DE69202761T2

DE69202761T2 - Wirbelschicht und verfahren zur behandlung von materialien.

Info

Publication number: DE69202761T2
Application number: DE69202761T
Authority: DE
Inventors: Scott Angell; James Heath
Original assignee: Samuel Strapping Systems Ltd
Current assignee: Samuel Strapping Systems Ltd
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: EP0572460A1; AU1261492A; WO1992015181A1; US5189813A; ATE123370T1; JPH06505190A; CA2104599A1; EP0572460B1; DE69202761D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Es gibt eine Vielzahl von Wirbel schichten für eine Wärmebehandlung von Teilen oder für eine andere Behandlung von Produkten durch Bestrahlung der Produkte für eine Aufheizung und Beispiele solcher Konstruktionen und Verfahren sind in folgenden Patenten zu finden: GB-PS 1,293,187; Us-Ps 4,491,277 von Bauer et al.; US-PS 3,685,165 von Godderidge; US-PS 4,738,615 von Bailey; CA-PS 1,193,067 von Vogel; EP-PS 0,122,029; Europäische Patentanmeldung 0,025,818 und US-PS 4,780,966 von Harding.
Ein Beispiel für eine Wirbelschicht, die durch Infrarotstrahlung aufgeheizt wird, ist in der US-PS 4,752,061 offenbart. Ein weiteres Beispiel für das Aufheizen durch den Gebrauch der Infrarot-Technologie kann in der US-PS 3,404,874 von Wynne gefunden werden, die das Konzept offenbart, Infrarot-Strahlungslampen innerhalb einer Quarzröhre für den Gebrauch in einein Vakuumofen einzuschließen, ebenso offenbart die US-PS 4,800,252 von Steixner die Anordnung einer Quarzlampe innerhalb einer geschlossenen Quarzröhre.
EP-A-0,224,320 offenbart eine Wirbelschicht mit einer Retorte für die Aufnahine der Wirbelschicht, mit einer Vielzahl von elektrischen Heizelementen außerhalb einer Retorte, die für einaufheizen der Teilchen des Fluids Energie ausstrahlen, und mit Mitteln für die Verwirbelung der Schicht.
EP-A-0,0099,470 offenbart eine Wirbelschicht mit einer Retorte für die Aufnahme der Wirbelschicht, mit einer Vielzahl von elektrischen Heizelementen, die für ein Aufheizen der Teilchen des Fluids Energie ausstrahlen, und mit Mitteln für die Verwirbelung der Schicht, wobei die elektrischen Heizelemente sich durch die Schicht erstrecken.
WO-A-92/06781 weist mit dem 16. Oktober 1990 ein früheres Prioritätsdatum als das der vorliegenden Erfindung auf, wurde aber nach letzterem Datum veröffentlicht und beschreibt eine gleichartige Wirbelschicht, bei der die Heizelemente Lampen innerhalb von Quarzröhren sind. Für eine Kühlung der Lampen wird Luft durch die Röhren nach unten hindurchgeleitet. Die Lampen erstrecken sich nicht über die jeweils gegenüberliegenden Seiten der Retorte.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Wirbelschicht, ein Verfahren zur Benutzung der Schicht, um Defekte an den verwendeten Heizelementen zu vermeiden, und ein Verfahren zur Behandlung von Produkten.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Wirbelschicht-Vorrichtung für eine Wärmebehandlung von in einer Wirbelschicht verwirbelten Teilchen vorgesehen, mit einer Retorte für die Aufnahme der Wirbelschicht, mit einer Vielzahl von Lampen, die für ein Aufheizen der Teilchen des Fluids Energie ausstrahlen, und mit Mitteln für die Verwirbelung der Schicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Lampen durch die Schicht hindurch erstrecken und in diese eingetaucht sind, wobei sich die Enden jeder Lampe über die jeweils gegenüberliegenden Seiten der Retorte erstrecken, wobei in Gebrauch die Lampen in direktem Kontakt mit dem Teilchen der Wirbelschicht sind, daß die Verwirbelungsmittei die Teilchen der Schicht wirksam verwirbeln, um eine wirksame Verwirbelung wenigstens entlang des Abschnitts jeder Lampe innerhalb der Schicht zu erreichen, der die Strahlung wirksam aussendet, wobei eine örtliche Überhitzung oder Verunreinigung der Lampen vermieden ist.