печь для обжига порошка и огнеупорный блок этой печи

Формула изобретения

1. Печь для обжига порошка, выполненная в виде вращающейся печи прямого нагрева, по меньшей мере часть внутренней круговой стенки которой снабжена множеством выступов, отличающаяся тем, что выступы имеют треугольную призматическую форму и размещены внутри печи таким образом, что одна треугольная грань призмы параллельна внутренней круговой стенке, а край, образованный пересечением двух параллелограммных граней, является первой частью выступа, которая выходит из слоя порошка внутри печи при ее вращении во время использования, треугольная грань призматического выступа представляет собой равнобедренный треугольник, в котором равные углы больше, чем угол естественного откоса обжигаемого порошка, и порошок существенно не поднимается выступами в результате вращения печи при ее использовании.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что призматический выступ имеет такую высоту, что треугольная грань полностью покрыта порошком во время части каждого оборота печи при ее использовании.

3. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что диаметр печи уменьшен в одной или нескольких зонах вдоль ее длины.

4. Печь по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она обшита изнутри огнеупорными блоками, и по меньшей мере часть блоков, образующих внутреннюю обшивку, снабжена одним или несколькими выступами.

5. Печь по п.4, отличающаяся тем, что огнеупорные блоки имеют форму, позволяющую множеству блоков быть составленными в самонесущую арку.

6. Печь по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что для приема влажного фильтровального осадка в качестве исходного материала печь снабжена гладкой внутренней стенкой в первой зоне, где исходный материал подают в печь, и внутренней стенкой, снабженной выступами, во второй зоне, где исходный материал является свободно текучим во время использования печи.

7. Печь по п.6, отличающаяся тем, что внутренняя стенка является гладкой в третьей зоне, через которую проходит исходный материал после прохождения через вторую зону во время работы печи.

8. Печь по п. 7, отличающаяся тем, что первая зона имеет длину до 65% длины печи, вторая зона имеет длину между 20 и 30% длины печи и третья зона имеет длину до 10% длины печи.

9. Печь по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обжига порошка в виде водного оксида титана.

10. Огнеупорный блок для вращающейся печи прямого нагрева, включающий основное тело, выполненное по меньшей мере с одним выступом и имеющее такую форму, что множество блоков могут быть расположены вместе в форме кольца, отличающийся тем, что по меньшей мере один призматический выступ выполнен на одной стороне основного тела, причем сторона, имеющая выступ, является стороной, образующей внутреннюю поверхность кольца при образовании блоков в кольцо, при этом выступ выполнен в виде треугольной призмы, имеющей грань, являющуюся равнобедренным треугольником, имеющим равные углы большей величины, чем угол естественного откоса обжигаемого порошка.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение касается обжиговых печей, пригодных для обжига порошков и, в частности печей, известных как вращающиеся печи прямого нагрева.

Вращающиеся печи прямого нагрева используют способ переноса тепла, при котором твердые вещества нагреваются путем прямого контакта с горячими текучими средами, обычно, газами. Как правило, горячие газы являются продуктом сгорания углеводородного топлива, которые заставляют течь над твердыми частицами во вращающиеся печи, в то время как эта печь вращается вокруг своей оси, обычно слегка наклоненная к горизонтали.

Эффективность переноса тепла от газа к твердому веществу в таких печах низка, так как горячим газам экспонирована относительно малая часть поверхности твердого вещества. Эффективность можно улучшить, если снабдить внутреннюю стенку печи пролетами, которые поднимают и смывают твердые частицы газовым потоком при его прохождении через печь.

Однако, когда обжигаемое вещество имеет малый размер частиц, например, когда твердое вещество является пигментом, таким как диоксид титана, смывание этого твердого вещества вызывает унос частиц в потоке газа и значительные потери, если печь не оборудована таким средством для устранения твердых частиц из возникающего потока газа.

В части первого объекта - печи для обжига порошка наиболее близким аналогом является вращающаяся печь, футеровка которой выполнена на отдельных участках с выступами (SU 696259, F 27 B 7/18, 05.11.79).

В части второго объекта - огнеупорного блока печи наиболее близким аналогом является изделие (блок) для огнеупорной кладки тепловых агрегатов, преимущественно вращающихся печей, выполненное по меньшей мере с одним выступом и имеющее такую форму, что множество блоков могут быть расположены вместе в форме кольца по SU 1695099, F 27 B 7/28, 30.11.91.

