Циклонная печь Советский патент 1982 года по МПК F27B15/00 

(54) ЦИКЛОННАЯ ПЕЧЬ

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности, к цикпшны печам для получения силикатной связки абразивных изделий и может быть исполь зовано в химической и металлургической промьпштенн ости. Современные циклонные печи в основном предназначены для переработки 0ftнсжомпонентных рудных материалов, пре; ставпяющих собой однородные проЬукты., При переработке многокомпонентных туг плавких шихт, составляющие которых от личаются между собой плотностью Тот 800 до ЗООО кг/м), гранулометриюеким составом (от нескольких мшфон До 2-3 мм) и температурой плавления (от 1ОО до ) в этих печах получить качественные продукты практически не- возможно. В связи с ЭТИМ возникает необходимость создания ЦИКЛОННЫХ печ&й для термохимической переработки много-. компонентнсй тугоплавкой шихты. Известна циклонная печь, для термохимической переработки минерального сьфья, содержащая рабочую камеру с пережимом, соединенным с копильником расплава. Пережим выполнен со щелями переменного сечения по высоте, направленными тангенциально вдоль образующих в направлении крупси газового потока. Пережим опущен в копильник «гак, что его выходное отверстие расположено в плоскостн, параллельной продольной оси копильника, отстоит от днйща копильника, на 0,2-0,5 внутреннего диаметра рабочей камеры циклонной печи и находится непосредственно над расплавом П . Циклонная Печь с таким пережимом позволяет более качественные ч продукты из, однокомпшентных однороаных материалов, однако улучшение качества готовых продуктов в ней незначительно. Это связано со снижением кинематическ(й энергии газового потока, вследствие расширения его в пережимедиф4огаоре. В результате этого снижается эффективность перемешивания расплава и сепарации из газсжого потока чаотиц швхты и расплава. Кроме того, происходит образо1зание настылей на щелюс пережима, приводящее к срыву круткк потока и ухудшению перемешивания расплава в копильнике, что в кшечном итоге способс1вует получению малокачестве ного продукта. Кроме того, срыв крутки газового потока вызьшает появление локальньсс зон, из-за которых поток стан о вится малостабильным (плохо арганизованным), и это также неблагоприятно ска зьшается на качестве продукта. Другим существенным недостатком известной циклсиной печи является низкий выход продукта, предопределенный близким расположением пережима к зеркалу расплава. Такое расположение пережима способствует интенсивному перемешиванию расплава, его гомогенизации и усреднению по химическому составу, но при этом газовый поток проникает вглубь расплава, а выходя из него, захватывает с собой и уносит из печи значительное количество расплава. Установка за печью жидкопленочного сепаратна не устраняет это явление, так как расплав осаждается на трубах сепаратора и происходит уменьшение проходного сечения газовому потоку между трубами, что вызьшает увеличение скорости газов в межтрубном пространстве, срыв осевшего па трубах расплава и вьшос его в запечную теплоиспользующую установку. В известной циклонной печи не удается получить качественные продукты с высоким вьсходом даже из однородных однокомпснентных рудных материалов и тем более невозможно получить качественные npojt KTbi из многокомпонентных тугоплавких шихт, так как относительно мелкие и легкие компсяненты этой шихты проскакивают через щели пережима,- уносятся за печь и практически не участвуют в химических реакциях, протекающих в расплаве. Наиболее близкой к предлагаемой является циклсиная печь, содержащая ра- бочую камеру, с пережимом, соединенным с цилиндрическим копильником расплава. Парежим установлен на копильнике (сопряжен с ним) и расположен тангенциалы€о к его поперечному сечению. При прохождении через такой пережим в газовом пот оке будут огсутствовать локальные зояы с завихрениями, ш будет вь сокостабильным с практически одинаковым профилем скоростей по всей вььс0те перенсима. При этом образуется газовый поток с моишьшн центробежнььми силами, позволяющий легко отделять от него частицы расплава и эффективно перемешивать расплав в копильнике, создавая благоприятные условия для получения однородного по химическому составу продукта. Удаление пережима от зеркала расплава позволяет получить высокий вькод7ото ог про та частиц расплава незначителен) 23 . Недостатком печи является невозможность получения качественных продуктов из многокомпонентной тугоплавкой шихты вследствие того, что при выходе газового потока из пережима в копильник в верхней части копильника происходит расширение газового потсжа и отделение части потока, несущего частицы легких компшентов шюсты и расплава от основного потока, движущегося в нижней части копш.