BRPI0819905B1 - Forno tubular para o tratamento térmico de produtos, uso e método para operar o referido forno, bem como forno por lotes - Google Patents

Forno tubular para o tratamento térmico de produtos, uso e método para operar o referido forno, bem como forno por lotes Download PDF

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Description

(54) Título: FORNO TUBULAR PARA O TRATAMENTO TÉRMICO DE PRODUTOS, USO E MÉTODO PARA OPERAR O REFERIDO FORNO, BEM COMO FORNO POR LOTES (51) lnt.CI.: F27B 9/02 (30) Prioridade Unionista: 26/11/2007 DE 10 2007 057 237.0 (73) Titular(es): UMICORE AG & CO. KG (72) Inventor(es): WOLFGANG HASSELMANN
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FORNO TUBULAR PARA O TRATAMENTO TÉRMICO DE PRODUTOS, USO E MÉTODO PARA OPERAR O REFERIDO FORNO, BEM COMO FORNO POR LOTES.
Descrição
A presente invenção refere-se a um forno tubular para o tratamento térmico de produtos em uma operação contínua dentro de um processo de produção.
Fornos tubulares ou fornos contínuos geral mente compreendem um número de segmentos que são rebaixados um no outro. Os segmentos formam um túnel através do qual os itens a serem tratados são transportados em uma correia transportadora adequada. Uma estação de carregamento e uma estação de descarregamento servem para carregar e descarregar a correia transportadora. Os fornos tubulares são aquecidos por meio de queimadores ou por meio de elementos de aquecimento elétricos.
O Pedido de Patente Alemã DE 2 344 138, Patente U.S. 2.330.984, Patente Belga B.E. 557592 e Pedido de Patente Européia E.P. 0 090 790 Al descrevem fornos tubulares nos quais o ar aquecido acionado por uma ventoinha circula transversal mente à direção de transporte dos produtos. O fluxo circulatório é formado, nesse caso, em tal maneira que o mesmo fluí na mesma direção através dos produtos localizados em uma correia de transporte sobre toda a largura da correia de transporte. O fluxo de retorno do ar aquecido acontece por meio de espaços livres correspondentes em ambos os lados da correia de transporte dentro do forno tubular.
O Pedido de Patente Européia E.P, 1 106 947 A1 descreve um forno tubular para o aquecimento de placas de circuito impresso. Esse forno tem, entre outras coisas, duas correias de transporte paralelas para as placas de circuito impresso.
Fornos tubulares são também usados na produção de conversores catalíticos para exaustão automotora, para secar e calcinar corpos verdes cerâmicos ou uma camada de catalisador aplicada nos suportes inertes. Fornos tubulares para calcínação de corpos alveolares cerâmicos são descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. 6.048.199, U.S.
6.089.860 e U.S. 6.325.963 B1.
A presente invenção é particularmente relacionada a um forno tubular para a produção de conversores catalíticos para exaustão automotora. Os produtos são, portanto, de preferência, corpos de sustentação monolíticos recentemente revestidos com material de catalisador como usado na forma dos assim chamados corpos alveolares de cerâmica ou metal para a produção de conversores catalíticos para a exaustão automotora. A camada de catalisador precisa ser seca e calcinada. O forno tubular de acordo com a invenção pode também ser usado, naturalmente, para o tratamento de outros produtos.
O revestimento catalítico dos corpos alveolares geralmente consiste em uma pasta fluida de materiais portadores oxidantes na água. A pasta fluida pode também conter compostos precursores de metais preciosos cataliticamente ativos e promotores. Esses são frequentemente nitratos ou cloretos desses metais preciosos e promotores, que são somente transformados nos componentes reais cataliticamente ativos pela calcinação no forno tubular. A secagem e a calcinação têm o efeito de liberar o vapor de água e os óxidos de nitrogênio ou compostos de cloro, que têm que ser descarregados junto com certa quantidade do ar do forno do forno tubular enquanto ao mesmo tempo sendo substituídos com ar fresco e possivelmente passados adiante para um sistema de controle de emissão de exaustão.
Da estação de carregamento, os corpos alveolares geralmente passam, em primeiro lugar, para dentro de uma zona de secagem, na qual os mesmos são secos em uma temperatura de aproximadamente 100 a 200°C. Depois de passar através da zona de secagem, eles entram na zona de calcinação, na qual os mesmos são tratados em temperaturas de 300 a 600°C. Subsequentemente, os mesmos deixam o forno tubular por meio da estação de descarregamento.
