CZ290841B6 - Rotační pec pro zpracování materiálu a způsob zpracování materiálu v takovéto peci - Google Patents

Abstract

Rota n pec (100) pro zpracov n materi lu je oto n kolem pod ln osy a je odklon na od horizont ly, aby vs zka (115) zav en do pece (100) na prvn m konci (140) v pr b hu zpracov n postupovala skrz pec (100). Obsahuje pl (120), maj c vnit°n st nu a vyzd vku (105), kter se rozkl d p°es celou d lku vnit°n st ny a je ulo ena uvnit° a p°ilehle k vnit°n st n . Vyzd vka (105) m p°es celou svoj d lku uspo° d n mnoho·heln kov ho p° n ho pr °ezu. U zp sobu se podstatn st vs zky (115) p°i ot en pece (100) vystavuje prost°ed pece (100) opakovan .\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká rotační pece pro zpracování materiálu, která je otočná kolem podélné osy a je odkloněna od horizontály, aby vsázka zavážená do pece na jednom konci v průběhu zpracování postupovala skrz pec, obsahující plášť, mající vnitřní stěnu a vyzdívku, která se rozkládá přes celou délku vnitřní stěny a je uložena uvnitř a přilehle k vnitřní stěně, a dále se týká způsobu zpracování materiálu v takovéto peci, zahrnujícím přivádění vsázky materiálu ke zpracování do rotační pece podle kteréhokoli z předcházejících nároků a na její vyzdívku a otáčení pláště kolem jeho podélné osy tak, že vsázka se při průchodu pláštěm podrobuje zpracování.

Dosavadní stav techniky

Obvyklé rotační pece používané pro tepelné zpracování cementu, vápna ajiných nerostů mají obecně vyzdívku ze žáruvzdorných materiálů nebo cihel, která chrání pláště rotačních pecí proti teplu a proti opotřebení. Obecně jsou zkosené cihly uloženy v prstencích podél obvodu ocelového pláště pece. Přídavně k ochraně ocelového pláště žáruvzdorné cihly snižují ztráty tepla unikajícího pláštěm.

Naneštěstí jsou obvyklé rotační pece se žáruvzdornou vyzdívkou podle dosavadního stavu techniky tepelně málo účinné, což má za následek vysoké náklady na palivo. Tak například, ačkoliv teoretická spotřeba tepla na tvorbu cementového slínku typu 1 je 420 kcal/kg, typické pece se suchým i mokrým procesem mají značně vyšší spotřebu energie, asi 1100 kcal/kg (38 % tepelná účinnost), resp. 1300 kcal/kg (32 % tepelná účinnost). Podobně u pecí na výrobu vápna jsou typické hodnoty tepelné účinnosti kolem 40 %. Takové nízké tepelné účinnosti jsou důsledkem ztrát zářením přídavně ke ztrátám tepla rozptýleného v kouřových plynech a ve zpracovávaném výrobku.

Německý patent 544206 popisuje rotační pec, u které je opatřen mnohoúhelníkový příčný průřez pro krátkou délku pece, přičemž příčný průřez pro zbytek pece je kruhový. Krátký mnohoúhelníkový úsek je opatřen pro zvýšené převracení materiálu zpracovávaného v peci před vstupem do spékací oblasti.

Úkolem vynálezu tudíž je vytvořit otáčivou pec, která ve srovnání s dosavadním stavem techniky má vyšší tepelnou účinnost a je bez škodlivého účinku na materiály zpracovávané v peci.

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkol rotační pecí pro zpracování materiálu, která je otočná kolem podélné osy a je odkloněna od horizontály, aby vsázka zavážená do pece na jednom konci v průběhu zpracování postupovala skrz pec, obsahující plášť, mající vnitřní stěnu a vyzdívku, která se rozkládá přes celou délku vnitřní stěny a je uložena uvnitř a přilehle k vnitřní stěně. Podle vynálezu má vyzdívka přes celou svojí délku uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu.

Výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že obsahuje nosnou konstrukci a prostředky pro otáčivé nesení pece na nosné konstrukci.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že obsahuje plnicí prostředky operativně spojené s prvním koncem pláště pro plnění vsázky do pece, prostředky pro otáčení pláštěm, výstupní otvor operativně spojený se druhým koncem pláště pro umožnění výstupu vsázky

-1 CZ 290841 B6 z pece, přičemž mnohoúhelníkový příčný průřez vyzdívky má pro opakované vystavení podstatné části vsázky plynům o vysoké teplotě při otáčení pláště N stran.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že N je 3 až 12, takže úhel mezi sousedními stranami mnohoúhelníkového příčného průřezu je přibližně 150° nebo méně.

Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že žáruvzdorná vyzdívka pro vytvoření uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu obsahuje cihly umístěné na vnitřní stěně.

Jiné vý hodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vyzdívka je do uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu odlita.

