Ротационная наклоняющаяся установка для плавки дисперсных и кусковых материалов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РОТАЦИОННАЯ НАКЛОНЯЮЩАЯСЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАВКИ ДИСПЕРСНЫХ И КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское дочернее унитарное предприятие Технолит(72) Авторы Ровин Леонид Ефимович Валицкая Ольга Михайловна Ровин Сергей Леонидович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское дочернее унитарное предприятие Технолит(57) 1. Ротационная наклоняющаяся установка для плавки дисперсных и кусковых материалов, содержащая выполненную с возможностью вращения камеру, имеющую цилиндрическую и коническую секции, сопряженные между собой со стороны большего основания конической секции крышку, закрывающую камеру со стороны меньшего основания конической секции торцевую стенку, ограничивающую цилиндрическую секцию со стороны, противоположной от конической секции горелочное устройство и устройство для отвода продуктов горения, встроенные в крышку, отличающаяся тем, что камера и крышка закреплены на общей наклоняемой раме. 27702006.06.30 2. Ротационная наклоняющаяся установка по п. 1, отличающаяся тем, что торцевая стенка выполнена в виде шарового сегмента. 3. Ротационная наклоняющаяся установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что горелочное устройство установлено с возможностью изменять направление факела относительно продольной оси камеры в вертикальной плоскости на угол 15. 4. Ротационная наклоняющаяся установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем,что камера установки выполнена с возможностью изменять угол наклона относительно линии горизонта в пределах от 60 до -15.(56) 1.- .. -. (Рекламный проспект). 2.. 1,, , ,, 9 9, . 2003. . (Рекламный проспект) (прототип). 3. Ровин С.Л., Ровин Л.Е., Валицкая О.М. Печи ротационного нагрева // Журнал Литье и металлургия. Минск, 2004,4, С. 86-88. Полезная модель относится к областям металлургии и литейного производства, а более конкретно к конструкции печей для плавки полидисперсных и кусковых материалов. Известна установка (барабанная печь) 1, применяемая для плавки дисперсных и кусковых материалов проходного типа (горелочное устройство и устройство для отвода продуктов горения встроены с противоположных сторон камеры установки, соответственно в торцевую стенку и в крышку), которая может вращаться и наклоняться, при этом продольная ось камеры может менять угол наклона относительно линии горизонта в пределах от 15 до -15. Камера выполнена в виде сопряженных между собой последовательно секций, а именно цилиндрической и усеченной конической, цилиндрическая секция ограничивается плоской футерованной стенкой (торцевой), а коническая (со стороны меньшего основания) - загрузочным отверстием. Установка имеет крышку, закрепленную на общей с установкой наклоняемой раме, закрывающую загрузочное отверстие. Конструкция установки позволяет перемешивать расплавляемый дисперсный и кусковой материал в период вращения, держать установку с закрытой крышкой при возможных наклонных положениях камеры - от момента нагрева материала до момента слива расплава, устраняя тем самым его подстуживание и потери тепла. Однако в таких установках низкий термический коэффициент полезного действия (т.к.п.д.) - не более 15 низкий коэффициент полезного использования рабочего пространства печи, т.к. загружают не более 1/3 объема камеры материал нагревается неравномерно вблизи горелки больше, на выходе из печи меньше футеровка камеры имеет повышенный износ в зоне ввода факела и отвода продуктов горения. Причиной этого является то, что горелочное устройство встроено в торцевую стенку, а устройство для отвода продуктов горения с противоположной стороны - в крышку. Это не позволяет циркулировать газам в камере по сложной траектории, неоднократно соприкасаясь с нагреваемым материалом теплоноситель практически имеет прямолинейное (прямоточное) движение над слоем материала, он проходит от горелочного устройства к устройству для отвода продуктов горения за короткий промежуток времени,а следовательно, не успевает эффективно передать тепловую энергию нагреваемому материалу. Конструкция камеры ограничивает ее наклон, т.к. имеется опасность попадания материала в горелку или в устройство для отвода продуктов горения. Объем загружаемого материала ограничивается углом наклона камеры - максимальное количество материала можно загрузить при крайнем верхнем положении загрузочного окна, т.