Energy-Technology Indicators of a Multi-Drum Electric Furnace for Firing Vermiculite Concentrates

Full Text

Известно, что одним из эффективных теплои термоизоляционных материалов является вспученный вермикулит – сыпучий материал, обладающий способностью заполнять пустоты в труднодоступных местах в элементах строительных конструкций, пустоты и ниши в стенах колодцевой кладки, а также чердачные и подвальные перекрытия. Он не горит и не обладает дымообразующей способностью, поэтому может использоваться для термоизоляции различных тепловых агрегатов.

Другой вопрос – технология его вспучивания. Здесь за последние пятнадцать лет произошли заметные изменения: к факельным печам, работающим на углеводородном топливе [1], добавились более энергоэффективные электрические печи различных типов.

Первая электрическая модульно-спусковая печь для обжига вермикулитовых концентратов начала работать в 2003 г., а к моменту первой публикации об этой технологии обжига в 2007 г. [2] таких печей было уже три.

Опыт их использования показал, что по удельной энергоемкости (240–250 МДж/м³) они превосходили факельные печи, и постепенное совершенствование таких печей позволило снизить энергоемкость до 196 МДж/м³, но это был предел. Тогда появилась альтернативная концепция – печь с подвижной подовой платформой [3], которая при испытаниях показала удельную энергоемкость процесса обжига вермикулита 81,6 МДж/м³, а разработка подвесной нагревательной системы к ней дала возможность снизить этот важнейший показатель до 40–45 МДж/м³ [4]. Главной ее особенностью по сравнению с модульно-спусковыми агрегатами является то, что поток обжигаемого концентрата движется по платформе без пустот и промежутков между частицами, поэтому лучистая энергия нагревателей почти вся приходится на поверхность материала.

Но из-за колебаний, которые совершает подовая платформа, такие печи, в зависимости от их компоновки (горизонтальная или вертикальная), имеют недостатки, ухудшающие эксплуатационные свойства:

• – во-первых, это наличие двух регулируемых приводов – один для создания колебаний платформ, второй – для привода дозатора сырья;
• – во-вторых, при движении платформы на частотах 6–12 Гц возникают динамические нагрузки, вызывающие резонансы элементов конструкции рамы печи на собственных частотах, дестабилизирующие колебания самой платформы;
• – в-третьих, работа платформенной печи, действующей в режиме резонанса платформы, из-за высокой качественности колебательной системы (до 20 Дб) была неустойчивой вследствие флуктуаций частоты возбуждения и упомянутых резонансов элементов рамы.

Следовательно, возникла необходимость создания новой концепции печного агрегата для обжига вермикулитовых концентратов – электрической барабанной печи, лишенной указанных недостатков, но энергетически не менее эффективной.

В ней сохранен главный принцип создания потока вермикулитового сырья, при котором он обладает регулярной структурой расположения частиц – без пустот и промежутков между ними. Это свойство потока и рациональное устройство подвесной нагревательной системы позволяют достигать минимального значения энергоемкости при устойчивой работе печи без динамических нагрузок и каких-либо колебаний.

При этом новая печь может применяться не только для обжига вермикулита, рис. 1, а.

 

Рис. 1. Виды термообрабатываемых материалов: a – вспученный вермикулит; b – поросиликатные гранулы; c – силикатные сферы; d – сунгулит-вермикулитовый конгломерат; e – сунгулит; f – оливин-пироксеновая порода

Fig. 1. Types of heat-treated materials: a – expanded vermiculite; b – porosilicate granules; c – silicate spheres; d – sungulite-vermiculite conglomerate; e – sungulite; f – olivine-pyroxene rock

 

При пониженной температуре можно осуществлять такую технологическую операцию, как возгонка гранул вспененного полистирола из «тела» затвердевших зерен поросиликата [5], показанных на рис. 1, b. Вспененные гранулы полистирола занимают в них около 75% объема, а их деструкция (переход из твердого в газообразное состояние) происходит при температуре 190–230^оС [6].

