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 противни и крышки, в которых размещен изолирующий материал, электрические нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на крепежных головках, при этом противни расположены параллельно один над другим и выполнены в виде установленных на телах качения подвижных относительно электрических нагревателей оснований, которые имеют поверхность из жаропрочной стали, закрепленную через термоизоляционные прокладки на пустотелых балках и раме, между которыми размещен изолирующий материал, при этом печь снабжена толкателями, соединенными посредством пружин с подвижными основаниями, на крышках противней установлены крепежные головки, а электрические нагреватели установлены продольно с зазором между поверхностью подвижного основания и крышкой.
Общими признаками аналога с заявляемой полезной моделью являются противни, крышки с размещенным в них изолирующим материалом, электрические нагреватели, размещенные под крышками и закрепленные на крепежных головках, подвижные основания, установленные на телах качения и имеющие поверхность из жаропрочной стали, закрепленную через термоизоляционные прокладки на раме и балках, между которыми размещен изолирующий материал, толкатели, соединенные посредством пружин с подвижными основаниями, электрические нагреватели установлены продольно с зазором между поверхностью подвижного основания и крышкой.
Указанная печь обладает следующим недостатком. Так как 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. Это сначала приводит к застреванию отдельных наиболее крупных вспучивающихся зерен вермикулита, образованию в этих местах пробок, несмотря на колебания подвижного основания, а в последствии - к локальному перегреву электрических нагревателей, их плавлению, перегоранию и отказу печи. А это, в свою очередь, приводит к прекращению процесса обжига, необходимости отключения печи, ее охлаждения и ремонта. 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 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 аналога с заявляемой полезной моделью являются противни из огнеупорного материала, установленные под углом, крышки и нагреватели, размещенные под крышками продольно противням и закрепленные на головках консольно, подвижное, подпружиненное с обеих сторон основание с эксцентриковым приводом и лотки, при этом подвижное основание выполнено в виде полых балок с термоизоляционным материалом между ними.
Указанная печь обладает тем же недостатком. Из-за консольного закрепления электрических нагревателей на головках они при нагреве прогибаются под собственным весом, сближаясь консольной частью с поверхностью противня. Поэтому зазор между электрическими нагревателями и поверхностями противней неконтролируемо изменяется, что приводит к застреванию зерен вермикулита, образованию пробок, а затем к локальному перегреву, плавлению и перегоранию электрических нагревателей. И эта печь в целом характеризуется низкой надежностью.
За прототип принята электрическая печь с вибрационной подовой платформой (RU №166554, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.11.2016), содержащая противень из огнеупорного материала, электрические нагреватели и термокрышку, снабженная вибрационной подовой платформой, крепежными головками с зажимами для электрических нагревателей, блоками с проточками, термостойкими втулками из диэлектрического материала и вертикально висящими грузами, при этом вибрационная подовая платформа выполнена горизонтальной с эксцентриковым приводом, цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с противоположных сторон платформы, оснащенной роликами, размещенными в направляющих рамы, противень установлен на платформе, а термокрышка закреплена на раме шарнирно над противнем с возможностью открывания до 180°, крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей закреплены на одной стороне термокрышки, а блоки с проточкам из жаростойкой стали для удержания электрических нагревателей в натянутом состоянии установленные на другой ее стороне в горизонтальной плоскости и посажены на термостойкие втулки, которые через траверсы и стальные канатики соединены с вертикально висящими грузами, при этом канатики пропущены через другие блоки с проточками, имеющие диэлектрические втулки, посаженные на горизонтальную ось, закрепленную на термокрышке.
Общими признаками прототипа с заявляемой полезной моделью являются рама, противень из огнеупорного материала, электрические нагреватели, термокрышка, установленная на раме шарнирно, крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, вибрационная подовая платформа с эксцентриковым приводом и пружинами, установленными с противоположных сторон, оснащенная роликами, размещенными в направляющих рамы, причем противень установлен па платформе, а крепежные головки закреплены на одной стороне термокрышки.