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Wirbelschicht-Vorrichtung für eine Wärmebehandlung von in einer Wirbelschicht verwirbelten Teilchen vorgesehen, mit einer Retorte für die Aufnahme der Wirbelschicht, mit einer Vielzahl von elektrischen Heizelementen, die Energie für ein Aufheizen der Teilchen des Fluids ausstrahlen, und mit Mitteln für die Verwirbelung der Schicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die elektrischen Heizelemente Strahlung aussendende Lampen sind, die sich durch die Schicht hindurch erstrekken und die in die Schicht eingetaucht sind, daß die Verwirbelungsmittei die Teilchen der Schicht wirksam verwirbeln, um eine wirksame Verwirbelung wenigstens entlang des Abschnitts jeder Lampe in der Schicht zu erreichen, der die Strahlung wirksam aussendet, wobei eine örtliche Überhitzung der Lampe vermieden ist, und die weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lampen jeweils durch eine nicht metallische Röhre geschützt sind, die gegenüber der ausgestrahlten Strahlung undurchlässig ist, wobei jede Röhre sich durch die Schicht erstreckt mit einer Lampe innerhalb der Röhre.
In Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Wirbelschicht-Vorrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt vorgesehen, bei der die Schicht für einen Betrieb mit mehr als 925ºC (1700º F) geeignet ist.
Es wurde herausgefunden, daß Infrarot-Strahlungslampen befriedigend arbeiten können, die entweder direkt in einer Wirbelschicht oder indirekt in einer Wirbelschicht, geschützt durch eine Quarzröhre, die sich durch die Retorte mit der Lampe innerhalb der Quarzröhre erstreckt benutzt werden, allerdings besteht dabei ein sehr hohes Defektpotential für die Schicht, falls diese nicht in Cooperation mit einer wirksamen Verwirbelung der Schicht betrieben wird und dafür ausgelegt ist.
Es ist typisch für eine Wirbelschicht, daß Sand oder andere Teilchen der Wirbelschicht bevorzugt nicht überall verwirbeln und sicherlich gibt es bei der Startphase der Schicht ein bestimmtes Zeitintervall, bis eine volle oder wirksame Verwirbelung des Betts erreicht ist. Eins der größten Probleme ist, daß Jets in der Wirbelschicht auftreten können. Ein Jet ist im Grunde ein großer Hohlraum, durch den die Luft rasch zur Oberfläche der Wirbelschicht dissipiert. Es wurde herausgefunden, daß es für ein Aufheizen der Wirbelechicht unter Benutzung von Infrarotstrahlung wichtig ist, eine wirksame Verwirbelung der Schicht entlang der Länge der inf rarotausstrahlenden Elemente zu erreichen, da eine Störung beim Erreichen einer wirksamen Verwirbelung in einer toten Zone resultiert, die sich entlang der Länge der Heizelemente oder in unmittelbarer Nachbarschaft dazu erstreckt, und die sehr schnell auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die einen umfangreichen Schaden des Heizelements oder der Quarzröhre begründen kann, und die oft zu deren Versagen führt. So hat der Anmelder herausgefunden, daß eine effiziente und effektive Verwirbelung beim Aufheizen mit Infrarotstrahlung nötig ist und im besonderen, das eine wirksame Verwirbelung entlang der Heizelemente für die Lebensdauer der Heizelement-Anordnung wichtig ist.
Der Anmelder hat ebenso herausgefunden, daß bei der Behandlung von Produkten mit Chemikalien oder Überzügen, die während des Heizprozesses gebrannt, geändert oder aufgelöst werden, Sorgfalt ausgeübt werden muß, um sicherzustellen, daß die Chemikalien, Überzüge oder Nebenprodukte die Oberfläche der Heizanordnung nicht verunreinigen, die bevorzugt eine Quarzröhre oder die Quarz IR-Lampe ist, welche geeignet ist, eine IR-Strahlung hoher Intensität hervorzurufen. Solch eine Verunreinigung kann in einem heißem Punkt auf der Heizanordnung resultieren und eventuell durchbrennen.
Es wurde herausgefunden, daß beim Aufheizen der Lampen vor der Zuführung der zu behandelnden Chemikalien oder Produkte die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung reduziert wird. So hat sich eine wirksame Verwirbelung an der Heizanordnung und ein Herbeiführen des Betriebs zustandes der Lampen vor dem Zuführen irgendwelcher zu behandelnder Elemente bewährt, wirksam insbesondere hinsichtlich sich einer ergebenen Schicht, die gut funktioniert und ebenso eine verlängerte Lebensdauer aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den nachfolgenden Zeichnungen gezeigt. Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt der verbesserten Wirbelschicht, Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Wirbelschicht und Fig. 3 ist eine Drauf sicht auf die Wirbelschicht.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbei spiele