ьника. Это приводит к увеличению в расплаве тяжелых частиц. Легкие частицы внедряются в расплав по мере продвижения по копильнику и возле «етки. Однако усреднение расплава по химичесгому составу не успевает произойти. Кроме того, расплав, содержащий тугоплавкие частицы, быстро застывает из-за охлаждающего действия стенок копильника и эндотермических реакций, протекающих в расплаве, вязкость его увеличивается, перемешивание затрудняется. В результате готовый продукт получается неоднородным и содэр- . жит частицы непрфеагировавщих компонентов шихты. Существенным недостатком является также нарушение вращательного движения газового потока при столкновении его с ванной расплава, так как теряемая при этом энергия не используется для перемешивания расплава и газового потока, которое способствовало бы в некотфой степени получению качественного продукта. Цель изобретения - получение качественного однородного продукта из многокомпонентной тугоплавкой шихты за чет эффективного использования энергии газового потока в пережиме и копильц. расплава, при обеспечении высокого выхода готового продукта. - Указанная цель достигается тем, что в циклшной печи, содержащей рабочую камеру с пережимом, тангенциально соединенным с цилиндрическим копильником расплава, нижняя часть пережима введена в копильник, причем выходное отверстие пережима расположено в ппоокости, проходящей диаметрально и под углом 30-4О к вертикальной плоскости копильника, а последний снабжен расположенной вдоль его образующих в донной частиваннсй с горелками попупо руткенного горения. Конструкция пережима Позволяет переформировать газовый поток из закру- ченного (в начале пережима) в прямолинейный (в какие пережима) и далее изменить его направление из вертикальисто в &акрученный. При этом частицы расплава легкого компонента многокомпшентной шихты внедряются в зеркало расплава непосредственно под пережимом а не вьшосятся вдоль копильника и к летке, и таким образом становится возможным получение продукта заданного состава. Одновременно в, пережиме происходит дополнительное высокоэффективное перемешивание расплава и сепарация частиц расплава из газового потока. Все это благоприятствует получению качественного продукта. Выполнение копильника расплава с продольной ванной, установленной так, что газовый поток скользит по зеркалу расплава, позволяет газовому потоку пе- ремещаться без нарушения вращательног движения и высокоэффективно использова свою энергию для Поверхностного перемешивания расплава и сепарации частиц расплава и шихты из него. При этом частицы расплава не срываются с зеркала и не уносятся с потоком из печи. , Чтобы расплав не застывал и бьш жидкотекучим, продольная ванна копиль- ншса снабжена горелками полупогруженно го горения, которые не только подводят дополнительное топливо, но и перемешивают .расплав по всей глубш е, облегча при этом и ускоряя процессы гомогенизации и усреднения расплава по химичео кому составу. Высокоэффективное использование эне гии газового потока, как в пережиме, та и в копильнике, позволяет качественно переработать многокомпонентную туго-, плавкую шихту. Одновременно обеспечивается высокий выход готового продук-/ та. . Выходное отверстие пережима целесообразно располагать в плоскости, проходящей диаметрально и под углом ЗО. 4О к вертикальлой плоскости копильник так как если выходное отверстие пережима будет расположено в плоскости, проходящей диаметрально и под углом 4О к вертикальной плоскости кспильника расплава, то газовый поток будет врезаться в зеркало расплава и произойдет срьш крутки и снижение кинетической энергии, что в кеиечном итоге отразит ся на качестве и выходе готового продукта. Если же выходное отверстие пережима будет расположено в плоскости, проходящей диаметрально и под углом 30 к вертикальной плоскости копильника, то газовьй поток будет закручиваться над зеркалам расплава и захватывать с собой легкие частицы, что приведет к получению неоднородного малокачественного продукта. На фиг. 1 показана предлагаемая цик- печь,доодольный разрез; на фиг. 2 . сечен яе А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2. Циклонная печь для термохимической переработки многокомпга ентной тугоплавкой шихты содержит рабочую камеру 1 с двумя верхними вводами шихты 2 и двумя форкамерами 3, установленными тангенциально в верхней части камеры 1.. Форкамеры имеют водоохлаждаемую футеровку и центробежными механическими форсунками, установленными в начале форкамеры 3 (не указаны), Рабочая камера 1 соединена с цилиндрическим копильником расплава 4 с йомощью щелевидного (или цилиндрического пережима 5. Пережим 5 расположен тангенциально к поперечному сечению копильника 4. Верхняй часть пережима 5 входит в днище рабочей камеры 1 и имеет скос, а нижняя часть пережима опущена в копильник так, что выходаое отверстие пережима расположено, в