Электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания 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 дозатор сырья, противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные друг по отношению к другу под углом, снабженные электрическим нагревателями и крышками со съемными элементами, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установленных на ребро и размещены под крышками на поверхностях противней продольно, так что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются дозатор сырья, противень, выполненный из огнеупорного материала и электрические нагреватели.
Указанная печь обладает следующим недостатком. При движении потока вермикулитовых зерен происходит их проскальзывание относительно огнеупорной поверхности и поверхности ленточных электрических нагревателей, возникают силы трения, приводящие к истиранию зерен, при движении зерен происходят их многочисленные соударения, отшелушивание поверхностных слоев, частичная поломка, и как следствие, зерна уменьшаются в размерах, образуется большое количество вермикулитовой пыли и чешуйчатых частиц. Все это снижает качество вспученного вермикулита: он становится наполненным пылевидными и чешуйчатыми частицами, располагающимися между основными зернами, что увеличивает насыпную плотность готового продукта, и уменьшает его суммарный объем в массиве.
Известна электрическая печь для обжига сыпучих материалов (RU              № 183578, МПК F27B 9/06, F27B 15/14, опубликовано 26.09.2018), содержащая раму, в которой размещены противни с рамами и крышками, выполненные из огнеупорного материала и установленные под углом друг к другу с обеспечением пересыпания сыпучего материала в процессе обжига с одного противня на другой, электрические нагреватели в форме лент, продольно расположенные на поверхности противней под крышками, установленные на ребро и закрепленные посредством головок с параллельными гранями, плиты покрытия электрических нагревателей, выполненные из диэлектрического огнеупорного материала, установленные на поверхности противней под крышками и имеющие на боковых поверхностях гребни и пазы, и огнеупорные кирпичи, расположенные на рамах противней, на нижней поверхности плит выполнены продольные пазы, в которых размещены упомянутые электрические нагреватели.
Общими   признаками   с   заявляемой   полезной    моделью    являются рама, противни из огнеупорного материала, крышки и электрические нагреватели, закрепленные посредством головок с параллельными гранями.
Указанная печь обладает всеми недостатками рассмотренного выше аналога.
За прототип принята электрическая печь с вибрационной подовой платформой (RU № 166554, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.11.2016), содержащая, раму, барабанный дозатор, противень из огнеупорного материала (жаростойкой стали), электрические нагреватели, вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом, цилиндрическими и коническими пружинами, установленными с противоположных сторон платформы, снабженной роликами, размещенными в направляющих рамы, противень, установленный на платформе, термокрышку, закрепленную на раме шарнирно над противнем с возможностью открывания до 180°, крепежные головки для электрических нагревателей, закрепленные на одной стороне термокрышки и блоки с проточкам из жаростойкой стали для удержания электрических нагревателей в натянутом состоянии, установленные на другой ее стороне, посаженые на термостойкие втулки из диэлектрического материала, которые через траверсы и стальные канатики соединены с вертикально висящими грузами, канатики пропущены через другие блоки, имеющие диэлектрические втулки, посаженные на горизонтальную ось, закрепленную на термокрышке.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, барабанный дозатор, подовая платформа с приводом, противень из огнеупорного материала, установленный на подовой платформе, электрические нагреватели, термокрышки и крепежные головки для электрических нагревателей, закрепленные на термокрышках.
Указанная печь обладает следующими недостатками. При движении вермикулита по противню вибрационной подовой платформы, из-за ее колебаний, происходит многократное проскальзывание вспучивающихся зерен относительно его поверхности, возникают силы трения, приводящие к их истиранию. Движение вспучивающихся зерен, вызванное колебаниями подовой платформы, приводит к многочисленным контактным взаимодействиям между ними, отшелушиванию поверхностных слоев, к частичной поломке зерен, и к уменьшению их размеров. Указанные факторы снижают качество вспученного вермикулита: он наполняется пылевидными и чешуйчатыми частицами, располагающимися между основными зернами, что увеличивает насыпную плотность готового продукта, уменьшается его суммарный объем в массиве.
