Электрическая барабанная печь

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для вспучивания вермикулитовых концентратов и термообработки различных сыпучих материалов.
Известна электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №101789, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.01.2011), содержащая противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные под углом друг к другу, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней под крышками, перфорированные всасыватели, закрепленные продольно по отношению к верхним торцевым частям противней и бункер-осадитель с вытяжным вентилятором.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются электрические нагреватели, размещенные под крышкой, крышка и бункер.
Вспучиваемый вермикулит в такой печи движется по поверхностям наклонных противней под действием тяготения, поэтому скорость его частиц в верхней части противней равна нулю, а в нижней - максимальна. В верхней части противня концентрация вспучивающихся частиц максимальна и между ними почти нет пустот и здесь они плотно прилегают друг к другу, поэтому получают максимум теплового излучения. Частицы в центральной части противня, получают уже меньше теплового излучения, так как по мере движения их скорость возрастает, а пустоты увеличиваются, концентрация вспучивающихся частиц снижается и в нижней части противня концентрация становится минимальной, а среднее расстояние между частицами становится намного больше размеров самих частиц. Поэтому в средней и особенно в нижней частях противня из-за пустот значительная часть теплового излучения, идущего от электронагревателей вермикулитом, не поглощается, а нагревает воздух, движущийся в пространстве под крышкой навстречу потоку вермикулита из-за перепада температур в нижней и верхней частях противня, нагревает огнеупорное основание и крышку. Большая часть этой теплоты рассеивается за пределы пространства между крышкой и противнем, т. е. в пространство корпуса печи, а потом и в окружающую среду. Таким образом, ускоренное движение вспучивающихся частиц вермикулита под действием, вызывающее образование все более и более возрастающих пустот между ними, является причиной потерь тепловой энергии.
Увеличить же подачу вермикулитового концентрата невозможно, так как это приводит к его скоплению в верхних частях противней, перекрытию электрических нагревателей, их теромоизоляции, что резко уменьшает отвод теплоты с их поверхностей, локальный перегрев и перегорание. По этой причине такая печь обладает низкой производительностью.
Известна так же электрическая печь с вибрационной подовой платформой (RU №166554, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.11.2016), содержащая раму, противень из огнеупорного материала, электрические нагреватели и термокрышку, горизонтальную вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом (благодаря колебаниям которой вспучиваемый вермикулит движется в одну сторону сплошным и плотным потоком без пустот между его зернами), цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с противоположных сторон платформы, снабженной роликами, размещенными в направляющих рамы, противень, установленный на платформе, термокрышку, закрепленную на раме шарнирно над противнем с возможностью открывания до 180°, крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, закрепленные на одной стороне термокрышки и блоки с проточкам из жаростойкой стали для удержания электрических нагревателей в натянутом состоянии, установленные на другой ее стороне в горизонтальной плоскости, посаженые на термостойкие втулки из диэлектрического материала, которые через траверсы и стальные канатики соединены с вертикально висящими грузами, канатики пропущены через другие блоки, имеющие диэлектрические втулки, посаженные на горизонтальную ось, закрепленную на термокрышке.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, электрические нагреватели и термокрышка.
Указанная печь обладает следующими недостатками. Во-первых, она содержит сложную систему крепления и поддержания в натянутом состоянии электрических нагревателей. Во-вторых, содержит вибрационную подовую платформу, установленную на роликах, с эксцентриковым механизмом и приводом, цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с противоположных сторон платформы. Кроме того, печь имеет второй привод барабанного дозатора, подающего вермикулитовый концентрат на противень подовой платформы. Еще одним недостатком является то, что при колебаниях подовой платформы возникают значительные инерционные нагрузки, которые могут возбуждать неконтролируемые колебания нагревательных элементов, элементов металлоконструкции печи на суб- и супергармониках.
Кроме того, при колебаниях платформы частицы вспучивающегося вермикулита движутся относительно поверхности, истираются с образованием пыли и частично ломаются.
