ITMO20100207A1 - FURNACE FOR THE CALCINATION OF MATERIALS, IN PARTICULAR FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC DYE OXIDES. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: FORNO PER LA CALCINAZIONE DI MATERIALI, IN PARTICOLARE PER LA PRODUZIONE DI OSSIDI COLORANTI CERAMICI. attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled: FURNACE FOR CALCINATION OF MATERIALS, IN PARTICULAR FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC COLORING OXIDES.
La presente invenzione concerne un forno per la calcinazione in discontinuo di materiale secco. The present invention relates to a furnace for the batch calcination of dry material.
In modo specifico, ma non esclusivo, l'invenzione trova utile applicazione nella produzione di ossidi coloranti ceramici. Specifically, but not exclusively, the invention finds useful application in the production of ceramic coloring oxides.
Come noto, la produzione di coloranti inorganici avviene da moltissimo tempo mediante processo di calcinazione di specifici composti in polvere in appositi forni. As is known, the production of inorganic dyes has been taking place for a very long time by means of the calcination process of specific powder compounds in special ovens.
In particolare, i coloranti destinati all'industria ceramica sono ottenuti dalla calcinazione di ossidi metallici in forni generalmente costituiti da muffole intermittenti a riscaldamento elettrico. Questo genere di coloranti deve infatti distinguersi dagli altri per le caratteristiche di elevata qualità, quali l'alta resistenza, l'intensità di colorazione, la stabilità, la purezza. Mentre alcune di queste caratteristiche, come colorazione e stabilità, dipendono principalmente dalla composizione chimica del materiale secco di base, le altre caratteristiche, ed in special modo la purezza, dipendono in larga misura dal forno impiegato per la calcinazione, la quale deve aver luogo in assenza di ossigeno o di altri gas che possano inquinare l'atmosfera interna della camera di cottura. In particular, the dyes intended for the ceramic industry are obtained from the calcination of metal oxides in ovens generally consisting of intermittent electrically heated muffles. This kind of dyes must in fact distinguish themselves from the others for their high quality characteristics, such as high resistance, intensity of coloring, stability, purity. While some of these characteristics, such as coloring and stability, depend mainly on the chemical composition of the dry base material, the other characteristics, and especially the purity, largely depend on the furnace used for calcination, which must take place in absence of oxygen or other gases that can pollute the internal atmosphere of the cooking chamber.
Ciò si evita appunto con i forni ad alimentazione elettrica, ed in genere con i forni a tubi radianti, i quali sono altresì au mentabili con combustibili liquidi o gassosi. Vi è da dire, peraltro, che i forni elettrici presentano, rispetto a questi ultimi, vantaggi in termini di semplicità sia di costruzione che di regolazione della temperatura. This is avoided precisely with electrically powered ovens, and in general with radiant tube ovens, which can also be increased with liquid or gaseous fuels. It must be said, moreover, that electric ovens have, with respect to the latter, advantages in terms of simplicity of both construction and temperature regulation.
Comunque il processo di calcinazione degli ossidi metallici destinati alla produzione di coloranti ceramici, messo in atto con i forni suddetti, prevede una fase in cui il composto in polvere da calcinare viene messo in crogioli o ciotole di materiale refrattario, le quali vengono poi posizionate all'interno del forno, ove ha quindi luogo il ciclo termico. Una volta terminato questo, si procede al raffreddamento del forno e quindi all'estrazione delle ciotole contenenti le polveri calcinate. However, the process of calcination of the metal oxides intended for the production of ceramic dyes, carried out with the aforementioned ovens, involves a phase in which the powdered compound to be calcined is placed in crucibles or bowls of refractory material, which are then positioned in the inside the furnace, where the thermal cycle therefore takes place. Once this is finished, the oven is cooled and then the bowls containing the calcined powders are extracted.
