Электрическая печь для получения вспученного 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 № 169366, МПК F27B 9/06, С04В 20/06, опубликовано 15.03.2017), содержащая раму, противни и крышки, в которых размещен изолирующий материал, электрические нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на крепежных головках, закрепленных на упомянутых крышках, при этом противни расположены параллельно один над другим и выполнены в виде установленных на телах качения подвижных основаниях, при этом печь снабжена толкателями, соединенными посредством пружин с подвижными основаниями, а электрические нагреватели установлены продольно с зазором между поверхностью подвижного основания и крышкой.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, противень, крышка, электрические нагреватели, размещенные под крышкой и закрепленные на крепежных головках, закрепленных на упомянутой крышке, подвижное основание, установленное на телах качения и электрические нагреватели, установленные продольно с зазором между поверхностью подвижного основания и крышкой.
Рассмотренная печь обладает следующим недостатком. Электрические нагреватели, установленные с зазором относительно подвижного основания, закреплены на крепежных головках только с одной стороны, в процессе работы печи они нагреваются, из-за этого прогибаются под собственным весом и в своей консольной части сближаются с подвижным основанием. Это сближение тем больше, чем выше температура электрических нагревателей. Таким образом, зазор между электрическими нагревателями и подвижным основанием по длине электрических нагревателей неконтролируемо изменяется, что приводит к застреванию вспучивающихся зерен вермикулита, образованию в этих местах пробок, несмотря на колебания подвижного основания, и далее к локальному перегреву электрических нагревателей, их плавлению, перегоранию и отказу печи. Поэтому в целом, конструкция печи характеризуется низкой надежностью.
Известна  так же электрическая   печь   для   обжига   вермикулита (RU № 169510, МПК F27B 9/06, опубликовано 21.03.2017), содержащая раму, противни из огнеупорного материала, установленные под углом с возможностью его изменения, крышки и нагреватели, выполненные в виде лент, установленные на ребро, размещенные под крышками продольно противням и закрепленные на головках; печь снабжена бункерами и подвижным, подпружиненным с обеих сторон основанием с эксцентриковым приводом, противни с крышками расположены на основании один за другим, нагреватели, закрепленные на головках консольно, установлены продольно над поверхностями противней с регулируемым зазором, на противнях со стороны консолей электрических нагревателей закреплены лотки, бункеры со стороны лотков имеют прорези и вертикальные заслонки, днища бункеров выполнены в виде горизонтальных пластин, а подвижное основание выполнено в виде полых балок прямоугольного сечения, собранных в виде решетки с термоизоляционным материалом, размещенным между балками и внутри них.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, противень из огнеупорного материала, установленный под углом, крышка и нагреватели, размещенные под крышками продольно противням и закрепленные на головках консольно, подвижное подпружиненное основание с эксцентриковым приводом, при этом подвижное основание выполнено в виде полых балок с термоизоляционным материалом между ними.
Указанная печь обладает тем же недостатком и, поэтому, характеризуется низкой надежностью.
За прототип принята электрическая печь для получения вспученного вермикулита (RU № 187215, МПК F27B 9/06, С04B 20/06, опубликовано 25.02.2019), содержащая раму, электрические нагреватели, противень из огнеупорного материала и установленную над ним с возможностью поворота термокрышку, установленную на раме шарнирно, закрепленные на одной стороне термокрышки через диэлектрические прокладки крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, подовую вибрационную платформу с установленным на ней упомянутым противнем и оснащенную эксцентриковым приводом и пружинами, установленными с ее противоположных сторон, и роликами, размещенными в направляющих рамы, она снабжена фиксаторами электрических нагревателей, установленными вдоль каждого нагревателя с заданным шагом и содержащими серьги из полосового нихрома, керамические втулки, шайбы из жаростойкой стали, зигзагообразные замки из полосового нихрома и электроизоляционные прокладки, при этом керамические втулки установлены в термокрышке, через них пропущены упомянутые серьги, которые в нижней части выполнены в виде хомутиков с диаметром, превышающим диаметр электрических нагревателей, а в верхней части – в виде зацепов, установленных в горизонтальном положении  и опертых на поверхность термокрышки через упомянутые электроизоляционные прокладки, упомянутые шайбы установлены над хомутиками, а зигзагообразные замки – под шайбами с обеспечением постоянного зазора, между электрическими нагревателями и нижней поверхностью термокрышки, при этом электрические нагреватели пропущены через отверстия в хомутиках и удерживаются с помощью упомянутых фиксаторов.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, электрические нагреватели, противень из огнеупорного материала, термокрышка, закрепленные на одной ее стороне через диэлектрические прокладки крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, подовая вибрационная платформа, оснащенная эксцентриковым приводом, пружинами, и роликами, размещенными в направляющих рамы, серьги из полосового нихрома, установленные вдоль каждого нагревателя с заданным шагом, которые в нижней части выполнены в виде хомутиков с диаметром, превышающим диаметр электрических нагревателей, а в верхней части – в виде зацепов, опертых на поверхность термокрышки, электрические нагреватели пропущены через отверстия в хомутиках и удерживаются с помощью упомянутых серег.
