Вращающаяся печь

 

ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ, содержащая металлический корпус, футерованный огнеупорами, выполненными с выемками на обращенном к корпусу торце, заполненными теплоизоляционным материалом,огличающаяся тем, что, с целью уменьщения потерь тепла в окружающую среду, повыщения термической устойчивости огнеупоров и уменьшения массы футеровки, огнеупор контактирует с корпусом печи 1/5 частью торца, а плотность волокнистого термостойкого материала в зоне максимальных температур составляет 250-300 кг/м и постоянно уменьшается по длине печи в сторону снижения температур на 1,44-2,16 кг/м на погонный метр футеровки печи.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) Ш) j Ф д % (В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1=1100 С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ . (21) 3420906/29-33 (22) 08. 04. 82 (46) 23.02.85. Бюл. № 7 (72) П. А. Староминская, Ю. М. Величко, Е. М. Тихонов, В. Ю. Шербина и Е. A. Трофимик (71) Государственный научно-исследовательский институт строительных материалов и изделий (53) 666.94.041 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1419026, кл. F 4 4 ВВ, опублик. 1975.

2. Патент Великобритании № 1376969, кл. Г 4 В, опублик, 1974.

3. Патент ГДР № 321 84, кл. 31 а 7/28, опублик. 1964 (прототип). (54) (57) ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ, содержащая металлический корпус, футерованный огнеупорами, выполненными с выемками на обращенном к корпусу торце, заполненными теплоизоляционным материалом, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь тепла в окружающую среду, повышения термической устойчивости огнеупоров и уменьшения массы футеровки, огнеупор контактирует с корпусом печи 1/5 частью торца, а плотность волокнистого термостойкого материала в зоне максимальных температур составляет 250 — 300 кг/м и постоянно уменьшается по длине печи в сторону снижения температур на 1,44 — 2,16 кг/м на погонный метр футеровки печи.

1141291

Изобретение относится к производству извести, цемента и может быть использовано в промышленности строительных материалов, химической, металлургической, а также других отраслях промышленности, применяющих вращающиеся печи.

Врашаюшиеся печи состоят из металлического корпуса, зафутерованного внутри высокоогнеупорными изделиями с большим коэффициентом теплопроводности.

Вызвано это тем, что при выборе огнеуцора учитываются тяжелые условия работы футеровки вращающейся печи: механические нагрузки, возникающие в результате вращения печи, сжимаюшие напряжения, вызванные различным тепловым расширением корпуса и футеровки пе и, и термические напряжения в результате перепада температур на холодной и горячей сторонах огнеупора. Дляуменьшения потерь тепла в окружающую среду и увеличения срока службы футеровки имеется ряд технических решений, предусматривающих установку дополнительногo теплоизоляционного слоя при футеровке вращающихся печей, Известно устройство печи, использующее фигурный огнеупорный кирпич и теплоизоляионный материал, наружная сторона огнеупора имеет выемку, заполненную огнеупорным материалом. Остальные части кирпича образуют ножки (опоры), которые удерживают кирпич на стенке печи Il).

Недостатком этой конфигурации кирпича является то, что при использовании его во вращающихся агрегатах вызывает сомнение механическая устойчивость огнеупора при малой толщине ножек. При увеличении толщины ножек значительно уменьшается эффективная толщина изоляции. Известна конструкция огнеупорного клинчатого камня для строительства арочного свода печк, который имеет две полукруглые выемки, заполненные теплоизоляционным огнеупорным бетоном (2j .

Однако данная конструкция футеровкч предназначена главным образом для устройства арочных сводов печей в статическом состоянии и не приемлема для вращающихся печей. Кроме того, заполнение выемок термостойким бетоном повышает теплопроводность футеровки, понижает ее теплоизоляционную эффективность и создает дополнительные термонапряжения в связи с разным коэффициентом расширения материалов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вращаюшаяся печь, которая содержит корпус с выемками, лишь 1/3 поверхности которых укладывается на кожух печи, а пространство между остальными 2/3 поверхности огнеупорного камня и кожухом печи образует воздушную изоляцию, которая уменьшает поток тепла от огнеупорного камня к кожуху печи f3).

