БАРАБАННАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ
ROTARY DRUM-TYPE FURNACE

Изобретение относится к нагревательным печам, а именно к вращающимся барабанным печам с малым наклоном, нагреваемым извне, и может быть использовано при химической переработке минерального или техногенного сырья, содержащего цветные металлы, например, путем обработки минеральных и/или техногенных руд или концентратов фторидом и/или гидрофторидом аммония при переработке титансодержащего сырья.
Известна вращающаяся печь для обработки мелкодисперсного материала [SU 478169 А1, МПК F27B 7/00, F28B 3/18, опубл. 25.07.1975], содержащая наклонный цилиндрический корпус, снабженный внутри перфорированной спиралевидной насадкой, устройства для загрузки и выгрузки материала и теплоносителя. Печь имеет футерованный изнутри вращающийся барабан с бандажами и приводной шестерней, имеющей внутренние карманы. Барабан охватывает корпус и жестко связан с ним и патрубком для подачи газообразного теплоносителя, состыкованным с барабаном. Барабан жестко связан с корпусом соосно установленной муфельной печи, снабженной перфорированной вставкой. Печь с одной стороны состыкована с камерой загрузки материала, имеющей переточные каналы и патрубок. С противоположной стороны печи расположена камера вывода дымовых газов. Камера для удаления технологических газов снабжена каналом, загрузочным устройством и патрубком.
В процессе работы этой печи невозможно раздельно регулировать время размола комкующегося продукта и время дальнейшей термообработки порошка, образующегося в результате помола. Печь имеет достаточно сложную конструкцию для обслуживания в случае налипания продукта на внутреннюю поверхность печи между спиралевидной насадкой.
Известна вращающаяся печь для обработки комкующегося продукта, [RU 2388979 С1, МПК F27B 7/10 (2006.01), опуб. 10.05.2010], выбранная в качестве прототипа, содержащая наклонный цилиндрический корпус, снабженный внутри перфорированным барабаном с размалывающими элементами, устройством для загрузки сырья и патрубками выхода газообразных и твердого продуктов. Цилиндрический корпус вращается от привода в подшипниках. Корпус имеет отверстия для выхода продуктов: верхние отверстия - для газообразных, нижние - для твердых. Внутри корпуса соосно установлен барабан в форме усеченного конуса, вращающийся от второго привода в своих подшипниках. Барабан заполнен шарами. Барабан имеет два участка: участок со сплошной стенкой у меньшего основания конуса и участок с перфорированной стенкой, прилегающий к большему основанию. Загрузку исходного продукта в барабан осуществляют шнековым питателем, вращающимся от третьего привода. Барабан установлен меньшим основанием конуса в сторону питателя. Корпус обогревается нагревателем и оборудован теплоизоляцией. Подшипники установлены в подшипниковом узле, который крепится винтом к неподвижной стойке. Для возможности регулирования угла наклона печи и, соответственно корпуса, относительно горизонта подшипниковый узел может перемещаться по высоте винтом, а противоположная сторона корпуса вместе с питателем и третьим приводом установлена на шарнире и стойке. Корпус печи устанавливается с наклоном в сторону патрубка для выхода твердых продуктов. Угол полураскрытия барабана должен быть больше максимального угла наклона корпуса.
Эта вращающаяся печь обладает сложной конструкцией. В ходе работы печи для нагрева подаваемой смеси сырья и фторида (гидродифторида) аммония необходим нагрев цилиндрического корпуса, который в свою очередь прогревает внутренний конический барабан до температуры реагирования, что требует повышенных энергетических затрат.
Предложенная конструкция барабанной вращающейся печи позволяет предотвратить схватывание загружаемой смеси с внутренней стенкой барабана в процессе нагревания и производить нагрев сырья непосредственно через стенку барабана, не затрачивая дополнительной энергии.
