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 вермикулитовых концентратов (RU № 2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), содержащая плоские противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные друг по отношению к другу под углом, обеспечивающем пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней, отличающаяся тем, что противни снабжены крышками со съемными элементами с выступами, формирующими ребристую поверхность крышек, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установлены на ребро и размещены под крышками на поверхности противней продольно так, что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противень, выполненный из огнеупорного материала, электрические нагреватели, размещенные под крышкой, и крышка.
3
Указанная печь обладает следующим недостатком. Ленточные нагреватели, установленные на ребро и образующие продольные камеры со стенками из них высотой, как правило, 8 – 10 мм. В зонах пересыпания вспучивающегося вермикулита с одного противня на другой в этих камерах между стенками образуется скученность зерен, которые располагаются в несколько слоев, что постоянно приводило к перегреву и перегоранию нагревателей из-за резкого снижения отвода от них тепла в этих зонах. Поэтому приходилось ограничивать подачу концентрата в печь до уровня, при котором скученность образовывалась незначительная, но это не позволяло увеличить производительность печи 1,5 – 1,7 м/час. Из-за наличия камер пропускная способность печи по подаче концентрата была ограничена.
Известна так же 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, обеспечивающем 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 зазора.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни и термокрышки, установленные под углом и выполненные из огнеупорного материала, электрические нагреватели, размещенные под крышками и образующие зазор относительно огнеупорной поверхности противня, и головки для закрепления нагревателей с одной стороны.
Указанная печь обладает следующим недостатком. В зонах пересыпания вспучивающегося вермикулита с одного противня на другой, где скорость зерен еще равна нулю и они только начинают движение под углом по огнеупорной поверхности противня, в зазорах между нагревателями и огнеупорным основанием противней образуется скученность зерен, которые располагаясь в несколько слоев, перекрывают упомянутый зазор, что приводит к контакту с вермикулитом, к перегреву и перегоранию нагревателей из-за резкого снижения отвода от них тепла в этих зонах. И хотя в рассматриваемой печи ее пропускная способность по концентрату, подаваемому дозатором несколько больше, чем в выше рассмотренном аналоге, так как здесь отсутствуют камеры, подачу концентрата в печь все же следует ограничивать до уровня, при котором скученность вермикулитовых зерен не приводила бы к перегоранию нагревателей. Это ограничение не позволяет существенно повысить производительность печи.
В качестве прототипа принята 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, и головки для закрепления нагревателей с одной стороны.
Указанная печь обладает тем же недостатком. В зонах пересыпания вспучивающегося вермикулита с одного противня на другой, где скорость зерен еще равна нулю и они только начинают движение под углом по огнеупорной поверхности противня, в зазорах между нагревателями и огнеупорным основанием противней образуется скученность зерен, которые располагаясь в несколько слоев, перекрывают упомянутый зазор, что приводит к контакту с вермикулитом, к перегреву и перегоранию нагревателей в этих зонах. И хотя в рассматриваемой печи ее пропускная способность по концентрату, подаваемому дозатором больше, чем в первом аналоге из-за отсутствия камер, подачу концентрата в печь все же следует ограничивать до такого уровня, при котором скученность вермикулитовых зерен не приводила бы к перегоранию нагревателей. Это ограничение не позволяет существенно повысить производительность печи.
Заявляемая полезная модель направлена на создание электрической печи с существенно повышенной производительностью за счет увеличения зазора в зоне пересыпания и повышения пропускной способности печи по количеству концентрата, подаваемого дозатором.
Технический результат полезной модели заключается в существенном повышении производительности электрической печи для обжига вермикулита (в два-три раза) за счет увеличения зазора в зоне пересыпания и пропускной способности печи по количеству концентрата.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата, размещенный в верхней части корпуса печи, два противня, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом к горизонту, обеспечивающим движения частиц вермикулитового концентрата и вспучивающихся зерен вермикулита по огнеупорным поверхностям противней под действием тяготения (40…50°), крышки противней, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металлического уголка, проволочные (с круглым сечением) электрические нагреватели (далее нагреватели), размещенные и закрепленные под крышками на хомутиках и на крепежных головках, установленных на крышках. Между нагревателями и огнеупорным основанием противня имеется зазор, в котором движется вермикулит, подвергаясь температурному излучению в 725…760 °С. В зоне пересыпания между верхним и нижним противнями на верхнем противне для гашения скорости вермикулитового потока установлен отбойник, который заставляет зерна вермикулита вновь разгоняться на нижнем модуле, что увеличивает совокупное время обжига, а нижний противень сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем с ломаным корпусом, внутри которого размещены термоизолированные щелевидные тепловые камеры с шириной, равной ширине противней печи, по которым, с помощью вытяжного вентилятора просасывается горячий воздух, исключая тепловые потери из щелевидных каналов, по которым пересыпаясь движется вермикулит и окончательно  вспучивается за счет теплообмена между мелкими, более разогретыми вермикулитовыми зернами с более крупными зернами.