1О

1г

?о

?5 зо

Зс

4О

4Ь

so

Недостаток известного устройства заключается в том, что воздух служит тепловой изоляцией только в начале работы печи после замены футеровки и в зонах печи с температурой ниже 1000 С. При износе футеровки в зоне обжига печей, а также при повышении температуры холодной стороны огнеупора выше 400 С тепло с;-го поверхности будет передаватьсч на корпус печи с помощью лучистого теплообмен;=. В этом случае воздушные полости не могут служить изолятором и уменьшить потери тепла в окружаюшую среду.

Цель изобретения — — уменьшение потерь тепла в окружаюшую среду, повышение термической устойчивости огнеупоров и уменьшение массы футеровки.

Указанная цель достигается тем, что во вращающейся печи, содержащей металлический корпус, футерованный огнеупорами, выполненными с выемками на обращенном к корпусу торце, заполненными теплоизсляционным материалом, огнеупор контактирует с корпусом печи 1/5 частью торца, а плотность волокнистого термостойкого материала п зоне максимальных температур состanëÿåò 250 — 300 к "/M и постоянно уменьшается по длине печи в сторону cnижения температур на 1,44 — 2,16 кг/м- на обгонный метр футеровки печк.

На чертеже изображена вра шаюшаяся печь с футсровкой.

Вращающаяся печь содержит металлический корпус ., огнеупор 2, который опирается на поверхность корпуса 1/5 частью торцовой поверхности, стекловолокнистый теплоизоляционный материал 3 (муллитокремнеземистая вата).

Пример /. Вращающаяся печь футеровзна о неупором с выемками, которые образуют воздушную изоляцию мегкду огнеупором и металлическим корпусом печи. Известно, что воздушная изоляция эффективна при температурах до 200 — 300 C., когда передача тепла происхсдит конвскцией.

При температурах свыше 300 С передача тепла осуществляет я конвективным и радиационным способом, причем с повышением температуры доля paJIHBUHOHHOH составляющей значительно превышает конвективную. Поэтому в зоне печи с температурой 1300--1500 С, когда на поверхности выемки огнеупора температура равна

1050- †11 С (расчетные данные для огнеупора марки MXU, при толщине 230. мм), воздушная изоляция неэффективна., так как воздух не может являться теплоизоляцией при радиационном способе передачи тепла.

Температура нару кной поверхности печи составляет 400 С при температуре в зоне обжига-печи 1500 С (табл. 1).

/Уример 2. Температурные условия аналогичны примеру 1. Вращающаяся печь футерована огнеупором с выемками, кото1141291

Таблица 1

ПриТепловые потери поверхности печи в окружающую среду, . Вт/м

Температура наружного корпуса в зоне обжига печи, С мер

1 (Из10700

400 вестный) 8300

350

150-200

250-300

6190

300

5800

290

350 рые заполнены волокнистой теплоизоляцией с плотностью 150 †2 кг/м . Тепло с поверхности выемки огнеупора на металлический корпус передается через слой волокнистой теплоизоляции теплопроводностью. Известно, что теплопроводность волокнистых теплоизоляционных материалов зависит от их плотности и температуры.

В области температур выше 400 С тепПлотность укладки волокнистой теплоизоляции, кг/м

Выемки в огнеупоре не заполнены

Пример 3. Температурные условия аналогичны примерам 1 и 2. Волокнистый теплоизоляционный материал укладывают с плотностью 250 — 300 кг/мз. Тепловые потери в окружающую среду сокращаются до 6190 Вт/м .

Пример 4.. Условия, аналогичные примерам 1 — 3. Волокнистый материал берут по массе в количестве, достаточном для получения плотности укладки в выемке огнеупора 350 кг/м . Опытные работы, выполненные при футеровке вращающейся печи, показывают, что при данной плотности происходит упругая деформация материала, поэтому такая плотность укладки практически трудно осуществима при футеровке вращающейся печи и нецелесообразна, так как вызывает увеличение расхода материала для теплоизоляции, а показатель теплопроводности волокнистого материала существенно не изменяется.

Из примеров видно, что максимальный положительный эффект в зоне температур

1300 †15 С достигается при укладке волокнистой теплоизоляции плотностью 250—

300 кг/м . лопроводность растет менее интенсивно у материала с большей плотностью. Для материала с плотностью 150 — 200 кг/м температура на поверхности корпуса печи составляет 350 С а тепловые потери в окружающую среду 8300 Вт/м . Приведенные данные показывают на низкую эффективность теплоизоляционного слоя с плотностью укладки до 200 кг/мз.

