кулантауское (Казахстан), Каракалпакия (Узбекистан). Указанные вермикулиты имеют следующий примерный химический состав, но не ограничиваются им: SiO₂ 33-35 %, Al₂O₃ 6-20 %, Fe₂O₃ 5-7 %, FeO 1-10 %, MgO 19-25 %.

Силикатным и алюмосиликатным сырьём могут служить сваренные искусственно стёкла, грануляты дисперсных частиц, порошки, полученные золь-гель методом, имеющие следующий примерный химический состав, но не ограничиваясь им: SiO₂ 30-85 %, Al₂O₃ 0-20 %, B₂O₃ 0-20 %, Fe₂O₃ 0-5 %, FeO 0-1 %, SO₃ 0-3 %, MgO 0-10 %, CaO 0-9 %, К₂О 0-5 %, Na₂O 0-20 %.

Порошкообразное неорганическое сырье посредством шнека подают в диспергатор, где его смешивают с воздухом, нагнетаемым из вентилятора. В качестве диспергатора могут быть использованы любые известные для этих целей емкости, действующие по принципу трубы Вентури, имеющие два входных патрубка и один выходной патрубок, например выпускаемые промышленностью диспергаторы марок ПСТ DSMG-25, Zitrek ИМ-30 или АПН-50М.

Поступающую из диспергатора в верхнюю часть активной зоны смесь воздуха и порошка неорганического сырья подвергают термической обработке. В случае необходимости, останов процесса осуществляют следующим образом: прекращают подачу сырья, затем прекращают электроподогрев активной зоны и прекращают поддув воздуха в щели, выполненные в зонах нагрева активной зоны.

В результате термической обработки смеси воздуха и порошкообразного неорганического сырья в процессе её прохождения через зоны автономного нагрева, происходит вспучивание частиц неорганического сырья с образованием полых легковесных гранул.

Активная зона образована зонами нагрева, каждая из которых представляют собой полые элементы, выполненные из металла. Предпочтительно полые элементы представлены цилиндрами разного диаметра. Полые элементы могут иметь в сечении квадрат или форму многоугольника. В качестве металла для изготовления полых элементов активной зоны берут жаростойкую сталь, например 10Х23Н18, 15Х25Т либо любую другую сталь, выдерживающей температуру до 1200°С. Полые элементы жестко закреплены в полости корпуса вертикальной печи таким образом, что полый элемент с наибольшим размером сечения установлен в нижней части активной зоны, а полый цилиндр с наименьшим размером сечения - в верхней части активной зоны. Полые элементы установлены друг на друга коаксиально и таким образом, чтобы между наружной образующей нижнего полого элемента и внутренней образующей верхнего полого элемента имеется щель для прохода воздуха, нагнетаемая вентилятором. Каждый полый элемент снабжен элементами автономного контролируемого нагрева, например выполненные в виде элементов сопротивления, изготовленными из нихрома, кантала, либо из другого сплава с высоким электрическим сопротивлением. Температура каждой зоны нагрева контролируется индивидуальной системой управления, электрически подключенной к элементам нагрева полых элементов.

Активная зона выполнена с зазором к внутренним стенкам корпуса вертикальной печи, величина зазора может быть от 1 до 15 мм. Корпус вертикальной печи выполнен из огнеупорного материала, например, шамотного кирпича.

Активная зона вертикальной печи выполнена расширяющейся книзу. При таком выполнении активной зоны скорость потока при транспортировке его вниз снижается. В нижней части активной зоны температуру потока снижают за счет соответствующего регулирования зон нагрева и за счет воздуха, входящего через щели зон нагрева.

Выходящий из активной зоны поток взвешенных в воздухе полых легковесных минеральных гранул смешивается с холодным атмосферным воздухом для охлаждения полученных легковесных гранул в смесителе. Смеситель работает по принципу инжекционной камеры, в которую с периферии подаётся холодный атмосферный воздух, а по центру протекает смесь из активной зоны. Количество подаваемого на охлаждение воздуха рассчитывают в зависимости от температуры в активной зоне, концентрации аэрозоля и температуры горячего воздуха, поддуваемого на диспергатор. Охлаждённый аэрозоль далее попадает в циклон, где осуществляется отделение твердых частиц от газообразной фазы. Здесь и далее под аэрозолем понимается дисперсная система, состоящая из твёрдых частиц порошкообразного сырья или продукта и газа (например, воздух, азот, дымовые газы). В качестве циклона может быть использовано любое известное для этих целей выпускаемое промышленностью устройство.

Сравнение заявляемого способа и устройства для его осуществления с известными способами и устройствами, позволяет сделать вывод о соответствии условию «новизна» и «изобретательский уровень».

