Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
Известна электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №154263, МПК F27B 9/06, опубликовано 20.08.2015), содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, корпус, установленные под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями и термокрышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, дополнительный не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем и выполненный из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения, перфорированные всасыватели, соединенные трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, при этом дополнительный неэлектрифицированный противень имеет Г-образную форму, а в полостях между его тепловыми камерами и пространством обжига размещен термоизоляционный материал.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным аналогом являются противни из огнеупорного материала, установленные под углом друг к другу которые снабжены электрическими нагревателями, термокрышками, рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, дополнительным неэлектрифицированным противнем с тепловыми камерами, расположенным по нижним электрифицированным противнем, перфорированные всасыватели соединены с тепловыми камерами в верхней части, а в нижней части - с бункером-осадителем.
Указанная печь обладает следующим недостатком.
Движение вспучивающегося вермикулитового концентрата по наклонным поверхностям пространства обжига неэлектрифицированного Г-образного противня, в котором он окончательно вспучивается за счет запасенной внутренней тепловой энергии, происходит за счет сил тяжести, которые заставляют частицы материала двигаться ускоренно со все возрастающей скоростью. При этом время нахождения довспучивающихся частиц в пространстве обжига неэлектрифицированного противня не значительно, так средняя скорость их весьма велика. Этого времени недостаточно, что бы все частицы окончательно довспучились.
Чтобы увеличить время нахождения довспучивающихся частиц вермикулита необходимо уменьшить их разгон, что невозможно, так как уменьшить силы тяжести нельзя.
Из-за недостатка времени, внутренняя запасенная вспучивающимися частицами вермикулита тепловая энергия за столь не значительное время просто не успеет перейти в механическую работу вспучивания и весть поток обжигаемого материала, особенно его наиболее крупные частицы останутся недовспученными. А что бы увеличить это время нужно, что угол наклона наклонных поверхностей уменьшался бы по мере движения вермикулитовых частиц к выходу из неэлектрифицированного дополнительного противня.
Известна также электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №170968, МПК F27B 9/06, опубликовано 16.05.2017), содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, барабанный дозатор вермикулитового концентрата с лотком и барабаном, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с нагревателями, размещенными под крышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, неэлектрифицированный противень, расположенный наклонно под нижним электрифицированным противнем, выполненный из стальных листов, образующих тепловые камеры и пространство между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с тепловыми камерами в верхней части неэлектрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с ним в нижней части, соединены с бункером-осадителем, при этом она снабжена плоской щелевидной камерой, сообщенной с раструбом, размещенной в пространстве между тепловыми камерами и соединенной с вибровозбудителем, корпус которой выполнен из стальных листов с теплоизоляционными слоями, коническими пружинами, установленными в нижней части ее корпуса, и цилиндрическими пружинами, расположенными в верхней части корпуса, снабженного роликами, опирающимися на направляющие, закрепленные снаружи неэлектрифицированного противня на его боковых поверхностях посредством осей роликов, выходящих наружу в продольные прорези боковых поверхностей.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным аналогом являются бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, дозатор с лотком и барабаном, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с нагревателями, размещенными под крышками, рекуператоры тепловой энергии с перфорированными всасывателями, неэлектрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем, тепловые камеры и пространство между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с тепловыми камерами в верхней части неэлектрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с ним в нижней части, соединены с бункером-осадителем,
Указанная печь обладает следующим недостатком.
Бдагодаря вибровозбудителю частицы довспучивающегося в неэлектрифицированном противне вермикулитового концентрата двигаются по полого наклоненной поверхности пространства между тепловыми камерами с постоянной скоростью, поэтому время их нахождения в неэлектрифицированном противне достаточно для полноценного довспучивания. Однако, из-за действия вибрации, весьма хрупкие вспученные частицы ломаются, крошатся, расслаиваются, истираются и уменьшаются в объеме, что существенно увеличивает насыпную плотность вспученного материала, а из-за этого повышается его теплопроводность, снижается качество.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU  №146731, МПК F27B 9/06, опубликовано  20.10. 2014), содержащая корпус, установленные под углом друг к другу противни из огнеупорного материала с расположенными под крышками электрическими нагревателями и бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, при этом она снабжена дополнительным неэлектрифицированным противнем, расположенным под нижним противнем с электрическим нагревателем, все противни снабжены рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, выполненными в виде половины трубы с торцевой стенкой и отверстиями в ней, корпус не электрифицированного противня верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения с пространством обжига между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного неэлектрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным аналогом являются корпус, установленные под углом друг к другу противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями под крышками, бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, дополнительный неэлектрифицированный противень, расположенный под нижним противнем с электрическими нагревателями, все противни снабжены рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, корпус неэлектрифицированного противня имеет верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения с пространством обжига между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем.
Указанная печь обладает тем же недостатком, что и первый аналог.
