Электрическая печь, в частности, для получения оксида свинца обжигом массикота - RU2070308C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области металлургии, а, более точно, к электрической печи для получения оксида свинца обжигом массикота.

Окись свинца, которая является химическим продуктом формулы РвО, применяют в некоторых отраслях промышленности, и среди наиболее обычных способов ее получения является тот, который основан на обжиге массикота, представляющего смесь окиси свинца и металлического свинца и имеющего химическую формулу PаО + Pв.

Применяемые в настоящее время печи содержат множество труб, которые окружены отходящими газами, образующимися во время горения, например, газ метан, причем трубы соединены так, что проходят вдоль практически по S-образной траектории.

Массикот, загруженный в конце S-образного пути, оставляет его (после нагрева и окисления) превращенным в окись свинца, с противоположного конца. Движение материала происходит в противотоке с отходящими газами, образующимися при горении.

Печи известной конструкции имеют несколько недостатков, основные из которых кратко описаны следующим образом:
(a) только часть печи, а точнее, примерно ее половина является активной в отношении конверсии массикота в окись свинца, остальная часть печи выполняет функцию регенерирования тепловой энергии, образующейся в печи, посредством предварительного нагрева массикота, который будет затем превращен в окись свинца. Таким образом, размеры печей очень большие по отношению к их производительности;
(b) из-за больших размеров печь достигает рабочей температуры в устойчивом состоянии с плохой точностью в различных зонах, фактически на температуру внутри печи влияют многие взаимосвязанные факторы, например, температура в камере горения, температура горелки, расход воздуха, вводимого в печь и распределение тепла. Контроль таких факторов затрудняется, когда размеры печи увеличиваются;
(c) необходимость обеспечения по крайней мере одной камеры горения и снижения расхода энергии восстановлением части образованного тепла путем предварительного нагрева массикота приводит к дальнейшему увеличению размера печи;
(d) большая площадь поверхности наружных поверхностей камеры горения вызывает значительные потери тепла в окружающую атмосферу, к которым добавляются потери тепла из дымовой трубы;
(e) продукты горения подвергают трубы, которые окружены отходящими газами, значительным напряжениям химического и термического характера, в результате требуются частые вмешательства для контроля и обслуживания;
(f) также футеровка из огнеупорных кирпичей, подвергаемая непосредственно воздействию пламени и/или высоко корродирующих газов, образующихся в результате горения, требует тщательных осмотров и ремонта.

(g) возможный пробой или образование трещин в одной или нескольких трубах могут привести к прямому контакту продукта, содержащегося в трубе или трубах, с пламенем и в результате к утечке окиси свинца в окружающую атмосферу через дымовую трубу и нарушению экологии.

Из авторского свидетельства N 292730 известна печь, способная избежать указанных выше недостатков.

Эта электрическая печь, применяемая, в частности, для получения оксида свинца обжигом массикота, содержит футерованный корпус с крышками на входе и выходе из него, электронагревательный элемент для нагревания вещества, перемещаемого вдоль корпуса, средство для загрузки в печь сырого вещества, соединенное с крышкой на входе, средство для подачи реагента, средство для выгрузки вещества из печи, соединенное с крышкой на выходе, средство для перемещения вещества вдоль корпуса, включающее вал по меньшей мере с одной лопастью, установленный в подшипниках с возможностью поворота средством для удаления налипающего слоя обрабатываемого вещества.

Следовательно, как известно, метод производства оксида свинца обжигом массикота имеет критическую фазу во время охлаждения только что полученного оксида свинца от температуры, при которой происходил обжиг, до комнатной температуры, при которой оксид свинца может считаться стабильным. Во время охлаждения оксид свинца обязательно проходит внутри диапазона критических температур, в котором происходит реакции превращения оксида свинца в свинцовый сурик. Свинцовый сурик является загрязняющим элементом оксида свинца, так что он уменьшает степень его чистоты. Во время этапа охлаждения количество загрязняющего свинцового сурика в оксиде свинца по существу пропорционально времени пребывания оксида свинца внутри критического диапазона.