Указанная печь характеризуется низкой надежностью из-за высокой сложности конструкции ее термокрышки. При большом количестве фиксаторов (например, при 16 электронагревателях и 8 фиксаторах на одном из них), термокрышка содержит их 128 единиц. Каждый фиксатор состоит из 6 деталей, а именно: керамическая втулка, серьга, 2 шайбы, зигзагообразные замки и электроизоляционные прокладки. Таким образом общее количество деталей, обеспечивающих фиксацию электрических нагревателей под термокрышкой, составляет 768 штук. При таком их количестве, несмотря на керамические втулки и электроизоляционные прокладки, в процессе длительной эксплуатации печи, вероятность короткого замыкания между электрическими нагревателями и металлической частью термокрышки, при наклонном положении печи в условиях высокой температуры и особенно с учетом работающей вибрационной подовой платформы, существенно возрастает. Возникновение короткого замыкания неизбежно будет приводить к отказу печи, а с увеличением времени эксплуатации это будет происходить все чаще и чаще.
Сложность конструкции усугубляется еще и наличием у прототипа двухсторонней установки пружин подовой платформы, наличием цилиндра и толкателя, связанного дополнительной пружиной с подовой платформой. Из-за этого, в целом, печь обладает низкой надежностью.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности печи за счет уменьшения количества деталей, обеспечивающих удержание электрических нагревателей под термокрышкой (например до 256 против 768) и полного устранения возможности короткого замыкания между электрическими нагревателями и металлической частью термокрышки.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для получения вспученного вермикулита, содержащая раму, электрические нагреватели, противень из огнеупорного материала и установленную над ним термокрышку, закрепленные на одной ее стороне через диэлектрические прокладки крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, подовую вибрационную платформу с установленным на ней упомянутым противнем и оснащенную эксцентриковым приводом и пружинами, установленными только с одной ее стороны, и роликами, размещенными в направляющих рамы, при этом термокрышка снабжена серьгами из полосового нихрома, установленными вдоль каждого электрического нагревателя с заданным шагом для удержания их под термокрышкой, серьги в нижней части выполнены в виде хомутиков с диаметром, превышающим диаметр электрических нагревателей, а в верхней части – в виде зацепов, электрические нагреватели пропущены через отверстия в хомутиках и удерживаются с помощью упомянутых серег. При этом термокрышка выполнена из керамовермикулитовой диэлектрической плиты и рамы из угловой стали, опоясывающей упомянутую плиту, выполненную с поперечными пазами в двух противоположных ее торцах, в пазы плиты по всей их длине введены стальные пластины, удерживающие ее в раме и закрепленные на нижней части рамы резьбовыми соединениями; в плите выполнены отверстия для серег, зацепы серег опираются на поверхность термокрышки через металлические шайбы, а эксцентрик привода подовой платформы сопряжен непосредственно с подовой платформой, а не через толкатель с пружиной, как в прототипе.
При вращении эксцентрика возбуждаются колебания вибрационной подовой платформы, которые совершаются с амплитудой, равной эксцентриситету эксцентрика, и частотой, задаваемой регулируемым двигателем эксцентрикового привода, что обеспечивает движение вермикулитового концентрата в тепловом поле, созданном электрическими нагревателями. При этом вермикулит вспучивается и выходит из печи полностью вспученным.
Так как серьги, удерживающие электрические нагреватели, расположены в отверстиях плиты, а зацепы серег опираются на поверхность термокрышки через металлические шайбы, что бы не продавливать поверхность плиты в месте контакта, а сама плита термокрышки выполнена из керамовермикулитового диэлектрического материала, то полностью исключается короткое замыкание между электрическими нагревателями и частями термокрышки. Кроме того, количество деталей, обеспечивающих фиксацию электрического нагревателя под термокрышкой в одной точке составляет 2 единицы (а не 6, как в прототипе), то все это в целом приводит к
повышению надежности печи.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются термокрышка из керамовермикулитовой диэлектрической плиты и опоясывающей ее рамы из угловой стали, в упомянутой плите в двух противоположных ее торцах выполнены поперечные пазы, в пазы по всей их длине введены стальные пластины, удерживающие ее в опоясывающей раме и закрепленные на нижней части рамы резьбовыми соединениями; в плите выполнены отверстия для серег из полосового нихрома, зацепы серег опираются на поверхность термокрышки через металлические шайбы, эксцентрик привода подовой платформы сопряжен непосредственно с подовой платформой, а пружины, установленными только с одной ее стороны.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для получения вспученного вермикулита.
