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 № 161281, МПК F27B 15/00, опубликовано 20.04.2016), содержащая противни с крышками; противни выполнены из огнеупорного материала и установлены по отношению другу к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, и электрические нагреватели, размещенные под крышкам противней продольно и закрепленные на головках с параллельными гранями для обеспечения их параллельной установки, электрические нагреватели  выполненные с консолями и расположены над поверхностью противней с зазором, при этом консоли электрических нагревателей подвешены в нижней части противней на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержнях, установленных на крышках противней.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противень из огнеупорного материала, крышка, электрические нагреватели, размещенные с зазором вдоль противня под крышками, головки для крепления нагревателей и серьги.
Указанная печь обладает следующим недостатком. Электрические нагреватели обеспечивают не равномерный нагрев огнеупорной поверхности противней и, следовательно, нагревают движущийся по противням и вспучивающийся вермикулитовый концентрат тоже не равномерно. Измерения температур в работающей печи в разных зонах противней показали, что центральной зоне температура огнеупорного основания больше, чем по краям противней возле их боковых стенок на 40…60 °. Поэтому вермикулит, выходящий из печи, в центральной зоне нижнего противня вспучен полностью и имеет меньшую насыпную плотность, чем вермикулит, выходящий из печи по краям нижнего противня. Эта разность в нагреве хорошо видна сразу после выключения печи, снятия крышек и отключения освещения: центральная часть огнеупорного основания противня (огнеупорный шамотный кирпич) светится темно-малиновым цветом, тогда как по краям кирпич остается темным (не светится).
Это объясняется тем, что любой фрагмент огнеупорного основания в центральной части получает тепловое излучение нагревателей, расположенных над ним, а также от нагревателей, расположенных справа и слева от него.
Такой же фрагмент, взятый в краевых зонах огнеупорного основания, получает тепловое излучение от нагревателей, расположенных над ним и от соседних нагревателей только справа или только слева. Поэтому вермикулиту, движущемуся по противням в краевых зонах, тепловой энергии достается меньше, чем вермикулиту, движущемуся в центральной зоне.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 179055, МПК F27B 9/00, опубликовано 25.04.2018), содержащая противни с крышками, выполненные из огнеупорного материала и установленные по отношению другу к другу под углом, обеспечивающем пересыпание вермикулита в процессе обжига с одного на другой, и электрические нагреватели, размещенные под крышкам противней продольно над поверхностью противней с зазором, закрепленные на головках с параллельными гранями для обеспечения их параллельной установки и выполненные с консолями, подвешенными в нижней части противней на поворотных серьгах, закрепленных через керамические электроизолирующие втулки шарнирно на стержнях, установленных на крышках противней, серьги выполнены в виде Г-образных рычагов, одни плечи которых удерживают консоли электрических нагревателей, а другие снабжены грузиками, обеспечивающими натяжение электрических нагревателей и постоянство зазора.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противень из огнеупорного материала, и термокрышка, электрические нагреватели, размещенные под термокрышкой, зазор между электрическими нагревателями и огнеупорной поверхностью противня, головки для крепления нагревателей и серьги.
Указанная печь обладает тем же недостатком. Электрические нагреватели обеспечивают не равномерный нагрев огнеупорной поверхности противней и, следовательно, нагревают движущийся по противням и вспучивающийся вермикулитовый концентрат не равномерно. Поэтому вермикулит, выходящий из печи, в центральной зоне нижнего противня вспучен полностью и имеет меньшую насыпную плотность, чем немного не до вспученный вермикулит, выходящий из печи по краям нижнего противня. В целом, печь частично не до вспучивает концентрат и производит не качественный вспученный вермикулит.
За прототип принята электрическая печь для получения вспученного вермикулита (RU № 192841, МПК F27B 9/06, С04В 20/06 опубликовано 02.10.2019), содержащая раму, на которой установлена вибрационная подовая платформа с эксцентриковым приводом, размещенными в направляющих роликами для ее перемещения, и пружины, противень из жаростойкой стали, установленный на платформе, и термокрышку с крепежными головками, расположенные под ней электрические нагреватели, вдоль каждого из которых в отверстиях термокрышки с заданным шагом установлены серьги из полосового нихрома, выполненные в верхней части в виде зацепов, а в нижней – в виде хомутиков, при этом через отверстия хомутиков пропущены электрические нагреватели для их удержания под термокрышкой; термокрышка выполнена в виде керамовермикулитовой диэлектрической плиты и рамы из угловой стали, опоясывающей плиту, при этом в двух противоположных торцах плиты для удержания ее в раме выполнены поперечные пазы, в которые введены стальные пластины, удерживающие плиту в раме и закрепленные на нижней части рамы резьбовыми соединениями, при этом зацепы серег опираются на поверхность плиты, эксцентрик привода подовой платформы сопряжен непосредственно с ней с одной стороны, а пружины установлены с противоположной стороны.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, подовая платформа с эксцентриковым приводом, ролики платформы, размещенные в направляющих, пружины, противень, установленный на платформе, крепежные головки, электронагреватели, серьги из нихрома, выполненные в виде хомутиков, удерживающих электронагреватели под термокрышкой, термокрышка выполнена из диэлектрической керамовермикулитовой плиты и опоясывающей ее рамы из угловой стали,
Указанная печь характеризуется следующими недостатками.
