Электрическая печь для обжига 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 вермикулитовых концентратов (RU № 2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), содержащая противни из огнеупорного материала, установленные друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание вермикулита в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями из нихрома, расположенными на поверхностях противней, отличающаяся тем, что противни снабжены крышками со съемными элементами с выступами, формирующими ребристую поверхность крышек, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установлены на ребро и размещены под крышками на поверхности противней продольно им так, что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противень, из огнеупорного материала, электрический нагреватель, размещенный под крышкой, и крышка.
Указанная печь имеет два недостатка: во-первых – большое количество отдельных ленточных нагревателей П-образной формы, вытянутых вдоль противня и, во-вторых – удвоенное количество их электрических соединений в последовательную электрическую цепь. Так при ширине противня 700 мм, если расстояние между лентами одного нагревателя и лентами соседних нагревателей равно, например 35 мм, то самих П-образных нагревателей будет уже десять штук и у каждого два конца для их последовательного электрического соединения, например, с крепежными головками (одиннадцать штук). Таким образом, всего двадцать электрических соединений только на одном противне, а если противней три, то всего шестьдесят соединений. Эта сложная система соединений электрических нагревателей в последовательную цепь на каждом противне само по себе существенно усложняет конструкцию печи и значительно снижает ее надежность, так как в каждом из этих электрических соединений может и во время сборки и во время эксплуатации нарушиться качество электроконтакта нихрома с крепежными головками, что приведет к перегреву зоны контакта и перегоранию нагревателя в этой зоне, что многократно случалось в процессе производства вспученного вермикулита на таких печах.
Известна также 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, обеспечивающим 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 упомянутого зазора.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни и крышки, установленные под углом и выполненные из огнеупорного материала, электрические нагреватели, размещенные под крышками и образующие зазор относительно огнеупорной поверхности противня, серьги и головки для закрепления нагревателей с одной стороны.
Указанная печь имеет те же два недостатка: большое количество отдельных электрических нагревателей (в данном случае круглого сечения), вытянутых вдоль противня и, во-вторых – удвоенное количество их электрических соединений в последовательную электрическую цепь с помощью крепежных головок. Если взять ту же ширину противня 700 мм при расстоянии между нагревателями 35 мм, то самих нагревателей потребуется десять штук и у каждого из них два конца для их последовательного электрического соединения в цепь. Имеем те же двадцать электрических соединений только на одном противне. Такая система соединения каждого электрического нагревателя с соседними в последовательную цепь значительно усложняет конструкцию печи и существенно снижает ее надежность, так как в каждом из этих электрических соединений может быть не обеспечен надежный электроконтакт нихрома с крепежными головками, что приведет к перегреву зоны контакта и перегоранию нагревателя в этой зоне, что неоднократно случалось при производстве вспученного вермикулита в печах с проволочными (круглого сечения) нагревателями даже при применении электропроводящих высокотемпературных контактных смазок.
В качестве прототипа принята электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 161281, МПК F27B 15/00, опубликовано 20.04.2016), содержащая противни с крышками, при этом противни выполнены из огнеупорного материала и установлены по отношению другу к другу под углом, обеспечивающем 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 противни и крышки, установленные под углом и выполненные из огнеупорного материала, электрические нагреватели (далее нагреватели), размещенные под крышками продольно с зазором относительно огнеупорной поверхности противня, серьги и головки для закрепления нагревателей с одной стороны.
Указанная печь обладает точно такими же недостатками.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение надежности электрической печи для обжига вермикулита за счет применения единого нагревателя с двумя крепежными головками.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности печи.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита содержит противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом 45° к горизонту с возможностью пересыпания вермикулита с одного на другой и обеспечивающим движение вспучивающихся частиц вермикулита по огнеупорным поверхностям противней, крышки противней, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металлического уголка, нагреватели, серьги и крепежные головки, установленные на крышках, нижний противень печи соединен с неэлектрифицированным модулем со щелевидными тепловыми камерами и щелевидными каналами, по которым, пересыпаясь, движется вермикулит для окончательного вспучивания, при этом в каждом противне размещен только один нагреватель, выполненный из проволочного нихрома (с круглым сечением) в виде зигзагообразного змеевика с двумя концами, соединенными с двумя крепежными головками, установленными по краям крышки, а серьги выполнены в виде плоских зацепов в верхней части для фиксации на крышке и округлых зацепов с замками, которыми они удерживают нагреватель под всей поверхностью крышки.
