МНОГОКАМЕРНАЯ ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ
MULTICHAMBER CALCINING KILN

Изобретение относится к многокамерным печам для обжига углеродных материалов, в частности к конструкциям съемных сводов камер, и может быть использовано в электродной, электроугольной, коксохимической и других отраслях промышленности, связанных с термической обработкой углеродных материалов.
Известна многокамерная печь для обжига электродных изделий, согласно Авторскому свидетельству СССР №628393, содержащая последовательно соединенные межкамерными каналами камеры и горелки для сжигания топлива. Для повышения качества обжига за счет равномерности нагрева, горелки для сжигания топлива установлены в сводах над межкамерными каналами.
Однако вышеописанная печь не обеспечивает высокое качество обжига из-за того, что объем пространства, в котором происходит процесс горения ограничен, в основном, объемом межкамерных каналов, над которыми в сводах расположены горелки, при этом подсводовое пространство камеры практически не используется в этих целях.
Известна выбранная в качестве ближайшего аналога многокамерная обжиговая печь (Чалых Е.Ф. «Оборудование электродных заводов», М., Металлургия, 1990, 69-73) с камерами, расположенными в два ряда относительно оси печи. Камеры соединены между собой огневыми колодцами, по которым газы от камер со сжиганием топлива последовательно проходят через все остальные, подогревая загруженные в них заготовки. Каждая камера разделена муфельными перегородками с вертикальными каналами на несколько кассет и накрывается сводом.
Свод представляет собой куполообразную металлическую раму, основание которой выполнено из жаропрочного чугуна. На чугун уложен огнеупорный кирпич так, что на металлическую раму практически не воздействуют высокие температуры. Огнеупорный кирпич свода - шамотный легковес марки ШЛ-1,3 (Чалых Е.Ф. «Оборудование электродных заводов», М., Металлургия, 1990, 74). Кирпич имеет специальную конструкцию и отличается хорошей огнестойкостью. Даже при растрескивании верхних частей большого числа огнеупорных изделий свод остается устойчивым, так как каждый кирпич удерживают на месте соседние изделия, с которыми он сцеплен ребрами. Верх свода выполнен из металлической сетки с обмазкой. Сверху непосредственно на свод устанавливаются газовые горелки и петля для транспортировки свода.
К недостаткам вышеописанной печи относится следующее.
Во-первых, свод печи обладает большой массой, около 15 тонн, что обусловлено большой массой рамы, изготовленной из тяжелых чугунных швеллеров, и тяжестью теплоизоляции, выполненной из шамотного огнеупорного кирпича, укрепленного сверху металлической сеткой, обмазанной огнеупорным раствором. Из-за большой массы возникает необходимость использования кранов большой грузоподъемности при перемещении и ремонте сводов, что усложняет и удорожает эксплуатацию печи. Кроме того, создается большая нагрузка на керамический массив печи, что может привести к его разрушению и дорогостоящему ремонту. К тому же большая масса обуславливает ограничение свода по высоте, а следовательно, по объему подсводового пространства, что отрицательно сказывается на качестве обжига.
Необходимость обмазки для уплотнения свода обуславливает повышенную загрязненность печи, что снижает удобство ее эксплуатации. Велика также максимальная температура наружной поверхности свода, которая достигает 180°С из-за использования кирпича и больших потерь тепла, что создает трудности для обслуживающего персонала и приводит к снижению санитарно-гигиенических условий.
Во-вторых, вышеописанная печь обладает большими тепловыми потерями на своде из-за использования кирпича, который сильно нагревается. Большие тепловые потери обуславливают большой расход топлива (природного газа), увеличение времени обжига электродных изделий и, следовательно, в определенной степени влияют на уменьшение производительности печи.
В-третьих, вышеописанная печь не обеспечивает высокое качество обжига из-за неравномерного нагревания обжигаемых изделий. Значительная разность температур обжигаемых изделий в объеме камеры между низом и верхом, обусловлена плохими условиями сжигания топлива вследствие малых объемов камеры сжигания, ограниченной высоты подсводового пространства и плохих условий перемешивания топлива с воздухом из-за не оптимального расположения горелок (не над огневыми колодцами). Действительно, в данном случае перемешивание топлива с воздухом происходит только в подсводовом пространстве, объем которого ограничен небольшой высотой самого свода, выполненного из тяжелого кирпича.
