Устройство для термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул и способ термообработки неорганических порошковых материалов с его использованием Российский патент 2021 года по МПК F27B15/10 

Изобретение относится к области производства полых легковесных неорганических мелкодисперсных наполнителей, а именно к производству пустотелых частиц на основе перлита, пехштейна, вермикулита и других природных и синтетических материалов, которые могут использоваться в химической, нефтеперерабатывающей, оружейной, ракетной, космической, строительной и других отраслях промышленности, в том числе и в производстве облегчающих добавок для тампонажных и буровых смесей.

Известно устройство в виде электрической печи для производства полых сферических частиц с остеклованной поверхностью из обсидиана, смоляного камня, перлита и других вулканических пород путем вспучивания их при нагревании (CN 201463500U, 2009).

Недостатками известного устройства является организация узла подачи сырья, которая приводит к неравномерному его распределению по объему печи и невозможности дезагрегации мелких (0-150 мкм) частиц, а также налипание мелких частиц на стенки активной зоны печи.

Известна башенная печь (US 3627285 A, 1969), представляющая собой комбинированную конструкцию, образующую вытянутую по вертикали камеру прямоугольного сечения, оснащённую множеством смещенных по вертикали горелок в противоположных рядах, образующих часть противоположных стенок указанной камеры. Вспучивание сырья осуществляют путем обжига неорганического измельченного сырья.

Недостатком известной конструкции и реализуемого в ней способа термообработки является невозможность вспучивания мелких (0-150 мкм) частиц с получением продуктов с закрытой пористостью, поскольку обжиг сырья происходит при прямом воздействии пламени на обжигаемый материал.

Известен способ и устройство для производства вспученного гранулята из порошкообразного минерального материала (AT 12878 U1, 2011) Устройство включает вертикально расположенную печь с шахтой и загрузочным отверстием для подачи материала на верхнем конце шахты печи, разгрузочное отверстие на нижнем конце шахты печи, секцию вспучивания, причем эта секция проходит через несколько зон нагрева.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является налипание частиц менее 150 мкм на стенки секции вспучивания, что приводит к периодическому падению производительности печи и необходимости остановки процесса вспучивания и очистки секции вспучивания.

Известна электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU 190089 U1, 2018), состоящая из барабанного дозатора, рамы, электрических нагревателей, вибрационной подовой платформы на роликах, размещенных в направляющих рамы, эксцентрикового привода платформы, цилиндрических и конических пружин, противня и термокрышки.

Недостатком известного устройства является невозможность вспучивания сырья с твёрдостью по шкале Мооса свыше 2 ед., а также то, что частицы соприкасаются с горизонтальной нагревательной поверхностью и неизбежно налипают на неё.

Известная печь (KR 20090123498 A, 2008), снабжённая горелками для факельного и поверхностного горения, имеющая возможность контроля длины пламени и температуры в камере обжига, причём первая факельная горелка вспучивает сырьевой материал, а последующие горелки поверхностного горения поддерживают необходимую температуру в камере обжига неорганического сырья.

Недостатком данного технического решения являются обжиг частиц сырья в факельном пламени первой горелки, что приводит к резкому шоковому перегреву, растрескиванию и перевспучиванию частиц, появлению в них дефектов и открытых пор, что снижает прочность частиц на сжатие. Недостатком является также отсутствие равномерности теплового потока от поверхности вторичных горелок, поскольку наибольшая температура горения наблюдается на поверхности горелки ближе к узлу подачи горючей смеси, а на лежащих дальше от узла подачи поверхностях температура ниже, что приводит к неравномерности обжига потока частиц сырья, часть сырья нагревается недостаточно.

Известна печь для вспучивания перлита в горящем факеле пылеугольной смеси (CN 201339958 Y, 2008), которая содержит камеру для сжигания, огнеупорный изолирующий слой, кожух и опорный стакан цилиндрической конструкции.

Недостатком данной конструкции является использование факельного режима обжига порошкового перлитового сырья, что приводит к растрескиванию и появлению открытых пор в частицах, а, следовательно, к получению некачественного вспученного материала.

Известна электрическая печь (CN 201250188 Y, 2008), которая содержит корпус, футеровку, центральную трубу, электрический нагревательный элемент и систему управления, верхняя часть корпуса печи снабжена устройством подачи, а нижняя часть корпуса снабжена выпускным отверстием. Центральная круглая труба печи расположена в центре корпуса печи квадратного сечения между электрическими нагревательными элементами.

Недостатками известной конструкции печи и реализуемого в ней способа является неравномерность нагрева круглой центральной трубы в квадратном сечении печи, а также налипание частиц менее 150 мкм на стенки активной зоны.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки порошкообразного перлита в шахтной печи, работающей на газообразном топливе, которая выполнена в виде шахты, а ее боковые стенки зоны обжига представляют собой беспламенные панельные горелки (SU 147521 A1, 1961), которые работают от дымовых газов, отбираемых в верхней части печи. Загрузку перлита осуществляют из загрузочного устройства, выполненного в виде бункера, в середину печи, представляющую собой зону обжига, где посредством беспламенных панельных горелок обеспечивают обжиг и вспучивание перлита. Зона обжига снабжена каскадом циклонов для осаждения обожженного материала, проходя через которые дымовые газы уносят мелкую фракцию вспученного перлита вверх, тогда как более крупные частицы вспученного перлита просыпаются вниз. Перед дымососом установлен патрубок для разбавления дымовых газов холодным воздухом, который снижает температуру вспученного перлита. В данной конструкции используются панельные горелки Гипронефтемаша, имеющие излучающие поверхности размером 500×500 мм и 605×605 мм.

Недостатками данного технического решения являются:

- использование системы сопел диаметром 10-15 мм при редком шаге расположения сопел (50-75 мм), что приводит к неравномерному истечению дымовых газов от горелочной поверхности беспламенных горелок;

- высокая скорость истечения струй дымовых газов из сопел, образование паразитических застойных зон и зон рециркуляции потока, что приводит к налипанию частиц на поверхности между соплами;

- организация узла подачи сырья не обеспечивает дезагрегацию сырья, что делает невозможным вспучивания фракции 0-250 мкм.

Как показал анализ предшествующего уровня техники, в настоящее время отсутствует техническое решение, обеспечивающее вспучивание фракции исходного неорганического сырья, в том числе фракции 0-250 мкм с выходом 90-98,5%.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и устройства для его осуществления, обеспечивающих получение полых легковесных гранул с закрытой пористостью и высокой прочностью из неорганического сырья фракций от 0 до 1000 мкм, в том числе содержащей мелкодисперсную фракцию 0-250 мкм, с выходом полых легковесных гранул 90-98,5%.