Die in den Figuren gezeigte Wirbelschicht 2 ist innerhalb der Retorte 4 aufgenommen, welche im wesentlichen aus einem korrosionsbeständigen Stahl oder einem vergleichbaren Material besteht. Durch die Seitenwände der Retorte und eine Abdichtung mit den Seitenwänden vorhersehend, sind eine Vielzahl von Infrarotstrahlungs-Lampen angeordnet, allgemein als 8 bezeichnet. Diese Lampen können Infrarotstrahlung aussenden und das tatsächlich ausstrahlende Element ist als 5 gezeigt. Unterhalb der Infrarotstrahlungs-Lampen sind Verwirbelungsröhren allgemein als 6 gezeigt. Die Verwirbelungsröhren sind von einer ununterbrochen kreisförmigen oder schleifenförmigen Anordnung, mit einer Vielzahl von Öffnungen an der Unterseite, die eine Größe aufweisen, um gerade eine Verwirbelung der Schicht vorzusehen. Unterhalb dieser Röhren ist eine Durchblasröhre 7, die die Einführung von etwas Gas unterhalb der einzelnen Verwirbelungsröhren erlaubt, und die ebenso den Zutritt von Verwirbelungsgas in die Schicht erlaubt. Die Verwirbelungsteilchen der Schicht sind allgemein als 10 gezeigt und können Sand, Aluminiumoxyd oder ein anderes geeignetes Material sein.
US-PS 4,780,966, das Harding erteilt wurde, offenbart eine sehr wirksame Verwirbelungstechnik und dies ist die bevorzugte Verwirbelungstechnik der vorliegenden Erfindung. Andere Verwirbelungstechniken können benutzt werden, allerdings ist wichtig, eine wirksame Verwirbelung der Schicht mit relativ kleinen Luftvolumen vorherzusehen. Wie man einsehen kann, führt ein Übermaß an für die Verwirbelung der Schicht nötigen Luft zu einer sehr unruhigen Schicht und resultiert ebenso in einem vorzeitigen Wärmeverlust, da die Luft aus der Oberfläche der Wirbelschicht austritt. Im vorliegenden Fall wird die Luft durch den Abzug abgeführt, der in Fig. 1 allgemeinals 16 gezeigt ist. An der Retorte 4 ist eine Isolation, allgemein als 12 gezeigt, angeordnet, um ebenfalls die Wärme innerhalb der Wirbelschicht zu bewahren. Auch die Bodenisolation, allgemein gezeigt als 18, dient der Isolation der Schicht und die ganze Konstruktion wird von einem Ständer, allgemein als 20 bezeichnet, getragen.
Bei der Benutzung der Hardingschen Technologie wurde herausgefunden, daß eine wirksame Verwirbelung mit etwa dem 2,5-fachen der minimalen Luftströmung, die erforderlich ist, die Wirbelschicht anzuheben, erreicht werden kann. Dieser Wert ist gegenüber anderen Anordnungen für die Verwirbelung der Schicht gering.
Oberhalb auf den Seitenwänden der Wirbelschicht ist ein drehbares Oberteil 14, wiederum mit einer Isolation 12 zur Bewahrung der Wärme in der Wirbelschicht, angeordnet.
Eine Zufuhröffnung, allgemein als 36 bezeichnet, ist in dem drehbaren Oberteil 14 vorgesehen. Die Zufuhröffnung 36 erlaubt einem Produkt, das in der Wirbelschicht einer Änderung, wahrscheinlich einer chemischen Änderung, unterzogen wird, die Einführung in die Schicht.
Es wurde bei der Wirbeltechnik nach Harding herausgefunden, daß die Durchblasröhre, allgemein als 7 in den Zeichnungen gezeigt, etwa einen Anteil von 10 % der Luft haben sollte, der von dort aus verteilten Öffnungen austritt. Es wurde insbesondere die Durchblasröhre zum Hervorrufen einer Gasströmung als hilfreich empfunden, die einige zufällige Turbulenzen hervorruft, wodurch Jets oder freie Räume, benachbart der Verwirbelungsröhre, vermieden werden. Solch ein Auftreten eines Jets ruft im wesentlichen ein Gebiet in dem Sand hervor, das frei ist und der Luft erlaubt, sich zu sammeln und durch den Jet zu entweichen. Das Hinzufügen der Durchblasröhre und der von dieser ausgehenden Luft vermindert eine solche Wahrscheinlichkeit, insbesondere beim Anfahren. Diese Verbesserung macht es möglich, eine Luftturbulenz von einem zufälligen Typ einzuführen, die an der Verwirbelungsröhre 6 nach Austreten aus der Durchblasröhre 7 vorbeiströmt und die dazu dient, die Ausbildung von Jets zu reduzieren.
