СПОСОБ ОБЖИГА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C04B33/32 F27B11/00 

Изобретение относится к термообработке изделий, конкретно к обжигу керамического кирпича, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для тепловой обработки материала.

Известен способ обжига керамических изделий в печи периодического действия, в котором изделия расположены в нескольких штабелях, последовательно установленных в продольном направлении на определенном расстоянии друг от друга [1]. При этом изделия собираются таким образом, что в штабелях образуются каналы для циркуляции газа, которые параллельны продольному направлению печи. С целью создания равномерного нагрева во время обжига по всей длине печи создают циркуляционный поток дымовых газов в продольном направлении от одного конца до другого, а тепловые потоки подводят перпендикулярно к циркуляционному потоку прямо в промежутки между штабелями.

Данная система распределения тепловых потоков улучшает равномерность нагрева изделий, однако предложенный способ имеет следующие недостатки. При циркуляции дымовых газов в рабочем пространстве печи верхние поверхности штабелей перегреваются больше, чем средние нижние слои за счет движения преобладающего количества дымовых газов в зазорах, образованных между наружными поверхностями штабелей, сводом и боковыми стенками печи. Это вызывает неравномерный нагрев по объему штабеля. Штабеля, расположенные вблизи участков входа и выхода дымовых газов, находятся в более благоприятных условиях для теплообмена, что также приводит к неравномерному нагреву. Чем выше скорость движения циркуляционного потока дымовых газов, тем больше подсос холодного воздуха через неплотности тепловых затворов между вагонетками,что приводит к охлаждению локальных участков садки. Отставание в нагреве нижней части штабелей еще усугубляется влиянием холодного пода печи.

Следовательно, из-за неравномерного нагрева штабелей по объему требуется дополнительное время для выравнивания температуры, что увеличивает время обжига до 24 ч.

Наиболее близким по технической сущности является способ обжига керамических изделий, в котором формируют в садке изделий каналы, подают к садке теплоноситель, а отходящие газы делят на два потока, один из которых смешивают с теплоносителем и подают в каналы садки, а другой выводят из печи с последующей утилизацией [2]. При этом горелочные устройства выполнены с распределительной гребенкой, сопла которой ориентированы напротив каналов садки. Известный способ позволил улучшить теплообмен по объему садки, однако внутри емкой садки наблюдалась неравномерность нагрева за счет разных условий теплообмена в каналах, в которые вводится теплоноситель, и в свободных каналах.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса обжига за счет улучшения равномерности нагрева садки изделий.

Это достигается тем, что в способе обжига керамических изделий, включающем формирование каналов в садке изделий, подачу теплоносителя к садке и в ее каналы, согласно изобретению выравнивание температуры по объему садки изделий осуществляют путем приложения в заданных точках рабочего пространства печи дополнительных струй энергоносителя с возможностью их перемещения, обеспечивая принудительное распределение печных газов в рабочем пространстве и садке изделий в заданных количествах и направлениях.

Кроме того, при необходимости дополнительно вводят через сопловое устройство горючее вещество, например природный газ.

Предлагаемый способ содержит неизвестную в производственной практике, научно-технической и патентной документации систему принудительного распределения тепловых потоков в рабочем пространстве печи и в садке изделий, принцип действия которой основан на приложении в заданных точках рабочего пространства печи, непосредственно в каналах садки изделий высокоскоростных импульсов количества движения (mv, где m - масса, v - скорость) энергоносителя заданной величины и направления. Система принудительного распределения тепловых потоков включает в себя:
- основной тепловой поток (циклон), образованный горелками, направление и скорость вращения потока вокруг садки изделий зависят от конфигурации рабочего пространства печи, ориентации и тепловой мощности горелочных устройств, количества и расположения изделий в рабочем пространстве печи;
- тепловой поток, эжектируемый из основного циклона сопловым устройством и распределяемый в каналах садки.

Предлагаемый способ существенно отличается от известных более эффективным распределением печных газов, обеспечивающим равномерный нагрев (охлаждение) изделий по объему садки, что уменьшает время обжига до 10-12 ч, улучшает качество изделий и экономит топливо.

Известен способ и устройство для изготовления керамических изделий с использованием для сушки и подогрева изделий перед обжигом в туннельной печи системы принудительного распределения тепловых потоков [3]. Этот способ отличается тем, что отформованные элементы располагаются в виде дисков на расстоянии друг от друга, образуя промежуточное пространство между ними. Поток тепла направлен через пространство между дисками перпендикулярно направлению транспортировки. Целью изобретения является повышение коэффициента использования тепла при сушке и обжиге. В основе изобретения - продольный поток печных газов в зоне подогрева туннельной печи превращается в поперечный поток, направленный перпендикулярно между дисками при помощи устройства вытяжки-возврата дымовых газов.