При этом нагреватели противней установлены с упомянутым зазором, уменьшающимся от верхней части противня к нижней, величина зазора в верхней части под крепежными головками максимальна и такова, что исключается контакт вермикулита или концентрата с нагревателями и их перегорание из-за снижения отвода от них тепла в этих зонах, а величина зазора в нижней части противня не меньше размера наиболее крупных зерен вермикулита, концентрат которого подвергается предварительному фракционированию перед подачей на обжиг в печь, что исключает заклинивание вспучивающихся зерен. Крепежные головки установлены непосредственно на металлическом уголке окантовки керамовермикулитовых плит вплотную к ним для устранения не прикрытых крышками участков нагревателей и исключения потерь излучаемой на этих участках тепловой энергии. В крепежных головках с торца выполнены отверстия, в которые вставлены загнутые концы нагревателей и закреплены в них болтам, а хомутики, поддерживающие нагреватели и обеспечивающие заданный переменный по длине зазор, имеют различную и соответствующую месторасположению длину.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что зазор между нагревателями и огнеупорным основанием противня уменьшается от верхней его части к нижней, крепежные головки установлены на металлическом уголке окантовки вплотную к керамовермикулитовым плитам для устранения не прикрытых крышками участков нагревателей, в них с торца выполнены отверстия, в которые вставлены загнутые концы нагревателей и закреплены болтам, а хомутики, поддерживающие нагреватели и обеспечивающие заданный зазор, имеют различную и соответствующую их месторасположению длину.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для обжига вермикулита.
На фиг. 2 показан увеличенный продольный разрез противня.
Электрическая печь для обжига вермикулита (далее печь), фиг. 1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1 со спусковым лотком 2, размещенный в верхней части корпуса 3 печи. Внутри корпуса 3 под углом 45° с возможностью регулирования в пределах 40…50°, установлены последовательно верхний 4 и нижний 5 противни, включающие нагреватели 6 и крышки 7, выполненные из керамовермикулитовых плит. Между верхним 4 и нижним 5 противнями на верхнем противне 4 установлен отбойник 8, а нижний противень 5 сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем 9 с ломаным корпусом, в котором размещены термоизолированные, в том числе и снаружи (на фиг. наружная изоляция условно не показана), щелевидные тепловые камеры 10 с шириной, равной ширине противней 4 и 5 печи. Эти камеры 10 предназначены для прокачивания по ним горячего воздуха, поэтому они связаны трубопроводом 11 через всасыватель 12 с пространством зоны пересыпания вермикулита в верхнего 4 на нижний 5 противнень, где из-за температурной тяги выходит горячий воздух. В глубине дополнительного модуля 9 выполнены щелевидные каналы 13.
Керамовермикулитовые плиты крышек 7 окантованы сваренным между собой металлическим уголком 14, соединенным с пластинами 15, вставленными в пазы керамовермикулитовых плит и удерживающими их.
Проволочные нагреватели 6, размещены и закреплены под крышками 7 на хомутиках 16 и на крепежных головках 17, установленных на крышках 7.
Крепежные головки 17 установлены непосредственно на металлическом уголке 14 окантовки керамовермикулитовых плит максимально близко к ним для устранения не прикрытых крышками 7 участков нагревателей 6 для исключения потерь излучаемой на этих участках тепловой энергии. В самих крепежных головках 17 с торца выполнены отверстия, в которые вставлены загнутые концы нагревателей 6 и закреплены в них болтами 18. Стрелкой показана подача концентрата.