Барабанная вращающаяся печь, также как в прототипе, содержит теплоизолированный изнутри корпус, установленный на стойках, внутри корпуса размещен барабан, заполненный шарами, часть поверхности барабана выполнена с перфорацией, подшипники, шнековый питатель, подключенный к двигателю, бункер подачи исходного сырья, установленный над шнековым питателем, нагреватели, патрубки выхода газообразных и твердых продуктов реакции.
Согласно изобретению, корпус выполнен в форме параллелепипеда и жестко закреплен на раме. Теплоизоляционный материал размещен на внутренней поверхности корпуса, на теплоизоляционный материал установлен полый каркас. Барабан выполнен цилиндрическим и установлен на раме с помощью подшипников. В барабан дополнительно помещены два металлических стержня. Один торец барабана выступает из корпуса и вставлен в короб, через который и отверстие в торце барабана вставлен шнековый питатель. Короб сверху снабжен основным патрубком для отвода газообразных продуктов, а снизу - патрубком для выгрузки мелкодисперсных твердых продуктов реакции, унесенных противотоком из барабана. К другому торцу барабана приварен вал, выступающий из корпуса. Конец вала через редуктор соединен с двигателем. Участок поверхности барабана со стороны вала выполнен с перфорацией и размещен внутри промежуточного короба, который снизу соединен со сборником твердых продуктов реакции, а сверху - снабжен патрубком для отвода газообразных продуктов реакции.
Наличие отверстия в торце барабана в зоне загрузки исходного сырья позволяет осуществить отвод газообразных продуктов реакции противотоком. Наличие стержней внутри барабана, помимо шаров, позволяет «соскребать» и дополнительно перемешивать сырье и фторид (гидродифторид аммония), предотвращая налипание шаров на внутреннюю стенку барабана.
Обогрев непосредственно самого барабана с реакционной смесью позволяет снизить затраты на металл, и вследствие этого, затраты на обогрев печи.
Предложенная конструкция печи требует меньших затрат на материалы, по сравнению с прототипом, и является более простой в изготовлении и монтаже.
На фиг. 1 приведен продольный разрез барабанной вращающейся печи.
Барабанная вращающаяся печь содержит две пары стоек 1 и 2, на которых закреплена прямоугольная рама 3, снабженная поперечными ребрами жесткости. В верхней части одной пары стоек 1 выполнены отверстия 4 для размещения рым-болтов, фиксирующих угол наклона рамы 3 относительно горизонта. Корпус 5 в форме параллелепипеда жестко закреплен на раме 3. На внутренней поверхности корпуса 5 размещен теплоизоляционный материал 6, на который установлен полый каркас 7, снабженный поперечными ребрами жесткости. Между ребрами жесткости каркаса 7 на теплоизоляционном материале 6 установлены трубчатые электронагреватели 8.
На раме 3 с помощью опорных подшипников 9, с одной стороны, и опорно-упорного подшипника 10, с другой стороны, установлен цилиндрический барабан 11. Один торец барабана 11 выступает из корпуса 5 и вставлен в короб 12, который сверху снабжен основным патрубком 13 для отвода газообразных продуктов реакции, а снизу - патрубком 14 для выгрузки мелкодисперсного твердого продукта реакции и фторида аммония. К другому торцу барабана 11 приварен вал 15, выступающий из корпуса 5. Конец вала 15 через редуктор 16 соединен с двигателем 17. Редуктор 16 и двигатель 17 установлены на платформе, закрепленной на торце рамы 3. Внутрь каркаса 7 вставлены термопары 18, расположенные вблизи внешней стенки барабана 11.
Внутрь барабана 11 помещены мелящие тела: два металлических стержня 19 и шары 20. Участок поверхности барабана 11, со стороны вала 15, выполнен с перфорацией 21 и размещен внутри промежуточного короба 22, который снизу соединен со сборником твердого продукта реакции 23. Сверху промежуточный короб 22 снабжен дополнительным патрубком 24 для отвода газообразных продуктов реакции, а снизу задвижкой (на фиг. 1 на показана).