В известном способе устройство вытяжки-возврата дымовых газов создает рециркуляцию дымовых газов с целью улучшения равномерности нагрева при сушке и подогреве, повышения коэффициента использования тепла, а следовательно, и экономии топлива. Недостатком этого способа является применение его только при температурах до 500^oС, а также неравномерный подвод тепла к отформованным элементам. Верхние и торцевые поверхности дисков элементов будут перегреваться, а нижние будут более холодные. Более нагретые участки садки будут в местах входа и выхода дымовых газов на рециркуляцию. Следовательно, необходимо время на выравнивание температуры.

В предлагаемом новом способе сопловое устройство при помощи энергии струи позволяет в заданном количестве и направлении подать печные газы внутрь садки изделий, обеспечивая равномерный нагрев садки при необходимой температуре для обжига изделий 1000^oС. Это повышает эффективность способа обжига по сравнению с существующими способами, а именно: сокращает время обжига едкой садки до 10-12 ч, экономит топливо и обеспечивает более высокое качество изделий. Опытные партии керамического кирпича, отожженные по предлагаемому способу, были по качеству на одну-две марки выше, чем отожженные в туннельной печи.

В патентной и научно-технической документации не обнаружено способа обжига керамических изделий, позволяющего дозированно вводить в каналы садки энергоноситель, эжектирующий и инжектирующий печные газы в каналах садки. Следовательно, можно сделать вывод, что предлагаемый способ обжига керамических изделий соответствует изобретательскому уровню.

Способ осуществляется следующим образом. Формируют в садке изделий каналы. Фиксируют садку в печи таким образом, чтобы трубки соплового устройства были ориентированы по оси вертикальных каналов садки. Опускают колпак с установленным на нем сопловым устройством на вагонетку. Тангенциально расположенные на боковых стенках колпака газовые горелки создают вращение печных газов (циклон) вокруг садки изделий. Подают в наружные трубки соплового устройства энергоноситель, например сжатый воздух, который, выходя с высокой скоростью за счет кинетической энергии струи, эжектирует и инжектирует печные газы в каналах садки изделий. Осуществляют перемещение трубок соплового устройства в вертикальных каналах садки. Печные газы эжектируются сопловым устройством и распределяются в каналах садки, обеспечивая равномерный нагрев изделий. При этом трубки могут опускаться как все вместе, так и по отдельности. При необходимости подают через внутренние трубки соплового устройства горючее вещество, например природный газ, осуществляя тем самым подвод дополнительного тепла внутрь садки. Струя энергоносителя может быть образована горючим веществом, например природным газом. Количество подаваемого энергоносителя и природного газа автоматически регулируют на основании заданных параметров ведения режима обжига. При завершении нагрева осуществляют охлаждение садки изделий, путем подачи воздуха через печные горелки и наружные трубки соплового устройства, обеспечивая вращение воздуха вокруг садки, эжектирование и инжектирование его в каналах садки. При этом необходимое количество холодных потоков направляют в заданном направлении, а именно, к более нагретым поверхностям, обеспечивая равномерное охлаждение садки.

Известна колпаковая печь, состоящая из футерованного колпака с горелками, подом и подложкой под садку изделий [4]. Горелки установлены на противоположных боковых стенках колпака, при этом факел нижних горелок направлен под садку изделий. Дымоудаление из печи осуществляют через дымовые каналы, расположенные на своде печи. Недостатком известной колпаковой печи является неравномерность нагрева по объему садки изделий, а следовательно, длительный цикл обжига и большой расход топлива, снижение качества изделий вследствие неравномерного нагрева в течение периода обжига.

Наиболее близкой по цели и технической сущности является колпаковая циркуляционная печь, содержащая металлический футерованный колпак с газовыми горелкам, устанавливаемый путем подъема и опускания на выкатную вагонетку, содержащую песочный затвор и подложку для садки [5]. В колпаке установлено сопловое устройство в виде вертикальной трубы с соплами, расположенное между пакетами садки, при этом сопла ориентированы напротив горизонтальных каналов по высоте садки.