Поставленная задача решается тем, что заявляется способ термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул в вертикальной печи шахтного типа путем подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, нагнетаемым снизу совместно с потоком предварительно подогретого воздуха, образующийся поток частиц, подлежащих вспучиванию, подвергают термической обработке в активной зоне, которая имеет гидравлически независимые пояса нагрева и охлаждения, термическую обработку потока ведут посредством нагрева независимыми друг от друга горелками, снабжёнными беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, которые подают под давлением в соответствующие пояса нагрева активной зоны через по меньшей мере одну газопроницаемую перегородку, образующую стенки газопроницаемой камеры, выполненные из термостойкого материала, в каждом поясе нагрева активной зоны создают температурный режим от 600-1200°С, при этом в верхней части активной зоны создают один или более поясов охлаждения посредством первичного подсоса атмосферного воздуха и подачи его потока через газопроницаемую перегородку в активную зону для смешивания с потоком частиц, подлежащих вспучиванию, в нижнюю часть активной зоны предварительно подогретый воздух подают со скоростью от 0,1 до 20,0 м/с, а на выходе из активной зоны создают разряжение путем принудительного отсоса отходящих газов, образующихся на выходе из активной зоны, поток полых легковесных гранул охлаждают воздухом посредством вторичного его подсоса и собирают в емкости.

Для осуществления заявляемого способа предлагается устройство, представляющее собой вертикальную печь шахтного типа с активной зоной, образованной горелками с беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, горелки с беспламенными горелочными панелями размещены на несущей раме на внутренней образующей печи с образованием активной зоны. С внутренней стороны беспламенных горелочных панелей размещена газопроницаемая камера, стенки которой образованы центральной газопроницаемой трубой или газопроницаемыми перегородками, соединенных друг с другом по контактирующим поверхностям. Стенки газопроницаемой камеры размещены вдоль оси активной зоны по ее высоте. Высота газопроницаемых перегородок предпочтительно соответствует высоте соответствующего пояса нагрева. Горелки с беспламенными горелочными панелями подключены к независимым друг от друга источникам подачи топлива и воздуха, элементам управления и контроля, образуя соответствующие пояса нагрева активной зоны. В верхней части активной зоны размещён один или более поясов охлаждения, содержащий узел первичного подсоса атмосферного воздуха. Между соседними беспламенными горелочными панелями и узлами первичного подсоса атмосферного воздуха размещены газонепроницаемые пластины, выполняющие функцию направляющих потоков дымовых газов и воздуха, образуя гидравлически независимые друг от друга пояса нагрева и охлаждения активной зоны.

На входе в активную зону в нижней её части размещены узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, и его смешения с предварительно подогретым потоком воздуха. Узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию представляет собой питатель для подачи исходного сырья в диспергатор, который соединен с нагнетателем для принудительной подачи воздуха через нагреватель входящего воздуха для его предварительного подогрева.

На выходе из активной зоны верхний пояс охлаждения сообщен с последовательно соединёнными друг с другом коллектором, узлом охлаждения путем вторичного подсоса воздуха, дымососом и емкостью для сбора полых легковесных гранул.

Газопроницаемая перегородка, образующая стенки газопроницаемой камеры, может быть представлена центральной газопроницаемой трубой, установленной вдоль оси активной зоны.

Или газопроницаемая камера может быть образована несколькими газопроницаемыми перегородками, которые герметично соединены друг с другом по контактирующим поверхностям. Газопроницаемые перегородки могут быть представлены, например, цилиндрами, высота которых образует высоту соответствующего пояса нагрева активной зоны. Указанные цилиндры соединены друг с другом по контактирующим поверхностям с образованием сечения газопроницаемой камеры круглой или многоугольной формы.

Газопроницаемая камера, образованная центральной газопроницаемой трубой или цилиндрами, обеспечивает формирование полости активной зоны цилиндрической формы постоянного или переменного сечения или призматической формы (сечение в виде многоугольника) постоянного или переменного сечения.

В случае, когда активная зона имеет цилиндрическую форму постоянного сечения, газопроницаемая камера преимущественно образована центральной газопроницаемой трубой, размещенной вдоль оси активной зоны, обеспечивающая защиту от налипания мелкодисперсной фракции (меньше 250 мкм) на беспламенные горелочные панели.

Активная зона представляет собой газопроницаемую камеру, обогреваемую дымовыми газами, образуемыми при сжигании горелками топливо-воздушной смеси и подаваемые под давлением через беспламенные горелочные панели. Горелки с беспламенными горелочными панелями размещены на несущем каркасе вертикально вдоль оси вертикальной печи.

Активная зона представляет собой относительно независимые друг от друга пояса нагрева и, по меньшей мере, один пояс охлаждения, размещенный в верхней части активной зоны.

С соответствующих беспламенных горелочных панелей дымовой газ под давлением подают на стенки газопроницаемой камеры, которые, проходя через поры или через перфорационные отверстия газопроницаемых стенок, поступают в активную зону. Давление дымовых газов создаётся при сгорании топлива в горелках под наддувом (избыточным давлением) от устройства независимого поддержания положительного давления (перепада давления по сравнению с атмосферным).

Стенки газопроницаемой камеры выполнены из термостойкого материала. Материал изготовления центральной газопроницаемой трубы или газопроницаемых перегородок, а также его пористость выбирают исходя из вида обрабатываемого сырья и заданных температурных режимов, и давления. В качестве материала изготовления используют керамику или металлокерамику, а также пористые или перфорированные металлические трубы и цилиндры.

В верхней части активной зоны размещен один или более поясов охлаждения, каждый из которых снабжен узлом первичного подсоса атмосферного воздуха. Стенки газопроницаемой камеры гидравлически сообщены с каждым узлом первичного подсоса атмосферного воздуха. Стенки газопроницаемой камеры одного или более поясов охлаждения, также выполнены из термостойкого материала. Стенки газопроницаемой камеры одного или более поясов охлаждения могут быть представлены верхней частью центральной газопроницаемой трубы (с газопроницаемыми стенками) или могут быть образованы газопроницаемыми перегородками, выполненными в форме цилиндров или имеющих призматическую форму, герметично соединенных друг с другом по контактирующим поверхностям. Материал изготовления и пористость газопроницаемых перегородок выбирают исходя из осуществляемой функции - пропускание потока атмосферного воздуха в активную зону.

