способ обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, включающий предварительный нагрев изделий отходящими из камер обжига газами, обжиг и охлаждение изделий, сжигание топлива и части выделяющихся из изделий пиролизных газов в камерах обжига, отличающийся тем, что подвергаемые обжигу изделия помещают в контейнеры, соединенные в блоки, все выделяющиеся из изделий пиролизные газы выводят из каждого блока контейнеров отдельным потоком, объединяют потоки в пределах каждой камеры в общий поток, который выводят за пределы камеры, объединяют с потоками из других камер и направляют на сжигание в камеру обжига, а в контейнерах устанавливают давление, равное или большее давлению в соответствующей камере.

2. Устройство для обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, включающее многокамерную обжиговую печь с горелками для поддержания необходимого температурного режима обжига и устройствами для транспортирования газов из камер предварительного нагрева в камеру обжига и транспортирования высокотемпературных газов из камер обжига в камеры предварительного нагрева, отличающееся тем, что камеры оснащены контейнерами, соединенными в блоки, с крышками, которые между собой в пределах блока соединены патрубками для вывода пиролизных газов в коллектор, расположенный внутри камеры и соединенный с патрубками для отвода газов из блоков крышек и с патрубком для вывода пиролизных газов за пределы камеры, который оснащен устройством для регулирования давления внутри контейнеров, причем патрубки для вывода пиролизных газов из отдельных камер соединены с расположенным снаружи коллектором, который подключен к устройству для подачи и сжигания пиролизных газов в камере обжига.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано при проведении процесса обжига в многокамерных печах изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек (например, графитированных электродов).

При обжиге в изделиях протекают различные физико-химических процессы, которые идут одновременно или последовательно по мере повышения, а затем понижения температуры. С повышением температуры изделий связующее превращается в кокс с появлением жидкой и газообразной фазы, которые имеют непосредственную связь с переносом тепла. При этом разные химические реакции и физические процессы (разложение связующего, передача тепла и др.) протекают одновременно, что вызывает целый ряд затруднений технического характера.

В процессе обжига в многокамерных обжиговых печах высокотемпературные газы (теплоноситель) из камер «огня» направляют в камеры предварительного нагрева изделий и затем отводят в газоход на очистку. При охлаждении газов содержащиеся в них смолы конденсируются и накапливаются в газоходах и камерах предварительного нагрева. Накапливание смолы в газоходах приводит к необходимости периодической очистки газоходов и остановке процесса обжига; кроме того, возможно возгорание смолы в фильтрах, газоходах и дымовой трубе.

Смола, оседающая в камерах нагрева, сгорает, когда в этих камерах поднимают температуру для проведения стадии обжига. Сгорание смолы приводит к неконтролируемому росту температуры и, как следствие, к нарушению режима обжига.

Возможен вариант работы печи, когда движение «огня» и теплоносителя происходит во взаимно противоположных направлениях. При работе по такой схеме все летучие вещества, выделяющиеся из изделий при нагреве, проходят камеру «огня», в которой температура выше 750°С, что способствует разложению смолы и сгоранию летучих веществ, однако при работе по такой схеме увеличивается расход топлива на обжиг, поскольку тепло отходящих газов не используется для предварительного нагрева изделий.

Известны способ и установка для обжига углеродсодержащих изделий, по которому летучие вещества, выделяющиеся в обжиговых печах, сжигаются в мусоросжигательной печи с использованием части тепла от сжигания летучих для предварительного нагрева углеродсодержащих изделий. Нагрев заготовок осуществляется горячим воздухом, который нагревается в теплообменнике отходящими из мусоросжигательной печи дымовыми газами /заявка ЕПВ №0255411; кл. F 27 D 17/00; 13/00; 04.02.88/.

Недостатком известных способа и устройства являются сложность конструкции: необходимо мусоросжигательную печь устанавливать рядом с обжиговой печью, поскольку транспортирование отходящих из обжиговой печи газов на большие расстояния приведет к их охлаждению и конденсации в газопроводах смолы, содержащейся в летучих соединениях. Кроме того, для предварительного нагрева изделий, подлежащих обжигу, используется только часть тепла от сжигания летучих веществ, и для этого необходима установка дополнительного устройства - теплообменника для подогрева воздуха.

Известно устройство для сжигания газообразных продуктов и частиц углерода, выходящих из печи обжига, последовательно в двух циклонных печах, при этом перед входом в первую циклонную печь в поток продуктов обжига вводят смесь воздуха и воды /заявка Великобритании №2002886; кл. F 23 G 7/06; 28.02.79/.

