Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для получения вспученного вермикулита – сыпучего теплоизоляционного материала из вермикулитовых концентратов.
Известна электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU № 101789, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.01.2011), содержащая плоские 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 противень, выполненный из огнеупорного материала, электрические нагреватели, размещенные под крышкой и крышка.
Указанная печь обладает следующим недостатком. В ней невозможно обжигать крупноразмерные вермикулитовые концентраты с размерами частиц вермикулитовой слюды 20…50 мм, так время обжига в такой печи составляет 2,8…3,5 с, а этого для крупных частиц совершенно недостаточно, даже если температуру электрических нагревателей увеличить до 900…950 °С (тогда как обычные концентраты вспучивают при температурах 700…730 °С). Лучистая энергия, идущая от электрических нагревателей, быстро нагревает поверхностные слои частиц вермикулитовой слюды, они вспучиваются и термоизолируют сами себя – свои глубинные слои. Благодаря слоисто-пористой структуре частично вспученных частиц вермикулита, лучистая энергия проникает через щелевидные пространства между отдельными слоями с краев частиц, но если их размеры составляют 20 мм и более, то вспучиваются такие крупные частицы только по периферии на глубину до 5 мм: вглубь начавших образовываться вермикулитовых зерен, лучистая энергия за столь малое время не успевает поникать. Крупные частицы выходят из печи лишь немного привспученными. Рассмотренный аналог не содержит никаких устройств, которые могли бы уменьшить размеры частиц вермикулитовой слюды хотя бы до 10 мм, при которых лучистая энергия электрических нагревателей смогла бы проникнуть в щелевидные пространства между отдельными слоями с краев частиц на глубину по 5 мм с одной и другой стороны, нагреть глубинные слои и вызвать качественное вспучивание концентрата до образования полноценных вспученных зерен.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU № 120202, МПК F27B 15/00, опубликовано 10.09.2012), выполненная в виде плоских противней из огнеупорного материала, установленных под углом, обеспечивающим пересыпание сырья с одного противня на другой, электрические нагреватели и крышки со съемными элементами, образующие вместе с противнями нагревательные модули с замкнутым пространством обжига; печь так же содержит экраны, выполненные из жаростойкого листового материала, обладающего высокой отражательной способностью.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни из огнеупорного материала, крышки и электрические нагреватели,
размещенные под крышками.
Указанная печь за счет экранов, обладающих высокой отражательной способностью, позволяет существенно снизить потери лучистой энергии от электрических нагревателей, тем не менее эта особенность конструкции не позволяет устранить недостаток, которым она обладает, как и выше рассмотренный аналог. Она не содержит устройств, которые могли бы уменьшить размеры частиц вермикулитовой слюды, нагреть их глубинные слои и вызвать качественное вспучивание концентрата до образования полноценных вспученных зерен. А эффект отражающих экранов слишком не значителен при обжиге крупноразмерных вермикулитовых концентратов.
За прототип принята электрическая печь с вибрационной подовой платформой (RU № 166554, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.11.2016), содержащая, барабанный дозатор, раму, противень из огнеупорного материала, электрические нагреватели, вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом, цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с противоположных сторон платформы, снабженной роликами, размещенными в направляющих рамы, противень, установленный на платформе, термокрышку, крепежные головки для электрических нагревателей, закрепленные на ней, блоки из жаростойкой стали, траверсы и стальные канатики, соединены с вертикально висящими грузами, служащими для удержания электрических нагревателей в натянутом состоянии.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются барабанный дозатор, рама, электрические нагреватели, вибрационная подовая платформа на роликах, размещенных в направляющих рамы, эксцентриковый привод платформы, цилиндрические и конические пружины, установленные с ее противоположных сторон, противень, установленный на платформе, термокрышка, крепежные головки для электрических нагревателей.
В такой печи время обжига, за счет управления частотой и амплитудой колебаний вибрационной подовой платформы, можно было бы увеличить, например до 30…40 с (более чем в десять раз) при одновременном повышении температуры электрических нагревателей до 900…950 °С. И тогда крупноразмерный вермикулитовый концентрат можно было бы вспучивать качественно, но при такой продолжительности обжига производительность будет чрезвычайно низкой, а потребление электроэнергии существенно возрастет. Кроме того, вспученные зерна будут слишком крупными и их нельзя будет использовать, ни в качестве засыпной теплоизоляции, ни в качестве наполнителя для строительных или огнезащитных растворов или бетонов. Поэтому рассмотренная печь не устраняет недостатка первого и второго аналогов, так как не содержит устройств для уменьшения размеров частиц вермикулитовой слюды до 10 мм, при которых лучистая энергия электрических нагревателей сможет проникать в щелевидные пространства между отдельными слоями с краев частиц на глубину по 5 мм с одной и другой стороны, нагревать глубинные слои и вызывать качественное вспучивание концентрата до образования полноценных вспученных зерен.