Каждый из поясов нагрева и поясов охлаждения активной зоны гидравлически независимым друг от друга. Это достигается размещением между соседними беспламенными горелочными панелями и между соседними узлами первичного подсоса воздуха газонепроницаемых пластин, выполняющих функцию направляющих потоков дымовых газов, подаваемых с беспламенных горелочных панелей через проницаемые стенки газопроницаемой камеры в активную зону, а также воздуха, подаваемого с узла первичного подсоса воздуха. Газонепроницаемые пластины имеют длину, которая соответствует расстоянию между беспламенными горелочными панелями и стенками газопроницаемой камеры, образуя таким образом изолированные зоны для подачи дымовых газов в соответствующие пояса нагрева активной зоны. Аналогично обеспечивается гидравлическая независимость поясов охлаждения активной зоны.

В настоящей заявке под порошковым неорганическим материалом понимается любой неорганический материал, способный к вспучиванию, с крупностью частиц не более 1000 мкм. Однако заявляемый способ может быть использован для термообработки неорганического сырья существенно большего по размеру, вплоть до 5000 мкм.

При осуществлении способа для некоторых неорганических порошковых материалов исходное сырье предварительно может быть смешано с порофором, например, для термической обработки боросиликатного стекла, в качестве порофора могут быть использованы сульфаты металлов, например сульфат натрия или сульфат калия. В случае обработки алюмосиликатного гранулята помимо сульфата в качестве порофора может также быть использованы нитрат или карбонат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый на стадии грануляции исходного сырья.

В настоящей заявке под порофором понимается любое вещество и смесь веществ в составе минералов или искусственно синтезированных материалов, при температуре до 500-600°С не претерпевающая никаких изменений, а после указанных температур вплоть до 1200°С - распадающихся на два и более веществ, причём как минимум одно из них находится в газовом агрегатном состоянии. Также под порофором понимается химически или физико-химически связанное низкомолекулярное вещество, например, вода в виде кристаллизационной или гидратной воды.

Заявляемый способ обеспечивает возможность эффективного вспучивания неорганического порошкообразного материала, в том числе пылевидного материала с размером частиц от 0 до 250 мкм, и последующего уноса из вертикальной активной зоны печи вспученного материала за счет создания постоянного потока, направленного снизу вверх в каждом поясе нагрева и поясе охлаждения активной зоны. Наличие независимых друг от друга беспламенных горелочных панелей, дымовые газы с которых под давлением подаются на стенки газопроницаемой камеры соответствующего пояса нагрева активной зоны, обеспечивает создание постоянного потока по направлению к оси активной зоны. Организация потоков в активной зоне обеспечивает создание так называемой «газовой подушки» внутри активной зоны и примыкающей к стенкам газопроницаемой камеры. Указанная постоянно обновляемая газовая подушка предотвращает налипание мелкой фракции вспучивающегося материала на внутренней поверхности стенок газопроницаемой камеры, обращенной в соответствующий пояс нагрева активной зоны. Создание градиента температуры и давления по высоте активной зоны обеспечивает заданный режим термообработки (в зависимости от виды обрабатываемого сырья), непрерывный и регулируемый унос из активной зоны термически обработанного материала с последующим охлаждением полых легковесных гранул воздухом и их осаждением в емкости для сбора конечного продукта - полых легковесных гранул.

Термофорез, вызванный градиентом температуры внутри активной зоны, броуновское движение в относительно однородном температурном поле и различные флуктуации температурного поля приводят к налипанию небольшого количества вспучивающегося материла на внутренние стенки активной зоны. Выполнение стенок активной зоны газопроницаемыми позволяет выровнять тепловой поток и обеспечить постоянно обновляющуюся газовую подушку из потока дымовых газов, что многократно снижает налипание и экранирование беспламенных горелочных панелей. Но и при небольшом значении налипания при накапливании критичного слоя экранирующего материала, газопроницаемые стенки могут быть заменены на новые, без замены дорогостоящих горелок с беспламенными горелочными панелями.

Даже в случае нарушения технологического режима, приведшего к налипанию вспучивающегося материла на внутреннюю поверхность стенок газопроницаемой камеры, цилиндры или труба, образующие эти стенки могут быть заменены на новые, что существенно дешевле и технически проще замены беспламенных горелочных панелей, экранированных налипшими на них вспучиваемыми частицами порошкового материала.

Сравнение заявляемого способа и устройства для его осуществления позволяет сделать вывод об их соответствии критерию «новизна», т. к. обработка исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, обеспечивается в активной зоне бескорпусной вертикальной печи шахтного типа, образованной независимыми друг от друга горелками с беспламенными горелочными панелями, установленными на несущем каркасе, и центральной трубой с газопроницаемыми стенками или газопроницаемыми перегородками, размещенными с внутренней стороны беспламенных горелочных панелей, обеспечивает подачу под давлением в активную зону дымовых газов, являющихся результатом сгорания топливовоздушной смеси с созданием контролируемого градиента температуры по высоте активной зоны для регулирования процесса вспучивания обрабатываемого материала, создания в активной зоне градиента давления для направленного потока вспучиваемых частиц снизу вверх.

Совокупность заявляемых признаков заявляемого способа и устройства для его осуществления обеспечивает высокий выход готового вспученного материала - полых легковесных гранул до 98,5% и минимизации потерь за счет исключения налипания мелкой фракции частиц с размером от 0 до 250 мкм на стенки активной зоны, получение вспученного материалы с закрытой пористостью и высокой прочностью.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Заявляемые способ и устройство для его осуществления объединены единым изобретательским замыслом, что позволяет сделать вывод о соответствии требованию «единство изобретения».

Формула изобретения составлена без разделения на ограничительную и отличительную части для лучшего понимания сущности заявленных устройства и способа с его использованием и более точного изложения сущности заявляемого технического решения.

Заявляемые устройство и способ иллюстрируются следующими примерами конкретного выполнения, но не ограничиваются ими.

Заявляемое устройство иллюстрируется следующими рисунками.

На Фиг. 1 схематически показана схема заявляемого устройства для термообработки неорганических порошковых материалов.

На Фиг. 2 показана схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями с газопроницаемой перегородкой в виде соединенных друг с другом цилиндров или в виде центральной газопроницаемой трубы, образующих активную зону цилиндрической формы (поперечное сечение, вид сверху).

На Фиг. 3 представлена схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями в форме многогранной призмы постоянного сечения с газопроницаемыми перегородками, соединенных друг с другом с образованием активной зоны, имеющей в сечении многоугольник (поперечное сечение, вид сверху).

