RU2058000C1

RU2058000C1 - Plant for production of ceramic articles

Info

Publication number: RU2058000C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Комаров
Original assignee: Валерий Сергеевич Комаров
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-05-27
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: civil engineering. SUBSTANCE: plant has rotary inclined furnace, charge loading device at inlet, device for unloading ceramic mass and device for moulding ceramic articles at furnace outlet. Arranged inside furnace body are reflectors which are in contact with furnace body generatrix in its upper portion and spreader which is made in form of drum with hollow drive shaft secured rotatably at inlet and outlet flanges of furnace body. Plant may be provided with additional spreader fitted with brushes engageable with inner surface of cylindrical body of furnace. Charge is pressed to surface of furnace body by centrifugal forces and thrown off the wall by reflectors after which it is thrown across gas flow by means of reflectors. EFFECT: intensification of heat exchange process between charge and hot gases and high quality of ceramic articles. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к производству керамических изделий и может использоваться в промышленности строительных материалов, в частности для изготовления керамических изделий из нерудных материалов. The invention relates to the production of ceramic products and can be used in the building materials industry, in particular for the manufacture of ceramic products from non-metallic materials.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является установка для производства керамических изделий, содержащая наклонную вращающуюся печь с горелками, устройство для загрузки шихты, устройство для выгрузки керамической массы на выходе из печи, подающее керамическую массу в устройство для формования керамических изделий. Наклонная вращающаяся печь имеет цилиндрический корпус, размещенный между входным и выходным фланцами, и привод для его вращения. Отформованные изделия отводятся по транспортеру или конвейеру. В известной установке для производства керамических изделий имеются дополнительные горелки, установленные в зоне устройства для формования керамических изделий. Closest to this invention in terms of technical nature and the achieved technical effect is a plant for the production of ceramic products, containing an inclined rotary kiln with burners, a device for loading a charge, a device for unloading ceramic mass at the outlet of the furnace, feeding the ceramic mass into a device for molding ceramic products . The inclined rotary kiln has a cylindrical body located between the inlet and outlet flanges, and a drive for rotating it. Molded products are conveyed by conveyor or conveyor. In the known installation for the production of ceramic products there are additional burners installed in the zone of the device for molding ceramic products.

Технологический процесс изготовления керамических изделий включает загрузку шихты из нерудных материалов во вращающуюся наклонную печь, обжиг шихты в печи до получения пиропластичной керамической массы, выгрузку керамической массы из печи и подачу ее к устройству для формования керамических изделий. В ходе формования керамическая масса дополнительно подогревается, чтобы увеличить содержание жидкой и вязкой фаз в пиропластичной керамической массе, доведя его до оптимальных величин, что улучшает качество керамических изделий. The technological process for the manufacture of ceramic products includes loading the mixture from non-metallic materials into a rotary inclined furnace, firing the mixture in the furnace to obtain a pyroplastic ceramic mass, unloading the ceramic mass from the furnace and feeding it to the device for molding ceramic products. During molding, the ceramic mass is additionally heated to increase the content of liquid and viscous phases in the pyroplastic ceramic mass, bringing it to optimal values, which improves the quality of ceramic products.

Недостатком известной установки является то, что она относится к оборудованию с низкой интенсивностью рабочего процесса и большая доля тепла уносится с дымовыми газами на выходе из печи. Это связано со следующими обстоятельствами. A disadvantage of the known installation is that it relates to equipment with a low intensity of the working process and a large fraction of the heat is carried away with the flue gases at the outlet of the furnace. This is due to the following circumstances.

