Вращающаяся печь

Общий вид противоточной вращающейся печи с прямым нагревом, используемой при производстве цемента

Вращающаяся печь — это устройство для пирообработки, используемое для непрерывного нагрева материалов до высокой температуры ( прокаливания ). К материалам, производимым с использованием вращающихся печей, относятся:

Их также используют для обжига широкого спектра сульфидных руд перед добычей металлов.

Принцип работы

Печь представляет собой слегка наклоненный от горизонтали цилиндрический сосуд, медленно вращающийся вокруг своей продольной оси. Технологическое сырье подается в верхний конец цилиндра. По мере вращения печи материал постепенно перемещается вниз к нижнему концу и может подвергаться определенному перемешиванию и перемешиванию. Горячие газы проходят по печи иногда в том же направлении, что и обрабатываемый материал (прямоток), но обычно в противоположном направлении (противоток). Горячие газы могут генерироваться во внешней печи или могут генерироваться пламенем внутри печи. Такое пламя исходит из трубы горелки (или «запальной трубы»), которая действует как большая бунзеновская горелка . Топливом . для этого может быть газ, нефть, пылевидный нефтяной кокс или пылевидный уголь

Строительство

Основными компонентами вращающейся печи являются корпус, огнеупорная футеровка, опорные шины (кольца) и ролики, приводной механизм и внутренние теплообменники.

История

Вращающаяся печь была изобретена в 1873 году Фредериком Рэнсомом . ^[1] Он подал несколько патентов в 1885–1887 годах, но его эксперименты с этой идеей не имели коммерческого успеха. Тем не менее, его проекты легли в основу успешных печей в США с 1891 года, которым впоследствии последовали во всем мире.

Корпус печи

Он изготавливается из катаного листа мягкой стали , обычно толщиной от 15 до 30 мм (от ½ дюйма до 1⅜ дюйма), сваренного в виде цилиндра, длина которого может достигать 230 м (754,5 футов) и до 6 м (19 футов 8 футов). ") в диаметре.

Верхние пределы диаметра определяются тенденцией оболочки деформироваться 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 нагреве и охлаждении (обычно от 0,1 до 0,5% длины), если печь очень длинная.

Огнеупорная футеровка

Назначение огнеупорной футеровки — изолировать стальную оболочку от высоких температур внутри печи и защитить ее от коррозионных свойств технологического материала. Он может состоять из огнеупорного кирпича или литого огнеупорного бетона или может отсутствовать в зонах печи с температурой ниже примерно 250 ° C (482 ° F). Выбор огнеупора зависит от температуры внутри печи и химической природы обрабатываемого материала. В некоторых процессах, таких как производство цемента, срок службы огнеупора продлевается за счет сохранения покрытия из обработанного материала на огнеупорной поверхности. Толщина футеровки обычно находится в диапазоне от 80 до 300 мм (от 3,1 дюйма до 11 ⅜ дюйма). Типичный огнеупор способен выдерживать перепад температур между горячей и холодной сторонами 1000 °C (1832 °F) или более. Температуру корпуса необходимо поддерживать ниже примерно 350 ° C (662 ° F), чтобы защитить сталь от повреждений, а непрерывные инфракрасные сканеры используются для раннего предупреждения о «горячих точках», указывающих на разрушение огнеупора.

Шины и катки

Крупный план шин печи, показывающий типичное расположение стульев

Шины, иногда называемые опорными кольцами, обычно состоят из одной кольцевой стальной отливки, обработанной до гладкой цилиндрической поверхности, которая свободно прикрепляется к корпусу печи с помощью различных приспособлений «стулья». Это требует некоторой изобретательности при проектировании, поскольку шина должна плотно прилегать к корпусу, но при этом допускать тепловое движение. Шина движется по парам стальных роликов, также имеющих гладкую цилиндрическую поверхность и расположенных на расстоянии примерно половины диаметра печи. Ролики должны поддерживать печь и обеспечивать вращение с минимальным трением. Хорошо спроектированная печь при отключении электроэнергии будет много раз качаться, как маятник, прежде чем остановиться. Масса типичной печи размером 6 x 60 м (19 футов 8 дюймов x 196 футов ⅜ дюйма), включая огнеупоры и сырье, составляет около 1100 тонн (2,42 миллиона фунтов), и ее можно будет перевозить на трех шинах и наборах роликов, расположенных вдоль длина печи. Самые длинные печи могут иметь 8 комплектов роликов, а очень короткие и маленькие печи могут не иметь ни одного. Печи обычно вращаются со скоростью от 0,5 до 2 об/мин. Печи современных цементных заводов работают со скоростью от 4 до 5 об/мин. Подшипники роликов должны выдерживать большие статические и динамические нагрузки и должны быть тщательно защищены от тепла печи и попадания пыли. Поскольку печь расположена под углом, ей также необходима опора, чтобы она не соскальзывала с опорных роликов. Обычно верхние и нижние «удерживающие (или упорные) ролики», прижимающиеся к бокам шин, предотвращают соскальзывание печи с опорных роликов.