е. в данном случае при наклоне камеры на угол 15. При этом загружаемый дисперсный и кусковой матери 2 27702006.06.30 ал занимает не более 1/3 объема камеры, что снижает коэффициент полезного использования рабочего пространства печи. Качание установки в продольном направлении в процессе нагрева материала в данной конструкции может осуществляться в диапазоне от 0 до 15, при таком незначительном качании камеры нет интенсивного перемешивания материала, что снижает т.к.п.д. Наклон камеры от 0 до -15 используется для выгрузки расплава. Так как торцевая стенка имеет плоскую форму, то в разогретом состоянии она не отражает тепло непосредственно на поверхность обрабатываемого материала, что также снижает т.к.п.д. Материал термически обрабатывается при наклонном положении камеры (15), когда торцевая стенка камеры с горелочным устройством находится в своем нижнем положении. Это приводит к неравномерному размещению в камере загруженного материала толстый слой образуется ближе к торцевой стенке камеры, что понижает равномерность прогрева. Так как из горелки факел выходит в определенном направлении и угол направления факела по отношению к поверхности материала в процессе плавки не меняется, то это снижает производительность процесса. Для интенсификации процесса на начальной стадии, когда материал представляет собой рыхлый пористый слой, факел должен быть направлен к поверхности слоя более круто, чем в конце процесса при разогреве слоя твердых частиц материала необходимо максимальное проникновение факела в слой, в конце процесса плавки, при переходе материала в жидкую фазу, перегрев расплава происходит за счет конвекции и излучения, при этом факел достаточно направить параллельно поверхности расплава. Значительное улучшение процесса термообработки обеспечивается в установке непроходного типа 2, применяемой для плавки дисперсных и кусковых материалов, которая в процессе работы может вращаться и наклоняться продольная ось камеры может менять угол наклона относительно линии горизонта в пределах от 15 до -15. Камера установки выполнена в виде сопряженных между собой последовательно секций - цилиндрической и усеченной конической, коническая секция сопряжена с цилиндрической своим большим основанием. С противоположной стороны цилиндрическая секция ограничивается плоской торцевой стенкой. Установка имеет крышку, закрывающую камеру со стороны меньшего основания конической секции в ее рабочем положении, т.е. в период термообработки материала. Крышка закреплена на неподвижной стойке. Горелочное устройство и устройство для отвода продуктов горения встроены в крышку. Горелочное устройство подает факел в камеру только в определенном направлении. Материал термически обрабатывают при наклонном положении камеры (15), когда торцевая стенка камеры находится в своем нижнем положении. Такая конструкция позволяет циркулировать газам в камере по сложной траектории, неоднократно соприкасаясь с нагреваемым материалом, улучшая теплообмен в камере установки. Однако т.к.п.д. такой установки не превышает 25 , установка имеет невысокий коэффициент полезного использования рабочего пространства, так как объем загружаемого материала составляет не более 1/3 объема камеры, наблюдается высокий износ футеровки,имеет место неравномерность прогрева материала. Причина заключается в том, что угол наклона продольной оси камеры, когда торцевая стенка камеры находится в своем нижнем положении, не превышает 15 к линии горизонта, крышка не закреплена на общей с камерой качающейся раме, торцевая стенка имеет плоскую форму, не регулируется направление факела к поверхности материала по мере его перехода из твердого в жидкое состояние. Угол наклона камеры ограничивает объем загружаемого материала - максимальное количество материала можно загрузить при крайнем верхнем положении загрузочного окна, т.е. в данном случае при наклоне камеры на угол 15. При этом загружаемый дисперсный и кусковой материал может занимать не более 1/3 объема каме 3 27702006.06.30 ры, что снижает производительность печи. Качание установки в процессе термической обработки материала (для интенсивного перемешивания материала и повышения равномерности его нагрева) в данной конструкции невозможно. Крышка, закрепленная на неподвижной стойке, закрывает установку только в одном определенном положении (15) в период термообработки материала. Изменение наклона камеры может происходить только при открытой крышке, т.