L'esecuzione ripetuta del processo di cui sopra genera, come facilmente intuibile, una serie di inconvenienti. I crogioli, o ciotole, hanno una durata limitata, quindi il loro costo incide sul costo di produzione totale in maniera significativa, ed incide altresì il costo dell'energia necessaria al riscaldamento delle ciotole medesime nel computo dell'energia complessivamente spesa nel ciclo. Lo smaltimento delle ciotole da sostituire presenta i problemi connessi al trattamento di materiali inquinanti, quali dette ciotole sono considerate. Il riempimento di esse con il materiale da calcinare, l'estrazione delle polveri calcinate, il posizionamento nel forno e la successiva estrazione, sono certamente operazioni impegnative e costose, anche se svolte in modalità automatica o semiautomatica. La qualità, infine, del prodotto ottenuto non è elevata in quanto non è costante ed omogeneo il colore delle polveri nelle varie ciotole a seguito delle diverse temperature e dei diversi tempi di reazione nei vari punti del forno. Repeated execution of the above process generates, as can be easily understood, a series of drawbacks. The crucibles, or bowls, have a limited duration, therefore their cost affects the total production cost significantly, and also affects the cost of the energy required to heat the bowls themselves in the calculation of the total energy spent in the cycle. The disposal of the bowls to be replaced presents the problems associated with the treatment of polluting materials, which said bowls are considered. The filling of them with the material to be calcined, the extraction of the calcined powders, the positioning in the furnace and the subsequent extraction, are certainly demanding and expensive operations, even if carried out in automatic or semi-automatic mode. Finally, the quality of the product obtained is not high as the color of the powders in the various bowls is not constant and homogeneous due to the different temperatures and different reaction times in the various points of the oven.
Scopo principale della presente invenzione è proporre un forno di calcinazione per usi industriali che possa consentire il superamento dei limiti sopra esposti . The main object of the present invention is to propose a calcination furnace for industrial uses that can allow the limits set out above to be overcome.
Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di proporre un forno, in particolare per l'industria ceramica, con il quale risultino semplificate le operazioni di produzione di ossidi coloranti. A further object of the invention is to propose a furnace, in particular for the ceramic industry, with which the operations for the production of coloring oxides are simplified.
Gli scopi suddetti ed altri ancora vengono raggiunti mediante un forno, in particolare per l'industria ceramica, la cui struttura ha conformazione cilindrica ed è a atta ruotare intorno al proprio asse longitudinale disposto orizzontalmente, una serie di tubi radianti essendo disposti perimetralmente in detta struttura per assicurare il riscaldamento, ed in particolare la calcinazione, del materiale secco introdotto all'interno del forno attraverso un'apertura chiudibile presente nella superficie laterale di detta struttura cilindrica. L'estrazione del materiale calcinato ha luogo vantaggiosamente per gravità, attraverso l'apertura di cui sopra disposta, a seguito di opportuna rotazione di detta struttura, nella parte inferiore di quest' ultima, una volta avvenuto il processo di calcinazione. The aforementioned and other purposes are achieved by means of an oven, in particular for the ceramic industry, whose structure has a cylindrical shape and is able to rotate around its longitudinal axis arranged horizontally, a series of radiant tubes being arranged perimetrically in said structure to ensure the heating, and in particular the calcination, of the dry material introduced into the furnace through a closable opening present in the lateral surface of said cylindrical structure. The extraction of the calcined material advantageously takes place by gravity, through the above opening arranged, following an appropriate rotation of said structure, in the lower part of the latter, once the calcination process has taken place.
Il materiale prodotto con il processo di calcinazione effettuato con il forno dell'invenzione presenta un costante livello di qualità grazie all'omogenea miscelazione del materiale durante il processo medesimo. La miscelazione è ottenuta tramite una rotazione alternata, nei due sensi di rotazione, della struttura cilindrica durante l'effettuazione del processo suddetto. The material produced with the calcination process carried out with the furnace of the invention has a constant level of quality thanks to the homogeneous mixing of the material during the process itself. The mixing is obtained through an alternating rotation, in the two directions of rotation, of the cylindrical structure during the carrying out of the aforesaid process.
Vantaggiosamente il riscaldamento del forno è effettuato elettricamente, mediante l'impiego di resistenze collocate internamente ai tubi disposti perimetralmente nella struttura cilindrica. Advantageously, the heating of the furnace is carried out electrically, by means of the use of resistances placed inside the tubes arranged perimetrically in the cylindrical structure.