На Фиг. 4 показана схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями с центральной газопроницаемой трубой, образующей активную зону (разрез, вид сбоку).

На Фиг. 5 представлена схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями в форме многогранной призмы постоянного сечения с образованием активной зоны, имеющей форму призмы переменного сечения (разрез, вид сбоку).

На Фиг. 6 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы жаропрочной трубой со сплошными газонепроницаемыми стенками (в качестве источника тепловой энергии - горелки с горелочными панелями) - контрольный пример.

На Фиг. 7 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы одной газопроницаемой перегородкой в виде центральной керамической трубы с газопроницаемой стенкой - пример по изобретению.

На Фиг. 8 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.

На Фиг. 9 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 0-50 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.

На Фиг. 10 показана микрофотография вспученного пехштейна из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.

На Фиг. 11 показана микрофотография вспученного вулканического пепла из фракции 0-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.

На Фиг. 12 показана микрофотография вспученного боросиликатного стекла из фракции 0-50 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.

Заявляемое устройство представлено на Фиг. 1-5, где приняты следующие обозначения:

1 - активная зона

2 - несколько газопроницаемых перегородок, образованных стенками цилиндров или призм

3 - узел первичного подсоса воздуха

4 - диспергатор

5 - питатель

6 - нагнетатель

7 - горелка с беспламенной горелочной панелью

8 - нагреватель входящего воздуха

9 - коллектор

10 - узел вторичного подсоса воздуха

11 - пылеуловитель

12 - дымосос

13 - несущая рама

14 - поток исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию

15 - одна газопроницаемая перегородка, образованная центральной газопроницаемой трубой

16 - газонепроницаемая пластина.

Заявляемое устройство содержит активную зону 1, размещенную в бескорпусной вертикальной печи шахтного типа (не показана). Стенки активной зоны 1 образованы газопроницаемыми перегородками 2 в виде цилиндров (Фиг. 2), размещены на несущей раме 13, с наружной стороны размещены горелки с беспламенными горелочными панелями 7. В верхней части активной зоны 1 имеется пояс охлаждения, снабженный узлом первичного подсоса атмосферного воздуха 3 с соответствующей газопроницаемой перегородкой 2, образованной стенками соответствующего цилиндра. Верхний пояс охлаждения сообщен с коллектором 9 и узлом вторичного подсоса воздуха 10, пылеуловителем 11 и дымососом 12. В нижней части активной зоны 1 размещен узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, представляющий собой питатель 5 для подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, диспергатор 4, соединенный с нагнетателем 6 для подачи воздуха и нагреватель 8 входящего воздуха для его предварительного подогрева. В активной зоне 1 в варианте её исполнения цилиндрической формы постоянного сечения может быть размещена центральная газопроницаемая труба 15.

Газопроницаемые перегородки 2 поясов нагрева активной зоны 1 выполнены из термостойкого материала, например керамики или металлокерамики, а также из пористых или перфорированных металлических труб и цилиндров.

Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 представляет собой распределительную камеру, размещенную в верхней части активной зоны 1 и сообщенную с ней, имеет патрубок для подачи воздуха, вводимого в верхнюю часть активной зоны 1 в качестве хладагента.

Диспергатор 4 представляет собой канал переменного сечения, сначала сужающийся, далее имеющий горловину постоянного сечения, а далее расширяющийся. Наиболее предпочтительным вариантом исполнения является трубка Вентури или сопло Лаваля.

Питатель 5 представляет собой загрузочный бункер с дозатором и транспортирующий агрегат, например шнек с числом заходов спирали от 1 до 4 для подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, в диспергатор 4.

Нагнетатель 6 может быть выполнен в виде центробежного вентилятора типа ВЦ-4, ВЦ-14 или аналогичных центробежных вентиляторов низкого, среднего или высокого давления в зависимости от производительности печи и концентрации вспучиваемого материала в активной зоне.

Нагреватель 8 входящего воздуха может быть выполнен в виде электрического канального нагревателя типа СВ-100 или НК-100, либо аналога, может быть снабжён как трубчатыми электронагревателями, так и нагревательными спиралями сопротивления из нихрома, кантала и т. д. Нагреватель 8 входящего воздуха также может быть выполнен в виде топливосжигающего узла, например теплогенератора типа ФОРТ или ВТР работающего либо на природном газе, либо на жидком топливе (керосин, дизельное топливо и т.д.).

Коллектор 9 может быть выполнен в виде конической трубы круглого или многоугольного сечения, сужающейся по направлению движения аэрозольного потока.

Узел вторичного подсоса воздуха 10 представляет собой камеру с кольцевым зазором, сообщающимся с газоходом, а также снабжённую регулирующим клапаном типа КВК или аналогом.

Пылеуловитель 11 может быть выполнен в виде циклона типа ЦН конструкции НИИОГАЗ, фильтр-циклона типа ФР или рукавного фильтра типа ФРМ конструкции НИИПРОЕКТАСБЕСТ.

Дымосос 12 может быть выполнен в виде центробежного вентилятора типа ВЦ-4, ВЦ-14 или аналогичных центробежных вентиляторов среднего или высокого давления в зависимости от производительности установки и концентрации материала в активной зоне.

Несущая рама 13 представляет собой металлическую конструкцию, предназначенную для размещения горелок с беспламенными горелочными панелями 7 в соответствии с заданной геометрией активной зоны 1.

Внутри каждого пояса активной зоны расположены газопроницаемые перегородки 2, которые могут быть выполнены в виде призм соответствующей высоты (Фиг. 3). Активная зона 1 вертикальной печи в этом случае представляет собой призматическую конструкцию, составленную из расположенных по боковым сторонам призмы беспламенных горелочных панелей 7 с направлением потока тепловой энергии к центру активной зоны 1, причём призматическая конструкция может иметь от 4 до 16 сторон, с расположенной по центру активной зоны 1 системой газопроницаемых перегородок круглого или многоугольного сечения с числом сторон от 4 до 16, а количество поясов нагрева, обеспечиваемых соответствующими беспламенными горелочными панелями 7 может иметь значение от 6 до 24, причём все беспламенные горелочные панели 7 гидравлически изолированы друг от друга.

Беспламенные горелочные панели 7 в количестве от 4 до 16 штук расположены вертикально боковыми поверхностями друг к другу, образуя пояс нагрева в форме призмы. Эти пояса нагрева расположены вертикально, образуя активную зону 1.

Все горелки с беспламенными горелочными панелями 7 гидравлически изолированы друг от друга для недопущения перетока топливовоздушной смеси, отрыва или проскока пламени с поверхности горелочной панели внутрь горелки. Пояса нагрева и охлаждения активной зоны 1 предпочтительно имеют одинаковые размеры, но могут иметь и разные размеры.

