Вращающаяся печь для прокалки кускового материала

 

Союз Советскнк

Социалистических республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1976243 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.05.81 (21) 3294575/29 — 33 с присоединением заявки РЙ (5I)M. Кл.

F 27 В 7/00

3Ьеудерстиллы6 качятет

СССР ло делам изобретений я открктяЯ (23) Приоритет (53) УДК621.783. .332 (088.8) Опубликовано 23.11.82. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 23.11,82 (72) Авторы изобретения

А. С. Татищев, В. А. Ершов, Ю. Н. Сапов, Л. H. Реут1бвйч

В. Г. Приходько, Ю. В. Шкарупа и В. П. Пучков

1

Ленинградский государственный научно — исследовательский и проектнйй институт основной химической промышленности и Ленинградский ордена.

Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного. Знамени технологический институт им. Ленсовета

{71) Заявители (54) ВРАШАЮ111АЯСЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПРОКАЛКИ КУСКОВОГО

М АТЕРИ АЛ А

Изобретение относится к области химического машиностроения, в частности к вращающимся печам для термообработки материалов, и может быть использовано для термообработки антрацита, кокса и других углеродистых ма5 териалов, например, для самоспекаюшихся электродов электротермических печей, а также к промышленности строительных материалов, например известняка.

Наиболее близкой по технической сущности, и достигаемому результату к предлагаемой является врашаюшаяся печь для прокладки углеродистых материалов.

Вращающаяся печь представляет собой длинный барабан, установленный с уклоном 2,5-5 и врашаюшийся со скоростью 1 — 5 об/мин.

Регулирование скорости вращения печи ступенчатое. Корпус печи футерован огнеупорным кирпичем.

Верхним концом барабан соединен с холод-2D ной (задней) головкой, которая через систему боровов соединена с дымовой трубой. Сквозь эту головку проходит стальная охлаждаемая водой труба, через которую производится загрузка материала в печь. С противоположной стороны барабан соединен с горячей (передней) головкой. В передней головке печи установлены жестко закрепленные форсунки для сжигания топлива. Через отверстие в нижней части головки горячие прокаленные материалы поступают в холодильник, расположенный под печью. Холодильник представляет собой .врашаюшийся стальной барабан, охлаждаемый снаружи водой. Благодаря уклону и вращению печи прокаливаемый материал, который подают в верхний конец печи, перемешается к ее нижнему концу, к горячей головке. Топливо и воздух вводят в нижний конец печи вблизи которого происходит горение.

Таким образом, физико — химические процессы происходят во вращающейся печи под влиянием тепловой энергии, которая развивается в результате горения топлива и передается дрокаливаемому материалу и ри перемещении его навстречу, продуктам горения, а также за счет снижения летучих и части самого прока, ливаемого материала. Температура прокалива976243

3 ния материала 1250 — 1300" С, температура отходящих газов 400 — 600 C (1).

Известная печь имеет следующие недостатки: большие потери материала при прокаливании. Потеря углеродистых материалов в про- 5 цессе прокаливания происходит из-за угара углерода прокаливаемых материалов и составляет 12-14,5% (общий угар включая летучие

g влагу 20-24%) и уноса материалов из печи

0,6-3,2% отвеса. загружаемого материала. 10

Процент угара углерода материала недопустимо высок низкое качество получаемого материала, вследствие низкой достигаемой температуры .нрокалки 1250 — 1300 С, удельное электросопро- 15 тивление составляет 1100 — 1300 см мм /м; высокая температура отходящих газов 400—

600 С и выше; неорганизованный подсос воздуха в печь резко увеличивает сгорание прокаливаемых zp материалов и осложняет управление процессом прокаливания.; низкий тепловой КПД печи, составляющий

24 — 42%, на режим работы печи сильно влияют свойства сырьевых материалов, особенно со- 25 держание летучих. Следовательно, печь работает неустойчиво при нрокалке различных материалов; большие затраты на капитальные вложения, вследствие больших геометрических размеров, з0 усложняется монтаж, изготовление и обслуживание печей; . большие колебания в длине эон сушки и подогрева материала, т.е. прокаливания и охлаждения, зависящие от длины факела горения газа илн мазута, приводят к снижению качества получаемых материалов; небольшая длина эоны прокаливания, что снижает производительность печи; значительное время прокалки материала, составляющее 80-90 мин, что снижает производительность печи; частый капитальный ремонт печи в результате износа наиболее слабого ее участка — шамотной футеровки.