Приводная шестерня

Печь обычно вращается с помощью одного кольцевого механизма, окружающего более холодную часть трубы печи, но иногда ее поворачивают с помощью приводных роликов. Редуктор соединен через зубчатую передачу с электродвигателем с регулируемой скоростью . Он должен иметь высокий пусковой момент , чтобы запустить печь с большой эксцентриковой нагрузкой. Печь размером 6 x 60 м требует около 800 кВт для вращения со скоростью 3 об/мин. Скорость потока материала через печь пропорциональна скорости вращения; Для управления этим необходим привод с регулируемой скоростью. При движении через катки могут использоваться гидравлические приводы. Их преимущество заключается в развитии чрезвычайно высокого крутящего момента. Во многих процессах опасно оставлять горячую печь неподвижной в случае сбоя питания привода. Разница температур между верхом и низом печи может привести к деформации печи и повреждению огнеупора. Следовательно, обычной практикой является наличие вспомогательного привода для использования во время отключения электроэнергии. Это может быть небольшой электродвигатель с независимым источником питания или дизельный двигатель. . При этом печь вращается очень медленно, но достаточно, чтобы предотвратить повреждение.

Внутренние теплообменники

Теплообмен во вращающейся печи может осуществляться за счет теплопроводности , конвекции и излучения в порядке убывания эффективности. В низкотемпературных процессах и в более прохладных частях длинных печей, не имеющих подогревателей, печь часто оснащается внутренними теплообменниками для стимулирования теплообмена между газом и сырьем. Они могут состоять из черпаков или «подъемников», которые каскадируют сырье через газовый поток, или могут представлять собой металлические вставки, которые нагреваются в верхней части печи и передают тепло загружаемому материалу, когда он опускается ниже поверхности загрузки. печь вращается. Последние предпочтительны в тех случаях, когда подъемники могут привести к чрезмерному сбору пыли. Наиболее распространенный теплообменник состоит из цепей, висящих завесами поперек газового потока.

Другое оборудование

Печь соединяется с колпаком для выхода материала на нижнем конце и каналами для отходящих газов. Для этого необходимы газонепроницаемые уплотнения на обоих концах печи. Выхлопной газ может идти в отходы или поступать в подогреватель, который далее обменивается теплом с поступающим сырьем. Газы должны проходить через печь и подогреватель, если он установлен, с помощью вентилятора, расположенного на выпускном конце. В установках предварительного нагрева, которые могут иметь высокий перепад давления, может потребоваться значительная мощность вентилятора, а привод вентилятора часто является самым мощным приводом в системе печи. Выхлопные газы содержат пыль, а также могут содержать нежелательные компоненты, например диоксид серы или хлористый водород . Установлено оборудование для очистки газового потока перед их выходом в атмосферу.

Различия в зависимости от процесса

Печи, используемые для производства DRI

Процессы прямого восстановления на основе вращающейся печи ^[2]

Точка эвакуации	1	2	3		4	5
Стабильность выгрузки из печи	твердый				полужидкий	соль. ( клинкер ) жидкость. ( чугунный )
Предпочтительное содержание железа в руде (% Fe)	30-60		30-60	55-63	25-45	50-67
Размер подачи руды (мм)	< 20	< 20	< 10	5-25 ^[3]	< 5	< 0,2
Влияние основности шихты ( CaO/Al ₂2О ₃)	никакого влияния				0.3	2.8-3.0
Максимальная температура загрузки (°C)	600-900	900-1100			1200-1300	1400-1500
Удаление кислорода (% O ₂ извлечен из Fe ₂2О ₃)	12 %	20-70	>90			100
Примеры процессов	скрываться	Хайвелд Уды ЛАРКО Элкем	РН	СЛ/РН Крупп	Процесс Круппа-Ренна	Бассет

См. также

Список духовок

Цитаты

^ Мичиганский Техник . Библиотеки УМ. 1900. стр. 3–.
^ Грцелла, Йорг; Штурм, Питер; Крюгер, Иоахим; Рейтер, Маркус А.; Кёглер, Карина; Пробст, Томас (2005). «Металлургические печи» (PDF) . Джон Уайли и сыновья. п. 7.
^ Для ильменита и железистых песков: размер от 0,05 до 0,5 мм.

Общие и цитируемые источники и дополнительная литература

Р. Х. Перри, Ч. Чилтон, К. В. Грин (ред.), 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. Перай, 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 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с вращающимися печами, на Викискладе?

[1] Мичиганский Техник . Библиотеки УМ. 1900. стр. 3–.

[2] Грцелла, Йорг; Штурм, Питер; Крюгер, Иоахим; Рейтер, Маркус А.; Кёглер, Карина; Пробст, Томас (2005). «Металлургические печи» (PDF) . Джон Уайли и сыновья. п. 7.

[3] Для ильменита и железистых песков: размер от 0,05 до 0,5 мм.

[1]

[2]

[3]