Fig. 2 zeigt den Gebrauch von verschiedenen Typen von Heizanordnungen für den Gebrauch in der Schicht. Es läßt sich entnehmen, daß die Quarzröhren oberhalb der Verwirbelungsröhren 6 angeordnet sind und sich im großen und ganzen durch die Wirbelschicht erstrecken. Die einzelnen Lampen 8, vertrieben von GE, Sylvania, Philipps unter der Produktbezeichnung 1550-T3, sind in direktem Kontakt mit der Schicht gezeigt, und eine geeignete Dichtung mit diesen Lampen an den Seiten der Retorte ist vorhergesehen. Die Lampen 8a sind von einem Zweielementtyp und werden allgemein von LUX THERM (Warenzeichen) unter der Produktbezeichnung 151216 vertrieben. Diese Lampen haben im wesentlichen ihre eigene Hülle, die eine von den einzelnen Heizelementen abgedichtete Hülle ist. Ein direktes Einbringen der Lampen in die Schicht verbessert die Wirksamkeit der Einheit, da die Hitze der Lampen von der Schicht direkt absorbiert wird.
Für andere Anwendungen dürfte der Gebrauch einer Röhrenanordnung vorteilhaft sein, die allgemein als 8b in Fig. 2 gezeigt ist. Die Röhre kann aus einem Quarzmaterial sein und kann darin die einzelnen Infrarot-Strahlungslampen aufnehmen. Solch eine Anordnung schützt die Lampen vor den verwirbelten Teilchen der Schicht und sieht ein einfacheres Ersetzen der Lampen vor. Tatsächlich ist das Ersetzen der Lampen, gerade wenn diese direkt in das Bett eingetaucht sind, nicht schwer. Der Austausch wird durch Mittel einer Nachfolgeanordnung vervollständigt, die an der Lampe befestigt ist, welche mit der Nachfolgeanordnung durch die Schicht und an der anderen Seite herausgedrückt wird, wonach die neue Lampe richtig in der Schicht plaziert ist.
Fig. 2 zeigt ebenfalls die Tatsache, daß die Retorte eine Überflußanordnung aufweist, allgemein als 28 bezeichnet. Während der Verwirbelung der Schicht und der Aufheizung der Schicht auf die Arbeitstemperatur, wobei die Temperatur der Schicht 870º C bis 980º C (160º F bis 1800º F) betragen kann, kann einiges überschüssiges verwirbeltes Material vorkommen, das über die oberen Kanten der Retorte, als 38 bezeichnet, überfließen kann. Eine rutschenförmige Vorrichtung, allgemein als 40 bezeichnet, sammelt dieses überschüssige Material.
Wenn das Bett für eine Behandlung von Material wie Gießereisand benutzt wird, wird der Gießereisand durch die Zufuhröffnung 36 zugeführt, wenn die Lampen ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Der Gießereisand wird nur zugeführt, nachdem die Lampen auf ihrer Betriebstemperatur sind und eine wirksame Verwirbelung der Schicht über dem Gebiet der Lampen erreicht ist, wo die Infrarotstrahlung 5 in Fig. 1 erzeugt wird. Es wurde herausgefunden, daß dieser Sand und andere Produkte, die sich einer chemischen Reaktion unterziehen, ein Stadium durchlaufen können, in dem sie die Quarzoberfläche der Lampen oder Quarzröhren oder andere Heizelemente verunreinigen können und dadurch einen Punkt einer Verunreinigung erzeugen können, der zu einem Ausfall der Heizanordnung führt. Schlägt sich eine Verunreinigung direkt auf der Lampe nieder, wird der Quarz der Lampe schnell defekt. Diese Probleme werden dadurch vermieden, daß die Lampen auf ihre Betriebstemperatur gebracht wurden, welche im wesentlichen gleich einer Oberflächenstrahlungsenergie von mehr als 1650º C (3000º F) entspricht. Die vollständige Verwirbelung über den Lampen hält die zu behandelnden Teilchen von einem unmittelbaren Kontakt mit den Lampen ab oder doch von wenigstens einem Kontakt mit den Lampen oder Röhren ab, nachdem die Teilchen einer beträchtlichen Temperatur ausgesetzt waren.
