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 и установленные друг по отношению к другу под углом, снабженные электрическим нагревателями и крышками со съемными элементами, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установленных на ребро, и размещены под крышками на поверхностях противней продольно, так что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом, электрические нагреватели, выполненные в виде лент и размещенные под крышкой продольно, и крышка.
Указанная печь обладает следующими недостатками.
Вспучивающийся вермикулит движется по наклонным противням под действием сил тяжести, поэтому скорость его зерен в верхней части противней равна нулю, а в нижней части становится максимальной. В верхней части противней концентрация зерен максимальна и между ними практически нет пустот, здесь они плотно заполняют пространство между нагревателями. По мере движения скорость зерен возрастает, а пустоты между ними увеличиваются в размерах, концентрация зерен снижается, в нижней части противня она становится минимальной, а среднее расстояние между ними становится значительно больше условных диаметров самих зерен. Поэтому в средней и особенно в нижней частях противня, существенная часть теплового излучения нагревателей не поглощается вермикулитом, а нагревает воздух, движущийся под крышкой навстречу потоку вермикулита из-за перепада температур в нижней и верхней частях противня, нагревает огнеупорное основание и крышку. Эта часть теплового излучения большей частью рассеивается за пределы пространства между крышкой и основанием противней и рассеивается в пространство корпуса печи, а потом и в окружающую среду. Таким образом, ускоренное движение вспучивающихся зерен вермикулита, вызванное силами тяжести, приводит к образованию все возрастающих по размерам пустот между зернами и является причиной потерь тепловой энергии и, как следствие, причиной высокой удельной энергоемкости обжига.
Кроме того, в данной печи зерна вспучивающегося вермикулита движутся по наклонным противням под действием сил тяжести с ускорением, поэтому невозможно создать их движение плотным потоком с минимальными и не увеличивающимися по мере движения пустотами между ними (расстояниями между зернами). А это ограничивает производительность печи, так как при движении плотным потоком через поперечное сечение противней на выходе из них проходило бы большее количество вермикулита за единицу времени.
Кроме того, в данной печи невозможно управлять скоростью движения вспучивающихся вермикулитовых зерен по причине их ускоренного движения, предопределяемого действием сил тяжести. А это исключает возможность управления производительностью печи при обжиге различных фракций вермикулита-сырца.
Известна также электрическая печь для обжига вермикулита (RU №108128, МПК F27B 15/14, опубликовано 10.09.2011), содержащая противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного противня на другой, снабженные нагревателями, выполненными в виде лент, установленными на ребро и размещенными под крышками на поверхности противней продольно. Печь снабжена головками с параллельными гранями для крепления нагревателей, установленными на панелях в задних частях противней.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом, нагреватели, выполненные в виде лент и размещенные под крышками продольно, сама крышка и головки с параллельными гранями для крепления нагревателей.
Указанная печь обладает всеми недостатками первого аналога, рассмотренного выше.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулита (RU №141915, МПК F27B 15/14, опубликовано 20.06.2014), содержащая противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные по отношению друг к другу под углом, имеющие нагреватели, выполненные в виде лент, установленные на ребро и размещенные под крышками продольно, при этом нагреватели закреплены на крепежных головках, имеющих параллельные грани для обеспечения их параллельной установки, сами головки размещены на панелях, при этом противни имеют возможность изменения положения от наклонного до горизонтального.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные наклонно с возможностью его изменения угла наклона, нагреватели, выполненные в виде лент, установленные на ребро и размещенные под крышками продольно, и сами крышки; при этом нагреватели закреплены на головках, имеющих параллельные грани, а головки размещены на панелях.
Рассмотренная печь в полной мере обладает вышеуказанными недостатками первого и второго аналогов.
Заявляемая полезная модель, благодаря созданию движения вспучиваемого вермикулита в тепловом поле электрических нагревателей плотным потоком с минимальными пустотами между зернами, направлена на уменьшение удельной энергоемкости обжига вермикулита.
