Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sadzy z oleju opalowego w piecu oraz urzadzenie do wytwarzania sadzy tym sposobem.Znany jest piecowy sposób wytwarzania z oleju opalowego sadzy odpornej na scieranie, stosowanej do wzmacniania gumy przeznaczonej no opony samochodowe, jest to sposób zwany sposobem HAF, ICAF lub SAF, polega on na kontaktowaniu rozdrobnionych kropel cieklych weglowodorów z silnie wzburzona masa produk¬ tów powstalych ze spalenia mieszanki gazu opalowego ze znajdujacym sie w nadmiarze wstepnie podgrzanym powietrzem. Zgodnie z tym znanym sposobem, wieksza czesc paliwa ulega rozkladowi termicznemu w reakcji czesciowego utleniania, dajac znaczna ilosc sadzy w postaci aerozolu, z którego sprowadza sie ja do postaci proszku, a nastepnie granuluje.Poza wymaganiem dotyczacym wielkosci czastek dla odpowiednich rodzajów sadzy, istnieja tez dodatkowe zadania jakosciowe, z których najwazniejsze dotyczy budowy czastek. Budowa czastek decyduje bowiem o zdolnosci powstajacej sadzy do aglomeracji, to jest do tworzenia lancuchów czastek podczas i bezposrednio po zakonczeniu reakcji pirolizy. Cechy strukturalne czastek decyduja bezposrednio o wlasnosciach znamionowych zwulkanizowanych mieszanek gumowych, wzmocnionych sadza. Odnosnie obecnie stosowanego sposobu wyt¬ warzania sadzy fachowcy sa doskonale zorientowani w kombinacjach parametrów technologicznych umozliwiaja¬ cych otrzymanie produktu o pozadanej jakosci.Ostatnio, jednakze, jeszcze jedna cecha sadzy do biezników opon zostala uznana za specjalnie wazna. Jest nia rozklad wielkosci czastek produktu wynikowego. Zasadniczo ulepszenie znanego sposobu dotychczas dokonane w tym wzgledzie sprowadza sie do wytwarzania produktu o wiekszej równomiernosci wielkosci czastek, a zwlaszcza wyeliminowaniu wiekszych czastek wystepujacych w dotychczasowych produktach standar¬ towych, przy czym zasadnicze znaczeniejna wielkosc czastek aglomeratu ostatecznego. Tenowe ^adze okreslane sa jako sadze silnie barwiace, a zostaly tak nazwane ze wzgledu na rodzaj testu stosowanego do pomiaru ich wlasciwosci.2 105 903 Znany jest sposób umozliwiajacy uzyskiwanie sadzy silnie barwiacej polegajacy na wtryskiwaniu paliwa do pieca w miejscu lub w poblizu miejsca maksymalnej turbulencji gazu krakowego. Produkt otrzymany tym sposobem ma jednak niekorzystne cechy strukturalne niemozliwe do przyjecia. W celu polepszenia tych wlasnosci,wtryskiwacz paliwa byl przemieszczany wzdluz strumienia strefy silnego wzburzenia strumienia, co umozliwialo uzyskanie szerszego ukladu strug wtryskiwanego paliwa siegajacego do strefy wysokiej turbulencji.Niestety zmniejsza to zdolnosc barwienia sadzy, przez zwiekszenie, w rozkladzie czastek sadzy, ilosci czastek zaglomerowanych, co kompensowano skróceniem czasu reakcji. Praktyka taka jednakze, zmniejsza uzysk sadzy.Znany jest ponadto sposób wytwarzania sadzy przedstawiony przez firme Cabot Corporation w polskim opisie patentowym nr 103079 polegajacy na ciaglym spalaniu plynnego paliwa, w gazie utleniajacym w zamknie¬ tej strefie spalania, przy czym produkt spalania jest formowany w strumien o zwezajacym sie przekroju poprzecznym przeplywajacym z szybkoscia okolo 0,35 liczby Macha a ciekly surowiec tworzacy wegiel wstrzykiwany jest w postaci pojedynczych strumieni, prostopadle do zwezajacego sie strumienia gazu i po spalaniu w wielu, punktach obwodu strumienia, kazdy ze strumieni surowca przenika do zwezajacego sie strumienia gazu. Uzyskana mieszanina reakcyjna jest utrzymana w obudowanej strefie w odpowiednim okresie czasu w warunkach odpowiednich do powstawania czastek wegla.Sppsótrtea zmusza jednak do stosowania kosztownej operaqi osuszania produktu koncowego, z nieprzerea- gowanego oleju, aby mozna bylo spelnic