В выступающий из корпуса 5 торец барабана 11 через отверстие 25 и короб 12 вставлен шнековый питатель 26, подключенный к двигателю с блоком управления 27. Над шнековым питателем 26 установлен бункер 28 подачи исходного сырья.
Шнековый питатель 26, двигатель с блоком управления 27, бункер 28 закреплены на одном торце рамы 3.
Барабанная вращающаяся печь работает следующим образом. Исходный продукт, представляющий собой, смесь редкометалльного сырья, в частности титансодержащего сырья (ильменитовый концентрат, титановый шлак, и др.) и фторида и/или гидродифторида аммония загружают из бункера 28 шнековым питателем 26 в барабан 11. Скорость подачи смеси варьируют, регулируя частоту оборотов с помощью блока управления двигателем 27. Процесс разложения сырья инициируется нагревом барабана 11 до 150-250°С трубчатыми электронагревателями 8. в зависимости от необходимой температуры процесса. Температуру внешней стенки барабана определяют термопарами 18. Теплоизоляционный материал 6 предотвращает рассеивание тепла. Загруженный материал перемещается вдоль вращающегося барабана 11, наклоненного относительно горизонта под определенным углом. Угол наклона рамы 3 относительно горизонта варьируют путем поднятия ее края со стороны загрузки и дальнейшей ее фиксацией рым-болтами, которые вставлены в отверстия 4 пары стоек 1.
Вращение барабана 11 обеспечивается работой двигателя 17 и редуктора 16, а также опорными 9 и опорно-упорным подшипниками 10. При нагревании протекает реакция между компонентами смеси с образованием вязкого продукта с высокими адгезионными свойствами. Далее происходит выделение воды и газа, что влечет к высыханию продукта и его схватыванию. За счет соударений стержней 18 и шаров 19 друг с другом и с внутренней стенкой барабана 11, налипший на их поверхностях продукт удаляется и измельчается до размеров, позволяющих пройти через перфорацию 21. При прохождении через перфорацию 21 твердый продукт реакции попадает в короб 22, откуда он выгружается в съемный сборник 23. В процессе смены сборника 23 возможно перекрывание короба 22 задвижкой. Образующиеся в процессе газообразные продукты реакции выводятся противотоком через отверстие в барабане 25 в короб 12. При этом происходит захват части мелко диспергированного твердого продукта реакции и фторида или бифторида аммония, большая часть которого оседает в коробе 12. При заполнении короба 12 проводят выгрузку накопленного мелкодисперсного твердого продукта реакции через патрубок 14. Получаемый в ходе реакции газообразный продукт направляют через патрубок 13 в систему газоочистки. Начало отвода газообразных продуктов реакции через патрубок 24 свидетельствует о необходимости увеличения разряжения в барабане 11 через отверстие 25.
Продолжительность пребывания смеси в барабане 11 печи зависит от угла наклона печи относительно горизонта, причем регулирование угла наклона барабана 11 осуществляют путем изменения уровня расположения начала рамы 3 относительно начала поддерживающих его стоек 1.
Частота вращения барабана 11 влияет на режим измельчения смеси. Наиболее эффективен для измельчения данного вида материала водопадный режим, когда шар 20 в верхней точке подъема отрывается от стенки и возвращается в нижнюю точку по параболической траектории с ударом. Однако соответствующие этому режиму скорости вращения близки к критической, когда шары 20 начинают вращаться вместе с барабаном 11, не измельчая материал. Вместе с шарами 20 в зону химической реакции помещены два металлических стержня 19, траектории движения которых не позволяют шарам 20, покрытым вязким адгезионным слоем продуктом реакции, схватиться с внутренней стенкой барабана 11.
После измельчения продукта реакции до размера, позволяющего пройти через перфорацию 21, продукт реакции через короб 22 выгружается в съемный сборник 23. Продукт представляет собой фтораммонийные соединения, дальнейшая переработка которых позволяет получить оксиды и другие соединения.