Между зигзагообразным нагревателем и огнеупорным основанием противня имеется зазор, в котором движется вермикулит, подвергаясь высокотемпературному тепловому излучению и вспучивается.
Благодаря тому, что нижний противень печи сопряжен с неэлектрифицированным модулем с «ломаным» корпусом, в котором выполнены термоизолированные щелевидные тепловые камеры, по которым с помощью вентилятора прокачивается горячий воздух, практически исключая тепловые потери из щелевидных каналов, по которым, пересыпаясь, движется вермикулит и окончательно вспучивается за счет теплообмена между мелкими, более нагретыми вермикулитовыми зернам с более крупными зернами.
Благодаря тому, что каждый нагреватель в своем противне выполнен в   виде зигзагообразного змеевика во всю ширину противня и имеет только два конца для электрического соединения с двумя крепежными головками, установленными по краям крышки (в прототипе таких соединений двадцать), существенно упрощается конструкция печи и почти полностью устраняется возможность (но не на 100 %) перегрева зоны контакта и перегорание нагревателя в этой зоне.
Благодаря тому, что серьги в нижней части имеют округлые зацепы с замками для удержания нагревателя под всей поверхностью крышки противня, обеспечивается возможность быстрой замены нагревателя в случае его перегорания (хотя это и маловероятно) или при выработке ресурса (3500…4000 часов).
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что в каждом противне размещен только один нагреватель, нагреватель   выполнен   в   виде зигзагообразного змеевика с двумя концами для электрического соединения с двумя крепежными головками, установленными по краям крышки, а серьги выполнены в виде плоских зацепов в верхней части и округлых зацепов в нижней части со специальными замками для удержания нагревателя под всей поверхностью крышки.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь для обжига вермикулита.
На фиг. 2 показан продольный разрез противня.
На фиг. 3 показан вид А на нагреватель противня.
На фиг. 4 показана серьга для крепления нагревателя.
Электрическая печь для обжига вермикулита, фиг. 1, 2, 3 и 4, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата (на фиг. 1 не показан) со спусковым лотком 1, по которому концентрат ссыпается на верхнюю часть верхнего противня 3. Внутри корпуса 4 печи под углом 45° с возможностью регулирования в пределах 40…50°, установлены последовательно верхний 3 и нижний 5 противни, включающие нагреватели 6 и крышки 7, выполненные из керамовермикулитовых плит с окантовкой из металлического уголка. Между верхним 3 и нижним 5 противнями на верхнем противне 3 внизу установлен отбойник 8 из листового металла, а нижний противень 5 сопряжен с дополнительным неэлектрифицированным модулем 9 с ломаным корпусом, в котором размещены термоизолированные, в том числе и снаружи (на фиг. 1 наружная изоляция не показана), щелевидные тепловые камеры 10 с шириной, равной ширине противней 3 и 5 печи. Эти камеры 10 предназначены для прокачивания по ним горячего воздуха, поэтому они связаны трубопроводами 11 через всасыватели 12 с верхними частями верхнего 3 и нижнего 5 противней, где из-за температурной тяги выходит горячий воздух. В глубине дополнительного модуля 9 выполнены щелевидные каналы 13.
Керамовермикулитовые плиты крышек 7 противней 3 и 5 окантованы сваренным между собой металлическим уголком 14, фиг. 2, соединенным с пластинами 15, вставленными в пазы керамовермикулитовых плит и удерживающими их. Проволочный нагреватель 6 размещен и закреплен под керамовермикулитовой плитой крышки 7 противня округлыми зацепами 16 серег и на крепежных головках 17, установленных на крышках 7. Сами серьги удерживаются в отверстиях 18 керамовермикулитовой плиты крышки 7 за счет плоских зацепов 19, фиг. 2, 3 и 4. Для замыкания округлых зацепов 16 серег служит специальный замок 20, фиг. 4, выполненный, как и серьги из тонкого ленточного нихрома шириной 7…8 мм и толщиной 1 мм.