Цель изобретения состоит в том, чтобы создать печь, способную устранить или по крайней мере уменьшить указанные выше недостатки для того, чтобы увеличить степень чистоты производимого оксида свинца.

Другими словами, целью изобретения является создание печи, способной уменьшить время, в течение которого оксид свинца остается при критической температуре для увеличения степени чистоты производимого оксида свинца.

Цель достигается тем, что в электрической печи, в частности, для получения оксида свинца обжигом массикота, содержащей футерованный корпус с крышками на входе и выходе из него, средство для перемещения вещества вдоль корпуса, электронагревательный элемент для нагревания вещества, перемещаемого вдоль корпуса, средство для загрузки в печь сырого вещества, соединенное с крышкой на входе, средство для подачи реагента, средство для выгрузки вещества из печи, соединенное с крышкой на выходе, средство для перемещения вещества вдоль корпуса, включающее вал по меньшей мере с одной лопастью, установленный в подшипниках с возможностью поворота средством для удаления налипающего слоя обрабатываемого вещества, согласно изобретению электронагревательный элемент выполнен в виде индукционной катушки из множества элементов с различной индукционной мощностью с полым секционированным ферромагнитным элементом, число секций которого соответствует числу индукционных элементов, причем катушка выполнена с максимальной мощностью нагрева в зоне отверстия для выгрузки материала, при этом вал установлен с возможностью смещения относительно оси печи лопасти вала в зоне крышки на входе и зоне между крышками расположены с образованием простого винта, а в зоне крышки на выходе и отверстия для выгрузки с образованием двойного винта. Эта печь может легко управляться для уменьшения времени, в течение которого оксид свинца остается при критической температуре. Следовательно, можно легко получать оксид свинца с высокой степенью чистоты.

На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе печи согласно изобретению; на фиг. 2 вид спереди печи; на фиг. 3 вид в разрезе нагревательного устройства; на фиг. 4 вид откалывающего устройства, установленного на валу печи; на фиг. 5 вид средства для перемещения вала с лопастями; на фиг. 6 вид несоосного положения вала с лопастями относительно трубчатой конструкции печи, которая содержит его.

Печь согласно настоящему изобретению обычно показана в позиции I и предназначена, в частности, для производства окиси свинца посредством обжига массикота.

Печь по существу содержит один трубчатый корпус 2 с главной осью 3 (т.е. ось печи), нагревательное устройство 4, средство 5 для подачи сырья в печь, средство 6 типа шнекового транспортера для перемещения обработанного материала внутри трубчатого корпуса, средство 7 для разгрузки материала, средство 8 для подачи воздуха для окисления и средство 5 контроля понижения давления внутри печи.

Печь 1 можно дополнительно оснастить взвешивающим средством, которое важно для правильной ее работы.

Трубчатый корпус 2 содержит трубу из нержавеющей стали с первой приемной стороной 9 и второй приемной стороной 10, которые теплоизолированы и соответственно соединены со средством 5 подачи материала в печь и средством 7 разгрузки обработанного материала из печи.

Трубчатый корпус 2 соосно расположен внутри нагревательного устройства 4, которое содержит перечисленные в следующем порядке, начиная снаружи по направлению внутрь, индукционную катушку 11, слой изолирующего огнеупорного материала 12 и трубу из ферромагнитного материала 13.

Индукционная катушка 11 выполнена из множества элементов, в данном случае она состоит из трех элементов 11А, 11В и 11С, имеющих различное количество витков, и, следовательно, они способны обеспечить различную мощность для нагрева. Также труба из ферромагнитного материала 13 состоит из множества элементов 13А, 13В и 13С, соединенных посредством соединений 14.

Элементы 11А, 11В и 11С нагревают посредством индукции соответствующие элементы 13А, 13В и 13С, которые в свою очередь передают тепло трубчатому корпусу 2, выполненному из неокисляемого материала, способного выдерживать агрессивность материала в процессе его превращения внутри него.