warunki testu barwowego, jaki z zasady przeprowadza odbiorca sadzy to jest przemysl gumowy.Celem wynalazku jest usuniecie wad wymienionych wyzej przez ulepszenie sposobu wytwarzania sadzy silnie barwiacej z oleju w piecu.Zadanie techniczne prowadzace do osiagniecia tego celu polega na znalezieniu sposobu wytwarzania sadzy z oleju w piecu, ulatwiajacego otrzymanie sadzy o rozdrobnieniu sprzyjajacym wzmocnieniu gumy i odznaczajacej sie korzystniejszym rozkladem wielkosci czastek. Zadanie to rozwiazane zostalo dzieki zastosowaniu nowego sposobu wprowadzania paliwa, sluzacego do wytwarzania sadzy, do strefy reakcyjnej lub krakowej pieca. Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze surowiec w postaci cieklych weglowodorów wtryskuje sie do pieca jako wiazke wielu pojedynczych, rozpylonych strug cieczy bezposrednio we wlotowy otwór strefy reakcyjnej w którym natezenie przeplywu i turbulencja czynnika wyplywajacego z pieca sa najwieksze. Szerokosc wiazki strug rozpylonej cieczy jest regulowana z zewnatrz w zaleznosci od wyników sterowania majacego na celu utrzymanie polepszonej struktury czastek sadzy.Tak wiec w przeciwienstwie do wyzej podanych znanych sposobów, sposób wedlug wynalazku pozwala dzieki ruchom elementów wtryskowych na precyzyjne regulowanie struktury sadzy, przy czym usuwa utrudnienia powstajace na skutek zalepiania elementów wtryskowych.Dalszym przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do wytwarzania sadzy tym sposobem. Cecha wyróznia¬ jaca nowe urzadzenie jest polaczenie zwartosci budowy z mozliwoscia mechanicznego regulowania z zewnatrz pieca w zadanych granicach zmiany polozenia poszczególnych elementów wtryskowych.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia umiejscowione wewnatrz pieca urzadzenie do wytwarzania sadzy tworzace wiazke wielu strug linearnych rozpylonego surowca, fig. 2 — koncówke wtryskowa, ukazujaca poszczególne elementy wtryskowe, w polozeniu cofnietym,w rzucie perspektywicznym, a fig. 3 — koncówke wtryskowa w widoku jak na fig. 2 lecz z elementami koncowymi w polozeniu wysunietym.Jakkolwiek przy produkcji sadzy uodporniajacej gume na scieranie wazne sa takie czynniki, jak natezenie zasilania pieca w surowiec, temperatura wstepnego nagrzania powietrza oraz wydajnosc jego tloczenia, czas trwania reakcji, jak równiez sklad chemiczny surowca, to jednak konstrukcja pieca ma w tym wzgledzie znaczenie najwazniejsze. Wiekszosc pieców sklada sie z dwóch czesci. Pierwsza, przednia czesc pieca stanowi komora spalania, w której spala sie mieszanina paliwa, korzystnie gazu ziemnego oraz gazu podtrzymujacego spalanie, korzystnie powietrza w nadmiarze. Komora spalania ma ksztalt walcowy,a srednice znacznie wieksza od swej dlugosci. Druga czesc konstrukcyjna pieca stanowi strefa reakcyjna, w której surowiec jest rozkladany na sadze. Ta czesc pieca jest polaczona bezposrednio z wylotowym koncem komory spalania i usytuowana wspólosiowo wzgledem niej. Strefa reakcyjna ma równiez ksztalt walca, lecz srednica jej jest znacznie mniejsza od jej dlugosci. W strefie reakcyjnej znajduja sie otwory do schladzania, rozmieszczone wzdluznie w róznych odleglosciach od jej otworu wlotowego, przez otwory te wprowadzana jest woda chlodzaca aby zakonczyc reakcje krakowania po okreslonym czasie.W piecu tym moga byc stosowane dwa sposoby przeplywu czynnika. W pierwszym sposobie powietrze oraz paliwo wtlaczane sa stycznie do scianek komory spalania, spalany gaz wplywa do strefy reakcyjnej spiralnie w kierunku do wewnatrz co sprzyja powstawaniu silnych zawirowan, zwlaszcza w poblizu otworu wlotowego strefy reakcyjnej.105 903 3 W drugim sposobie wedlug wynalazku charakter przeplywu czynnika jest linearny na skutek czego paliwo spala sie w strumieniu