На рис. 1, c представлен другой перспективный материал – силикатные сферы, полученные с применением доломитовой муки, силикатного вяжущего и химических добавок. Это крупные (5–10 мм) пустотелые сферы неправильной формы, содержимым которых, как и в поросиликате, были вспененные полистирольные гранулы, обработанные при температуре 200–210^оС [5]. Целевым продуктом здесь являются силикатные сферы, которые могут служить засыпным теплоизоляционным материалом или наполнителем для легких бетонов.

На рис. 1, d показан исходный материал – сунгулит-вермикулитовый конгломерат, который относят к группе серпентинов. Исследования термоактивированных серпентинов показали, что из них можно получать магнезиально-силикатные реагенты, которые используют в природоохранных технологиях для детоксикации техногенно загрязненных земель и водоемов путем снижения геохимической подвижности тяжелых металлов [7]. При обжиге получается вспученный вермикулит, сунгулит (рис. 1, e) и оливин-пироксеновая фаза (рис. 1, f) Последняя является инертным материалом, а сунгулит и вермикулит – это целевые продукты обжига в барабанных электрических печах.

Конструкция новой электрической барабанной печи [8] (рис. 2) включает раму 1, закрытую панелями 2 с двойными стенками и термоизолирующим материалом (на рис. 1 показан фрагмент панели 2). На раме 1 закреплены подшипниковые узлы 3 барабанов левого 4 и правого 5 рядов, при этом концевые части валов барабанов вынесены за пределы панелей 2, чем исключается перегрев подшипниковых узлов 3. Термокрышки 6 и 7 размещены над верхними частями барабанов, снабжены креплениями 8, с помощью которых можно изменять их положение относительно своих барабанов, с тем чтобы регулировать объем пространства обжига вермикулитового концентрата в зависимости от крупности его частиц.

Конструкция печи предусматривает возможность установки термокрышек другого типоразмера, как это показано на нижнем из барабанов 4 левого ряда, например для обжига (нагрева) других материалов, требующих большей продолжительности обработки.

На барабанах выполнены поперечные пазы 9 для наполнения концентратом.

Под термокрышками 6 и 7, выполненными из листовой жаростойкой стали и термоизоляционного материала, размещены электрические нагреватели 10 круглого сечения, которые удерживаются с помощью креплений 11, выполненных из ленточного нихрома в виде хомутиков в нижней части и загнутых в их верхней части. При этом крепления 11 вставлены в отверстия огнеупорных керамических втулок 12, которые исключают контакт электрических нагревателей 10 с металлической частью термокрышек. Исключению упомянутого контакта способствуют также электроизоляционные шайбы 13.

 

Рис. 2. Барабанная электрическая печь: 1 – рама; 2 – термоизолирующие панели; 3 – подшипниковые узлы; 4, 5 – барабаны; 6, 7 – термокрышки; 8 – крепления; 9 – пазы; 10 – электронагреватели; 11 – крепления электронагревателей; 12 – керамические втулки; 13 – электроизоляционные шайбы; 14 – крепежные головки; 15 – шина; 16 – бункер сырья; 17, 18, 21, 22 – лотки; 19, 23 – каналы; 20 – средний бункер; 24 – нижний бункер; 25, 26 – лотки нижнего бункера; 27 – крепления; 28, 29, 30 – элементы привода; 31 – цепи; 32 – лотки наружные

Fig. 2. Drum electric oven: 1 – frame; 2 – thermal insulating panels; 3 – bearing units; 4, 5 – drums; 6, 7 – thermal covers; 8 – fastenings; 9 – grooves; 10 – electric heaters; 11 – fastenings of electric heaters; 12 – ceramic bushings; 13 – electrical insulating washers; 14 – fastening heads; 15 – tire; 16 – raw material bunker; 17, 18, 21, 22 – trays; 19, 23 – channels; 20 – middle bunker; 24 – lower bunker; 25, 26 – trays of the lower bunker; 27 – fastenings; 28, 29, 30 – drive elements; 31 – chains; 32 – external trays

 

На рис. 2 (вид А) показан фрагмент комплекта электрических нагревателей 10 как вид со стороны одного из барабанов, где видны крепления 11, крепежные головки 14, удерживающие концевые части электрических нагревателей 10 и одна из электрических шин 15 для подключения к электросети.

