FI128258B - Uuni ja menetelmä epäorgaanisen materiaalin lämpökäsittelemiseksi - Google Patents

Abstract

Uunia ja menetelmä kiinteän epäorgaanisen materiaalin (16) lämpökäsittelemiseksi. Uuni käsittää pyöritettävissä olevan vaipan (2) määrittelemän uunitilan (1), vaippaa ympäröivät lämmityselimet (3) lämmön tuomiseksi uuniin vaipan (1) läpi, uunin ensimmäiseen päädyssä (4) olevan syöttöaukon (6) materiaalin syöttämiseksi uuniin ja uunin toiseen päätyyn (5) järjestetyn poistoaukon (7) lämpökäsitellyn materiaalin poistamiseksi. Keksinnön mukaan syöttöaukon (6) suhteen vastakkaiseen päätyyn (5) on järjestetty uunitilan (1) sisälle ulottuva kaasun kuumennin (8), joka käsittää virtauskanavan (8’), johon on tuotavissa lämpöä virtauskanavassa (8’) virtaavan kaasun kuumentamiseksi ja uuniin syötettävän materiaalin (16) lämpökäsittelyn tehostamiseksi. Uuni soveltuu mm. mineraalisten materiaalien, kuten spodumeenin, lämpökäsittelemiseksi.

Description

Uuni ja menetelmä epäorgaanisen materiaalin lämpökäsittelemiseksi

Tekniikan ala

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista uunia epäorgaanisen materiaalin lämpökäsittelemi seksi.

Tällainen uuni käsittää pyöritettävissä olevan uunithan, jossa on kaksi vastakkaista päätyä, vaippaa ympäröivästi järjestetyt lämmityselimet lämmön tuomiseksi uuniin vaipan läpi, uunin ensimmäiseen päätyyn jäljestetyn syöttöaukon kiinteän epäorgaanisen materiaalin syöttämiseksi uuniin lämpökäsittelyä varten ja uunin toisen, vastakkaisen päädyn yhteyteen järjestetyn poistoaukon lämpökäsitellyn kiinteän materiaalin poistamiseksi uunista.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 14 johdannon mukaista menetelmää ja patenttivaatimusten 18-21 mukaisia käyttöjä.

Tekniikan taso

Pyöriviä uuneja käytetään yleisesti sellaisten materiaalien lämpökäsittelemiseksi, jotka ovat tahmeita, paakkuuntuvia tai muuten ominaisuuksiltaan sellaisia, että ne tarttuvat herkästi uunin pintaan lämpökäsittelyn aikana ja lämmönsiirron tehostamiseksi lämmitettävän materiaalin sekoittuessa pyörittämisen vaikutuksesta. Tyypillisesti näissä on lieriömäinen uunitila, jonka pituusakseli on asetettu vinoon vaakatasoon nähden ja jota pyöritetään lämpökäsittelyn aikana pituusakselin ympäri. Tällöin lieriön ylempään päähän syötetty materiaali hiljalleen valuu kohti alempaa päätä ja kuumenee samalla. Uunitilaan voidaan syöttää kuumaa kaasua joko vasta- tai myötävirtaan syötettävän materiaalin liikesuuntaan nähden materiaalin kuumentamiseksi. Joissain ratkaisuissa uuni käsittää kaasupolttimen, joka käsittää polttokaasun ja hapen syöttökanavat, joiden avulla uuniin tuodaan palava kaasuseos, joka poltetaan uunithan sisällä. Pyöriviä uuneja voidaan käyttää esimerkiksi kaivosteollisuuden mineraalisten raaka-aineiden käsittelemiseksi.

Julkaisuissa JPS51136716, KR101670180 ja WO 2005/121675 esitetään esimerkkejä yllä kuvatun kaltaisista vastavirtakuumennusperiaatteeha toimivasta pyörivästä uunista.

Julkaisussa WO 94/11536 kuvataan esimerkki teräksenvalmistuksessa käytettävästä pyörivästä kaksiosastoisesta uunista. Julkaisussa US 3814596 esitetään yhdenlainen myötävirtaperiaatteella toimiva pyörivä uuni.

Jotkut materiaalit ovat erityisen hankalia lämpökäsitellä. Esimerkiksi jotkin litiumpitoiset malmit, kuten pegmatiitit ja niiden sisältämä alfa-spodumeeni, vaativat korkeaa käsittelylämpötilaa kun niitä muokataan teolliseen jatkokäsittelyn sopiviksi. Materiaalissa voi olla mukana ainesosia, jotka tarttuvat herkästi muihin partikkeleihin ja uunin pintoihin materiaalia kuumennettaessa ja erityisesti kun materiaali ylikuumenee. Nykyiset pyörivät uunit eivät sovellu hyvin tällaisten materiaalien lämpökäsittelyyn. Julkaisussa US 2013/0042438 esitetäänkin pyöriviin uuneihin nähden hyvin toisenlainen, leijupetireaktoriin perustuva ratkaisu spodumeenien käsittelemiseksi.

