BE1009644A4 - Roterende oven. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een roterende oven met een horizontale of hellende trommel waarvan ten minste de binnenzijde uit een vuurvast materiaal vervaardigd is en die verdraaibaar om haar longitudinale as gemonteerd is. De trommel bevat een buisvormig element (1) uit een vuurvast materiaal dat samengesteld is uit een opeenvolging van tegen elkaar steunende coaxiale ringen (2), welk element (1) vanaf zijn beide uiteinden (6) onder een axiale spanning gebracht wordt ten einde een zelfdragend voorgespannen geheel te verkrijgen.

Description

"Roterende oven*1

De huidige uitvinding heeft betrekking op een roterende oven met een horizontale of hellende trommel waarvan ten minste de binnenzijde uit een vuurvast materiaal vervaardigd is en die verdraaibaar om haar longitudinale as gemonteerd is.

Het betreft hier een oven die zowel geschikt is voor een rechtstreeks type van verwarming, zoals bij voorbeeld verkregen wanneer verbrandingsgassen binnenin de trommel toegevoerd worden, als voor een onrechtstreeks type van verwarming, d.w.z. wanneer de warmte toevoer gebeurt via een verwarmingskamer die de trommel omringt, hetzij door elektrische weerstanden of door hete gassen die door een verbranding geproduceerd zijn.

Het gaat hier meer bepaald om een oven die bij voorkeur geschikt is voor continu, op een hoge temperatuur en onder een strikt gecontroleerde, bij voorbeeld een sterk reducerende atmosfeer uitgevoerde chemische behandelingen.

In het geval van een rechtstreekse verwarming, d.w.z. wanneer het gaat om ovens waarvoor de voor het proces vereiste calorieën hetzij in situ gegenereerd worden of door binnenin de trommel circulerende hete gassen geleverd worden, worden deze in het algemeen gevormd door een trommel vervaardigd volgens de techniek van het inmetselen van een metalen beslagring.

Er dient echter opgemerkt te worden dat deze rechtstreekse verwarming zelden aangepast is aan een chemisch proces dat onder een strikt gecontroleerde atmosfeer en in het bijzonder onder een sterk reducerende atmosfeer dient plaats te vinden aangezien de middelen toegepast voor het leveren van de nodige calorieën meestal interfereren met de chemische reacties die daarin plaats vinden.

Voor dit type van chemisch proces is het in de meeste gevallen dus vereist dat de calorieën geleverd worden door middelen die zich buiten deze chemische reacties bevinden, hetgeen een verwarmingsoven van het onrechtstreekse type veronderstelt. Over het algemeen kan dit gerealiseerd worden met een oven waarvan men de trommel binnenin een elektrisch of door middel van verbrandingsgassen verwarmde moffel laat draaien.

Doordat ceramische materialen meestal slechte warmtegeleiders zijn en t.o.v. de metalen beslagring sterk verschillende uitzettingen vertonen, houdt de inmetselingstechniek echter risico's in omwille van het feit dat de zeer hoge temperatuur waaraan de metalen beslagring zal onderworpen worden een vermindering of een verlies van de dichtheid van het door de inmetselingstechniek gevormde metselwerk zal veroorzaken, hetgeen min of meer snel zal leiden tot chemische corrosie van de metalen beslagring.

De huidige uitvinding heeft essentieel tot doel dit zeer belangrijke nadeel te verhelpen door een origineel concept van een uit een ceramisch materiaal vervaardigde roterende oven met grote afmetingen voor te stellen dat zowel een rechtstreekse als een onrechtstreekse verwarming op hoge temperatuur met een zeer goede efficiëntie toelaat en dat toelaat de problemen die zich zouden kunnen stellen qua afdichting en qua warmteoverdracht doorheen de wand van de trommel van de oven te vermijden.

Tot dit doel bevat de voornoemde trommel volgens de uitvinding een buisvormig element uit een vuurvast materiaal dat samengesteld is uit een opeenvol- ging van tegen elkaar steunende co-axiale ringen, welk element vanaf beide uiteinden onder een axiale spanning gebracht wordt zodanig dat een zelfdragend voorgespannen geheel verkregen wordt.

Bij voorkeur wordt het voornoemde buisvormige element door uniform over de cilindrische buitenzijde van dit element verdeelde trekstangen onder spanning gebracht.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding werken de voornoemde trekstangen door tussenkomst van samengedrukte veren axiaal in op ringvormige steunorganen die op de buitenzijde van het buisvormige element gemonteerd zijn, welke organen in de longitudinale richting van het buisvormige element op de uiteinden van dit laatste aangrijpen.