V takovém případě je podle vy nálezu výhodné, že pro zakotvení lité vyzdívky k vnitřní stěně obsahuje kotevní členy připojené k vnitřní stěně v předem určeném vzoru.

Výhodné provedení podle vynálezu dále spočívá vtom, že vyzdívka zahrnuje první vrstvu přilehlou k vnitřní stěně a druhou vrstvu umístěnou na této první vrstvě.

V takovém případě je podle vynálezu výhodné, že první vrstva má lepší tepelně izolační vlastnosti ve srovnání s druhou vrstvou.

V takovém případě je podle vynálezu variantně výhodné, že druhá vrstva má vyšší tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení ve srovnání s první vrstvou.

Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že pec obsahuje vrstvu tepelně izolačního materiálu umístěnou mezi vnitřní stěnou a cihlovou vyzdívkou.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že pec obsahuje vrstvu tepelně izolačního materiálu uloženou mezi vnitřní stěnou a litou vyzdívkou.

Přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že první konec pláště je vzhledem k druhému konci umístěn v poloze zajišťující pohyb vsázky směrem ke druhému konci při otáčení pláště.

Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že strany mnohoúhelníkové vyzdívky jsou spojeny nepravidelnou, rovnou nebo zakřivenou přechodovou oblastí.

Jiné přednosti provedení podle vynálezu spočívá v tom, že plášť je válcovitý.

Zvláště přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vyzdívka obsahuje keramický nebo žáruvzdorný materiál na ni nalitý pro vymezení otevřeného pracovního pásma, které má obecně příčný průřez tvaru mnohoúhelníka s N stranami pro opakované vystavení podstatné části vsázky plynům o vysoké teplotě při otáčení pláště, přičemž pec dále obsahuje množství kotevních členů připojených k vnitřní stěně v předem určeném vzoru pro zakotvení lité vyzdívky k ní.

Tyto pece se užívají pro zpracování materiálu jako je například cement, vápno nebo jiné nerosty, jakož i jiné materiály jako dřevěná kaše. Použití vyzdívky o příčném průřezu mnohoúhelníka zlepšuje tepelnou účinnost přestupu tepla mezi plyny o vysoké teplotě a vsázkou materiálu ke zpracování v peci. Takové účinné využití tepla plynů je způsobeno rozličnými činiteli působícími, že větší množství vsázky je mnohem rychleji vystaveno působení vysoké teploty plynů a vyzdívky. Tyto činitele způsobují zvýšené omílání, zvýšenou dobu prodlení, snížení stupně plnění a zvýšené vystavení povrchu.

-2CZ 290841 B6

Způsob zpracování materiálu zahrnuje přivádění vsázky materiálu ke zpracování do rotační pece podle kteréhokoli z předcházejících nároků a na její vyzdívku a otáčení pláště kolem jeho podélné osy tak, že vsázka se při průchodu pláštěm podrobuje zpracování. Podle vynálezu se podstatná část vsázky při otáčení pece vystavuje prostředí pece opakovaně.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že zahrnuje tvarování pracovního pásma do uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu a otáčení pracovního pásma pro opakované vystavení vsázky prostředí pracovního pásma.

V tom případě je podle vynálezu výhodné, že se vsázka podrobuje působení plynů o vysoké teplotě, které tvoří část prostředí pracovního pásma, a mnohoúhelníkové hranice pracovního pásma se vytváří z materiálu odolného vůči plynům a vsázce materiálu ke zpracování.

Výhodná provedení vynálezu jsou dále podrobněji popsána v příkladech konkrétního provedení, kde jsou uvedeny i výhody oproti stávajícímu stavu techniky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 bokorys rotační pece podle vynálezu, mající vyzdívku s příčným průřezem tvaru mnohoúhelníka, obr. 2 příčný řez rotační pecí podle vynálezu v rovině 2-2 z obr. 1, který znázorňuje složky přestupu tepla uvnitř pece, obr. 3 až 5 částečné příčné řezy pecí z obr. 2, znázorňující rozličné konstrukce vyzdívky pece, obr. 6 příčný řez pecí se šestiúhelníkovým příčným průřezem, který znázorňuje stupeň vystavení povrchu vsázky vyzdívce a plynům uvnitř pece, obr. 7 příčný řez pecí kruhového příčného průřezu podle dosavadního stavu techniky, který znázorňuje stupeň vystavení vsázky vyzdívce a plynům uvnitř pece, obr. 8 příčný řez pecí z obr. 1 s vyzdívkou příčného průřezu tvaru desetiúhelníka a obr. 9 a 10 pohledy na bloky A a B pro použití k vytvoření konstrukce vyzdívky znázorněné na obr. 8.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je znázorněna rotační pec 100 podle předloženého vynálezu. Rotační pec 100 má vyzdívku 105, která v pohledu ve směru podélné osy vymezuje otevřené pracovní pásmo mající obecně příčný průřez tvaru mnohoúhelníka, jak je patrno z obr. 2. Vyzdívka 105 má pracovní plochu 110 znázorněnou na obr. 2, na kterou padá vsázka 115 ke zpracování a pohybuje se následkem otáčení rotační pece 100.

