Электрическая печь для обжига вермикулита

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для получения вспученного вермикулита из вермикулитовых концентратов.
Известна электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 179055, МПК F27B 9/00, опубликовано 25.04.2018), содержащая противни с крышками, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению другу к другу под углом, обеспечивающим пересыпание вермикулита в процессе обжига с одного на другой, и электрические нагреватели, размещенные под крышкам противней продольно над поверхностью противней с зазором, закрепленные на головках с параллельными гранями для обеспечения их параллельной установки и выполненные с консолями, подвешенными в нижней части противней на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержнях, установленных на крышках противней, серьги выполнены в виде Г-образных рычагов, одни плечи которых удерживают консоли электрических нагревателей, а другие снабжены грузиками, обеспечивающими натяжение электрических нагревателей и постоянство упомянутого зазора.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни с крышками, выполненными из огнеупорного материала и установленными по отношению другу к другу под углом, электрические нагреватели, размещенные под крышками и образующие постоянный зазор относительно огнеупорной поверхности противня, серьги и головки для закрепления нагревателей.
Указанная печь обладает следующими недостатками. Электрические нагреватели не обеспечивают равномерный нагрев огнеупорных поверхностей противней и движущегося по ним вспучиваемого вермикулита, так как любой участок огнеупорного основания в центральной части противня получает тепловое излучение от нагревателей не только расположенных над ним, но и от нагревателей, расположенных справа и слева от него. А участки по краям огнеупорных оснований противней, получают тепловое излучение от нагревателей, расположенных над ними и от соседних нагревателей, расположенных только справа или только слева. Поэтому вермикулиту, движущемуся по противням в краевых участках, тепловой энергии достается меньше, чем вермикулиту, движущемуся в центре противней.
Измерения температур в работающей печи с помощью термопары-щупа в разных зонах противней показали, что центральной зоне температура огнеупорного основания больше, чем по краям противней возле их боковых стенок на 40°…60°С. Поэтому вермикулит, выходящий из печи, в центральной части нижнего противня вспучен полностью и имеет меньшую насыпную плотность, и может быть даже пережжённым, а вермикулит, выходящий из печи по краям нижнего противня, остается частично недовспученным. Это означает, что в центральных частях противней происходит перерасход тепловой и, следовательно, электрической энергии, что увеличивает энергоемкость процесса обжига.
Другим недостатком является большое количество отдельных электрических нагревателей, П-образных и вытянутых вдоль противня и большое количество их электрических соединений в последовательную цепь с помощью крепежных головок. Такая система соединения каждого электрического нагревателя с соседними в последовательную цепь значительно усложняет конструкцию печи и существенно снижает ее надежность.
Известна также электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 161281, МПК F27B 15/00, опубликовано 20.04.2016), содержащая противни с крышками, при этом противни выполнены из огнеупорного материала и установлены по отношению другу к другу под углом, обеспечивающем пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, и электрические нагреватели, размещенные под крышкам противней продольно и закрепленные на головках с параллельными гранями для обеспечения их параллельной установки, электрические нагреватели  выполненные с консолями и расположены над поверхностью противней с зазором, при этом консоли электрических нагревателей подвешены в нижней части противней на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержнях, установленных на крышках противней.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни и крышки, установленные под углом и выполненные из огнеупорного материала, электрические нагреватели, размещенные под крышками продольно с зазором относительно огнеупорной поверхности противня, серьги и головки для закрепления нагревателей.
Указанная печь обладает точно такими же недостатками.
В качестве прототипа принята электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 196899 МПК F27В 9/00, опубликовано 19.03.2020), содержащая барабанный дозатор, противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом 45° к горизонту, крышки противней, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металлического уголка, нагреватели, серьги и крепежные головки, установленные на крышках, нижний противень соединен с не электрифицированным модулем со щелевидными тепловыми камерами и щелевидными каналами, по которым пересыпаясь движется вермикулит для окончательного вспучивания, в каждом противне размещено по одному нагревателю из проволочного нихрома в виде зигзагообразного змеевика с двумя концами, соединенными с двумя крепежными головками, установленными по краям крышки, а серьги выполнены в виде плоских зацепов в верхней части для фиксации на крышке и округлых зацепов с замками в их нижней части, которыми они удерживают нагреватель под всей поверхностью крышки.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются барабанный дозатор, противни из огнеупорного материала, установленные под углом 45° к горизонту, крышки противней, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металлического уголка, нагреватели, серьги и крепежные головки, установленные на крышках, не электрифицированный модуль со щелевидными тепловыми камерами и щелевидными каналами, в каждом противне размещено по одному нагревателю из проволочного нихрома в виде зигзагообразного змеевика с двумя концами, соединенными с крепежными головками, установленными по краям крышки, серьги, выполненные в виде плоских зацепов для фиксации на крышке и округлых зацепов с замками, которыми они удерживают нагреватель под поверхностью крышки.