В наклонной печи нагрев шихты идет с внешней поверхности засыпанного в печь слоя нерудных материалов. Вращение печи приводит к перемешиванию слоя шихты, но повышение теплоотдачи не может быть увеличено выше пределов, допускаемых при поверхностном нагреве с передачей тепла к внутренним слоям частиц нерудного материала за счет теплопроводности. В итоге требуется большеразмерный корпус, в котором основное сечение занято потоком горячих газов, что вызывает нерациональный расход тепловой энергии и большие потери ее с дымовыми газами. Для повышения качества керамических изделий желательно формовать их из пиропластичной керамической массы, причем наилучшие результаты можно получать, если в устройство для формования керамических изделий подать керамическую массу в пиропластичном состоянии с оптимальной долей жидкой и вязкой фаз. Однако оптимальная керамическая масса не может быть получена во вращающейся печи, показанной в известной установке, так как будет налипание керамической массы на стенки цилиндрического корпуса печи. В известной установке шихту обжигают в наклонной печи до получения пиропластичной керамической массы, когда содержание жидкой и вязкой фаз еще недостаточно для налипания на стенки сохраняется сыпучесть керамической массы, а для получения керамических изделий используют дополнительные горелки в зоне устройства для формования керамических изделий. Это снижает производительность системы, так как прогрев керамической массы по объему идет только за счет теплопроводности керамической массы. Увеличивается также расход топлива. Снижается качество керамических изделий, поскольку при поверхностном нагреве всегда имеем градиенты температуры по толщине керамического изделия. In an inclined furnace, the charge is heated from the outer surface of a layer of non-metallic materials that are poured into the furnace. The rotation of the furnace leads to mixing of the charge layer, but the increase in heat transfer cannot be increased above the limits allowed for surface heating with heat transfer to the inner layers of non-metallic material particles due to thermal conductivity. As a result, a large-sized housing is required, in which the main section is occupied by a stream of hot gases, which causes irrational consumption of thermal energy and its large losses with flue gases. To improve the quality of ceramic products, it is desirable to mold them from a pyroplastic ceramic mass, and the best results can be obtained if a ceramic mass in a pyroplastic state with an optimal proportion of liquid and viscous phases is fed into the device for molding ceramic products. However, the optimal ceramic mass cannot be obtained in the rotary kiln shown in the prior art, since the ceramic mass will adhere to the walls of the cylindrical furnace body. In a known installation, the mixture is fired in an inclined furnace until a pyroplastic ceramic mass is obtained, when the content of the liquid and viscous phases is still insufficient to adhere to the walls, the flowability of the ceramic mass is preserved, and additional burners are used in the zone of the device for molding ceramic products to obtain ceramic products. This reduces the performance of the system, since the heating of the ceramic mass in volume is only due to the thermal conductivity of the ceramic mass. Fuel consumption also increases. The quality of ceramic products is reduced, since with surface heating we always have temperature gradients across the thickness of the ceramic product.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание установки для производства керамических изделий повышенной производительности с увеличенной интенсивностью теплообмена между частицами нерудного материала и горячими газами за счет подвода тепла к частицам по всей их поверхности, сокращения времени на формование изделия и повышение качества керамических изделий за счет подачи на формование пиропластичной керамической массы с оптимальным содержанием жидкой и вязкой фаз, получаемой непосредственно во вращающейся наклонной печи, снижение потерь тепла, уносимого с дымовыми, отходящими газами. The problem to which the present invention is directed, is to create an installation for the production of ceramic products with increased productivity with increased heat transfer between particles of non-metallic material and hot gases by supplying heat to the particles over their entire surface, reducing the time for molding the product and improving the quality of ceramic products due to the filing on the formation of pyroplastic ceramic mass with the optimal content of liquid and viscous phases obtained directly in aschayuscheysya inclined furnace, reducing heat losses, entrained with the flue, the flue gases.

Технический результат данного изобретения состоит в повышении производительности системы производства керамических изделий и снижении энергозатрат на производство керамики. The technical result of this invention is to increase the productivity of the ceramic production system and reduce energy costs for the production of ceramics.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для производства керамических изделий, содержащая наклонную вращающуюся печь, имеющую цилиндрический корпус с входным и выходным фланцами, горелки, привод вращения корпуса, установленные соответственно со стороны входного и выходного фланцев устройство для загрузки шихты и устройство для выгрузки керамической массы, и расположенное за последним устройство для формования керамических изделий, снабжена расположенными внутри цилиндрического корпуса и закрепленными на входном и выходном фланцах отражателями и разбрасывателем, при этом отражатели установлены с возможностью касания внутренней поверхности корпуса вдоль его верхней образующей, а разбрасыватель выполнен в виде барабана с полым приводным валом, закрепленным на входном и выходном фланцах с возможностью вращения. Установка может быть снабжена дополнительным разбрасывателем со щетками, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса. The specified technical result is achieved in that the installation for the production of ceramic products containing an inclined rotary kiln having a cylindrical body with inlet and outlet flanges, burners, a rotational drive of the housing, respectively installed on the side of the inlet and outlet flanges, a charge loading device and a ceramic unloading device mass, and located behind the last device for molding ceramic products, is equipped with located inside the cylindrical body and fixed to the inputs the bottom and the output flanges with reflectors and a spreader, while the reflectors are mounted so that they can touch the inner surface of the housing along its upper generatrix, and the spreader is made in the form of a drum with a hollow drive shaft mounted on the input and output flanges with rotation. The installation can be equipped with an additional spreader with brushes in contact with the inner surface of the housing.