В центральной части рамы 1 расположен верхний бункер сырья 16 с левым 17 и правым 18 лотками, сопряженными с зазорами z₁ с барабанами левого и правого рядов. Верхний бункер 16 соединен каналом 19 со средним бункером 20, снабженным лотками 21 и 22, сопряженными с зазорами z₂ со своими барабанами 4 и 5. Средний бункер 20 соединен каналом 23 с нижним бункером 24, снабженным лотками 25 и 26, также сопряженными с зазором z₃ с барабанами. Упомянутые бункеры прикреплены к балкам 1 с помощью резьбовых креплений 27, благодаря которым можно менять их положение по вертикали для регулировки зазоров z₁, z₂ и z₃ и настройки такой подачи сырья, при которой будет обеспечиваться движение вспучиваемого вермикулита сплошным плотным потоком без пустот между зернами в тепловом поле электронагревателей 10 и максимальная производительность.

Привод барабанов содержит мотор-редуктор 28, регулируемый по скорости вращения частотным регулятором (на рис. 2 не показан), снабжен звездочкой 29, соединен зубчатой передачей с другой звездочкой 30, которые, вращаясь с равными угловыми скоростями ω, передают вращение на барабаны с помощью цепных передач 31.

Лотки 32 предназначены для выведения вспученного вермикулита за пределы печи.

При пуске мотор-редуктор вращает барабаны 4 против часовой стрелки, а барабаны 5 правого ряда – по часовой. Вермикулитовый концентрат по лоткам 17 и 18 бункера 16, по лоткам 21 и 22 бункера 20 и лоткам 25 и 26 бункера 24 ссыпается в поперечные прорези барабанов. При этом за 2,5–5 с в зависимости от величины ω₁ и типоразмера термокрышек вермикулит проходит через зону теплового излучения электронагревателей и уже вспученным выходит по лоткам 32 за пределы печи. При заполнении концентратом прорезей барабанов в зависимости от зазоров z₁, z₂ и z₃, отрегулированных на избыточную подачу для получения сплошного плотного потока его частиц без пустот и промежутков, часть этого материала не укладывается и ссыпается вниз. Так, из лотков 17 и 18 верхнего бункера 16 избыточные частицы ссыпаются в бункер 20, из лотков 21 и 22 среднего бункера 20 избыточные частицы ссыпаются в бункер 24, а из лотков 25 и 26 бункера 24 – в накопительный контейнер. По мере наполнения контейнер заменяют, а накопившийся концентрат возвращают в верхний бункер.

От бункера 16 к среднему и нижнему бункерам ведут каналы 19 и 23, по которым и поступает основная масса сырьевого материала. Если обжигу подвергается вермикулитовый концентрат с относительно мелкими или крупными частицами, то с помощью резьбовых креплений 27 изменяют положение бункеров по вертикали, регулируя зазоры z₁, z₂ и z₃, и настраивают такую подачу сырья, при которой обеспечивается сплошной поток частиц.

С помощью креплений 8 термокрышек 6 и 7 левого и правого рядов изменяют их положение относительно своих барабанов, чем обеспечивают регулировку пространства обжига.

 

Рис. 3. Схема к расчету производительности

Fig. 3. Scheme for performance calculation

 

На рис. 3 показана схема к расчету производительности печи. Наибольшие предельные значения углов, при которых частицы концентрата (α=37^о30´, или 0,6545 рад) и вспученного вермикулита (β=32^о45´, или 0,5716 рад) будут удерживаться на поверхности барабанов, найдены экспериментально для вермикулита разных месторождений и приведены в работе [9].

Угол φ, равный 180^о–(α+β), охватывает часть дуги l поверхности барабана и определяет площадь поверхности:

$s = l · B$,                                                                                                                      (1)

покрытую сплошным слоем обрабатываемого материала (s, l, В).