Ancora vantaggiosamente il forno comprende valvole di sfiato o dispositivi analoghi atti ad evitare che la pressione all'interno della struttura possa raggiungere valori pericolosi, e ciò a seguito dello sviluppo di gas che spesso ha luogo nella fase dì calcinazione di particolari ossidi metallici. Still advantageously, the furnace comprises vent valves or similar devices designed to prevent the pressure inside the structure from reaching dangerous values, and this following the development of gas which often takes place in the calcination phase of particular metal oxides.
Da quanto sopra esposto risultano subito evidenti una serie di vantaggi rispetto ai forni di attuale fabbricazione, sia in relazione alla capacità di effettuare la calcinazione di materiali in polvere, in particolare per l'industria ceramica, in modo razionale e semplificato, con conseguenti vantaggi di ordine economico e gestionale, sia in relazione alla qualità finale dei prodotti ottenuti con il processo di calcinazione attuabile con il forno dell' invenzione . From the above, a series of advantages are immediately evident compared to the furnaces currently manufactured, both in relation to the ability to carry out the calcination of powdered materials, in particular for the ceramic industry, in a rational and simplified way, with consequent advantages of economic and managerial order, both in relation to the final quality of the products obtained with the calcination process that can be carried out with the oven of the invention.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente ritrovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferita, ma non esclusiva, di realizzazione del trovato medesimo, illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, con l'ausilio della allegata tavola di disegno in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will appear better from the following detailed description of a preferred but not exclusive embodiment of the same invention, illustrated purely by way of non-limiting example, with the aid of the attached drawing table in which :
- la figura 1 mostra una vista prospettica di un forno realizzato secondo l'invenzione. Figure 1 shows a perspective view of an oven made according to the invention.
Con riferimento alla suddetta figura 1 viene indicato complessivamente con 10 un forno per l'industria ceramica; in particolare trattasi di un forno per la produzione di ossidi coloranti ceramici. With reference to the aforementioned figure 1, the number 10 generally indicates a kiln for the ceramic industry; in particular it is a furnace for the production of ceramic coloring oxides.
Il forno 10 comprende una struttura, 11, avente forma cilindrica, atta a ruotare intorno al proprio asse longitudinale, 12, disposto orizzontalmente. Nell'esempio di realizzazione qui illustrato detta struttura 11 prevede, solidale alle due superfici di fondo, 13, 13', un albero cavo, 14, sostenuto girevolmente alle sue estremità su due supporti fissi, 15, 15'. Un gruppo attuatore, non illustrato in figura, è ancorato a detti supporti ed agisce vantaggiosamente sull'albero 14 per portare in rotazione la struttura 11, sia in senso orario che antiorario rispetto all'asse 12. The oven 10 comprises a structure, 11, having a cylindrical shape, able to rotate around its own longitudinal axis, 12, arranged horizontally. In the embodiment illustrated here, said structure 11 provides, integral with the two bottom surfaces, 13, 13 ', a hollow shaft, 14, rotatably supported at its ends on two fixed supports, 15, 15'. An actuator assembly, not shown in the figure, is anchored to said supports and advantageously acts on the shaft 14 to rotate the structure 11, both clockwise and counterclockwise with respect to the axis 12.
In corrispondenza alla superficie laterale, 16, della struttura 11 è disposto un fascio di tubi radianti, 18, internamente ai quali sono collocati, in questo esempio di realizzazione del trovato, resistori elettrici di adeguata potenza. L'alimentazione di detti resistori è assicurata mediante cavi elettrici passanti attraverso detto albero cavo 14. In correspondence with the lateral surface 16 of the structure 11 there is a bundle of radiant tubes 18 inside which, in this embodiment of the invention, electrical resistors of adequate power are placed. The power supply of said resistors is ensured by means of electric cables passing through said hollow shaft 14.
Nella superficie laterale 16 è presente un'apertura, 19, chiudibile mediante uno sportello non illustrato per semplicità di rappresentazione; attraverso detta apertura 19 viene caricato all'interno del forno il materiale secco da sottoporre al processo di calcinazione e attraverso la stessa apertura viene scaricato per gravità il materiale prodotto con il processo suddetto. In the lateral surface 16 there is an opening, 19, which can be closed by means of a door not shown for simplicity of representation; through said opening 19 the dry material to be subjected to the calcination process is loaded into the kiln and through the same opening the material produced with the aforementioned process is discharged by gravity.
