Вращающаяся печь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ7 минская, Ю. Ю. Шербина Велич ледовательтериалов и и научно-исс тельных ма1419026,британии75,ритании974.32184, кл.ип).1376969,31 а 7/28,=1100 С ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(54) (57) ВРАШАЮШАЯСЯ 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.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 вь 1 боре огнеувора учитываются тяжелыеусловия работы футеровки вращающейся пеци: механические нагрузки, возникающие в результате вращения печи, сжимающие напряжения, вызванные различным тепловым расширением корпуса и футеровки печи, и термицеские напря. жения в результате перепада температур на холодной и горячей сторонах огнеупора. Лля. уменьшения потерь тепла в окружающую среду и увеличения срока службы футеровки имеется ряд технических решений, предусматривающих установку дополнительного 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 пеци 1 ,Недостатком этой конфигурации кирпича является то, что при использовании его во врашающихся агрегатах вызывает сомнение механическая устойчивость огнеупора при малой толщине ножек. При увеличении толщины ножек значительно уменьшается эффективная толщина изоляции. Известна конструкция огнеупорного клинчатого кал;- ия для строительства арочного свода печк, который имеет две полукруглые выемки, заполненные теплоизоляционным огнеупорным бетоном 121.Однако данная конструкция футеровкц предназнацена 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 13). 1 О 1 г О 5 ЗО Зс 45 5 О 55 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 его поверхности будет передаваться на корпус печи с помощью луцистого 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, цто 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 цастыо торца, а плотность волокнистого термостойкого материала в зоне максимальных температур составляет 250 в 3 кг/лз и постоянно уменьшается по длине печи в сторону сникения температур на 1,44 - 2,16 кг/м" на обгонный метр футеровки печи.На чертеже изображена врашаюшаяся печь с футсровкой.Вращающаяся печь содержит металлический корпус 1, огнеупор 2, который опирается на поверхность корпуса 1/5 частью торцовой поверхности, стекловолокнистый теплоизоляционный материал 3 (муллитокремнеземистая вата).Пример /. Вращающаяся пець футеровзна онеупором с выемками, которые образу 1 от воздушную изоляцию ме.Еду Огнеупором и металлическим корпусом печи. Известно, что воздушная изоляция эффективна при температурах до 200 в 3 С, когда передача тепла происхсдит конвекцией,При температурах свыше 300 С передача тепла осуществляется конвективным и радиационным способом, причем с повышением температуры доля радиационной составляющейзначительно превышает конвективную. Поэтому в зоне печи с температурой 13001500 С, когда на поверх ности выемки огнеупора температура равна 1050- в 11 С (расчетные данные для огне- упора марки МХЦ 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). Пример 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 зонеобжига печи, С мер 101 з 10700 400 вестный) 8300 350 150-200 250-300 6190 300 5800 290 350 рые заполнены волокнистой теплоизоляцией с плотностью 150 в 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/мз Выемки в огнеупоре незаполнены 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 огне- упора 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 в 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 эффектапри 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 40 этом плотность укладки в зоне максимальных температур составляет 250 в 3 кг/м.Пусть снижение плотности укладки ваты равно 0,72 кг/м на пог.м футеровки, тогдадаже в конце зоны подогрева печи при 320 С, когда применение волокнистой теплоизоля ции нецелесообразно, плотность укладкипоследней составит 184 в 2 кг/м. Снижение плотности укладки на 2,16 кг/м в этой зоне показывает, что при такой темпепературе выемку можно не заполнять тепло- изоляцией.Расчетные данные по влиянию сниженияплотности укладки на 0,72 - 2,88 кг/мна пог,м футеровки при начальной плотности 300 кг/м и температуре на поверхности выемки 500 С на эффективность теплоизоляции приведены в табл. 2.141291 Таблица Расход теплоизоля -Снижение плотности Температура корпуса, С Потери тепла вокружающую среду,Вт/м ционного материалана футеровку1 пог.м печи, кг укладки по длинепечи, кг/м , на1 пог.м 0,72 62,4 7690 336 1,44 337 45,0 7730 31,2 7820 216 339 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, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Анализ приведенных в таблице данныхпоказывает, что при снижении плотностиукладки на 0,72 кг/мз увеличивается расход волокнистого теплоизоляционного материала, а температура корпуса и тепловыепотери в окружающую среду снижаютсянезначительно,Снижение плотности укладки на 1,44 и2,16 кг/м позволяет добиться значительного уменьшения расхода материала и сохранить требуемую эффективность тепловойизоляции печи. Снижение плотности на2,88 кг/м приводит к значительному снижению тепловой эффективности футеровкипечи.Таким образом, приведенные данныепоказывают, что снижение плотности укладки на 1,44 - 2,16 кг/м по длине печи напог, м футеровки является оптимальным.Размер торцовой поверхности огнеупора,опирающейся на корпус печи, представленоднозначно и равен 1/5 ее полного размера.Максимальная тепловая эффективность печиможет быть достигнута при укладке сплошного теплоизоляционного слоя между огеупором и корпусом печи. Однако при отсутствии опорной площадки огнеупора на корпуспечи сплошной теплоизоляционный слой разрушается из-за механического действия огнеупора. Поэтому наиболее целесообразна предлагаемая конструкция, которая, сохраняя механическую прочность огнеупора, имеетповышенную тепловую эффективность.Механическая нагрузка на огнеупор вращающейся печи не превышает 4800 кгс внаиболее опасном сечении, Зная, что допустимый предел прочности при сжатии огнеупора, применяющегося для футеровки вра щающихся печей, 250 - 300 кг/см (ГОСТ2436 - 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 см (/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 прочно сти огнеупора при сжатии (о) ооп ), а приувеличении 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 о и соответственно снизить массу пог. м футеровки печи на 1,0 т.