Движение вспучивающегося вермикулитового концентрата по наклонной поверхности пространства обжига неэлектрифицированного противня, в котором он довспучивается за счет запасенной внутренней тепловой энергии, происходит за счет сил тяжести, которые заставляют частицы материала двигаться ускоренно. При этом время нахождения довспучивающихся частиц в пространстве обжига неэлектрифицированного модуля не значительно, так средняя скорость их весьма велика. Этого времени недостаточно, что бы все частицы окончательно до вспучились.
Чтобы увеличить время нахождения довспучивающихся частиц вермикулита необходимо уменьшить их разгон и затормозить их, что невозможно на плоских наклонных противнях, так как уменьшить силы тяжести нельзя.
Из-за недостатка времени, внутренняя запасенная вспучивающимися частицами вермикулита тепловая энергия за это не значительное время не успеет перейти в механическую работу вспучивания и весть поток обжигаемого материала, особенно его наиболее крупные частицы останутся немного недовспученными и кроме того, при выходе из неэлектрифицированного противня останутся очень горячими, так как запас их внутренней тепловой энергии не снизился не полностью и частицы останутся перегретыми.
Чтобы увеличить это время нужно, чтобы угол наклона наклонных поверхностей уменьшался по мере движения вермикулитовых частиц к выходу из неэлектрифицированного дополнительного противня.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение качества вспучивания вермикулитовых концентратов путем наиболее полного использования запасенной частицами внутренней тепловой энергии во время их нахождения в неэлектрифицированном дополнительном противне.
Технический результат полезной модели заключается повышении качества вспучивания вермикулитовых концентратов путем наиболее полного использования запасенной частицами внутренней тепловой энергии во время их нахождения в неэлектрифицированном дополнительном противне печи.
1
2
3
Указанный технический результат достигается тем, электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, содержащая корпус, установленные под углом друг к другу противни из огнеупорного материала с электронагревателями под крышками, бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, противни снабжены рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, а печь снабжена дополнительным неэлектрифицированным противнем, расположенным под нижним противнем с электронагревателями, корпус неэлектрифицированного противня выполнен из стальных листов, образующих верхние и нижние тепловые камеры с пространством обжига между ними, перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного неэлектрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, при этом дополнительный противень выполнен криволинейными и состоит из трех участков - верхнего прямолинейного и наклоненного к горизонту под углом 45°, длиной l, среднего скругленного, длиной l и нижнего прямолинейного горизонтального, длиной l, криволинейными являются и пространство обжига и тепловые камеры.
1
2
2
3
Криволинейная форма дополнительного неэлектрифицированного противня позволяет увеличить время нахождения довспучивающихся в нем частиц вермикулитового концентрата (время их дообжига) за счет уменьшения их разгона на наклонном прямолинейном l и скругленном lучастках и увеличения их торможения на скругленном lи прямолинейном горизонтальном lучастках.
Увеличенное таким образом время нахождения довспучивающихся в дополнительном противне частиц (время дообжига) создает условия для преобразования внутренней запасенной вспучивающимися частицами вермикулита тепловой энергии в механическую энергию трансформации (довспучивания) частиц вермикулитового концентрата в объемные вермикулитовые зерна и весть поток обжигаемого концентрата, в том числе и его наиболее крупные частицы при выходе из неэлектрифицированного противня получается качественно и полноценно вспученным.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели является то, что дополнительный неэлектрифицированный противень выполнен криволинейным и состоит из трех участков - верхнего прямолинейного и наклоненного к горизонту под углом 45°, среднего скругленного и нижнего прямолинейного горизонтального, при этом криволинейными являются и пространство обжига и тепловые камеры.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов.
На фиг. 2 показана расчетная схема дополнительного неэлектрического противня.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (в дальнейшем - печь), показанная на фиг. 1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата с бункером 1 и спусковым лотком 2. В корпусе 3 печи под углом друг к другу расположены электрифицированные противни 4, 5 и 6 с рекуператорами тепловой энергии 7, 8 и 9, которые соединены с трубопроводами 10, 11 и 12 с верхней и нижней тепловыми камерами 13, внутренние поверхности которых образуют пространство обжига 14. Внешние поверхности тепловых камер 13 изолированы термоизоляционным материалом 15. Трубопроводы 16 соединяют тепловые камеры 13 в их нижней части с трубопроводами 16, которые соединены с вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фиг.1 не показаны).