к. она закреплена на специальной неподвижной стойке,что ведет к потерям тепла и подстуживанию металла, соответственно, снижается т.к.п.д. Наклон камеры от 0 до -15 используется для выгрузки расплава. Причина повышенного износа футеровки заключается в том, что плоская форма торцевой стенки не позволяет плавно менять траекторию соприкасающегося с ней потока теплоносителя. Теплоноситель соприкасается с торцевой стенкой практически под прямым углом и, резко изменив траекторию, возвращается в устройство для отвода продуктов горения, кроме того, образуются застойные зоны, в которые не попадает теплоноситель. Так как торцевая стенка имеет плоскую форму, то в разогретом состоянии она не отражает тепло непосредственно на поверхность обрабатываемого материала. Отсутствие возможности регулирования направления факела к поверхности материала не позволяет обеспечить наиболее выгодный режим теплообмена в процессе работы установки. Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении т.к.п.д., удельной производительности установки, равномерности термообработки материала и срока службы футеровки. Поставленная задача решается тем, что в известной ротационной наклоняющейся установке для термообработки и плавки полидисперсных и кусковых материалов, содержащей выполненную с возможностью вращения камеру, имеющую цилиндрическую и коническую секции, сопряженные между собой со стороны большего основания конической секции торцевую стенку, ограничивающую цилиндрическую секцию со стороны,противоположной от конической секции крышку, закрывающую камеру со стороны меньшего основания конической секции - загрузочного отверстия горелочное устройство и устройство для отвода продуктов горения, встроенные в крышку, согласно полезной модели, камера и крышка закреплены на общей наклоняемой раме, в процессе работы наклон камеры относительно линии горизонта может изменяться от 60 до -15, торцевая стенка камеры имеет форму шарового сегмента, горелочное устройство установлено с возможностью изменять направление факела относительно оси камеры в вертикальной плоскости на угол 15. Перечисленные конструктивные особенности заявляемой полезной модели и связи между ними позволяют придать установке ряд дополнительных преимуществ по сравнению с аналогами. Торцевая стенка в форме шарового сегмента обеспечивает плавное изменение траектории движения потока теплоносителя, при этом смягчается удар потока о футеровку,снижается сопротивление движению потока, значительно уменьшается износ футеровки,устраняются застойные зоны. Сферическая поверхность излучает тепло направленно - на обрабатываемый материал, улучшая теплообмен в камере и повышая т.к.п.д. Т.к. крышка смонтирована на общей наклоняемой раме с камерой установки, то установка может качаться в процессе работы, что значительно интенсифицирует процесс перемешивания, теплообмена и повышает равномерность нагрева. Установка может находиться с закрытой крышкой до момента выгрузки материала, что устраняет потери тепла и повышает т.к.п.д. Наклон камеры относительно горизонта на угол от 60 до -15 позволяет увеличить объем загружаемого материала до 1/2 объема камеры, при ее наклоне 60 увеличить амплитуду качания камеры от 0 до 60, тем самым повысить производительность,равномерность нагрева материала в камере на всех стадиях работы. Возможность изменения угла наклона факела, выходящего из горелочного устройства, относительно оси камеры позволяет направлять факел на материал под наиболее эффективным углом на всех 4 27702006.06.30 стадиях работы и различных углах наклона камеры, а следовательно, добиться высокой эффективности процесса. На фиг. 1 изображена заявляемая ротационная наклоняющаяся установка. Ротационная установка состоит из камеры 1, образованной секциями конической 2,цилиндрической 3, торцевой стенки в форме шарового сегмента 4 футеровки 5, крышки 6, наклоняемой рамы 7, привода наклона камеры 11, привода вращения камеры 8. В крышке смонтированы горелочное устройство 9 и устройство для отвода продуктов горения 10. На фиг. 2 изображена схема положения камеры ротационной установки в процессе ее загрузки и нагрева материала до расплавления. На фиг. 3 изображена схема положения камеры в процессе плавки и доводки расплава. На фиг. 4 изображена схема положения камеры при ее разгрузке. Ротационная установка работает следующим