Для исключения коррозии трубы 13, и, следовательно, элементов 13А, 13В и 13С, из которых она состоит, между трубой 13 и трубчатым корпусом 2 предусмотрено воздушное пространство 15, внутрь которого вводят инертный газ, например, азот. Для этой цели шланг 16 для подачи азота и шланг 17 для выпуска азота соответственно расположены на обоих концах нагревательного устройства и в соответствии с уплотнительным средством, содержащим уплотнительную полоску из силиконовой смолы, усиленной стекловолокном. Таким образом, когда это требуется, азот можно обновлять.

Слой изолирующего огнеупорного материала 12 содержит распорные брусья 19, как это перечислено в порядке, начиная снаружи и кончая в направлении внутрь, покрытие 20 из полиэфирной смолы, усиленной стекловолокном, множество слоев 21 материала, известного под названием "Микротерм" (в показанном примере применяют два таких слоя), обертку из асбестовой ленты 22 или стекловолокна, множество слоев керамического волокна 23 (в данном случае два таких слоя). "Микротерм" получают путем заполнения мешков из стекловолокнистого материала окисью титана и окисью циркония, и он отличается высокой степенью теплоизоляции.

Применение "Микротерма" в качестве теплоизолирующего материала, а не других материалов позволяет значительно уменьшить толщину слоя изолирующего огнеупорного материала 12 благодаря характеристикам высокого уровня этого материала, таким образом упрощается реализация индукционной катушки 22.

Средство 5 для подачи сырья в печь содержит питающий бункер 28, дозирующий шнековый питатель 24, приводимый в действие двигателем 25 с соответствующим передаточным числом, и опорную конструкцию 27. Дозирующий шнековый питатель тянет материал со дна бункера 28 и разгружает его непосредственно на первой приемной стороне 9, которая снабжена для этой цели гибким соединением 26.

Между упомянутой опорной конструкцией 27 и питающим бункером 29 установлены датчики 29 нагрузки, которые определяют вес бункера 28. Обнаруженные данные передаются в цепь, которая определяет уменьшение массы дозирующего шнекового питателя за единицу времени, сравнивает уменьшение массы с оптимальной заданной скоростью подачи и затем, если это необходимо, корректирует скорость вращения шнека дозирующего шнекового питателя 24 посредством воздействия на двигатель 25 с соответствующим передаточным числом так, чтобы можно было регулировать, если это необходимо, скорость подачи сырья в пределах, установленных для этих значений.

Конвейерное шнековое средство 24 для транспортирования материала внутри трубчатого корпуса 6 по существу содержит вал 30 с лопастями, причем вал имеет с печь одну главную ось 3, цепную передачу 34 и соответствующий двигатель 35. Лопасти 36, установленные на валу 30, расположены так, чтобы получить простой шнек в зоне, расположенной ближе всего к первой приемной стороне 9, и в промежуточной зоне между первой приемной стороной 9 и второй приемной стороной 10 в зоне, расположенной ближе всего ко второй приемной стороне 10, причем шнек, образованный лопастями 36, представляет собой двухзаходный шнек.

Вал 30 соответственно удерживается своим первым и вторым концами первым подшипником 31 и вторым подшипником 32, такие подшипники могут вращаться перпендикулярно к оси 3 печи.

На фиг. 5 и 6 показано, что ось 3 можно считать определенной точкой пересечения вертикальной плоскости 37 с горизонтальной плоскостью 38. Такие плоскости образуют первый, второй, третий и четвертый секторы печи 1. Соответствующая направляющая плоскость 39 и средство 40 управления шнеком позволяют регулировать расстояние d между осью печи и осью вала 30 с лопастями, таким образом, вал 30 можно разместить посредством его наклонного движения во втором или четвертом секторе печи. Действительно, опыт показал, что скопление обработанного материала обычно отмечается в четвертом секторе, и, следовательно, возможность смещения вала 30 и его размещения в четвертом секторе позволяет удалить такой материал.