powietrza w komorze spalania i przeplywa do strefy reakcyjnej struga linearna. Ten rodzaj przeplywu nie stwarza warunków do powstawania zawirowan w strefie reakcyjnej, jak w przypadku stycznego wplywania paliwa i dlatego wlotowy koniec strefy reakcyjnej jest wyposazony w czopuch lub ma ksztalt zwezki Venturiego dla nadania przeplywowi zadanej burzliwosci.W niniejszym wynalazku jest stosowany sposób wykorzystujacy przeplyw linearny. Szczególnie korzystny do tego rodzaju przeplywu jest piec przedstawiony w zarysie na fig. 1. uzupelniajace szczególy konstrukcyjne tego pieca i sposób jego dzialania sa podane w opisie patentowym nr 3060003 Stanów Zjednoczonych Ameryki.W piecu pokazanym na fig. 1 wstepnie podgrzane powietrze umozliwiajace spalanie wprowadza sie do komory sprezonego powietrza 20, nastepnie przeplywa ono przez przewód 21 po czym laczy sie z gazem opalowym dostarczanym przez dysze zasilajace 22. Plomien oraz produkty spalania sa kierowane promieniowo do komory spalania 24 za pomoca kierownicy 23. Gorace gazy spalinowe przeplywaja osiowo wzdluz komory spalania 24 w poblizu jej przestrzeni obwodowej, a nastepnie splywaja promieniowo wzdluz wylotowego konca komory spalania i dostaja sie do czopucha 25. Szybkosc oraz zaburzenia przeplywu gazów spalinowych sa najwieksze w czopuchu 25. Nastepnie czynnik reagujacy wplywa do rozszerzajacej sie stefy reakcyjnej, na rysunku nie przedstawionej i jest schladzany przez natryskiwanie woda. Wedlug wynalazku pojedyncze elementy urzadzenia do wytwarzania sadzy sa usytuowane przylegle i wspólosiowo wzgledem krawedzi otworu wlotowego czopucha, jak pokazano na fig. 1. Urzadzenie jest korzystnie skonstruowane tak, ze wiele wysuwnych elementów wtryskowych, w polozeniu calkowitego wysuniecia, znajduje sie w poblizu obrzeza otworu czopucha. W tym polozeniu osiaga sie najkorzystniejsze wlasnosci barwiace i strukturalne produkowanej sadzy. W przypadku potrzeby wytwarzania mniej rozbudowanych czastek sadzy rozsuniete na zewnatrz elementy wtryskowe nalezy przemiescic ku srodkowi wiazki i to w takim stopniu, jaki odpowiada pozadanej strukturze czastek, co nie zmniejsza wlasnosci barwowych sadzy.Urzadzenie do wytwarzania sadzy stanowiace wtryskiwacz surowca umieszczone wewnatrz pieca, narazone jest na intensywne oddzialywanie ciepla, jako ze znajduje sie w temperaturze równej okolo 1540°C. Istotne jest wiec, aby cechowala go zwartosc konstrukcji, to jest aby jak najmniejsza jego powierzchnia byla narazona na wplyw wysokiej temperatury, a takze aby istniala mozliwosc okresowego latwego wyjmowania go z pieca w celach konserwacyjnych. Sama zwartosc konstrukcji nie wystarczy jednak do ochrony urzadzenia wtryskowego po dluzszym okresie jego uzytkowania, nie mówiac juz o utrzymaniu surowca ponizej temperatury krakowania i z tego wiec wzgledu musi praktycznie byc chlodzone od wewnatrz. Powyzsze wymaganie spelnia urzadzenie do wytwarzania sadzy stanowiace wtryskiwacz surowca w rozwiazaniu wedlug wynalazku, przedstawione na fig. 1.Urzadzenie do wytwarzania sadzy stanowiace wtryskiwacz przedstawiony na fig. 1 zawiera zewnetrzny czlon rurowy 10 spelniajacy role plaszcza chlodzacego, który wystaje osiowo z przedniej scianki komory spalania, przechodzac przez dlawik 29, a takze przez zawór zasuwowy 28 sztywno polaczony z ta scianka komory spalania, umozliwiajac tym samym wyjmowanie zespolu wtryskowego w trakcie dzialania nie dozwalajac na wsteczny przeplyw gazów. Czlon rurowy 10 wykonany jest korzystnie ze stali nierdzewnej i jest polaczony po stronie przedniej z rozgalezionym przewodem 11 wody chlodzacej. Przewód 11 sklada sie z dwóch czesci.Czesc wlotowa 12 jest przeznaczona do wprowadzania wody chlodzacej a czesc wylotowa 13 do odprowadzania jej. Czesc wlotowa 