Forno rotativo - Rotary kiln
Um forno rotativo é um dispositivo de piroprocessamento usado para elevar materiais a uma alta temperatura ( calcinação ) em um processo contínuo. Os materiais produzidos em fornos rotativos incluem:
- Cimento
- Lima
- Refratários
- Metacaulim
- Dióxido de titânio
- Alumina
- Vermiculita
- Pelotas de minério de ferro
- Carvão ativado
Eles também são usados para torrar uma ampla variedade de minérios de sulfeto antes da extração do metal. Metalurgia em processo para reciclagem de resíduos de metais ferrosos e não ferrosos , como escala de moinho , CuO usando processo de redução.
Princípio da Operação
O forno é um vaso cilíndrico, ligeiramente inclinado para a horizontal, que é girado lentamente em torno de seu eixo longitudinal. A matéria-prima do processo é alimentada na extremidade superior do cilindro. À medida que o forno gira, o material desce gradualmente em direção à extremidade inferior e pode sofrer uma certa agitação e mistura. Os gases quentes passam ao longo do forno, às vezes na mesma direção que o material do processo (co-corrente), mas geralmente na direção oposta (contra-corrente). Os gases quentes podem ser gerados em um forno externo, ou podem ser gerados por uma chama dentro do forno . Essa chama é projetada de um cano de queimador (ou "cano de fogo") que atua como um grande bico de bunsen . O combustível para isso pode ser gás, óleo, coque de petróleo pulverizado ou carvão pulverizado.
Construção
Os componentes básicos de um forno rotativo são a carcaça, o revestimento refratário , os pneus de suporte (anéis de apoio) e os rolos, a engrenagem motriz e os trocadores de calor internos.
História
O forno rotativo foi inventado em 1873 por Frederick Ransome .
Casca de forno
É feito de chapa de aço macio laminado , geralmente entre 15 e 30 mm de espessura, soldada para formar um cilindro que pode ter até 230 m de comprimento e até 6 m de diâmetro.
Os limites superiores do diâmetro são definidos pela tendência da casca de se deformar sob seu próprio peso para uma seção transversal oval, com a conseqüente flexão durante a rotação. O comprimento não é necessariamente limitado, mas torna-se difícil lidar com as mudanças no comprimento no aquecimento e resfriamento (normalmente em torno de 0,1 a 0,5% do comprimento) se o forno for muito longo.
Revestimento refratário
O objetivo do revestimento refratário é isolar a casca de aço das altas temperaturas dentro do forno e protegê-la das propriedades corrosivas do material do processo. Pode consistir em tijolos refratários ou concreto refratário fundido, ou pode estar ausente em zonas do forno abaixo de aproximadamente 250 ° C. O refratário selecionado depende da temperatura dentro do forno e da natureza química do material que está sendo processado. Em alguns processos, como o cimento, a vida refratária é prolongada mantendo um revestimento do material processado na superfície refratária. A espessura do forro é geralmente na faixa de 80 a 300 mm. Um refratário típico será capaz de manter uma queda de temperatura de 1000 ° C ou mais entre as faces quente e fria. A temperatura da carcaça deve ser mantida abaixo de cerca de 350 ° C para proteger o aço de danos, e scanners infravermelhos contínuos são usados para dar um aviso antecipado de "pontos quentes" indicativos de falha do refratário.
Pneus e rolos
Os pneus, às vezes chamados de anéis de apoio, geralmente consistem em uma única peça fundida de aço anular, usinada em uma superfície cilíndrica lisa, que se fixa livremente à carcaça do forno por meio de uma variedade de arranjos de "cadeira". Isso requer alguma engenhosidade de design, uma vez que o pneu deve se encaixar perfeitamente na carcaça, mas também permitir o movimento térmico. O pneu roda sobre pares de rolos de aço, também usinados em uma superfície cilíndrica lisa e separados por cerca de meio diâmetro do forno. Os rolos devem suportar o forno e permitir uma rotação o mais sem atrito possível. Um forno bem projetado, quando a energia é cortada, balança como um pêndulo muitas vezes antes de parar. A massa de um forno típico de 6 x 60 m, incluindo refratários e alimentação, é de cerca de 1100 toneladas e seria carregada em três pneus e conjuntos de rolos, espaçados ao longo do comprimento do forno. Os fornos mais longos podem ter 8 conjuntos de rolos, enquanto os fornos muito curtos podem ter apenas dois. Os fornos geralmente giram de 0,5 a 2 rpm, mas às vezes tão rápido quanto 5 rpm. Os fornos da maioria das fábricas de cimento modernas funcionam de 4 a 5 rpm. Os rolamentos dos rolos devem ser capazes de suportar as grandes cargas estáticas e vivas envolvidas e devem ser cuidadosamente protegidos do calor do forno e da entrada de poeira. Além dos rolos de suporte, normalmente existem "rolos de retenção (ou empuxo)" superiores e inferiores que se apoiam na lateral dos pneus, evitando que o forno escorregue dos rolos de suporte.