Для того чтобы можно было удалять материал без размещения вала в несоосное положение, нельзя просто определить размер высоты лопастей а36 таким образом, чтобы лопасти могли сгребать все с внутренней поверхности трубчатого корпуса, перемещаясь так, чтобы их концы были расположены по возможности близко к упомянутой поверхности, потому что в этом случае прогиб трубчатого корпуса 2, подвергаемого механическим и тепловым напряжениям от обрабатываемого материала, будет вызывать заедание средства, которое транспортирует материал внутри печи. На практике верхний торец некоторых лопастей будет заедать против внутренней поверхности трубчатого корпуса 2. Любые аномалии в работе печи можно обнаружить сразу, как только они возникнут, например, посредством измерения величины тока, потребляемого двигателем 35, и применения такого значения в качестве показателя риска заедания шнекового конвейера 6. Вал 30 соединен с сальниками 41, смазываемыми жаростойкой смазкой для предупреждения утечки в окружающую атмосферу материала, содержащегося внутри трубчатого корпуса 2, который является сильным загрязнителем.

Из-за характера обрабатываемого материала и типа конструкции вала 30 с лопастями материал часто прилипает до высокой степени к валу 30, тем самым перегружая его.

Для исключения любого нежелательного скопления материала предусмотрено откалывающее средство 42 (см. фиг. 4), установленное, например, на втором конце вала 30, которое содержит множество молотков 43, например, пневматического типа, расположенных таким образом, чтобы удар каждого молотка по валу 30 компенсировался ударом (ударами) другого молотка (молотков).

В данном случае применяют три молотка пневматического типа с осями под углом 120^o друг к другу, причем они способны достигать до 1000 ударов/мин. Частоту ударов можно регулировать до заданной величины путем воздействия на клапан 53. Удар каждого пневматического молотка 43 по валу 30 компенсируется ударами двух других молотков, таким образом, повреждение подшипников 31 и 32 исключается, однако вал 30 вибрирует, заставляя материал, который возможно перегрузил его, отсоединяться от него. Пневматические молотки ограничены треугольной опорной конструкцией 44, которая содержит регулировочные кольца 45, причем все они подаются одновременно благодаря одному пневматическому трубопроводу 46.

Значительный объем шума, создаваемого пневматическими молотками 43, поглощается корпусом 54, снабженным внутренней прокладкой из звукопоглощающего материала.

Средство для разгрузки материала 7 содержит отверстие 47, расположенное соответственно на второй приемной стороне 10, скользящий соединительный фланец 48 и трубопровод 49, который разветвляется на два трубопровода в соответствии с электронным переключателем 50.

Два трубопровода, образованные в результате разветвления трубопровода 4, оканчиваются над первой конвейерной лентой 51 и второй конвейерной лентой 52. Электронный переключатель 50 позволяет направлять выходящий поток материала (окись свинца) в функции уровня качества, т.е. уровня чистоты окиси свинца.

Средство 8 для подачи воздуха для окисления содержит регулятор 57 давления, снабженный манометром, установленным вниз по потоку от электрического клапана 58, и расходомер 59 для регулирования расхода введенного потока воздуха для окисления.

Окислительный воздух поступает из наружной атмосферы, и его вводят через гибкое соединение 26. Измерение количества окислительного воздуха, проходящего через печь, важно для исключения образования двух веществ, которые могут загрязнить полученную окись свинца, а именно сурик (Pв₃O₄), который образуется в присутствии избыточного воздуха, и металлический свинец (Pв), который образуется в случае недостатка воздуха. В особых случаях вместо атмосферного воздуха можно применять соответствующую газовую смесь.