Поток дымовых газов от беспламенных горелочных панелей 7 гидравлически изолируется от соседних потоков путём установки газонепроницаемых пластин 16, изготовленных из жаропрочного сплава, либо из термостойкой керамики с нулевой газопроницаемостью. Газонепроницаемые пластины 16 вплотную прилегают друг к другу и к газопроницаемым перегородкам 2, они изолируют потоки дымовых газов и предотвращают отрыв или проскок пламени внутрь горелочных элементов.

В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером частиц от 250 до 1000 мкм и частиц, больших по размеру, достаточно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров постоянного сечения, либо в виде многогранных призм постоянного сечения, либо в виде центральной газопроницаемой трубы 15 постоянного сечения, поскольку частицы таких размеров двигаются вдоль оси активной зоны практически линейно и не налипают на стенки активной зоны 1.

В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером от 150 до 250 мкм при его концентрации в активной зоне до 25 г/м³ также можно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров постоянного сечения, либо в виде центральной газопроницаемой трубы 15 постоянного сечения, либо в виде многогранных призм постоянного сечения, поскольку при данной концентрации в активной зоне налипание на газопроницаемые стенки практически отсутствует.

В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером от 150 до 250 мкм при их концентрации в активной зоне свыше 25 г/м³ предпочтительно использование конфигурации газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров с размерами, обеспечивающими увеличение диаметра активной зоны 1 от диспергатора 4 узла подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, к коллектору 9, либо в виде многогранных призм с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 к коллектору 9 (Фиг. 5), поскольку при данной концентрации частиц в активной зоне 1 налипание на газопроницаемые стенки 2 может быть значительным. При повышенной концентрации потока вспучиваемых частиц в активной зоне предпочтительно использование активной зоны 1 площадь сечения которой увеличивается по направлению движения обрабатываемого потока в направлении выхода из активной зоны 1.

В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером менее 150 мкм при любой его концентрации в активной зоне 1 предпочтительно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 к коллектору 9, либо в виде многогранных призм с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 узла подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, к коллектору 9 (Фиг. 5), поскольку частицы таких размеров двигаются практически всегда нелинейно и стремятся обильно налипать на внутреннюю поверхность газопроницаемых перегородок 2 активной зоны 1.

Узел первичного подсоса воздуха 3, составленный из поясов в количестве от 1 до 6 (Фиг. 1), не имеющих беспламенных горелочных панелей 7, предназначен для создания температурного градиента путем регулируемого охлаждения вспученного материала активной зоны 1 воздухом, поступающим из узла первичного подсоса воздуха 3. Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 активной зоны 1 снабжён пористыми газопроницаемыми перегородками 2, аналогичными газопроницаемым перегородкам 2 поясов нагрева. Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 снабжён регулирующими устройствами, в качестве которых могут быть использованы любые известные клапаны, предназначенные для регулирования расхода воздуха. Назначение узла первичного подсоса атмосферного воздуха 3 - охлаждение потока размягчённых вспученных частиц и постепенный перевод вспученного материала в твердое состояние с формированием полых легковесных гранул.

Внутренняя полость активной зоны 1 вертикальной печи представляет собой газопроницаемую камеру, образованную соединенными друг с другом контактными поверхностями газопроницаемыми перегородками 2 или центральную газопроницаемую трубу 15, стенки которой являются одной газопроницаемой перегородкой, выполненной из стойкого к высокой температуре газопроницаемого материала, преимущественно из керамики, либо из металлокерамики (керметы), а также из пористых или перфорированных металлических цилиндров и труб.

Керамические материалы могут быть следующих видов, но не ограничиваясь ими: шамот, корунд, алюмосиликаты и прочие материалы на основе Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂, Fe₂O₃, MgO, CaO и т.д.

Керметы (металлокерамические материалы) могут содержать металлическую фазу из следующих металлов, но не ограничиваясь ими: Cr, Ni, Al, Fe, Со, Ti, Zr или их сплавы.

Керамическая фаза может содержать следующие компоненты, но не ограничиваясь ими: оксиды Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂, карбиды SiC, Cr₃C₂, TiC, WC, бориды Cr₂B₂, TiB₂, ZrB₂, силициды MoSi и нитриды TiN. Содержание керамической фазы в зависимости от её рабочей температуры может принимать значения от 5 до 90%.

Пористые металлические сплавы могут включать полученные методами порошковой металлургии сплавы на основе следующих металлов, но не ограничиваясь ими: Mn, Ni, Fe, Cr, W, Mo и их карбидов, боридов и силицидов.

Также материал может являться сплавом, полученным классическими металлургическими методами, но имеющим сквозные отверстия по всей поверхности. Отверстия могут быть выполнены сверлением, выжиганием лазером, плазменным источником, либо гидроабразивной обработкой.

Газопроницаемость стенок 2 и центральной газопроницаемой трубы 15 предпочтительно имеет значения пористости в диапазоне 5-70 %, диаметра пор или отверстий в диапазоне 0,01-1,5 мм, удельную плотность распределения пор или отверстий по поверхности в диапазоне 10-2500 пор/см², гидравлическое сопротивление в диапазоне 1,5-200 Па.

Вспучивание исходного порошкового неорганического материала, не имеющего в составе порофор, требует предварительного смешивания исходного материала с порофором.

Предварительное смешивание порошкового материала с порофором не требуется в том случае, если в его составе уже имеется порофор, например физико-химически связанная вода.

Вспучивание исходного порошкового неорганического материала осуществляется следующим образом:

Исходное порошковое неорганическое сырьё в диспергаторе 4 дезагрегируется (распадается на независимые неслипшиеся частицы) и попадает в нижний пояс активной зоны 1 вертикальной печи. Происходит его нагрев до 300-500°С. До указанной температуры исходный материал не претерпевает структурных изменений.