Kaasupolttimien käyttämiseen uunin kuumentamiseksi liittyy omat ongelmansa, mm. tarvittavaan kaasun- ja hapensyötön järjestämiseen liittyen. Joissain sovelluksissa kaasupolttimien käyttö ei ole prosessin kannalta kannattavaa tai edes mahdollista.

Keksinnön yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen pyörivä uuni erityisesti vaikeasti käsiteltävien epäorgaanisten materiaalien lämpökäsittelemiseksi. Erityisenä tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu, joka soveltuu mineraalisten kiinteiden, kuten spodumeenipitoisten kaivosteollisuuden raaka-aineiden lämpökäsittelemiseksi sekä karbonaattipitoisen materiaalin, kalsinoimiseksi korkeassa lämpötilassa.

Keksinnön yhtenä tarkoituksena on saada aikaan järjestely, joka mahdollistaa aiempaa paremmin sähköenergian käytön uunin lämmittämisessä.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että pyörivän uunin uunithan sisälle jäljestetään virtauskanava, johon voidaan syöttää kaasua, kuten uunin sisältä saatavaa kuumaa kaasua, jonka lämpötilaa nostetaan virtauskanavassa tämän seinämän kautta tuodun lämmön avulla, ja edelleen ohjata kaasu uunithan sisälle uunissa käsiteltävän materiaalin lämmityksen tehostamiseksi. Etenkin kaasua voidaan kierrättää uunithan yhdeltä vyöhykkeeltä uunithan toiselle vyöhykkeelle virtauskanavan kautta, samalla nostaen kaasun lämpötilaa. Erityisesti kaasua voidaan syöttää virtauskanavaan uunitilan vyöhykkeeltä, joka sijaitsee käsiteltävän materiaalin poistoaukon läheisyydessä ja kaasu voidaan lämmitettynä jälleen syöttää kohti uunitilan päätyä, josta uuniin tuodaan materiaalia, eli vastavirtaan unissa käsiteltävän materiaalin liikesuuntaan nähden. On kuitenkin myös mahdollista jäljestää kaasun virtaus kulkemaan uunissa myötävirtaan käsiteltävän materiaalin kanssa.

Keksinnön mukainen uuni kiinteän epäorgaanisen materiaalin lämpökäsittelemiseksi käsittää pyöritettävissä olevan, etenkin lieriömäisen vaipan määrittelemän uunitilan, jossa on kaksi vastakkaista päätyä sekä lämmityselimet lämmön tuomiseksi uuniin vaipan läpi. Lisäksi uuni käsittää uunin ensimmäiseen päätyyn järjestetyn syöttöaukon kiinteän epäorgaanisen materiaalin syöttämiseksi uunitilaan lämpökäsittelyä varten ja uunitilan toisen, vastakkaisen päädyn yhteyteen järjestetyn poistoaukon lämpökäsitellyn materiaalin poistamiseksi uunitilasta. Keksinnön mukaan uunitilan toiseen päätyyn on järjestetty kuumennin, joka ulottuu uunitilan sisälle ja käsittää virtauskanavan, joka käsittää seinämän ja johon on syötettävissä kaasua uunitilan sisältä, jolloin virtauskanava edelleen käsittää seinämän yhteyteen järjestetyt välineet virtauskanavan sisään syötetyn kaasun kuumentamiseksi sekä poistoaukon kuumennetun kaasun johtamiseksi kohti uunitilaan syötettävää epäorgaanista materiaalia tämän kuumentamisen tehostamiseksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käsiteltävä kiinteä epäorgaaninen materiaali syötetään pyöritettävissä olevan, lieriömäisen vaipan määrittelemään uunitilaan, jossa se kuumennetaan ennalta määrättyyn lämpötilaan, minkä jälkeen lämpökäsitelty materiaali poistetaan uunitilasta. Uunitilassa uunitilaan syötettävään epäorgaaniseen materiaaliin kohdistetaan kuuma kaasuvirtaus, joka muodostetaan johtamalla kaasua sellaisen, uunitilan sisälle jäljestetyn virtauskanavan läpi, jota ympäröi seinämä, jonka kautta kaasuun tuodaan lämpöenergiaa ja jonka virtauskanavan poistoaukko on suunnattu ainakin oleellisesti uunitilaan syötettävää epäorgaanista materiaalia kohti.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle uunille on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 14 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisille käytöille on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksissa 18-21.