Другие разновидности вермикулита будут иметь отличные от этих значений углы α и β, поэтому для получения универсальной формулы введем поправочный коэффициент δ и уменьшим φ до угла χ с запасом по скатыванию вспученных зерен 12–15%. Угол χ можно найти по формуле:

$\chi = \delta \left[180° – (\alpha +\beta )\right]$,                                                                                                   (2)

где δ = 0,85–0,88.

Угол χ определяет только часть дуги l, равную L, на которой и будет осуществляться обжиг концентрата. При этом L будет равна:

$L = \chi · r = \delta \left[180° – (\alpha +\beta )\right]r$,                                                                                     (3)

где r – радиус барабана, а площадь поверхности обжига будет определяться выражением:

$s = \delta \left[180° – (\alpha +\beta )\right]r · B$.                                                                                            (4)

Для печей с подвижной подовой платформой длина пода L (0,4 м) оказалась соответствующей времени обжига 2,7–3,1 с [10].

Если принять дугу L за рабочую часть барабана и задать значение L = 0,4 м, то по формуле (3) можно определить минимальный радиус барабана r_min, м. Так как сумма α и β примерно равна 1,2261 рад, а 180^о= 3,14 рад, то при δ = 0,875 радиус будет равен, м:

$r_{\min }=\frac{L}{\delta [{180}^{\circ }-(\alpha +\beta )]}=\mathrm{0,226,}$                                                                                     (5)

а диаметр – 0,452 м. Это показывает, что печь характеризуется небольшими габаритами.

Другой габаритный размер – это ширина барабана В, которая пропорциональна ее производительности.

Удержанию частиц и вспученных зерен на поверхности барабанов способствуют поперечные прорези. Если время обжига необходимо увеличить, термокрышки вместе с электронагревателями заменяют на термокрышки большего размера. Это позволит осуществить обжиг при большей длительности процесса без снижения производительности.

Чтобы рассчитать производительность печи, нужно знать необходимое время обжига, достаточное для полного вспучивания.

Упоминалось, что достаточное время обжига составляет 2,7–3,1 с [10], однако экспериментально определенное время составило 3,31 с [4].

Объемную производительность одиночного пространства обжига по вспученному вермикулиту можно найти по формуле, м³/с:

$П=\frac{W}{t\cdot (1-k_{п})}$,                                                                                                                 (6)

где П, L = χ · r=δ[180^о–(α+β)]r; W – объем вспученного вермикулита, находящегося на поверхности одного барабана, м³; k_п – коэффициент пористости вспученного массива вермикулита, равный 0,365 [11]; t – продолжительность обжига, с.

При ширине барабана В и среднем условном диаметре вспученных зерен D объем W будет равен:

$W=\frac{1}{6}\pi D^3\cdot n_1\cdot n_2$                                                                                                            (7)

где n₁ и n₂ – количество зерен по ширине В и дуге L барабана, определяемое по отношениям:

$n_1=\frac{B}{D}$;                                                                                                                              (8)

$n_2=\frac{L}{D}$.                                                                                                                              (9)

После подстановки выражений (8 и 9) в формулу (7), а затем в (6) получим, м³/с:

$\mathrm{П}=\frac{\pi DВL}{6t\cdot (1-k_{п})},$                                                                                                               (10)

где t – продолжительность качественной термообработки концентрата.

Производительность электрической печи с шестью рабочими барабанами будет определяться по формуле, м³/с:

$\mathrm{П}=\frac{\pi DВL}{t\cdot (1-k_{п})}.$                                                                                                                (11)

Проведем численный расчет при D=0,004 м; В=0,96 м; L=0,5 м; t=3,31 с; k_п=0,365 и получим секундную производительность 0,0029 м³/с. Часовая производительность барабанной печи составит 10 м³/ч.

Энергоэффективность

В качестве прототипа возьмем упомянутую выше печь с подвижной подовой платформой [3], обладающую, как показали проведенные с ней опыты, наименьшим значением энергоемкости при работе на вермикулите 40–45 МДж/м³ [4].