Электронагреватели (далее – нагреватели) не обеспечивают одинаковый нагрев противня платформы по ширине. В его центральной части любой выделенный фрагмент противня получает тепловое излучение от нагревателей, расположенных над ним, а также от соседних нагревателей, расположенных справа и слева от него. Такой же фрагмент, выделенный в крайних зонах противня, получает тепловое излучение от нагревателей, расположенных над ним и от соседних нагревателей, расположенных только с одной стороны (или слева или справа).
Если учесть, что нагреватели, расположенные по краям термокрышки над крайними зонами противня платформы сами менее нагреты, чем нагреватели в центральной зоне, так как они подогреваются соседними нагревателями только с одной стороны, в отличие от нагревателей в центральной зоне, то очевидно, что и вермикулиту, движущемуся по противню из жаростойкой стали в крайних зонах, где противень нагрет меньше и где температура нагревателей ниже, тепловой энергии достается меньше, чем вермикулиту, движущемуся в центральной и близких к ней зонах.
Поэтому вермикулит, выходящий из печи, в центральной зоне нижнего противня вспучен качественно и имеет меньшую насыпную плотность, чем вермикулит, выходящий из печи по краям нижнего противня. Эта разность в насыпной плотности неоднократно проверялась в процессе работы опытной печи с подовой платформой и это доказывает, что в целом вермикулитовый концентрат вспучивается не качественно, т. е. не в полной мере, как он мог бы вспучиваться, если бы температура нагревателей, расположенных по краям противня была больше, чем температура нагревателей в его центре, а температуры всех зон противня были бы одинаковы.
Технический результат полезной модели заключается в повышении качества вспучивания вермикулита по всей ширине противня за счет равномерного распределения температур по ширине противня подовой платформы и увеличения температур нагревателей, расположенных по краям термокрышки.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для получения вспученного вермикулита, содержит раму с вибрационной подовой платформой и эксцентриковым приводом, ролики для ее перемещения, размещенные в направляющих рамы, пружины, противень, установленный на подовой платформе, крепежные головки, закрепленные на термокрышке и термокрышку с закрепленными под ней нагревателями и удерживаемыми серьгами из нихрома в виде хомутиков, в отверстия которых пропущены нагреватели; термокрышка выполнена в виде диэлектрической керамовермикулитовой плиты и рамы из угловой стали, опоясывающей плиту, эксцентрик привода подовой платформы сопряжен с ней с одной стороны, а пружины установлены с противоположной стороны; при этом нагреватели выполнены из проволочного нихрома разного диаметра, площадь сечения нагревателей, закрепленных на краях термокрышки больше, чем площадь сечения соседних и следующих за ними до центрального нагревателя, закрепленного в ее центре, а хомутики имеют переменные диаметры отверстий и высоту под соответствующие нагреватели, обеспечивая постоянным зазор между нижней частью нагревателей и противнем.
Благодаря тому, что нагреватели, удерживаемые хомутиками с разными диаметрами и длинами под термокрышкой, выполнены из проволочного нихрома разного сечения, соответствующего диаметрам отверстий в хомутиках, и тому, что площадь сечения нагревателей, закрепленных на краях термокрышки больше, чем площадь сечения соседних с ними нагревателями, а их площадь сечения больше площади сечения следующих, соседних с ним и так далее до центрального нагревателя, при определенных соотношениях площадей сечений, наибольшая температура обеспечивается на нагревателях, закрепленных по краям термокрышки, у соседних с крайними нагревателями темепература за счет меньшего сечения немного меньше, у следующих за ними температура еще меньше и так далее до центрального нагревателя с наименьшей температурой. Этим достигается равномерное распределение температур по ширине противня подовой платформы и повышение качества вспучивания вермикулита по всей ширине противня подовой платформы печи.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что нагреватели выполнены из проволочного нихрома разного диаметра, площадь сечения нагревателей, закрепленных по краям термокрышки больше чем площадь сечения соседних и следующих за ними до центрального нагревателя, закрепленного в ее центре, а хомутики имеют переменные диаметры отверстий и переменную высоту под соответствующие нагреватели.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для получения вспученного вермикулита.