Keksinnön avulla saavutetaan merkittäviä etuja. Syöttämällä uuniin lisälämpöä esillä olevan virtauskanavan kautta kohdistuu käsiteltävään materiaaliin tasainen halutun suuruinen lämpövirta, mikä edesauttaa materiaalissa tapahtuvia kemiallisia ja fysikaalisia reaktioita. Yhdessä pyörivän ulkovaipan kanssa, jonka ansiosta käsiteltävä materiaali on jatkuvassa liikkeessä, vastavirtaperiaatteella toimiva virtauskanava mahdollistaa materiaalin tasaisen lämpenemisen heti syötön jälkeen, jolloin uuni toimii tehokkaana reaktorina erityisesti mineraaliprosesseissa.

Kierrättämällä kaasuvirtaa uunin sisällä virtauskanavan kautta, sitä samalla kuumentaen, saadaan aikaan kokonaistaloudellisesti energiatehokas prosessi, jolloin samalla mahdollistetaan uunin tietylle vyöhykkeelle kohdistetun lämpövuon.

Keksinnön avulla voidaan myös kokonaan välttää kaasupolttimien käyttö uunithan lämmittämiseksi, mikä vähentää mm. huollon ja instrumentaalien tarvetta. Tarvittaessa koko lämmitysenergia, ja erityisesti esillä olevan virtauskuumentimen käyttämä energia, voidaan tuoda systeemiin sähköenergiana.

Piirustuksen lyhyt selostus

Kuviossa 1 esitetään poikkileikkauksena yhden sovellutusmuodon mukainen uuni.

Sovellutusesimerkit

Kuten edellisestä käy ilmi, esillä oleva keksintö koskee uunia ja menetelmää kiinteän epäorgaanisen materiaalin lämpökäsittelemiseksi.

Yhdessä sovelluksessa uuni käsittää pyöritettävissä olevan vaipan määrittelemän uunithan, vaippaa ympäröivästi järjestetyt lämmityselimet lämmön tuomiseksi uuniin vaipan läpi, uunin ensimmäiseen päätyyn jäljestetyn syöttöaukon kiinteän epäorgaanisen materiaalin syöttämiseksi uuniin ja uunin toiseen päädyn yhteyteen järjestetyn poistoaukon lämpökäsitellyn kiinteän materiaalin poistamiseksi uunista. Syöttöaukon suhteen vastakkaiseen päätyyn on järjestetty uunitilan sisälle ulottuva uunin sisätilan kaasun kuumennin, joka käsittää seinämän rajaaman virtauskanavan, joka edelleen käsittää kaasun tuloaukon ja kaasun poistoaukon, joka on jäljestetty uunitilaan, sekä välineet kaasun virtausnopeuden kasvattamiseksi kaasun tuloaukon ja kaasun poistoaukon välillä. Virtauskanavaan on tuotavissa lämpöä seinämän läpi virtauskanavassa viilaavan kaasun kuumentamiseksi ja uuniin syötettävän materiaalin lämpökäsittelyn tehostamiseksi..

Yhden sovelluksen mukaan kuumennin on sovitettu käsiteltävän materiaalin syöttöaukon suhteen vastakkaiseen päätyyn siten, että sen virtauskanava ainakin osin ulottuu uunitilan sisälle. Virtauskanavaa rajaa esimerkiksi lieriömäinen seinämä, jonka läpi virtauskanavaan voidaan tuoda lämpöä. Tällainen ratkaisu mahdollistaa tehokkaan lämmönsiirron ensin kaasuun virtauskanavassa ja toisaalta uunitilaan halutulle vyöhykkeelle.

Yhden sovelluksen mukaan virtauskanava on varustettu elimillä kuumennettavan kaasun virtausnopeuden kasvattamiseksi. Erityisesti nämä elimet voivat käsittää virtaussuunnassa ainakin osittain virtauskanavan tulo- ja poistoaukon väliin järjestetyn puhaltimen.

Yhden sovelluksen mukaan virtauskanavaan syötettävän kaasun tuloaukko on järjestetty lähelle päätyä, josta uunissa käsiteltävä materiaali poistetaan uunitilasta ja virtauskanavan poistoaukko kuumennetulle kaasulle on jäljestetty osoittamaan kohti epäorgaanisen materiaalin vastavirtaa. Tällöin saadaan aikaan energiataloudellisesti tehokas kaasukierto ja reaktorin toiminnan kannalta edullisesti kohdistettu lämpövirta.