Целью изобретения является повышение производительности печи и улучшение качества получаемого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в вращающейся печи для прокалки кускового

Материала, преимущественно антрацита, кокса, углей, содержащей барабан с горелочными устройствами, размещенными в горячей головке и загрузочным устройством, расположенным в холодной головке, горелочные устройства установлены под углом к оси барабана с воз55 можностъю изменения его в процессе прокалки от 3 до 50 и воэможностью перемещения внутрь барабана на расстояние 001-0,25 О, где Π— внутренний диаметр барабана и расположены на высоте, равнон расстоянию от оси барабана до 0,3 — 0,32 О а барабан выполнен по всей длине внутренней поверхности со спиралеобразным выступом высотой 0,01 — 0,02 О, шириной 0005 — 0,01 D и шагом 1,2 — 5,0 D no всей длине внутренней поверхности.

Кроме того, горелочные устройства располо. жены относительно друг друга на расстоянии между ними or 0,13 до 0,95 О. Горелочные устройства выполнены в виде плазменно — фурменных устройств.

Установка плазменно — фурменных горелочных устройств под углом к оси барабана с возможностью его изменения в процессе прокалки от 3 до 50 позволяет регулировать величину наиболее ответственной зоны .вращающейся печи — зоны прокаливания„от длины и расположения которой зависит качество прокаливання, сохранность переднего торца н головки печи, температура отходящих газов.

Установка плаэменно — фурменных устройств под углом менее 3" к осн барабана ухудшает теплопередачу от газа к прокаливаемому материалу, струя газа — теплоносителя задевает поверхностный слой прокаливаемого материала что снижает температуру его прокалки и, следовательно, его качество ухудшается, а также сказывается на зоне нрокалки, которая смещается к холодной головке и повышается температура отходящих газов и снижается

КОД печи и производительность.

Установка плазменно — фурменных устройств под углом более 50 к оси барабана печи сокращает длину зоны прокаливания при приме. ненни одного плазменно — фурменного устройства, в результате чего происходит.недопрокапка материала и снижение качества получаемого продукта. Материал также поступает в холодильник с повышенной температурой, что снижает КПД печи и ухудшает работу холодильника и сокращает срок его работы; Увеличение угла более 50 приводит также к тому, что плазменная струя, ударяя.в нижний торец вращающегося барабана, производит его перегрев и разрушение футеровки барабана и выхода иэ строя печи, что сокращает срок ее работы н вызывает частые остановки печи на ремонт.

Закрепление плаэменно — фурменных устройств подвижно с возможностью изменения угла наклона к оси барабана от 3 до 50 позволяет в процессе прокалки беэ ocTBHOBKH . печи переходить на различные виды сырья прокаливаемого материала — антрацит, коксы, угли.

Перемещение плазменно-фурменных устройств внутрь барабана на расстояние 001

0,25 О, где Π— внутренний диаметр барабана, Кроме того, плазменно — фурменные устройства должны быть расположены относительно друг друга на расстоянии между собой от

0;13 до 0,95 О.

Расположение плазменно — фурменных устройств на расстоянии менее 0,13 рабочего диаметра вращающегося барабана значительно усложняет монтаж и эксплуатацию данного

5 9762 позволяет также регулировать величину зоны прокаливания.

Перемещение плазменно-фурменных устройств на величину, больше 0,25 О не целесообразно, так как это приведет к местному перегреву футеровки, снижению КПД печи, сокрашению зоны прокалки и снижению качества получаемого материала. Здесь наблюдаются трудности изготовления и мбнтажа данного узла печи, что удорожает конструкцию. tO

Установка плазменно-фурменных устройств на расстоянии менее 0,01 0 приводит к уменьшению зоны прокалки и недопрокалке материала, что снижает качество получаемого материала. 1%

Смещение плазменно — фурменных устройств от оси барабана до 0,3-0,32 О вверх или вниз, направлено также на регулирование зоны прокаливакня и повышение качества материала и производительности печи. Смещение 20 плазменно — фурменных устройств на расстояние более 0,30 — 0,32 О приводит к сильному перегреву части горячей головки и нижнего торца вращающегося барабана и быстрому выходу их из строя, что сокращает межремонт- 2g ный период печи, ее производительность и снижает надежность работы.