образом порцию материала загружают в камеру 1 установки через коническую секцию 2 при открытой крышке 6, когда продольная ось камеры отклонена от оси горизонта на угол 60. Крышку закрывают, включают горелку 9. Горелочным устройством факел направляют под углом 15 к оси камеры, тем самым получая оптимальный угол наклона факела к поверхности загруженного полидисперсного и кускового материала (45). Продукты горения совершают сложное движение 3 внутри камеры, интенсивно соприкасаясь с обрабатываемым материалом. Камера в процессе работы установки вращается и может дополнительно качаться в продольном направлении, происходит интенсивный теплообмен между пересыпающимся дисперсным и кусковым материалом и потоком теплоносителя (продуктами горения). По мере расплавления материала и перехода в жидкое состояние наклон камеры изменяют до горизонтального положения (0), обеспечивая максимальную площадь поверхности и равномерность нагрева материала. Угол наклона факелапри горизонтальном положении камеры устанавливают в пределах от 0 до -5, при этом угол наклона факела к поверхности материаласоставляет не более 5. В конце процесса плавки открывают крышку, камеру наклоняют и сливают расплав. Для обеспечения высокой производительности процесса и равномерности нагрева,снижения износа футеровки необходимо создать такие условия, при которых обрабатываемый материал равномерно интенсивно прогревается по всему объему, угол наклона факела к поверхности материала изменяется на разных стадиях процесса, тепловой поток при своем движении плавно меняет траекторию движения при соприкосновении с торцевой стенкой камеры, не образуя застойные зоны. Это невозможно выполнить в известных ротационных установках, т.к. поверхность торцевой стенки, на которую попадает поток продуктов горения, имеет плоскую форму и движущийся поток попадает на нее под углом, близким к прямому, что способствует высокому износу футеровки наклон камеры,который позволяет распределять материал внутри нее, ограничивается конструктивными особенностями этих установок (при расположении горелочного устройства в торце печи,противоположно крышке 1 - наклон ограничен опасностью попадания материала в горелочное устройство при закреплении крышки на неподвижной опоре 2 - при закрытой крышке камера может находиться только в одном, строго зафиксированном положении),поэтому материал, находящийся в камере в виде слоя, всегда имеет неоднородную толщину угол наклона факела не регулируется. В предлагаемой полезной модели это возможно выполнить, т.к. камера и крышка закреплены на общей наклоняемой раме, торцевая стенка выполнена в виде шарового сегмента, горелочное устройство установлено с возможностью изменять направление факела относительно продольной оси камеры в вертикальной плоскости на угол 15, при наклонах установки продольная ось камеры меняет угол относительно линии горизонта в пределах от 60 до -15. 5 27702006.06.30 Так как цилиндрическая секция камеры соединяется с торцевой в форме шарового сегмента, то поток продуктов горения скользит по сферической поверхности, легко меняя траекторию движения, при этом практически не оказывая динамического воздействия на футеровку. Сферическая поверхность, благодаря своей форме и увеличенной площади поверхности, по сравнению с плоской, направляет излучаемое тепло на поверхность обрабатываемого материала и интенсифицирует теплообмен. Ограничение наклона камеры от 60 до -15 обусловлено тем, что больший наклон требует значительного повышения мощности привода для подъема и в то же время существенно не повышает эффективность работы установки. Возможность изменения направления факела, выходящего из горелочного устройства, относительно оси камеры на угол 15 позволяет ориентировать направление факела к поверхности обрабатываемого материала под требуемым угломот 45 до 0. Ограничение угла в таких пределах обусловлено тем, при больших углах факел будет либо направлен на стенку конической секции камеры, либо смещаться практически полностью в периферийную область, противоположную поверхности нагреваемого материала, что, с одной стороны, разрушает футеровку, с другой - нарушает теплообмен. В предлагаемой полезной модели т.к.п.д. установки возрастает до 30 , удельная производительность увеличивается в 1,5 раза, повышается равномерность термообработки материала, снижается в 1,5-2 раза износ футеровки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6