На фиг. 1 показана общая схема установки для производства керамических изделий; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 выходная часть установки для производства керамических изделий с устройством для формования; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 3. In FIG. 1 shows a general installation diagram for the manufacture of ceramic products; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 the output part of the installation for the production of ceramic products with a device for molding; in FIG. 4 section BB in FIG. 3.

Установка для производства керамических изделий включает в себя наклонную вращающуюся печь 1, имеющую опорную станину, входной 2 и выходной 3 фланцы. Между фланцами размещен жаропрочный цилиндрический корпус 4. Цилиндрический корпус опирается на ролики 5, приводящие его во вращение. На входе в цилиндрический корпус размещено устройство для загрузки шихты 6, через которое нерудные материалы шихта для производства керамических изделий, заданного фракционного состава, поступает во внутреннюю полость цилиндрического корпуса. На выходе из цилиндрического корпуса размещены устройство для выгрузки керамической массы 7 с накопительным бункером 8 и газовые горелки 9, закрепленные на выходном фланце. Внутри цилиндрического корпуса размещены отражатели 10, расположенные в верхней части цилиндрического корпуса и касающиеся внутренней поверхности цилиндрического корпуса вдоль его верхней образующей. Отражатели крепятся на входном и выходном фланцах печи. Под отражателем 10 установлен разбрасыватель 11, выполненный в виде барабана 12 с полым приводным валом 13. Барабан 12 снабжен поверхностным оребрением (ан чертеже не показано). Полый вал 13 закреплен с возможностью вращения в ступицах 14 на входном и выходном фланцах и соединен с приводом 15. В стенке полого вала выполнены отверстия 16 для прохода воздуха, охлаждающего барабан 12. Installation for the production of ceramic products includes an inclined rotary kiln 1 having a support frame, input 2 and output 3 flanges. A heat-resistant cylindrical housing 4 is placed between the flanges. The cylindrical housing is supported by rollers 5, which rotate it. At the entrance to the cylindrical body there is a device for loading the charge 6, through which non-metallic materials, the mixture for the production of ceramic products of a given fractional composition enters the internal cavity of the cylindrical body. At the outlet of the cylindrical body there is a device for unloading ceramic mass 7 with a storage hopper 8 and gas burners 9 mounted on the output flange. Reflectors 10 are located inside the cylindrical body, located in the upper part of the cylindrical body and touching the inner surface of the cylindrical body along its upper generatrix. Reflectors are mounted on the inlet and outlet flanges of the furnace. Under the reflector 10, a spreader 11 is installed, made in the form of a drum 12 with a hollow drive shaft 13. The drum 12 is provided with a surface finning (not shown in the drawing). The hollow shaft 13 is rotatably mounted in the hubs 14 on the input and output flanges and connected to the drive 15. In the wall of the hollow shaft, holes 16 are made for the passage of air cooling the drum 12.

Внутри цилиндрического корпуса установлен дополнительный разбрасыватель 17, имеющий полый вал 18, аналогичный по конструкции полому валу 13, и щетки 19, контактирующие со стенкой цилиндрического корпуса. Цилиндрический корпус установлен на станине под углом α, величина которого определяется видом нерудного материала и временем прохождения нерудного материала через печь. An additional spreader 17 having a hollow shaft 18, similar in design to the hollow shaft 13, and brushes 19 in contact with the wall of the cylindrical body are installed inside the cylindrical body. The cylindrical body is mounted on the bed at an angle α, the value of which is determined by the type of non-metallic material and the time of passage of non-metallic material through the furnace.