При расположении плазменно — фурменных устройств на высоте, равной расстоянию от оси барабана до 0,3 — 0,32 О, в сочетании с Зп углом наклона к оси барабана от 3 до 50 и воэможностью перемещения внутрь барабана на расстояние 001 — 0,25 D достигается опти- . мальное сочетание технологических параметров, позволяющих повысить качество прокаливаемо3$ го материала, производительность печи, надежность работы (устойчивость) и ее КПЙ до 55 — 707о.

Применение на внутренней поверхности барабана по всей его длине спиралеобразного выступа высотой 0,01 — 0,02 О, шириной 0005—

0,01 О и шагом 1,2 — 5,0 О служит двум целям защите футеровки барабана от перегрева газом плазменно — фурменных устройств и лучшему перемешиванию и перемещению прокаливаемого материала в печи.

Инертный газ нагревается в плазменно— фурменных устройствах и имеет температуру

3000 — 6000 К. Выступ защищает футеровку печи от перегрева и разрушения, принимая на себя основной тепловой поток и увеличива50 ет срок ее службы, Так как материал перемещаI ется вдоль печи перекатыванием1 и смещением с выступом, то в отдельные моменты времени возможно воздействие газа — теплоносителя прямо на футеровку барабана печи или через тонкий слой прокаливаемого материала. В этих условиях основная тепловая нагрузка приходится на выступ, который и предохраняет футеровку барабана печи от преждевре43 d менного износа. Наличие выступа в печи позволяет также увеличить скорость движения материала и его перемешявание в печи, что также способствует повышению числа оборотов и объему загрузки печи до 25 — 30%, и, следовательно, повышению производительности печи и ее КПД. Равномерное перемешивание материала позволяет получить высокое качество получаемого продукта. В известной печи повышение коэффициента заполнения печи ухудшает условия прокаливания, передвижение материала и теплоотдачу, футеровки, отчего кожух печи резко перегревается, а качество прокаливания снижается.

Применение выступа высотой менее 0,010,2 О и шириной менее 0,005 — 0,01 0 ухудшает перемешивание материала в печи и значительно сокращается срок службы выступа вследствие

его быстрого износа, что приводит к частым остановкам на ремонт печи и снижает ее производительность и надежность работы, для получения продукта высокого качества. Выступ меньших размеров не позволяет также эффективно перемешивать и перемещать материал в печи.

Увеличение размеров выступа высотой более 0,01 — 0,02 0 и шириной более 0005—

0,01 О приводит к быстрому его износу вследствие перегрева струей высокотемпературного газа, неудовлетворительному перемешиванию материала и к неоправданному усложнению изготовления и монтажа его в печи, вследствие чего снижается качество продукта и производительность печи.

Шаг выступа 1,2 — 5,0 0 позволяет равномерно и с высокой скоростью перемещать прокаливаемый материал в печи, позволяя повысить объем заполнения печи до 25 — 30%, качество продукта и производительность печи, шаг менее 1,2 Р значительно усложняет монтаж печи и сокращает скорость движения материала в печи, что снижает ее производительность. Увеличивается время нахождения материала в,печи, т. е. неоправданно возрастает время обработки, одновременно сильно иэмельчается фракция прокаливаемого материала, что снижает его качество. Шаг более 5,0 О также снижает скорость прохождения материала и ухудшает его перемешнвание, в результате чего материал выходит недопрокаленный, т. е. снижается его качество.

7 976243 узла печи, так как устройства будут располагатъся вплотную. Расположение плазменнофурменных устройств на расстоянии между ийми более 095 О приведет к перегреву торца барабана и быстрому его износу и остановке печи на ремонт, снижению производительности, так как основная тепловая нагрузка будет приходиться на торец барабана.

