Вращающаяся печь - Rotary kiln

Вращающаяся печь (большая горизонтальная труба цвета ржавчины в центре справа) в Вайоминге цементный завод

Общий вид противоточной вращающейся печи прямого нагрева, используемой в производстве цемента

Корпус вращающейся печи с приводом и 2 шинами (опорные кольца)

А вращающаяся печь это пиропроцессинг устройство, используемое для нагрева материалов до высокой температуры (прокаливание ) в непрерывном процессе. Материалы, производимые с использованием вращающихся печей, включают:

Они также используются для жарка Большое разнообразие сульфид руды до добычи металла.

Принцип действия

Печь представляет собой цилиндрический сосуд, слегка наклоненный к горизонтали, который медленно вращается вокруг своей продольной оси. Технологическое сырье подается в верхний конец цилиндра. По мере вращения печи материал постепенно опускается к нижнему концу и может подвергаться определенному перемешиванию и перемешиванию. Горячие газы проходят вдоль печи, иногда в том же направлении, что и обрабатываемый материал (прямоток), но обычно в противоположном направлении (противоток). Горячие газы могут образовываться во внешней печи или могут создаваться пламенем внутри печь. Такое пламя испускается из трубы горелки (или «трубы зажигания»), которая действует как большой бунзеновская горелка. В топливо это может быть газ, нефть, пылевидный нефтяной кокс или пылевидный уголь.

Строительство

Основными компонентами вращающейся печи являются кожух, огнеупорный футеровка, опорные шины (опорные кольца) и ролики, привод и внутренние теплообменники.

История

Вращающаяся печь была изобретена в 1873 г. Фредерик Рэнсом.^[1]

Оболочка печи

Это сделано из проката мягкая сталь пластина, обычно толщиной от 15 до 30 мм, сваренная в форме цилиндра, который может иметь длину до 230 м и диаметр до 6 м.

Верхние пределы диаметра устанавливаются склонностью оболочки к деформации под собственным весом до овального поперечного сечения с последующим изгибом во время вращения. Длина не обязательно ограничена, но становится трудно справиться с изменениями длины при нагревании и охлаждении (обычно от 0,1 до 0,5% длины), если печь очень длинная.

Огнеупорная футеровка

Цель огнеупорной футеровки является, чтобы изолировать стальную оболочку от высоких температур внутри печи, а также для защиты его от коррозионных свойств обрабатываемого материала. Он может состоять из огнеупорных кирпичей или литой огнеупорный бетон, или может отсутствовать в зонах печи, которые ниже приблизительно 250 ° С. Выбор огнеупора зависит от температуры внутри печи и химической природы обрабатываемого материала. В некоторых процессах, таких как цемент, срок службы огнеупора продлевается за счет сохранения покрытия из обрабатываемого материала на поверхности огнеупора. Толщина футеровки обычно составляет от 80 до 300 мм. Типичный огнеупор способен выдерживать перепад температур 1000 ° C или более между его горячей и холодной сторонами. Температура корпуса должна поддерживаться ниже 350 ° C для защиты стали от повреждений и непрерывно. инфракрасный сканеры используются для раннего предупреждения о «горячих точках», указывающих на отказ огнеупора.

Шины и ролики

Крупный план покрышки печи, показывающий типичное расположение стульев

Шины, иногда называемые скользящими кольцами, обычно состоят из единой кольцевой стальной отливки, обработанной до получения гладкой цилиндрической поверхности, которая свободно прикрепляется к корпусу печи с помощью различных «кресел». Это требует некоторой изобретательности в конструкции, поскольку шина должна плотно прилегать к корпусу, но также допускать тепловое движение. Шина движется на парах стальных роликов, которые также имеют гладкую цилиндрическую поверхность и расположены на расстоянии около половины диаметра печи. Ролики должны поддерживать печь и обеспечивать вращение с минимальным трением. Хорошо спроектированная печь при отключении электроэнергии будет много раз раскачиваться как маятник, прежде чем остановиться. Масса типичной печи размером 6 x 60 м, включая огнеупоры и сырье, составляет около 1100 тонн, и она будет транспортироваться на трех шинах и наборах роликов, расположенных по длине печи. В самых длинных печах может быть 8 комплектов роликов, а в очень коротких - только два. Обжиговые печи обычно вращаются со скоростью от 0,5 до 2 об / мин, но иногда со скоростью до 5 об / мин. Обжиговые печи большинства современных цементных заводов работают со скоростью от 4 до 5 оборотов в минуту. Подшипники роликов должны выдерживать большие статические и временные нагрузки, а также должны быть тщательно защищены от тепла печи и попадания пыли. В дополнение к опорным роликам обычно есть верхние и нижние «удерживающие (или упорные) ролики», которые опираются на боковые стороны шин, которые предотвращают соскальзывание печи с поддерживающих роликов.