Технический результат полезной модели заключается в повышении качества вспученного вермикулита.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита, содержащая раму, барабанный дозатор, подовую платформу с приводом, противень из огнеупорного материала, установленный на подовой платформе, электрические нагреватели, термокрышки и крепежные головки для электрических нагревателей, закрепленные на термокрышках согласно полезной модели, подовая платформа выполнена поворотной, включает раму в виде опорной части с вертикальным цилиндром и раскосами на нем, неподвижное опоясывающее кольцо, закрепленное на раскосах, и поворотную часть из поперечных, несущих и продольных балок, соединенных между собой, с подвижным опоясывающим кольцом и поворотным кругом, который соединен с полой осью, установленной в подшипниках в вертикальном цилиндре и соединенной зубчатой передачей с приводом в виде мотор-редуктора, в полой оси установлена неподвижная стойка, на которую опирается балка дозатора и термокрышки, которые дополнительно опираются на неподвижное опоясывающее кольцо, полностью покрывая единый противень, образованный установленными на продольных балках огнеупорными кирпичами; барабанный дозатор установлен над единым противнем на элементах рамы, в том числе на упомянутой балке дозатора, содержит собственный привод с мотор-редуктором и клиноременной передачей, имеет барабан с продольными прорезями переменной ширины и глубины, сечение которых уменьшаются в направлении к центру поворотной подовой платформы; электрические нагреватели удерживаются под термокрышками, креплениями и крепежными головками, закрепленными на термокрышках, в одной из термокрышек, расположенной рядом с упомянутой балкой дозатора выполнена прорезь, в ней размещены всасывающие патрубки, установленные над поверхностью единого противня и соединенные продуктопроводом с бункером-осадителем, снабженным вытяжным вентилятором.
Благодаря тому, что подовая платформа выполнена поворотной, соединена зубчатой передачей с приводом в виде мотор-редуктора, имеет единый противень из установленного на продольных балках платформы огнеупорного кирпича, полностью покрытый термокрышками, снабженными электрическими нагревателями, удерживаемыми под термокрышками, креплениями и крепежными головками, печь с предварительно прогретым единым противнем и электрическими нагревателями, при вращении подовой платформы обеспечивает перемещение вермикулитового концентрата в тепловом поле электрических нагревателей и его вспучивание.
Барабанный дозатор, благодаря его установке над поверхностью единого противня на элементах рамы, в том числе на упомянутой балке дозатора, за счет собственного привода с мотор-редуктором и клиноременной передачей обеспечивает подачу вермикулитового концентрата на поверхность единого противня. Так как продольные прорези барабана дозатора имеют переменную ширину и глубину с площадью поперечного сечения, убывающей в направлении к центру вращения поворотной подовой платформы, то по каждому радиусу на поверхность единого противня укладывается разное количество частиц вермикулитового концентрата, причем чем дальше от центра вращения поворотной подовой платформы, тем больше длина окружности и тем больше частиц укладывается на ней так, что вся поверхность единого противня при повороте подовой платформы на 270° полностью покрыта частицами вспучивающегося вермикулитового концентрата. Поворот на 270° происходит за 2,8…3,4 с, что обеспечивается настройкой скорости вращения поворотной подовой платформы за счет ее привода, и этого времени в зависимости от крупности частиц концентрата достаточно, что бы вермикулит полностью вспучился. Так как вспучивающийся вермикулит лежит на едином противне и не имеет относительного проскальзывания по поверхности огнеупорных кирпичей, то в процессе температурного воздействия его зерна не истираются, не ломаются и не отшелушиваются, а сохраняются цельными, что повышает качество конечного продукта.
Благодаря тому, что в одной из термокрышек, расположенной рядом с упомянутой балкой дозатора выполнена прорезь, в которой размещены всасывающие патрубки, установленные над поверхностью единого противня и соединенные продуктопроводом с бункером-осадителем, снабженным вытяжным вентилятором, происходит всасывание вспученного вермикулита в том месте, где поворотная подовая платформа завершает свой поворот на 270°. Вспученный вермикулит, лежащий на едином противне из огнеупорных кирпичей, подходит к упомянутым патрубкам, в которых из-за работающего вытяжного вентилятора возникает достаточное разряжение, и всасывается через указанные патрубки и соединенный с ними продуктопровод в бункер-осадитель.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели является то, что подовая платформа выполнена поворотной, включает раму в виде опорной части с вертикальным цилиндром и раскосами на нем, неподвижное опоясывающее кольцо, закрепленное на раскосах, и поворотную часть из поперечных, несущих и продольных балок, соединенных между собой, с подвижным опоясывающим кольцом и поворотным кругом, который соединен с полой осью, установленной в подшипниках в вертикальном цилиндре и соединенной зубчатой передачей с приводом в виде мотор-редуктора, в полой оси установлена неподвижная стойка, на которую опирается балка дозатора и термокрышки, которые дополнительно опираются на неподвижное опоясывающее кольцо, полностью покрывая единый противень, образованный установленными на продольных балках огнеупорными кирпичами; барабанный дозатор установлен над единым противнем на элементах рамы, в том числе на упомянутой балке дозатора, содержит собственный привод с мотор-редуктором и клиноременной передачей, имеет барабан с продольными прорезями переменной ширины и глубины, сечение которых уменьшаются в направлении к центру поворотной подовой платформы; электрические нагреватели удерживаются под термокрышками, креплениями и крепежными головками, закрепленными на термокрышках, в одной из термокрышек, расположенной рядом с упомянутой балкой дозатора выполнена прорезь, в ней размещены всасывающие патрубки, установленные над поверхностью единого противня и соединенные продуктопроводом с бункером-осадителем, снабженным вытяжным вентилятором.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита совместно с бункером-осадителем и вытяжным вентилятором (термокрышки условно не показаны).