При этом достигается оптимальное сочетани высокой производительности вращающейся печи и высокое качество получаемого продукт

На фиг. 1 схематично изображена вращающаяся печь, общий внд; на фиг. 2 — расположение плазменно — фурменных устройств относительно друг друга, на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1.

Печь состоит из вращающегося барабана 1, снабженного ио всей длине внутренней поверхности спиралеобразным выступом 2. Барабан установлен с уклоном 2,5 — 9 и вращающийся со скоростью до 16-20 об/мин. Корпус печи сварной, выполнен из стандартных стальных листов, футерован огнеупорным кирпичем.

Внутреннее рабочее устройство и выступ в соответствии с режимом работы и назначением выполнены из угольных блоков и плит. Верхним концом барабан соединен с холодной (задней) головкой.3, через эту головку и герметичное загрузочное устройство 4 осуществляется загрузка прокалываемого материала в нечь. Нижним концом барабан соединен c горячей (передней) головкой 5. В передней головке печи для нагрева прокаливаемого матерйала установлено плазменно-фурменное устройство 6 под углом к оси барабана с возможностью изменения его в процессе прокалки от 3 до 50 . газов наклона плазменно — фурмениых устройств к оси печи от 3 до 50 их перемещением внутрь е печи на расстояние 0,01 — 025 D и расположением

tO на высоте от оси барабана до 0,3 — 0,32 D. а. Нагрев антрацита, кокса, углей во вращающейся печи осуществляется за счет высокотемпературного инертного газа. В качестве инертного газа — теплоносителя применяется азот, аргон, окись углерода, водород и другие или их смесь в любых количествах. Нагрев газа осуществляется электродуговыми или индукционными плазменно — фурменными устройствами до температуры 2000 — 8000 К.

Снижение температуры ниже 2000 К ведет к увеличению времени прокалки и снижению производительности печи, а выше 8000 К приводнт к сильному росту расхода электроэнергии. Оптимальной является температура газа

3000 — 6000 К.

Зона прокаливания за счет введенных отличий увеличивается в зависимости от длины печи, до 25 — 40 м, что является положительным фактором, так как создаются

З© условия для более продолжительного пребыва. ния материала при наиболее высокои температуре в печи, и следовательно, более быстрого и лучшего прокаливания, а также увеличения производительности печи, за счет увеличения скорости движения материала.

35.

Третья зона охлаждения, наиболее короткая и располагается в передней части перед плазменно-фурменными устройствами или при их перемещении внутрь барабана на расстоянии

46

0,01 — 0,25 0 эа ними, При данных конструктивных особенностях печи сохраняет постоянные разМеры, что важно для устойчивой работы печи.

Плазменно-фурменное устройство имеет возможность перемещения внутрь барабанов на расстояние 0,01 — 0,25 D, где 0 внутренний диаметр барабана и расположено на высоте, равирй расстоянию от оси барабана до 0,3—

0,32 О. Пиазменно — фурмеиных устройство может бьггь одно, два и более, в зависимости от требуемой мощности печи. В этом случае нлазменно — фурменные устройства расположены относительно друг — драгу на расстоянии между ними от 0,13 — до 0,95 D.

4S

Через отверстие 7 в нижней части горячей головки горячие прокаленные материалы поступают в герметичный холодильник, расположенный под печью.

В соответствии с последовательным ходом технологических превращений при прокаливании углеродистых материалов вся длина печи разделяется на три зоны.

Первая зона — зона подсушки и подогрева материалов эа счет отдачи тепла отхоцяшими газами, температуры отходящих на выходе из печи 200 — 300 С.

Вторая — зона прокаливания имеет наибольшую температуру газового потока (1600—

1800 С). Материал нагревается до 1400 — 1600 С.

Длина зоны регулируется изменением угла

Печь работает следующим образом.