Pro dosažení tohoto uspořádání je vyzdívka 105 vytvořena uvnitř vnitřní stěny pláště 120 pece 100. Vyzdívka 105 je vyrobena z materiálu, který je dostatečně odolný vůči prostředí, kterému je vystaven. Pro pec 100 na výrobu cementu je materiál vyzdívky 105 přednostně abrazivní a tepelně odolný keramický nebo cihlový materiál, uzpůsobený k lití. Jak je znázorněno na

-3CZ 290841 B6 obr. 1, plášť 120 pece 100 je podepřen první až třetí obručí 125, 126, 127, které jsou uloženy na prvním až třetím ocelovém válci 130, 131, 132. Ocelové válce 130, 131, 132 jsou neseny na ocelovém rámu. Rotační pec 100 je umístěna tak, že napájecí - první konec 140 je upraven v daném konkrétním příkladu výše, aby se materiál ke zpracování pohyboval směrem k vypouštěcímu druhému konci 135.

Je-li to vyžadováno, je k napájecímu, tzn. prvnímu konci 140 přednostně připojeno ohebné těsnění 145, aby zakrylo alespoň jeho část. K ohebnému těsnění 145 může být trubkovým nástavcem 155 připojena nálevka 150 z vhodného materiálu. Malý otvor uprostřed ohebného těsnění 145 umožňuje, aby konec trubkového nástavce 155 mírně vyčníval do prvního konce 140 rotační pece 100 pro přivádění materiálu ke zpracování, jako cementu nebo vápna, do pásma tepelného zpracování rotační pece 100. Po zpracování se vsázka 115 pohybuje rotační pecí 100 k vypouštěcímu druhému konci 135.

Za provozu je rotační pec 100 poháněna neznázoměným motorem s převodovým ústrojím spojeným s pastorkem 160 a s ozubeným kolem 165, jak je patrno z obr. 1. Provoz rotačních pecí 100 a působ hoření jsou v oboru dobře známé a nebudou zde proto z důvodu přehlednosti blíže vysvětlovány. Jsou popsány například v patentových spisech US 4 200 469 a 4 344 596, jejichž obsah je zde citován v rozsahu nutném pro pochopení vynálezu.

V jednom provedení předloženého vynálezu může být vyzdívka 105 tvořena řadami cihel 170, které jsou uloženy na vnitřní stěně pláště 120 tak, aby vytvářely žádaný tvar mnohoúhelníka s rovinnými stranami 205. Cihly 170 jsou s výhodou zkosené a jsou uloženy tak, že jsou drženy v žádaném vzoru bez použití malty nebo pojivá. Případně může být použita malta nebo pojivo pro vyplnění mezer nebo nepravidelností mezi pláštěm 120 a cihlami 170. Dále mohou být cihly 170 navzájem spojeny maltou pro lepší jednolitost struktury vyzdívky 105, což může být nutné při některých aplikacích, například při velkém průchozím množství, při vysoké rychlosti zpracování abrazivních tepelně zpracovatelných materiálů, nebo pro pece, u kterých jsou mechanické problémy.

Při aplikacích s vysokými teplotami mohou být cihly 170 případně uloženy podle obr. 3 na podkladové vrstvě rohože z tepelně izolačního materiálu 175, výhodně z keramických vláken, která působí jako tepelný izolátor pro omezení velikosti tepelné ztráty pláštěm 120.

V jiném alternativním provedení může být vyzdívka 105 vyrobena ze zrnitého žáruvzdorného materiálu 185, který se smíchá s vodou, aby se vytvořila hmota podobná betonu, která se nalije nebo nastříká na vnitřní stěnu pláště 120. Zvláštní uspořádání může být dosaženo použitím forem a příslušných mezerníků, které vymezí objem, jež má být vyplněn nebo vylit žáruvzdorným materiálem 185. Tato provedení vynálezu jsou znázorněna na obr. 4 a 5.

Je-li použit žáruvzdorný materiál 185 uzpůsobený k lití, je připevněn ke stěně pláště 120 kotevními členy 180 tvaru V, které jsou obecně před uložením žáruvzdorného materiálu 185 bodově přivařeny ke stěně pláště 120. Tyto kotevní členy 180 jsou ke stěně pláště 120 připevněny v předem určeném vzoru a mají výšku asi od 1/2 do 3/4 celkové tloušťky žáruvzdorného materiálu 185, který má být nanesen. Široká rozmanitost a volba takových kotevních členů 180, vhodného materiálu, tvaru a návrhu pro jakékoli zvláštní uspořádání je v oboru dobře známá.