Недостатком известного устройства является также сложность системы дожигателей, состоящей из двух циклонные печей, обладающих большим аэродинамическим сопротивлением, что приведет к дополнительным энергетическим затратам на транспортирование газов из обжиговых печей. Кроме того, тепло от сгорания летучих веществ на предварительных нагрев изделий не используется, что обуславливает дополнительный расход топлива на обжиг изделий.

Известна система обработки отходящих топочных газов из отжиговой печи, включающая дожигание отходящих газов в дожигателе, возврат части газовой смеси из дожигателя в отжиговую печь для нагрева заготовок /заявка Великобритании №1404286; кл. F 23 G 7/06; 28.08.75/.

Поскольку на дожигание подают весь объем отходящих топочных газов, на его дожигание потребуется расход большого количества топлива, а для предварительного нагрева заготовок используют только малую часть тепла от дожигания топочных газов. Требуется сложное устройство для дожигания газов.

Известна многокамерная печь непрерывного действия для обжига профилированных изделий из углерода, уложенных в капсулы. Конструкция печи позволяет использовать горячие отходящие газы из обжигательной камеры для предварительного нагрева другой камеры, а горячий воздух из охлаждающих камер утилизируется в обжигательной камере /заявка Великобритании №1383797; кл. F 27 В 13/00; 12.02.75/.

Недостатком известного устройства является то, что летучие вещества, выделяющиеся из изделий, в камерах нагрева смешиваются с проходящими через камеру дымовыми газами и отводятся из печи. Летучие вещества не дожигаются, и для очистки газов от летучих веществ и смолы необходима установка дополнительного оборудования.

Известен способ оптимизации горения в камерных печах для обжига углеродсодержащих блоков, при этом регулируют подачу количества воздуха, необходимого и достаточного для полного сгорания одновременно летучих материалов, выделяющихся в процессе обжига углеродсодержащих блоков, и подаваемого топлива /заявка Франции №2614093; кл. F 27 В 13/14, 13/02; 21.10.88/.

При этом способе ведения процесса обжига сжигают только те летучие вещества, которые выделяются из изделий в камерах обжига. Летучие вещества, выделяющиеся из изделий, находящихся в камерах предварительного нагрева, не сгорают, поскольку температура в этих камерах ниже 700°С, и удаляются вместе с отходящими газами. Поэтому происходит оседание смол в газоходах, и необходима система очистки газов перед выбросом их в атмосферу.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ обжига материала, содержащего в качестве связующего смолу или пек, в туннельной печи, включающий предварительный нагрев материала отходящими газами, обжиг и охлаждение обрабатываемого материала, сжигание топлива и части выделяющихся пиролизных газов, при этом процесс термического разложения связующего ведут с образованием черного дыма, который подают на дожигание в высокотемпературную зону; из высокотемпературной зоны газы направляются в зону предварительного нагрева, предшествующую зоне образования черного дыма. При проведении процесса подвергаемый обжигу материал перемещают по секциям на тележке.

Устройство для осуществления известного способа содержит туннельную обжиговую печь с секциями предварительного нагрева (включая секции образования черного дыма), обжига и охлаждения, оснащенную устройством для поддержания режима горения с образованием черного дыма и транспортирования газов из зоны секции образования черного дыма в высокотемпературную зону печи (зону обжига). Печь оснащена устройствами для транспортирования высокотемпературных газов из зоны обжига в зону секции предварительного нагрева, предшествующей зоне секций образования черного дыма /заявка Японии №3263906 В 2; кл. F 27 D 17/00; 11.03.2002 г./.

Недостатками известных способа и устройства являются перемешивание газовых сред с различных стадий процесса обжига вследствие необходимости перемещения изделий, подвергаемых обжигу, через секции предварительного нагрева и обжига; перемещение всего объема газовых сред из зоны предварительного нагрева (350-800°С) в высокотемпературную зону (не ниже 800°С) и перемещение из высокотемпературной зоны в зону предварительного нагрева (менее 350°С), предшествующую зоне предварительного нагрева с образованием черного дыма.

Пиролизные газы и смолы, выделяющиеся в зоне предварительного нагрева (температура менее 350°С), не сгорают и удаляются с отходящими газами, и поэтому необходима система очистки газов от смолы и летучих органических соединений.