Задачей данного изобретения является разработка печи с повышенной эффективностью переноса тепла.

Задача в части первого объекта - печи для обжига порошка, выполненной в виде вращающейся печи прямого нагрева, по меньшей мере часть внутренней круговой стенки которой снабжена множеством выступов, достигается тем, что выступы имеют треугольную призматическую форму и размещены внутри печи таким образом, что одна треугольная грань призмы параллельна внутренней круговой стенке, а край, образованный пересечением двух параллелограммных граней, является первой частью выступа, которая выходит из слоя порошка внутри печи при ее вращении во время использования, треугольная грань призматического выступа представляет собой равнобедренный треугольник, в котором равные углы больше, чем угол естественного откоса обжигаемого порошка, и порошок существенно не поднимается выступами в результате вращения печи при ее использовании.

При этом призматический выступ печи может иметь такую высоту, что треугольная грань полностью покрыта порошком во время части каждого оборота печи при ее использовании. Кроме того, диаметр печи может быть уменьшен в одной или нескольких зонах вдоль ее длины.

Печь может быть обшита изнутри огнеупорными блоками и по меньшей мере часть блоков, образующих внутреннюю обшивку, снабжена одним или несколькими выступами, при этом огнеупорные блоки могут иметь форму, позволяющую множеству блоков быть составленными в самонесущую арку. Для приема влажного фильтровального осадка в качестве исходного материала печь может быть снабжена гладкой внутренней стенкой в первой зоне, где исходный материала подают в печь, и внутренней стенкой, снабженной выступами, во второй зоне, где исходный материал является свободно текучим во время использования печи. В такой печи внутренняя стенка может быть выполнена гладкой, через которую проходит исходный материал после прохождения через вторую зону во время работы печи. Кроме того, в такой печи первая зона может иметь длину до 65% длины печи, вторая зона - между 20% и 30% длины печи и третья зона - до 10% длины печи.

Печь может быть выполнена с возможностью обжига порошка в виде водного оксида титана.

По второму объекту - огнеупорному блоку для вращающейся печи прямого нагрева, включающему основное тело, выполненное по меньшей мере с одним выступом и имеющим такую форму, что множество блоков могут быть расположены в форме кольца, поставленная задача решается тем, что по меньшей мере один призматический выступ выполнен на одной стороне основного тела, причем сторона, имеющая выступ, является стороной, образующей внутреннюю поверхность кольца при образовании блоков в кольцо, при этом выступ выполнен в виде треугольной призмы, имеющую грань, являющуюся равнобедренным треугольником, имеющим равные углы большей величины, чем угол естественного откоса обжигаемого порошка.

Рассмотрим изобретение подробнее.

Площадь поверхности внутренней стенки печи согласно изобретению больше, чем площадь поверхности внутренней стенки стандартной печи подобных общих размеров, но в которой внутренняя стенка имеет гладкую поверхность. При нормальной работе только часть внутренней стенки находится в прямом контакте с обжигаемым порошком, в то время как остающаяся часть внутренней стенки обычно находится в контакте с горячими газами. Поэтому зона стенки в контакте с этими газами нагревается и после вращения печи приходит в соприкосновение с порошком. Тепло может переноситься к порошку и вследствие увеличенной площади поверхности стенки печи согласно данному изобретению по сравнению со стандартными печами, а также из-за движения, вызванного в слое порошка выступами, этот процесс переноса тепла является более эффективным, чем в известных печах. Эти выступы также стремятся образовать турбулентность в потоке газа, которая помогает переносу тепла к внутренней стенке и к поверхности порошка.

Выступы, обеспечивающие увеличенную площадь поверхности стенки печи, могут быть любой подходящей формы при условии, что они не становятся средством, при помощи которого порошок существенно поднимается из слоя порошка, присутствующего в печи во время использования, и посредством этого смываемого порошком горячего газа. Например, эти выступы могут быть в форме сегментов сферы или могут быть в виде игл или стержней. Однако эти выступы предпочтительно являются призматическими. Такая форма обеспечивает высокую полезную площадь поверхности, и подобная призматическая форма может быть относительно легко изготовлена.

