Піч електрокальцинації

Реферат: Винахід належить до електричних печей для високотемпературної обробки вуглецевих матеріалів - електрокальцинаторів, та може бути використаний в електродній галузі промисловості для прожарювання сипких вуглецевих матеріалів, наприклад, антрациту. Піч електрокальцинації містить циліндричну шахту, футерівка якої має кільцевий виступ, верхній і нижній електроди, а також пристрої завантаження і вивантаження. Кільцевий виступ виконано у вигляді вугільного циліндра висотою 0,3-0,4 висоти шахти печі та товщиною не менше 50 мм. Виступ укріплено на футерівці так, щоб перекривати проекцію нижнього електрода на футерівку, при цьому висота міжелектродного проміжку повинна перевищувати відстань від верхнього електрода до вугільного циліндра. Футерівка в області вугільного циліндра має UA 108143 C2 (12) UA 108143 C2 теплоізоляцію, виконану з шару сажі товщиною не менше 100 мм, та зовнішнє примусове охолодження в місцях кріплення вугільного циліндра. Використання винаходу дозволить підвищити мінімальну температуру зони прожарювання до 2200 °C, забезпечити істотне збільшення терміну експлуатації печі електрокальцинації та підвищення якості кінцевої продукції. UA 108143 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електричних печей для високотемпературної обробки вуглецевих матеріалів – електрокальцинаторів, та може бути використаний в електродній галузі промисловості для прожарювання сипких вуглецевих матеріалів, наприклад антрациту. Відома піч електрокальцинації безперервної дії, що містить циліндричну шахту з футеровкою, верхній і нижній електроди, а також пристрої завантаження і вивантаження [Чалых Е.Ф. Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий. - М.: Металлургия, 1972, - C. 42]. Ця піч характеризується істотною нерівномірністю температурного поля, що виникає внаслідок нерівномірності розподілу силових ліній електричного струму в об'ємі сипкого матеріалу, оскільки площа поперечного перерізу шахти значно перевищує ефективну площу електродів. Продукція, отримана таким чином, має неоднорідні властивості, а локальні високотемпературні зони, що утворюються в об'ємі сипкого матеріалу, часто призводять до перегріву футеровки та передчасного виходу з ладу печі. Найбільш близьким до пропонованого рішення за технічною суттю є піч електрокальцинації, що містить циліндричну шахту, футеровка якої має кільцевий виступ, верхній і нижній електроди, а також пристрої завантаження і вивантаження [патент України на винахід № 72633 від 30.01.2003, опубл. 15.03.2005]. При цьому кільцевий виступ укріплено на футеровці у верхній частині шахти печі і виконано у вигляді дроселя з отвором, діаметр якого складає 0,25-0,60 внутрішнього діаметра футеровки печі. Кільцевий виступ призначено для формування у міжелектродному просторі високотемпературної зони прожарювання сипкого матеріалу шляхом підвищення концентрації силових ліній струму в області отвору дроселя. Дросель виконано так, щоб унеможливити протікання електричного струму безпосередньо через його матеріал. Ця піч електрокальцинації дозволяє пропускати увесь об'єм сипкого матеріалу через дросель, де утворюється високотемпературна зона, що забезпечу с високі показники виходу якісної продукції при мінімальній температурі зони прожарювання не більше 1300 °C (межі жаростійкості тугоплавкого матеріалу дроселя), і стає повністю непридатною при підвищенні мінімальної температури зони прожарювання до 2200 °C, оскільки існуючі конструктивні матеріали не дозволяють сформувати дросель, здатний надійно працювати при вказаних температурах. В основу пропонованого винаходу поставлено задачу удосконалення конструкції печі електрокальцинації, в якій нове виконання відомого елемента та використання нових конструктивних елементів дозволить забезпечити високі показники надійності електрокальцинатора та якості кінцевої продукції при високотемпературній обробці сипких вуглецевих матеріалів з підвищенням мінімальної температури зони прожарювання до 2200 °C. Поставлена задача вирішується тим, що у печі електрокальцинації, що містить циліндричну шахту, футеровка якої має кільцевий виступ, верхній і нижній електроди, а також пристрої завантаження і вивантаження, згідно з винаходом кільцевий виступ виконано у вигляді вугільного циліндра висотою 0,3-0,4 висоти шахти печі та товщиною не менше 50 мм, який укріплено на футеровці так, щоб перекривати проекцію нижнього електрода на футеровку, при цьому висота