Кроме того, стационарная установка горелок на своде снижает удобство эксплуатации и приводит к увеличению требуемого числа горелок.
К тому же вышеописанная печь не удобна в эксплуатации из-за сложности переворачивания свода во время ремонта ввиду отсутствия цапф.
Изобретение направлено на решение задачи повышения производительности работы печи и снижения потребления энергоресурсов за счет снижения тепловых потерь, а также повышения качества обжига за счет более равномерного нагревания обжигаемых изделий и повышения удобства эксплуатации.
Сущность изобретения заключается в том, что в многокамерной обжиговой печи, содержащей последовательно соединенные огневыми колодцами камеры, со съемными сводами, подсводовым топочным пространством и с горелками для сжигания топлива, установленными в патрубки сводов, при этом каждый свод включает металлическую раму с установленными на ней огнеупорными модулями, предлагается раму свода, выполнить из стального профиля с прикрепленными к ней металлическими листами, на которых с внутренней стороны установлены огнеупорные модули, выполненные из огнеупорного фетра, а горелки для сжигания топлива расположить на специальной переносной платформе вне свода с возможностью их установки в футерованные керамическим материалом патрубки газовых горелок свода, расположенных непосредственно над огневыми колодцами.
Снаружи на торцевых частях свода могут быть расположены монтажные цапфы.
В заявляемом изобретении выполнение рамы свода из стального профиля с прикрепленными к ней металлическими листами, на которых с внутренней стороны установлены огнеупорные модули, выполненные из огнеупорного фетра, позволяет существенно уменьшить массу свода, снизить тепловые потери, упростить конструкцию печи и повысить удобство эксплуатации.
Уменьшение массы свода обусловлено меньшей массой рамы, изготовленной не из тяжелых чугунных секций, а из легкого стального профиля, и облегченной теплоизоляцией, выполненной не из шамотного огнеупорного кирпича, укрепленного сверху металлической сеткой, обмазанной огнеупорным раствором, а из легкого огнеупорного фетра. Уменьшение массы свода позволяет отказаться от использования кранов большой грузоподъемности при перемещении и ремонте сводов, что упрощает и удешевляет эксплуатацию печи. Кроме того, уменьшается нагрузка на керамический массив печи, что способствует повышению прочности печи и увеличению ее срока службы. К тому же уменьшение массы свода позволяет не ограничивать свод по высоте, а следовательно, увеличить объем подсводового пространства, что способствует повышению качества обжига. Упрощение конструкции свода печи и отсутствие обмазки снижает загрязненность печи, повышает удобство ее эксплуатации.
Выполнение огнеупорных модулей не из шамотного кирпича, а из огнеупорного фетра снижает потери тепла и потребление энергоресурсов (расход топлива), что способствует уменьшению времени обжига электродных изделий и, следовательно, в определенной степени повышает производительность печи, а также способствует уменьшению максимальной температуры наружной поверхности свода, что приводит к улучшению санитарно-гигиенических условий и повышает удобство обслуживание печи.
Расположение горелок для сжигания топлива непосредственно над огневыми колодцами обеспечивает повышение качества обжига за счет подогрева всего объема воздуха, поступающего в камеру, и, как следствие, более равномерного нагревания обжигаемых изделий. Уменьшение разности температур обжигаемых изделий в объеме камеры между низом и верхом обусловлено улучшением условий сжигания топлива вследствие увеличения объемов камеры сжигания за счет большей высоты подсводового пространства и лучшего перемешивания топлива с воздухом из-за оптимального расположения горелок (над огневыми колодцами). В данном случае перемешивание топлива с воздухом происходит не только в подсводовом пространстве, объем которого увеличен за счет увеличения высоты самого свода, выполненного из легкого стального профиля и легких огнеупорных модулей из огнеупорного фетра.
Расположение горелок для сжигания топлива на специальной переносной платформе вне свода с возможностью их установки в футерованные керамическим материалом патрубки газовых горелок свода, позволяет избежать стационарной установки горелок на своде, что повышает удобство эксплуатации и приводит к уменьшению требуемого числа горелок.