Pro vysokoteplotní aplikace má být žáruvzdorný materiál 185 nalit na rohož 190 z keramických vláken, která je uložena mezi a kolem kotevních členů 180 pro izolování pláště 120, jak je znázorněno na obr. 4. Podobný výsledek může být získán použitím dvou druhů žáruvzdorného materiálu, jak je znázorněno na obr. 5. Základní žáruvzdorná první vrstva 195 z lehkého materiálu uzpůsobeného k lití je nanesena na vnitřní stěnu pláště 120. Po vypálení se první vrstva 195 povleče žáruvzdorným materiálem druhé vrstvy 200, který je více odolný proti teplotě

-4CZ 290841 B6 a opotřebení. Tato kombinace materiálů různého opotřebení je dobře známá například ze zpracování roztavených kovů.

Vyzdívka 105 příčného průřezu tvaru mnohoúhelníka může být také vytvořena předlitím vhodného žáruvzdorného materiálu 185 do formy, která má dno tvaru odpovídajícího tvaru válcové stěny pláště 120. Forma může být vyrobena z oceli pro usnadnění připojení k ocelovému plášti 120. Po předlití žáruvzdorného materiálu 185 do formy se forma uloží na plášť 120 pece 100 a upevní šroubováním nebo přivařením. Pro vytvoření žádaného mnohoúhelníkového uspořádání vyzdívky 105 mohou být použity další kombinace litých kusů, tvarových cihel 170 a/nebo malty a/nebo pojivá.

Pro získání příčného průřezu tvaru mnohoúhelníka vyzdívky 105 jsou cihly 170 připojeny k vnitřku pláště 120 v mnohoúhelníkovém vzoru obvyklými způsoby, jako je oblouková nebo klínová metoda R.K.B. s maltou nebo bez malty. Rozličně tvarované cihly 170, přednostně mezi 2 a 6, se použijí pro vymezení každé zN stran mnohoúhelníkového příčného průřezu. Každá cihla 170 má dvě protilehlé strany. Jedna v podstatě rovinná strana 205 je namířena radiálně dovnitř do tepelného pracovního pásma uvnitř pece 100 a druhá, mírně zakřivená strana, je namířena ke stěně pláště 120 a má jí odpovídající tvar. Tyto žáruvzdorné cihly 170 jsou navzájem zaklínovány po obvodu pláště 120 a vyčnívají dovnitř, aby vymezovaly žádaný mnohoúhelníkový příčný průřez a obrys tepelného pracovního pásma. Je zřejmé, že celá pec 100 nemusí mít vyzdívku 105 podle vynálezu, ačkoliv by tato měla být provedena alespoň v kalcinačním pásmu a ve vypouštěcím pásmu.

Počet a tvary cihel 170 nebo lité vyzdívky 105 může být proměnlivý podle velikosti pece 100, tloušťky vyzdívky 105 a počtu stran mnohoúhelníka. Je zapotřebí 3 až 12 stran, přednostně 6 až 12 stran, pro zajištění vysoké tepelné účinnosti v závislosti na průměru pece 100. Použití 12 stran nebo méně zajistí úhel mezi sousedními stranami 150° nebo menší. Tím se zajistí výhody, které budou popsány dále.

Kromě toho se předpokládá, že u každého styku stran mnohoúhelníkového příčného průřezu může být malá nespojitost nebo rovná či zakřivená oblast přechodu vlivem nerovnoměrnosti v umístění cihel 170 v blízkosti okraje jejich stran. Toto nevyrovnané spojení může být, je-li to žádáno, vyplněno maltou pro získání žádaného tvaru. Dále, aby se zamezilo nebo minimalizovalo odštípnutí a nesprávné umístění, mohou být žáruvzdorné cihly 170 u jejich vnitřní tětivy nebo horké strany zkoseny, jak ukazuje tvar podle obr. 10.

V předehřívacím, kalcinačním a spékacím pásmu pecí podle dosavadního stavu techniky asi 90 % tepla dodávaného materiálu představuje přenos tepla zářením a konvekcí z plynů a zbývajících 10 % teplaje teplo přenesené z vyzdívky následkem pohybu.

Naneštěstí typický materiál vsázky 115, jako cement, vápno, dolomit a podobně je tepelný izolátor. Ačkoliv tenké povrchové vrstvy materiálu vsázky 115 mohou být ohřátý na vhodnou teplotu pro zpracování, jestliže vrstva není rychle znovu ohřátá, část původně pohlceného tepla se zpětně odrazí a přenese zpět na plyny.