В качестве прототипа выбрана электрическая барабанная печь (RU №182943, МПК F27B 9/06, С04В 20/06, опубликовано 06.09.2018), содержащая раму, электрические нагреватели, бункер с термокрышкой, под которой закреплены электрические нагреватели, и барабанный дозатор с приводом, закрепленный на раме, термобарабан, размещенный внутри термоизолированного со всех сторон бункера, на поверхности которого выполнены поперечные прорези, вал термобарабана установлен в подшипниках, вынесенных за стенки бункера, связан клиноременной передачей с приводом барабанного дозатора, термокрышка имеет цилиндрическую форму, установлена в верхней части бункера над верхней частью термобарабана, а лоток барабанного дозатора сопряжен с поверхностью термобарабана в его верхней части.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, электрические нагреватели, термокрышка цилиндрической формы, под которой закреплены электрические нагреватели, привод, установленный на раме, термобарабан, на поверхности которого выполнены поперечные прорези, вал термобарабана, установленный в подшипниках (подшипниковых узлах), вынесенных за пределы, передача, термокрышка, установленная над верхней частью термобарабана, и лоток, сопряженный с поверхностью термобарабана.
Указанная печь обладает следующими недостатками.
Печь содержит барабанный дозатор, который является отдельным агрегатом, усложняющим конструкцию печи.
Печь характеризуется низкой производительностью, так как система дозирования приспособлена для подачи сырья (вермикулитового концентрата или другого сыпучего материала) только на один термобарабан и не позволяет увеличить производительность печи.
Технический результат полезной модели заключается в повышении производительности электрической барабанной печи за счет изменения системы дозирования сырья и установки дополнительных термобарабанов.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая барабанная печь для термообработки сыпучих материалов, содержащая раму, с установленным на ней приводом, закрепленные на раме термобарабаны с валами, установленными в вынесенных за пределы рамы подшипниках, термокрышку с электрическими нагревателями, установленную над верхней частью термобарабана, лотки, сопряженные с поверхностью термобарабанов и бункеры, согласно полезной модели, термобарабаны с сопряженными лотками установлены в два вертикальных ряда - по три один над другим, термокрышки снабжены креплениями для изменения их положения, верхний, средний и нижний бункеры соединены между собой каналами и закреплены резьбовыми креплениями для изменения их положения, а привод снабжен звездочками для отдельного противоположного вращения каждого из рядов термобарабанов, соединенными цепными передачами с валами термобарабанов каждого из рядов.
В центральной части рамы расположены верхний, средний и нижний бункеры сырья, каждый из которых имеет левый и правый лотки, которые сопряжены с регулируемыми зазорами с термобарабанами левого и правого ряда соответственно. Верхний бункер соединен каналом со средним бункером, а средний бункер соединен каналом с нижним бункером. Все бункеры прикреплены к горизонтальным балкам рамы с помощью резьбовых креплений, благодаря которым можно изменять их положение по вертикали, что бы регулировать соответствующие зазоры для настройки такой подачи сырья, при которой движение вспучиваемого вермикулита и других сыпучих материалов идет на термобарабанах сплошным и плотным потоком без пустот между их частицами или гранулами в тепловом поле электрических нагревателей термокрышек и обеспечивается максимальная производительность барабанной печи. При заполнении сырьевым материалом прорезей термобарабанов в зависимости от величины зазоров между лотками и поверхностями термобарабанов, которые отрегулированы на немного избыточную подачу для того, что бы сыпучий материал шел на термобарабане сплошным и плотным потоком без пустот между их частицами или гранулами, часть этого материала полностью не укладывается в прорези и ссыпается в нижерасположенный бункер или нижний ящик. Но так как ссыпающихся излишков недостаточно для полноценного дозирования и наполнения прорезей термобарабанов, от верхнего бункера к среднему, а также от среднего к нижнему ведут упомянутые каналы, по которым и поступает основная масса сырьевого материала.
Привод, содержащий мотор-редуктор, регулируемый по скорости вращения и снабженный звездочкой, соединен зубчатой передачей с другой звездочкой, которые, противоположно вращаясь с равными угловыми скоростями, передают вращение цепными передачами одна на термобарабаны левого ряда, вторая на термобарабаны правого ряда, обеспечивая им одинаковую угловую скорость при противоположном вращении.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются термобарабаны с сопряженными лотками установлены в два вертикальных ряда по три один над другим, термокрышки снабжены креплениями для изменения их положения, верхний, средний и нижний бункеры соединены между собой каналами и закреплены резьбовыми креплениями для изменения их положения, а привод снабжен звездочками для отдельного противоположного вращения каждого из рядов термобарабанов, соединенными цепными передачами с валами термобарабанов каждого из рядов.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана электрическая барабанная печь.