Между нагревателями 6 и огнеупорным основанием противня 4 или 5 имеется зазор, уменьшающийся от верхней части противня (зазор а) к нижней (зазор б). Величина зазора а в верхней части противня под крепежными головками 17 максимальна, а величина зазора б в нижней части под нагревателем 6 минимальна. При этом хомутики 16, поддерживающие нагреватели и обеспечивающие заданный переменный по длине зазор от а до б, имеют различную и соответствующую своему местоположению длину.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом, фиг. 1 и 2. Барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1 подает его по спусковому лотку 2 на верхнюю часть огнеупорной поверхности противня 4. Так как в этой первой зоне пересыпания в противень 4 поступают плоские частицы вермикулитового концентрата, то зазор а здесь может быть немного меньше зазора а на втором нижнем противне 5. Установленные под углом 40…50° к горизонту противни 4 и 5 обеспечивают движение частиц вермикулитового концентрата, а в последствии и начинающих вспучиваться зерен вермикулита по огнеупорным поверхностям противней под действием сил тяжести в тепловом поле проволочных нагревателей 6, излучающих энергию в тепловой части спектра, размещенных и закрепленных под крышками 7 на хомутиках 16 и крепежных головках 17. Крепежные головки 17 установлены непосредственно на металлическом уголке 14 окантовки керамовермикулитовых плит крышек 7 максимально близко к плитам для устранения не прикрытых крышками участков нагревателей 6 и исключения потерь излучаемой на этих участках тепловой энергии.
Во второй зоне пересыпания между верхним 4 и нижним 5 противнями на верхнем противне 5 для гашения скорости вермикулитового потока установлен отбойник 8, который заставляет зерна вермикулита остановиться и вновь разгоняться на нижнем противне 5, что увеличивает совокупное время обжига вермикулита.
3
3
3
3
Так как нижний противень 5 сопряжен с дополнительным не электрифицированным модулем 9, имеющим ломаный корпус, то частично не до вспученный вермикулит поступает в дополнительный модуль 9 (например, он должен был бы иметь насыпную плотность на выходе из печи 96 кг/м, но поступает в дополнительный модуль 9 с плотностью 108 кг/м,то есть с недостающей разницей в плотностях12 кг/м). Внутри модуля 9 через термоизолированные щелевидные тепловые камеры 10 с шириной, равной ширине противней печи, с помощью вытяжного вентилятора (на фиг. не показан) просасывается горячий воздух, исключая тепловые потери из щелевидных каналов, 13 по которым пересыпаясь движется вермикулит и окончательно  вспучивается за счет теплообмена между мелкими, более разогретыми вермикулитовыми зернам с более чуть не до вспученными крупными зернами. 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]. Поэтому эти недостающие 12 кг/м (и даже более) восполнит дополнительный модуль 9, который частично экономит потребляемую печью электроэнергию.
Вытяжной вентилятор через трубопроводы в нижней части модуля 9 высасывает горячий воздух («к вытяжке», фиг. 1) из трубопровода 11 через всасыватель 12 из пространства второй зоны пересыпания вермикулита где из-за температурной тяги в противне 5 выходит горячий воздух.
Между нагревателями 6 и огнеупорным основанием противня 4 или 5 имеется зазор, уменьшающийся от верхней части противня (зазор а) к нижней (зазор б), фиг. 2. Величина зазора а в верхней части противня под крепежными головками 17 максимальна, а величина зазора б в нижней части под нагревателем 6 минимальна. При этом хомутики 16, поддерживающие нагреватели и обеспечивающие заданный переменный по длине зазор от а до б, имеют различную и соответствующую своему местоположению длину.
На фиг. 2 фрагментарно показано распределение массива вермикулита, например на нижнем противне 5, по мере его движения сверху вниз. Если в зазоре а под крепежной головкой 17 зерна располагаются в три слоя и еще остается некоторый запас, исключающий контакт вермикулита с нагревателями 6, то по мере разгона зерен под уклон толщина движущегося вермикулитового потока постепенно становится двухслойной, а к моменту подхода зерен к нижней части противня 5 в районе зазора б, поток вермикулита становится однослойным и даже возникают небольшие промежутки между отдельными зернами. И на всем протяжении вермикулитового потока сохраняется некоторый запас, исключающий контакт вермикулита с нагревателями 6, а это исключает перегорание нагревателей 6 при том, что по сравнению, например, с первым аналогом, где зерна от самого верха движутся в один слой.
Если в зоне с зазором а располагается три ряда зерен, то это предполагает, что пропускную способность печи по подаче концентрата барабанным дозатором 1, фиг. 1, можно увеличить втрое, не опасаясь перегораний нагревателей и отказов печи по этой причине. А это означает и возможность увеличить производительность печи втрое.
Однако, если поток вермикулитового концентрата будет утроен, может не хватить мощности теплового излучения нагревателей 6, поэтому печь должна обладать возможностью регулирования силы тока в цепи последовательно соединенных нагревателей 6.
Так достигается технический результат полезной модели – существенное повышение производительности электрической печи для обжига вермикулита.