При дальнейшем нагреве, например, обсидианового и перлитового материала до 500-700°С происходит его размягчение до вязкости 10⁸-10¹² Па⋅с, что недостаточно для оплавления и формирования вспученной частицы. При температуре 700-900°С происходит размягчение частиц до вязкости 10⁷-10⁸ Па⋅с, что достаточно для начала оплавления неорганической частицы и её самопроизвольной деформации в направлении формирования идеальной сферы под действием сил поверхностного натяжения. Кроме того, при этой температуре начинают разрушаться молекулярные связи, образуются ядра парообразования, появляются микропузырьки пара в вязкой расплавленной частице. При температуре 800-1200°С вязкость снижается до 10⁶-10⁷ Па⋅с, происходит интенсивное выделение паров воды и формирование пузырьковой структуры продукта, т. е. происходит вспучивание, при этом происходит непрерывный газообмен между внутренней газовой полостью частицы и внешним потоком дымовых газов через проницаемую расплавленную мембрану - стенку вспучиваемой частицы. Пары воды покидают внутреннюю полость вспученной частицы, а во внутрь частицы попадают газы, составляющие основной поток (азот, кислород, углекислый газ, пары воды). Далее температура потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 снижается за счёт его разбавления воздухом, поступающим в узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3, вязкость материала частиц резко увеличивается, частицы материала становятся твёрдыми, уносятся через коллектор 9, окончательно охлаждаясь в узле вторичного подсоса воздуха 10.

Основной поток дымовых газов не должен дополнительно содержать воду или водород, поскольку при увеличении парциального давления паров воды свыше 14 000 Па в потоке теплоносителя, скорость диффузии паров воды из вспученной в пузырёк частицы минерального материала во внешний поток теплоносителя будет снижаться, а процесс вспучивания будет тормозиться.

В случае обработки порошкового минерального материала, в качестве которого используют синтетическое стекло, например, боросиликатное стекло, размягчение частиц происходит при 900-1100°С, а интенсивное вспучивание частиц происходит при 1100-1200°С. Порофором при этом может быть сульфат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый в шихту на стадии варки. В случае обработки алюмосиликатного гранулята порофором помимо сульфата может также быть нитрат или карбонат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый на стадии грануляции.

Реакция разложения сульфата натрия будет протекать по следующей схеме:

Na₂SO₄ → Na₂O + SO₂↑ + O₂↑

Реакция разложения нитрата натрия будет протекать по следующей схеме:

NaNO₃ → Na₂O + NO₂↑ + O₂↑

Процесс разложения указанных веществ можно интенсифицировать путём создания восстановительной атмосферы в активной зоне. Восстановительные условия можно создать за счёт неполного сгорания углеводородного топлива с образованием монооксида углерода. Тогда реакции будут протекать по следующим схемам:

Na₂SO₄ + CO → Na₂O + SO₂↑ + CO₂↑

NaNO₃ + CO → Na₂O + N₂↑ + CO₂↑

Проведение процесса вспучивания при работе беспламенных горелочных панелей 7 с коэффициентом избытка воздуха равным 0,85-0,99 обеспечит снижение температуры вспучивания на 50-100°С, а следовательно, приводит к снижению расхода топлива, уменьшению времени нахождения частиц в активной зоне и снижению вероятности их перевспучивания.

Восстановительные условия можно создать не только за счёт снижения коэффициента избытка воздуха в беспламенных горелочных панелях 7, но и за счёт введения водорода в активную зону 1.

Остаточные объёмы монооксида углерода в потоке дымовых газов на выходе из активной зоны 1 после разбавления вторичным воздухом из узла первичного подсоса атмосферного воздуха 3 можно нейтрализовать и перевести в диоксид углерода любым известным специалистам методом, например, каталитическим окислением или обработкой в озонирующем поле коронного разряда электрофильтра высокого напряжения.

Тип используемых беспламенных горелочных панелей 7 определяется выбором топливовоздушной (горючей) смеси.

Вспучивание при коэффициенте избытка воздуха 1,00 и выше следует проводить при использовании керамических, либо металлокерамических инфракрасных беспламенных горелочных панелей 7 с каталитическим покрытием на основе соединений платины, хрома или оксида кобальта.

Вспучивание при коэффициенте избытка воздуха 0,85-0,99 следует проводить при использовании керамических, либо металлокерамических инфракрасных беспламенных горелочных панелей без каталитического покрытия, поскольку в восстановительной среде произойдёт неизбежное отравление катализатора и безвозвратная утрата высоких рабочих характеристик беспламенной горелочной панели 7 в целом.

Работа вертикальной печи осуществляется под разрежением 0,1-1000 Па, а предпочтительно, но, не ограничиваясь - под разрежением 10-50 Па, для исключения застойных зон и перетока сред от активной зоны к беспламенным горелочным панелям 7.

В силу гидродинамических режимов беспламенного горения топлива в беспламенных горелочных панелях 7 необходимо создавать условия для свободного движения смеси воздуха и газообразного топлива или паров жидкого топлива (топливовоздушной или газовоздушной смеси) к беспламенной горелочной панели 7 (с холодной стороны) и свободного движения дымовых газов от беспламенной горелочной панели 7 с другой стороны (от горячей стороны к центру активной зоны 1).

При нарушении режима движения упомянутых сред происходит сдвиг фронта горения, срыв пламени или обратный удар. Чтобы не допустить выход режима горения вне оптимальных границ требуется создание разрежения (перепада давления) в активной зоне установки на уровне 10-1000 Па.

Дополнительно на каждую беспламенную горелочную панель 7 устанавливается устройство независимого поддержания положительного давления (перепада давления по сравнению с атмосферным) на уровне 50-1000 Па. Устройство может быть выполнено в виде централизованной системы наддува воздуха центробежным вентилятором с разводкой к каждой беспламенной горелочной панели 7 и индивидуальным регулированием расхода и давления заслонкой с сервоприводом, либо установкой устройств для наддува на каждую беспламенную горелочную панель 7 индивидуально.

Каждая беспламенная горелочная панель 7 снабжена датчиком измерения давления и расхода воздуха, а также датчиком измерения давления и расхода горючего вещества, например природного сетевого газа. Постоянный контроль указанных параметров позволяет строго регулировать значения коэффициента избытка воздуха, а также не допустить перехода фронта горения к холодной стороне горелочной панели и обратного удара.

Контроль и поддержание заданных значений следует производить с помощью автоматического регулятора, например ПИД-регулятора.

Передача тепловой энергии от беспламенных горелочных панелей 7 происходит как посредством излучения, так и посредством конвекции за счёт подачи дымовых газов под давлением через газопроницаемые стенки активной зоны 1 от беспламенных горелочных панелей 7 в активную зону 1 и последующего кинетического взаимодействия дымовых газов с потоком исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14.

Ввиду универсальности беспламенных горелочных панелей в качестве топлива может быть использован широкий спектр материалов, например: городской сетевой природный газ, компримированный природный газ, сжиженный природный газ (пропан-бутановая смесь), синтез-газ и другие виды газообразного топлива, широкодоступные в промышленности. Кроме того, топливом могут быть способные к испарению углеводороды и их производные - органические вещества (керосин, бензин, этанол и т.д.).

