ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТА

Полезная модель относится к области строительных и огнеупорных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
Известна печь для обжига вермикулита (варианты) [RU №85993, МПК F27B 15/00, опубликовано 20.08.2009], включающая противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой и снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхностях противней.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным аналогом являются противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой и снабженные электрическими нагревателями.
Указанная печь обладает следующим недостатком. Так как электрические нагреватели расположены на поверхностях противней, то частицы вспучивающегося вермикулита при движении по этим поверхностям постоянно контактируют с раскаленными до температуры ~700°C электрическими нагревателями. Даже если вермикулитовый концентрат (исходное сырье) отличается высоким качеством, он все же содержит частицы различных сопутствующих мелкодисперсных минералов (до 4-5% по весу), многие из которых имеют температуру плавления ниже указанной. Поэтому происходит постепенное пригорание этих частиц к поверхностям электрических нагревателей и со временем на отдельных участках начинают образовываться нагарные корки. В местах их образования ухудшается отвод тепла, нагарная корка термоизолирует электрические нагреватели, происходит их локальный перегрев и один из них перегорает. При этом печь отключают от электрической сети, охлаждают, производят замену электрического нагревателя и очистку от нагара других электрических нагревателей. Это приводит к простоям, снижению сменной производительности, к выполнению ремонтных работ, обладающих существенной трудоемкостью, а так же к перерасходу нихрома, из которого выполнены электрические нагреватели.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), включающая противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней под крышками и выполненными в виде лент, установленных на ребро продольно и закрепленных с помощью изоляторов.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, размещенными под крышками продольно.
Указанная печь обладает всеми, вышеперечисленными недостатками. Поэтому неизбежно, время от времени, происходят простои, приводящие к снижению сменной производительности, к необходимости выполнения ремонтных работ, обладающих существенной трудоемкостью, а так же к перерасходу нихрома.
За прототип принята 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 на другой, снабженные электрическими нагревателями, выполненными в виде лент, установленными на ребро и размещенными под крышками на поверхности противней продольно, электрические нагреватели закреплены на головках, имеющих параллельные грани для обеспечения их параллельной установки.
Общими признаками заявляемой полезной модели с прототипом являются противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, размещенными под крышками продольно и закрепленными на головках, имеющих параллельные грани для обеспечения их параллельной установки.
Недостатком прототипа является то, что как и в выше рассмотренных аналогах, из-за установки электрических нагревателей на поверхностях противней, частицы вспучивающегося вермикулита при движении по противням постоянно контактируют с раскаленными до ~700°C электрическими нагревателями. Многие из этих частиц имеют температуру плавления ниже указанной, поэтому происходит постепенное их пригорание к поверхностям электрических нагревателей. Со временем на отдельных участках начинают образовываться нагарные корки. В местах их образования отвод тепла ухудшается, нагарная корка термоизолирует электрические нагреватели, происходит их локальный перегрев и один из них перегорает. Печь вынужденно отключают от сети, охлаждают, производят замену электрического нагревателя и очистку от нагара других электрических нагревателей. Очевидно, что это приводит к простоям, снижению сменной производительности, к выполнению ремонтных работ, обладающих существенной трудоемкостью, а так же к перерасходу нихрома, из которого выполнены электрические нагреватели.
Заявляемая полезная модель направлена на создание электрической печи для обжига вермикулита, исключающей постоянный контакт частиц вермикулитового концентрата (исходного сырья) с раскаленными до ~700°C поверхностями электрических нагревателей, исключающей пригорание частиц и образование нагара на поверхностях электрических нагревателей, приводящего к их перегоранию, отказам печи и вынужденным простоям.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности электрической печи для обжига вермикулита путем устранения отказов в работе печи и вынужденных ее простоев из-за перегораний электрических нагревателей, вызываемых образованием нагара на поверхностях нагревателей.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита, содержащая противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой и электрические нагреватели, размещенные под крышками противней продольно и закрепленные на головках с параллельными гранями для обеспечения их параллельной установки, согласно полезной модели, электрические нагреватели расположены над поверхностью противней с зазором, что устраняет контакт вермикулита с электрическими нагревателями и образование на них нагара, приводящего к перегоранию, а в нижней части противней консоли электрических нагревателей подвешены на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержнях, установленных на крышках противней, что обеспечивает компенсацию температурного удлинения электрических нагревателей и постоянство зазора между ними и поверхностями противней по всей их длине.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что электрические нагреватели располагаются над поверхностью противней с зазором и в нижней части их консоли подвешены на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержне, установленном на крышках противней.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
За счет установки электрических нагревателей над поверхностью противней с зазором, исключающим постоянный контакт частиц вермикулитового концентрата с раскаленными поверхностями электрических нагревателей и перегорание последних, вызываемого образованием нагара, устраняются отказы печи и вынужденные простои.
На фиг. 1 показана схема электрической печи для обжига вермикулита.
На фиг. 2 показан продольный разрез противня.