Отличительные признаки заявляемого способа - выполнение активной зоны расширяющейся в направлении сверху вниз и с переменным сечением, подача независимого потока воздуха в активную зону через зоны нагрева таким образом, чтобы обеспечить его направленное движение вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны, автономный нагрев зон нагрева с заданием независимых режимов термической обработки в каждой зоне нагрева, а также соответствующее конструктивное выполнение устройства или системы сообщенных друг с другом устройств для осуществления заявляемого способа, в совокупности с остальными признаками, позволяют обеспечить достижение нового технического результата - обеспечение возможности вспучивания неорганических минеральных и синтетических частиц с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм путем исключения налипания их на стенки при одновременном получении полых легковесных гранул с цельными стенками, с насыпной плотностью до 500 кг/м³, с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм, при этом, дополнительно обеспечивается непрерывность процесса, т.к. за счет исключения налипания продуктов термообработки на стенки активной зоны повышается эффективность процесса и удлиняется межремонтный интервал.

Под прочностью при сжатии здесь понимают пороговую величину гидростатического давления на продукт, в результате которого происходит его разрушение (ГОСТ Р 57963-2017).

Заявляемый способ и устройство для его осуществления реализуются следующим образом, но не ограничивается им.

Устройство поясняется фиг. 1, на котором схематично показана конструкция вертикальной печи. На фиг. 2 показана схема соединения двух вертикальных печей, работающих от одного узла подачи порошкообразного неорганического сырья.

Устройство для получения полых легковесных гранул состоит из несущего корпуса 1 вертикальной печи, выполненного из шамотного кирпича, в полости которого выполнена активная зона, образованная полыми элементами, представленные на Фиг. 1 и Фиг.2 цилиндрами 2 переменного сечения, установленные коаксиально друг на друга таким образом, что активная зона расширяется в направлении сверху вниз, а между смежными цилиндрами имеются щели 3, образованные внешней образующей стенкой верхнего цилиндра и внутренней образующей стенкой нижнего цилиндра. На входе в активную зону размещен диспергатор 4, снабженный горловиной для подачи шнеком 5 порошкообразного неорганического сырья, патрубком конической формы для подачи потока воздуха посредством вентилятора 6, диффузором для выхода диспергированной смеси в активную зону. Цилиндры 2 снабжены автономными элементами нагрева 7, электрически подключенные к системам управления 13. Цилиндры 2 жестко закреплены в полости корпуса 1 с образованием зоны зазора 8, образованной между внешними стенками цилиндров 2 и внутренней стенкой корпуса 1. Зона зазора 8 в верхней части снабжена патрубком, соединенным с вентилятором 6 для подачи воздуха. Патрубок конической формы диспергатора 4 и патрубок входящего воздуха верхней части зоны зазора 8 снабжены запорной арматурой, в частности вентилями. Воздух, поступающий на диспергатор 4 и в патрубок входящего в зону зазора 8 воздуха, предварительно нагревается в калорифере 9. На выходе из активной зоны в корпусе 1 размещен коллектор 10, сообщенный через смеситель 11 с циклоном 12.

Для соединения двух вертикальных печей (фиг. 2) используют узел подачи порошкообразного сырья 14, который обеспечивает независимое согласованное питание порошкообразным неорганическим сырьем каждой печи, имеющих идентичные конструктивные исполнения и представленной на фиг.1.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Требуемую фракцию порошкообразного сырья, например перлита, шнеком 5 подают в диспергатор 4, действующий по принципу трубы Вентури. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором 6, проходит через переменное сечение конической трубки диспергатора 4, а в горловину диспергатора 4 подают порошкообразное неорганическое сырье, которое диспергируется турбулентным потоком воздуха, нагнетаемым из вентилятора 6. Образующийся аэрозоль из диффузора диспергатора 4 с равномерно распределёнными в потоке частицами, поступает в верхнюю часть активной зоны корпуса 1, где осуществляют термическую обработку сырья в процессе прохождения потока аэрозоля по активной зоне сверху вниз. Активная зона представляет собой ряд цилиндров 2 переменного сечения, изготовленные из жаростойкой стали, выдерживающей температуру до 1200°С. Каждый цилиндр 2 снабжен элементами нагрева 7, выполненными, например, из нихрома, нагревается до заданной температуры, которая контролируется индивидуальной системой управления 13. Нагревание цилиндров 2 происходит за счёт тепла, выделяемого элементами сопротивления с высоким электрическим сопротивлением. Каждый цилиндр 2 обогревается снаружи элементами нагрева 7, причём управление температурой каждого цилиндра 2 осуществляется независимо друг от друга. Это необходимо для обеспечения равномерности температурного поля по всей высоте активной зоны, а также позволяет регулировать уровень максимальной температуры для обеспечения эффективной термической обработки.