При использовании призматических выступов в печи по данному изобретению они могут быть расположены так, что они не создают плоскую поверхность, на которой может скапливаться порошок при выходе выступа из слоя порошка во время вращения печи. В предпочтительном варианте устройства призматические выступы эффективно действуют как плуги, когда их заставляют двигаться сквозь слой порошка вращением печи. Это устройство описано более подробно далее со ссылкой на чертежи.

Эффективность переноса тепла посредством выступов может быть улучшена путем обеспечения того, что в печи во время работы присутствует слой порошка. Этот слой предпочтительно имеет глубину, обеспечивающую, что большинство выступов становится полностью погруженными в этот слой во время некоторой части каждого вращения. В некоторых процессах, таких как обжиг пигментов на основе диоксида титана, выгодно контролировать скорость прохождения порошка через печь. Время пребывания в выбранных местах печи можно контролировать, если образован относительно глубокий слой порошка путем ограничения диаметра печи в одной или нескольких зонах вдоль длины печи. Особенно предпочтительная печь согласно данному изобретению снабжена выступами, описанными выше, и зонами ограниченного диаметра. Обычно одна зона ограниченного диаметра находится вблизи от разгрузочного конца печи, но дополнительные ограничения, расположенные в нескольких зонах вдоль длины печи, обеспечивают необходимый глубокий слой порошка в большой пропорции к длине печи. Эти ограничения могут быть обеспечены любым удобным способом, таким как включение кольцевых стенок или перемычек внутри печи, но предпочтительно печь сужается таким образом, что существует свободный поток порошка через ограничивающий элемент.

Выступы могут быть устроены в печи любым пригодным способом. Например, в корпус печи могут быть вставлены кольца, снабженные выступами, или в печь может быть вмонтирована монолитная обшивка, снабженная выступами. Однако вращающиеся печи часто облицованы изнутри огнеупорными кирпичами или блоками, и особенно удобное средство обеспечения печи с выступами согласно данному изобретению включает обшивку части печи или всей печи огнеупорными блоками, причем каждый блок снабжен одним или несколькими выступами. Обычно печь обшивают частично блоками с гладкой поверхностью и частично блоками, снабженными одним или несколькими выступами так, чтобы образовать зоны, в которых внутренняя стенка печи гладкая, и зоны, в которых присутствуют выступы. Если желательно, какая-то зона может быть обшита смесью из блоков с гладкой поверхностью и блоков с выступами. Доля стены печи, снабженной выступами, зависит в некоторой степени от процесса, для которого сконструирована печь. Обычно относительно влажный фильтровальный осадок (кек) или пасту помещают во вращающуюся печь для сушки и/или тепловой обработки, и присутствие выступов в печи на том конце, где этот материал вводят, обычно приводит к наплавлению твердого вещества на внутренней стенке печи. Поэтому внутренняя стенка этого конца печи обычно гладкая. После начальной потери влажности порошок становится более свободно текучим, и в зоне, где порошок является свободно текучим, перенос тепла посредством выступов особенно эффективен. Поэтому печь обычно снабжена выступами в этой зоне или зонах, в которых порошок является свободно текучим при использовании печи. Некоторые процессы обжига, например в приготовлении пигментов на основе диоксида титана, предусматривают период пребывания в печи при высокой температуре, во время которого происходят физические или химические изменения при передаче тепла от газов к порошку (например, при вращении анатазной модификации диоксида титана в рутильную). Часто печь, сконструированная для такого процесса, снабжена гладкой внутренней стенкой в зоне, где порошок поддерживается при высокой температуре.

Форма и размеры выступов в некоторой степени определяют число выступов на единицу площади. Однако пространство между соседними выступами должно быть таким, чтобы порошок не поднимался в результате перемычки (шунтирования) порошка в промежутках между выступами.

Такая печь согласно данному изобретению подходит для использования во множестве процессов, в которых твердое вещество нагревают для устранения воды или чтобы вызвать химическое или физическое изменение. Она может быть использована, например, для обжига измельченных руд, для хлорирования серебряных руд, для производства сульфида бария из сульфата бария, для производства вермикулита и для сушки множества неорганических твердых веществ, таких как глинозем, гипс, глина и диоксид титана. Она особенно полезна в приготовлении пигментов на основе диоксида титана, при котором фильтровальный осадок (кек) из гидратированного оксида титана, осажденный из раствора сульфата титана, сушится и обычно превращается в рутильную кристаллическую форму путем обжига во вращающейся печи.