На фиг. 2 показана поворотная часть рамы электрической печи с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита (вид снизу).
На фиг. 3 показана электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита с термокрышками (вид сверху).
На фиг. 4 показана электрическая печь с поворотной подовой платформой (вид сверху) со снятыми термокрышками.
На фиг. 5 показаны поперечные разрезы А-А и Б-Б барабанного дозатора вермикулитового концентрата.
На фиг. 6 показана термокрышка с электрическими нагревателями (вид снизу на нагреватели).
На фиг. 7 показаны фрагмент I в разрезе (по фиг. 6) и узел закрепления электрических нагревателей на крепежных головках.
Электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита (далее печь) содержит раму, фиг. 1, включающую опорную часть 1 с металлическим цилиндром 2, поворотную часть, выполненную из сваренных поперечных балок 3, несущих балок 4, продольных балок 5, фиг. 2, поворотного круга 6 и подвижного опоясывающего кольца 7, фиг. 1, 2 и 4. Полости между балками 3, 4 и 5 заполнены термоизоляционным материалом 8, а вся нижняя поверхность рамы поверх указанных балок, фиг. 2, покрыта дополнительным слоем термоизоляционного материала 9.
Элементы печи, обозначенные позициями 3, 4, 5, 6 и 7, а так же 8 и 9 являются единым узлом, образующим поворотную подовую платформу.
Огнеупорный кирпич 10, уложенный на продольные балки 5 через термоизолирующие прокладки 11, является собранным из указанных штучных элементов – огнеупорных кирпичей 10, единым противнем поворотной подовой платформы.
На металлическом цилиндре 2 с помощью раскосов 12 закреплено другое неподвижное опоясывающее кольцо 13 для установки на него термокрышек 14, 15 и 16, фиг. 1.
Поворотная подовая платформа снабжена приводом в виде мотор-редуктора 17 с ведущей шестерней 18, находящейся в зацеплении с ведомой  шестерней, которая закреплена на полой оси 19, установленной в подшипниках внутри цилиндра 2 (подшипники на фигурах не показаны) и соединенной с поворотным кругом 6 поворотной подовой платформы. Внутри полой оси 19 установлена неподвижная стойка 20, на которую опираются термокрышки 14, 15 и 16, а так же горизонтальная балка 21, фиг. 1, 3 и 4.
Таким образом элементы печи 13 и 20 служат для того, что бы термокрышки 14, 15 и 16 опирались на них, и располагаясь над единым противнем поворотной подовой платформы, полностью закрывали его. Кроме того, элемент 20 служит еще и для опирания на него горизонтальной балки 21.
Барабанный дозатор вермикулитового концентрата, установленный с зазором относительно поверхности единого противня на стойке 22, балках 21 и 23 и стойке 24, содержит приводной мотор-редуктор 25 и клиноременную передачу 26 (фиг. 1, 3 и 4). Барабан дозатора 27 имеет продольные к его оси прорези 28 переменной ширины и глубины, при этом от правой части барабана 27 к левой его части площадь сечения прорезей 28 уменьшается (см. разрезы А-А и Б-Б, фиг. 5). Бункер 29 барабана 27 дозатора служит для накопления и поддержания примерно постоянного уровня в нем вермикулитового концентрата.
Одна из термокрышек 14, 15 и 16, фиг. 3, а именно термокрышка 15, на фиг. 6 показана снизу. Все указанные термокрышки снабжены электрическими нагревателями 30, фиг. 6, крепежными головками 31 и креплениями для удержания электрических нагревателей 30 (крепежные головки и крепления показаны условно).
Более детально крепления (фрагмент I в разрезе) и крепежная головка 31 (узел крепления нагревателя) показаны на фиг. 7. Электрические нагреватели 30 удерживаются в подвешенном состоянии хомутиками 32, выполненными из полосового нихрома, пропущенного в огнеупорные керамические втулки 33, удерживаемые от выпадения шайбами 34. Концы 35 хомутиков 32 в верхней части разогнуты, чем обеспечивается удержание шайб 34 и самих электрических нагревателей 30. Разогнутые концы 35 хомутиков 32 упираются на верхние шайбы 36, которые для электрической изоляции шайб 34 и 36 и хомутиков 32, установлены на асбестовых шайбах 37. Такое соединение указанных деталей образует крепление, обеспечивающее удержание электрических нагревателей 30 под термокрышками 14, 15 и 16, когда они установлены на опоясывающем неподвижном кольце 13 и стойке 20.