Rotační pec 100 podle vynálezu používá vyzdívku 105 s příčným průřezem tvaru mnohoúhelníka pro zlepšení tepelné účinnosti nebo přestupu tepla mezi plyny o vysoké teplotě a vsázkou 115 nebo materiálem ke zpracování v peci 100. Takové zlepšené a účinné využití tepla plynu má za následek nižší výstupní teplotu, jakož i menší ztrátu tepla plynu. Přesněji, použitím návrhu mnohoúhelníkové vyzdívky 105 bylo zjištěno, že může být větší povrch vsázky 115 rychleji vystaven plynům o vysoké teplotě pro podporu přenosu tepla součtovým účinkem rozličných činitelů, jako je zvýšený míchací pohyb, delší doba setrvání, snížený stupeň plnění a zvětšené vystavení povrchu.

-5 CZ 290841 B6

Použití mnohoúhelníkové vyzdívky 115 výhodně vytváří lepší podmínky přenosu tepla než jsou u návrhu pece s válcovou vyzdívkou. Tato výhoda rotační pece 100 podle vynálezu je objasněna zkoumáním mechanizmu přenosu tepla v rotační peci 100 podle vynálezu.

Teplo nutné pro spalování slínku v rotační peci 100 se přivádí plyny o vysoké teplotě, vyvíjenými například nějakým procesem spalování. Tyto plyny obsahují oxid uhličitý’, vodní páru a páru chloridu draselného. Aby nastal správný přenos tepla do slínku, musí být mezi oběma materiály tepelný gradient, v daném případě mezi plyny a slínkem. Množství přeneseného tepla Q plynem v čase t je dáno obecnou rovnicí přenosu tepla:

Q = a(T_g-T_m)F.t kde a = součinitel přenosu tepla,

T_g = teplota plynu,

T_m = teplota materiálu a

F = povrch materiálu vystavený plynům.

Vhodnou volbou teplotního gradientu T_g - T_m je možné řídit množství tepla Q přeneseného do materiálu. Za nepříznivých podmínek praxe dosavadního stavu techniky pro získání vysokého přenosu tepla spočívala ve zvětšení teplotního gradientu. To však mělo za následek vyšší teplotu výstupních plynů, jestliže teplota plynů byla zvýšena pro zvětšení přenosu tepla, a navíc vyšší ztráty tepla zářením z výstupních plynů.

Přenos tepla v rotační peci 100 podle vynálezu je obecně ovládán výše uvedenou rovnicí pro přenos tepla a obsahuje bez omezení alespoň čtyři různé složky, jak je znázorněno na obr. 2 :

přenos t^ tepla zářením z plynů na materiál, přenos t^, tepla konvekcí mezi plyny a materiálem, přenos t^ tepla zářením mezi vyzdívkou a materiálem a přenos t^ tepla vedením z vyzdívky do materiálu.

Bylo zjištěno, že použití mnohoúhelníkové vyzdívky 105 neočekávaně zlepší výše uvedené různé čtyři složky přenosu t^, t^, t^, Li tepla pro vsázku 115 ke zpracování. Specificky, mezi jinými zkrátí dobu, po kterou specifická částečka vsázky 115 zůstává na povrchu po pohlcení tepla z plynů, je tedy zvýšen pohyb a zlepšen přenos tepla, protože obecně se méně tepla opětně přenáší do vyzdívky 105 a do plynů. Přídavně se prodlužuje doba prodlení vsázky 115 v peci 100, zvětšuje se vystavení povrchu vsázky 115 a zmenšuje se stupeň plnění v peci WO. Jak bude uvedeno dále, tyto jevy jako součtový účinek zlepšují přenos tepla v peci bez zmenšení průchozího množství.

Jeden z činitelů ve zlepšené tepelné účinnosti je prodloužená doba setrvání. Doba setrvání je doba nutná za podmínek ustáleného stavu, aby daná částice materiálu vsázky 115 dosáhla spodní části nebo konce pece 100. Obecně je doba setrvání T závislá na délce L pece, na rychlosti otáčení N, průměru D pece a sklonu S:

kL

T =----NDS

Konstanta kje závislá na ploše příčného průřezu pece 100 a na charakteristických vlastnostech vsázky 115.

-6CZ 290841 B6

Doba setrvání může být měřena v laboratoři použitím techniky, při které se určené množství písku přivádí do pece 100. Po určeném čase se změří množství vsázky 115, které dosáhlo druhý konec 135 pece 100.

Srovnání mezi kruhovými a mnohoúhelníkovými příčnými průřezy pecí 100, majících stejné ekvivalentní průměry a všechny ostatní parametry, ukazují, že mnohoúhelníková vyzdívka 105 prodlužuje dobu setrvání vsázky 115 asi o 4-5 % u pece 100 s mnohoúhelníkovým příčným průřezem. Tato delší doba setrvání umožňuje vyšší přenos tepla z plynů o vysoké teplotě na vsázku 115 pro danou osovou délku pece 100.

