Устройство для высокотемпературной обработки мелкодисперсного материала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 863979 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 171229 (21)2855622/29-33 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опублмковано150981. Бюллетень 8934

F 27 В 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открнтий (53) УДК 621. 762. . 242 (088. 8) Дата опубликования описания 15. 09. 81 металлургический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ОБРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА,Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для высокотемпературной обработки мелкодисперсных материалов, в частности для обработки резанных углеродосодержащих волокон.

Известна плазменная печь, корпус которой выполнен в виде барабана с воэможностью вращения, а по оси бара-1О бана в его торцах установлены устройства для зажигания электрической дуги (1).

Источником тепловой энергии в данной печи является открытая электрическая дуга, горящая по осн барабана. Тепловой поток от электрической дуги достаточно равномерно распределяется по внутренней поверхности барабана и поэтому применение печи целесообразно, например, при обработке материалов, образующих гарнисаж по всей поверхности барабана. Обработка в известной печи мелкодисперсных материалов без их расплавления нецелесообразна, ввиду их размещения в процессе тепловой обработки только на части интенсивно нагреваемой внутренней поверхности барабана и связанных с этим низкой эффективностью использования 30 энергии электрической дуги и высокими тепловыми потерями через футеровку барабана.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для термоэлектрической конверсии угля, содержащее реакционную камеру, электродуговой нагреватель с анодом и катодом, размещенными в основаниях по оси реакционной камеры, причем анод выполнен в виде трубки и оборудован шнековым питателем для подачи через него угля в реакционную камеру (2).

Известное устройство характеризуется низким коэффициентом использования тепловой энергии электрической дуги, так как полезно используется:только тепло, выделяющееся в анодном пятне дуги, а лучистая и конвективная составляющие теплового потока от открытой электрической ду . ги в процессе нагрева материала практически не используются. Кроме того, тепловые потоки от дуги вы" зывают перегрев и ускоренное разрушение внутренней поверхности реакционной камеры и определяют основную часть тепловых потерь этого устройства.

863979

Цель изобретения - повышение коэффициента использования тепловой энергии электрической дуги и уменьшение тепловых потерь.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для высокотемпературной обработки мелкодисперсного материала, содержащем реакционную камеру, электродуговой нагреватель с анодом и катодом, размещенными в основаниях реакционной камеры по ее оси, устройства ввода и вывода материала, реакционная камера выполнена в виде эллиптического тора, а устройства ввода и вывода материала в виде установленных по периметру одного из оснований камеры на участке 1$

его сопряжения с боковой поверхностью камеры коаксиальных кольцевых коллек1торов, причем коллектор ввода материа. ла выполнен с направляющими лопатками, а коллектор вывода материала рас- yg положен между коллекторами ввода материала и анодом или катодом электродугового нагревателя.

Причем отношение радиуса эллиптического тора к малой его полуоси и большой полуоси.к малой составляют соответственно 0,4-0,9 и 1 2-1 8.

Кроме того, направляющие лопатки коллектора ввода материала установлены под углом 15-45 к оси реакционной камеры

Описываемые формы реакционной камеры и расположение коллекторов ввода и вывода обрабатываемого материала позволяют организовать движение газовых потоков в реакционной камере таким образом, что поступающая в нее исходная газовзвесь проходит первоначально вдоль боковых стенок камеры.

Образовавшаяся кольцевая оболочка предохраняет стенки реакционной ка- 40 меры от перегрева и в тоже время находящийся в ней обрабатываемый материал активна усваивает лучистые тепловые готоки от горящей по оси камеры электрической дуги. Не успев полностью прогреться и тем самым не потеряв зкранирующей способности, обрабатываемый материал совместно с транспортирующим азам достигает противоположного основания реакционной камеры, изменяет направление

° г своего движения на обратное и только после этого попадает в приосевую высокотемпературную область камеры, где и происходит его нагрев до необходимых температур. Разогретый материал не сразу попадает в коллектор вывода, а некоторое время участвует в циркуляционном движении в пределах тороидального объема внутри реакционной камеры, находясь при этом .60 вблизи электрической дуги и совершенно не соприкасаясь со стенками камеры, будучи от них отделенным потоком исходной газовзвеси. Таким образом, тепловые потоки от электричес- Я кой дуги полностью усваиваются обрабатываемым материалам и транспортирующим газом и практически не достигают боковых стенок реакционной камеры.

Для обеспечения рециркуляции газовых потоков с наименьшими аэродинамическими потерями внутренняя поверхl ность реакционной камеры выполнена по типу поверхности эллиптического тора, с отношением ега радиуса к малой полуоси равным 0,4-0,9 °

Если это отношение составляет менее 0,4, то происходит нарушение эоны рециркуляции в приосевых областях, а более 0,9 - зона рециркуляции смещается из области наиболее эффективнога использования тепловой энергии электрической дуги в периферийную область.

Отношение большой полуоси к малой составляет 1,2-1,8. Если отношение меньше 1,2, то эона рециркуляции (как и в предыдущем случае) смещается в периферийную область реакционной камеры. Если же это отношение более 1,8, то образование тороидальной рециркуляционной эоны вокруг горящей электрической дуги затруднено, что, естественно, сказывается на эффективности устройства.

Для формирования устойчивой газовой оболочки, предохраняющей боковую поверхность реакционной камеры от перегрева, коллектор ввода материала выполнен с направляющими лопатками, устанавливаемыми под углом 15-45 к оси реакционной камеры.

Тангенциальная закрутка позволяет стабилизировать образуемую газовую оболочку и повышает ее аэродинамическую устойчивость. Если направляющие лопатки устанавливают под углом менее 15, то тангенциальная составляющая скорости потока недостаточна для формирования устойчивой газовой защитной оболочки. B случае установления направляющих лопаток под углом большим 45, интенсивная тангенциальная закрутка газового потока приводит к нарушению рециркуляции в приосевых областях реакционной камеры, организация которой является необходимым условием нормальной работы устройства.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид,в разрезе на фиг.2 - сечение A-А на фиг.1.

Устройство для высокотемпературной обработки мелкодисперсн го материала содержит корпус 1 реакционной камеры 2, анод 3 и катод 4 электродугового нагревателя, размещенные в основаниях реакционной камеры 2 по ее оси. В основании реакционной камеры 2 выполнен коллектор ввода материала 5 с направляющими лопатками 6, установленными радиально под углом к оси реакционной камеры. Меж863979

Формула изобретения ду коллектором ввода 5 и анодом 3 электродугового нагревателя расположен коллектор вывода 7 обрабатываемого материала. Реакционная камера 2 выполнена по типу эллиптического тора.

Устройство работает следующим образом.

Сближением анода 3 и катода 4 электродугового нагревателя или дру, гим известным способом в реакционной камере 2 по ее оси зажигают электрическую дугу, являющуюся источ ником энергии в процессе тепловой обработки мелкодисперсного материала. Далее исходный материал совместно с транспортирующим газом подают в кольцевой коллектор ввода 5, выполненный с направляющими лопатками б. Направляющие лопатки б наклонены к оси реакционной камеры под углом, выбираемым из интервала 1545, чем обеспечивается тангенциальная закрутка исходной газовзвеси и образование устойчивой кольцевой газовой оболочки вдоль стенок реакционной камеры. Достигнув противоположного основания реакционной камеры 2, кольцевой газовый поток плавно меняет свое направление и попадает в приосевую область реакционной камеры, в которой располагается столб горящей электрической дуги.

1 учитывая высокую температуру самой дуги (до 18000 К при использовании в качестве плазмообразующего газа аргона), теплопрозрачность газов, высокую степень черноты обрабатываемого материала, можно заключить

f что теплообмен между дугой и обрабатываемым материалом происходит за счет самого эффективного способа теплопередачи-излучения. При этом лучистый тепловой поток от электрической дуги последовательно усваивается материалом, уже прошедшим вдоль боковых стенок реакционной камеры и попавшим в приосевую область, и далее исходным материалом, поступающим .в реакционную камеру вдоль ее боковых стенок, через кольцевой коллектор 5. Особенно интенсивно поглощаясь холодным материалом, лучистый тепловой поток практически не достигает стенки реакционной камеры, в связи с чем тепловые потери всего устройства резко уменьшаются.

Кроме того, в связи с выполнением реакционной камеры 2 по типу-эллипти ческого тора с соответствующим образом согласованными определяющими его форму размерами, обрабатываемый материал не сразу покидает реакционную камеру 2 через коллектор вывода 7, а участвует в циркуляционном движении газовых потоков в ее центральных областях. При этом увеличивается время пребывания материала в вы сокотемпературной зоне нагрева устройства, достигаемое при той же длине электрической дуги, что способствует повышению однородности

5 тепловой обработки материала.

Обработанный в камере мелкодисперс. ный материал выносится потоком транспортирующего газа через коллектор вывода 7 и отделяется известными спо1О собами, например при помощи аппарата циклонного типа.

Использование устройства для об работки мелкодисперсного материала позволяет снизить тепловые потери через стенки реакционной камеры, 15 причем высвобождаемая энергия может быть полностью направлена на полезный нагрев материала. В связи с этим коэффициент использования энергии электрической дуги возрастет.

20 Кроме того, в предложенном устройстве за счет соответствующей организации движения потоков обрабатываемого материала снижается разрушающее воздействие лучистых н конвекр5 тивных тепловых потоков от электрической дуги на элементы конструкции реакционной камеры и за счет этого увеличивается ресурс непрерывной работы устройства.

1. Устройство для высокотемпературной обработки мелкодисперсного материала, содержащее реакционную камеру, электродуговой нагреватель с

t анодом и катодом, размещенными в основаниях реакционной камеры по ее оси, устройства ввода и вывода мате40 риала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения коэффициента использования тепловой энергии элентрической дуги и уменьшения тепловых потерь, внутренняя боковая поверхность реакционной камеры выполнена в виде эллиптического тора, а устройство ввода и вывода материала в виде установленных по периметру одного из оснований камеры на участке его со50 пряжения с боковой поверхностью камеры коаксиальных кольцевых коллекторов, причем коллектор ввода материала выполнен с направляющими лопатками, а коллектор вывода материала расположен между коллектором ввода 5 материала и анодом или катодом электродугового нагревателя.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что отношение радиуса эллиптического тора к фО малой его полуоси и большой полуоси к малой составляют соответственно

0,4-0,9 и 1,2-1 8 °

3. Устройство по п.l,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что направляю-.

Я щие лопатки коллектора ввода материа-.

863979 югмюл a

Составитель И. Иноземцева

Техред М, Реавйс Корректор М. Коста

Редактор A. Долинич

Заказ 7753/56 Тираж 661 Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и -открытий

11303>, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5

Филиал ППП ™Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 ла установлены под углом 15-45 к оси реакционной камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Р 1297786, кл, 21 Н 2/02, опублик, 1970.

2. Патент CIOA Р 3384467, кл, 48-65, опублик. 1968