Дополнительно к средству 8 подачи окислительного воздуха предусмотрено средство 56 для определения падения давления внутри печи, которое содержит всасывающую трубу 60, сервоуправляемый клапан 61 для регулирования всасывания, прибор для измерения падения давления внутри печи 62 и соответствующий датчик 63.

Всасывающая труба 60, которая установлена в конце печи 1 смежно со второй приемной стороной 10, имеет первый горизонтальный отвод, проходящий от стенки печи, и второй вертикальный отвод.

Таким образом, любой образующийся сурик, который осаждается благодаря охлаждению трубопроводов и газов, проходящих по трубе 60, не может загрязнить материал, превращенный в окись свинца, содержащийся внутри печи 1, но собранный внутри камеры 64, образованной на нижнем конце вертикального отвода всасывающей трубы 60.

Сервоуправляемый клапан 61 и соответствующий датчик 63 постоянно поддерживают внутри печи 1 заданное давление очень низкого значения.

Действительно, поскольку это происходит во всех устройствах, обрабатывающих такие ядовитые вещества, как окислы свинца, то эти печи также поддерживают при внутреннем вакууме такого порядка, чтобы исключить диффузию таких окислов через рабочие пространства.

Однако необходимо, чтобы значение вакуума было по возможности низким в соответствии с требованиями к работе печи для исключения нежелательного и неконтролируемого ввода окислительного воздуха, который будет изменять химическую реакцию, управляющую процессом превращения массикота в окись свинца, в результате чего образуются нежелательные побочные продукты, например, сурик.

Средство 65 для взвешивания печи содержит конструкцию для опоры печи 66, которая лежит на датчиках 67 нагрузки, предназначенных для определения массы, нагружающей опорную конструкцию 66 с гибким соединением 26 и скользящим фланцем 48, предусмотренными для этой цели.

Значения массы печи обрабатываются в электронном приборе управления (не показан), который передает тревожный сигнал в том случае, когда масса печи 1 превышает определенные заданные значения.

Электронный прибор управления имеет такую конструкцию, чтобы можно было получить также значения, переданные датчиками 29 нагрузки, и, следовательно, отрегулировать скорость вращения дозирующего шнекового питателя 24 и скорость потока материала, разгружаемого через трубопровод 49. Кроме того, в том случае, если ток, потребляемый двигателем 35, измеряется посредством упомянутой электронной системы, то можно также контролировать скорость вращения шнекового конвейера 6.

Электрическая печь предназначена, в частности, для производства окиси свинца путем обжига массикота, однако она позволяет также подвергать другие вещества, даже если они корродирующие, действию тепла до температуры максимум 750^oC и в течение различного периода времени в функции требований к процессу в контролируемой атмосфере, т.е. в окислительной или восстановительной, либо в инертной атмосфере с тем, чтобы вызвать соответствующее химическое превращение в материале.

Обрабатываемый продукт хранится в питающем бункере 28, из которого его вытягивает дозирующий шнековый питатель 24 в функции заданных параметров скорости потока.

Исходный продукт входит в печь на первой приемной стороне 9 через гибкое соединение 26. Лопасти 36 вала 30 проталкивают материал через трубчатый корпус 2, внутри которого материал нагревается до такой температуры, чтобы начать химическую реакцию обжига. Окислительный газ подает необходимый кислород для свободного Pв, содержащегося в массикоте, для окисления и получения PвО.

Критическим признаком этого способа является охлаждение полученной окиси свинца, когда ее температура должна уменьшаться, начиная от температуры обжига до достижения комнатной температуры, при которой окись свинца можно считать устойчивой.

Такое охлаждение должно осуществляться по возможности быстро, поскольку кривая охлаждения материала проходит в пределах определенного температурного интервала (критический интервал), при котором окись свинца превращается в сурик, являющийся загрязнителем окиси свинца. Количество загрязняющего сурика, образующегося во время стадии охлаждения, по существу пропорционально времени нахождения окиси свинца в пределах критического интервала.