Недостатком печи является неравномерное распределение печных газов по каналам садки за счет бокового введения энергоносителя через сопловой аппарат, установленный между пакетами садки. Таким образом, в каналы садки подают одинаковое количество теплоносителя по высоте пакета, перегревая боковую поверхность пакета, в то время как для ведения оптимального теплового режима требуется регулируемый нагрев в разных участках садки. Изменение диаметров отверстий по высоте в известном устройстве также не решает задачи равномерного нагрева садки. Кроме того, известный сопловой аппарат, устанавливаемый между пакетами садки, недостаточно надежен ввиду деформации трубок в процессе нагрева и охлаждения. Например, в начальный период обжига поверхность трубки соплового аппарата, обращенная к холодной садке, будет иметь более низкую температуру, чем поверхность, обращенная к стенке печи, что вызывает деформацию трубки. Осевые и радиальные деформации вызывают удлинение, изгиб и скручивание трубок соплового аппарата, что приводит к смещению отверстий трубок относительно каналов. Высокоскоростная струя энергоносителя будет направлена с отклонением от оси канала, что вызовет перегрев локального участка садки.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы колпаковой печи.

Указанная цель достигается тем, что в колпаковой печи, состоящей из металлического футерованного колпака, содержащего газовые горелки и сопловое устройство, устанавливаемые на выкатную вагонетку с подложкой, тепловым газоплотным затвором и каналом для отходящих газов, согласно изобретению трубки соплового устройства выполнены в виде коаксиально расположенных одна к другой с возможностью их перемещения в вертикальных каналах садки и относительно друг друга.

Предлагаемая колпаковая печь существенно отличается от известных. Расположение трубок соплового устройства по оси сформированных вертикальных каналов с возможностью их опускания и подъема позволяет дифференцированно, в определенных количествах, направленно подавать энергоноситель, эжектируя и инжектируя печные газы в каналах садки изделий. Кроме того, дополнительная подача горючего вещества, например природного газа, через сопловое устройство позволяет осуществить при необходимости дополнительный подвод тепла внутрь садки. Аналогичный процесс происходит и при охлаждении садки изделий, когда направленно и в определенных количествах подают в каналы садки энергоноситель на охлаждение.

Известно устройство для высушивания кирпича на обжиговых вагонетках, выполненное в виде труб, расположенных между радами кирпича и имеющих пазы для непрерывного или прерывистого вдувания теплоносителя [6]. Известное устройство функционально и конструктивно отличается от соплового устройства предлагаемой колпаковой печи и используется с целью избежания дорогостоящей переукладки изделий перед обжигом в туннельных печах. Кроме того, устройство имеет ряд недостатков, ухудшающих равномерность нагрева по объему садки, как у описанного выше прототипа [5].

Новая совокупность существенных признаков позволила:
- повысить эффективность работы печи за счет обеспечения равномерного нагрева емкой садки за более короткий промежуток времени;
- улучшить качество обжигаемых изделий;
- уменьшить расход топлива;
- автоматизировать процесс выравнивания температур;
- повысить надежность работы печи.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая колпаковая печь обладает изобретательским уровнем.

На фиг. 1 представлена колпаковая печь в разрезе; на фиг. 2 - схема распределения тепловых потоков.

Колпаковая печь состоит из металлического футерованного изнутри колпака 1, выполненного в виде жесткой конструкции и оснащенного газовыми горелками 2, обеспечивающими круговое движение (циклон) продуктов сгорания вокруг садки. Колпак устанавливается путем подъема и опускания на выкатную вагонетку 3 с тепловым газоплотным затвором 4 при помощи подъемного механизма 5. На подложке 6 установлена садка 7, состоящая из девяти пакетов (элементов садки) кирпичи и имеющая каналы 8 и 9 для прохода печных газов. В верхней части колпака 1 установлено сопловое устройство 10, выполненное в виде системы трубок 11, ориентированных по оси вертикальных каналов 8 садки 7 с возможностью подъема и опускания индивидуально каждой трубки или всех вместе одновременно. Внутри трубок 11, предназначенных для подачи любого вещества - энергоносителя, например сжатого воздуха, коаксиально расположены трубки 12 для подачи горючего вещества, например природного газа. При этом трубки для подачи природного газа и трубки для подачи энергоносителя могут перемещаться относительно друг друга. Через трубки 11 с высокой скоростью выходит энергоноситель 14, эжектируя и инжектируя соответственно потоки 15 и 16 печных газов в каналах 8 и 9 при нагреве и охлаждении. Отдавшие тепло печные газы удаляют через каналы 13, находящиеся преимущественно в нижней части печи по оси циклона. Количество и расположение каналов 13 выбирается в зависимости от расположения пакетов кирпича.