Yhdessä sovelluksessa uunin sisätilan kaasun kuumennin on jäljestetty uunin toiseen, syöttöaukon suhteen vastakkaiseen päätyyn, jolloin kuumennuskaasun virtaus saadaan kulkemaan uunissa myötävirtaan käsiteltävän materiaalin kanssa.

Yhden sovelluksen mukaan uuni on kiintoaineen käsittelyuuni, eli uuniin syötetään ja sieltä poistetaan ainakin pääasiassa kiinteässä olomuodossa olevaa materiaalia, erotuksena sulatusuuneihin, joihin syötetään kiinteää materiaalia ja poistetaan sulassa olomuodossa olevaa materiaalia.

Yhdessä sovelluksessa uunitilan ulkovaippaa ympäröivästi on järjestetty lämmityselimet, jotka myös, siis esillä olevan kaasun virtauskanavaan perustuvan kuumentimen lisäksi, tuovat uunitilaan lämpöä.

Keksinnön mukaista uunia ja menetelmää voidaan käyttää erityisesti alfa-spodumeenimateriaalin lämpökäsittelemiseksi, etenkin raemuodossa, beta-spodumeenin muodostamiseksi. Tällaista prosessia tarvitaan etenkin litiumin talteen ottamisessa. Uuni toimii tehokkaasti myös muissa alkalimetallipitoisten mineraalien käsittelyprosesseissa. Toisaalta uunia voidaan käyttää myös karbonaattipitoisen tai muun epäorgaanisen materiaalin kalsinoimiseksi sekä laajalti mineraalimateriaalien lämpökäsittelemiseksi. Esimerkkeinä käsiteltävistä materiaaleista mainittakoon ilmeniitti ja kaoliinia sekä esim, akkukemikaaleina ja katalyytteina toimivat epäorgaaniset kemikaalit.

Seuraavaksi sovellutusmuotoja ja näiden etuja tarkastellaan lähemmin oheiseen piirustukseen viitaten.

Kuvion 1 mukainen uuni käsittää ulkovaipan 2, joka on lieriömäinen, tyypillisesti lieriön muotoinen, kuten ympyrälieriön muotoinen. Vaippa on tuettu tukielimiin (ei näytetty) siten, että se on pyöritettävissä lieriön pituusakselin ympäri. Vaippa määrittää yhdessä uunin ensimmäisen päädyn 4 ja toisen päädyn 5 kanssa uunitilan, jossa lämpökäsittely tapahtuu. Uunitilaan on syötettävissä, tässä esimerkissä ensimmäiseen päätyyn 4 järjestetyn syöttöaukon 6 kautta käsiteltävää materiaalia 16, joka kulkee käsittelyn aikana kohti uunin toisen päädyn 5 läheisyyteen järjestettyä poistoaukkoa 7, jonka kautta lämpökäsitelty materiaali poistuu uunitilasta. Tässä esimerkissä poistoaukko on sovitettu uunitilan vaippaan 2 toisen päädyn 5 viereen.

Yleisesti ottaen syöttöaukko 6 ja poistoaukko 7 voivat sijaita ensimmäisessä päädyssä 4 ja vastaavasti toisessa päädyssä 5 tai näiden läheisyydessä vaipassa 2 siten, että käsiteltävä materiaali 16 kulkee käsittelyn aikana vaipan 2 pyöriessä uunitilan 1 läpi uunitilan 1 pituusakselin suuntaisesti. Materiaalin 16 liike voidaan aikaansaada esimerkiksi sijoittamalla uunin pituusakseli kulma-asentoon vaakatason suhteen tai järjestämällä vaipan 2 sisäpinnalle soveltuvat kuljetinelimet.

Vaipan 2 ulkopinnalle tai sisään on jäljestetty lämmityselimet 3, jotka tuottavat lämpöä, joka siirtyy vaipan 2 läpi uunitilan sisälle 1 käsiteltävään materiaaliin 16.

Lämmityselimet 3 voivat käsittää esimerkiksi sähkövastuksia tai muita sähkökäyttöisiä lämmittimiä, kuten säteily- tai induktiolämmittimiä. Lämmityselimet voivat pyöriä vaipan mukana tai olla kiinteitä. Lämmityselinten 3 avulla uunitilan 1 lämpötila on nostettavissa ennalta määrättyyn lämpötilaan.

Uunin toiseen päätyyn 5 on sovitettu kuumennin 8. Kuumennin 8 käsittää uunitilan 1 sisälle ulottuvan seinämän 9, joka voi olla uunitilan 1 vaipan 2 tavoin oleellisesti lieriömäinen, kuten lieriön muotoinen. Seinämä 9 määrittää virtauskanavan 8’, joka on tässä esimerkissä sovitettu oleellisesti uunitilan 1 pituusakselin suuntaisesti.