Задача заявляемой полезной модели заключается в создании электрической печи для обжига вермикулита.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении удельной энергоемкости обжига вермикулита за счет создания его движения в тепловом поле электрических нагревателей плотным потоком с минимальными пустотами между зернами, как следствие, за счет снижения потерь теплового излучения электрических нагревателей и за счет повышения производительности обжига на каждом противне.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита содержит противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом с возможностью его изменения, крышки и нагреватели, выполненные в виде лент, установленные на ребро, размещенные под крышками продольно и закрепленные на головках, имеющих параллельные грани и размещенных на панелях, согласно полезной модели противни, расположенные параллельно друг другу один над другим, имеют, благодаря телам качения, подвижные относительно электрических нагревателей основания, тела качения размещены между подвижными основаниями и направляющими полозьями, подвижные основания снабжены пружинами, одна из пружин каждого основания соединена со своим толкателем, толкатели размещены в направляющих цилиндрах и сопряжены с эксцентриками вертикального приводного вала, причем эксцентрики расположены на разных уровнях, соответствующих положению противней, и повернуты один относительно другого на 120°.
Благодаря эксцентрикам приводного вала, их расположению на разных уровнях, соответствующих положению наклонно расположенных противней и пружинам, подвижные основания совершают колебания, а вермикулитовые зерна, совершая односторонние пульсирующие движения в сторону уклона с постоянной средней скоростью, плотным потоком с минимальными и не увеличивающимися пустотами между ними движутся в тепловом поле электрических нагревателей и вспучиваются. Скоростью движения, а следовательно и производительностью печи, можно управлять изменяя параметры колебаний и угол наклона противней в зависимости от размерности вермикулита-сырца.
Благодаря тому, что противни расположены один над другим параллельно так, что вспучивающийся вермикулит не пересыпается с одного на другой, а его потоки, движущиеся на каждом из противней, суммируются, производительность печи увеличивается практически втрое, а уровень теплового излучения электрических нагревателей практически не возрастает.
Так как вермикулит в противнях движется плотным потоком с минимальными и не увеличивающимися пустотами между ними, большая часть теплового излучения электрических нагревателей поглощается его зернами, поэтому тепловые потери становятся минимальными.
Из-за снижения тепловых потерь, сохранения уровня теплового излучения электрических нагревателей практически не возрастающим и повышения почти втрое производительности печи, удельная энергоемкость обжига вермикулита существенно уменьшается.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются расположенные параллельно друг другу один над другим противни, подвижные относительно электрических нагревателей основания противней, снабженные пружинами, тела качения, размещенные между подвижными основаниями и направляющими полозьями, толкатели, соединенные одной из пружин с подвижными основаниями и размещенные в направляющих цилиндрах, эксцентрики вертикального приводного вала, расположенные на разных уровнях, соответствующих положению противней, повернутые один относительно другого на 120° и сопряженные с толкателями.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана электрическая печь для обжига вермикулита.
На фиг. 2 схематично показано поперечное сечение противня печи.
Электрическая печь для обжига вермикулита, фиг. 1, имеет барабанный дозатор 1 со специальным лотком 2, содержащим разделители потоков вермикулита-сырца (на фигурах не показаны). В корпусе печи размещены противни с крепежными головками 3, установленными на крышках 4, и продольно закрепленные на них электрические нагреватели 5, выполненные из ленточного нихрома. Подвижные основания 6 противней установлены на телах качения 7, которые, в свою очередь, установлены в направляющих салазках 8.
Приводной вертикальный вал 9 установлен в подшипниках 10 и имеет эксцентрики 11, закрепленные на валу 10 на разных уровнях, соответствующих положению противней. Эксцентрики 11 сопряжены с толкателями 12, размещенными в направляющих цилиндрах 13, и соединены пружинами 14 с подвижными основаниями 6. Пружины 15 установлены с противоположной стороны подвижных оснований 6.