Поток аэрозоля последовательно проходит через зоны нагрева вдоль оси активной зоны в направлении коллектора 10. В зону зазора 8, имеющей предпочтительно размер от 1 до 15 мм, из вентилятора 6 принудительно поступает воздух, который, проходя вниз, дополнительно нагревается в результате контакта с соответствующей зоной нагрева и через щели 3 поддувается в активную зону, причем траектория входящего подогретого воздуха, задаётся щелями 3, т.е. проходит в направлении непосредственного примыкания к внутренним стенкам зон нагрева активной зоны. Воздух в зоне зазора 8 нагревается до температуры от 300 до 600°С и течет со скоростью от 0,01 до 0,2 м/с. Поддув воздуха через щели 3 обеспечивает исключение налипания особо мелкой фракции (менее 75 мкм) на стенки активной зоны. На выходе из активной зоны поток легковесных полых гранул и отходящие газы попадают в коллектор 10, проходят через смеситель 11, где смешивается с холодным атмосферным воздухом для охлаждения полученных легковесных гранул, а оттуда охлажденный поток поступает в циклон 12, где осуществляется улавливание полых легковесных гранул. Очищенные отходящие газы выбрасываются в атмосферу.

Осуществление заявляемого способа позволяет получить полые легковесные гранулы с заявленными характеристиками. Характеристики полученных полых легковесных гранул приведены в Таблице 1.

Примеры 1-3 проведены на природном перлитовом сырье, примеры 4-6 проведены на природном вермикулитовом сырье. Пример 7 проведен на искусственном сырье (сваренное стекло следующего химического состава: SiO₂ 65,0 %, B₂O₃ 15,0 %, Fe₂O₃ 2,5 %, SO₃ 0,5 %, MgO 1,0 %, CaO 3,5 %, К₂О 2,5 %, Na₂O 10,0 %.). Пример 8 проведен на искусственном сырье (гранулят следующего состава: кварц (SiO₂) 70,0 %, борный ангидрид (B₂O₃) 18,5 %, сульфат железа(III) (Fe₂(SО₄)₃) 3,5 %, вода для грануляции (H₂O) 8,0 %). Пример 9 проведен на искусственном сырье (гранулят следующего состава: кварц (SiO₂) 20,0 %, каолинит (Al₂O₃ 39,5%, SiO₂ 46,5 % и H₂O 14 %) 65, %, кристаллический сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃·18H₂O) 5,0 %, вода для грануляции (H₂O) 10,0 %).

Полученные заявляемым способом гранулы состоят из микропузырьков с практически цельными стенками. Фото полученных полых гранул представлены на фиг. 3-7.

На фиг. 3 показана микрофотография частиц вспученного перлита месторождения Мухор-Талы, Россия. Частицы близки по форме к округлым, по большей части частицы представляют собой слипшиеся застывшие пузырьки с цельной стенкой. На фиг. 4 показана микрофотография частиц вспученного вермикулита месторождения Ковдор, Россия. Гранулы по строению аналогичны гранулам по примеру № 1. На фиг. 5 показана микрофотография гранул по примеру 7, изготовленных из боросиликатного стекла. Гранулы имеют практически идеальную сферическую форму с различимой цельной стенкой. На фиг. 6 и 7 показаны микрофотографии частиц продукта из боросиликатного и алюмосиликатного гранулята. Гранулы близки по форме и строению гранулам по примеру № 7, но качество стенок в обоих случаях немного хуже, чем у гранул по примеру № 7.

Как видно из представленных данных, использование заявляемого способа и устройства для его осуществления позволяют обеспечить эффективный процесс термической обработки неорганического порошкообразного сырья с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм с образованием полых легковесных гранул с цельными стенками с насыпной плотностью до 500 кг/м³ с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм Заявляемый способ и устройство для его осуществления позволяют обеспечить непрерывный процесс с заданной производительностью, длительным межремонтным интервалом, в том числе за счет обеспечения направленного вдувания воздуха в активную зону, который препятствует попаданию на его стенки минеральных частиц, исключая эффект обрастания стенок активной зоны.