плоскости, проходящей диаметрально и под углом 35 к вертикальной плоскости копильника 4, При этом длина пережима составляет О,7-0,,8 диаметра копильника, а диаметр копильника 4 равен диаметру рабочей камерь{ 1, Внешняя стенка нижней части пережима совпадает со стенке копильника, внутренняя - ей симметрична. Копильник расплава 4 сшабжен продольной ванной 6 с горелками попупогруженного горения 7. Внутренняя поверхность копильника 4 имеет огнеупе ную. кирпичную футеровку, а внутренняя поверхность ванны 6 и рабочей камеры 1 - гарнисажную. Кроме того, копильник имеет летку 8 дпя вьюода расплава и терцовое отверотие 9 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания. Циклонная печь работает следующим образом. Многокомпонентная полндй1сперсная тугоплавкая шихта для получения силикатной связки абразивных изделий через вводы шихты 2 поступает в верхнюю часть рабочей камеры. Для исключения настыле образования на выходе из вводов шихты 2 в них также подается небольшое количество сжатого воздуха. Одновременно горячий воздух и, жидкое топливо поступают в форкамеры 3. Воспламенение топлива во время пуска циклонного агрегата осуществляется от запальника, а при работе агрегата от раскаленной поверхности футеровки фс экамер 3. Продукты сгорания топлива, имеющие высокую температуру небольшого коэффициен та расхода воздуха, с большой скоростью поступают в рабочую камеру 1 циклонной печи и благодар59| тангецнальной установке форкамеры 3 образуется закрученный турбулентный газовый поток. Час тицы шихты, попадая в этот поток, мгно венно прогреваются до температуры плав ления, и под действием центробежных сил отбрасываются на стенки рабочей камеры 1, где образуют на поверхности гарнисажнсй футеровки тонкую пленку расплава, стекающую вниз. В стекающую плрнку расплава из закрученного газового потока непрерывно поступают частицы шихты, нагретые до температуры близкой к температуре плавления или расплавленные частицы. Вследствие этото, толщина пленки расплава на стенках рабочей камеры 1 по мере продвижения вниз непрерывно увеличивается. На дннше рабочей камеры 1, благодаря скосу на пережиме, образуется кольцевая ванна расплава, где происходит его интенсивное перемешивание газовым потоком. Расплав из ванны через скос непрерывной струей движется по правой стенке пережима 5. Закрученный газовый поток, пос тупая в пережим 5 вначале имеет высокую степень защзутки, но вследствие тре ния потока о струю расплава и стенки пережима степень закрутки резко снижается и газовый поток постепенно перефор мировьшается в прямолинейньй. Средняя скорость газового потсжа в пережиме 5 возрастает в несколько раз, так как пло щадь поперечного сечения пережима в 4-4,5 раза л еньше площади поперечного сечения рабочей камеры I, Благодаря ВЫСОКОЙ скорости газового потока и достаточно большой высоте пережима в нем происходит дополнительная тепловая обработка и перемешивание расплава. Be- : личша времени и интенсивность тепловой обработки расплава в пережиме 3 весьма близки к времени и. интенсивности тепловой обработки расплава в рабочей камере 1 циклонной печи. Выходная часть пережима 5 установлена тангенциалыяо к внутренней поверхности копильника 4 и, вследствие этого, в нем образуется закрученный газовый поток. Из пережима 5расплав стекает в продольную ванну 6копильника 4. Грушевидная форма копильника позволяет получить высоко эганизованный закрученный газовый поток, соприкосновение с расплавом которого происходит только на поверхности последнего. Наличие такого газового потока способствует максимальному осаждению частиц шихты и расплава из потока в начале копильника, что в значительной мере повьштает качество готового продукта и снижает потери шихты с пылеуносом. При движении расплава вдоль ванны происходит его интенсивное перемешивание и гомогенизация, как на поверхности за счет газового потока, так и по всей глубине ванны за счет гфелок полупогруженного горения. Работа этих горелок позволяет также поддерживать необходимую температуру расплава. Из копипьннка расплав выводят через летку 8 и направляют на грануляцшо. Высокотемпературные продукты сгорания через торцовое отверстие 9 поступают в запечную теплоиспопьзующую установку. Выход готового продукта составляет 93-97%. Оэеднйй коэффициент неоднородности готового продукта равен 0,957, что подтверждает получение качественного однородного продукта из многокомпдаентаой тугоплавкой шихты в цяклсиной печи. Конструкция предлагаемой циклсиной печи позволяет получить более качественный ОДНФОДНБ1Й готовый продукт из многокомпонентной полидисперсной тугоплавкой шихты, выход продукта при этом составляет 93-97%, вследствие уменьшения выноса шихтовых материалов н расплава из печи. Формул.а изобретения о Циклонная печь для термохимическсй переработки шихты, содержащая рабочую