Колпаковая печь работает следующим образом. На подложку 6 выкатной вагонетки 3 устанавливают садку 7. Устанавливают вагонетку 3 под поднятый колпак 1 до фиксированного положения. Подъемным механизмом 5 опускают колпак 1 на вагонетку 3, обеспечивая герметизацию тепловым газоплотным затвором 4. Подают сжатый воздух в сопловое устройство 10, который высокоскоростным потоком 14 выходит по трубкам 11 в вертикальные каналы 8 садки кирпича 7. Струи сжатого воздуха эжектируют и инжектируют потоки печных газов 15 и 16 в каналах 8 и 9 садки. Газовые горелки 2, установленные на каждой стороне колпака 1, при работе создают вращение печных газов (циклон) вокруг садки и зону пониженного давления по оси циклона. Часть вращающихся печных газов обтекает верхнюю поверхность садки и потоком 15 эжектируется сопловым устройством 10 внутрь садки, проходит по каналам, нагревая садку изнутри, и разделяется на два потока, один из которых подсасывается циклоном, а другой идет в каналы 13 на удаление из печи. На основании задания осуществляется работа системы передвижения трубок 11 соплового устройства 10. Трубки 11 перемещаются в вертикальных каналах 8. При этом через трубки 11 подают с заданной кинетической энергией струи энергоноситель 14, эжектируя и инжектируя определенное количество печных газов 15 и 16 к наиболее холодным поверхностям. При необходимости подают через внутренние трубки 12, коаксиально расположенные в трубках 11, природный газ, который, сгорая в вертикальных каналах 8, компенсирует охлаждение от энергоносителя и дополнительно нагревают садку изделий. Подача энергоносителя и горючего вещества, а также перемещение соплового устройства осуществляется автоматически по заданной программе.

Новый способ и предложенная для его осуществления колпаковая печь позволяют осуществить подачу печных газов в определенных количествах и заданном направлении к изделиям, набранным в емкую садку, повышая эффективность способа обжига, работы печи и качество изделий.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Заявка ФРГ N 2512485, С 04 В 33/32, Способ обжига керамических изделий в зоне обжига печи периодического действия и обжигательная печь для его осуществления, 05.04.79.

2. Патент РФ N 2045725, F 27 В 3/04, Способ обжига керамических изделий и устройство для его осуществления (прототипе).

3. Заявка ФРГ N OS 3545498, С 04 В 33/32, Способ и устройство для изготовления керамических изделий, 25.06.87.

4. Колпаковая печь типа KLG.C.41 фирмы PRINS OVENBOUW BV, Голландия.

5. Полезная модель N 939 F 27 В 11/00, Колпаковая циркуляционная печь (прототип).

6. Заявка ФРГ N OS 3147582, С 04 В 33/32, Способ высушивания кирпичей в вагонетках для обжига и устройство для его осуществления, 06.09.83.

Изобретение касается обжига керамического кирпича. Способ обжига керамических изделий включает формирование каналов в садке изделий, подачу теплоносителя к садке и в ее каналы, при этом теплоноситель вводят направленно и в определенных количествах посредством соплового устройства, через которое подают энергоноситель, эжектирующий и инжектирующий потоки печных газов в каналах садки. Равномерное распределение теплоносителя осуществляется путем подъема и опускания соплового устройства в каналах садки изделий. Кроме того в каналы дополнительно можно вводить горючее вещество, например природный газ. Колпаковая печь содержит футерованный колпак (1) с газовыми горелками (2), тепловым газоплотным затвором (4), подложкой (6) для установки садки изделий (7) с вертикальными каналами (8) и горизонтальными каналами (9) для прохождения печных газов. Колпак (1) устанавливается путем опускания на выкатную вагонетку (3) при помощи подъемного механизма (5). В верхней части колпака (1) установлено сопловое устройство (10), выполненное в виде системы трубок (11), ориентированных по оси вертикальных каналов (8) с возможностью опускания и подъема. Внутри трубок (11) коаксиально расположены трубки (12) для подачи горючего вещества, при этом последние установлены с возможностью перемещения относительно трубок 11. В нижней части колпака имеются каналы (13) для дымоудаления. Изобретение повышает эффективность процесса обжига. 2 c. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обжига керамических изделий, включающий формирование каналов в садке изделий, подачу теплоносителя к садке и в ее каналы, отличающийся тем, что выравнивание температуры по объему садки изделий осуществляют в колпаковой печи путем приложения в заданных точках рабочего пространства печи дополнительных струй энергоносителя с возможностью их перемещения, обеспечивая принудительное распределение печных газов в рабочем пространстве и садке изделий в заданных количествах и направлениях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энергоносителя может быть любое вещество, в том числе горючее вещество, например природный газ. 3. Колпаковая печь, содержащая футерованный колпак с газовыми горелками и сопловым устройством, устанавливаемый на вагонетку с подложкой, тепловым газоплотным затвором, каналом для дымоудаления, отличающаяся тем, что трубки соплового устройства установлены с возможностью перемещения в рабочем пространстве печи, например в каналах садки изделий. 4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что сопловое устройство выполнено в виде коаксиально расположенных трубок, установленных с возможностью перемещения относительно одна другой.