Электрическая вращающаяся печь с секционным нагревом

Полезная модель относится к печам непрерывного действия для термической обработки мелкодисперсного материала или суспензий при контролируемой температуре нагрева в режиме непрерывной работы и постоянном перемешивании материала.
Известны вращающиеся печи, для обжига цементного клинкера (RU 91141 U1, опубл. 27.01.2010 г., RU 2648734 С1, опубл. 28.03.2018 г.), вспучивания керамзита (RU 2210042 C1, опубл. 10.08.2003 г.), производства пористых заполнителей (RU 2055289 C1, опубл. 27.02.1996 г.), цементной и химической промышленности, металлургических, огнеупорных и машиностроительных заводов [1]. Общим и основным недостатком всех вышеперечисленных печей является применение внутренней теплоизоляционной футеровки печей, которая в процессе эксплуатации изнашивается, соответственно требует остановки производственной линии и планового ремонта, который может длиться месяцами т. к. средние габариты барабана крупных вращающихся печей составляют около 3 м в радиусе и 35-50 м в длину. Существует решение обозначенной проблемы в виде использования внешней теплоизоляции печи, применяемое в качестве прототипа к полезной модели.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности является ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ С РЕТОРТОЙ (RU 198165 U1, опубл. 22.06.2020 г.), содержащая, нагревательное устройство, выполненное в виде многовиткового цилиндрического индуктора, реторту, установленную соосно внутри нагревательного устройства, с закрепленной на ней теплоизоляцией, обеспечивающей изоляцию реторты от индуктора на протяжении всей горячей зоны; загрузочный механизм выполнен в виде шнека, разгрузочный механизм снабжен дополнительным порогом и расположенной за ним разгрузочной камерой, имеющей люк для сброса части отработанного материала и возможность соединения с патрубком газоотвода.
Недостатком известного устройства является отсутствие контролируемых температурных зон, необходимых для обеспечения производственных процессов стандартных вращающихся печей с плавным или, по меньшей мере, ступенчатым нагревом (термоподготовка, дегазация, спекание, кальцинация, вспучивание, обжиг и т.д.).
Задача, решаемая полезной моделью - обеспечение внутри барабана печи зон с контролируемой поддержкой температуры для осуществления стандартных технологических процессов химического, строительного, машинного и металлургического производства.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая вращающаяся печь с секционным нагревом, содержащая нагревательное устройство, выполненное в виде многовиткового цилиндрического индуктора; гладкостенный барабан, установленный соосно внутри нагревательного устройства, опирающиеся на ролики, закрепленные на раме; привод вращения барабана; теплоизоляцию, закрепленную на барабане соосно индуктору на протяжении всей горячей зоны; механизмы загрузки и выгрузки, которые имеют пороги и систему газоотвода, отличающаяся тем, что нагревательное устройство состоит из нескольких модулей (секций) индукционной системы, каждый из модулей включает собственный индуктор, согласующее устройство и инвертор (генератор).
При этом вне зависимости от параметров каждого модуля индукционной системы будет возникать магнитная связь, между соседними индукторами, которую необходимо учитывать и минимизировать её последствия при проектировании системы [2].
На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая электрическая вращающаяся печь с секционным нагревом.
На фиг. 2 пример диаграммы формирования температурных режимов в электрической вращающейся печи с секционным нагревом.
Электрическая вращающаяся печь с секционным нагревом включает барабан 1, установленный соосно с несколькими модулями (секциями) индукционной системы 2, которые в связке с барабаном 1 представляют собой нагревающее устройство. Барабан 1 изолирован от модулей индукционной системы 2 теплоизоляцией 3.
Барабан 1 имеет опорные диски 4 для установки на ролики 5 закрепленные на раме 6. Секции индукционной системы состоят из индуктора 7, согласующего устройства 8 и инвертора (генератора) 9, также закрепленные на раме 6 для сохранения соосности устройства.
Механизмы герметичной загрузки и выгрузки рабочего материала могут быть выполнены в различных вариантах, необходимых для обеспечения заполнения барабана 1 рабочим материалом, в зависимости от технологических процессов на производстве. Рама 6, при необходимости, может быть дополнительно оснащена петлями для поворота устройства на определенный угол к горизонту.
Электрическая вращающаяся печь с секционным нагревом работает следующим образом. Рабочий материал подается в загрузочный механизм. В гладкостенном барабане 1, выполненном из жаропрочной стали, выделяется тепло посредством вихревого тока, индуктированного от переменного электромагнитного поля цилиндрического индуктора 7 модульной индукционной системы 2. Вращаясь, барабан 1 равномерно по всей длине распределяет рабочий материал. Благодаря внешней теплоизоляции 3 и необходимому количеству модулей индукционной системы 2 создаются различные температурные зоны внутри барабана 1. Длина барабана 1 определяется зонами, необходимыми для производственного процесса, и может достигать величин, при которых потребуется использовать дополнительные опорные диски 4 во избежание механического перенапряжения и разрушения устройства нагрева.
По мере прохождения температурных зон внутри барабана 1 рабочий материал равномерно прогревается в соответствии со стадиями технической обработки. Например, с помощью предлагаемого решения можно реализовать печь для производства керамзита с последовательными зонами термической подготовки, вспучивания и отжига. Для протекания реакций нагревания, сопровождающихся выделением летучих продуктов, требуются определенные технологические параметры, такие как толщина слоя прокаливаемого материала, время нахождения в зоне прокалки, производительность устройства. Постоянное поддержание толщины слоя прокаливаемого материала обеспечивает порог торцевого фланца. Требуемая производительность определяется оптимальной геометрией барабана 1 печи, которая зависит от максимальной температуры технологического процесса и опирается на использование взаимосвязей производительности, внутреннего радиуса и длины барабана [3].
После порога на торцевом фланце материал поступает в разгрузочную камеру. Сброс материала может осуществляться в холодильную камеру. Сбрасываемая часть материала соответствует непрерывно поступающему расходу материала из загрузочной камеры.
При необходимости, за счет выполнения герметичной загрузки и выгрузки рабочего материала, внутри барабана 1 создается изолированная атмосфера, расход которой может корректироваться с помощью внешней системы газорегулирования.
Использование нескольких модулей индукционной системы, включающих собственный индуктор 7, согласующее устройство 8 и инвертор (генератор) 9 позволяет добиться необходимого для технологического процесса контроля температуры рабочего материала как, в качестве примера, представлено на графике фигуры 2. Температурные зоны чередуются с зонами понижения мощности из-за необходимости уменьшения влияния магнитной связи смежных индукторов и включения в конструкцию дополнительных опорных дисков 4. Как видно из графика, зоны пониженной мощности почти не оказывают влияния на температуру рабочего тела благодаря внешней теплоизоляции 3.
При необходимости возможна модификация для наклона рамы 6 и оси вращения реторты на произвольный угол по отношению к горизонту.
Поскольку полезная модель была описана достаточно подробно, то специалистам в данной области техники будет очевидно, что она может быть изменена различными способами, не выходя за рамки сущности и объема полезной модели. Предполагается, что все такие модификации включены в объем прилагаемой формулы полезной модели.
Библиографический список источников информации
1. Лисиенко В.Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев. - М.: Теплотехник, 2004. - 688 с.
2. Абдулхаков И.Ю. Магнитосвязанные системы индукционного нагрева с индивидуальными постами питания дис. … канд. техн. наук: 05.09.10 / И.Ю. Абдулхаков. - Санкт-Петербург, 2019. - 163 с.
3. Патент Российской Федерации RU 198165 «ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ С РЕТОРТОЙ» от 22.06.2020.