Es wurde herausgefunden, die Phase zu vermeiden, in der eine Verunreinigung erfolgen kann, indem diese schnell durchfahren wird oder durch eine Bestrahlung des Materials, so daß dieses nicht durch den Zustand geht, indem es wahrscheinlich eine Verunreinigung begründet.
Es wurde bei dieser Anordnung herausgefunden, daß die zu regenerierenden Gießsandteilchen, die vorher durch einen klebrigen Zustand gegangen wären und wahrscheinlich eine Verunreinigung bewirkt hätten, falls sie in die Schicht eingebracht werden, bevor die Lampen aufgeheizt sind und bevor eine wirksame Verwirbelung erf olgt, schnell durch den klebrigen Zustand geführt werden oder der Zustand vollständig vermieden wird und kein Verunreinigungsrisiko auftritt. Abhängig von dem zu behandelnden Material ist einzusehen, daß bei dem Betrieb der Schicht eine bestimmte Sorgfalt erforderlich ist. Es wurde bei den Infrarotstrahlungs-Lampen herausgefunden, da deren sehr viel höhere Strahlungsternperatur, d.h., entsprechend einer Körperstrahlung von 1650º C (3000º F) oder mehr im Gegensatz zu der Schichttemperatur von nur 870º C (1600º F), daß Verunreinigung kein Problem darstellt. Das direkte Eintauchen der Lampen in die Schicht hat ebenfalls die Wirksamkeit der Schicht verbessert. Jede Energie wird in direkten Kontakt mit den Wirbelteilchen gebracht oder direkt auf die Wirbelteilchen gestrahlt und es gibt nur eine geringe Abstrahlung oder Verlust aus der Schicht heraus.
Bei der kontinuierlichen Behandlung von Sand kann, wenn die Schicht Arbeitstemperatur erreicht hat, Sand durch die Zuführöffnung 36 in einer vorherbestimmten Rate eingeführt werden, die mit der Leistung der Schicht übereinstimmt, welche durch die Anzahl der Infrarot- Strahlungslampen und der Energie, mit der sie betrieben werden, bestimmt ist. Es ist gewöhnlich erforderlich, die Schichten mit 80 % Wirksamkeit zu betreiben, damit die Lebensdauer der Lampen erheblich gegenüber der maximalen Ausgangsleistung anwächst. Hier wird sich gegebenfalls Sand, der durch die Zuführöf fnung 36 zugeführt wird, durch das Sandüberfließen über die obere Kante 38, absondern, und sich sammeln oder durch die Abführungs- Schüttröhren, allgemein als 50 gezeigt, abgeführt werden.
Bei der Behandlung von grünem Gießsand ist es das beste, die Schicht bei einer Temperatur von angenähert 870º C bis 900º C (1600º F bis 1650º F) zu betreiben, wohingegen unverbackener Sand bei einer Temperatur von ungefähr 425º C bis 455º C (800º F bis 850º F) behandelt werden kann.
So erhält man durch die Bestrahlung des Sandes mit der Hochtemperatur-Infrarot-Strahlungslampe, wobei die Energie auf die Sandteilchen durch Strahlung übertragen wird oder durch die Schicht in Kombination mit einer wirksamen Verwirbelung der Schicht und in der Nähe der Lampen, eine verbesserte Behandlung des Sandes im Vergleich zu bekannten Verfahren. Das exakte Grundprinzip für die hervorragende Leistung ist nicht vollständig verstanden. Es kann überlegt werden, daß dies der Regenerierung von Sand bei einer viel höheren Temperatur entspricht, die nahe bei der Ausstrahlungstemperatur der Lampen liegt, im Gegensatz zu der Durchschnittstemperatur der Schicht. Möglicherweise erf olgt eine sehr hohe, örtlich begrenzte Hitzebehandlung nahe der Lampenoberfläche im Gegensatz zu der Behandlung mit einer geringeren Temperatur, bei dem Aufheizen der Teilchen durch andere Teilchen in Gebieten entfernt der Lampe. So mag es einen sehr hohen Temperaturbehandlungswert nahe den Lampen geben und einen geringeren Behandlungswert, sofern der Abstand von der Lampe anwächst.
Die Energie der Lampen wird sorgfältig durch Mittel für Wärmekopplungen kontrolliert, die die Schichttemperatur messen. Ein Regler wird benutzt, um die Eingangsenergie der Lampen zu bestimmen, um die richtige Schichttemperatur zu halten.
