ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
Известна печь для обжига вермикулита (RU №47082, МПК F27B 15/00, опубликовано 10.08.2005), выполненная в виде плоских противней из огнеупорного материала, установленных по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, противни снабжены электрическими нагревателями, расположенными на них.
Известна так же 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 рассмотренными выше аналогами являются противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на них.
3
Указанные печи обладают следующим недостатком. Огнеупорные материалы, применяющиеся в печах, обладают низким термическим сопротивлением, а их поверхности (из-за шероховатости) - низкой отражательной способностью, поэтому в процессе работы, значительное количество тепловой энергии, излучаемой электрическими нагревателями, проходит через них в виде кондуктивного теплового потока и теряется. Из-за высоких тепловых потерь удельная энергоемкость обжига вермикулита (Дж/м) в таких печах остается весьма высокой.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), содержащая плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней; противни снабжены крышками со съемными элементами, закрепленными снизу, причем съемные элементы образуют выступы, формирующие ребристую поверхность крышек, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установлены на ребро и размещены под крышками на поверхностях противней продольно так, что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками заявляемой полезной модели с прототипом являются плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней и крышками со съемными элементами.
Недостатком прототипа является то, что огнеупорные материалы, применяющиеся в печах, обладают низким термическим сопротивлением, а их поверхности (из-за шероховатости) - низкой отражательной способностью, поэтому в процессе работы, значительное количество тепловой энергии, излучаемой электрическими нагревателями, проходит через них в виде кондуктивного теплового потока и теряется. Применение противней, снабженных крышками, уменьшает потери энергии. Но съемные элементы крышек так же обладают низким термическим сопротивлением, а их поверхности (из-за шероховатости) - низкой отражательной способностью, поэтому потери тепловой энергии остаются значительными, а высокая удельная энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов сохраняется.
Заявляемая полезная модель направлена на создание электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов, обладающей минимальными тепловыми потерями и удельной энергоемкостью процесса обжига.
3
Технический результат полезной модели заключается в снижении тепловых потерь и удельной энергоемкости (Дж/кг) процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, выполненная в виде плоских противней из огнеупорного материала, установленных друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья с одного на другой и снабженных электрическими нагревателями, расположенными на них, содержит крышки со съемными элементами, образующие вместе с противнями нагревательные модули с замкнутым пространством обжига, дополнительно содержит экраны, отражающие тепловое излучение, выполненные из жаростойкого листового материала, обладающего высокой отражательной способностью, размещенные под огнеупорным материалом противней и над съемными элементами крышек.
Вермикулитовый концентрат, подаваемый в печь, проходит через замкнутые пространства обжига нагревательных модулей, пересыпаясь с одного противня на другой, подвергается температурному излучению электрических нагревателей, разогретых до 700-750°С, и вспучиваясь выходит из печи. Температурному излучению подвергаются так же поверхности противней и съемные элементы крышек нагревательных модулей, выполненные из огнеупорного материала. В зависимости от теплофизических свойств огнеупорного материала (в частности - от отражательной способности его поверхности), часть температурного излучения отражается и падает на вспучиваемый вермикулитовый концентрат, дополнительно нагревая его, но большая часть энергии температурного излучения электрических нагревателей из-за низкого термического сопротивления огнеупорного материала в виде кондуктивного теплового потока проходит через огнеупорный материал противней и съемных элементов крышек. Благодаря экранам, обладающим высокой отражательной способностью и размещенным под огнеупорным материалом противней и над съемными элементами крышек, большая часть потока тепловой энергии, прошедшей через огнеупорный материал, отражается от экранов и падает обратно на огнеупорный материал противней и съемных элементов крышек, образуя встречный (обратный) кондуктивный тепловой поток от отраженного излучения экранов. Уровень энергии обратного кондуктивного теплового потока в огнеупорном материале противней и съемных элементов крышек зависит от отражательной способности жаростойкого листового материала экранов: чем выше отражательная способность, тем выше уровень отраженной энергии и уровень энергии обратного кондуктивного теплового потока в огнеупорном материале.
Установка экранов создает «эффект термоса», сохраняя тепло в огнеупорном материале и замкнутом пространстве обжига нагревательных модулей, обеспечивая таким образом снижение тепловых потерь и удельной энергоемкости процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является наличие экранов, выполненных из жаростойкого листового материала, обладающего высокой отражательной способностью, размещенных под огнеупорным материалом противней и над съемными элементами крышек, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг.1 показана схема электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов.