Вспучивание минеральных частиц является энергозатратным процессом. Часть затрачиваемого тепла можно вернуть в систему путём установки после узла пылеулавливания теплообменника - рекуператора для нагревания идущего на горение

первичного воздуха выхлопными газами. За счёт сохранения тепловой энергии в системе можно добиться снижения затрат топлива на 30-35% по сравнению с вариантом без использования теплообменника - рекуператора.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Требуемую фракцию порошкообразного материала, например перлита, с помощью питателя 5 подают в диспергатор 4, действующего по принципу трубы Вентури. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором 6, проходит через нагреватель 8 входящего воздуха, где нагревается до температуры от 300 до 900°С и течет со скоростью от 0,1 до 20,0 м/с, а далее - через переменное сечение конической трубки диспергатора 4. В горловину диспергатора 4 подают порошкообразное неорганическое сырье, которое диспергируется турбулентным потоком воздуха, нагнетаемым из вентилятора 6. Образующийся поток из диффузора диспергатора 4 с равномерно распределёнными в потоке частицами, поступает в нижнюю часть активной зоны 1, где осуществляют термическую обработку потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 по активной зоне снизу вверх.

Активная зона 1 представляет собой несколько газопроницаемых перегородок 2, образованных стенками цилиндров переменного размера, установленных внутри активной зоны с внутренней стороны беспламенных горелочных панелей 7 (Фиг. 2). Газопроницаемые перегородки 2 в виде цилиндров герметично взаимодействуют между собой по контактирующим поверхностям, образуя по вертикали соответствующие пояса нагрева активной зоны, которые разделены газонепроницаемыми пластинами 16, что позволяет избежать перетока сред, подсосов и застойных зон (Фиг. 4).

Газопроницаемые перегородки 2 в виде цилиндров на каждом уровне нагреваются до заданной температуры от 600 до 1200°С, которая контролируется индивидуально для каждой беспламенной горелочной панели 7 системой управления (не показана). Нагревание газопроницаемых перегородок 2 в виде цилиндров происходит за счёт тепла, выделяемого при сжигании в горелках топливо-воздушной смеси и прохождении дымовых газов через беспламенные горелочные панели 7. Каждая газопроницаемая перегородка 2 в виде цилиндра обогревается соответствующими беспламенными горелочными панелями 7 снаружи, причём управление режимом нагрева осуществляют независимо друг от друга. Это необходимо для обеспечения равномерности температурного поля по всей высоте активной зоны 1, а также позволяет регулировать уровень максимальной температуры для обеспечения эффективной термической обработки.

Поток исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 последовательно проходит через все пояса нагрева вдоль оси активной зоны в направлении коллектора 9.

В одном из примеров каждый пояс нагрева ограничен стенками газопроницаемой перегородки 2, представленной цилиндром, и расположенными вокруг него беспламенными горелочными панелями 7, составленными в ребрах многогранной призмы.

При беспламенном горении выделяется тепловая энергия, что приводит к нагреву газопроницаемой перегородки 2 до заданной температуры. Регулировка температуры каждого пояса нагрева происходит за счёт изменения количества подаваемого на горение топлива и коэффициента избытка воздуха. Дымовые газы, образующиеся от сгорания топлива и исходящие от поверхностей беспламенных горелочных панелей 7, проходят сквозь поры в газопроницаемой перегородке 2 или центральной газопроницаемой трубы 15, создавая непрерывно обновляемую защитную газовую подушку на внутренней поверхности их стенок.

Защитная газовая подушка на внутренней поверхности газопроницаемых перегородок 2 в каждом поясе нагрева обеспечивает исключение налипания мелкой фракции (менее 150 мкм) на стенки. Между коллектором 9 и активной зоной 1 установлен узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3, снабжённый собственной газопроницаемой перегородкой 2, являющейся газопроницаемым термостойким цилиндром или верхним участком центральной газопроницаемой трубы 15. В поясе охлаждения происходит подсос воздуха с целью охлаждения термически обработанного потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14, представляющего собой мягкие расплавленные пористые гранулы, до твёрдого состояния. Скорость потока воздуха через газопроницаемые перегородки 2 в узле первичного подсоса воздуха 3 (в поясе охлаждения) выбирается в диапазоне от 0,01 до 0,5 м/с таким образом, чтобы излишне не охлаждать расположенные ниже газопроницаемые перегородки 2 поясов нагрева.

На выходе из узла первичного подсоса воздуха 3 образовавшийся поток легковесных полых гранул и отходящие газы попадают в коллектор 9, проходят через регулируемый смеситель - узел вторичного подсоса воздуха 10, где смешиваются с холодным атмосферным воздухом для окончательного контролируемого охлаждения полученных полых легковесных гранул, а оттуда охлажденный поток поступает в пылеуловитель 11, где осуществляется улавливание полых легковесных гранул. Очищенные отходящие газы выбрасываются в атмосферу посредством дымососа 12.

Дымосос 12 создаёт разряжение на уровне 0,1-1000 Па, что позволяет исключить переток сред и образование застойных зон в активной зоне.

Осуществление заявляемого способа позволяет получить прочные полые легковесные гранулы с закрытой пористостью, т.е. с заявленными характеристиками. В таблицах 1-4 приведены параметры способа вспучивания перлитового сырья разного гранулометрического состава, который осуществлен согласно заявляемого способа с использованием заявляемого устройства (примеры по изобретению) и сравнительный пример (контрольный пример), который осуществлен тем же способом, но вместо газопроницаемой камеры в контрольном примере была использована обычная камера, стенки которой выполнены сплошными.

Конструкция № 1 (контрольный пример) - активная зона образована трубой круглого сечения из жаропрочного сплава со сплошной газонепроницаемой поверхностью и окружающими её горелками с беспламенными горелочными элементами. Данная труба нагревается теплом, исходящим от окружающих её беспламенных горелочных панелей, но сплошные стенки трубы препятствует прохождению сквозь нее потока дымовых газов, который мог бы служить защитной газовой подушкой. В этом случае вспучивающийся материал обильно налипает на внутреннюю поверхность газонепроницаемой трубы.

Конструкция № 2 (пример по изобретению) - активная зона образована центральной газопроницаемой трубой, выполненной из керамического материала, круглого постоянного сечения и окружающими её горелками с беспламенными горелочными элементами (конструкция согласно Фиг. 2 и Фиг. 4).