O objetivo da presente invenção é proporcionar um forno tubular que é de uma construção de particular economia de espaço e que utiliza otimamente a energia de aquecimento que é usada e consequentemente contribui para a economia de energia.
Esse objetivo é atingido por um forno tubular para o tratamento térmico de produtos (12, 12’), que tem uma câmara de forno na forma de um túnel através do qual os produtos a serem tratados são transportados em uma direção de transporte contínuo, o forno tubular tendo, na direção de transporte contínuo, um número de segmentos de túnel (10) que são rebaixados um no outro. O forno tubular é caracterizado pelo fato de que cada segmento de túnel inclui pelo menos uma ventoinha (15) e pelo menos um elemento de aquecimento (17), bem como um canal de entrada (19) para ar fresco e um canal de exaustão (22) para o ar de exaustão carregado com gases de exaustão e vapor de água, e em que a(s) ventoinha(s) é/são disposta(s) nos segmentos de túnel em tal maneira que a mesma/as mesmas podem produzir um fluxo circulatório (23) com um fluxo descendente e um fluxo ascendente transversalmente à direção do transporte contínuo, com duas correias de transporte paralelas (11, 11’) aos produtos sendo fornecidas nos fluxos descendente e ascendente.
De acordo com a invenção, o fluxo circulatório transversalmente à direção de transporte contínuo dos produtos é produzido nos segmentos de túnel pela ventoinha ou ventoinhas e os produtos a serem tratados são transportados através do fluxo circulatório tanto no lado de pressão quanto no lado de sucção da ventoinha. Como resultado, a corrente gasosa produzida é perfeitamente utilizada para o tratamento dos produtos. Dependendo da disposição das ventoinhas, o fluxo descendente ou ascendente fica localizado no lado de pressão ou no lado de sucção das ventoinhas ou vice-versa.
Os segmentos de túnel têm preferivelmente um corte transversal retangular e são respectivamente limitados por um fundo, um topo e duas paredes laterais, as ventoinhas preferivelmente sendo introduzidas na câmara do forno por debaixo através do fundo. Para facilitar a manutenção geral e o trabalho de conserto, as paredes laterais dos segmentos do túnel podem ser formadas de tal maneira que as mesmas podem ser giradas para baixo.
Placas defletoras de fluxo para guiar a corrente do ar e placas perfuradas ou fendidas para proporcionar um fluxo uniforme sobre, e possivelmente através de, os produtos a serem tratados podem ser dispostas na câmara do forno. Além do mais, as placas defletoras do fluxo podem ser conducentes para a formação do fluxo circulatório desejado.
Ambos queimadores de gás ou óleo e elementos de aquecimento elétricos são adequados para o aquecimento da câmara do forno. Elementos de aquecimento elétricos são preferivelmente usados.
Para reduzir as perdas de calor, é vantajoso dispor o canal de exaustão dentro da câmara do forno. O canal de exaustão coleta o ar de exaustão dos fluxos circulatórios individuais e o guia para uma localização externa central. Se requerido, o ar de exaustão pode ser passado adiante para um sistema de controle de emissão de exaustão.
As ventoinhas dispostas dentro dos segmentos de túnel precisam ser mantidas ou consertadas de tempos em tempos. Em uma modalidade preferida do forno tubular, as ventoinhas são, portanto, rebaixadas sobre o segmento de túnel com parte do fundo ou da parede lateral com a finalidade de troca fácil.
Carros ou correias transportadoras podem ser usados para transportar os produtos através do forno tubular. Correias de transporte são preferivelmente usadas. Nesse caso, os produtos a serem tratados são transportados através dos fluxos circulatórios no lado de sucção e no lado de pressão das ventoinhas em duas correias de transporte paralelas. Com o intuito de simplicidade, ambas as correias podem ser acionadas por um acionamento comum.
O forno tubular é usado, por exemplo, para a secagem e calcinação de corpos alveolares cerâmicos ou metálicos revestidos com camadas de catalisador para a produção de conversores catalíticos para a exaustão automotora. Para essa finalidade, o perfil de temperatura desejado ao longo da direção do transporte contínuo através do forno tubular é ajustado ativando os elementos de aquecimento dos segmentos de túnel. Os produtos a serem tratados são transportados através dos fluxos descendente e ascendente do fluxo circulatório nas correias de transporte paralelas, certa quantidade da corrente circulatória sendo respectivamente descarregada para remover do forno os gases de exaustão e o vapor de água que são liberados durante o tratamento térmico dos produtos e substituídos por uma quantidade correspondente de ar fresco.
A construção modular do forno tubular torna possível inserir outras estações entre os segmentos de túnel de acordo com a invenção, tal como, por exemplo, uma estação para o tratamento redutor dos produtos, por exemplo, com gás de formação. Além do mais, é possível, se requerido, substituir o aquecimento por resfriamento no caso de segmentos de túnel selecionados.
Se somente pequenos números de produtos devem ser tratados no forno, pode ser vantajoso construir um forno por lotes com base somente em um segmento de túnel, as correias transportadoras sendo substituídas por grades transportadoras correspondentes.
No caso dos fornos tubulares citados na parte introdutória da descrição com um fluxo circulatório transversalmente à direção do transporte contínuo, os produtos a serem tratados são circulados pelo ar de aquecimento somente em uma direção. O fluxo de retorno é respectivamente induzido a passar ao redor do exterior dos produtos. Isso significa que os segmentos de túnel individuais precisam ter uma seção transversal mais larga do que é necessário para o transporte dos produtos. Em contraste com isso, no caso da presente invenção, o fluxo de retorno do fluxo circulatório é também usado para o tratamento dos produtos. Isso permite que os segmentos de túnel individuais sejam de um projeto correspondentemente mais compacto. Na experiência do inventor, até 30% da área de superfície circunferencial de um segmento de túnel pode ser economizada pela invenção. Isso significa uma economia considerável em placas de aço e isolamento térmico. Além do mais, a emissão de calor que não pode ser inteiramente evitada mesmo a despeito do bom isolamento é também reduzida, para uma extensão correspondendo com a área de superfície circunferencial que é economizada. O forno tubular de acordo com a invenção consequentemente também contribui significativamente para a economia de energia.
A invenção é explicada em mais detalhes com base nas figuras seguintes, nas quais:
figura 1: mostra uma vista lateral de um forno tubular e figura 2: mostra um corte transversal através de um segmento de túnel.
A figura 1 mostra a construção básica de um forno tubular (1). No começo do forno tubular, existe uma estação de carregamento (2) para carregar o forno tubular com os produtos a serem tratados e no final do forno tubular existe uma estação de descarregamento (3) para remover os produtos tratados. O forno tubular compreende um número de segmentos de túnel (4) que são rebaixados um no outro. Para a secagem e a calcinação dos conversores catalíticos para exaustão automotora, temperaturas entre 100 e 600, de preferência entre 100 e 500°C, são requeridas. A construção modular do forno torna possível ajustar a temperatura de tratamento para cada segmento de túnel basicamente independente dos segmentos vizinhos. Dessa maneira, é possível ajustar a temperatura no forno a jusante da estação de carregamento, para secar os catalisadores úmidos, entre 100 e 200°C. Somente depois de passar através dessa zona de secagem a temperatura do forno é aumentada, por exemplo, para 300 a 600°C, de modo a calcinar o revestimento de catalisador.
A figura 2 mostra, por meio de exemplo, o corte transversal de um segmento de túnel (10) perpendicularmente à direção do transporte contínuo. O corte transversal do segmento de túnel é retangular e é limitado por uma placa inferior (24), um topo (25) e as duas paredes laterais (26 e 27). O corte transversal do forno tubular é dividido em duas metades por uma placa defletora de fluxo vertical (13). Em cada uma de ambas as metades, existe uma correia de transporte (11, 11’) para os produtos (12, 12’) a serem transportados através do túnel. As correias de transporte são convenientemente de uma configuração perfurada, de modo a impedir a corrente circulatória tão pouco quanto possível. Na figura 2, a extensão longitudinal das correias de transporte é direcionada perpendicularmente ao plano do desenho. Uma ventoinha (15) é rebaixada no forno tubular por debaixo e serve para produzir o fluxo circulatório (23). A ventoinha é acionada pelo motor (16). Os fluxos de gás no segmento de túnel são identificados na figura 2 por setas representadas por linhas tracejadas. No lado de sucção da ventoinha, ar fresco (18) é sugado para dentro por meio de um canal de entrada (19). O ar fresco (20) é levado para a temperatura de tratamento necessária por um elemento de aquecimento (17). Para o resfriamento do motor da ventoinha, é vantajoso dispor o motor no canal de entrada para o ar fresco. O ar de exaustão (21), que é quente e carregado com gases de exaustão, é coletado por um canal de exaustão (22) e conduzido para uma localização de descarte central. Para utilizar o conteúdo térmico do gás de exaustão, é vantajoso colocar o canal de exaustão (22) dentro de segmentos de túnel. As condições de fluxo no segmento de túnel podem ser influenciadas por placas defletoras de fluxo adequadas e telas em tal maneira que os produtos a serem tratados sejam submetidos a um fluxo que é tão uniforme quanto possível. Somente uma placa defletora de fluxo adicional (14) é representada na figura 2 por meio de exemplo. O isolamento térmico necessário das paredes do segmento de túnel não é mostrado na figura 2 para manter uma visão geral clara.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Forno tubular com uma câmara de forno e uma direção de transporte contínuo para o tratamento térmico dos produtos (12, 12’), o forno tubular incluindo na direção do transporte contínuo um número de segmentos de túnel (10) que são rebaixados um no outro, caracterizado pelo fato de que cada segmento de túnel inclui pelo menos uma ventoinha (15) e pelo menos um elemento de aquecimento (17), bem como um canal de entrada (19) para o ar fresco e um canal de exaustão (22) para o ar de exaustão carregado com gases de exaustão e vapor de água, e em que a(s) ventoinha(s) é/são disposta(s) nos segmentos de túnel em tal maneira que a mesma/as mesmas produz(em) um fluxo circulatório (23) com um fluxo descendente e um fluxo ascendente transversal mente à direção do transporte contínuo, com duas correias de transporte paralelas (11, 11’) para os produtos sendo fornecidas nos fluxos descendente e ascendente, e em que a seção cruzada do forno tubular é dividida em duas metades por uma placa defletora de fluxo vertical.
  2. 2. Forno tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os segmentos de túnel têm um corte transversal retangular e são respectivamente limitados por uma placa inferior (24), um topo (25) e duas paredes laterais (26, 27), a ventoinha sendo introduzida na câmara do forno por debaixo através do fundo.
  3. 3. Forno tubular de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as placas defletoras de fluxo (13) para guiar a corrente do ar e as placas perfuradas ou fendidas (14) para proporcionar um fluxo uniformes sobre os produtos a serem tratados são dispostas na câmara do forno.
  4. 4. Forno tubular de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os elementos de aquecimento (17) são eletricamente operados.
  5. 5. Forno tubular de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a linha do gás de exaustão (22) coleta o ar de exaustão dos fluxos circulatórios individuais e o guia para uma localização externa central.
  6. 6. Forno tubular de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as paredes laterais dos segmentos de túnel são configuradas de tal maneira que as mesmas girem.
  7. 7. Forno tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as duas correias de transporte são acionadas por um acionamento comum.
  8. 8. Uso do forno tubular de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que é para a secagem e a calcinação de corpos alveolares cerâmicos ou metálicos revestidos com camadas de catalisador.
  9. 9. Método para operar o forno tubular como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o perfil de temperatura desejado ao longo da direção do transporte contínuo através do forno tubular é ajustado ativando os elementos de aquecimento respectivos e os produtos a serem tratados são transportados através dos fluxos descendente e ascendente do fluxo circulatório nas correias de transporte paralelas, em que durante a operação certa quantidade da corrente circulatória é descarregada para remover do forno os gases de exaustão e o vapor de água que são liberados durante o tratamento térmico dos produtos e a corrente circulatória descarregada é substituída por uma quantidade correspondente de ar fresco.
  10. 10. Forno por lotes com uma câmara de forno para o tratamento térmico de produtos (12, 12’), caracterizado pelo fato de que o forno por lotes inclui pelo menos uma ventoinha (15) e pelo menos um elemento de aquecimento (17), bem como um canal de entrada (19) para o ar fresco e um canal de exaustão (22) para o ar de exaustão carregado com gases de exaustão e vapor de água e no qual a(s) ventoinha(s) é/são disposta(s) na câmara do forno de tal maneira que a mesma/as mesmas produz(em) um fluxo circulatório (23) com um fluxo descendente e um fluxo ascendente na câmara do forno, e os produtos a serem tratados são dispostos tanto no fluxo descendente quanto no fluxo ascendente, e em que certa quantidade da corrente circulatória é descarregada para remover do forno por meio dos gases de exaustão do canal de exaustão e vapor de água que são liberados durante o tratamento térmico dos produtos (12, 12’) e a corrente circulatória des3 carregada é substituída por uma quantidade correspondente de ar fresco, e em que a seção cruzada do forno é dividida em duas metades por uma placa defletora de fluxo vertical e a ventoinha é disposta em uma das metades da referida seção cruzada.
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