На фиг.2 показано сечение нагревательного модуля электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, показанная на фиг.1, содержит плоские противни 1, установленные по отношению друг к другу под углом, обеспечивающим пересыпание вспучиваемого вермикулитового концентрата с одного на другой, электрические нагреватели 2, размещенные на поверхности противней 1, крышки 3, образующие вместе с противнями нагревательные модули с замкнутым пространством обжига 4, барабанный дозатор вермикулитового концентрата 5 с бункером 6 и корпус печи 7. Поверхность 8 противней 1 (фиг.2) образована огнеупорным материалом 9, например штучным (огнеупорный кирпич, плиты и т.п.), выложенным на раме 10. Крышки 3 имеют раму 11, на внутренней поверхности которой закреплены съемные элементы 12, так же выполненные из огнеупорного материала и образующие поверхность 13. По бокам противней 1 установлены штучные огнеупорные элементы 14. Таким образом, внутри нагревательных модулей образовано замкнутое пространство обжига 4 с электрическими нагревателями 2.
Между рамой 10 противней 1 и штучным огнеупорным материалом 9 размещен экран 15, а между рамой 11 крышки 3 и съемными элементами 12 размещен экран 16, выполненные из жаростойкого листового материала, обладающего высокой отражательной способностью. Между штучными огнеупорными элементами 14 и боковыми стенками рамы 10 противней 1 также размещены экраны 17 и 18.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом.
Вермикулитовый концентрат из бункера 6 дозатора 5 подается на верхний нагревательный модуль печи обжига. Двигаясь под действием сил тяжести по поверхности противней 1 частицы концентрата проходят в пространствах обжига 4 и подвергаются воздействию температурного излучения электрических нагревателей 2, а так же воздействию отраженного температурного излучения от поверхностей 13 съемных элементов 12, крышек 3 и поверхностей 8 огнеупорного материала 9 противней 1. По мере движения в пространствах обжига 4 вермикулитовый концентрат вспучивается и пересыпается из одного нагревательного модуля на другой (на фиг.1 показано стрелками). Из печи выходит вспученный вермикулит.
Электрические нагреватели 2 разогреваются до температуры 700-750°С и температурному воздействию подвергается не только вермикулитовый концентрат, но и поверхности 8 огнеупорного материала 9 противней 1 и поверхности 13 съемных элементов 12 крышек 3.
В зависимости от теплофизических свойств (в частности от отражательной способности поверхностей) огнеупорного материала 9 и съемных элементов 12 часть температурного излучения отражается от поверхностей 8 и 13 и падает на вспучиваемый вермикулитовый концентрат, дополнительно нагревая его. Поверхности существующих огнеупорных материалов обладают значительной шероховатостью и их отражательная способность не велика. Поэтому большая часть энергии температурного излучения электрических нагревателей 2 из-за низкого термического сопротивления огнеупорного материала 9 и съемных элементов 12 в виде кондуктивного теплового потока проходит через них. При отсутствии экранов 15 и 16 этот тепловой поток полностью выходил бы за пределы нагревательных модулей, формируя значительные потери тепловой энергии. Благодаря экранам 15 и 16, а так же экранам 17 и 18, обладающим высокой отражательной способностью (например, за счет полировки, хромирования и т.п.), большая часть кондуктивного потока тепловой энергии, прошедшего через огнеупорный материал 9 и съемные элементы 12 (а так же через штучные огнеупорные элементы 14) отражается от экранов 15, 16, 17 и 18 и падает обратно на огнеупорный материал 9, съемные элементы 12 и штучные огнеупорные элементы 14, образуя встречный (обратный) кондуктивный тепловой поток в огнеупорном материале 9, съемных элементах 12 и штучных огнеупорных элементах 14. Уровень энергии обратного кондуктивного теплового потока зависит от отражательной способности жаростойкого листового материала экранов 15, 16, 17 и 18: чем выше их отражательная способность, тем выше уровень энергии обратного кондуктивного теплового потока.
Обратный кондуктивный тепловой поток, пройдя через огнеупорный материал 9, съемные элементы 12 и штучные огнеупорные элементы 14 создает вторичное температурное излучение на поверхностях 8 и 13, а так же на поверхностях штучных огнеупорных элементов 14, которое возвращается в пространства обжига 4 нагревательных модулей печи.
Таким образом, за счет установки экранов 15, 16, 17 и 18 и возврата значительной части тепловой энергии существенно уменьшаются тепловые потери в процессе обжига вермикулитового концентрата, так как экраны создают «эффект термоса». При снижении уровня тепловых потерь, печь будет потреблять меньше электрической энергии и, следовательно, удельная энергоемкость обжига вермикулитовых концентратов будет значительно снижена.
3
Использование заявляемой полезной модели позволяет уменьшить тепловые потери и удельную энергоемкость (Дж/кг) процесса обжига вермикулитовых концентратов.