Engrenagem motriz
O forno normalmente é girado por meio de uma única engrenagem circunferencial que envolve uma parte mais fria do tubo do forno, mas às vezes é girado por rolos acionados. A engrenagem é conectada por meio de um trem de engrenagens a um motor elétrico de velocidade variável . Ele deve ter um alto torque inicial para iniciar o forno com uma grande carga excêntrica. Um forno de 6 x 60 m requer cerca de 800 kW para girar a 3 rpm. A velocidade do fluxo do material através do forno é proporcional à velocidade de rotação e, portanto, um acionamento de velocidade variável é necessário para controlar isso. Ao conduzir através de rolos, podem ser usados acionamentos hidráulicos. Eles têm a vantagem de desenvolver um torque extremamente alto. Em muitos processos, é perigoso permitir que um forno quente pare se houver falha na alimentação da unidade. As diferenças de temperatura entre a parte superior e inferior do forno podem fazer com que o forno deforme e o refratário seja danificado. Portanto, a prática normal é fornecer uma unidade auxiliar para uso durante cortes de energia. Pode ser um pequeno motor elétrico com fonte de alimentação independente ou um motor a diesel . Isso gira o forno muito lentamente, mas o suficiente para evitar danos.
Trocadores de calor internos
A troca de calor em um forno rotativo pode ser por condução , convecção e radiação , em ordem decrescente de eficiência. Em processos de baixa temperatura e nas partes mais frias de fornos longos sem pré-aquecedores, o forno é frequentemente equipado com trocadores de calor internos para estimular a troca de calor entre o gás e a alimentação. Estes podem consistir em conchas ou "elevadores" que cascatearam a alimentação através da corrente de gás, ou podem ser inserções metálicas que aquecem na parte superior do forno e transmitem o calor para a alimentação à medida que mergulham abaixo da superfície de alimentação como o forno gira. Os últimos são preferidos onde os elevadores causariam uma acumulação excessiva de poeira. O trocador de calor mais comum consiste em correntes penduradas em cortinas ao longo do fluxo de gás.
Outro equipamento
O forno se conecta a uma capa de saída de material na extremidade inferior e dutos para gases residuais. Isso requer vedações à prova de gás em ambas as extremidades do forno. O gás de exaustão pode ir para o lixo, ou pode entrar em um pré-aquecedor que ainda troca calor com a alimentação que entra. Os gases devem ser puxados através do forno, e do pré-aquecedor, se instalado, por um ventilador situado na extremidade de exaustão. Em instalações de pré-aquecedor, que podem ter uma grande queda de pressão, pode ser necessária uma grande quantidade de energia do ventilador, e o ventilador costuma ser o maior acionador do sistema do forno. Os gases de escape contêm poeira e podem haver constituintes indesejáveis, como dióxido de enxofre ou cloreto de hidrogênio . O equipamento é instalado para removê-los do fluxo de gás antes de passar para a atmosfera.
Diferenças de acordo com o processo
Fornos usados para produção de DRI
Ponto de extração | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
---|---|---|---|---|---|---|
Consistência da descarga do forno | sólido | semi liquido | Sol. ( clínquer ) liq. ( ferro gusa ) |
|||
Conteúdo de ferro preferencial do minério (% Fe) | 30-60 | 30-60 | 55-63 | 25-45 | 50-67 | |
Tamanho do minério de alimentação (mm) | <20 | <20 | <10 | 5-25 | <5 | <0,2 |
Influência da basicidade da carga ( CaO / Al 2O 3) |
sem influência | 0,3 | 2,8-3,0 | |||
Temperatura máxima de carga (° C) | 600-900 | 900-1100 | 1200-1300 | 1400-1500 | ||
Remoção de oxigênio (% O 2extraído de Fe 2O 3) |
12% | 20-70 | > 90 | 100 | ||
Exemplos de processos | Lurgi | Highveld Udy LARCO Elkem |
RN | SL / RN Krupp |
Krupp-Renn | Basset |
Veja também
Referências
Fontes e leituras adicionais
- RH Perry, CH Chilton, CW Green (Ed), Perry's Chemical Engineers 'Handbook (7ª Ed) , McGraw-Hill (1997), seções 12.56-12.60, 23.60, ISBN 978-0-07-049841-9
- KE Peray, The Rotary Cement Kiln , CHS Press (1998), ISBN 978-0-8206-0367-4
- Boateng, Akwasi, Rotary fornos: fenômenos de transporte e processos de transporte . Amsterdam; Boston: Elsevier / Butterworth-Heinemann (2008), ISBN 978-0-7506-7877-3
- PCJikar, NBDhokey, Influência dos Parâmetros do Processo na Redução do Reator Contracorrente de Resíduos de Escala Oxidada e Sua Co-relação com o Modelo Matemático. J. Sustain. Metall. 6, 622–630 (2020). https://doi.org/10.1007/s40831-020-00297-0