Ее подвешенная к термокрышке нагревательная система состоит из проволочного нихрома, рис. 4, как и у барабанной печи, рис. 2. Между огнеупорным основанием 1 (подовой платформой) и термокрышкой 2, покрытой термоизолирующим материалом 3 и выполненной из керамовермикулитовой плиты [12], расположены закрепленные на головках 4 и «серьгах» 5 электрические нагреватели энергии 6 с зазором а между термокрышкой и зазором b между огнеупорным основанием. Под нагревателями движется поток вермикулитовых частиц, превращающихся в зерна по мере их вспучивания.

 

Рис. 4. Электрическая платформенная печь: 1 – огнеупорное основание; 2 – термокрышка; 3 – термоизолирующий материал; 4 – крепежная головка; 5 – «серьги»; 6 – нагреватель; 7 – окантовка; 8 – крепление; a, b – зазоры

Fig. 4. Electric platform oven: 1 – fire-resistant base; 2 – thermal cover; 3 – thermal insulating material; 4 – mounting head; 5 – «earrings»; 6 – heater; 7 – edging; 8 – fastening; a, b – gaps

 

Термокрышка окантована металлическим уголком 7 и удерживается креплениями 8, а с целью устранения кондуктивного оттока тепла через «серьги» 5 сверху она покрыта термоизоляционным материалом.

Пространство обжига между термокрышкой и подовой платформой здесь плоское и ограничено размерами а+b+d по высоте (d – диаметр проволочного нагревателя); l₀ – по длине и шириной B₁.

В барабанной печи пространство обжига определяется шириной B, зазором z и криволинейной длиной L, охватывающей термокрышку.

Если принять следующие равенства:

$а+b+d=z$;

$l_0= L$;

$B_1=В$,

то при одинаковой полной длине электрических нагревателей в печи-прототипе и барабанной печи и равной продолжительности обжига энергоемкость вспучивания вермикулита в указанных пространствах также должна быть одинаковой.

В нагревательной системе платформенной печи, рис. 4, ее нихромовые элементы расположены в плоскости и каждый из них получает тепловое излучение только от двух соседних нагревателей; общий баланс тепловых потоков определяется методом сальдопотоков [13].

В барабанной печи нагреватели не лежат в одной плоскости и каждый из них облучается не только двумя соседними, но и другими, далее расположенными нагревателями. Это обстоятельство может внести некоторую неоднородность в распределение их температуры. Но с учетом того, что общая электрическая (а равно и тепловая) мощность не меняется, в целом удельная энергоемкость и одного пространства обжига, и всей печи в целом не должна увеличиться.

Сделав такое допущение, примем баланс удельной поглощаемой вермикулитом энергии θ (Дж/кг) и мощности потока лучистой энергии Q (Вт), поглощаемой материалом, находящимся в пространстве обжига на одном барабане печи:

$\mathrm{\theta } · {\mathrm{П}}_{м} = Q$                                                                                                                      (12)

где П_м, кг/с – массовая секундная производительность в нем, равная:

${\mathrm{П}}_{м} = \frac{m}{t}$,                                                                                                                       (13)

где m – масса концентрата в пространстве обжига на одном барабане печи, кг; t – время обжига, с.

Мощность потока Q определяется по выражению [14]:

$Q=\frac{{\text{α}}_{\text{в}}}{U{\text{ε}}_{\text{н}}}\{2{\phi }_{\text{н}}+{\phi }_{\text{к}}[2\frac{{\phi }_{14}+{\phi }_{34}{\phi }_{13}{\text{ρ}}_4}{1-{\text{ρ}}_{\text{в}}{\text{ρ}}_{\text{4}}{\phi }_{34}^2}+(2{\phi }_{\text{1к}}+2{\phi }_{\text{1к}}+2{\phi }_{\text{1к}})]\}$                                      (14)