На фиг. 2 показано расположение части электрических нагревателей под термокрышкой.
На фиг. 3 показана серьга.
Электрическая печь для получения вспученного вермикулита, показанная на фигурах 1, 2 и 3, содержит раму 1, вибрационную подовую платформу 2 (в дальнейшем платформа), противень 3 из жаростойкой стали, закрепленный на платформе 2, электрические нагреватели 4, термокрышку, выполненную из керамовермикулитовой диэлектрической плиты 5 (далее плита) и рамы 6 из угловой стали, опоясывающей упомянутую плиту со всех сторон. Плита 5 выполнена с поперечными пазами в двух противоположных ее торцах. В эти пазы по всей их длине введены стальные пластины 7, удерживающие плиту 5 в раме 6 и закрепленные на нижней части рамы резьбовыми соединениями 8.
В плите 5 выполнены отверстия 9 для серег, зацепы 10 которых опираются на поверхность плиты 5 термокрышки через металлические шайбы 11 и удерживают электрические нагреватели 4 под термокрышкой с помощью хомутиков 12, являющихся нижней частью серег (см. так же фиг. 2 и 3). Крепежные головки 13 закреплены на раме 6 термокрышки через диэлектрические прокладки и имеют зажимы в виде пластин 14, с помощью которых к ним присоединены электрические нагреватели 4.
Эксцентриковый привод 15 платформы 2 сопряжен непосредственно с торцом платформы 2, которая снабжена роликами 16, размещенными в направляющих 17 рамы 1.
Электрическая печь для получения вспученного вермикулита работает следующим образом. Электрические нагреватели 4 подключают к сети и прогревают рабочее пространство печи, находящееся между противнем 3 и нижней частью плиты 5 термокрышки. Быстрому прогреву печи, дальнейшему поддержанию стабильной высокой температуры в рабочем пространстве и минимизации потерь тепловой энергии способствует низкая теплопроводность керамовермикулитовой плиты 5, равная 0,165…0,195 Вт/м·К (см. сайт «УралНИИстром» https://www.vermiculite.ru/catalog/?id=2). Дополнительному снижению тепловых потерь через термокрышку может способствовать муллитокремнеземистый войлок 18.
При нагревании электрические нагреватели 4, закрепленные на крепежных головках 13 и пропущенные через отверстия в хомутиках 12 серег, удлиняются, но размеры отверстий в хомутиках 12 больше диаметра электрических нагревателей 4, поэтому серьги не препятствуют этому удлинению.
Серьги, удерживающие электрические нагреватели 4 под термокрышкой, исключают провисание последних и поддерживают зазор между нагревателями 4 и противнем 3 постоянным, не позволяя движущемуся и вспучивающемуся вермикулиту образовывать пробки и заторы, способные привести к локальному перегреву электрических нагревателей 4 и их перегоранию.
1
После прогрева печи запускают эксцентриковый привод 15. Вращение эксцентрика создает возвратно-поступательное движение х платформы 2 с противнем 3 и однонаправленное движение находящегося на нем вспучивающегося вермикулита. Платформа совершает колебания благодаря роликами 16, размещенным в направляющих 17 рамы 1.
1
Регулируя угловую скорость вращения эксцентрика n, можно настроить виброскорость платформы так, что время однонаправленного движения вспучивающегося вермикулита будет равно 2,8…3,2 с, что как раз достаточно для качественного вспучивания вермикулита при нагреве электрических нагревателей 4 до температуры 750…800 °С.
Так как электрические нагреватели 4 удерживаются под керамовермикулитовой диэлектрической плитой 5 термокрышки с помощью только серег с хомутиками 12 и зацепами 10 (отсутствуют многие другие детали, которые есть в конструкции прототипа), то новая электрическая печь для получения вспученного вермикулита является существенно более надежной по сравнению с прототипом из-за меньшей сложности конструкции. Надежность повышается из-за устранения возможности короткого замыкания между электрическими нагревателями 4 и металлической частью термокрышки.
Так достигается технический результат полезной модели, а именно –повышение надежности печи за счет уменьшения количества деталей, обеспечивающих удержание электрических нагревателей под термокрышкой и полного устранения возможности короткого замыкания между электрическими нагревателями и металлической частью термокрышки.