Die hohe Wirksamkeit der Infrarotausstrahlungslampen macht den Betrieb dieser Schicht sehr effizient und dies, in Kombination mit geringem Lufterfordernis nach der Hardingschen Wirbeltechnologie, resultiert klar in einer hervorragenden Schicht. Der Vorteil der Hardingschen Technolgie ist das geringe, erforderliche Luftvolumen, um eine wirksame Verwirbelungzu erreichen.
Eine wirksame Verwirbelung ist erforderlich, allerdings würde überschüssige Luft nur Wärme in dem abgeführten Gas entfernen. Ebenso kann dieses abgeführte Gas recycelt werden und daraus Wärme zurückgewonnen werden. Da immer ein Verlust vorkommt, wird es sicherlich erforderlich sein, ein geringes Luftverwirbelungsvolumen zu bewahren, wo immer es möglich ist.
Die verschiedenen Anordnungen der Heizelemente, d.h. das direkte Eintauchen der Röhren 8, der spezialisierten Röhren 8b und der Gebrauch von Quarzröhren 8b sieht eine Anpassungsmöglichkeit mit Bezug auf die Schichtherstellung vor. Ebenso ist es möglich, die Anordnung, wie sie als 8b bezüglich Quarzröhren beschrieben wurde, als Hochtemperatur-Keramikröhren zu benutzen. In diesem Fall tritt die Infrarotausstrahlung nicht durch die Keramikröhren hindurch, aber die Keramikröhren werden heiß und strahlen wirksam Energie von einer hohen Temperatur an die Schicht ab, die die Arbeitstemperatur der Lampen erreichen kann. Es kann Kühlluft durch die Röhren geführt werden, die für eine Lampenkühlung vorgesehen ist, allerdings mag dies nicht erforderlich sein. Lampen dieser Art können gewöhnlich bei sehr hohen Temperaturen arbeiten, wobei allerdings die Enden gekühlt werden müssen. In diesem Fall werden Enden gezeigt, wie sie sich über die Keramikröhren hinaus in die Luft hinter der Retorte erstrecken und durch diese Luft gekühlt werden können. Falls nötig, kann Kühlluft über die Lampenenden geführt werden. Ebenso kann ein kleiner Luftstrom über die Röhren deren Lebensdauer erhöhen.
Der Gebrauch von Keramikröhren, die gegenüber der abgestrahlten Ausstrahlung der Lampen nicht durchlässig sind, erlaubt einen vereinfachten Austausch der Quarzlampen, und ebenso das Vorhersehen einer sehr stabilen Konstruktion und einer Konstruktion, die für einen Betrieb mit höheren Wirbelschichttemperaturen geeignet ist. In einigen Fällen können übergroße Keramikröhren von 51 mm bis 102 mm (2 Inch bis 4 Inch) im Durchmesser oder größer) benutzt werden, um den Raum zwischen den Lampen und der Keramikröhre zu vergrößern. Dies vergrößert ebenso das Luftvolumen und vermindert die Möglichkeit des Überhitzens der Lampen. Keramikröhren und Quarzröhren sind mit einem Durchmesser von 38 mm (1,5 Inch) verfügbar. Keramikröhren sind von Thermal Ceramics of Georgia verfügbar und bevorzugt aus Tonerde gemacht. Das Keramikmaterial sollte derart ausgewählt sein, eine Verschmutzung der Lampen zu vermeiden, wenn die Röhre auf die Betriebstemperatur aufgeheizt ist.
Quarzröhren sind dafür bekannt, durch einen Anfangs - Verflüssigungszustand bei etwa 925º C (1700º F) zu gehen und die obere Temperatur für die Schicht mag durch die Quarzröhre begrenzt sein. Die Keramikröhre kann bei höheren Temperaturen betrieben werden. Auch wenn der Quarz bei etwa 925º C (1700º F) zur Verflüssigung tendiert, kann die Schicht mit einer höheren Temperatur betrieben werden, wenn um die Heizelemente eine gute Verwirbelung erreicht wird.
Effziente, effektive Verwirbelung und Vorheizen der Lampen verhindert viele Probleme bei der Materialbehandlung, die andererseits die Lebensdauer der Ausstattung verkürzen und/oder deren Effizienz reduzieren würden.
Auch wenn hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben werden, ist es für den Fachmann klar, daß Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der nachstehenden Schutzansprüche zu verlassen.