где α_в=0,77 – поглощающая способность вермикулитового концентрата; I – ток (А) и U – напряжение (В) в подвесной нагревательной системе; ε_н= 0,97 – коэффициент черноты нихромовой проволоки [15];  и  – угловые коэффициенты для лучистых потоков, идущих от нагревателей (φ_н = φ₁₃ = 0,43) и от термокрышки на вспучивающийся вермикулит (φ_к = φ₄₃ = φ₃₄ = 0,33); ₁₄, ₃₄ и ₁₃ – угловые коэффициенты, определяющие геометрические размеры условных рабочих камер под термокрышками (φ₁₄ = 0,12; φ₃₄ = 0,33 и φ₁₃ = 0,43); ρ_в – отражающая способность (0,23); ρ₄ – отражающая способность нижнего слоя термокрышки (0,62); φ_1к, φ_2к и φ_3к – средние угловые коэффициенты для лучистых потоков от нихромовых проволок из соседних камер, равные примерно 0,13; 0,08 и 0,04 [14].

Масса вспученного вермикулита при обжиге снижается из-за выхода гидратной воды примерно на 20% [15]. Введем корректирующий коэффициент 0,8, тогда 0,8m – это масса обжигаемого материала в кг в пересчете на вспученный вермикулит.

Решая совместно уравнения (9) и (10) с учетом введенного коэффициента, получим:

$\mathrm{0,8}\cdot \theta \cdot \frac{m}{t}={\text{α}}_{\text{в}}I\cdot U{\text{ε}}_{\text{н}}\{2{\phi }_{\text{н}}+{\phi }_{\text{к}}[2\frac{{\phi }_{14}+{\phi }_{34}{\phi }_{13}{\text{ρ}}_4}{1-{\text{ρ}}_{\text{в}}{\text{ρ}}_{\text{4}}{\phi }_{34}^2}+(2{\phi }_{\text{1к}}+2{\phi }_{\text{2к}}+2{\phi }_{\text{3к}})]\}$.                                          (15)

Истинная плотность вспученного вермикулита ρ, кг/м³, равна:

$\rho =\frac{{\displaystyle {\rho }_{\text{н}}}}{1-k_{п}}$                                                                                                                   (16)

где ρ_н – насыпная плотность, кг/м³; k_п – коэффициент пористости массива (~0,365 [11]).

Для концентрата Ковдорского месторождения [11] со средним размером частиц D = 4 мм (0,004 м) определим количество вспученных зерен n по ширине барабана В = 0,96 м и по дуге L = 0,5 м:

$n = \frac{0,96}{0,004} · \frac{0,5}{0,004}=30000 шт$.

Истинная плотность вспученных зерен при насыпной плотности вспученного массива примерно равна ( ~ 90 кг/м³), определяется по формуле (15) и будет равна ρ=141,7 кг/м³. Тогда можно рассчитать массу вермикулита поверхности одного барабана, m:

$m=\mathrm{0,8}\cdot \mathrm{1,667}\cdot \pi D^3\cdot n\rho =\mathrm{0,12}\text{кг}$.

Теперь выражение (15) примет вид:

$\theta \cdot \frac{m}{t}={\text{α}}_{\text{в}}\text{σ}\cdot {Т}^{\text{4}}{\text{ε}}_{\text{н}}f\{2{\phi }_{\text{н}}+{\phi }_{\text{к}}[2\frac{{\phi }_{14}+{\phi }_{34}{\phi }_{13}{\text{ρ}}_4}{1-{\text{ρ}}_{\text{в}}{\text{ρ}}_{\text{4}}{\phi }_{34}^2}+(2{\phi }_{\text{1к}}+2{\phi }_{\text{2к}}+2{\phi }_{\text{3к}})]\}$,                                               (17)

где σ – постоянная Стефана–Больцмана, 5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴) [16]; Т – температура излучающих поверхностей нихрома в градусах Кельвина; f – общая площадь излучающих поверхностей в одной нагревательной системе, м².