Указанная печь обладает следующим недостатком. Электрический зигзагообразный нагреватель в виде змеевика не обеспечивает равномерный нагрев огнеупорных поверхностей и движущегося по ним вспучиваемого вермикулита, так как любой участок огнеупорного основания в центральной части противня получает тепловое излучение от нагревателей не только расположенных над ним, но и от нагревателей, расположенных справа и слева от него. Участки по краям огнеупорных оснований, получают тепловое излучение от нагревателей, расположенных над ними и от соседних нагревателей, расположенных только справа или только слева. Поэтому вермикулиту, движущемуся по краям противня, тепловой энергии достается меньше, чем вермикулиту, движущемуся в центре.
3
Поэтому вермикулит, выходящий из печи, в центральной части нижнего противня вспучен полностью и имеет меньшую насыпную плотность, и может быть даже пережжённым, что делает его хрупким, а вермикулит, выходящий из печи по краям нижнего противня, остается частично недовспученным. Это означает, что в центральных частях противней происходит перерасход тепловой и следовательно, электрической энергии, что увеличивает удельную энергоемкость процесса обжига, измеряемую в Дж/м.
Второй недостаток заключается в конструкции барабанного дозатора, не предусматривающей регулирование подачи сырья без его излишнего количества, но и без его нехватки.
Заявляемая полезная модель направлена на снижение удельной энергоемкости обжига вермикулита путем устранения перерасхода тепловой энергии за счет использования зигзагообразного проволочного нагревателя с переменной длиной его отдельных П-образных участков, уменьшающейся от его краев к центральной части противней печи с заданным шагом.
Технический результат полезной модели заключается в снижении удельной энергоемкости процесса обжига вермикулита.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита содержит барабанный дозатор, противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные под углом 45° к горизонту с возможностью пересыпания вермикулита с одного на другой, обеспечивающим движение вспучивающегося вермикулита по огнеупорным поверхностям противней, крышки противней, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металла, нагреватели, серьги и крепежные головки, закрепленные на крышках, нижний противень печи соединен с дополнительным не электрифицированным модулем со щелевидными тепловыми камерами и щелевидными каналами, по которым, пересыпаясь, движется вермикулит для окончательного вспучивания, при этом в каждом противне размещен только один нагреватель, выполненный из проволочного нихрома в виде зигзагообразного змеевика с двумя концами, соединенными с двумя крепежными головками, установленными по краям крышки, серьги выполнены в виде зацепов в верхней части для фиксации на крышке и округлых зацепов с замками в нижней части, которыми они удерживают нагреватель под всей поверхностью крышки. Между зигзагообразным нагревателем и огнеупорным основанием противня имеется зазор, в котором движется вермикулит, подвергаясь высокотемпературному тепловому излучению и вспучивается. Нижний противень печи сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем, в котором выполнены термоизолированные щелевидные тепловые камеры, по которым с помощью вентилятора прокачивается горячий воздух, практически исключая тепловые потери из щелевидных каналов, по которым, пересыпаясь, движется вермикулит и окончательно вспучивается за счет теплообмена между мелкими, более нагретыми вермикулитовыми зернам с более крупными зернами. При этом каждый П-образный участок проволочного нагревателя каждого противня печи имеет длину, уменьшающуюся от его краев к центральной части с заданным шагом r, серьги, удерживающие П-образные участки по торцам, размещены с тем же шагом r, а барабанный дозатор снабжен регулировочной пластиной, обеспечивающей изменение зазора между барабаном и пластиной, чем достигается настройка подачи вермикулитового концентрата при переходе на обжиг с одной фракции сырья к другой и работа печи без избыточного количества сырья, но и без его нехватки.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что в каждый П-образный участок проволочных нагревателей противней печи имеет длину, уменьшающуюся от их краев к центральной части с заданным шагом r, серьги, удерживающие П-образные участки по торцам, размещены с тем же шагом r, а барабанный дозатор снабжен регулировочной пластиной, обеспечивающей изменение зазора между барабаном и пластиной, чем достигается настройка подачи вермикулитового концентрата при переходе на обжиг с одной фракции сырья к другой и работа печи без избыточного количества сырья, но и без его нехватки и, в конечном итоге, наименьшая удельная энергоемкость обжига вермикулита.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для обжига вермикулита с барабанным дозатором.
На фиг. 2 показан вид сбоку на противень.
На фиг. 3 показан вид А на нагреватель противня.
На фиг. 4 показана серьга для крепления нагревателя.