В электрической печи согласно изобретению этому данному аспекту уделяется особое внимание в связи с энергией нагрева, увеличиваемой в зоне разгрузки, и увеличением количества лопастей 36 в зоне смежно с выходом продукта, таким образом, при скорости вращения вала 30 с одинаковым количеством лопастей в такой зоне достигается более ускоренное и эффективное удаление продукта из торцевой части печи, и продукт в конце концов удаляется. Действительно, такая зона является критической для образования сурика и вызывает наибольшие трудности в контроле параметров превращения.

Изменение мощности нагрева в различных зонах печи достигается путем изменения количества витков катушки 11 с тем, чтобы разделить ее на элементы 11А, 11В и 11С, действующие с различной мощностью нагрева на соответствующие трубчатые элементы 13А, 13В и 13С, которые образуют трубчатый корпус 13. Таким образом, печь можно точно установить на заданную постоянную температуру, при этом исключаются зоны перегрева (обычно в центральных зонах) и более холодные зоны (обычно в зонах на приемных сторонах 9 и 10). В частности, зоны вблизи первой приемной стороны 9 и второй приемной стороны, которая имеет тенденцию становиться более холодной из-за загрузки продукта и присутствия разгрузочного трубопровода 49, а также рассеяния тепла в результате присутствия приемных сторон 9 и 10, могут также достичь температуры, которая очень близка к оптимальной температуре, существующей в центральной зоне. Результатом является лучшее использование полезного объема печи и контроль тех негативных явлений, которые могут привести к ухудшению качества продукта.

Преимущества, показанные на примере печи согласно изобретению, следующие:
(a) печь является активной по всей ее длине, и этот признак позволяет значительно уменьшить размеры печи до размеров как раз одной из труб, которые образуют печи обычного типа;
(b) нагрев посредством эффекта электромагнитной индукции, позволяет достичь исключительную равномерность нагрева материала вместе с возможностью установления с более высокой точностью и надежностью температуры материала в любых точках печи, причем также в случае, если такой результат потребует подачи очень значительного количества энергии вдоль длины печи;
(c) любое возможное регулирование количества энергии, подаваемой для нагрева печи, можно проводить очень точно;
(d) рассеяние тепла очень ограничено, причем оно такое, что не оказывает отрицательного влияния на температуру в устойчивом состоянии;
(e) расходы на обслуживание значительно сокращены, потому что отмечается снижение химических и тепловых напряжений на наружной стенке труб, не окутанных особенно корродирующими дымовыми газами, образующимися в результате горения, причем отсутствие свободного пламени делает бесполезным присутствие футеровки из огнеупорных кирпичей, которая в известных печах подвергается постоянным операциям контроля и обновления;
(f) возможный пробой трубы может привести только к падению на пол продукта, содержащегося в ней, без какого-либо рассеяния высоко загрязняющих продуктов из-за их свинцовой основы в окружающую атмосферу;
(g) благодаря простоте точного, непрерывного и надежного регулирования термохимических количеств на основе средств автоматического регулирования и управления работой печи такие средства можно установить легко и выгодно;
(h) практически не существует загрязнения окружающей среды из-за работы печи особенно благодаря контролю вакуума внутри печи, который обеспечивает то, что печь будет постоянно поддерживаться при соответствующем значении вакуума.

Реферат

Использование: изобретение относится к конструкции печи для производства окиси свинца. Сущность: печь имеет теплоизолированный трубчатый корпус, содержащий по всей его длине вал с лопастями, действующими в качестве шнека. Трубчатый корпус расположен соосно с индукционной катушкой, нагревающей его. Исходный материал в порошковой форме (т.е. массикот) загружают на входе трубчатого корпуса и перемещают посредством вала с лопастями до выхода из печи, расположенного на противоположной стороне трубчатого корпуса печи. Вал установлен с возможностью смещения относительно оси печи, лопасти в зоне входа и в зоне между входом и выходом расположены с образованием простого винта, а в зоне выхода и отверстия для выгрузки - с образованием двойного винта. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула