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 получения вспученного вермикулита из вермикулитовых концентратов (RU №179059, МПК F27B 9/06, опубликовано 25.04.2018), содержащая противни из огнеупорного материала, раму, электрические нагреватели, вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом, цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с ее противоположных сторон, ролики, размещенные в направляющих рамы, крепежные головки для электрических нагревателей и термокрышки. Противни выполнены из диэлектрического огнеупорного материала, размещены на раме под подовыми плитами вибрационной подовой платформы с зазором, выполненными из жаростойкой стали, на поверхностях противней уложены электрические нагреватели, закрепленные со стороны эксцентрикового привода на крепежных головках, а термокрышки установлены над подовыми плитами с зазором. Кроме того печь содержит три барабанных дозатора для подачи концентрата на подовые плиты.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противень, рама, электрические нагреватели, термокрышка, эксцентриковый привод, вибрационные платформы (аналог подвижного основания в заявляемой ПМ), пружины, установленные с их противоположных сторон, крепежные головки для электрических нагревателей и три барабанных дозатора, по числу вибрационных платформ.
Указанная печь обладает следующими недостатками. Первый - это сложность конструкции, связанная с использованием трех дозаторов вермикулитового концентрата, каждый из которых, к тому же, имеет собственный привод. А это не только усложнение конструкции, но и удорожание печи в изготовлении. Второй связан с необходимостью точной настройки угловой скорости вращения барабанов дозаторов на одинаковое значение, в противном случае подачи концентрата дозаторами не будут равными. Третий недостаток обусловлен большими инерционными нагрузками, передающимися от массивной платформы с тремя подовыми плитами, раскачивающимися синхронно. Эти нагрузки передаются на раму печи и все другие ее элементы и что бы их снизить конструкция печи должна быть весьма массивной и устанавливаться на массивном фундаменте.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулита (RU №169510, МПК F27B 9/06, опубликовано 21.03.2017), содержащая противни, установленные под углом, крышки и нагреватели, выполненные в виде лент, установленные на ребро, размещенные под крышками и закрепленные на головках. Кроме того печь содержит бункеры, единое подвижное подпружиненное с обеих сторон основание с эксцентриковым приводом, противни, расположенные на основании один за другим, нагреватели, закрепленные на головках консольно и установленные продольно над поверхностями противней, лотки с двумя стенками, параллельными поверхностям противней, закрепленные на них со стороны консолей нагревателей, бункеры имеют прорези и вертикальные заслонки со стороны лотков и горизонтальные пластины, являющиеся днищами бункеров и входящими своими концами в пространство между параллельными стенками соответствующих лотков, верхние поверхности верхних стенок которых выполнены с направленной в сторону противней насечкой.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, крышки, нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на головках, бункеры, эксцентриковый привод и подвижные основания, подпружиненные с обеих сторон.
Указанная печь обладает похожими недостатками. Первый – это сложность конструкции, связанная устройством бункеров, выполняющих роль дозаторов без приводов, а именно: бункеры имеют прорези и вертикальные заслонки со стороны лотков и горизонтальные пластины, являющиеся днищами бункеров и входящими своими концами в пространство между параллельными стенками соответствующих лотков, верхние поверхности верхних стенок которых выполнены с направленной в сторону противней насечкой. Второй связан с невозможностью обеспечить одинаковую подачу вермикулитового концентрата на противни, так как дозирование производится за счет захвата насечками частиц концентрата. Количество захваченных частиц раз от раза будет изменяться, особенно, если в массиве концентрата будут находиться переувлажненные или даже мокрые локальные объемы, что часто случается в реальных условиях производства. Третий недостаток то же, что и у предыдущего аналога - это большие инерционные нагрузки.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулита (RU №169366, МПК F27B 9/06, опубликовано 15.03.2017), содержащая противни с крепежными головками и крышками, нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на крепежных головках, противни установлены параллельно один над другим, выполнены в виде подвижных относительно нагревателей оснований, установленных на телах качения, печь снабжена вертикальным валом с эксцентриками, расположенными на разных уровнях, соответствующих положению противней и повернутыми относительно друг друга на 120°, эксцентрики сопряжены с размещенными в направляющих цилиндрах толкателями и соединены пружинами с подвижными основаниями, а тела качения установлены на направляющих полозьях; при этом печь снабжена расположенным на ней барабанным дозатором со специальными лотками, содержащими разделители, обеспечивающим иподачу вермикулитового концентрата на поверхности противней.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, крепежные головки, крышки, нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные с помощью крепежных головок на них, подвижные основания с углом между ними 120°, установленные на телах качения в направляющих, вертикальный вал, эксцентрик, толкатели, размещенные в направляющих цилиндрах и соединенные пружинами с подвижными основаниями, дозатор и лотки, обеспечивающие подачу вермикулитового концентрата на поверхности противней.
Указанная печь, обладает недостатком, который состоит в том, что при использовании барабанного дозатора никакими специальными лотками с разделителями потоков невозможно точно подать равные потоки и равномерно распределить вермикулитовый концентрат по поверхностям противней, установленных один над другим. Очевидно, что на каждом из противней окажется не одинаковое количество вспучивающегося вермикулита, к тому же с одной из сторон каждого из противней окажется больше вермикулита, чем с противоположной стороны. В то же время, тепловое излучение на нагревателях каждого из противней одинаковое и одинаково распределено по ширине противней. А это означает, что неизбежно будут возникать потери тепловой энергии с тех сторон, где вермикулита окажется меньше, снизится по сравнению с максимально возможной производительность печи, как по причине неравномерного распределения вермикулита по ширине противней, так и по причине недовспученности с той стороны, где вермикулита окажется больше.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении производительности за счет точной подачи дозатором одинаковых потоков вермикулитового концентрата на каждый из противней и равномерное распределение вспучиваемого вермикулита по их ширине.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита, содержащая три закрепленных на общей раме подвижных основания с углом между ними 120°, на которых установлены противни с крепежными головками и крышками, нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на них с помощью крепежных головок, вертикальный вал с эксцентриком, сопряженным с толкателями, размещенными в направляющих цилиндрах и соединенными пружинами с подвижными основаниями и дозатор с лотками, при этом подвижные основания установлены на телах качения в направляющих, имеющих с каждой стороны пружины, согласно полезной модели, основания с противнями установлены с примыканием друг к другу сторонами, на которых установлены толкатели, при этом дозатор установлен над зоной примыкания подвижных оснований, выполнен роторным в виде совмещенного с бункером трубчатого ротора, размещенного в подшипниковом узле, при этом на роторе закреплены лопасти, а внутри дозатора соосно ротору на стойках закреплен цилиндр, выполненный с возможностью изменения его положения по высоте для регулирования объема порции вермикулита, подаваемого на противни, при этом стойки приварены к вертикальному винту, а в днище дозатора выполнены дугообразные прорези, сообщенные с лотками для подачи вермикулита на противни.
При вращении ротора с девятью-двенадцатью лопастями с угловой скоростью 0,2…0,5 об/с, его лопасти захватывают, осыпающийся и выходящий в виде конуса с углом естественного откоса из цилиндра вермикулитовый концентрат и выталкивают его через дугообразные прорези в лотки, по которым концентрат поступает на противни подвижных оснований и движется по ним стационарным потоком, где и вспучивается за счет теплового излучения нагревателей. Поданный вермикулитовый концентрат пополняется за счет концентрата, накапливаемого в бункере, совмещенном с трубчатым ротором, через который он и поступает в цилиндр, изменение положение по высоте которого за счет винта, позволяет увеличить или уменьшить порции выталкиваемого лопастями через дугообразные прорези вермикулитового концентрата. Этим обеспечивается настройка печи на оптимальную производительность, при которой вермикулит, на выходе их нее будет иметь минимальную плотность при максимальном вспучивании.