Virtauskanavan 8’ ensimmäiseen päähän, lähelle uunin toista päätyä 5, on sovitettu kaasun sisääntuloaukko 14 ja kanavan 8’ toiseen, vastakkaiseen päähän, on sovitettu kaasun ulostuloaukko 15. Kaasuvirtaus virtauskanavassa 8’ on sovitettu tapahtuvan siten, että kaasu purkautuu virtauskanavasta 8’ uunitilaan vastavirtaperiaatteella oleellisesti kohti uunin ensimmäistä päätyä 4 ja sisään syötettävää materiaalia 6.

Termi ”lieriömäinen” kattaa tässä yhteydessä paitsi ympyrälieriömuodot ja muut puhtaat lieriömuodot, myös poikkileikkaukseltaan vaihtelevat muodot kuten kartiomuodot, sekä virtaussuunnassa kaareutuvat tai mutkittelevat muodot.

Kaasun sisääntuloaukko 14 on sovitettu edullisesti siten, että virtauskanavaan 8’ sisään otettava kaasu tulee uunitilan 1 sisältä, jolloin muodostuu kaasukierto.

Yhdessä sovelluksessa kuumennin käsittää puhallinvälineet, joiden avulla virtauskanavaan 8’, kaasun tuloaukon 14 ja poistoaukon 15 välille saadaan aikaan tarvittava kaasuvirtaus. Kanavassa kaasun virtausnopeus kasvaa ja se syöksyy uunitilaan kuumana kaasuvirtana, mikä tehostaa sen kuumennusvaikutusta. Puhallinvälineet voivat käsittää virtauskanavan sisään, kaasun tulo-ja poistoaukon välille jäljestetyn siipipyörän 11 tai muun vastaavan kaasun liikuttamiseen sopivan elimen. Siipipyörän 11 pyörittämiseksi puhallinvälineet voivat käsittää etenkin käytön 12, kuten sähkömoottorin, akselin 13, jolla siipipyörä 11 on kytketty käyttöön 12. Käyttö 12 voi sijaita uunitilan 1 ulkopuolella kuumuudelta suojassa.

Kuumentimeen 8 on toiminnallisesti liitetty kuumennusvälineet 10, joiden avulla virtauskanavaan 8’ sisään syötetyn kaasun lämpötilaa voidaan nostaa ennen kuin se purkautuu kaasun poistoaukosta 15 uunitilaan. Niinpä kuumennin 8 tehostaa käsiteltävän materiaalin 16 lämmitystä. Kuumennusvälineet 10 voi olla jäljestetty virtauskanavan seinämään 10, jolloin niiden tuottama lämpö johdetaan seinämän 9 läpi virtauskanavan sisällä kulkevaan kaasuun.

Myös kuumennusvälineet 10 voivat käsittää sähkökäyttöisiä lämmittimiä, kuten sähkövastuksia, säteilylämmittimiä tai induktiolämmittimiä, mutta niiden ei tarvitse välttämättä perustua samaan tekniikkaan kuin lämmityselimien 3.

Tyypillisesti seinämällä 9 on kaksoisvaipparakenne.

Yhdessä sovelluksessa virtauskanavan seinämällä 9 on rengasmainen poikkileikkaus, etenkin se käsittää kaksi sisäkkäin jäljestettyä seinää 9’, 9”, joilla on erisuuruiset halkaisijat. Kuumennusvälineet 10 voidaan sijoittaa tällöin seinien 9’, 9” väliin, jolloin ne eivät ole suoraan yhteydessä uunitilaan 1 ja siten käsiteltävään materiaaliin 16 tai uunithan 1 kaasuihin. Kuumennusvälineiden 10 tuottama lämpö voidaan ohjata paitsi virtauskanavan sisälle sisemmän seinän 9’, myös suoraan uunitilaan ulomman seinän 9” läpi.

Kuumennin 8, etenkin sen seinämä 8’, joka muodostaa virtauskanavan, voidaan sovittaa yhdessä uunin ulkovaipan 2 kanssa pyöritettäväksi, eli tuettu uunin ulkovaippaan 2, tai se voi olla kiinteästi asennettu, eli tuettu vaipan 2 ulkopuoliseen tukirakenteeseen.