Další činitel zlepšující tepelnou účinnost je zmenšený stupeň plnění. Zde použitý stupeň plnění pece 100 značí poměr plochy průřezu vsázky 115 a plochy příčného průřezu pece 100 v podmínkách ustáleného stavu. Během tepelného zpracování, když vsázka 115 prochází pecí 100, se zmenšuje její hmotnost i objem, takže stupeň plnění se mění od pásma k pásmu. Tak například u prvního konce 140 je stupeň plnění vysoký, potom klesá v kalcinačním pásmu, když jsou oxid uhličitý a vodní pára vypuzeny. V blízkosti spalovacího pásma stupeň plnění stoupá následkem vytváření povlakové vrstvy.

Významná výhoda použití mnohoúhelníkové vyzdívky 105 spočívá v tom, že při mnohoúhelníkovém příčném průřezu je nižší stupeň plnění, což působí lepší přenos tepla do vsázky 115, protože může být větší podíl povrchové plochy vsázky 115 vystaven působení plynu vzhledem k příčnému průřezu pece 100.

Výsledky pokusů prováděných v praxi například ukazují, že pro zmenšený model pece 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu je stupeň plnění asi 4 % ve srovnání se 6,9 % pece kruhového průřezu se stejným ekvivalentním průměrem. Budiž uvedeno, že pro pec 100 šestiúhelníkového příčného průřezu byla provedena měření při různých polohách otáčení a byl vypočten střední stupeň plnění.

Rotační pec 100 podle předloženého vynálezu je konstruována tak, aby byla zlepšena její tepelná účinnost součtovým účinkem rychlejšího vystavení a většího množství vsázky 115 plynům vysoké teploty. Pro zvětšení přenosu tepla je plocha povrchu vystaveného plynům a vyzdívka 105 účinně větší v peci 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu než v pecích kruhového příčného průřezu. Tato větší vystavená plocha povrchu má za následek vyšší přenos tepla zářením a vedením z vyzdívky 105 do vsázky 115 a vyšší přenos tepla zářením z plynů do vsázky H5.

Na obr. 6 ve zmenšeném modelu pece 100 šestiúhelníkového příčného průřezu o průměru 15,4 cm je 7,5 cm vnitřní délky L vsázky vystaveno plynům o vysoké teplotě a 9 cm vnější délky I je vystaveno zářivému teplu z vyzdívky 105.

Ve zmenšeném modelu pece 100 kruhového příčného průřezu ekvivalentního průměru znázorněném na obr. 7, je pouze asi 8 cm vnitřní délky L vystaveno plynům a asi 8,32 cm vnější délky I je přímo vystaveno vyzdívce 105, tedy celkově o 22 % méně plochy povrchu ve srovnání s pecí 100 šestiúhelníkového příčného průřezu. Je zřejmé, že podmínky přenosu tepla zářením nebo vedením jsou příznivější v pecích 100 šestiúhelníkového příčného průřezu a obecně v pecích 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu než v pecích kruhového příčného průřezu vlivem větší plochy povrchu vystavené plynům a vyzdívce 105.

Další činitel důležitý pro dosažení vyšší tepelné účinnosti je dosažení intenzivnějšího rozptylu nebo promíchávání materiálu, když tento postupuje kupředu pecí 100. Dosavadní stav techniky doporučuje použití žáruvzdorných vaček a zdvihačů pro promíchávání materiálu, které tím, že jej promíchávají, vystavují nové části povrchu materiálů plynům a horké vyzdívce. Keramické nebo

-7CZ 290841 B6 žáruvzdorné vačky azdvihače však stlačují drobné částečky zatímco kovové oxidují a unaví se a tak ztrácejí účinnost.

Návrh mnohoúhelníkové vyzdívky 105 podle vynálezu zlepšuje míchací účinek rotační pece 100, který zase způsobuje, že materiál je po kratší dobu ve styku s vyzdívkou 105, což umožňuje rychlé opětné ohřátí jiných Částeček. Tento návrh zejména zamezuje klouzání materiálu pohybem materiálu nebo vsázky 115 bez jeho podstatného zdvihání.

V jednom z pokusů byl pozorován pohyb 500 g 50 % směsi chromitanového (černého) písku a skleněného (bílého) písku pecemi 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu a kruhového příčného průřezu, znázorněnými na obr. 6 a 7. Tyto vsázky 115 byly použity pro jejich barevný kontrast a rozdíl v hustotách vsázky 115 pro usnadnění vizuálního pozorování oddělování uvnitř pece 100.

V peci kruhového příčného průřezu se vsázka 115 nebo materiál pohybuje klikatě, to znamená že stoupá a padá podél vyzdívky 105 asi 70 krát za minutu bez promíchávání. V peci 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu však bylo pozorováno, že se materiál přesypal asi 16 krát za minutu. Kromě toho bylo pozorováno, že zatímco v peci kruhového příčného průřezu bylo oddělování materiálů, v peci 100 mnohoúhelníkového příčného průřezu se nevyskytovalo. Takové zvýšené přesypávání nebo promíchávání umožňuje mnohem rovnoměrnější rozptyl tepla do větší části materiálu.