12 przewodu rozgalezionego jest polaczona bezposrednio z wewnetrzna czescia plaszcza chlodzacego 10 za pomoca przewodów 14 rozmieszczonych w pewnej odleglosci od siebie, a rozciagajacych sie wzdluznie az do tylnego konca plaszcza, umozliwiajac doprowadzenie wody chlodzacej do plaszcza w tym wlasnie miejscu oraz powrót i odprowadzenie jej poprzez czesc wylotowa 13 przewodu rozgalezionego.W zespole przewodu rozgalezionego oraz plaszcza chlodzacego, wspólosiowo wzgledem niego umieszczo¬ ny jest przewód rurowy 30 stanowiacy oslone centralnego przewodu zasilajacego 15 wtryskiwacz w surowiec.Przewód zasilajacy 15 wystaje poza tylny koniec plaszcza chlodzacego poprzez odstepnik 16# który spelnia przy tym zadanie elementu zamykajacego ten koniec plaszcza 10. Tawystajaca czesc przewodu zasilajacego 15 jest korzystnie polaczona gwintem z odstepnikiem 16. Wokól przewodu zasilajacego 15 a wewnatrz plaszcza chlodzacego zespolonego z przewodem rozgalezionym znajduje sie wiele przewodów 30 usytuowanych rów¬ nolegle wzgledem siebie, stanowiacych oslony dla przewodów 17 do podawania surowca. Przewody 17 wychodza przez odstepnik 16 poprzez gniazda slizgowe i sa rozmieszczone spiralnie wokól centralnego przewodu zasilajacego 15. Kazda z koncówek wylotowych przewodów 17 do doprowadzania surowca oraz centralnego przewodu zasilajacego 15 jest zaopatrzona w dysze wytryskowa 18. Wlotowe konce przewodów do zasilania surowcem wystaja przez przewód rozgaleziony poprzez gniazda slizgowe odpowiednio wywiercone w ograniczni¬ ku 19 przyspawanym do wlotowej czesci 12 przewodu rozgalezionego 11. Ramiona 20a przylaczone do przewodów 17 do doprowadzania surowca umozliwiaja obracanie tymi przewodami w celu ustalenia, w zadanym4 105 903 polozeniu promieniowym, ich dysz natryskowych 18. Kazdy z przewodów 17 jest zaopatrzony w srube aretujaca 21a do mocowania go w nastawionym polozeniu, a tym samym do zapobiegania dalszemu obrotowi przewodu 17 w trakcie uzytkowania pieca. Kazdy z przewodów 17 do doprowadzania surowca jest indywidualnie polaczony ze zródlem zasilania.Przyklad. W przykladzie stosowano piec o konstrukcji przedstawionej na fig. 1, przy czym komora spalania miala srednice okolo 1 m i 38 cm dlugosci, czopuch mial 17,8 cm srednicy i 23 cm dlugosci. Strefa reakcyjna miala 38 cm srednicy i byla chlodzona przez natryskiwanie wewnetrzne usytuowane w przyblizeniu o 3,6 m w dól strumienia przeplywu. Urzadzenie do wytwarzania sadzy wtryskujace surowiec, chlodzone woda, stosowane w tym przykladzie bylo identyczne z przedstawionym na fig. 1. Plaszcz chlodzony woda mial 50,8 mm srednicy a piec przewodów zasilajacych bylo wykonanych z rurek ze stali nierdzewnej o srednicy okolo 3,3 mm przy czym kazdy przewód byl zaopatrzony w dysze natryskowa typu stozkowego. Przewody zasilajace nastawiane przez ich obracanie tworzyly, kiedy znajdowaly sie w polozeniu calkowitego wysuniecia, okrag o srednicy 102 mm.W ciagu 72 godzin prowadzenie procesu urzadzenie wtryskowe bylo utrzymywane na przemian okresowo w polozeniu calkowitego cofniecia i calkowitego wysuniecia, przy czym okresy te byly w przyblizeniu równe.Natezenie zasilania gazem opalowym (ziemnym) wynosilo 400 m3/h, natezenie przeplywu powietrza wynosilo 625m3/h, temperatura wstepnego podgrzania powietrza wynosila 430°C, a natezenie przeplywu surowca wynosilo 1,25 m3/h. Sadze wytworzona w tym okresie czasu charakteryzuja wyniki zestawione w tabeli.Tabela I Polozenie dysz wysuniete wysuniete wysuniete cofniete cofniete Pole powierzchni da) 96,5 108,0 93,8 - 87,5 Struktura (wspólczynnik absorpcji DBP) 147,5 149,0 145,6 133,0 137,9 Rozklad wielkosci czastek zabarwienia 111,6 106,9 106,9 110,7 111,6 Przepuszczal¬ nosc dla swiatla znor¬ malizowanego w% - 72,7 59,0 31,8 ,0 PL