Tyypillisesti kuumentimen 8 virtauskanava 8’ on jäljestetty keskiakseliltaan yhdensuuntaiseksi uunitilan keskiakselin kanssa, mutta se voi myös poiketa tästä, yleensä kuitenkin korkeintaan 45°. Kallistamalla virtauskanavaa voidaan kaasusuihku suunnata halutulle uunitilan vyöhykkeelle. Toisaalta virtauskanava voi myös käsittää kaasun ulostuloaukolle 15 järjestetyn suuttimen, jolla kaasuvirtausta voidaan ohjata.

Yhdessä sovelluksessa uunitilan ulkovaipan 2 kautta lämmityselimien 3 avulla uunitilan 1 lämpötila on nostettavissa ensimmäiseen lämpötilaan, joka on kuitenkin pienempi kuin toinen lämpötila, joka on saavutettavissa lämmityselimien 3 ja kuumentimen 8 yhteisvaikutuksella. Erityisesti virtauskanavassa kulkevaan, tyypillisesti uunithan 1 sisältä otettuun, kaasuun on kuumentimessa 8 kohdistettavissa lämpöenergiaa kaasun lämpötilan nostamiseksi yli mineraalisen materiaalin lämpökäsittelyyn tarvittavan lämpötilan.

Yhdessä sovelluksessa lämmityselimien 3 ja kuumentimen 8 yhteisvaikutuksesta käsiteltävän materiaalin 16 lämpötila on nostettavissa yli lämpötilan, joka vaaditaan alfaspodumeenin muuttamiseksi beta-spodumeeniksi.

Virtauskanava 8’ on pituudeltaan uunithan pituutta pienempi. Tyypillisesti sen pituus on ainakin kahdeskymmenesosa, tyypillisesti ainakin kymmenesosa, etenkin ainakin neljäsosa tai ainakin kolmasosa, ja sopivimmin ainakin puolet uunithan pituudesta keskiakselin suunnassa. Tällä varmistetaan kaasun kuumentamiseksi riittävä viipymäaika virtauskanavassa 8’ myös suurilla virtausnopeuksilla. Tyypillisesti virtauskanavan (8’) pituus on ainakin noin 20 % ja korkeintaan noin kolme neljäsosaa, eli korkeintaan noin 75 %, uunithan koko pituudesta.

Joissain sovelluksissa kaasun virtausnopeus virtauskanavassa on säädettävissä, etenkin se on portaattomasti säädettävissä, esimerkiksi ohjaamalla siipipyörää pyörittävää moottoria invertterillä.

Kuten yhä on todettu, virtauskanavan (8’) poistoaukko (15) voidaan myös sovittaa uunitilaan lähelle vyöhykettä, jossa lämpökäsitelty materiaali poistetaan uunitilasta (1) ja tuloaukko (14) on sovitettu uunitilaan lähelle epäorgaanisen materiaalin (16) syöttöaukkoa (6). Näin toimimalla saadaan aikaan käsiteltävän materiaalin kanssa myötävirtaan kulkeva kuumennuskaasuvirtaus.

Mineraalisen materiaalin käsittelyssä virtauskanavan läpi johdettavan kaasun lämpötila on saatettavissa ainakin 150 °C:n, etenkin ainakin 250 °C:n, sopivimmin ainakin 500 °C:n tai jopa 1200 °C:n lämpötilaan. Joissain sovelluksissa virtauskanavaan 8’ sisään tulevan kaasun lämpötila on nostettavissa kanavassa vähintään 50 °C:lla, etenkin vähintään 100 °C:lla ja jopa 200 °C:ha. Kuumentimen 8 avulla uunitilaan syötetyn lämpöenergian määrä voi olla esimerkiksi vähintään 10 % ja tyypillisesti ainakin 20 % koko uunin syöttämästä lämpöenergiasta.

Joissain sovelluksissa lämpökäsiteltävän epäorgaanisen materiaalin lämpötila nostetaan virtauskanavasta saatavalla kaasuvirtauksella ainakin 100 °C, sopivimmin ainakin 150 °C yli sen lämpötilan, jossa se syötetään uunitilaan, ts. kuumentimella 8 merkittävä vaikutus kokonaisprosessiin.

Edellä on kuvattu virtauskanava, joka käsittää lieriömäisen seinämän, jonka läpi virtauskanavan sisälle tuodaan lämpöä. Virtauskanavaan voidaan myös järjestää ristikkomainen tai muun muotoinen suuren pinta-alan omaava suoraan lämmitysvastuksista koostuva lämmityselin tai metallinen tai keraaminen lämmityselin, kuten lämmönvaihdin, jota lämmitetään sen sisällä olevilla lämmitysvastuksilla. Näissä sovelluksissa virtauskanavan ulkokuori on esimerkiksi tulenkestävällä materiaalilla vuorattu sekä mahdollisesti eristetty.