Как следствие, недостатком устройства является сложность устройств для перемещения материала, большие размеры газоходов для перемещения газовых сред, а также сложность и необходимость эксплуатации систем перемещения подвергаемого обжигу материала подсекциям.

В основу изобретения положена задача повышения экологической и экономической эффективности обжига в многокамерных обжиговых печах изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек.

Поставленная задача решается тем, что в способе обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, включающем предварительный нагрев изделий отходящими из камер «огня» (обжига) газами, обжиг и охлаждение изделий, сжигание топлива и части выделяющихся из изделий пиролизных газов в камерах «огня», подвергаемые обжигу изделия помещают в контейнеры, соединенные в блоки, все выделяющиеся из изделий пиролизные газы выводят из каждого блока контейнеров отдельным потоком, объединяют потоки в пределах каждой камеры в общий поток, который выводят за пределы камеры, объединяют с потоками из других камер и направляют на сжигание в камеру «огня», а в контейнерах устанавливают давление, равное или большее давлению в соответствующей камере.

Устройство для осуществления способа содержит многокамерную обжиговую печь с горелками для поддержания необходимого температурного режима процесса обжига и устройствами для транспортирования газов из камер предварительного нагрева в камеру «огня» и транспортирования высокотемпературных газов из камер «огня» в камеры предварительного нагрева, причем камеры оснащены контейнерами с крышками, которые соединены в блоки, а крышки между собой в пределах блока соединены патрубками для вывода пиролизных газов в коллектор, расположенный внутри камеры и соединенный с патрубками для отвода газов из блоков крышек и с патрубком вывода пиролизных газов за пределы камеры, который оснащен устройством для его очистки и устройством для регулирования давления внутри контейнеров. Патрубки для вывода пиролизных газов из отдельных камер соединены с расположенным снаружи коллектором, который подключен к устройству для подачи и сжигания пиролизных газов в камере «огня».

Организация процесса обжига в многокамерных печах изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, согласно предлагаемому способу позволяет вывести из контейнеров выделяющиеся из изделий пиролизные газы, объединить их в пределах каждой камеры в общий поток, вывести за пределы камер нагрева и направить на сжигание в камеру «огня», в которой осуществляется стадия обжига изделий. При этом для поддержания в камере «огня» необходимой для обжига температуры расход топлива может быть сокращен на величину, эквивалентную количеству сжигаемых пиролизных газов. Поскольку пиролизные газы не забалластированы продуктами сгорания топлива, появляется возможность эффективного их сжигания. Отходящие из камеры «огня» газы не содержат в своем составе смол и используются для нагрева подлежащих обжигу изделий. Возможность устанавливать в контейнерах давление равным или большим, чем давление в соответствующей камере, позволяет исключить поступление окислительных газов к нагреваемым изделиям и, следовательно, исключить нарушение технологического процесса обжига.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек.

На фиг.2 представлена схема устройства, вид сбоку.

На фиг.3 представлена схема обвязки камер нагрева и камеры «огня» наружными трубопроводами.

На фиг.4 представлена схема работы 12-камерной обжиговой печи.

Устройство для обжига изделий включает многокамерную обжиговую печь, в которой подвергаемые обжигу изделия помещают в контейнеры 1, связанные в блоки по 3 штуки посредством соединительных элементов 2. Блоки контейнеров устанавливают в камеру в два яруса. Для ориентирования блоков при установке контейнеров нижнего яруса на днище камеры выкладывают выступы из кирпича: 3 с торцевой стенки камеры и 4 с боковой стенки.

На торцевой стенке каждой камеры предусматривается стационарно установленный патрубок 5, предназначенный для отвода пиролизных газов за пределы камеры. Патрубок оснащен устройством для его очистки (при необходимости) от смолы и отложений в процессе работы печи и дроссельным клапаном 6, предназначенным для регулирования давления в контейнере.

Контейнеры оснащены крышками 7, также связанными в блоки по 3 штуки и соединенными между собой патрубками 8, через которые газы выводят в отводящий патрубок 9.

По верху крышек проложены две трубы 10, связывающие крышки между собой и одновременно служащие рамой, на которую устанавливают контейнеры верхнего яруса.

Для ориентирования блоков контейнеров верхнего и нижнего ярусов относительно друг друга предусматриваются специальные устройства (уловители) 11.