Andere details en bijzonderheden van de uitvinding zullen blijken uit de hierna, bij wijze van niet-beperkend voorbeeld gegeven beschrijving van een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding en dit met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen.

Figuur 1 is een schematisch zicht op een longitudinale doorsnede doorheen deze uitvoeringsvorm van de roterende oven volgens de uitvinding.

Figuur 2 is een doorsnede volgens lijn II-II van figuur 1 waarin omwille van de duidelijkheid bepaalde delen weggelaten werden.

Figuur 3 is een sectie volgens lijn III-III van figuur 1.

Figuur 4 is eveneens in doorsnede, doch op grotere schaal, een gedeeltelijk zicht van een detail van figuur 1.

Figuur 5 toont, op grotere schaal, een ander detail van figuur 1.

In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op identieke elementen.

De in de figuren weergegeven bijzondere uitvoeringsvorm van de roterende oven volgens de uitvinding bevat een roterende trommel 1 die bestaat uit een buisvormig element van vuurvast materiaal gevormd door een opeenvolging van tegen elkaar steunende co-axiale ringen 2. Vanaf zijn beide uiteinden wordt dit element door middel van trekstangen 3 van sterk vuurvast staal, die uniform over zijn cilindrische buitenzijde verdeeld zijn, onder een axiale spanning gebracht.

Door tussenkomst van samengedrukte spiraalve-ren 4 werken de trekstangen 3 axiaal in op ringvormige steunorganen 5 die op de buitenzijde van het buisvormige element 1 gemonteerd zijn.

Deze organen 5 grijpen aan op gans de omtrek van de eindranden 6 van het element 1 en dit volgens de longitudinale richting van deze laatste.

De op deze randen 6 uitgeoefende druk is zodanig dat het door de afzonderlijke ringen 2 gevormde buisvormige element 1 zelfdragend wordt, waarbij het optreden van trekspanningen tussen de ringen onder invloed van hun eigen gewicht en onder dit van de continu in de oven te behandelen materie vermeden wordt.

Hierdoor wordt de dichtheid van de naden tussen de ringen gewaarborgd en wordt het mogelijk vuurvaste materialen te gebruiken die slechts aan zeer kleine trekspanningen mogen onderworpen worden.

In deze uitvoeringsvorm bestaan deze ringen bij voorkeur uit siliciumcarbide dat een gunstige warmte geleiding vertoont en een goed gedrag bij hoge temperaturen .

In de uitvoeringsvorm weergegeven in de figuren zijn de steunvlakken 7 van de ringen 2 lichtjes afgeschuind om deze tijdens de assemblage van het buisvormige element 1 te centreren.

Om de dichtheid tussen twee opeenvolgende ringen te garanderen, zijn deze laatste verder onderling verbonden door tussenkomst van een film gevormd uitgaande van een siliciumcarbide mortel.

De voornoemde trekstangen 3 strekken zich doorheen draagkronen 8 uit die op de buitenzijde van het buisvormige element 1 vastgespied zijn en dit door tussenkomst van pakkingen 9 van ceramische vezels die door twee drukpakkingen 10 samengedrukt zijn.

De kronen 8 vertonen een loopstrook 11, rusten op vrijdraaiende rolletjes 12 en werken samen met een aandrijfmechanisme dat toelaat het buisvormige element 1 rond zijn as 13 te doen draaien.

In de in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm bevat dit aandrijfmechanisme op iedere kroon 8 een co-axiale, getande ring 14 die tegen een opstaande rand 15 van deze kronen 8 vastgemaakt is en die zich volledig rond het buisvormige element 1 uitstrekt. De twee ringen 14 worden aangedreven door twee kettingen zonder einde 16 die zich rond deze laatste en rond twee, op de uiteinden van twee drijfassen 18 bevestigde tandwieltjes 17 verplaatsen, welke drijfassen samen komen in een differentiaal kegeltandwieloverbrenging 19 (hetgeen een identieke spanning op de twee kettingen garandeert). De rotatie energie voor deze drijfassen 18 wordt door een klassieke aandrijfinrichting 20 geleverd, die gevormd wordt door hetzij een elektrische motor met een hydraulische koppeling of door een hydraulische of pneumatische motor die samenwerkt met de kegeltandwieloverbrenging 19.

De vrije uiteinden van het buisvormige element 1 zijn met caissons 21 en 22 verbonden, dit door tussenkomst van een draaiend afdichtingssysteem dat tussen vaste flenzen 23 en 24 voorzien is, die respectievelijk vast zijn aan de caissons 21 en 22 en aan de steunorga-nen 5.

Dit afdichtingssysteem bevat ringvormige dichtingen 25 die door middel van reactieveren 26 tussen de flenzen 23 en 24 samengedrukt zijn, welke veren over staafjes 26' geschoven zijn die voorbij de flenzen 24 uitstekend op de flenzen 23 bevestigd zijn. Deze veren 26 duwen tegen een ring 27 die zelf door tussenkomst van kogels 28 tegen de flenzen 24 duwt.

Doorheen de voorste caisson 21, die vast is, strekt er zich een toevoerschroef 29 uit die op een lager uit ceramisch materiaal binnenin het buisvormige element 1 gemonteerd is en op een buitenste kogellager 31. Zoals weergegeven in figuur 1 strekt deze schroef 29 zich over een zekere afstand binnenin het buisvormige element 1 uit.

Een schraper 32 uit ceramisch materiaal of uit vuurvast staal die binnenin het buisvormige element 1 eveneens op een lager 33 rust, zorgt voor het reinigen van de binnenste wand van dit element. Deze schraper 32 is op een drijfas 34 gemonteerd die evenwijdig is aan de wand van het element 1 en die zich doorheen het onderste gedeelte van de caisson 21 uitstrekt.

De achterste caisson 22 is axiaal beweegbaar en is op rolletjes 35 gemonteerd om aldus toe te laten de longitudinale uitzetting van het buisvormige element 1 tijdens het verwarmen daarvan te compenseren. Een tegengewicht 36 laat toe ervoor te zorgen dat de caisson 22, bij het afkoelen van de oven, naar zijn initiële positie terugkeert, waarbij er op gelet wordt dat de dichtheid ter hoogte van de dichting 25 behouden blijft.

In de in figuren 1 tot 3 weergegeven uitvoeringsvorm van de oven, gebeurt de verwarming door tussenkomst van een moffel of van een kamer 37 die het buisvormige element 1 tussen de draagkronen 8 omringt ; deze kamer 37 kan elektrisch verwarmd zijn of door tussenkomst van gas- of brandstofbranders. Een dergelijke verwarming werd echter niet in de bijgevoegde tekeningen weergegeven.

De dichtheid van deze kamer 37 wordt gewaarborgd door kronen 38 uit vuurvast materiaal die over de trekstangen 3 geschoven zijn en die op de buitenzijde van het buisvormige element 1 bevestigd zijn.

Zoals weergegeven in figuur 3 is deze verwar-mingskamer 37 ter hoogte van de as 13 van het buisvormige element 1 voorzien van een dichting 39 ten einde toegang tot dit laatste mogelijk te maken door het bovenste gedeelte 37' van de kamer 37 op te lichten.

Ten einde een continue werking van de oven toe te laten, helt deze lichtjes naar de achterste caisson 22. De in de oven te behandelen materie kan aldus door middel van de schroef 29 aan de ingang van het buisvormige element 1 toegevoerd worden en kan zich ten gevolge van voornoemde helling van de as 13 tijdens de rotatie van het element 1 rond zijn as 13 gradueel naar de caisson 22, waarvan de bodem een afvoertrechter 40 vertoont, verplaatsen.

Ten einde een rechtstreekse verwarming toe te laten, kan in een variante van de oven volgens de uitvinding de verwarmingskamer 37 weggelaten worden en vervangen worden door één of meerdere, bij voorbeeld in de caisson 22 gemonteerde branders.

Hierna worden twee concrete uitvoeringsvoor-beelden van een oven volgens de uitvinding, zoals weergegeven in de figuren, gegeven.

Voorbeeld 1

Pilootoven samengesteld uit 7 SiC-ringen met elk een buitendiameter van 390 mm, een lengte van 870 mm en een dikte van 20 mm.

De aldus gevormde buis wordt samengehouden door 12 vuurvaste stalen trekstangen (σΕ : 185 MPa bij 870°C) met een diameter van 24 mm en een lengte van 5,630 m.

Door tussenkomst van 24 veren met een gemiddelde diameter van 61 mm en een draaddiameter van 12 mm wordt een voorspanning verkregen.

Aan ieder uiteinde is de buis uitgerust met een vaste caisson die de dichtheid garandeert. De toevoer wordt gerealiseerd door een Archimedes schroef terwijl de uitrusting met een ceramische schraper kan vervolledigd worden.