Teollinen käyttökelpoisuus

Esillä olevaa ratkaisua voidaan käyttää esim, uunissa alfa-spodumeenirakeiden lämpökäsittelemiseksi beta-spodumeenin muodostamiseksi. Uunilla voidaan välttää partikkelien kittaamisesta aiheutuvat ongelmat aineen käsittelyssä. Uuni on myös varsin hyvin soveltuva karbonaattipitoisen materiaalin kalsinoimiseksi, sekä muunlaisen epäorgaanisen materiaalin muokkaamiseksi, kuten ilmeniitin, kaoliinin sekä muun epäorgaanisen materiaalin muuttamiseksi muodosta toiseen lämpökäsittelemällä. Uunilla voidaan myös muokata epäorgaanisten kemikaalien, kuten akkukemikaalien ja katalyyttien fysikaalisia, kemiallisia, sähköisiä sekä muita vastaavia ominaisuuksia lämpökäsittelyllä.

Viitenumeroluettelo uunitila uunin ulkovaippa lämmityselimet uunin ensimmäinen pääty uunin toinen pääty materiaalin syöttöaukko materiaalin poistoaukko kuumennin

8’ virtauskanava

9’ kuumentimen seinämä seinämä seinämä kuumennusvälineet siipipyörä siipipyörän käyttö akseli kaasun sisääntuloaukko kaasun poistoaukko käsiteltävä materiaali

Viitej ulkaisuluettelo

Patenttikirjallisuus

JPS51136716

KR101670180

WO 2005/121675

WO 94/11536

US 3814596

20175071 PRH 05 -11- 2019

US 2013/0042438

Claims (21)

1. Patenttivaatimukset:

   1. Uuni kiinteän epäorgaanisen, etenkin mineraalisen materiaalin (16) lämpökäsittelemiseksi, joka uuni käsittää

   - pyöritettävissä olevan, lieriömäisen vaipan (2) määrittelemän uunitilan (1), jossa on kaksi vastakkaista päätyä (4, 5),

   - vaippaa ympäröivästi järjestetyt lämmityselimet (3) lämmön tuomiseksi uuniin vaipan (1) läpi,

   - uunin ensimmäiseen päätyyn (4) järjestetyn syöttöaukon (6) kiinteän epäorgaanisen materiaalin (16) syöttämiseksi uuniin lämpökäsittelyä varten ja

   - uunin toisen, vastakkaisen päädyn (5) yhteyteen järjestetyn poistoaukon (7) lämpökäsitellyn kiinteän materiaalin poistamiseksi uunista, tunnettu siitä, että

   - uuniin on järjestetty uunitilan (1) sisälle ulottuva uunin sisätilan kaasun kuumennin (8), joka käsittää seinämän (9) rajaaman virtauskanavan (8’), jolloin

   - virtauskanava (8’) käsittää kaasun tuloaukon (14) ja kaasun poistoaukon (15), joka on järjestetty uunitilaan (1), sekä välineet kaasun virtausnopeuden kasvattamiseksi kaasun tuloaukon (14) ja kaasun poistoaukon (15) välillä,

   - virtauskanavaan (8’) on tuotavissa lämpöä seinämän (9) läpi virtauskanavassa (8’) virtaavan kaasun kuumentamiseksi ja uuniin syötettävän materiaalin (16) lämpökäsittelyn tehostamiseksi, ja

