УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА

Устройство относится к технологиям получения углеграфитовых материалов, предназначено для металлургии, электротехники, теплотехники, химического машиностроения, атомной, авиационной, автомобильной, судостроительной промышленности, охраны окружающей среды, строительства и может быть использовано при получении гибких графитовых изделий, катализаторов, сорбентов, композитов, уплотнений, антифрикционных и теплозащитных материалов.
Известно устройство для получения терморасширенного графита (патент РФ №2294894, МПК C01B 31/04, опубл. 10.03.2007, Бюл. №7), содержащее питатель, патрубок для подачи окисленного графита с газом-носителем в нагревательную камеру, патрубок для подачи рабочего газа и турбулизатор, расположенные в нижней части нагревательной камеры, рекуператор тепла, сопло для газа-разбавителя на выходе из нагревательной камеры, камеру разрежения, накопитель расширенного графита и патрубок для удаления сопутствующих газов. В устройстве в качестве турбулизатора использован псевдоожиженный слой катализатора окисления, а дно камеры нагрева имеет форму перевернутого конуса, к вершине которого подсоединен патрубок рабочего газа.
Основным недостатком описанного устройства является относительно низкая температура, 600-800°C, для расширения окисленного графита и малое время пребывания окисленного графита в псевдоожиженном слое катализатора в силу конструктивных особенностей установки, что приводит к повышенной неоднородности и достаточно высокой насыпной плотности, 1,8-2,8 г/л, получаемого терморасширенного графита.
Известно устройство для получения терморасширенного графита (патент РФ №2102315, МПК C01B 31/04), содержащее последовательно установленные и соединенные средства для подачи окисленного графита, смеситель окисленного графита с газом-носителем, цилиндрическую нагревательную камеру с нагревательными элементами, промежуточную камеру разрежения и накопитель пенографита, при этом камера разрежения выполнена в виде трубы, изогнутой по окружности в верхней части, при отношении ее высоты к диаметру закругления 3-5 и диаметра вертикальной трубы к диаметру нагревательной камеры 1,2-1,4, в нижнем торце трубы установлено сопло для газа-разбавителя, а в накопителе - пористая перегородка, смещенная относительно закругленного торца трубы, и патрубок для удаления отходящих газов. Также устройство содержит 5-7 нагревательных камер и камер разрежения, нагревательные камеры установлены параллельно и заключены в корпус, выполненный в виде параллелепипеда из огнеупорного кирпича.
Основным недостатком устройства является длительное время вспенивания окисленного графита, которое составляет 4-5 с, при этом низкая скорость вспенивания окисленного графита не обеспечивает получение пенографита с высокой удельной поверхностью.
Известно устройство для получения терморасширенного графита (патент РФ №2240282, МПК C01B 31/04), являющееся прототипом предлагаемой полезной модели, которое содержит цилиндрическую приемную камеру, состыкованную с насадкой горелки в виде сопла и связанную с камерой смешения окисленного графита и продуктов сгорания топливовоздушной смеси, последовательно расположенные за камерой смешения диффузор и узел разделения пенографита и газа и расположенный над приемной камерой патрубок для подачи окисленного графита, а также дополнительно содержит конфузор, через который приемная камера связана с камерой смешения.
Однако в указанном устройстве существенным недостатком является большой расход топливного газа, необходимый для инжекции окисленного графита, и, как следствие, отсутствие возможности регулирования массового отношения окисленного графита к топливному газу, а также малое время пребывания окисленного графита в зоне расширения приводит к достаточно высокому значению насыпной плотности терморасширенного графита - 2,6-3,7 г/л.
Задачей (техническим результатом) полезной модели является уменьшение расхода топливного газа и возможность раздельной регулировки массового отношения окисленного графита к топливному газу, а также уменьшение значения насыпной плотности терморасширенного графита.
Задача достигается тем, что устройство для получения терморасширенного графита содержит цилиндрическую приемную камеру с патрубком для подачи окисленного графита, оснащенную газовой горелкой. При этом оно снабжено приемным бункером и камерой охлаждения. Газовая горелка с направляющими турбулизирующими лопатками расположена непосредственно в цилиндрической приемной камере у патрубка для подачи окисленного графита, цилиндрическая приемная камера имеет наклон по отношению к горизонтальной плоскости 5-30°, камера охлаждения соединена с нижней частью цилиндрической приемной камеры, и приемный бункер расположен ниже по отношению к камере охлаждения.
На чертеже представлена общая схема устройства для получения терморасширенного графита, которое состоит из бункера (1), нижняя часть которого соединена с дозатором (2) и через патрубок (3) соединена с верхней частью цилиндрической приемной камеры (4), в основании которой расположены горелка (5) и направляющие турбулизирующие лопатки (6). Нижняя часть цилиндрической приемной камеры (4) соединена с верхней частью камеры охлаждения (7). Снизу камера охлаждения (7) соединена патрубком (8) с бункером-накопителем (9), в нижней части которого расположен патрубок (10). В верхней части камеры охлаждения расположен патрубок (11).
Устройство для получения терморасширенного графита работает следующим образом. В бункер (1) дозатором (2) по патрубку (3) загружают окисленный графит, который попадает в цилиндрическую приемную камеру (4), имеющую наклон по отношению к горизонтальной плоскости 5-30°. Окисленный графит подхватывается вихревым потоком, созданным горелкой (5), оборудованной направляющими турбулизирующими лопатками (6), образуя двухфазный поток частиц из порошка окисленного графита и газа-носителя от горелки (5). Под действием высокой температуры пламени горелки в цилиндрической приемной камере (4), которая имеет наклон по отношению к горизонтальной плоскости 5-30°, происходит термическое расширение окисленного графита. Угол наклона менее 5° может привести к низкой скорости перемещения терморасширенного графита в камеру охлаждения (7) и недостаточно интенсивному отводу терморасширенного графита. Угол наклона выше 30° приведет к снижению выхода терморасширенного графита вследствие малого времени пребывания окисленного графита в цилиндрической приемной камере и его быстрого поступления в камеру охлаждения без термического расширения. Благодаря наклону терморасширенный графит уносится турбулизируемым потоком продуктов горения от горелки (5) в камеру охлаждения (7), представляющую собой циклон, и затем охлажденный двухфазный поток, состоящий из частиц терморасширенного графита и газа-носителя, попадает под действие разрежения, создаваемого устройством разрежения (насосом) (на чертеже не указано), соединенным посредством трубопровода с патрубком (8) с бункером-накопителем (9), из которого возможно удаление терморасширенного графита непосредственно через патрубок (10) устройством разрежения. В верхнюю часть камеры охлаждения (7) холодный газ из окружающей среды поступает через патрубок (11), за счет чего осуществляется охлаждение терморасширенного графита.
Таким образом, в устройстве для получения терморасширенного графита осуществляется раздельная подача окисленного графита и топливного газа, что приводит к возможности регулировки массового отношения окисленного графита к топливному газу и возможности снижения расхода топливного газа, а также позволяет получить терморасширенный графит со значениями насыпной плотности до 2 г/л вследствие более длительного, чем в прототипе, пребывания окисленного графита в цилиндрической приемной камере благодаря реализации ее в наклонном исполнении и длительного воздействия высоких температур, создаваемых горелкой.