На фиг. 2 показан фрагмент I поперечного сечения электрической печи.
На фиг. 3 показана серьга в виде хомутика с зацепами.
а
б
в
г
д
Электрическая печь для получения вспученного вермикулита (в дальнейшем печь) содержит раму 1, вибрационную подовую платформу 2 (в дальнейшем платформа), противень 3 из жаростойкой стали, закрепленный на платформе 2, нагреватели 4 с разными диаметрами один больше другого D > D > D > D> D, фиг. 2, 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 пазами, в которые по всей их длине введены стальные пластины 7, являющиеся частью рамы 6 и удерживающие плиту 5 в раме 6 и закрепленные резьбовыми соединениями 8 с уголками.
В плите 5 выполнены отверстия 9 для серег, зацепы 10 которых опираются на поверхность плиты 5 термокрышки и удерживают нагреватели 4 под термокрышкой с помощью хомутиков 11, являющихся нижней частью серег (см. так же фиг. 2 и 3). Крепежные головки 12 закреплены на термокрышке через диэлектрические прокладки и имеют зажимы в виде пластин 13, с помощью которых к ним присоединены нагреватели 4. Эксцентриковый привод 14 платформы 2 сопряжен непосредственно с торцом платформы 2, которая снабжена роликами 15, размещенными в направляющих 16 рамы 1.
Электрическая печь для получения вспученного вермикулита работает следующим образом. Нагреватели 4 подключают к сети и прогревают рабочее пространство печи между противнем 3 и нижней частью плиты 5 термокрышки. Быстрому прогреву печи и дальнейшему поддержанию 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).
При нагревании электрические нагреватели 4, закрепленные на крепежных головках 12 и пропущенные через отверстия в хомутиках 11 серег, удлиняются, но размеры отверстий в хомутиках 11 больше диаметра соответствующих нагревателей 4, поэтому серьги не препятствуют этому удлинению.
Серьги, удерживающие нагреватели 4 под термокрышкой, исключают провисание последних и поддерживают зазор z, фиг. 2, между нижними частями нагревателей 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.
а
б
в
г
д
а
б
б
в
д
а
б
в
д
Благодаря тому, что нагреватели 4 с разными диаметрами D > D > D > D> D, удерживаемые хомутиками 11 с соответствующими диаметрами отверстий в них под термокрышкой, выполнены из проволочного нихрома разного сечения так, что площадь сечения нагревателя, расположенного на краю термокрышки больше чем площадь сечения соседнего с ним нагревателя D > D, а его площадь сечения больше площади сечения следующего, соседнего с ним D > D и так далее до центрального нагревателя с диаметром D, при определенных соотношениях площадей этих сечений, наибольшая температура обеспечивается на нагревателях диаметром D, расположенных по краям термокрышки, у соседних с крайними нагревателями (D) температура за счет меньшего сечения немного меньше, у следующих за ними (D) температура еще меньше и так далее до центрального нагревателя (D) с наименьшей температурой. Этим достигается то, что по сравнению с прототипом, происходит равномерное распределение температур по ширине на поверхности противня 3 подовой платформы 2 и повышение качества вспучивания вермикулита по всей ширине противня подовой платформы печи.
Так как от края противня 3 к его центру диаметры нагревателей 4 уменьшаются, то, чтобы гарантировать одинаковый зазор z, фиг. 2, между нижней частью нагревателей 4 и противнем 3, высока хомутиков 11 от крайних нагревателей к центру противня увеличивается и чем короче хомутик 11, тем боше диаметр его отверстия.
1
После прогрева печи запускают эксцентриковый привод 14. Вращение эксцентрика создает возвратно-поступательное движение х платформы 2 с противнем 3 с амплитудой е и однонаправленное движение находящегося на нем вспучивающегося вермикулита. Платформа совершает колебания благодаря роликами 15, размещенным в направляющих 16 рамы 1.
1
Регулируя угловую скорость вращения эксцентрика n, можно настроить виброскорость подовой 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 нагревателей 4 до температуры 720…800 °С.
Так достигается технический результат полезной модели, а именно –повышение качества вспучивания вермикулита по всей ширине противня за счет равномерного распределения температур по ширине противня подовой платформы и увеличения температур нагревателей, расположенных по краям термокрышки.