   - virtauskanavan (8’) kaasun tuloaukko (14) on sovitettu siten, että virtauskanavaan (8’) tuleva kaasu otetaan uunitilasta (1).
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen uuni, tunnettu siitä, että uunin sisätilan kaasun kuumennin (8) on järjestetty uunin toiseen, syöttöaukon (6) suhteen vastakkaiseen päätyyn (5).
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen uuni, tunnettu siitä, että virtauskanavan (8’) kaasun tuloaukko (14) on järjestetty lähelle uunin syöttöaukon (6) suhteen vastakkaista päätyä (5) ja kaasun poistoaukko (15) on järjestetty osoittamaan kohti uuniin syötettävän materiaalin (16) vastavirtaa.
4. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että kuumentimen (8) virtauskanavan (8’) seinämällä (9) on rengasmainen poikkileikkaus, etenkin se käsittää kaksi sisäkkäin järjestettyä lieriötä, joilla on erisuuruiset halkaisijat.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että välineet kaasun virtausnopeuden kasvattamiseksi käsittävät moottorikäyttöisen siipipyörän (11), joka on järjestetty virtauskanavan (8’) sisälle.
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että vaippaa (2) ympäröivästi järjestetyt lämmityselimet (3) käsittävät sähkökäyttöiset lämpövastukset, joiden avulla uunithan (1) lämpötila on säädettävästi aseteltavissa ennalta valittuun lämpötilaan.
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että virtauskanavassa (8’) kulkevaan kaasuun on kohdistettavissa lämpöenergiaa kaasun lämpötilan nostamiseksi yli mineraalisen materiaalin lämpökäsittelyyn tarvittavan lämpötilan.
8. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että virtauskanavan (8’) seinämä (9) on varustettu sähkökäyttöisillä lämpövastuksilla virtauskanavassa (8’) kulkevan kaasun kuumentamiseksi.
9. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että virtauskanavan (8’) pituus on ainakin kahdeskymmenesosa, sopivimmin ainakin puolet uunithan pituudesta keskiakselin suunnassa.
10. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että kaasun lämmittimen virtauskanava on jäljestetty keskiakseliltaan yhdensuuntaiseksi uunithan keskiakselin kanssa tai se poikkeaa siitä korkeintaan 45°.
11. 11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että virtauskanavan (8’) läpi johdettavan kaasun lämpötila on saatettavissa ainakin 150 °C:n, etenkin ainakin 250 °C:n, sopivimmin ainakin 500 °C:n tai jopa 1400 °C:n lämpötilaan.
12. 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uuni, tunnettu siitä, että kaasun virtausnopeus virtauskanavassa (8’) on säädettävissä, etenkin se on portaattomasti säädettävissä, esim, invertterillä.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 1 tai 3-12 mukainen uuni, tunnettu siitä, että uunin sisätilan kaasun kuumennin (8) on järjestetty syöttöaukon puoleiseen päätyyn.
14. 14. Menetelmä kiinteän epäorgaanisen, etenkin mineraalisen materiaalin (16) lämpökäsittelemiseksi, jonka menetelmän mukaan

    - käsiteltävä kiinteä epäorgaaninen materiaali (16) syötetään pyöritettävissä olevan, lieriömäisen vaipan (2) määrittelemään uunitilaan (1), jossa se kuumennetaan ennalta määrättyyn lämpötilaan, minkä jälkeen

    - lämpökäsitelty materiaali poistetaan uunitilasta (1), tunnettu siitä, että

    - uunitilaan (1) syötettävään epäorgaaniseen materiaaliin kohdistetaan kuuma kaasuvirtaus, joka muodostetaan johtamalla kaasua sellaisen, uunitilan sisälle jäljestetyn virtauskanavan (8’) läpi, jota ympäröi seinämä (9), jonka kautta kaasuun tuodaan lämpöenergiaa, jolloin virtauskanavan (8’) kautta muodostuu kaasukierto uunitilan (1) sisällä siten, että virtauskanavan (8’) tuloaukko (14) on sovitettu uunitilaan lähelle vyöhykettä, jossa lämpökäsitelty materiaali poistetaan uunitilasta (1) ja virtauskanavan (8’) poistoaukko (15) on sovitettu oleellisesti uunitilaan (1) syötettävää epäorgaanista materiaalia (16) kohti tai tuloaukko (14) on sovitettu uunitilaan lähelle epäorgaanisen materiaalin (16) syöttöaukkoa (6).
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun virtausnopeutta kasvatetaan virtauskanavassa (8’), esimerkiksi moottorikäyttöisellä siipipyörällä (11), joka etenkin on järjestetty virtauskanavaan (8’).
16. 16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uunitilaan syötettävän epäorgaanisen materiaalin (16) lämpötila nostetaan virtauskanavasta (8’) saatavalla kaasulla ainakin 100 °C, sopivimmin ainakin 150 °C yli sen lämpötilan, jossa se syötetään uunitilaan (1).
17. 17. Jonkin patenttivaatimuksen 14-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukaista uunia.
18. 18. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukaisen uunin käyttö alfa-spodumeenirakeiden

    5 lämpökäsittelemiseksi beta-spodumeenin muodostamiseksi.
19. 19. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukaisen uunin käyttö karbonaattipitoisen tai muun epäorgaanisen materiaalin kaisinoimiseksi.

    10
20. 20. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukaisen uunin käyttö ilmeniitin, kaoliinin tai muun epäorgaanisen materiaalin muuttamiseksi muodosta toiseen lämpökäsittelemällä.
21. 21. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukaisen uunin käyttö epäorgaanisten kemikaalien, kuten akkukemikaalien ja katalyyttien fysikaalisten, kemiallisten, sähköisten tai muiden 15 ominaisuuksien muokkaamiseksi lämpökäsittelyllä.