Кусковой материал, например антрацит, кокс, тощий уголь иэ герметичного загрузочного устройства 4 поступает во вращающийся барабан !. Благодаря уклону и вращению печи и спиралеобразному выступу 2 прокаливаемый материал перемещается к ее нижнему концу. Спиралеобразный выступ, кроме того, обеспечивает его интенсивное перемешивание и защиту футеровки барабана от износа. Высокотемпературный инертный газ из плазменно — фурменных устройств вводят в нижний конец барабана печи. Физико — химические процессы происходят во вращающейся печи под влиянием тепловой энергии инертного газа, которая передается прокаливаемому материа- .

976243

9 лу при перемещении его навстречу газу. Прокалка материала производится при небольшом избыточном давлении (1,01 — 1,4 атм), позволяющем исключить подсос воздуха и угар материала в печи. Таким образом, термичес- . з кая обработка производится в инертной среде. Прокаленный материал через отверстие

7 в нижней головке 5 поступает в холодильник, где охлаждается традиционным способом. Качество полученного термоаитрацита определяется путем измерения его удельного злектросопротивления по ГОСТ 4668 — 75.

Необходимая величина удельного электросопротивления достигается путем изменения угла наклона к оси печи плазменно — фурмен- 1S ных устройств, перемещением их внутрь барабана и смещением по высоте от оси печи, а также скоростью вращения барабана печи, подводимой мощностью и расхода инертного газа на нагрев. 20

Применение предлагаемой вращающейся печи для прокалки кусковых материалов, например антрацита, кокса, углей, позволяет получить: полное отсутствие потерь материала при 2S прокаливании, отсутствие угара, так как прокалка происходит в инертной среде и под небольшим избыточным давлением (101—

1.4 атм), исключающим неорганизованнъ)й подсос.воздуха в печь: 30 высокое качество получаемого материала, удельное электросопротивление получаемого материала, например термоантрацита, составляет 700 — 800 см мм /м; снизить температуру отходящих газов до

200-300 С; увеличить скорость вращения печи до 16—

20 об/мин; увеличить объем загрузки до 25 — 30% (в известной печи объем загрузки 6 — 15%); сократить время прокаливания до 20 — 30 мин; повысить надежность работы печи в виду простоты управления и повышения срока службы футеровки печи в виду возможности замены шамотной на угольную, так как в печи инертная атмосфера и отсутствует угар углеродистого материала; полностью исключается влияние свойств сырьевых материалов на режим работы печи; стабилизация величины зои прокалки, предварительного на рева н охлаждения; применение данных конструктивных особенностей позволяет повысить КПД печи до

5 5 — 70%; воэможность быстрого перехода с одного вида сырья прокаливаемого материала на другой; увеличение длины эоны прокалки способствует также повышению качества получаемого продукта; простота управления температурным режимом печи путем изменения электрической мощности; автоматизации и механизации процесса; лучшие санитарно — гигиенические условия труда.

Формула изобретения

1. Вращающаяся печь для прокалки кускового материала, преимущественно антрацита, кокса, углей, содержащая барабан, с горелочными устройствами, размещеннъ ми в горячей головке и загрузочным устройством, расположенным в холодной головке, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения производительности печи и улучшения качества получаемого продукта, горелочные устройства установлены под углом к оси барабана с возможностью изменения его в процессе прокалки от 3 до 50 и возможностью перемещения внутрь барабана иа рассстояние 001-0,25 О, где О - внутренний диаметр барабана, и расположены на высоте, равной расстоянию от оси барабана до 0,3 — 0,320, а барабан выполнен со спиралеобразными выступом высотой

0,01 — 0,02 О, шириной 0,005 — 0,01 0 и шагом

1,2 — 50 0 по всей длине внутренней поверхности.

2. Пачь по п. 1, отличающаяся тем, что горелочные устройства расположены относительно друг друга на расстоянии между ними от 0,13 до 0 95 О.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чалых Е. Ф. Технология и оборудование электродных и злектроугольных предприятий.

М., "Металлургия", 1972, с. 372-394.

976243 (ойдо.иЬ9

А-А (@ON

Фиг Г

Составитель С. Прямкова

Техред Л.Пекарь

Редактор Г. Волкова

Заказ 8985/бб

А Риг 1

Тираж 645

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор У. Пономаренко

Подписное