PL172622B1

PL172622B1 - Piec do obróbki materialu i sposób obróbki materi alu w piecu PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL172622B1
Application number: PL92304249A
Authority: PL
Inventors: Ricardo Mosci
Original assignee: Minteq International Inc
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1997-10-31
Also published as: WO1993013375A1; US5616023A; HU9401903D0; AU679430B2; GR3032904T3; US5299933A; CZ290841B6; JPH07509306A; HUT68768A; BR9206984A; EP0619010B1; JP2004003803A; DE69230406D1; HU217704B; KR100270295B1; ATE187544T1; ZA929994B; US5460518A; EP0619010A1; CA2126673A1

Abstract

1. Piec do obróbki materialu zamoco- wany obrotowo wokól wzdluznej osi i nachy- lony wzgledem poziomu zawierajacy umocowana w konstrukcji nosnej powloke wylozona od wewnatrz wykladzina ognio- trwala, znamienny tym, ze wykladzina og- niotrwala (105) na calej swej dlugosci ma od strony wewnetrznej, w przekroju poprze- cznym ksztalt wielokata. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec do obróbki materiału i sposób obróbki materiału w piecu.

Tradycyjne piece obrotowe do termicznej obróbki cementu, wapna i innych substancji mineralnych są zazwyczaj wykładane materiałami ogniotrwałymi lub cegłami, chroniącymi ich powłokę przed temperaturą i ścieraniem. Generalnie, stalowa powłoka pieca jest otoczona pierścieniem z cegieł ze zbieżnymi ściankami. Oprócz ochrony stalowych ścian, cegły ogniotrwałe zmniejszają straty przenikającego przez nie ciepła.

Niestety, tradycyjne piece obrotowe z wykładziną ogniotrwałą o znanych dotychczas konstrukcjach, nadał mają niską sprawność cieplną, co jest związane z niedopuszczalnie wysokimi kosztami paliwa. Na przykład, teoretyczna ilość ciepła potrzebna do wyprodukowania klinkieru cementowego Typu I wynosi 420 kcal/kg, natomiast w typowych piecach typu suchego i mokrego zużywa się do tego celu znacznie więcej energii, odpowiednio około 1100 kcal/kg (sprawność cieplna na poziomie 38%) i 1300 kcal/kg (sprawność cieplna 32%). Podobnie jest w piecach do prażenia wapna, gdzie typowe sprawności cieplne kształtują się na poziomie około 40%. Tak niskie sprawności cieplne są skutkiem wysokich strat w wyniku promieniowania, oprócz strat ciepła spowodowanych rozproszeniem energii w gazach i samym przetwarzanym wyrobie.

Piec do obróbki materiału zamocowany obrotowo wokół wzdłużnej osi i nachylony względem poziomu zawierający umocowaną w konstrukcji nośnej powłokę wyłożoną od wewnątrz wykładziną ogniotrwałą według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykładzina ogniotrwała na całej swej długości ma od strony wewnętrznej, w przekroju poprzecznym kształt wielokąta.

Korzystnie wykładzina ma od strony wewnętrznej N boków, korzystnie w ilości od 3 do 12, przy czym kąt pomiędzy sąsiednimi bokami wielobocznego przekroju poprzecznego wynosi co najwyżej 150 stopni.

Korzystnie wykładzina ogniotrwała zawiera warstwę z cegieł.

Korzystnie wykładzina ogniotrwała zawiera wykładzinę odlewaną.

Korzystnie wykładzina ogniotrwała składa się z pierwszej warstwy przyległej do powłoki oraz drugiej warstwy umieszczonej na pierwszej warstwie.

Korzystnie wykładzina jest przymocowana do powłoki za pomocą elementów kotwiczących przymocowanych do ścianki wewnętrznej powłoki.

Korzystnie pierwsza warstwa stanowi warstwę termoizolacyjną w porównaniu z drugą warstwą.

Korzystnie druga warstwa ma stosunkowo wyższą odporność termiczną i odporność na ścieranie w porównaniu z pierwszą warstwą.

Korzystnie pomiędzy wykładziną z cegieł, a powłoką jest umieszczona termoizolacyjna wkładka.

Korzystnie pomiędzy wykładziną odlewaną, a powłoką jest umieszczona termoizolacyjna wkładka.

Korzystnie boki wielobocznej wykładziny są połączone ze sobą za pomocą niedopasowanych, prostoliniowych lub krzywoliniowych obszarów przejściowych.

Korzystnie powłoka ma kształt cylindryczny.

