Вращающаяся печь - Rotary kiln

Вращающаяся печь (большая горизонтальная труба цвета ржавчины в центре справа) на цементном заводе в Вайоминге
Общий вид противоточной вращающейся печи прямого нагрева, используемой в производстве цемента
Корпус вращающейся печи с приводом и 2 шинами (опорные кольца)

Вращающаяся печь является Пирометаллургической устройство , используемой для повышения материалов до высокой температуры ( прокаливания ) в непрерывном процессе. Материалы, производимые с использованием вращающихся печей, включают:

Они также используются для обжига различных сульфидных руд перед извлечением металлов. В технологической металлургии для переработки отходов черных и цветных металлов, таких как прокатная окалина , CuO, с использованием процесса восстановления.

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 генерироваться во внешней печи или могут генерироваться пламенем внутри печи . Такое пламя испускается из горелочной трубы (или « топочной трубы»), которая действует как большая горелка Бунзена . Топлива для этого может быть газ, нефть, пылевидного нефтяного кокса или пылевидный уголь.

Строительство

Основными компонентами вращающейся печи являются кожух, огнеупорная футеровка, опорные шины (опорные кольца) и ролики, приводная шестерня и внутренние теплообменники.

История

Вращающаяся печь была изобретена в 1873 году Фредериком Рэнсомом .

Оболочка печи

Он изготовлен из катаной листовой мягкой стали , обычно толщиной от 15 до 30 мм, сваренной 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

Назначение огнеупорной футеровки - изолировать стальную оболочку от высоких температур внутри печи и защитить ее от коррозионных свойств обрабатываемого материала. Он может состоять из огнеупорных кирпичей или литого огнеупорного бетона или может отсутствовать в зонах печи, температура которых ниже примерно 250 ° C. 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 оболочки должна поддерживаться ниже 350 ° C для защиты стали от повреждений, а инфракрасные сканеры непрерывного действия используются для раннего предупреждения о «горячих точках», указывающих на разрушение 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 каркасу, 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 качаться 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. 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 об / мин. Подшипники роликов должны выдерживать большие статические и временные нагрузки и должны быть тщательно защищены от тепла печи и попадания пыли. В дополнение к опорным роликам, обычно есть верхние и нижние «удерживающие (или упорные) ролики», опирающиеся на боковые стороны шин, которые предотвращают соскальзывание печи с поддерживающих роликов.

Ведущая шестерня

Печь обычно поворачивается с помощью одного венцового механизма, окружающего более холодную часть трубы печи, но иногда его вращают ведомые ролики. Шестерня через зубчатую передачу соединена с регулируемым электродвигателем . Он должен иметь высокий пусковой 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 в том, что они развивают чрезвычайно высокий крутящий момент. 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 источником питания или дизельный двигатель . Это очень медленно поворачивает печь, но этого 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 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 вызывают чрезмерное накопление пыли. Наиболее распространенный теплообменник состоит из цепей, висящих за завесой поперек газового потока.

Другое оборудование

Обжиговая печь соединяется с вытяжным кожухом для материала на нижнем конце и каналами для отходящих газов. Для этого требуются газонепроницаемые уплотнения на обоих концах печи. Выхлопных газов может идти в отходы, или может ввести подогреватель , который дополнительно обменивается теплом с кормом поступлению. 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 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 базе вращающейся печи
Рисунок барабана
Точка извлечения 1 2 3 4 5
Постоянство разгрузки печи твердый полужидкий соль ( клинкер )
жид. ( 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 <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 (% O
2извлекается из Fe
2О
3) 		12% 20-70 > 90 100
Примеры процессов Лурги Highveld
Уды
LARCO
Элкем 		RN SL / RN
Krupp 		Крупп-Ренн Бассет

Смотрите также

использованная литература

Источники и дальнейшее чтение

  • RH Perry, CH Chilton, CW Green (Ed), Perry's Chemical Engineers 'Handbook (7-е издание ) , McGraw-Hill (1997), разделы 12.56-12.60, 23.60, ISBN  978-0-07-049841-9
  • KE Peray, Вращающаяся цементная печь , CHS Press (1998), ISBN  978-0-8206-0367-4
  • Боатенг, Акваси, Вращающиеся печи: явления переноса и процессы переноса . Амстердам; Бостон: Elsevier / Butterworth-Heinemann (2008), ISBN  978-0-7506-7877-3
  • PCJikar, NBDhokey, Влияние параметров процесса на противоточное реакторное восстановление окисленных отходов окалины и его взаимосвязь с математической моделью. J. Sustain. Металл. 6. С. 622–630 (2020). https://doi.org/10.1007/s40831-020-00297-0