U pecí 100 komerčních rozměrů je třeba, aby vyzdívka 105 mnohoúhelníkového příčného průřezu obecně pokryla minimálně 9 m v kalcinačním pásmu a alespoň 6 m u druhého konce 135 pece 100. Pro tyto rozměry se předpokládá 6 až 12 stran mnohoúhelníka pro zlepšení tepelné účinnosti pece 100.

Příklady

Předložený vynález je vysvětlen na následujících příkladech přednostního provedení vyzdívky 105 rotační pece 100 podle vynálezu. Tyto příklady nikterak neomezují rámec myšlenky vynálezu.

Příklad 1

Vnitřní stěna pece 100 o průměru 3 m je opatřena vrstvou papíru z keramických vláken značky Lytherm 1535 GC o tloušťce 6,35 mm, výrobku společnosti Lydall Co., jako tepelnou izolací. Na tuto vrstvu byla uložena vrstva lisovaných a vypálených cihel 170 z oxidu hlinitého značky Zed Mullite, výrobku společnosti Zedmark lne., a byla vytvořena vyzdívka 105 příčného průřezu desetiúhelníka, jak je znázorněno na obr. 8, cihly 170 jsou tvarovány a navrženy tak, aby odpovídaly plášti 120. Aby byl získán desetiúhelník, každá strana může být vytvořena ze 4 prvních bloků A a druhých bloků B (dvě sady dvou různě zkosených bloků A, B v pořadí ABBA, jak je znázorněno). Každý z bloků A, B znázorněných na obr. 9 a 10 má tloušťku asi 100 mm. Cihly 170 jsou v žádané poloze drženy mechanicky zkosenými okraji a je tak zamezeno jejich pohybu od pláště 120 při otáčení pece 100. Poslední vkládaný blok A, B může být zasunut do otvoru, aby navzájem spojil celý mnohoúhelníkový útvar. Je-li třeba, může být použita vzduchem nanášená suchá malta pro vyplnění nepravidelností mezi cihlami 170 nebo mezi cihlami 170 a pláštěm 120. Po dokončení prvního věnce cihel 170 po obvodu pláště 120 se ukládají další věnce až do dokončení vyzdívky 105.

-8CZ 290841 B6

Příklad 2

Vnitřní stěna pece 100 o průměru 3,6 m je opatřena množstvím normalizovaných kotevních členů 180 tvaru V z nerezavějící oceli typu 310 v předem určeném vzoru rozmístění. Kotevní členy 180 byly tvarovány a uspořádány tak, aby vyčnívaly od pláště 120 do výšky rovné asi 2/3 celkové tloušťky vyzdívky 105. Byly použity dřevěné formy pro vytvoření mezní plochy vyzdívky 105 odlité jako desetiúhelníkový útvar o velikosti v podstatě stejné jako v příkladu 1. Formy vymezují oblast odpovídající jednotlivým stranám mnohoúhelníka v žádané délce nejvýše 5 m pro zamezení nevyvážení pece 100 během instalace. Základní vrstva izolačního žáruvzdorného materiálu 185 značky Hyal - Lite 30 společnosti Zedmark. Inc, je nanesena pro zvýšení přibližně o polovinu tloušťky celkové vyzdívky 105.

Pro zajištění správného lití kaše keramického materiálu byly použity tyčové vibrátory. Po vypálení tohoto materiálu byla do forem uložena zbývající část vyzdívky 105 z materiálu značky Zedal Cast 60 LC společnosti Zedmark. Inc. Opět byly použity tyčové vibrátory pro zajištění správného a úplného uložení kaše keramického materiálu bez vzduchových kapes. Potom byla druhá vrstva vypálena. Konečná litá keramická vyzdívka 105 byla dokončena v segmentech majících tvar příčného průřezu v podstatě stejný jako cihly 170, resp. bloky ABBA v příkladu 1. Tento postup byl opakován po délce první strany a potom na dalších stranách mnohoúhelníka až do vytvoření úplné vyzdívky 105.

Je zřejmé, že mohou být provedeny rozličné obměny jasné odborníkovi školenému v oboru, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vy nálezu. Tak například vyzdívka 105 může být vyrobena z pěchované plastické hmoty nebo ze stříkaného žáruvzdorného materiálu 185 bez použití forem. Tudíž není snaha omezit připojené patentové nároky na popisovaná uspořádání, nýbrž patentové nároky formulovat tak, aby zahrnovaly všechny patentovatelné myšlenky předloženého vynálezu i jejich ekvivalenty zřejmé odborníkům.