міжелектродного проміжку повинна перевищувати відстань від верхнього електрода до вугільного циліндра, а футеровка в області вугільного циліндра має теплоізоляцію, виконану з шару сажі товщиною не менше 100 мм, та зовнішнє примусове охолодження в місцях кріплення вугільного циліндра. Товщина кільцевого виступу вибрана з умов механічної міцності його матеріалу (вугілля, або графітоване вугілля - це єдиний доступний жаростійкий конструкційний матеріал) і не може бути зменшена без загрози цілісності конструкції при експлуатації. Товщина шару сажі (сажа - єдиний доступний теплоізоляційний матеріал, здатний працювати в заявленому діапазоні температур) вибрана з умов ефективності теплоізоляції футеровки в області кільцевого виступу. Збільшення товщини кільцевого виступу та/або шару сажі зменшує ефективну площу перерізу високотемпературної зони та продуктивність печі електрокальцинації в цілому. Зменшення висоти кільцевого виступу небезпечно тим, що високотемпературна зона може вийти за його габарити і вивести з ладу футеровку печі. При цьому збільшення висоти кільцевого виступу не призводить до помітного покращення властивостей печі. Суть винаходу пояснюється кресленням. Піч електрокальцинації містить пристрої завантаження 1 та вивантаження 2, верхній 3 та нижній 4 електроди і циліндричну шахту з футеровкою 5, на внутрішній поверхні якої в проекції нижнього електрода укріплено вугільний кільцевий виступ 6 товщиною не менше 50 мм. Футеровка 5 в області кільцевого виступу має теплоізоляцію, виконану з шару сажі 7 товщиною не менше 100 мм, та зовнішнє примусове охолодження в місцях кріплення кільцевого виступу, виконане, наприклад, у вигляді водяних оболонок 8. Піч електрокальцинації працює таким чином. 1 UA 108143 C2 5 10 15 20 Сипкий вуглецевий матеріал самопливом надходить у шахту печі через пристрій завантаження 1. Між верхнім 3 та нижнім 4 електродами від джерела живлення (на кресленні не вказано) пропускають електричний струм для нагрівання вуглецевого матеріалу (за рахунок вивільненого у міжелектродному просторі джоулевого тепла). Оскільки кільцевий виступ 6 виконано з електропровідного матеріалу, найбільша концентрація силових ліній утворюється між кільцевим виступом 6 та нижнім електродом 4, що забезпечує переміщення високотемпературної зони прожарювання з верхньої частини міжелектродної області в область нижнього електрода, де немає безпосереднього контакту з футеровкою 5. Таким чином, ззовні високотемпературна зона перебуває у контакті лише з жаростійким кільцевим виступом 6, в області якого футеровка захищена теплоізоляцією 7 і має примусове охолодження в місцях кріплення кільцевого виступу. Вся маса сипкого матеріалу рівномірно проходить через високотемпературну зону, що забезпечує стабільність властивостей готової продукції. Висота кільцевого виступу складає 0,30,4 висоти шахти печі, що дозволяє утворити високотемпературну зону, розміри якої достатні для повноцінного прожарювання матеріалу. Стала швидкість руху маси сипкого матеріалу через об'єм печі електрокальцинації підтримується пристроєм вивантаження 2. Виконання кільцевого виступу 6 та теплоізоляції 7 з вказаними геометричними розмірами в поєднання із застосуванням зовнішнього примусового охолодження 8 дозволяють підвищити мінімальну температуру зони прожарювання до 2200 °C, забезпечують істотне збільшення терміну експлуатації печі електрокальцинації та підвищення якості кінцевої продукції. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 1. Піч електрокальцинації, що містить циліндричну шахту, футерівка якої має кільцевий виступ, верхній і нижній електроди, а також пристрої завантаження і вивантаження, яка відрізняється тим, що кільцевий виступ виконано у вигляді вугільного циліндра висотою 0,3-0,4 висоти шахти печі та товщиною не менше 50 мм, який укріплено на футерівці так, щоб перекривати проекцію нижнього електрода на футерівку, при цьому висота міжелектродного проміжку повинна перевищувати відстань від верхнього електрода до вугільного циліндра, а футерівка в області вугільного циліндра має теплоізоляцію, виконану з шару сажі товщиною не менше 100 мм, та зовнішнє примусове охолодження в місцях кріплення вугільного циліндра. 2. Піч електрокальцинації за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішнє примусове охолодження в місцях кріплення вугільного циліндра виконане у вигляді водяних оболонок. 2 UA 108143 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3