За накопительным бункером 8 размещено устройство 20 для формирования керамических изделий из пиропластичной керамической массы, поступающей из бункера 8. Устройство для формования керамических изделий включает экструдер 21 с мундштуком 22, задающим профиль изделия. На выходе из мундштука установлен подаватель 23, нарезающий керамические изделия 24 заданного размера. На выходе из устройства для формования керамических изделий имеется транспортер 25 и сопло 26 для подачи охлаждающего агента: воздуха или пара. Behind the storage hopper 8 there is a device 20 for forming ceramic products from a pyroplastic ceramic mass coming from the hopper 8. The device for forming ceramic products includes an extruder 21 with a mouthpiece 22 defining the product profile. At the exit of the mouthpiece, a feeder 23 is installed, cutting ceramic products 24 of a predetermined size. At the outlet of the device for molding ceramic products there is a conveyor 25 and a nozzle 26 for supplying a cooling agent: air or steam.

Нерудные материалы заданного фракционного состава через загрузочное устройство 6 поступают внутрь цилиндрического корпуса 4. Цилиндрический корпус вращают с угловой скоростью ω₁. Разбрасыватели 11 и 17 вращают в противоположном направлении с угловыми скоростями ω₂ и ω₃. Частицы нерудного материала удерживаются центробежными силами на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 4 и поднимаются им в верхнюю зону печи. В верхней зоне нерудный материал снимается со стенки отражателями 10, которые направляют частицы нерудного материала на разбрасыватели 11 и 17. Разбрасыватель 11 захватывает и метает частицы нерудного материала поперек газового потока в направлении, противоположном вращению цилиндрической печи. Каждая частица нерудного материала движется в газовом потоке теплоносителя после разбрасывателя и отражателя со скоростью, много большей скорости теплоносителя, при этом отдельно от других частиц и полностью омываясь газовым потоком. Щетки 19 разбрасывателя 17 очищают стенки цилиндрического корпуса от центробежно прижатых частиц нерудного материала и также разбрасывают их поперек газового потока в направлении, противоположном вращению цилиндрического корпуса. Под воздействием силы тяжести в наклонной печи частицы нерудного материала при пролете поперек печи смещаются вдоль цилиндрического корпуса к выходному фланцу. Поскольку частицы полностью омываются газовым потоком и движутся в нем с большой скоростью, то теплообмен между частицами нерудного материала и горячим газом резко возрастает и повышается интенсивность процесса нагрева нерудного материала. Особенно это будет эффективно в зоне, где нерудный материал переходит в пиропластичное состояние.Non-metallic materials of a given fractional composition through the loading device 6 enter the cylindrical body 4. The cylindrical body is rotated with an angular velocity ω ₁ . The spreaders 11 and 17 rotate in the opposite direction with angular velocities ω ₂ and ω ₃ . Particles of non-metallic material are held by centrifugal forces on the inner surface of the cylindrical body 4 and rise by it into the upper zone of the furnace. In the upper zone, non-metallic material is removed from the wall by reflectors 10, which direct particles of non-metallic material to spreaders 11 and 17. The spreader 11 captures and throws particles of non-metallic material across the gas stream in the opposite direction to the rotation of the cylindrical furnace. Each particle of non-metallic material moves in the gas flow of the coolant after the spreader and the reflector at a speed much higher than the speed of the coolant, while separately from other particles and completely washed by the gas stream. The brushes 19 of the spreader 17 clean the walls of the cylindrical body of centrifugally pressed particles of non-metallic material and also scatter them across the gas flow in the opposite direction to the rotation of the cylindrical body. Under the influence of gravity in an inclined furnace, particles of non-metallic material, when flying across the furnace, are displaced along the cylindrical body to the outlet flange. Since the particles are completely washed by the gas stream and move with great speed in it, the heat exchange between particles of non-metallic material and hot gas increases sharply and the intensity of the process of heating the non-metallic material increases. This will be especially effective in an area where non-metallic material goes into a pyroplastic state.

Поток горячих газов формируется в цилиндрическом корпусе сжиганием газа или другого топлива в горелках 9. Керамический материал в пиропластичном состоянии выгружается из печи через разгрузочное устройство в накопительный бункер 8, а оттуда поступает в устройство 20 для формования керамических изделий 24. Отформованные керамические изделия охлаждаются предварительно воздухом или паром из сопла 26 и выводятся из устройства для формования транспортером 25, на котором керамические изделия охлаждаются до приемлемой температуры. The flow of hot gases is formed in a cylindrical body by burning gas or other fuel in the burners 9. Ceramic material in a pyroplastic state is discharged from the furnace through an unloading device into the storage hopper 8, and from there it enters the device 20 for molding ceramic products 24. The molded ceramic products are pre-cooled with air or steam from the nozzle 26 and removed from the molding device by the conveyor 25, on which the ceramic products are cooled to an acceptable temperature.