Claims

1. Wirbelschicht-Vorrichtung für eine Wärmebehandlung von in einer Wirbelschicht verwirbelten Teilchen, mit einer Retorte (4) für die Aufnahme der Wirbelschicht (10), mit einer Vielzahl von Lampen (8, 8a, 8b), die für ein Aufheizen der Teilchen des Fluids Energie ausstrahlen, und mit Mitteln (6, 7) für die Verwirbelung der Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lampen (8, 8a, 8b) durch die Schicht hindurch erstrecken und in diese eingetaucht sind, wobei sich die Enden jeder Lampe über die jeweils gegenüberliegenden Seiten der Retorte (4) erstrecken, wobei in Gebrauch die Lampen (8, 8a, 8b) in direktem Kontakt mit den Teilchen der Wirbelschicht sind, daß die Verwirbelungsmittei (6, 7) die Teilchen der Schicht wirksam verwirbeln, um eine wirksame Verwirbelung wenigstens entlang des Abschnitts jeder Lampe (8, 8a, 8b) innerhalb der Schicht zu erreichen, der die Strahlung wirksam aussendet, wobei eine örtliche Überhitzung oder Verunreinigung der Lampen vermieden ist.

2. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verwirbelungsmittei (6, 7) unterhalb der Lampen (8, 8a, 8b) angeordnet sind.

3. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Lampen (8, 8a, 8b) derart ausgelegt sind, kurzwellige Infrarotstrahlung hoher Intensität auszustrahlen.

4. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit Kühlmitteln für die Wärmeabführung von den Lampenenden an den gegenüberliegenden Seiten der Retorte (4).

5. Wirbelschicht-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verwirbelungsmittei (6, 7) eine wirksame Verwirbelung entlang der in der Schicht angeordneten Länge jeder Lampe (8, 8a, 8b) vorhersehen.

6. Wirbelschicht-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Mittel zur Verwirbelung der Schicht derart ausgelegt sind, Gas mit einer Rate zuzuführen, die ausreichend ist, eine wirksame Verwirbelung vorzusehen, und die größer als das zweifache des minimalen Luftstroms ist, der erforderlich ist, die Schicht anzuheben.

7. Wirbelschicht-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Menge des Gases zur Verwirbelung der Schicht das 2,5-fache des minimalen Luftstroms beträgt, der erforderlich ist, die Schicht anzuheben.

8. Wirbelschicht-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verwirbelungsmittei (6, 7) derart ausgelegt sind, daß das Gas in zwei Ebenen eingeführt wird, mit einer Durchblas-Röhrenanordnung (7), die unterhalb einer Hauptverwirbelungsröhre (6) angeordnet ist, und daß die Durchblasröhre einen Gasfluß unterhalb der Verwirbelungsröhre einführt, was die mit einer wenig wirksamen Verwirbelung verbundenen Probleme reduziert, die auftreten können, falls die Verwirbelungsröhre alleine gebraucht wird.

9. Wirbelschicht-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verwirbelungsmittei (6, 7) derart ausgelegt sind, daß etwa 10 % des Verwirbelungs gases durch die Durchblasröhre dem Bett zugeführt wird.

10. Wirbel Schicht-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Lampen (8, 8a, 8b) betriebsmäßig geeignet sind, eine Strahlung auszusenden, die auf einer Temperatur in jeder Lampe von mehr als 1.650º C (3.000º F) beruht.

11. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Lampen (8, 8a, 8b) betriebsmäßig geeignet sind, eine Strahlung auszusenden, die auf einer Temperatur in jeder Lampe in einem Bereich von etwa 1.650º C (3.000º F) bis 2.200º C (4.000º F) beruht.

12. Wirbelschicht-Vorrichtung für eine Wärmebehandlung von in einer Wirbelschicht verwirbelten Teilchen, mit einer Retorte (4) für die Aufnahme der Wirbelschicht (10), mit einer Vielzahl von elektrischen Heizelementen (8, 8a, 8b), die Energie für ein Aufheizen der Teilchen des Fluids ausstrahlen, und mit Mitteln (6, 7) für die Verwirbelung der Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizelemente Strahlung aussendende Lampen (8, 8a, 8b) sind, die sich durch die Schicht hindurch erstrecken und die in die Schicht (10) eingetaucht sind, daß die Verwirbelungsmittei (6, 7) die Teilchen der Schicht wirksam verwirbeln, um eine wirksame Verwirbelung wenigstens entlang des Abschnitts jeder Lampe (8, 8a, 8b) in der Schicht zu erreichen, der die Strahlung wirksam aussendet, wobei eine örtliche Überhitzung der Lampe vermieden ist, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen jeweils durch eine nicht-metallische Röhre geschützt sind, die gegenüber der ausgestrahlten Lichtstrahlung undurchlässig ist, wobei jede Röhre sich durch die Schicht erstreckt mit einer Lampe innerhalb der Röhre.

13. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Röhren aus einem keramischen Material sind.

14. Wirbelschicht-Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Schicht für einen Betrieb mit mehr als 925º C (1700ºF) geeignet ist.

15. Eine Methode für die Wärmebehandlung eines Materials, das den Gebrauch der Wirbelschicht-Vorrichtung nach irgend einem vorangegangenen Anspruch für die Wärmebehandlung des Materials umfaßt.