Точная подача роторным дозатором одинаковых потоков вермикулитового концентрата на каждый из трех противней обеспечивается равными по размерам дугообразными прорезями в днище дозатора при постоянной частоте вращения ротора. Равномерное распределение вспучиваемого вермикулитового концентрата по ширине каждого из противней достигается медленным вращением ротора дозатора и частым выталкиванием через дугообразные прорези в лотки небольших и примерно равных порций концентрата. За счет точной подачи, обеспечивающей одинаковые потоки вспучиваемого вермикулита и равномерного распределения вермикулитового концентрата по ширине каждого из противней, уменьшаются, по сравнению с прототипом, потери тепловой энергии и увеличивается производительность печи.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются основания с противнями, установленные с примыканием друг к другу сторонами, на которых установлены толкатели, при этом дозатор установлен над зоной примыкания подвижных оснований, выполнен роторным в виде совмещенного с бункером трубчатого ротора, размещенного в подшипниковом узле, при этом на роторе закреплены лопасти, а внутри дозатора соосно ротору на стойках закреплен цилиндр, выполненный с возможностью изменения его положения по высоте для регулирования объема порции вермикулита, подаваемого на противни, при этом стойки приварены к вертикальному винту, а в днище дозатора выполнены дугообразные прорези, сообщенные с лотками для подачи вермикулита на противни.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана электрическая печь для обжига вермикулита (соседние модули обжига условно развернуты на 180°).
На фиг. 2 показан вид сверху на электрическую печь для обжига вермикулита.
На фиг. 3 показан вид сверху на дно дозатора.
На фиг. 4 показан фрагмент роторного дозатора в месте выталкивания лопастями вермикулитового концентрата в лотки.
Электрическая печь для обжига вермикулита, фиг. 1, содержит три однофазных модуля обжига, собранных на единой раме 1. В состав каждого модуля обжига входят подвижные основания 2, установленные на телах качения 3, которые, в свою очередь, установлены в направляющих 4. Подвижные основания 2 слева и справа имеют предварительно поджатые пружины 5 и 6, которые могут дополнительно поджиматься или разжиматься винтами 7. Вертикальный вал, размещенный в подшипниковом узле 8, имеет эксцентрик 9 и шкив, соединенный ремнем с валом приводного двигателя 10. Эксцентрик 9 сопряжен с толкателями, установленными в направляющих цилиндрах и соединенными с предварительно поджатыми пружинами 11, которые, в свою очередь, соединены с подвижными основаниями 2, на которых закреплены противни 12.
Нагревательная система модулей обжига состоит из нагревателей 13, выполненных, например, их полосового нихрома и установленных на ребро для большей жесткости под крышками 14 продольно к колебательному движению подвижных оснований 2. С помощью крепежных головок 15, выдерживается параллельность нагревателей 13 и постоянство расстояния между соседними их полосами.
В состав печи входит роторный дозатор вермикулитового концентрата. Он содержит бункер 16, совмещенный с трубчатым ротором 17, расположенным в подшипниковом узле 18. На роторе 17 закреплены лопасти 19, а внутри дозатора соосно ротору на стойках 20 закреплен цилиндр 21. Ротор 17 своим шкивом связан со шкивом приводного мотор-редуктора 22. Стойки 20 приварены к винту 25, который при вращении изменяет положение цилиндра 21 по высоте. В днище роторного дозатора выполнены прорези 23, которые сообщаются с каждая со своим лотком 24.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом. Сначала нагревательные системы всех трех модулей обжига подключают к электрической сети и дают накалиться нагревателям 13 до температуры 720…800°С в зависимости от вида и крупности вермикулитового концентрата, подлежащего обжигу и вспучиванию.