Разрешив выражение (17) относительно температуры, получим:

$Т=\frac{{(\theta \cdot m)}^{\frac{1}{4}}}{{\{t\cdot {\text{α}}_{\text{в}}{\text{σε}}_{\text{н}}f\{2{\phi }_{\text{н}}+{\phi }_{\text{к}}[2\frac{{\phi }_{14}+{\phi }_{34}{\phi }_{13}{\text{ρ}}_4}{1-{\text{ρ}}_{\text{в}}{\text{ρ}}_{\text{4}}{\phi }_{34}^2}+(2{\phi }_{\text{1к}}+2{\phi }_{\text{2к}}+2{\phi }_{\text{3к}})]\}\}}^{\frac{1}{4}}}$                                                        (18)

Значение удельной энергии поглощения вермикулита θ было установлено для ковдорского концентрата в работе [11] и равно 1360 кДж/кг.

Задаваясь экспериментальным значением продолжительности обжига 3,31 [4], по уравнению (18) найдем температуру на поверхности нихрома: 1167 К. Расчет в кельвинах по сравнению с опытно установленной температурой [4] (1199) показывает 2,7% расхождения результатов.

С учетом принятого допущения этот результат можно распространить и на рассматриваемую барабанную печь.

Используем выражение баланса мощностей [14]:

$IU=\sigma T^{\text{4}}f$,

где $\sigma T^{\text{4}}f$ – тепловая мощность, излучаемая одной нагревательной системой.

Определим электрическую мощность печи при Т = 1167 К с учетом площади нагревателей в одном пространстве обжига одного барабана печи f = 0,228 м² : 23977 Вт, или 23,8 кВт.

Мощность всего печного агрегата при производительности 10 м³/ч составит 95,2 кВт.

Удельную энергоемкость обжига Ковдорского вермикулита можно рассчитать по формуле:

${е}_{у}=\frac{\text{6σ}{T}^{4}f}{П}\cdot 3600=44272000$ Дж/м³, или 44,2 МДж/м³.

Полученный результат практически совпадает с показателем удельной энергоемкости платформенной электропечи, рассмотренной выше.

Выводы

В соответствии с поставленной целью разработана электрическая барабанная печь для обжига вермикулитовых концентратов и конгломератов и термообработки других теплоизоляционных сыпучих материалов на основе силикатного вяжущего.

Необходимость создания такой конструкции обусловлена тем, что ее предшественницы – печи с подвижной подовой платформой, обладают существенными недостатками из-за колебаний массивных частей конструкции, вызывающих значительные динамические нагрузки, колебания и резонансы отдельных элементов рамы печи, и неустойчиво работают из-за указанных проявлений.

В новой печи работа барабанов не сопровождается динамическими процессами, она работает плавно и устойчиво, так как рабочие органы совершают вращательное движение с постоянной угловой скоростью.

С учетом коэффициентов трения определены размеры пространств обжига под термокрышками, рассчитаны объемы сыпучего материала, одновременно находящегося в указанных пространствах, рассчитана секундная и часовая производительность шести барабанной печи (10 м³/ч).

На основе сравнения с прототипом – электрической печью платформенного типа получена зависимость для расчета температуры поверхности нагревательных элементов (расчетное значение составило 1167 К), определена потребляемая мощность печи (95,2 кВт) и удельная энергоемкость процесса обжига вермикулитового концентрата размерностью 4 мм из пород Ковдорского месторождения – 44,2 МДж/м³. По этому ключевому показателю новая барабанная печь примерно соответствует электропечи с подвижной подовой платформой.

Печи разработанного типа могут стать конкурентами печам на основе подвижных подовых платформ как по удельной энергоемкости, так и по устойчивой и надежной работе, а проведенные расчеты могут быть положены в основу инженерной методики расчета новых энерготехнологических агрегатов.

About the authors

A. I. Nizhegorodov

Irkutsk National Research Technical University

Author for correspondence.
Email: nastromo_irkutsk@mail.ru

Doctor of Sciences (Engineering)

Russian Federation, 83, Lermontov Street, Irkutsk, 664074

References

Supplementary files