Claims (5)

1. Rotační pec pro zpracování materiálu, která je otočná kolem podélné osy a je odkloněna od horizontály, aby vsázka (115) zavážená do pece (100) na prvním konci (140) v průběhu zpracování postupovala skrz pec (100). obsahující plášť (120), mající vnitřní stěnu a vyzdívku (105), která se rozkládá přes celou délku vnitřní stěny a je uložena uvnitř a přilehle k vnitřní stěně, vyznačující se tím, že vyzdívka (105) má přes celou svojí délku uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu.

2. Rotační pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje nosnou konstrukci a prostředky pro otáčivé nesení pece (100) na nosné konstrukci.

3. Rotační pec podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje plnicí prostředky operativně spojené s prvním koncem (140) pláště (120) pro plnění vsázky (115) do pece (100), prostředky pro otáčení pláštěm (120), výstupní otvor operativně spojený se druhým koncem (135) pláště (120) pro umožnění výstupu vsázky (115) z pece (100), přičemž mnohoúhelníkový příčný průřez vyzdívky (105) má pro opakované vystavení podstatné části vsázky (115) plynům o vysoké teplotě při otáčení pláště (120) N stran.

4. Rotační pec podle nároku 3, vy z n a č uj í c í se t í m , že N je 3 až 12, takže úhel mezi sousedními stranami mnohoúhelníkového příčného průřezu je 150° nebo méně.

-9CZ 290841 B6

5. Rotační pec podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že žáruvzdorná vyzdívka (105) pro vytvoření uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu obsahuje cihly (170) umístěné na vnitřní stěně.

6. Rotační pec podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vyzdívka (105) je do uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu odlita.

7. Rotační pec podle nároku 6, vyznačující se tím, že pro zakotvení lité vyzdívky (105) k vnitřní stěně obsahuje kotevní členy (180) připojené k vnitřní stěně v předem určeném vzoru.

8. Rotační pec podle nároku 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že vyzdívka (105) zahrnuje první vrstvu (195) přilehlou k vnitřní stěně a druhou vrstvu umístěnou na této první vrstvě (195).

9. Rotační pec podle nároku 8, vyznačující se tím, že první vrstva (195) má lepší tepelně izolační vlastnosti ve srovnání s druhou vrstvou (200).

10. Rotační pec podle nároku 8, vyznačující se tím, že druhá vrstva (200) má vyšší tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení ve srovnání s první vrstvou (195).

11. Rotační pec podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje vrstvu tepelně izolačního materiálu (175) umístěnou mezi vnitřní stěnou a cihlovou vyzdívkou (105).

12. Rotační pec podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje vrstvu tepelně izolačního materiálu (175) uloženou mezi vnitřní stěnou a litou vyzdívkou (105).

13. Rotační pec podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že první konec (140) pláště (120) je vzhledem k druhému konci (135) umístěn v poloze zajišťující pohyb vsázky (115) směrem ke druhému konci (135) při otáčení pláště (120).

14. Rotační pec podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že strany mnohoúhelníkové vyzdívky (105) jsou spojeny nepravidelnou, rovnou nebo zakřivenou přechodovou oblastí.

15. Rotační pec podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že plášť (120) je válcovitý.

16. Rotační pec podle kteréhokoli z nároků 6, 8, 9, 10 a 12, v y z n a č u j í c í se t í m, že vyzdívka (105) obsahuje keramický nebo žáruvzdorný materiál (185) na ni nalitý pro vymezení otevřeného pracovního pásma, které má obecně příčný průřez tvaru mnohoúhelníka s N stranami pro opakované vystavení podstatné části vsázky (115) plynům o vysoké teplotě při otáčení pláště (120), přičemž pec (100) dále obsahuje množství kotevních členů (180) připojených k vnitřní stěně v předem určeném vzoru pro zakotvení lité vyzdívky (105) k ní.

17. Způsob zpracování materiálu, zahrnující přivádění vsázky (115) materiálu ke zpracování do rotační pece (100) podle kteréhokoli z předcházejících nároků a na její vyzdívku (105) a otáčení pláště (120) kolem jeho podélné osy tak, že vsázka (115) se při průchodu pláštěm (120) podrobuje zpracování, vyznačující se tím, že se podstatná část vsázky (115) při otáčení pece (100) vystavuje prostředí pece (100) opakovaně.

- 10CZ 290841 B6

18. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že zahrnuje tvarování pracovního pásma do uspořádání mnohoúhelníkového příčného průřezu a otáčení pracovního pásma pro opakované vystavení vsázky (115) prostředí pracovního pásma.

5 19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se t í m , že se vsázka (115) podrobuje působení plynů o vysoké teplotě, které tvoří část prostředí pracovního pásma, a mnohoúhelníkové hranice pracovního pásma se vytváří z materiálu odolného vůči plynům a vsázce (115) materiálu ke zpracování.