Конструкция № 3 (пример по изобретению) - активная зона образована газопроницаемыми перегородками в виде соединенных друг с другом керамических призм с числом боковых сторон равным 8 переменного сечения и окружающими её горелками беспламенными горелочными элементами (конструкция согласно Фиг. 3 и Фиг. 5).

В таблице 5 приведены данные по вспучиванию различных видов неорганических порошковых материалов для контрольного примера № 1 и примеров по изобретению № 2 и № 3.

Как видно из приведенных примеров по изобретению № 2 и № 3 (Таблицы 1-5), проведение процесса термообработки заявляемым способом различных видов неорганических порошковых материалов разного фракционного состава обеспечивает повышение выхода конечного продукта на 15-20% по сравнению с контрольным примером (без газопроницаемой перегородки по высоте активной зоны), сократить количество налипшего на стенки активной зоны вспучиваемого материала более чем в 20 раз. Также на представленных фото видно, что осуществление заявляемого способа обеспечивает получение полых легковесных гранул хорошего качества.

Представленные примеры конкретного выполнения доказывают, что заявляемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают достижение заявленного технического результата.

Изобретение относится к способу термообработки неорганических порошковых материалов полых легковесных неорганических мелкодисперсных наполнителей на основе перлита, пехштейна, вермикулита и других природных и синтетических материалов. Способ включает подачу исходного сырья, нагнетаемого снизу совместно с потоком предварительно подогретого воздуха, термическую обработку образующегося потока исходного сырья в активной зоне, которая имеет гидравлически независимые пояса нагрева и охлаждения, при этом термическую обработку потока ведут путем нагрева независимыми друг от друга горелками, снабжёнными беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, которые подают под давлением в соответствующие пояса нагрева активной зоны через по меньшей мере одну газопроницаемую перегородку, образующую стенки газопроницаемой камеры, в каждом поясе нагрева активной зоны создают заданный температурный режим, при этом в верхней части активной зоны создают один или более поясов охлаждения путем первичного подсоса атмосферного воздуха и подачи его потока через газопроницаемую перегородку в активную зону для смешивания с потоком вспучиваемых частиц, в нижнюю часть активной зоны предварительно подогретый воздух подают с заданной скоростью, а на выходе из активной зоны создают разряжение путем принудительного отсоса отходящих газов, поток полых легковесных гранул, образующийся на выходе из активной зоны, охлаждают воздухом посредством вторичного его подсоса и собирают в емкости. Раскрыто устройство для термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул неорганических мелкодисперсных наполнителей. Обеспечивается получение полых легковесных гранул с закрытой пористостью и высокой прочностью из неорганического сырья фракций от 0 до 1000 мкм, в том числе, содержащей мелкодисперсную фракцию 0-250 мкм, с выходом полых легковесных гранул 90-98,5 %. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил., 5 табл.

1. Устройство для термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул, выполненное в виде вертикальной печи шахтного типа с активной зоной, образованной горелками с беспламенными горелочными панелями для сжигания топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, горелки с беспламенными горелочными панелями размещены на несущей раме на внутренней образующей печи с образованием активной зоны и подключены к независимым друг от друга источникам подачи топлива и воздуха, элементам управления и контроля, образуя пояса нагрева активной зоны, с внутренней стороны беспламенных горелочных панелей размещена газопроницаемая камера, стенки которой выполнены из термостойкого материала и образованы центральной газопроницаемой трубой или газопроницаемыми перегородками, соединенными друг с другом по контактирующим поверхностям, размещенными вдоль оси активной зоны, в верхней части активной зоны размещён один или более поясов охлаждения, содержащие по меньшей мере один первичный узел подсоса атмосферного воздуха, между соседними беспламенными горелочными панелями и узлами первичного подсоса атмосферного воздуха размещены газонепроницаемые пластины, выполняющие функцию направляющих потоков дымовых газов и подсасываемого атмосферного воздуха, на входе в активную зону в нижней её части размещены узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, состоящий из питателя для подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию в диспергатор, последний соединен с нагнетателем для принудительной подачи воздуха через нагреватель входящего воздуха для его предварительного подогрева, а на выходе из активной зоны верхний пояс охлаждения сообщен с последовательно соединёнными друг с другом коллектором, узлом вторичного подсоса воздуха для охлаждения выходящего потока полых легковесных гранул, дымососом и емкостью для сбора полых легковесных гранул.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральная газопроницаемая труба в сечении имеет круглую или многоугольную формы.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газопроницаемая камера имеет цилиндрическую форму.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газопроницаемые перегородки выполнены в виде цилиндров.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газопроницаемая камера имеет призматическую форму.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что газопроницаемая камера имеет от 4 до 16 сторон.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газопроницаемая камера выполнена с постоянным сечением по её высоте.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газопроницаемая камера выполнена с переменным сечением с расширением в направлении к верхней части.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество поясов нагрева имеет значение от 6 до 24.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве термостойкого материала для стенок газопроницаемой камеры используют пористую керамику или металлокерамику или пористый или перфорированный металл.

11. Способ термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул с использованием устройства для термообработки неорганических порошковых материалов по п. 1 путем подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, нагнетаемым снизу в вертикальную печь шахтного типа совместно с потоком предварительно подогретого воздуха, образующийся поток частиц, подлежащих вспучиванию, подвергают термической обработке в активной зоне, которая имеет гидравлически независимые пояса нагрева и охлаждения, термическую обработку потока ведут посредством нагрева независимыми друг от друга горелками, снабжёнными беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, которые подают под давлением в соответствующие пояса нагрева активной зоны через по меньшей мере одну газопроницаемую перегородку, образующую стенки газопроницаемой камеры, в каждом поясе нагрева активной зоны создают температурный режим от 600-1200°С, при этом в верхней части активной зоны создают один или более поясов охлаждения посредством первичного подсоса атмосферного воздуха и подачи его потока через газопроницаемую перегородку в активную зону для смешивания с потоком частиц, подлежащих вспучиванию, в нижнюю часть активной зоны предварительно подогретый воздух подают со скоростью от 0,1 до 20,0 м/с, а на выходе из активной зоны создают разряжение путем принудительного отсоса отходящих газов, поток полых легковесных гранул, образующийся на выходе из активной зоны, охлаждают воздухом посредством вторичного его подсоса и собирают в емкости.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, берут порошкообразный перлит, или порошкообразный вермикулит, или порошкообразное боросиликатное стекло, или порошкообразный алюмосиликатный гранулят, или порошкообразный пехштейн, или вулканическую пыль.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что исходное сырье в виде частиц, подлежащих вспучиванию, предварительно смешивают с порофором.