Изобретение относится к области производства легковесных полых гранул из порошкообразного минерального или синтетического сырья для применения в производстве композитных полимерных изделий, облегчённых конструкционных материалов, теплоизоляции для трубопроводов, морозостойких штукатурок и иных строительных материалов. Способ получения полых гранул осуществляют путем термообработки порошкообразного неорганического сырья в вертикальной печи, имеющей корпус 1, в полости которого выполнена активная зона, расширяющаяся в направлении транспортировки потока смеси. Активная зона образована полыми элементами 2 переменного сечения, предпочтительно цилиндрами, которые установлены коаксиально друг на друга таким образом, что активная зона расширяется в направлении сверху вниз. Между смежными полыми элементами 2 имеются щели 3, образованные внешней стенкой верхнего и внутренней стенкой нижнего полых элементов 2. Активная зона снабжена автономными элементами нагрева 7, электрически подключенными к системе управления 13. Полые элементы 2 в виде цилиндров жестко закреплены в полости корпуса 1 с образованием зоны зазора 8. Порошкообразное неорганическое сырье шнеком 5 и воздух посредством вентилятора 6 подают в диспергатор 4, где они смешиваются друг с другом. Воздух также подают в зону зазора 8, через которую поток воздуха поддувается в щели 3. Воздух, поступающий на диспергатор 4 и в патрубок входящего в зону зазора 8 воздуха, предварительно нагревается в калорифере 9. На выходе из активной зоны поток смеси охлаждают, для чего в корпусе 1 размещен коллектор 10, сообщенный через смеситель 11 с циклоном 12. Технический результат - возможность вспучивания неорганических частиц с размером 1–250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм, исключение налипания их на стенки, получение полых легковесных гранул с цельными стенками, с насыпной плотностью до 500 кг/м³, с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ получения полых гранул путем термообработки порошкообразного неорганического сырья в вертикальной печи, в полости которой выполнена активная зона, выполненная с возможностью ее нагрева, порошкообразное неорганическое сырье и воздух предварительно смешивают друг с другом с образованием диспергированной смеси, поток которой принудительно направляют сверху вниз в активную зону, на выходе из активной зоны поток смеси охлаждают, а полученные полые гранулы отделяют от газообразной фазы, отличающийся тем, что поток диспергированной смеси подают в активную зону, выполненную расширяющейся в направлении транспортировки потока смеси и имеющей переменное сечение, активная зона разделена на зоны нагрева так, что каждая зона нагревает поток смеси автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других, в верхней части активной зоны осуществляют такое нагревание потока смеси, при котором происходит расширение частиц неорганического сырья с получением полых гранул, дальнейшую термообработку потока нагретой смеси ведут в центральной и нижней частях активной зоны, по высоте активной зоны через зоны нагрева дополнительно принудительно подают воздух таким образом, чтобы обеспечить его движение по направлению сверху вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного неорганического сырья берут перлит, вермикулит, синтетические силикатные или алюмосиликатные материалы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева подают в зазор между активной зоной и корпусом вертикальной печи, выполненного с размером от 1 до 15 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха для диспергирования порошкообразного неорганического сырья и для поддува через зоны нагрева предварительно подогревают.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева нагревают до температуры от 300 до 600°С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева подают со скоростью от 0,01 до 0,2 м/с.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что активная зона выполнена из жаростойкой стали.

8. Устройство для получения полых легковесных гранул, представляющее собой по меньшей мере одну вертикальную печь, состоящую из корпуса, внутри которого выполнена активная зона, на входе в активную зону размещены узлы подачи порошкообразного неорганического сырья и воздуха, сообщенные с диспергатором для их смешения и подачи в активную зону, снабженную нагревательными элементами, на выходе активной зоны размещен коллектор, на выходе которого установлен узел охлаждения выходящей смеси, сообщенный с узлом отделения твердой фракции, отличающееся тем, что активная зона состоит из множества зон нагрева, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент, активная зона образована полыми элементами, выполненными из металла, полые элементы имеют разный линейный размер сечения и установлены друг на друга коаксиально таким образом, что каждый вышестоящий полый элемент имеет размер сечения меньший, чем размер сечения смежного нижестоящего полого элемента, а между стенками смежных полых элементов образованы щели, предназначенные для принудительной подачи воздуха в активную зону, внешние стенки полых элементов размещены в полости корпуса с зазором к внутренней стенке корпуса для обеспечения возможности принудительной подачи воздуха в активную зону.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что вертикальные печи соединены друг с другом через узел подачи порошкообразного сырья.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что корпус вертикальной печи выполнен из шамотного кирпича.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полые элементы выполнены из жаростойкой стали.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полые элементы представлены цилиндрами.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что зазор между внешними стенками полых элементов и внутренней стенкой корпуса имеет размер от 1 до 15 мм.

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел подачи входящего потока воздуха представлен вентилятором.

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел подачи входящего потока воздуха дополнительно снабжен калорифером.

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что диспергатор снабжен конической трубкой переменного сечения для входящего воздуха и горловиной для подачи порошкообразного неорганического сырья.

17. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел охлаждения выходящей смеси представлен смесителем.

18. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел отделения твердой фракции представлен циклоном.