Заявляемая полезная модель направлена на получение высококачественного вспученного вермикулита их крупноразмерных вермикулитовых концентратов.
Технический результат полезной модели заключается в получении высококачественного вспученного вермикулита из крупноразмерных вермикулитовых концентратов за счет измельчения крупных частиц вермикулитовой слюды.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига крупноразмерных вермикулитовых концентратов, содержащая барабанный дозатор, раму, в направляющих которой на роликах размещена вибрационная подовая платформа с закрепленным на ней противнем, эксцентриковый привод платформы и цилиндрические и конические пружины, установленные с ее противоположных сторон, термокрышку, на которой посредством подвесок закреплены электрические нагреватели, отличается тем, что она снабжена рубительным механизмом, сопряженным с барабанным дозатором и выполненным в виде бункера, двух приемных барабанов, связанных зубчатой передачей и приводом, и лотками, выполненными с выступами в нижней части и каналами внутри, при этом в приемных барабанах выполнены продольные прорези, а каналы в выступах лотков выполнены параллельно прорезям, при этом барабанный дозатор содержит делитель потока вермикулитового концентрата.
По лоткам рубительного барабана крупные частицы вермикулитового концентрата поступают в каналы выступов, расположенных в нижней части лотков, а через них в продольные прорези приемных барабанов, при этом каналы в выступах лотков параллельны прорезям, а барабанный дозатор содержит делитель потока крупноразмерного вермикулитового концентрата. При вращении приемных барабанов крупные частицы вермикулитового концентрата оказавшись в каналах выступов лотков, упираются в цилиндрические поверхности вращающихся приемных барабанов и скользят по ним, пока не падают под собственным весом в ближайшую прорезь, смещение которой при вращении приемных барабанов срубает частицу о выступ лотка и переносит ее, пока она не выпадет в бункер рубительного барабана под собственным весом. Остатки частиц, оставшиеся в каналах выступов лотков, скользя по цилиндрическим поверхностям приемных барабанов, падают в следующие прорези и так происходит несколько раз, пока каждая частица не будет изрублена. Измельченные таким образом частицы из бункера рубительного механизма попадают на противень и подвергаются обжигу и вспучиванию.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели является то, что печь дополнительно содержит рубительный механизм, выполненный в виде бункера, двух приемных барабанов, связанных зубчатой передачей и лотки с выступами в нижней части и каналами внутри; в приемных барабанах выполнены продольные прорези, а каналы в выступах лотков параллельны прорезям, при этом барабанный дозатор содержит делитель потока.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов.
На фиг. 2 показан укрупненно фрагмент рубительного механизма.
На фиг. 3 показаны исходная крупная частица вермикулитовой слюды и ее фрагменты после прохождения через рубительный механизм.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов показанная на фиг. 1, содержит раму 1, вибрационную подовую платформу 2 с закрепленным на ней противнем 3 из жаростойкой стали,  проволочные электрические нагреватели 4, термокрышку 5, эксцентриковый привод (двигатель не показан) платформы 2, содержащий эксцентрик 6, цилиндр 7, пустотелый плунжер 8 и пружину 9, вставленную внутрь пустотелого плунжера 8. Цилиндрические 10 и конические 11 пружины установлены с противоположных сторон платформы 2, снабженной осями 12 и роликами 13, размещенными в направляющих 14 рамы 1.
Крепежные головки 15 жестко закреплены на термокрышке через диэлектрические прокладки и имеют зажимы в виде пластин 16 с помощью которых резьбовыми соединениями 17 электрические нагреватели 4 закреплены на одной стороне термокрышки. Под термокрышкой электрические нагреватели 4 поддерживаются с помощью подвесок 18, выполненных из тонкого ленточного нихрома с комплектом электроизолирующих деталей: керамической втулки 19 и асбестовой шайбы 20. Ширина крепежных головок 15 и расстояния между соседними подвесками 18 равны r. Этим достигается параллельность проволочных электрических нагревателей 4.
Барабанный дозатор содержит барабан 21, делитель потока вермикулитового концентрата 22 и бункер 23, сопряженный с рубительным механизмом, выполненным в виде бункера 24, приемных барабанов 25, связанных зубчатой передачей и приводом (на фигурах не показаны). Рубительный механизм имеет так же лотки 26, усиленные ребрами жесткости 27, с выступами 28 в нижней части и каналами 29 внутри (см. фиг. 2). В приемных барабанах 25 выполнены продольные прорези 30, причем каналы 29 в выступах 28 параллельны прорезям 30.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом.