Далее запускается мотор-редуктор 22 и начинается медленное вращение ротора 17 с угловой скоростью 0,2…0,4 об/с. При этом девять-двенадцать лопастей 19 (скорость вращения и количество лопастей 19 определяются диаметром корпуса дозатора)выхватывают из конуса вермикулитового концентрата, выходящего из цилиндра 21 под углом естественного откоса, небольшие его порции и выталкивают их через дугообразные прорези 23 в днище дозатора в лотки 24. По этим лоткам вермикулитовый концентрат поступает на противни 12 подвижных оснований 2 и движется по ним стационарным потоком, где и вспучивается за счет теплового излучения нагревателей 13. Это движение обеспечивается за счет колебаний подвижных оснований 2, которые возбуждаются эксцентриком 9, задающим возвратно-поступательное движение толкателям, а через пружины 11 и подвижным основаниям 2. Сам эксцентрик 9 приводится во вращение вертикальным валом, размещенным в подшипниковом узле 8 за счет приводного двигателя 10.
Бункер 16 по мере его опорожнения периодически пополняется новым сырьевым материалом.
o
На фиг. 3 показан вид сверху на днище дозатора и обозначены его основные размеры: внутренний диаметр корпуса D, средний диаметр по осям дугообразных прорезей 23 в днище d, ширина прорезей в, ширина лотков В и перемычка a, отделяющая прорези одного лотка от другого. Что бы у стенок не накапливался сырьевой материал, отношение (D-d)/2 должно быть минимизировано. Размер перемычки а так же должен быть минимальным, что бы порции материала, выталкиваемые с этих участков не оказывали существенного влияние на его распределение по ширине лотков В.
Так как размеры всех трех дугообразных прорезей 23 одинаковы, а они соразмерны своим лоткам 24, а те, в свою очередь, имеют ширину В, фиг. 3, соразмерную ширине противней 12, фиг. 2, то за один оборот ротора 17 на каждый из противней 12 модулей обжига печи поступают одинаковые порции вермикулитового концентрата. Равномерное и медленное вращение лопастей 19 и их большое количество, обеспечивают выталкивание концентрата с минимальной скоростью, что позволяет концентрату равномерно распределиться по ширине противней 12. Таким образом на каждом из противней 12 идут равные по величине потоки вспучивающегося вермикулита, при этом вермикулит равномерно распределен по ширине. Из-за того, что на противнях 12 не образуются скопления и пустоты движущегося вермикулита ни с одной из сторон, создаются условия уменьшения потерь тепловой энергии, которая в основном поглощается вермикулитом по всей площади противней 12.
Подачу вермикулитового концентрата в модули обжига можно регулировать путем изменения размеров его конуса. Для этого цилиндр 21, через стойки 20 закрепленный на вертикальном винте 25, можно опускать или поднимать, изменяя объем порции выхватываемого лопастями 19 концентрата, определяемого площадью S, обозначенную на фиг. 4 штриховкой.
3
В соответствии со схемой, приведенной на фиг. 6, объем вермикулитового концентрата, подаваемый дозатором за один оборот ротора 17, будет равен, м:
o
V=0,5⋅ce⋅2π(R-0,25 с)⋅m,
где 0,5⋅се - площадь заштрихованной области, примерно равная половине площади лопасти, с и е - размеры лопасти, (R-0,25с) - радиус вращения по центру тяжести заштрихованной области, m - количество лопастей.
Если, например, цилиндр 21 немного поднять, то заштрихованная площадь S увеличится, увеличится объем вермикулитового концентрата, подаваемый дозатором за один оборот ротора 17, а следовательно увеличатся подача концентрата и производительность печи.
С помощью точного распределения потоков концентрата по противням 12 и настройки дозатора на максимальную его подачу, при которой вермикулит полностью вспучивается, создаются условия для достижения максимальной производительности печи.
Так достигается технический результат полезной модели - увеличение производительности за счет точной подачи дозатором одинаковых потоков вермикулитового концентрата на каждый из противней и равномерное распределение вспучиваемого вермикулита по их ширине.