Указанная печь обладает следующим недостатком. Благодаря грузам и блокам с проточками происходит удержание электрических нагревателей, закрепленных в крепежных головках, в натянутом состоянии. Этим натяжением достигается почти горизонтальное положение электрических нагревателей и практически постоянный зазор по длине нагревателей между противнем и самими нагревателями. Это исключает застревание вспучивающихся частиц вермикулита. Но из-за натяжки нагревателей и значительного снижения прочности нихрома, из которого они выполнены, при их нагреве до температуры 800°С и более с течением времени отдельные нагреватели разрываются. Чтобы исключить разрывы нагревателей необходимо существенно уменьшить вес грузов, обеспечивающих их натяжение, но в этом случае не обеспечивается постоянство зазора по длине нагревателей между противнем и самими нагревателями. В тех местах, где нагреватели провисают и зазор минимален, постепенно начинают застревать отдельные наиболее крупные вспучивающиеся зерна вермикулита, которые образуют пробки, а затем в этих местах происходит локальный перегрев, плавление и перегорание электрических нагревателей. Поэтому печь с нагревателями, находящимися в натянутом состоянии, так же характеризуется низкой надежностью.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности печи с вибрационной подовой платформой за счет устранения возможности разрывов или провисаний электрических нагревателей и, как следствие, - устранения отказов печи.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь с вибрационной подовой платформой, содержащая раму, противень, электрические нагреватели, термокрышку, установленную на раме шарнирно, крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом и пружинами, установленными с ее противоположных сторон, оснащенную роликами, размещенными в направляющих рамы, противень установлен на платформе, а крепежные головки закреплены на одной стороне термокрышки, согласно полезной модели, печь имеет дополнительные фиксаторы электрических нагревателей, содержащие серьги, выполненные из полосового нихрома, керамические втулки из жаропрочной керамики и проходящие сквозь термокрышки, шайбы из жаростойкой стали, зигзагообразные замки из полосового нихрома и электроизоляционные прокладки. При этом серьги в нижней части выполнены в виде хомутиков с диаметром превышающим диаметр электрических нагревателей, а в верхней части имеют зацепы, устанавливаемые в горизонтальное положение при сборке и опирающиеся на поверхность крышки через электроизоляционные прокладки. Электрические нагреватели, закрепленные на головках с одной стороны, пропущены через отверстия в указанных хомутиках серег и удерживаются ими. Фиксаторы установлены вдоль каждого электрического нагревателя с заданным шагом, исключающим провисание последнего и гарантируют постоянство зазора между нагревателями и поверхностью противня. Зигзагообразные замки вместе с жаростойкими шайбами обеспечивают постоянство зазора между нагревателями и нижней поверхностью термокрышки и одновременно удерживают темоизоляционный материал термокрышек от провисания. Таким образом, устраняется необходимость натяжения электрических нагревателей и возможность их разрыва при нагреве и устраняется возможность провисания электрических нагревателей, постоянство зазора, устранение пробок, плавление и перегорание электрических нагревателей.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются фиксаторы электрических нагревателей, включающие серый в виде хомутиков в нижней части с зацепами в верхней части, керамические втулки, шайбы из жаростойкой стали, зигзагообразные замки из полосового нихрома и электроизоляционные прокладки; зацепы опираются на термокрышку через прокладки, электрические нагреватели пропущены через отверстия в хомутиках серег, а сами фиксаторы установлены вдоль каждого электрического нагревателя с заданным шагом.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь с вибрационной подовой платформой в горизонтальном положении.
На фиг. 2 показан фиксатор электрического нагревателя и его составные элементы.
На фиг. 3 показано расположение части электрических нагревателей под термокрышкой печи.
Электрическая печь с вибрационной подовой платформой, показанная на фигурах 1, 2 и 3 содержит противень 1 из огнеупорного материала (например, из жаростойкой стали), электрические нагреватели 2, термокрышку 3 заполненную термоизоляционным материалом, вибрационную подовую платформу 4 (в дальнейшем платформа) с эксцентриковым приводом, содержащим эксцентрик 5, цилиндр 6, пустотелый плунжер 7 и пружину 8, вставленную внутрь плунжера 7. Цилиндрические пружины 9 (их может быть несколько) установлены с противоположных сторон платформы 4, снабженной осями 10 и роликами 11, размещенными в направляющих 12 рамы 13. На осях 10 закреплена платформа 4, а на ней пустотелые продольные 14 и поперечные 15 балки. Противень 1 закреплен на поперечных балках 15 через термоизоляционные прокладки 16 винтами 17 с гайками 18. Между продольными 14 и поперечными балками 15 размещен термоизоляционный материал 19.