Idonee valvole di sicurezza, 20, sono posizionate in corrispondenza a punti determinati della superficie laterale 16, e/o delle superfici di fondo 13, 13', dette valvole essendo tarate per porre il forno in comunicazione con l'esterno nel caso la pressione interna raggiunga un dato valore limite compatibile con le caratteristiche strutturali del forno medesimo. Suitable safety valves, 20, are positioned in correspondence with determined points of the lateral surface 16, and / or of the bottom surfaces 13, 13 ', said valves being calibrated to put the furnace in communication with the outside in case the internal pressure reaches a given limit value compatible with the structural characteristics of the furnace itself.
Il funzionamento del forno della presente invenzione consente un ciclo di lavoro in cui il materiale in polvere da calcinare viene caricato all'interno della struttura cilindrica 11 attraverso l'apertura laterale 19, la chiusura di questa, l'alimentazione dei resistori elettrici disposti internamente ai tubi radianti 18, la rotazione alternata di detta struttura, nei due sensi di rotazione, per il tempo necessario al processo di calcinazione del materiale caricato, il posizionamento della struttura cilindrica nella posizione in cui l'apertura 19 si dispone inferiormente nel piano mediano verticale di detta struttura, lo scaricamento infine per gravità del materiale calcinato attraverso detta apertura. The operation of the furnace of the present invention allows a work cycle in which the powder material to be calcined is loaded inside the cylindrical structure 11 through the lateral opening 19, the closure of this, the power supply of the electric resistors arranged inside the radiant tubes 18, the alternating rotation of said structure, in the two directions of rotation, for the time necessary for the calcination process of the loaded material, the positioning of the cylindrical structure in the position in which the opening 19 is arranged below in the vertical median plane of said structure, finally the discharge by gravity of the calcined material through said opening.
Ovviamente il funzionamento rimane sostanzialmente invariato anche nel caso il riscaldamento del forno avvenga attraverso 1' alimentazione dei tubi radianti con combustibile gassoso o altro; rimangono altresì invariati i vantaggi inerenti la qualità delle polveri coloranti ottenute, oltre che i vantaggi connessi alla eliminazione delle ciotole, o crogioli, attualmente impiegati . Obviously, the operation remains substantially unchanged even if the furnace is heated by feeding the radiant tubes with gaseous or other fuel; the advantages inherent in the quality of the coloring powders obtained also remain unchanged, as well as the advantages connected with the elimination of the bowls, or crucibles, currently used.
Ai vantaggi e ritorni di natura economica si aggiungono quindi i vantaggi di semplificazione operativa e gestionale del forno secondo la presente invenzione; caratteristiche e vantaggi che rimangono salvaguardati pur apportando ulteriori modifiche e varianti all'esempio di realizzazione sopra descritto . To the advantages and returns of an economic nature are therefore added the advantages of operational and management simplification of the oven according to the present invention; characteristics and advantages which remain safeguarded even if further modifications and variations are made to the embodiment described above.
La rotazione della struttura cilindrica può ad esempio aver luogo impiegando gruppi di azionamento di vario genere, variamente posizionati ed agenti sulla struttura stessa 11 o sull'albero di rotazione 14 . The rotation of the cylindrical structure can, for example, take place using actuation units of various kinds, variously positioned and acting on the structure 11 itself or on the rotation shaft 14.
I dispositivi di sicurezza contro le sovrapressioni che potrebbero generarsi all'interno del forno possono ovviamente differire o aggiungersi alle valvole 20 sopra indicate e possono inoltre essere variamente disposti e distribuiti. The safety devices against overpressures that could be generated inside the furnace can obviously differ from or add to the valves 20 indicated above and can also be variously arranged and distributed.
Le dimensioni complessive del forno dell'invenzione potrebbero ad esempio variare in funzione della tipologia e delle dimensioni dell'ambiente produttivo nel quale si inserisce. The overall dimensions of the furnace of the invention could for example vary according to the type and dimensions of the production environment in which it is inserted.
Ovviamente al trovato potranno essere apportate altre modifiche di natura pratico-applicativa dei dettagli costruttivi senza che per altro si esca dall'ambito di protezione dell'idea inventiva come sotto rivendicata. Obviously, other modifications of a practical-applicative nature of the construction details may be made to the invention without however departing from the scope of protection of the inventive idea as claimed below.
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