Электрическая печь для обжига вермикулита, фиг. 1, 2, 3 и 4, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата с барабаном 1, бункером 2,  регулировочной пластиной 3 и спусковым лотком 4, по которому вермикулитовый концентрат ссыпается на верхнюю часть верхнего противня 5. Внутри корпуса 6 печи под углом 45° с возможностью регулирования в пределах 40…50°, установлены последовательно верхний 5 и нижний 7 противни, внутри которых установлены нагреватели 8, а сверху установлены крышки 9, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металла. Между верхним 5 и нижним 7 противнями на верхнем противне 5 внизу установлен отбойник 10 из листового металла для обнуления скорости вспучиваемых частиц при переходе их на нижний противень 7, который сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем, в котором выполнены термоизолированные, в том числе и снаружи (на фиг. 1 наружная изоляция не показана), щелевидные тепловые камеры 11 с шириной, равной ширине противней 5 и 7 печи. Эти камеры 11 предназначены для прокачивания по ним горячего воздуха, поэтому они связаны трубопроводами 12 через всасыватели 13 с верхними частями верхнего 5 и нижнего 7 противней, где из-за температурной тяги выходит горячий воздух. В глубине дополнительного модуля выполнены щелевидные каналы 14.
Керамовермикулитовые плиты крышек 9 противней 5 и 7 окантованы сваренным между собой металлическим уголком 15, фиг. 2, соединенным с пластинами 16, вставленными в керамовермикулитовые плиты. Проволочный нагреватель 8, фиг. 1 и 2, закреплен под керамовермикулитовой плитой крышки 9 противня округлыми зацепами 17 серег и крепежными головками 18. Серьги удерживаются в отверстиях 19 керамовермикулитовой плиты за счет плоских зацепов 20, фиг. 2, 3 и 4. Для замыкания округлых зацепов 17 служит специальный замок 21, фиг. 4, выполненный, как и серьги из тонкого ленточного нихрома шириной 7…8 мм и толщиной 1 мм.
Крепежные головки 18 обеспечивают электрический контакт с двумя концами нагревателя 8 за счет резьбового соединения 22 с шайбой 23, фиг. 2 и 3, и подводящими электрическими кабелями (на фигурах не показаны).
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом. Вермикулитовый концентрат по лотку 4, в количестве, определяемом настройкой положения регулировочной пластины 3, поступает на огнеупорную поверхность верхнего противня 5. Противни 5 и 7, установленные под углом 40…50° к горизонту обеспечивают гравитационное движение частиц концентрата и вспучивающихся зерен вермикулита по их огнеупорным поверхностям в тепловом поле проволочного нагревателя 8, излучающего на них лучистую энергию. Крепежные головки 18, обеспечивают только электрический контакт между двумя концами нагревателя 8 в каждом противне.
Во зоне пересыпания вермикулита с верхнего 5 на нижний 7 противни для гашения скорости вермикулитового потока установлен отбойник 10, который заставляет зерна вермикулита остановиться и вновь разгоняться на нижнем противне 7, что увеличивает суммарное время обжига вермикулита.
Так как нижний противень 7 сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем, то частично не до вспученный вермикулит проходит по щелевидным каналам 14, в которых не до вспученные, в основном крупные зерна вермикулита, до вспучиваются и достигают минимальной плотности. Внутри модуля через термоизолированные щелевидные тепловые камеры 11 с шириной, равной ширине противней 5 и 7, с помощью вентилятора (на фиг. не показан) прокачивается горячий воздух, устраняя почти полностью тепловые потери из щелевидных каналов 14. Экспериментально доказанный эффект дополнительного модуля описан в работе [А.И. Нижегородов, А.В. Звездин. Исследование физической модели электрической печи для обжига вермикулита с «нулевым» модулем. Журнал «Новые огнеупоры», №6, Москва, 2016, с. 13–18].
Вентилятор через трубопроводы в нижней части дополнительного модуля высасывает горячий воздух («к вытяжке», фиг. 1) из трубопроводов 12 через всасыватели 13 из пространства зон пересыпания вермикулита, где из-за температурной тяги из противней выходит горячий воздух.
Между нагревателями 6 и огнеупорными основаниями противней 5 и 7 имеется зазор а, в котором и движется вспучивающийся вермикулит, подвергаясь обжигу, фиг. 2.
Барабанный дозатор за счет регулировочной пластины 3, обеспечивает изменение зазора между барабаном 1 и пластиной 3, чем достигается настройка подачи вермикулитового концентрата при переходе на обжиг с одной фракции сырья к другой и работа печи без избыточного количества сырья, но и без его нехватки.
Благодаря тому, что каждый П-образный участок проволочного нагревателя 8, фиг. 3, имеет длину, уменьшающуюся от его краев к центральной части с заданным шагом r, уменьшается суммарная длина нагревателя 8, а это значит, что в центральных частях противней, где длина нагревателей меньше, не происходит перерасхода тепловой и, следовательно, электрической энергии, что позволяет снизить ее расход и снизить удельную энергоемкость процесса обжига.
Так достигается технический результат полезной модели – снижение удельной энергоемкости процесса обжига вермикулита.