Термокрышка 3 установлена на раме 13 с помощью шарнира 20 и продольных балок 21 над противнем 1 с возможностью ее открывания при повороте на угол до 180° для получения доступа к электрическим нагревателям 2. Крепежные головки 22 жестко закреплены на термокрышке 3 через диэлектрические прокладки и имеют зажимы в виде пластин, 23 с помощью которых, резьбовым соединением 24 электрические нагреватели 2 закреплены на одной стороне термокрышки 3. Кроме того, электрические нагреватели 2 удерживаются в горизонтальном положении за счет фиксаторов, установленных вдоль каждого электрического нагревателя 2 с заданным шагом. Фиксаторы (фиг. 2) содержат серьги 25 из полосового нихрома, выполненные в нижней части в виде хомутиков и с зацепами в верхней части, керамические втулки 26 из жаропрочной керамики, шайбы из жаростойкой стали 27, зигзагообразные замки из полосового нихрома 28 и электроизоляционные прокладки 29. Зацепы опираются на термокрышку 3 через электроизоляционные прокладки 29 и дополнительные стальные шайбы над ними, а электрические нагреватели 2 пропущены через отверстия в хомутиках серег 25.
На фиг. 1 электрическая печь с вибрационной подовой платформой показана в горизонтальном положении. Перед началом работы печь устанавливается в наклонное положение (левая часть выше правой) под углом к горизонту 15 ... 20°.
Электрическая печь с вибрационной подовой платформой работает следующим образом. Электрические нагреватели 2 подключают к сети и прогревают рабочее пространство печи, находящееся между противнем 1 и внутренней поверхностью термокрышки 3. Быстрому прогреву печи, дальнейшему поддержанию высокой температуры в рабочем пространстве и минимизации потерь тепловой энергии способствует низкая теплопроводность термоизоляционного материала термокрышки 3, термоизоляционные прокладки 16 и термоизоляционный материал 19, также обладающий низкой теплопроводностью. При нагревании электрические нагреватели 2, закрепленные на крепежных головках 22 и пропущенные через отверстия в хомутиках серег 25, из-за температурной деформации несколько удлиняются, однако размеры отверстий в хомутиках больше диаметра самих электрических нагревателей 2, поэтому серьги 25 не препятствуют этому вытягиванию.
Наличие серег 25, удерживающих электрические нагреватели по длине полностью исключает провисание последних и изменение зазора между нагревателями и нижней поверхностью термокрышки. Над хомутиками серег 25 установлены шайбы 27, а под ними зигзагообразные замки 28, благодаря которым, и зацепам серег 25, удерживаются не только электрические нагреватели 2, но и темоизоляционный материал термокрышек 3 от провисания. Так серьги 25 пропущены через керамические (электроизолирующие) втулки 26, исключается возможность прохождения электрического тока от нагревателей 2 к любым деталям термокрышки 3 и корпуса самой печи.
1
1
2
2
После прогрева печи включают привод эксцентрика 5 (на фиг. 1 не показан). Вращение эксцентрика 5 создает возвратно-поступательное движение х плунжера 7 в цилиндре корпуса 6, сжимающего-разжимающего пружину 8 с частотой возбуждения ƒ, (Гц), благодаря чему возбуждаются колебания х платформы 4 с противнем 1 и находящимся на нем вермикулитовым концентратом, подаваемым барабанным дозатором (на фиг. 1 не показан) на левую часть поверхности противня 1. Платформа совершает колебания благодаря роликами 11, размещенным в направляющих 12 рамы 13. Совокупная жесткость пружин 8 и 9 и масса платформы с противнем 1 определяют собственную частоту колебаний ƒ (Гц) колебательной системы «пружины - платформа».
1
2
1
2
При вращении эксцентрика 5 с частотой ƒ, равной частоте собственных колебаний ƒ, колебательной системы «пружины - платформа», противень 1 с платформой 4 вводится в резонанс и совершает колебания. Вспучивающийся вермикулит, за счет наклона печи и колебаний платформы движется слева направо и из печи выходит готовый продукт. В резонансном режиме можно менять амплитуду колебаний системы «пружины - платформа» за счет расстройки частоты вращения эксцентрика (частоты возбуждения ƒ) с собственной частотой ƒ. При этом амплитуда колебаний системы «пружина-платформа» будет изменяться, приводя к изменению скорости виброперемещения вспучивающегося вермикулита по противню 1 и, как следствие - к изменению времени нахождения вермикулита на противне 1 (времени обжига). Подбирая время обжига и температуру электрических нагревателей 2, можно настроить работу печи на требуемый режим в зависимости от размерности вермикулитового концентра та и его вида.
Таким образом, благодаря фиксаторам, обеспечивающим удержание электрических нагревателей 2, полностью исключается провисание последних и изменение зазора между ними и поверхностью противня 1, устраняется необходимость натяжения электрических нагревателей 2 и возможность их разрыва при нагреве.
Так достигается технический результат полезной модели, а именно -повышение надежности печи с вибрационной подовой платформой за счет устранения возможности разрывов или провисаний электрических нагревателей и, как следствие, - устранения отказов печи.