На фиг. 7 показан так же узел закрепления нагревателей, который содержит крепежную головку 31, закрепленную, например, на термокрышке 15, с помощью резьбового соединения 38 и электроизоляционных шайб 39. А электрическиие нагреватели 30 закрепляется на крепежной головке 31 с помощью шайб 40 и болтов 41. Такое закрепление нагревателей 30 обеспечивает надежный электрический контакт с крепежными головками 31, соединенными в электрическую цепь, как это показано на фиг. 6.
В термокрышке 16, фиг. 3, напротив балки 21 выполнена прорезь, образующая место, в котором размещены всасывающие патрубки 42 коробчатого сечения, установленные с зазором над поверхностью единого противня, которые соединены с продуктопроводом 43 входящем в бункер-осадитель 44, снабженный вытяжным вентилятором 45, фиг. 1. Такая установка всасывающих патрубков 42 обеспечивает всасывание вспученного вермикулита через продуктопровод 43 в бункер-осадитель 44 с помощью вытяжного вентилятора 45 при повороте подовой платформы на 270 °.
Электрическая печь с поворотной подовой платформой для вспучивания вермикулита работает следующим образом.
Включают в сеть электрические нагреватели 30, запускают мотор-редуктор 17 и поворотная подовая платформа начинает вращаться с угловой скоростью n, как это показано на фиг. 4. Так печь прогревают в течение 20…30 минут. При этом за счет теплового излучения электронагревателей 30 (сами они разогреваются за 10…15 сек до 730…750 °С), расположенных под термокрышками 14, 15 и 16, происходит прогрев огнеупорных кирпичей 10, образующих единый противень. Благодаря термоизолирующим прокладкам 11, подложенным под огнеупорные кирпичи 10 и термоизоляционному материалу 8 и 9, минимизируются потери тепловой энергии через нижнюю часть поворотной подовой платформы. При этом температура на поверхности огнеупорных кирпичей 10 постепенно возрастает до 350…450 °С, которая поддерживается и далее уже в процессе вспучивания вермикулита, за счет того, что не все тепловое излучение от электрических нагревателей 30 поглощается вермикулитом; часть его достигает поверхности огнеупорных кирпичей 10.
1
1
1
После прогрева запускают в работу барабанный дозатор, скорость вращения барабана 27 которого настраивается, например, с помощью частотного регулятора (на фигурах не показан) на строго определенную частоту n. Так как продольные прорези 28 на барабане 27 имеют переменную ширину и глубину с площадью поперечного сечения, убывающей в направлении к центру вращения (см. разрезы А-А и Б-Б на фиг. 5), то за один его полный оборот барабана 27 по каждому радиусу на поверхность единого противня укладывается разное количество частиц вермикулитового концентрата. Чем дальше от центра вращения поворотной подовой платформы, тем больше длина окружности и тем больше частиц должно уложиться на ней. При правильном подборе скорости вращения n и правильном изготовлении прорезей 28 на барабане 27 укладка частиц вермикулитового концентрата будет происходить в один слой по всей поверхности единого противня с небольшими зазорами между ними, такими, что бы в процессе вспучивания вермикулита, между его вспучивающимися зернами все еще оставались небольшие зазоры, за счет которых часть теплового излучения электрических нагревателей 30 его достигала бы поверхности огнеупорных кирпичей 10, что бы поддерживать температуру единого противня 350…450 °С. Обеспечение такого режима вспучивания достигается настройкой частоты nвращения барабана 27.
Полный поворот подовой платформы на 270° должен происходить за время 2,8…3,4 с в зависимости от крупности частиц концентрата. Этого времени, как правило, достаточно, что бы вермикулит полностью вспучился.
Так как вспучивающийся вермикулит просто лежит на едином противне, вращающимся вместе с поворотной подовой платформой, и не имеет относительного проскальзывания по поверхности огнеупорных кирпичей 10, то в процессе температурного воздействия и вспучивания его зерна не истираются, не ломаются и не отшелушиваются, а сохраняются цельными, что повышает качество конечного продукта.
К этому моменту вспученный вермикулит, лежащий на едином противне из огнеупорных кирпичей 10, подходит к патрубкам 42, в которых из-за работающего (и правильно подобранного) вытяжного вентилятора 45 возникает достаточное разряжение, и всасывается через указанные патрубки и соединенный с ними продуктопровод 43 в бункер-осадитель 44, где выпадает в него.
Так достигается технический результат полезной модели – повышение качества вспученного вермикулита.