De verwarming wordt op een onrechtstreekse manier gerealiseerd door een buitenste moffel die voorzien is van over de gehele lengte van de moffel verdeelde elektrische weerstanden.

De oven wordt via kettingkronen door een elektrische motor aangedreven.

Voorbeeld 2

Produktieoven samengesteld uit 47 SiC-ringen met elk een buitendiameter van 1200 mm, een lengte van 250 mm en een dikte van 30 mm.

Deze 47 ringen worden door 16 vuurvaste stalen trekstangen samengehouden (σΕ : 185 MPa bij 870°C) met een diameter van 38 mm en een lengte van 11 m. Door tussenkomst van 32 veren met een gemiddelde diameter van 7 3 mm en een draaddiameter van 12 mm wordt een voorspanning verkregen.

De verwarming wordt op een onrechtstreekse manier gerealiseerd door een buitenste moffel die voorzien is van over een lengte van 8 m verdeelde elektrische weerstanden.

De rotatie van de oven wordt verkregen door middel van een elektrische motor.

Deze oven wordt gevoed door een Archimedes schroef en kan uitgerust zijn met een ceramische schraper.

Het concept van het buisvormige element 1, samengesteld uit een opeenvolging van relatief smalle ringen uit ceramisch materiaal zonder metalen geraamte, is bijzonder interessant voor de constructie van ovens op industriële schaal bestemd voor de behandeling van materie onder gecontroleerde atmosfeer en/of onder een atmosfeer die corrosieve gassen kan vrijmaken. Het gaat dus om dichte ovens die bij voorkeur met een onrechtstreekse verwarming kunnen werken.

Het is duidelijk dat de uitvinding niet beperkt is tot de bijzondere uitvoeringsvorm zoals weergegeven in de figuren maar dat verscheidene varianten in overweging zouden kunnen worden genomen zonder buiten het kader van de huidige uitvinding te treden.

Claims (10)

1. Roterende oven met een horizontale of hellende trommel waarvan ten minste de binnenzijde uit een vuurvast materiaal vervaardigd is en die verdraaibaar om haar longitudinale as gemonteerd is, daardoor gekenmerkt dat de trommel een buisvormig element (1) uit een vuurvast materiaal bevat dat samengesteld is uit een opeenvolging van tegen elkaar steunende co-axiale ringen (2), welk element (1) vanaf zijn beide uiteinden (6) onder een axiale spanning gebracht wordt ten einde een zelfdragend voorgespannen geheel te verkrijgen.

2. Oven volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het buisvormige element (1) door uniform over de cilindrische buitenzijde van dit element (1) verdeelde trekstangen (3) onder spanning gebracht wordt.

3. Oven volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde trekstangen (3) door tussenkomst van samengedrukte veren (4) axiaal inwerken op steunor-ganen (5) die op de buitenzijde van het buisvormige element (1) gemonteerd zijn, welke organen (5) in de longitudinale richting van het buisvormige element (1) op de uiteinden (6) van dit laatste aangrijpen.

4. Oven volgens conclusie 2 of 3, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde trekstangen (3) zich doorheen draagkronen (8), die op de buitenzijde van het buisvormige element (1) vastgespied zijn, uitstrekken.

5. Oven volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de kronen (8) op vrijdraaiende rolletjes (12) rusten en samenwerken met een mechanisme dat toelaat het element (1) rond zijn as (13) te doen draaien.

6. Oven volgens één van de conclusies 1 tot 5, daardoor gekenmerkt dat de vrije uiteinden (6) van het buisvormige element (1) door tussenkomst van een draaiend afdichtingssysteem met caissons (21, 22) verbonden zijn.

7. Oven volgens één van de conclusies 1 tot 6, daardoor gekenmerkt dat de steunvlakken (7) van de voornoemde ringen (2) afgeschuind zijn om deze te centreren.

8. Oven volgens één van de conclusies 1 tot 7, daardoor gekenmerkt dat de ringen (2) uit silicium-carbide vervaardigd zijn.

9. Oven volgens één van de conclusies 1 tot 8, daardoor gekenmerkt dat tussen de randen van twee opeenvolgende ringen (2) een dichtingsfilm gevormd uitgaande van een siliciumcarbide mortel voorzien is.

10. Oven volgens één van de conclusies 1 tot 9, daardoor gekenmerkt dat het buisvormige element (1) ten minste gedeeltelijk door een verwarmingskamer (37) omringt is.