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом, фиг. 1. Барабанный дозатор из бункера 1 по спусковому лотку 2 подает вермикулитовый концентрат на верхний электрифицированный противень 4. Пересыпаясь с противня 4, где он только начинает вспучиваться, на другой противень 5, а из него на противень 6, вермикулитовый концентрат подвергается воздействию теплового излучения, идущего с поверхностей электрических нагревателей, выполненных из нихрома, и вспучивается. Но не вся излучаемая тепловая энергия поглощается вспучивающимся вермикулитовым концентратом. Некоторая часть этой энергии нагревает воздух и образует конвективные потоки горячего воздуха, выходящие из верхних торцевых частей противней 4, 5 и 6. Другая часть, отражаясь от основания противней 4, 5 и 6 и от их термокрышек, а равно и от самого вспучивающегося вермикулита, выходит в виде теплового излучения через верхние торцевые части противней 4, 5 и 6. Так образуются вторичные энергетические ресурсы. Рекуператоры тепловой энергии 7, 8 и 9 установлены вдоль верхних торцевых частей противней 4, 5 и 6 «собирают» эту энергию и в виде горячего воздуха с температурой 500…550°С через трубопроводы 10, 11 и 12 направляют ее за счет разряжения в трубах 16, создаваемого вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фиг. 1 не показаны), в дополнительный неэлектрифицированный противень. Здесь, вермикулитовый концентрат окончательно вспучивается за счет преобразования накопленной вспучивающимися частицами в электрифицированных противнях 4, 5 и 6 внутренней теплоты в энергию механической трансформации частиц в объемные вермикулитовые зерна (энергию довспучивания). Затем он ссыпается в накопительный бункер, расположенный под печью.
1
2
2
3
Криволинейная форма дополнительного неэлектрифицированного противня позволяет увеличить время нахождения до вспучивающихся в нем частиц вермикулитового концентрата (время их дообжига) за счет уменьшения их разгона (см. фиг. 2) на наклонном прямолинейном l и скругленном lучастках и увеличения их торможения на скругленном lи прямолинейном горизонтальном lучастках.
1
a
b
Частицы вспучивающегося вермикулитового концентрата, фиг. 2, по поверхности верхнего плоского наклонного участка дополнительного противня движутся под углом 45° ускоренно на длине l, с начальной скоростью vпримерно равной нулю, достигая в конце этого участка в т. b наибольшей скорости v.
д.max
т.min
На этом участке а - b на до вспучивающиеся частицы действует максимальная движущая сила, равная mg sin 45° = Fи минимальная сила трения f mg cos 45° = F(где f - коэффициент трения вермикулита по стальной поверхности).
2
b
d
c
b
d
Далее зерна вспучивающегося вермикулита переходят на округлую среднюю часть и на длине l движутся, постепенно замедляясь от скорости v до скорости v. Примерно в т. с угол касательной к округлой поверхности становится равным 22,5° (что существенно меньше угла естественного откоса), при котором частицы уже полностью прекращают разгоняться из-за малости этого угла. А силы трения, наоборот возрастают, и тормозят их. Скорость vуже меньше скорости v, а при выходе частиц из т. d, их скорость v становится еще меньше.
3
e
т.max
e
Далее частицы до вспучивающегося вермикулита переходят на плоский нижний горизонтальный участок противня длиной l, где продолжают замедляться до скорости vна сходе с противня за счет сил трения, которые на этом участке максимальны и равны: f mg cos 0° = F, а движущие силы становятся равными: mg sin 0 = 0. Идет только процесс торможения и снижения скорости до v.
1
2
3
При верном подборе длин l, lи l остановки зерен вермикулита при их сходе с поверхностей противней не происходит.
cp1
a
b
Средняя скорость на плоской верхней части равна v = (v+ v)/2.
cp2
b
d
Средняя скорость на округленной средней части меньше и равна v = (v+ v)/2.
cp3
d
e
Средняя скорость на плоской нижней части еще меньше и равна v = (v+ v)/2.
cp
cp1
cp2
cp3
Тогда средняя скорость движения вспучивающихся зерен вермикулита для всего дополнительного противня в целом равна v = (v + v + v)/3.
cp
кр
1
2
3
cp
Очевидно, что средняя скорость v движения зерен в дополнительном противне будет меньше, чем по плоским противням, на которых зерна вспучивающегося вермикулита все время движутся только ускоренно и на выходе достигают своего максимума. Поэтому время движения по криволинейному дополнительному противню станет больше, чем время движения по плоскому противню и будет равно t = (l+ l+ l)/v.
Увеличенное таким образом время нахождения довспучивающихся в дополнительном противне частиц (время дообжига) создает условия для преобразования внутренней запасенной вспучивающимися частицами вермикулита тепловой энергии в механическую энергию трансформации (довспучивания) частиц вермикулитового концентрата в объемные вермикулитовые зерна и весть поток обжигаемого концентрата, в том числе и его наиболее крупные частицы при выходе из не электрифицированного противня получается качественно и полноценно вспученным.
Так достигается технический результат полезной модели, заключающийся повышении качества вспучивания вермикулитовых концентратов путем наиболее полного использования запасенной частицами внутренней тепловой энергии во время их нахождения в неэлектрифицированном дополнительном противне печи.