На фиг. 2 показаны увеличенные термокрышка с электрическими нагревателями, фрагмент термобарабана и лотка.
На фиг. 3 показан фрагмент комплекта электрических нагревателей (вид А по фиг. 1).
Электрическая барабанная печь (фиг. 1) содержит раму 1, которая со всех сторон закрыта быстросъемными панелями 2 с двойными стенками, заполненными термоизолирующим материалом (на фиг. 1 названные панели условно сняты, показан только фрагмент панели 2). На горизонтальных балках рамы 1 закреплены подшипниковые узлы 3 термобарабанов 4 левого ряда и термобарабанов 5 правого ряда. При этом концевые части валов указанных термобарабанов вынесены за пределы быстросъемных панелей 2, термоизолирующих печь, чем исключается перегрев подшипниковых узлов 3.
Термокрышки 6 левого ряда и термокрышки 7 правого ряда, имеющие в поперечном сечении цилиндрическую форму, размещены над верхними частями термобарабанов, снабжены креплениями 8, с помощью которых можно изменять положение упомянутых термокрышек относительно своих термобарабанов 4 и 5 с тем, что бы регулировать объем пространства обжига сыпучего материала между термокрышкой и термобарабаном в зависимости от крупности его частиц или гранул.
Кроме того, конструкция электрической барабанной печи предусматривает возможность установки термокрышек другого типоразмера, как это показано на нижнем из термобарабанов 4 левого ряда (внизу), например, для обжига (или нагрева) материалов, требующих несколько большей продолжительности.
На поверхности термобарабанов 4 и 5 выполнены поперечные пазы 9, служащие для наполнения сыпучим материалом и, в частности, вермикулитовым концентратом, которые укрупненно показаны на фиг. 2.
Под термокрышками 6 и 7, выполненными из листовой жаростойкой стали и листового термоизоляционного материала (фиг. 1 и 2), размещены электрические нагреватели 10 круглого сечения, которые удерживаются с помощью креплений 11, выполненных из ленточного нихрома в виде хомутиков в нижней части и загнутых в их верхней части. При этом крепления 11 вставлены в отверстия огнеупорных керамических втулок 12, которые исключают контакт электрических нагревателей 10 с металлической частью термокрышек. Исключению упомянутого контакта способствуют так же электроизоляционные шайбы 13.
На фиг. 3. показан фрагмент комплекта электрических нагревателей 10 как вид снизу (вид А, фиг. 1) со стороны одного из термобарабанов, где видны крепления 11, крепежные головки 14, удерживающие концевые части электрических нагревателей 10 и одна из электрических шин 15 для подключения к электросети.
1
2
3
В центральной части рамы 1 (фиг. 1) расположен верхний бункер сырья 16 с левым 17 и правым 18 лотками, сопряженными с зазорами z с термобарабанами 4 и 5 левого и правого ряда соответственно. Верхний бункер 16 соединен каналом 19 со средним бункером 20, снабженным лотками 21 и 22, сопряженными с зазорами z с соответствующими термобарабанами 4 и 5 левого и правого ряда. Средний бункер 20 соединен каналом 23 с нижним бункером 24, снабженным лотками 25 и 26, сопряженными с зазором z с соответствующими термобарабанами 4 и 5 левого и правого ряда.
1
2
3
Все упомянутые бункеры 16, 20 и 24 прикреплены к горизонтальным балкам рамы 1 с помощью резьбовых креплений 27, благодаря которым можно изменять их положение по вертикали с тем, что бы регулировать зазоры z, z и z для настройки такой подачи сырья (вермикулитовых концентратов и других сыпучих материалов различной крупности), при которой обеспечивались бы движение вспучиваемого вермикулита и других сыпучих материалов сплошным и плотным потоком без пустот между их частицами или гранулами в тепловом поле электрических нагревателей 10 и максимальная производительность барабанной печи.