Привод

Печь обычно поворачивается с помощью единственного венцового механизма, окружающего более холодную часть трубы печи, но иногда его вращают ведомые ролики. Шестерня через зубчатую передачу соединена с регулируемой электрический двигатель. У этого должен быть высокий старт крутящий момент для запуска печи с большой эксцентриковой нагрузкой. Обжиговой печи размером 6 x 60 м требуется около 800 кВт для вращения со скоростью 3 об / мин. Скорость потока материала через печь пропорциональна скорости вращения, поэтому для управления этим необходим привод с регулируемой скоростью. При движении через катки можно использовать гидравлические приводы. Их преимущество заключается в развитии чрезвычайно высокого крутящего момента. Во многих процессах опасно оставлять горячую обжиговую печь на месте при отключении питания привода. Разница температур между верхом и низом печи может вызвать коробление печи и повреждение огнеупора. Следовательно, обычной практикой является предоставление вспомогательного привода для использования во время отключения электроэнергии. Это может быть небольшой электродвигатель с автономным блоком питания или дизель. Это очень медленно поворачивает печь, но этого достаточно, чтобы предотвратить повреждение.

Внутренние теплообменники

Теплообмен во вращающейся печи может осуществляться проводимость, конвекция и радиация, в порядке убывания эффективности. В низкотемпературных процессах и в более холодных частях длинных печей, в которых отсутствуют подогреватели, печь часто оснащается внутренними теплообменниками для поощрения теплообмена между газом и сырьем. Они могут состоять из совков или «подъемников», которые каскадно пропускают сырье через газовый поток, или могут быть металлическими вставками, которые нагреваются в верхней части печи и передают тепло сырью, когда они опускаются ниже поверхности загрузки в качестве печь вращается. Последние предпочтительны там, где подъемники могут вызвать чрезмерное накопление пыли. Чаще всего теплообменник состоит из цепей, висящих завесами поперек потока газа.

Другое оборудование

Печь соединяется с вытяжным кожухом на нижнем конце и каналами для отходящих газов. Для этого требуются газонепроницаемые уплотнения на обоих концах печи. В выхлопной газ может идти в отходы или может попасть в подогреватель, который дополнительно обменивается теплом с входящим сырьем. Газы должны проходить через печь и подогреватель, если он установлен, с помощью вентилятора, расположенного на выпускном конце. В установках подогревателя, которые могут иметь большой перепад давления, может потребоваться большая мощность вентилятора, и вентилятор часто является самым большим приводом в системе печи. Выхлопные газы содержат пыль, и могут быть нежелательные компоненты, такие как диоксид серы или же хлористый водород. Установлено оборудование для очистки их от газового потока перед выходом в атмосферу.

Различия по процессу

Печи, используемые для производства DRI

Процессы прямого восстановления на основе вращающейся печи^[2]

Точка извлечения	1	2	3		4	5
Постоянство разгрузки печи	твердый				полужидкий	соль (клинкер ) жидкость (чугун )
Предпочтительное содержание железа в руде (% Fe)	30-60		30-60	55-63	25-45	50-67
Размер руды подачи (мм)	< 20	< 20	< 10	5-25^[3]	< 5	< 0.2
Влияние основности заряда (CaO / Al ₂О ₃)	нет влияния				0.3	2.8-3.0
Максимальная температура заряда (° C)	600-900	900-1100			1200-1300	1400-1500
Удаление кислорода (% О ₂ извлечен из Fe ₂О ₃)	12 %	20-70	>90			100
Примеры процессов	Лурги	Highveld Уды ЛАРКО Элькем	RN	SL / RN Крупп	Крупп-Ренн^{[fr ]}	Бассет

Смотрите также

Список духовок

Источники и дальнейшее чтение

Р. Х. Перри, С. Х. Чилтон, К. У. Грин (Эд), Справочник инженеров-химиков Перри (7-е изд), McGraw-Hill (1997), разделы 12.56-12.60, 23.60, ISBN 978-0-07-049841-9
К. Э. Перей, Вращающаяся цементная печь, CHS Press (1998), ISBN 978-0-8206-0367-4
Боатенг, Акваси, Вращающиеся печи: явления переноса и процессы переноса. Амстердам; Бостон: Эльзевир / Баттерворт-Хайнеманн (2008), ISBN 978-0-7506-7877-3

[1] Техника Мичигана. Библиотеки UM. 1900. С. 3–.

[2] Грзелла, Йорг; Штурм, Питер; Крюгер, Иоахим; Reuter, Markus A .; Кеглер, Карина; Пробст, Томас (2005). «Металлургические печи» (PDF). Джон Вили и сыновья. п. 7.

[3] За ильменит и железные пески: размер от 0,05 до 0,5 мм.

[1]

[2]

[3]