Korzystnie wykładzina, znajdująca się na i w sąsiedztwie ścianki wewnętrznej powłoki zawiera wylaną na tę ściankę warstwę, korzystnie ceramiczną lub ogniotrwałą, wyznaczającą granice otwartej strefy obróbczej o w zasadzie wielobocznym przekroju poprzecznym składającym się z N boków, przeznaczonej do powtarzalnego wystawiania istotnej części wsadu na działanie gazów o wysokiej temperaturze w miarę obracania powłoki, przy czym warstwa wylanej wykładziny jest przymocowana za pomocą elementów kotwiczących przymocowanych do ścianki powłoki.

Sposóh obróbki materiału w piecu polegający na tym, że wprowadza się wsad materiału do pieca i doprowadza się wsad do strefy obróbczej pieca, a po obróbce odprowadza się materiał ze strefy obróbczej według wynalazku charakteryzuje się tym, że obraca się tę strefę obróbczą dla powtarzalnego wystawiania obrabianego materiału na działanie warunków wewnątrz strefy obróbczej.

172 622

Korzystnie kształtuje się wieloboczną strefę obróbczą i obraca się strefę obróbczą dla powtarzalnego wystawiania obrobionego materiału na działanie warunków wewnątrz strefy obróbczej.

Korzystnie w wielobocznej strefie obróbczej stosuje się gazy o wysokiej temperaturze i formuje się wieloboczne granice strefy obróbczej z materiału odpornego na gazy oraz wsad materiału przeznaczonego do obróbki.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, w przykładzie wykonania, na którym fig. 1 przedstawia rzut z boku pieca obrotowego według niniejszego wynalazku, posiadającego wykładzinę o przekroju poprzecznym w kształcie wieloboku, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny pieca obrotowego według niniejszego wynalazku, na którym widać schemat wymiany w nim ciepła, fig. 3-5 przedstawia rzuty pieca, częściowo w stanie rozłożonym, zaopatrzonego w wykładzinę o konstrukcji alternatywnej względem pokazanej na fig. 2, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny pieca z wykładziną o sześciokątnym przekroju poprzecznym, na którym widać stopień oddziaływania powierzchniowego pomiędzy wsadem, a wykładziną i znajdującymi się w piecu gazami, fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny pieca z wykładziną o cylindrycznym przekroju poprzecznym, na którym widać stopień oddziaływania powierzchniowego pomiędzy wsadem, a wykładziną i znajdującymi się w nim gazami, fig. 8 przedstawia przekrój poprzeczny połówki wykładziny o przekroju poprzecznym w kształcie 10-boku, przeznaczonej do pieca z przykładu 1, oraz fig. 9 i 10 przedstawiają odpowiednio rzuty cegieł A i B, przeznaczonych na wykładzinę pokazaną na fig. 8.

Na figurze 1 i 2 przedstawiono piec obrotowy 100 skonstruowany zgodnie z zasadami według wynalazku. W piecu obrotowym 100 znajduje się wykładzina 105, która w widoku wzdłuż osi podłużnej wyznacza granice strefy obróbki o przekroju poprzecznym zbliżonym kształtem do wieloboku, jak pokazano na fig. 2. W wykładzinie 105 można wyróżnić powierzchnię roboczą 110, jak pokazano na fig. 2, po której w miarę obracania się pieca 100 przesypuje się, i z której spada wsad 115.

Konfigurację tego typu uzyskuje się formując wykładzinę 105 na wewnętrznych ściankach powłoki 120 pieca. Wykładzina 105 jest wykonana z materiału o odpowiedniej wytrzymałości na warunki, które będą na nią działały. W piecach do wytwarzania cementu materiałem wykładziny jest, korzystnie, odporny na ścieranie i ciepło, dający się odlewać, materiał ceramiczny lub materiał na cegły. Jak widać na fig. 1, powłoka 120 pieca 100 jest oparta na pierścieniach tocznych lub obręczach 125 do 127, współpracujących, odpowiednio, ze stalowymi rolkami 130, 131, 132. Stalowe rolki 130, 131, 132 są osadzone w stalowej ramie. Piec obrotowy 100 jest usytuowany w taki sposób, że koniec wylotowy powłoki 120 znajduje się na poziomie odpowiednio niższym od końca wlotowego 140, dzięki czemu obrabiany materiał jest przemieszczany ku końcowi wylotowemu 120.

W razie potrzeby, korzystnie, na końcu wlotowym 140 jest umieszczony elastyczny element uszczelniający 145, pokrywający co najmniej pewną jego część. Elastyczne uszczelnienie 140 może być połączone rurą przedłużającą 155 z kominem 150 wykonanym z odpowiedniego materiału. Niewielki otwór w środku uszczelnienia 145 umożliwia wsuwanie końcówki rury 155 na niewielką odległość do wewnątrz końca wlotowego 140 pieca 100 w celu doprowadzania przeznaczonego do obróbki materiału, np. cementu lub wapna, do strefy obróbki termicznej pieca 100. W miarę obróbki, wsad lub materiał jest przemieszczany wzdłuż pieca 100 w kierunku jego końca wylotowego 135.

Podczas pracy obrotowy piec 100 jest napędzany za pomocą silnika z przekładnią (nie pokazanego) podłączonego do mniejszego koła zębatego 160 i większego koła zębatego 165, jak pokazano na fig. 1. Działanie pieców obrotowych oraz sposób prażenia są znane w technice i dlatego ich opis zostanie pominięty. Szczegółowy opis pracy pieców obrotowych i sposobów prażenia przedstawiono na przykład w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 200 469 i 4 344 596, na które powołuje się niniejszy patent w stopniu potrzebnym do zrozumienia wynalazku.

W jednym z przykładów wykonania wykładzina może być wykonana z wielu cegieł ułożonych na wewnętrznej ściance powłoki w taki sposób, że powstaje odpowiedni wielobok. Korzystnie, cegły mają kształt zbieżny i są ułożone w taki sposób, że utrzymują się w odpowied172 622 nim położeniu bez potrzeby stosowania zaprawy lub zaczynu cementowego. Korzystnie, dopuszcza się stosowanie zaprawy lub zaczynu cementowego do wyrównania lub wypełnienia wolnych miejsc lub nieregularności pomiędzy cegłami oraz pomiędzy cegłami, a powłoką pieca. Ponadto cegły mogą być połączone ze sobą za pomocą zaprawy w celu poprawy zwartości strukturalnej, co może okazać się konieczne w niektórych zastosowaniach, np. podczas bardzo szybkiego zasilania i obróbki termicznej materiałów ściernych, albo w piecach, w których istnieją problemy mechaniczne.

W przypadku obróbki w wyższych temperaturach, cegły 170 można układać w sposób pokazany na fig. 3, na wstępnej warstwie nadkładu ceramicznego 175, która pełni rolę izolatora zmniejszającego straty ciepła przez powłokę 120.

W alternatywnym przykładzie wykonania, wykładzina 105 może być wykonana z granulowanego materiału ogniotrwałego, który po zmieszaniu z wodą tworzy materiał przypominający beton, wylewany lub natryskiwany następnie na wewnętrzną ściankę powłoki 120. Odpowiedni kształt wykładziny można uzyskać dzięki formom i odpowiednim elementom dystansowym, wyznaczającym obszar, jaki powinien być wypełniony, lub do którego powinien być wlany materiał ogniotrwały. Aspekty te przedstawiono na fig. 4 i 5.

Lany materiał ogniotrwały mocuje się do ścianek powłoki 120 za pomocą elementów kotwiczących 180 w kształcie litery V, spawanych punktowo ze ściankami przed nałożeniem materiału ogniotrwałego. Elementy kotwiczące tego typu są mocowane do ścianki według określonego wzoru, a ich wysokość wynosi około 112 do 3/4 całkowitej grubości nakładanego materiału ogniotrwałego. W technice znane są elementy kotwiczące tego typu o różnorodnych szerokościach, jak również wykonane z odpowiednich materiałów i w odpowiednim kształcie, dobranych do konkretnych zastosowań.

W przypadku pieców o wysokich temperaturach roboczych, materiał ogniotrwały 185 może być wylewany na ceramiczny nadkład 190 znajdujący się pomiędzy elementami kotwiczącymi 180 i wokół nich, stanowiący izolację powłoki 120, jak pokazano na fig. 4. Innym sposobem uzyskania podobnego wyniku jest stosowanie dwóch typów materiału ogniotrwałego, jak pokazano na fig. 5. Na ściankę wewnętrzną powłoki 120 nanoszona jest wstępna warstwa ogniotrwała 195 z lekkiego materiału lanego. Po utrwaleniu warstwa 195 jest powlekana materiałem ogniotrwałym 200 o wyższej odporności termicznej i wyższej odporności na ścieranie. Taki sposób kombinowania ze sobą materiałów o różnych odpornościach na ścieranie jest dobrze znany w technice, w zastosowaniu, np. do obróbki stopionych metali.

Wieloboczną wykładzinę 105 można również wytwarzać odlewając odpowiedni materiał ogniotrwały w formie, której dno ma kształt odpowiadający kształtowi cylindrycznych ścianek powłoki. Forma może być wykonana ze stali, co ułatwia jej mocowanie do powłoki pieca. Po odlaniu materiału ogniotrwałego formę umieszcza się na powłoce 120 pieca i mocuje za pomocą śrub lub spawania. Odpowiedni wieloboczny kształt wykładziny 105 można ponadto uzyskać stosując formy do odlewania o różnych kształtach, profilowane cegły i/lub zaprawę albo zaczyn cementowy.

Wykładzinę o wielobocznym przekroju poprzecznym można wykonać z cegieł 170 mocowanych tradycyjnymi sposobami do wewnętrznej ścianki powłoki w układzie wielobocznym, np. metodą sklepieniową R.K.B. lub klinową, z lub bez zaprawy. Do wykonania każdego z N boków przekroju wielobocznego stosowane są cegły o różnych kształtach, korzystnie, 2 do 6 typów cegieł różniących się profilami. Każda cegła ma dwie przeciwległe powierzchnie. Jedna z nich, stosunkowo płaska powierzchnia 205 jest skierowana w kierunku promieniowym ku środkowi strefy obróbki termicznej wewnątrz pieca 100, natomiast druga, lekko zakrzywiona, jest skierowana do ścianki powłoki 120 i jest do niej zbliżona kształtem. Cegły te są zakińnowane względem siebie na obwodzie powłoki i biegną do środka, w wyniku czego powstaje odpowiedni wieloboczny przekrój poprzeczny oraz obrzeże strefy obróbki termicznej. Rozumie się samo przez się, że wykładzina według wynalazku nie musi znajdować się w całym piecu, natomiast powinna być co najmniej w strefie wypalania i strefie wylotowej.

Liczba i kształt cegieł lub ilość wykładziny wylewanej mogą być różnorodne w zależności od wymiarów pieca, grubości wykładziny oraz liczby boków wieloboku. W zależności od średnicy pieca, odpowiednio wysoką sprawność cieplną zapewnia od 3 do 12 boków, korzystnie,

172 622 od 6 do 12 boków. W wielobokach o 12 lub mniejszej liczbie boków kąt pomiędzy sąsiednimi bokami wynosi 150° lub mniej. Takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie opisanych dalej korzyści.

Należy się ponadto spodziewać, że w miejscach spotkania się boków otworu o wielobocznym przekroju poprzecznym może pojawić się niewielka nieciągłość, albo płaski lub zakrzywiony obszar przejściowy, co wynika z niedopasowania położenia cegieł znajdujących się w pobliżu krawędzi jego boku. Powstałe w ten sposób nieciągłe połączenie można w razie potrzeby wypełnić zaprawą, uzyskując tym samym odpowiedni kształt. Ponadto w celu zmniejszenia lub minimalizacji zjawiska odłupywania się i przemieszczania skurczowego, wewnętrzną powierzchnię tzw. powierzchnię gorącą cegieł ogniotrwałych można sfazować, jak pokazano na profilu B, na fig. 10.

W strefie ogrzewania wstępnego, prażenia i spiekania w piecach stosowanych dotychczas, około 90% ciepła jest doprowadzane do materiału z gazów na drodze promieniowania i konwekcyjnie, natomiast pozostałe 10% z wykładziny wskutek przesypywania się po niej materiału.

Niestety, typowe materiały wsadowe, takie jak cement, wapno, dolomity i podobne, są izolatorami cieplnymi. W związku z tym, pomimo ogrzewania cienkich warstw materiału wsadowego do odpowiedniej temperatury obróbki, jeżeli warstwa taka nie jest szybko ogrzana ponownie, to część pochłoniętego poprzednio ciepła jest odbijana z powrotem i wraca do gazów.

W piecu według niniejszego wynalazku wykładzina o profilu wielobocznym poprawia sprawność cieplną lub przenoszenie ciepła pomiędzy gazami o wysokiej temperaturze, a obrabianym w nim wsadem lub materiałem. Skutkiem takiego usprawnionego wykorzystania ciepła gazów jest obniżenie temperatury wylotowej oraz zmniejszenie strat ciepła gazów. Stwierdzono zwłaszcza, że rezultatem zastosowania wykładziny o profilu wielobocznym jest szybsze oddziaływanie większej powierzchni wsadu z gazami o wysokiej temperaturze, co intensyfikuje wymianę ciepła w wyniku łącznego działania kilku różnych czynników, np. intensywniejszego przesypywania, przedłużenia czasu pozostawania materiału w piecu, zmniejszenia stopnia napełnienia pieca i intensywniejszego oddziaływania powierzchniowego.

Korzystnie, wykładzina o profilu wielobocznym zapewnia lepsze warunki wymiany ciepła niż wykładziny o przekroju cylindrycznym. Przykładem zalety tego typu pieca obrotowego 100, według niniejszego wynalazku, jest analiza mechanizmu wymiany ciepła w takim piecu.

Ciepło potrzebne do spalenia klinkieru w piecu obrotowym jest doprowadzane za pośrednictwem gazów o wysokiej temperaturze pochodzących, na przykład, z procesu spalania. W skład takich gazów wchodzi dwutlenek węgla, para wodna i pary chlorku potasu. Warunkiem przepływu ciepła do klinkieru jest istnienie pomiędzy obu materiałami gradientu temperatur. Na przykład, w przytaczanym przypadku, pomiędzy gazami a klinkierem. Ilość ciepła, Q, przenoszonego przez gaz w czasie, t, jest określona ogólnym równaniem wymiany ciepła:

Q = a (Tg - T_m) · F · t gdzie a jest współczynnikiem przejmowania ciepła; Tg jest temperaturą gazu; T_m jest temperaturą materiału; a F jest polem powierzchni materiału, na które działają gazy.

Odpowiedni wybór gradientu temperatur, Tg - Tm, umożliwia sterowanie ilością ciepła, Q, przenoszonego do materiału. Dotychczas, w niekorzystnych warunkach, wysoką wymianę ciepła uzyskiwano poprzez zwiększenie gradientu temperatury. Ale z kolei, w razie zwiększania temperatury gazu w celu intensyfikacji wymiany ciepła, rosła temperatura gazów wylotowych, i rosły straty ciepła z tych gazów w wyniku promieniowania.

Wymiana ciepła w piecu obrotowym 100 według wynalazku odbywa się generalnie zgodnie z przytoczonym powyżej równaniem, z uwzględnieniem co najmniej czterech, ale nie tylko, elementów, jak pokazano na fig. 2:

- wymiana ciepła pomiędzy gazami, a materiałem na drodze promieniowania (tg):

- wymiana ciepła pomiędzy gazami a materiałem na drodze konwekcji (tcg);

- wymiana ciepła pomiędzy wykładziną, a materiałem na drodze promieniowania (tl);

- wymiana ciepła pomiędzy wykładziną, a materiałem na drodze konwekcji (tlg).

172 622

Stwierdzono, że wykładzina wieloboczna nieoczekiwanie znacznie polepsza wspomniane powyżej cztery różne elementy wymiany ciepła z obrabianym wsadem. A między innymi, zmniejsza zwłaszcza czas pozostawania konkretnej cząstki wsadu na powierzchni po wchłonięciu przez tę cząstkę ciepła od gazów, tj. intensyfikuje przesypywanie, i korzystnie polepsza wymianę ciepła ze względu na zmniejszenie ilości ciepła powracającego do wykładziny i gazów. Ponadto zwiększa się czas pozostawania wsadu w piecu; zwiększa się pole powierzchni wsadu obrabianej gazami; oraz zmniejsza się stopień napełnienia w piecu. Jak już wspomniano, w wyniku kumulacji wszystkich tych cech następuje poprawa wymiany ciepła wewnątrz pieca bez zmniejszania jego wydajności.

Jednym z czynników powodujących poprawę sprawności wymiany ciepłajest przedłużony czas pozostawania wsadu w piecu. Czas ten jest definiowany, w ustalonych warunkach roboczych, jako czas, w którym dana cząstka materiału wsadowego dochodzi do dolnej części lub do końca pieca. Generalnie, czas pozostawania wsadu w piecu, T, zależy od długości, L, pieca, prędkości obrotowej, N, średnicy, D, pieca, oraz od pochylenia, S:

_T_ kL kLDD

Ponadto, k jest stałą zależną od pola powierzchni przekroju poprzecznego pieca i własności wsadu.

Czas przebywania wsadu w piecu można mierzyć laboratoryjnie techniką polegającą na wsypywaniu do pieca określonej ilości piasku. Po określonym czasie mierzy się ilość wsadu, jaki dotarł do końca wylotowego.

Z porównania pieców o przekroju kołowym i wielobocznym o takich samych średnicach ekwiwalentnych i wszystkich innych parametrach wynika, że wykładzina o przekroju wielobocznym zwiększa czas przebywania wsadu w piecu o około 4-5%. Dłuższy czas przebywania wsadu w piecu umożliwia gazom o wysokiej temperaturze przekazanie mu większej ilości ciepła przy danej długości osiowej pieca.

Kolejnym czynnikiem zwiększającym sprawność cieplną jest mniejszy stopień napełnienia. W stosowanym tu znaczeniu, pojęcie stopień napełnienia pieca oznacza stosunek pola powierzchni przekroju poprzecznego materiału do pola powierzchni przekroju poprzecznego pieca w stałych warunkach. Podczas obróbki cieplnej, w miarę jak wsad przemieszcza się w piecu traci zarówno masę jak i objętość, w wyniku czego stopień napełnienia w poszczególnych strefach jest zmienny. Na przykład, na wlocie do pieca stopień napełnienia jest wysoki, ale następnie zmniejsza się w strefie prażenia w miarę ucieczki z wsadu dwutlenku węgla i pary wodnej. W pobliżu strefy topienia stopień napełnienia zwiększa się ze względu na uformowanie się warstwy powłokowej.

Istotną zaletą stosowania wykładziny wielobocznej stanowi mniejszy stopień napełnienia wynikający z wielobocznego przekroju poprzecznego, co poprawia wymianę ciepła z wsadem; wynika to z większego procentu pola powierzchni wsadu, na jakie może działać gaz w stosunku do pola powierzchni przekroju poprzecznego pieca.

Na przykład, wyniki badań eksperymentalnych świadczą o tym, że w zmniejszonym modelu pieca o sześciokątnym przekroju poprzecznym stopień napełnienia wynosi około 4%, w porównaniu z 6,9% dla pieca o kołowym przekroju poprzecznym o ekwiwalentnej średnicy. W piecu o przekroju sześciokątnym pomiary prowadzono w różnych położeniach obrotowych i obliczano przeciętne wartości stopnia napełnienia.

Piec obrotowy według wynalazku jest skonstruowany w sposób umożliwiający zwiększenie sprawności cieplnej dzięki kumulacyjnemu efektowi szybszego wystawiania większej ilości wsadu na działanie gazów o wysokiej temperaturze. W celu zwiększenia wymiany ciepła, pole powierzchni wystawione na działanie gazów i wykładziny jest większe w piecu o przekroju wielobocznym niż w piecach o przekrojach cylindrycznych. Dzięki temu większemu polu powierzchni oddziaływania, zwiększa się wymiana ciepła za pośrednictwem promieniowania i konwekcji zarówno pomiędzy wykładziną i wsadem jak i pomiędzy gazami i wsadem.

172 622

Na figurze 6 przedstawiono w skali model pieca o przekroju sześciokątnym o średnicy 15,4 cm, przy czym 7,5 cm (L) wsadu jest wystawione na działanie gazów o wysokiej temperaturze, a 9 cm (21) na ciepło promieniowania z wykładziny.

Jak widać na fig. 7, w modelu w skali pieca o kołowym przekroju poprzecznym o ekwiwalentnej średnicy, tylko około 8 cm (L) jest wystawione na działanie gazów i około 8,32 (1) jest bezpośrednio wystawione na działanie wykładziny, lub łącznie około 22% mniej pola powierzchni, niż w piecu o sześciokątnym przekroju poprzecznym. Jak z tego wynika, warunki wymiany ciepła, zarówno za pośrednictwem promieniowania jak i konwekcji, są korzystniejsze w piecach o sześciokątnych przekrojach poprzecznych, a generalnie w piecach o wielobocznych przekrojach poprzecznych, niż w piecach o kołowych przekrojach poprzecznych, ze względu na większe pole powierzchni wsadu wystawione na działanie gazów i wykładziny.

Następnym czynnikiem mającym istotny wpływ na wyższą sprawność cieplnąjest większe rozproszenie lub lepsze wymieszanie materiału w miarę jego przemieszczania się w piecu. Dotychczas zalecano mieszanie materiału za pomocą ogniotrwałych krzywek i występów, po których materiał się przesypuje. Ich działanie wystawia coraz to inne powierzchnie materiału na działanie gazów i gorącej wykładziny. Ale z kolei krzywki i występy ceramiczne lub ogniotrwałe kruszą się, natomiast metalowe utleniają i pękają zmęczeniowo, a tym samym pogarsza się ich skuteczność.

Wieloboczna wykładzina według wynalazku usprawnia przesypywanie wsadu w piecu obrotowym, co z kolei umożliwia zmniejszenie czasu styczności materiału z wykładziną, a tym samym zwiększa szybkość ponownego ogrzewania innych cząstek. Konstrukcja tego typu wstrzymuje ślizganie się materiału lub wsadu dzięki jego mieszaniu, w zasadzie bez podnoszenia go do góry.

W jednym z doświadczeń badano przemieszczanie się 500 gramów 50% mieszaniny piasku chromitowego (czarny) i piasku szklarskiego (biały) w piecach o przekrojach wielobocznych i cylindrycznych, pokazanych odpowiednio na fig. 6 i 7. Wsady tego typu zastosowano głównie ze względu na ich kontrastowe kolory i różnice w gęstościach, co ułatwiało wzrokową kontrolę segregacji wewnątrz pieca.

W piecu o cylindrycznym przekroju poprzecznym wsad lub materiał poruszał się ruchem drgającym, to jest podnosił się w górę i spadał w dół wzdłuż wykładziny, bez przesypywania, około 70 razy w ciągu jednej minuty. Natomiast w piecu o przekroju wielobocznym materiał przesypywał się około 16 razy w ciągu jednej minuty. Ponadto stwierdzono, że w piecu o przekroju cylindrycznym następowała segregacja materiałów, natomiast zjawisko to nie występowało w piecu o wielobocznym przekroju poprzecznym. Tego typu intensywniejsze przesypywanie lub mieszanie umożliwia bardziej równomierne rozprowadzanie ciepła do większej procentowo ilości materiału.

Rozumie się samo przez się, że w piecach przemysłowych wykładzina wieloboczna będzie pokrywała odcinek o minimalnej długości 9,12 m w strefie prażenia i co najmniej 6,08 m na jego wylocie. Ponadto oczekuje się, że w piecach o takich wymiarach warunkiem poprawy sprawności cieplnej będzie stosowanie przekrojów wielobocznych o liczbie boków od 6 do 12.

Przykłady

Niniejszy wynalazek zilustrowano poniższymi, nie ograniczającymi pod żadnym względem, przykładami zalecanych konstrukcji wykładzin.

Przykład 1. Wewnętrzną ściankę pieca o średnicy 3 m wyłożono warstwą izolacyjną papieru z włókien ceramicznych Lytherm 1535 Gc (Lydall Co.) o grubości 0,6 cm. Na warstwie tej ułożono warstwę sprasowanych i wypalonych cegieł Zed Mullite (Zedmark Ind.) o wysokiej zawartości aluminium, tworząc z nich dziesięciobok. Jak widać na fig. 8, cegły ułożono i wyprofilowano w taki sposób, żeby pasowały do kształtu powłoki pieca i tworzyły leżący na niej wielobok. Dziesięciobok można uzyskać w ten sposób, żeby każdy z jego boków składał się z 4 bloków (jak pokazano, dwa zestawy po dwa bloki o różnych skosach w układzie ABBA). Grubość każdego z bloków A i B pokazanych na fig. 9 i 10 wynosi około 10 cm. Cegły są utrzymywane w odpowiednim położeniu na zasadzie sprzężenia mechanicznego dzięki zbieżnym krawędziom i nie mogą odsuwać się od powłoki pieca w miarę jego obracania się. Ostatni montowany blok może być wsuwany do otworu, co wiąże ze sobą całą konstrukcję wieloboku.

172 622

Ewentualne nierówności pomiędzy cegłami lub pomiędzy cegłami a powłoką można wypełnić suchą zaprawą wiążącą na powietrzu. Po ułożeniu pierwszego rzędu cegieł, na obwodzie powłoki układa się następne, aż do zakończenia formowania całej wykładziny.

Przykład 2. Na wewnętrznej ściance pieca o średnicy 3,6 m rozmieszczono w określonym układzie przestawionym pewną liczbę standardowych elementów kotwiczących w kształcie litery V, wykonanych ze stali nierdzewnej 310. Elementy te skonstruowano w ten sposób, że wystają z powłoki na odległość wynoszącą około 2/3 całej grubości wykładziny. Do wykonania wylewanej wykładziny mającej kształt dziesięciokąta o wymiarach w zasadzie takich samych jak w przykładzie 1 zastosowano drewniane formy. Formy ograniczają obszar równy jednemu bokowi wieloboku o określonej długości nie większej niż 5 metrów, co wynika z konieczności unikania niezrównoważenia pieca podczas montażu wykładziny. Następnie formy wypełniano do połowy grubości wykładziny wstępną warstwą izolacyjnego materiału ogniotrwałego Hyal-Lite 30 (Zedmark, Inc.). Odpowiednią równomierność rozkładu ceramicznej zawiesiny uzyskano za pomocą wibratorów prętowych. Po zastygnięciu tej warstwy, formy wypełniono pozostałą częścią wykładziny, materiałem Zedal Cast 60 LC (Zedmark, Inc.). Również i w tym przypadku zastosowano wibratory prętowe do odpowiedniego rozprowadzenia ceramicznej zawiesiny bez pozostawiania w niej kieszeni powietrznych. Następnie drugą warstwę pozostawiono do zastygnięcia. W końcu gotową odlaną wykładzinę ceramiczną układano segmentami o konfiguracji przekroju poprzecznego zbliżonej do układu cegieł ABBA z przykładu 1. Proces ten powtarzano dla całego pierwszego boku, a następnie do kolejnych boków wieloboku, aż do uformowania całej wykładziny.

Rozumie się samo przez się, że każdy profesjonalista jest w stanie wprowadzić liczne modyfikacje konstrukcyjne w przedstawionym rozwiązaniu bez odchodzenia od zakresu i istoty niniejszego wynalazku. Naprzykład, wykładzina może być wykonana z wytłaczanego tworzywa sztucznego lub w postaci natryskiwanego materiału ogniotrwałego, bez stosowania form. W związku z tym, intencją załączonych tu zastrzeżeń patentowych nie jest ograniczenie istoty wynalazku do przedstawionego opisu, ale ujęcie wszystkich cech stanowiących znamiona nowości niniejszego wynalazku, w tym wszystkich cech, które mogą być uważane przez profesjonalistów za rozwiązania ekwiwalentne.

172 622

łfb ki

172 622

FIG. 3 FIG. 4 RG. 5

172 622

I

172 622

FIG. 9

9.4044

FIG. 10

172 622

FIG. I

130

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Piec do obróbki materiału zamocowany obrotowo wokół wzdłużnej osi i nachylony względem poziomu zawierający umocowaną w konstrukcji nośnej powłokę wyłożoną od wewnątrz wykładziną ogniotrwałą, znamienny tym, że wykładzina ogniotrwała (105) na całej swej długości ma od strony wewnętrznej, w przekroju poprzecznym kształt wielokąta.
2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że wykładzina (105) ma od strony wewnętrznej N boków, korzystnie w ilości od 3 do 12, przy czym kąt pomiędzy sąsiednimi bokami wielobocznego przekroju poprzecznego wynosi co najwyżej 150 stopni.
3. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że wykładzina ogniotrwała (105) zawiera warstwę z cegieł (170).
4. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że wykładzina ogniotrwała (105) zawiera wykładzinę odlewaną (185).
5. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że wykładzina ogniotrwała (105) składa się z pierwszej warstwy (195) przyległej do powłoki (120) oraz drugiej warstwy (200) umieszczonej na pierwszej warstwie (195).
6. Piec według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że wykładzina (105) jest przymocowana do powłoki (120) za pomocą elementów kotwiczących (180) przymocowanych do ścianki wewnętrznej powłoki (120).
7. Piec według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwsza warstwa (195) stanowi warstwę termoizolacyjną w porównaniu z drugą warstwą (200).
8. Piec według zastrz. 5, znamienny tym, że druga warstwa (200) ma stosunkowo wyższą odporność termiczną i odporność na ścieranie w porównaniu z pierwszą warstwą (195).
9. Piec według zastrz. 3, znamienny tym, że pomiędzy wykładziną z cegieł (170), a powłoką (120) jest umieszczona termoizolacyjna wkładka (175).
10. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że pomiędzy wykładziną odlewaną (185), a powłoką (120) jest umieszczona termoizolacyjna wkładka (190).
11. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że boki wielobocznej wykładziny (105) są połączone ze sobą za pomocą niedopasowanych, prostoliniowych lub krzywoliniowych obszarów przejściowych.
12. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka (120) ma kształt cylindryczny.
13. Piec według zastrz. 4 albo 5, albo 7, albo 8, albo 10, znamienny tym, że wykładzina (105), znajdująca się na i w sąsiedztwie ścianki wewnętrznej powłoki (120) zawiera wylaną na tę ściankę warstwę, korzystnie ceramiczną lub ogniotrwałą, wyznaczającą granice otwartej strefy obróbczej o w zasadzie wielobocznym przekroju poprzecznym składającym się z N boków, przeznaczonej do powtarzalnego wystawiania istotnej części wsadu na działanie gazów o wysokiej temperaturze w miarę obracania powłoki (120), przy czym warstwa (185,200) wylanej wykładziny jest przymocowana za pomocą elementów kotwiczących przymocowanych do ścianki powłoki (120).
14. Sposób obróbki materiału w piecu polegający na tym, że wprowadza się wsad materiału do pieca i doprowadza się wsad do strefy obróbczej pieca, a po obróbce odprowadza się materiał ze strefy obróbczej, znamienny tym, że obraca się tę strefę obróbczą dla powtarzalnego wystawiania obrabianego materiału na działanie warunków wewnątrz strefy obróbczej.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że kształtuje się wieloboczną strefę obróbczą i obraca się strefę obróbczą dla powtarzalnego wystawiania obrobionego materiału na działanie warunków wewnątrz strefy obróbczej.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że w wielobocznej strefie obróbczej stosuje się gazy o wysokiej temperaturze i formuje się wieloboczne granice strefy obróbczej z materiału odpornego na gazy oraz wsad materiału przeznaczonego do obróbki.

* * *

172 622