На фиг. 3 показан вид А на нижний торец противня.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, показанная на фиг. 1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1, направляющий лоток 2, установленные по отношению друг к другу под углом противни 3 с крышками 4. Электрические нагреватели размещены над поверхностями противней 3 под крышками 4 и закреплены на крепежных головках 5 с параллельными гранями.
Противень (показан в горизонтальном положении) имеет раму, фиг. 2, состоящую из швеллеров 6 и уголков 7. На прокладках 8, уложены огнеупорные кирпичи 9; нижний ряд кирпичей удерживается при наклонном положении противня упором 10, а верхний ряд через прокладку 11 удерживается кирпичами нижнего ряда. На крайнем уголке закреплена панель 12 с крепежными головками 5 (фиг 1), которые соединены с панелью 12 шпильками 13 через электроизолирующие прокладки 14. Грани 15 крепежных головок 5 (фиг. 1) параллельны друг другу и имеют прорези 16, в которые вставлены электрические нагреватели 17 с размером сечения с (круглого, квадратного или прямоугольного, фиг. 3). Благодаря параллельности граней, вставленные в прорези 16, фиг. 2, и притянутые шпильками 18, гайками 19 и шайбами 20 электрические нагреватели 17 в собранном виде устанавливаются параллельно друг другу.
а
Прорези 16 на гранях 15 выполнены на таком уровне, что электрические нагреватели 17 в собранном виде располагаются над поверхностью огнеупорных кирпичей 9 с зазором , фиг. 3. Консоли электрических нагревателей 17 закреплены с люфтом в серьгах 21, выполненных из полосового нихрома, верхние части которых через керамические втулки 22, выполненные из огнеупорного технического фарфора, образуют со стержнем 23 шарнирное соединение. Стержень 23 размещен в отверстиях проушин 24. Для уменьшения тепловых потерь крышка 25 противня имеет слой термоизоляции 26, относительно нижней поверхности которого благодаря серьгам 21 поддерживается неизменным зазор б.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом. Вермикулитовый концентрат подается барабанным дозатором 1, фиг. 1, по направляющему лотку 2 в верхний противень 3. Двигаясь под действием сил тяжести по поверхностям противней 3, частицы вермикулита проходят под раскаленными до ~700°C электрическими нагревателями не находясь с ними в постоянном контакте и подвергаются воздействию теплового излучения. По мере движения вермикулит вспучивается и пересыпается из одного противня на другой. В нижней части нижнего противня 3 из печи выходит готовый вспученный вермикулит.
а
а
При нагревании электрических нагревателей 17, фиг. 2 и 3, их длина увеличивается (при длине 500 мм увеличение составляет 8…10 мм), а соединение электрических нагревателей через серьги 21 и керамические втулки 22 со стержнем 23 не ограничивает возможность этого удлинения. Изменение зазора  при этом пренебрежимо мало. Вес электрических нагревателей 17 будет приводить к прогибу их центральной части и зазор  будет немного переменным по длине.
Из-за установки противней 3 в печи под углом 45°, фиг. 1, распределенная по длине сила тяжести G электрических нагревателей 17, фиг 2, вызывает меньший их прогиб в центральной части, чем при горизонтальном положении, показанном на фиг. 2, так как перпендикулярно направленная к электрическому нагревателю составляющая силы тяжести, вызывающая этот прогиб, равна G×Cos 45°.
При круглом сечении с диаметром 4 мм и длине электрического нагревателя l=0,5 м вес одного стержня составит:
2
2
G=ρlπd/4=8400×0,5×3,14×0,004/4=0,053 кгс,
3
где ρ - плотность нихрома марки Х20Н80 - 8400 кг/м.
Распределенная весовая нагрузка с учетом наклона нагревателей будет равна:
q=G×Cos 45°/l=0,053×0,707/50=0,00075 кгс/см.
Тогда прогиб в средней части будет равен:
4
4
6
-4
x
z=ql/185EJ=0,00075×50/185×2,22·10×12,56·10=0,009 см=0,09 мм.
6
2
4
-4
4
x
где Е - модуль упругости нихрома марки Х20Н80 - 2,22·10 кгс/см, J - осевой момент инерции круглого сечения: πd/64=12,56×10 см.
а
а
Учитывая то, что все металлы при нагревании до 500…600°C теряют в прочности примерно 50%, можно ожидать, что прогиб электрических нагревателей достигнет значения 0,12…0,15 мм. При исходном зазоре =7…8 мм его уменьшение в центральной части противня составит 6,88…7,85 мм. Такое изменение зазора  вполне допустимо. А если сечение с электрического нагревателя будет квадратным или прямоугольным, то прогиб z станет еще меньше из-за большего осевого момента инерции сечения.
а
Наличие зазора  между основанием противней и электрическими нагревателями обеспечивает технический результат полезной модели - устранение отказов и вынужденных простоев печи из-за перегораний электрических нагревателей, вызываемых образованием нагара на их поверхностях за счет исключения постоянного контакта частиц вермикулитового концентрата с поверхностями электрических нагревателей и их пригорания с образованием нагара.