Электрические нагреватели 4 подключают к сети и прогревают рабочее пространство печи, находящееся между противнем 3 и термокрышкой 5.
1
2
Включают двигатель эксцентрика 6 (на фигурах не показан). Вращение эксцентрика 6 создает возвратно-поступательное движение  пустотелого плунжера 8 в цилиндре 7, сжимающего-разжимающего пружину 9 с частотой возбуждения f (Гц), благодаря чему возбуждаются колебания вибрационной подовой платформы 2 с противнем 3 и находящимся на нем вермикулитовым концентратом, поступающим на левую часть поверхности противня 3. Платформа 2 совершает колебания благодаря роликами 13, размещенным в направляющих 14 рамы 1. Совокупная жесткость цилиндрических 10 и конических 11 пружин и масса вибрационной подовой платформы с противнем 3 определяют собственную частоту колебаний f(Гц) колебательной системы «пружины – платформа».
1
2
При вращении эксцентрика 6 с частотой f, равной частоте собственных колебаний f колебательной системы «пружины – платформа», противень 3 с вместе с платформой 2 вводится в резонанс и совершает несимметричные резонансные колебания, формирующиеся за счет переменной жесткости конических пружин 11. Это вызывает вибротранспортный эффект, приводящий к поступательному пульсирующему движению вспучиваемого концентрата вправо по противню 3. Так как частицы вермикулитового концентрата находятся под непосредственным тепловым излучением, идущим от электрических нагревателей 4, то они поглощая эту лучистую энергию, они нагреваются, вспучиваются и готовый продукт – вспученный вермикулит, выходит из печи.
Подбирая время обжига (за счет интенсивности колебаний платформы 2) и температуру электрических нагревателей 4, можно настроить работу печи на требуемый режим.
Особенность рассматриваемой электрической печи состоит в том, что она предназначена для обжига крупноразмерных вермикулитовых концентратов с размерами частиц от 20 до 50 мм. Вспучивание таких крупных частиц без измельчения потребовало бы значительно большего времени обжига (30…40 с) при более высоких температурах 900…950 °С, тогда как обычные концентраты вспучивают при температурах 700…730 °С.
Для измельчения этих крупных частиц служит рубительный механизм. Он обеспечивает постепенное уменьшение только одного поперечного размера до 10 мм, а продольный размер остается неизменным и равным 20…50 мм (см. фиг. 3). Но для того, что бы нарубленные частицы быстро вспучивались при температурах 700…730 °С этого вполне достаточно, так как лучистая энергия в этом случае проникает с двух сторон в поперечном направлении по размеру 10 мм (по 5 мм слева и справа).
Барабанный дозатор содержит барабан 21, подающий крупноразмерный вермикулитовый концентрат на делитель потока 22, распределяющий примерно поровну частицы концентрата по лоткам 26.
Каналы 29 внутри выступов 28 расположены параллельно над прорезями 30 (глубиной 10 мм) приемных барабанов 25. Когда крупные частицы поступают из барабанного дозатора через делитель потока 22, выполненный в виде чередующихся скрещенных пластин, и сходят по лоткам 26, они, оказавшись в каналах 29, упираются в цилиндрическую поверхность вращающегося приемного барабана 21 и скользят по ней, пока не падают в ближайшую прорезь 30 (см. фиг. 2). Приемные барабаны 25, поворачиваясь, срубают частицы о выступы 28 лотков 26 и переносят их, пока они не выпадут под собственным весом. Остаток частицы, скользя по цилиндрической поверхности приемного барабана 21, падает в следующую прорезь 30 и так происходит несколько раз на каждом приемном барабане 25, пока все частицы не будут изрублены на узкие полоски, шириной 10 мм и длиной, определяющейся ее исходным размером 20…50 мм (см. фиг. 3). Подача крупных частиц концентрата барабаном 21 дозатора подбирается так, что бы исключить попадание в одно место в прорези 30 более, чем двух частиц, во избежание их заклинивания. Ширина прорези 30 такова, что две частицы вместе могут в ней располагаться без заклинивания.
Такой процесс постепенного разрубания частиц на полоски происходит по всей ширине каждого из приемных барабанов 25. Ребра жесткости 27, размещенные с равным шагом одни за другими, исключают прогибание выступов 28 лотков 26 в процессе срубания частиц. Изрубленные частицы ссыпаются на левую часть противня 3 и двигаясь в тепловом поле проволочных электрических нагревателей 4, вспучиваются, и выходят как готовый продукт – вспученный вермикулит в правой части противня 3.
Так достигается технический результат полезной модели – получение высококачественного вспученного вермикулита их крупноразмерных вермикулитовых концентратов за счет измельчения крупных частиц вермикулитовой слюды.