1
Привод термобарабанов 4 и 5 левого и правого ряда, закрепленный на раме 1, содержит мотор-редуктор 28, регулируемый по скорости вращения частотным регулятором (на фиг. не показан), снабженный зведочкой 29, соединен зубчатой передачей (на фиг. не показана) с другой звездочкой 30, которые, противоположно вращаясь с равными угловыми скоростями ω, передают вращение на все термобарабаны 4 и 5 левого и правого ряда с помощью цепных передач 31, которые обеспечивают упомянутым термобарабанам одинаковую угловую скорость ω.
Лотки 32 предназначены для выведения термообработанного материала за пределы печи.
Электрическая барабанная печь работает следующим образом.
1
1
1
При включении мотор-редуктора 28 начинают вращаться звездочки 29 и 30, приводя во вращение через цепные передачи 31 все термобарабаны, причем термобарабаны 4 левого ряда вращаются с угловой скоростью ω против часовой стрелки, а термобарабаны 5 правого ряда вращаются с угловой скоростью ω по часовой стрелке. При этом вермикулитовый концентрат (или иной сыпучий материал) по лоткам 17 и 18 бункера 16, по лоткам 21 и 22 бункера 20 и по лотками 25 и 26 бункера 24 ссыпается в поперечные прорези 9 (фиг. 2) всех термобарабанов 4 и 5. При их вращении заполненные вермикулитовым концентратом (или другим сыпучим материалом) прорези 9 на время 2,5…5,0 секунды (зависит от угловой скорости ω и типоразмера термокрышек 6 и 7 левого и правого ряда) оказываются в зоне теплового излучения электрических нагревателей 10 под упомянутыми термокрышками и если это вермикулит, то он уже вспученным, выходит по лоткам 32 за пределы печи (показано стрелками).
1
2
3
При заполнении вермикулитовым концентратом (или иным сыпучим материалом) прорезей 9 (фиг. 2) соответствующих термобарабанов 4 и 5 в зависимости от величины зазоров z, z и z, которые отрегулированы на немного избыточную подачу для того, что бы сыпучий материал шел сплошным и плотным потоком без пустот между их частицами или гранулами, часть этого материала полностью не укладывается в прорези 9 и ссыпается вниз (показано стрелками). Так из лотков 17 и 18 верхнего бункера 16 избыточная часть материала ссыпается в бункер 20, из лотков 21 и 22 среднего бункера 20 избыточная часть материала ссыпается в бункер 24, а из лотков 25 и 26 бункера 24 избыточный материал проходит в накопительный ящик, установленный под печью (показано стрелками). По мере наполнения ящика его заменяют на пустой, а накопившийся в нем сыпучий материал или вермикулитовый концентрат возвращают в верхний бункер 16.
Однако ссыпающихся излишков было бы недостаточно для полноценного дозирования и наполнения прорезей 9 термобарабанов 4 и 5 печи, поэтому от верхнего бункера 16 к среднему бункеру 20 ведет канал 19, а от среднего к нижнему бункеру 24 ведет канал 23, по которым и поступает основная масса сырьевого материала.
1
2
3
Если термообработке подвергается сыпучий материал (вермикулитовый концентрат) с относительно мелкими или относительно крупными частицами, то с помощью резьбовых креплений 27, изменяют положение бункеров 16, 20 и 24 по вертикали, регулируя зазоры z, z и z и настраивают такую подачу сырья на термобарабаны, при которой обеспечивается движение материала сплошным и плотным потоком без пустот между частицами или гранулами при максимальной производительности печи.
С помощью креплений 8 термокрышек 6 и 7 левого и правого ряда изменяют их положение относительно своих термобарабанов 4 и 5, чем обеспечивают регулировку пространства обжига сыпучего материала между термокрышкой и термобарабаном в зависимости от его крупности.
При установке термокрышек 6 и 7 большего типоразмера, как это показано на нижнем термобарабане 4 левого ряда, например при обжиге или нагреве материалов, требующих большей продолжительности, применяют укороченные крепления 8.
Поскольку в заявляемой электрической барабанной печи одновременно работает шесть термобарабанов 4 и 5 левого и правого ряда, и благодаря измененной системе дозирования с регулировкой подачи, производительность ее возрастает в шесть раз.
Так достигается технический результат полезной модели - повышение производительности электрической барабанной печи при вспучивании вермикулитовых концентратов и термообработке других сыпучих материалов.