Выполнение монтажных цапф, расположенных снаружи на торцевых частях свода, способствует повышению удобства в эксплуатации печи за счет упрощения переворачивания свода во время ремонта.
На фиг.1 представлен фрагмент многокамерной печи с камерой и сводом в поперечном разрезе и схема движения газов в камере, на фиг.2 приведен свод многокамерной печи в изометрии, на фиг.3 представлен свод многокамерной печи, вид с торца, на фиг.4 представлен фрагмент камеры многокамерной печи со сводом в поперечном разрезе.
Многокамерная обжиговая печь содержит камеры 1, которые расположены в два ряда относительно оси печи (на фигурах не показано). Камеры 1 соединены между собой огневыми колодцами 2, по которым газы от камер 1 со сжиганием топлива последовательно проходят через все остальные, подогревая загруженные в них заготовки (на фигурах не показаны). Каждая камера 1 разделена муфельными перегородками с вертикальными муфельными каналами 3 на кассеты, в которых размещаются обжигаемые изделия (на фигурах не показаны). Камера 1 накрывается сводом 4. Над огневыми колодцами 2 находятся футерованные изнутри керамическим материалом патрубки 5 переносных газовых горелок 6, расположенных на специально предназначенной для этого платформе 7. Свод 4 камеры 1 представляет собой стальную конструкцию в виде рамы 8, сваренной из стандартных стальных профилей. К раме 8 приварены стальные листы 9. Листы 9 с внутренней стороны выложены огнеупорными модулями 10 из огнеупорного, например муллитокремнеземистого, фетра.
Снаружи на торцевых стенках свода 4 расположены две монтажные цапфы 11 для производства монтажных и ремонтных работ.
Транспортировка сводов производится при помощи подъемного крана. Для этого рама свода оснащена четырьмя петлями 12.
После загрузки камеры 1 изделиями и пересыпкой, камера 1 закрывается сводом, рядом с которым устанавливается платформа 7 с горелками 6. Горелки 6 вставляются в патрубки 5 газовых горелок 6, находящихся на своде 4 непосредственно над огневыми колодцами 2.
Нагрев изделий осуществляется топочными газами, образующимися при сжигании топлива и проходящими через муфельные каналы 3 камеры.
Газообразное топливо с помощью горелок 6 подают в огневые колодцы 2, через которые проходит весь поступающий из камер холодный воздух. Это позволяет сжечь топливо с достаточной полнотой, так как перемешивание топлива с воздухом происходит не только в подсводовом пространстве, объем которого увеличился в два раза по сравнению с ближайшим аналогом, но и в огневых колодцах 2, общий объем которых составляет примерно одну четверть от объема подсводового пространства.
Более полное сжигание топлива и усреднение температуры газового потока позволяет значительно уменьшить перепады температур (разность температур между низом и верхом камеры составляет не более 50°С), чем в объеме камеры, как по сечению, так и по высоте, что ведет к улучшению качества обжигаемых изделий.
Уменьшение тепловых потерь в камере позволяет сократить период обжига электродных изделий с 450 часов до 420 часов.
По завершении цикла обжига платформу 7 с газовыми горелками 6 при помощи мостового крана (на фигурах не показан) перемещают к следующей камере, загруженной изделиями и пересыпкой с установленным сводом, для подключения.
В таблице приведены теплотехнические показатели заявляемого изобретения и ближайшего аналога. Сравнительный анализ приведенных в таблице показателей свидетельствует о том, что при одной и той максимальной температуре в камере, в заявляемой печи снижаются тепловые потери, более чем вдвое уменьшается максимальная температура наружной поверхности свода и вдвое уменьшается удельный расход газа на тонну продукции
Таблица
Показатели
Ед.изм.
Ближайший аналог
Заявляемое изобретение
Максимальная температура в камере
°С
1200
1200
Удельный расход газа на тонну продукции
м<sup>3</sup>/т
270
135
Материал огнеупорного модуля
Шамотный кирпич
Муллитокремнеземистый фетр
Масса свода
т
15
7
Максимальная температура наружной поверхности свода
°С
180
84