Отводящие патрубки 9 блока крышек контейнеров верхнего и нижнего ярусов связаны с вертикальной трубой 12, оснащенной двумя патрубками 13 для подвода в нее газов из верхнего и нижнего ярусов блоков крышек контейнеров. В соответствии с количеством рядов контейнеров (4 ряда по 3 контейнера в одном ярусе) предусматриваются четыре вертикальных трубы, которые соединяются с горизонтальным коллектором 14. Горизонтальный коллектор соединен с патрубком 5.

Все разъемные соединения трубопроводов выполнены герметично, например, на песковых затворах.

Снаружи камеры патрубок 5 через дроссельный клапан 6 связан с коллектором, включающим U-образные отводы 15 и наружные съемные трубопроводы 16, по которым пиролизные газы из камер нагрева II, III, IV направляют в камеру «огня» I. Камера IV показана со снятой крышкой. На своде 17 камеры «огня» установлено специальное горелочное устройство 18, в состав которого входит инжектор для создания разрежения, необходимого для транспортирования пиролизных газов по трубопроводам, и вентилятор для подачи воздуха в количестве, необходимом для сжигания пиролизных газов. Горелочное устройство съемное и переносится с камеры на камеру по мере смены камер «огня».

Способ обжига изделий осуществляют следующим образом.

Изделия, подлежащие обжигу, загружают в контейнеры 1, соединенные в блоки, блоки контейнеров закрывают блоками крышек 7 и устанавливают в камере обжиговой печи. Собирают систему сбора пиролизных газов внутри камеры в соответствии с фиг.1 и фиг.2 и устанавливают свод 17 камеры. Дроссельный клапан 6 закрывают. Количество загруженных изделиями камер печи приводится в соответствие с технологическим регламентом обжига. Изделиями загружены 8 камер (I-VIII) (фиг.4). На схеме показаны значения температуры и давления в установившемся режиме работой печи. На камеру «огня» устанавливают горелочное устройство 18. В соответствии с фиг.3 устанавливают съемные трубопроводы 16 для отвода пиролизных газов из камер нагрева II-IV и подачи их в камеру «огня» (I).

Затем осуществляют розжиг топливной горелки 19 в камере «огня» и постепенный подъем температуры до температуры обжига в соответствии с технологическим регламентом. В камерах нагрева II-IV дроссельными клапанами 6 устанавливают в контейнерах давление, равным или большим давлению в соответствующей камере, включают в работу инжектор для подачи пиролизных газов в камеру «огня».

По истечении времени, необходимого для обжига изделия, камеру «огня» I отключают. Горелочное устройство 18 переносится на свод камеры II, а съемный трубопровод, установленный между камерами II-III, снимают и устанавливают между камерами IV и V. В работу вводят предварительно загруженную изделиями камеру IX. Камерой «огня» становится камера II, а камеру I ставят на охлаждение. Дроссельными клапанами 6 в контейнерах, расположенных в камерах III-V, устанавливают необходимое давление, равное или большее давлению в соответствующей камере.

По окончании процесса обжига в камере II и в последующих камерах операции по перемещению трубопроводов, горелочных устройств, камеры «огня» и вводу новой камеры в процессе обжига повторяют.

Пример.

В установившемся режиме обжига изделий в 12-камерной обжиговой печи значения давления и температуры в камере указаны на фиг.4.

Поскольку выход летучих веществ из изделий начинается при температуре нагрева выше 250°С, пиролизные газы выводят из камер II-IV и направляют в камеру «огня» I.

Устанавливают следующие значения давления (мм вод. ст.): в контейнерах, помещенных в камере II - (-0,3...0); в камере III - (-1...0); в камере IV - (-2...-1).

При этих значениях давлений исключается поступление окислительных газов в контейнеры с изделиями из камер в случае нарушения герметичности соединений системы отвода пиролизных газов, и в контейнерах устанавливается восстановительная среда в соответствии с технологией обжига. При значениях давления (мм вод. ст.) в контейнерах, помещенных в камере II, менее -(0,3), в камере III - менее (-1) и в камере IV - менее (-2) в случае нарушения герметичности соединений возможно поступление газов из камеры в контейнеры и создание в них окислительной среды, что недопустимо по технологии обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек.

Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности процесса обжига изделий, содержащих в качестве связующего смолу или пек, в многокамерной печи, благодаря чему возможно эффективное сжигание пиролизных газов, не забалластированных продуктами сгорания топлива, при этом расход топлива, необходимого для обжига изделий, может быть сокращен на величину, эквивалентную количеству сжигаемых пиролизных газов. Поскольку исключается поступление окислительных газов к нагреваемым изделиям, следовательно, исключается и нарушение технологического процесса обжига.