Достижение положительного эффекта при снижении плотности укладки по длине печи волокнистого теплоизоляционного материала на 1,44 — 2,16 кг/м на пог. м футеровки может быть подтверждено следующими примерами.

Пример 5. Температура на поверхности выемки огнеупора, уложенного по длине печи, изменяется от 1100 до 320 С, при

4О этом плотность укладки в зоне максимальных температур составляет 250 — 300 кг/м .

Пусть снижение плотности укладки ваты равно 0,72 кг/м на пог.м футеровки, тогда даже в конце зоны подогрева печи при 320 С, когда применение волокнистой теплоизоля45 ции нецелесообразно, плотность укладки последней составит 184 — 234 кг/м . Снижение плотности укладки на 2,16 кг/м в этой зоне показывает, что при такой темпепературе выемку можно не заполнять теплоизоляцией.

Расчетные данные по влиянию снижения плотности укладки на 0,72 — 2,88 кг/м на пог.м футеровки при начальной плотности

300 кг/м и температуре на поверхности выемки 500 С на эффективность теплоизоляции приведены в табл. 2.

1141291

Таблица

Расход теплоизоля—

Снижение плотности

Температура корпуса, С

Потери тепла в окружающую среду, Вт/м ционного материала на футеровку

1 пог.м печи, кг укладки по длине печи, кг/м, на

1 пог.м

0,72

62,4

7690

336

1,44

337

45,0

7730

31,2

7820

2>16

339

8600

365

15,6

Составитель И. Иноземцева

Редактор И. Дербак Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 483/30 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Анализ приведенных в таблице данных показывает, что при снижении плотности укладки на 0,72 кг/мз увеличивается расход волокнистого теплоизоляционного материала, а температура корпуса и тепловые потери в окружающую среду снижаются незначительно.

Снижение плотности укладки на 1,44 и

2,16 кг/м позволяет добиться значительного уменьшения расхода материала и сохранить требуемую эффективность тепловой изоляции печи. Снижение плотности на

2,88 кг/м приводит к значительному снижению тепловой эффективности футеровки печи.

Таким образом, приведенные данные показывают, что снижение плотности укладки на 1,44 — 2,16 кг/м по длине печи на пог. м футеровки является оптимальным.

Размер торцовой поверхности огнеупора, опирающейся на корпус печи, представлен однозначно и равен 1/5 ее полного размера.

Максимальная тепловая эффективность печи может быть достигнута при укладке сплошного теплоизоляционного слоя между ог«еупором и корпусом печи. Однако при отсутствии опорной площадки огнеупора на корпус печи сплошной теплоизоляционный слой разрушается из-за механического действия огнеупора. Поэтому наиболее целесообразна предлагаемая конструкция, которая, сохраняя механическую прочность огнеупора, имеет повышенную тепловую эффективность.

Механическая нагрузка на огнеупор вращающейся печи не превышает 4800 кгс в наиболее опасном сечении. Зная, что допустимый предел прочности при сжатии огнеупора, применяющегося для футеровки вращающихся печей, 250 — 300 кг/см (ГОСТ

2!436 — 75), площадь торцовой поверхности кирпича 97,5 см (15,0;х,6,5), определяем допустимую площадь торцовой поверхности огнеупора с выемками, которая равна 19,5 cv. (! /5) . Это значит, что 1/5 ч. от всей площади торцовой поверхности огнеупорного изделия достаточно для обеспечения механической устойчивости футеровки. При уменьшении этой площади (1/6 ч) материал испытывает нагрузку, превышающую предел прочно30 сти GI Håóïoðà при сжатии (о) (6)„оп ), а при увеличении этой части (1/3, 1/4) снижается тепловая эффективность футеровки печи. Таким образом, размер определен однозначностью допустимой прочности огнеупора.

Применение в футеровке предлагаемого

35 теплоизоляционного материала снижает температурный перепад между горячей и холодной стороной огнеупора за счет повышения температуры на холодной стороне, улучшает тепловые условия работы огнеупора.

40 Кроме этого, дополнительный теплоизоляционный слой уменьшает влияние резких изменений условий внешнего теплообмена корпуса печи с окружающей средой (дождь, снег) .

Применение теплоизоляции в футеровке позволит уменьшить действующие тепловые напряжения в !,5 — 2,0 раза и повысить длительность эксплуатации футеровки. Применение огнеупора предлагаемой конфигурации позволяет сократить его массу на 10—

14% и соответственно снизить массу пог. м футеровки печи на 1,0 т.