Подвижное основание имеет поверхность 16, фиг.2, выполненную из жаростойкой стали, закрепленную через термоизоляционные прокладки 17 с помощью шпилек 18 на пустотелых балках 19 и раме 20. Для термоизоляции между пустотелыми балками 19 размещен изолирующий материал 21. Такой же изолирующий материал 21 размещен в крышке противня. Отражательная поверхность 22 крышки закреплена на втулках 23 с помощью шпилек 24.
Электрические нагреватели 5 установлены на ребро с зазором между поверхностью 16 и отражательной поверхностью 22 крышки.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом.
Барабанный дозатор 1 из бункера по специальному лотку 2 благодаря разделителям потоков (на фигурах не показаны) подает в равном количестве вермикулит-сырец на поверхности 16 подвижных оснований 6 противней печи.
1
2
3
Приводной вертикальный вал 9, получающий вращение от регулируемого приводного двигателя, вращаясь в подшипниках 10 своими эксцентриками 11, приводит в возвратно-поступательное движение толкатели 12, размещенные в направляющих цилиндрах 13, которые, сжимая пружины 14, соединенные с подвижным основанием 6, заставляют их совершать колебательные движения х, х и х относительно положения статического равновесия. Частота и амплитуда этих колебаний регулируются при изменении скорости вращения приводного двигателя, с помощью которого подвижные основания 6 могут вводиться в резонансный режим или отводиться от него, в зависимости от степени близости частоты возвратно-поступательных движений толкателей 12 и собственной частоты колебаний подвижных оснований 6. При этом колебания подвижных оснований 6 в направляющих салазках 8 равны по амплитуде и частоте, но отличаются по фазе на 120°, так как эксцентрики 11 вертикального приводного вала 9 повернуты один относительно другого на 120°. Это сделано для того, чтобы динамические нагрузки, возникающие при колебаниях подвижных оснований 6, не были синхронизированы и не раскачивали бы саму печь.
Вермикулит, благодаря колебаниям и наклонному положению противней пульсирующими движениями с постоянной средней скоростью, которая может регулироваться за счет изменения амплитуды и частоты колебаний и угла наклона противней, движется по поверхностям 16 под электрическими нагревателями 5 и от их теплового излучения нагревается и вспучивается.
За счет движения вермикулитовых зерен в тепловом поле электрических нагревателей плотным потоком с минимальными пустотами между зернами за единицу времени через сечение противней проходит значительно большее количество вермикулита, чем в вышерассмотренных аналогах и прототипе, производительность печи в целом возрастает.
Так как противни расположены один над другим параллельно, вспучивающийся вермикулит не пересыпается с одного на другой, как у рассмотренных аналогов и в прототипе, а его потоки на каждом противне суммируются, производительность печи увеличивается практически втрое, а уровень теплового излучения электрических нагревателей практически не возрастает.
Зерна вермикулита на поверхностях 16 противней движутся без разгона, поэтому их движение идет плотным потоком с минимальными и не увеличивающимися по мере движения пустотами между ними (расстояниями между зернами). При этом большая часть теплового излучения, идущего от электрических нагревателей 5, не рассеивается, как в вышерассмотренных аналогах и прототипе, а поглощается его зернами и тепловые потери становятся минимальными.
Из-за снижения тепловых потерь, сохранения уровня теплового излучения электрических нагревателей практически не возрастающим (по сравнению с аналогами и прототипом) и повышения почти втрое производительности печи удельная энергоемкость обжига вермикулита значительно уменьшается.
Уменьшению тепловых потерь способствуют также термоизоляционные прокладки 17 и изолирующий материал 21, а так же отражательная поверхность 22, отполированная и обладающая высокой отражательной способностью, отражающая часть падающего на нее теплового излучения обратно на вермикулит.
Чтобы под действием высокой температуры не происходило коробление поверхности 16 и отражательной поверхности 22, они могут быть выполнены кусочно-составными из отдельных фрагментов.
Так достигается технический результат полезной модели, а именно - уменьшение удельной энергоемкости обжига вермикулита за счет создания его движения в тепловом поле электрических нагревателей плотным потоком с минимальными пустотами между зернами, и как следствие, за счет снижения потерь теплового излучения и повышения производительности обжига на каждом противне.