Крепежные головки 17, расположенные по краям крышки 7, обеспечивают электрический контакт между собой и двумя концами нагревателя 6 за счет резьбового соединения 21 с шайбой 22, фиг. 2 и 3, и подводящими электрическими кабелями (на фигурах не показаны).
Между нагревателями 6 и огнеупорными основаниями противней 3 и 5 имеется зазор а, фиг. 2.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом. Вермикулитовый концентрат по лотку 1 поступает на верхнюю часть огнеупорной поверхности верхнего противня 3. Установленные в корпусе 4 печи под углом 40…50° к горизонту противни 3 и 5 обеспечивают движение частиц вермикулитового концентрата, а впоследствии и начинающих вспучиваться зерен вермикулита по огнеупорным поверхностям противней под действием сил тяжести в тепловом поле проволочных нагревателей 6, излучающих энергию в тепловой части спектра, закрепленных округлыми зацепами 16 серег под крышками 7. Крепежные головки 17, установленные на крышке 7 обеспечивают только электрический контакт между собой и двумя концами нагревателя 6 в каждом противне.
В зоне пересыпания вермикулита с верхнего 3 на нижний 5 противни между верхним 3 и нижним 5 противнями на верхнем противне 5 для гашения скорости вермикулитового потока установлен отбойник 8, который заставляет зерна вермикулита остановиться и вновь разгоняться на нижнем противне 5, что увеличивает суммарное время обжига вермикулита.
3
3
3
3
Так как нижний противень 5 сопряжен с дополнительным неэлектрифицированным модулем 9, имеющим ломаный корпус, то частично не до вспученный вермикулит поступает в дополнительный модуль 9 (например, он должен был бы иметь насыпную плотность на выходе из печи 96 кг/м, но поступает в дополнительный модуль 9 с плотностью 108 кг/м,то есть с недостающей разницей в плотностях12 кг/м). Внутри модуля 9 через термоизолированные щелевидные тепловые камеры 10 с шириной, равной ширине противней 3 и 5 печи, с помощью вентилятора (на фиг. не показан) прокачивается горячий воздух, устраняя почти полностью тепловые потери из щелевидных каналов 13, по которым, пересыпаясь, движется вермикулит и окончательно  вспучивается за счет теплообмена между мелкими, более нагретыми вермикулитовыми зернами с более чуть не до вспученными крупными зернами. Экспериментально доказанный эффект дополнительного модуля описан в работе [А.И. Нижегородов, А.В. Звездин. Исследование физической модели электрической печи для обжига вермикулита с «нулевым» модулем. Журнал «Новые огнеупоры», №6, Москва, 2016, с. 13–18]. Поэтому эти недостающие 12 кг/м (и даже более) восполняет дополнительный модуль 9, который частично экономит потребляемую печью электроэнергию.
Вентилятор через трубопроводы в нижней части модуля 9 высасывает горячий воздух («к вытяжке», фиг. 1) из трубопроводов 11 через всасыватели 12 из пространства зон пересыпания вермикулита, где из-за температурной тяги из противней выходит горячий воздух.
Между нагревателями 6 и огнеупорными основаниями противней 3 или 5 имеется зазор а, в котором и движется вспучивающийся вермикулит, подвергаясь обжигу.
Благодаря тому, что нагреватель 6, фиг. 3, каждого противня   выполнен в виде зигзагообразного змеевика и имеет только два конца для электрического соединения с крепежными голосками 17, установленными по краям крышки 7, в каждом противне есть только два электрических соединения (против двадцати, как в прототипе), существенно упрощается конструкция противней 3 и 5 и печи в целом.
А благодаря тому, что серьги выполнены в виде плоских зацепов 19 в верхней части и округлых зацепов 16 со специальными замками 20 в нижней части, обеспечивается возможность быстрой замены нагревателя 6 в каждом из противней при отработке ими своего ресурса или при перегорании, что в данной конструкции хотя и возможно, но из-за того, что нагреватель висит над движущимся вермикулитом и не контактирует с ним, маловероятно.
Обе эти особенности полезной модели обеспечивают повышение надежности печи и упрощают ее конструкцию, удешевляя стоимость печи.
Так достигается технический результат полезной модели – повышение надежности печи для обжига вермикулита.