Конкретный пример печи данного изобретения описан ниже со ссылкой на чертежи, в которых:

фиг. 1 является видом огнеупорного блока, снабженного призматическим выступом,

фиг. 2 является видом в разрезе части печи согласно данному изобретению, указывающим размещение внутри печи блоков, подобных показанному на фиг. 1,

фиг. 3 является изображением с частичным разрезом печи, снабженной блочной обшивкой, образованной частично из блоков с гладкой поверхностью и частично из блоков, показанных в фиг. 1.

Со ссылкой на фиг. 1, основное тело 1 блока сконструировано из огнеупорного материала, используемого в огнеупорных кирпичах плотных глиноземных сред, и имеет такую форму, что множество таких блоков может быть сформировано в виде кольца. Форма такого блока такова, что соответствующее число блоков образуют самоподдерживающую арку, хотя обычно эти блоки также цементируются внутри металлического корпуса вращающейся печи. Блок снабжен призматическим выступом 2, и совокупность блоков фиг. 1 внутри печи обеспечивает печь со множеством выступов согласно изобретению.

Размещение блоков внутри печи схематично показано на фиг. 2. Направление вращения печи 11 указано стрелкой в фиг. 2 и можно видеть, что блоки размещены так, что край 3 призматического выступа (далее именуемый ведущим краем) является первой частью выступа, которая выступит из слоя порошка, лежащего на дне печи, при вращении печи.

Призматический выступ 2 и, в частности, треугольная поверхность 4 имеют такую форму, что порошок не удерживается на поверхностях этого выступа после того, как выступ выйдет из слоя порошка во время вращения печи. Когда треугольная поверхность 4 является равнобедренным треугольником, как показано, это может быть достигнуто путем обеспечения того, что углы треугольника, не смежные с ведущим краем, больше угла естественного откоса порошка, для которого будет использована печь. Высота 5 призматического выступа такова, что треугольная поверхность 4 полностью покрыта порошком во время части каждого оборота печи.

Общее размещение блоков 1 внутри печи 11 показано на фиг. 2, откуда можно видеть, что блоки помещены внутри стального корпуса 12 в кольцевом расположении. Блоки скреплены посредством огнеупорного цемента.

Фиг. 3 показывает печь 1, снабженную блоками, показанными на фиг. 1, а также тремя зонами, в которых диаметр печи 11 был сужен путем подгонки блоков в форме перемычки 31. Печь сконструирована по существу из цилиндрического стального корпуса 12, в котором часть блоков с гладкой поверхностью 32а и часть блоков 32в, снабженных выступами, показанными на фиг. 1, кольцеобразно размещены и скреплены огнеупорным цементом. Перемычки 31 сконструированы путем соответствующего размещения блоков с гладкой поверхностью.

При использовании печь, показанная на фиг. 3, вращается вокруг своей оси при небольшом наклоне к горизонтали. Показанная печь особенно подходит для обжига водного оксида титана в приготовлении пигментов на основе диоксида титана. Загруженный водный оксид титана влажен и первоначально сушится в зоне 4, снабженной блоками с гладкой поверхностью. В зоне B, где стенка печи снабжена блоками, имеющими призматический выступ, диоксид окончательно высушивается и нагревается до температуры, при которой имеет место превращение анатазной кристаллической формы в рутильную кристаллическую форму. В этой зоне эффективный перенос тепла особенно важен. Горячий диоксид титана удерживается при самой высокой температуре в печи в течение периода, во время которого происходит превращение анатазной модификации в рутильную, главным образом в зоне C, где стенка печи подогнана из блоков с гладкой поверхностью.

Печь согласно данному изобретению обеспечивает более эффективны перенос тепла, чем был возможен со стандартными печами, и тем самым улучшение производительности или уменьшение потребления энергии по сравнению со стандартной печью подобных размеров. Так как выступы не поднимают порошок из слоя в какой-либо существенной степени, потери, связанные с уносом твердого вещества в потоке горячего газа, не увеличиваются в результате такой улучшенной эффективности переноса тепла.