В конструкции установки используются материалы, освоенные промышленностью. Для вращения цилиндрического корпуса применяют асинхронные или иные электродвигатели, мощность которых определяется производительностью наклонной печи и не превышает мощности серийно выпускаемых электродвигателей. The construction of the installation uses materials mastered by industry. To rotate the cylindrical body, asynchronous or other electric motors are used, the power of which is determined by the performance of the inclined furnace and does not exceed the capacity of commercially available electric motors.

В предложенной установке для производства керамических изделий цилиндрический корпус печи вращают, чтобы нерудный материал оказался прижатым центробежными силами к стенке цилиндрического корпуса. In the proposed installation for the production of ceramic products, the cylindrical body of the furnace is rotated so that the non-metallic material is pressed by centrifugal forces against the wall of the cylindrical body.

Отражатели снимают центробежно-прижатый нерудный материал в верхней зоне корпуса и направляют его на вращающиеся разбрасыватели. Разбрасыватели, в свою очередь, также сообщают импульс скорости попавшим на них частицах нерудного материала и пробрасывают его внутри цилиндрического корпуса перпендикулярно потоку газообразного теплоносителя горячим газам. В итоге каждая частица нерудного материала движется в потоке горячих газов отдельно от других частиц и омывается ими по всей поверхности. В результате нагрев теплопроводностью заменяется подводом тепла непосредственно от газа через всю поверхность частиц. Площадь теплообмена значительно увеличивается, что приводит к интенсификации процессов нагрева. Следует учесть, что размеры частиц во много раз меньше толщины насыпного слоя, и поэтому частица прогревается в печи быстрее. Частицы, пробрасываемые разбрасывателями и отражателями, размещаются дискретно по всему объему цилиндрического корпуса и более интенсивно отбирают тепло от газа, вследствие чего дымовые газы на выходе будут иметь низкую температуру, близкую к температуре загружаемого нерудного материала, что приводит к уменьшению потерь тепла с дымовыми газами, что снижает энергоемкость производства керамики. Reflectors remove centrifugally pressed non-metallic material in the upper zone of the housing and direct it to the rotating spreaders. Spreaders, in turn, also give a speed impulse to particles of non-metallic material that have fallen on them and forward it inside the cylindrical body perpendicular to the flow of gaseous coolant to hot gases. As a result, each particle of non-metallic material moves in a stream of hot gases separately from other particles and is washed by them over the entire surface. As a result, heating with thermal conductivity is replaced by the supply of heat directly from the gas through the entire surface of the particles. The heat transfer area increases significantly, which leads to the intensification of heating processes. It should be noted that the particle size is many times smaller than the thickness of the bulk layer, and therefore the particle warms up in the furnace faster. Particles thrown by spreaders and reflectors are placed discretely throughout the entire volume of the cylindrical body and more intensively collect heat from the gas, as a result of which the flue gases at the outlet will have a low temperature close to the temperature of the loaded non-metallic material, which leads to a decrease in heat loss with flue gases, which reduces the energy intensity of ceramic production.

Дополнительный разбрасыватель со щетками, контактирующими с внутренней стенкой цилиндрического корпуса, снимает частицы нерудного материала, попадающие на стенку корпуса за отражателями, и также направляет их снова в газовый поток. An additional spreader with brushes in contact with the inner wall of the cylindrical body, removes particles of non-metallic material falling on the wall of the body behind the reflectors, and also directs them again into the gas stream.

Отражатели и разбрасыватели снимают со стенок как сыпучий, так и пиропластичный нерудный материал, и интенсифицируют процесс нагрева в печи как на входе, так и на выходе из нее. При этом получаем равномерное содержание "жидкой" и твердой фаз в керамике на выходе из печи перед формовкой с оптимальным количеством жидкой, вязкой и твердой фаз в пиропластичной керамической массе. Оптимальный состав пиропластичной керамической массы дает возможность формовать керамические изделия в устройствах для формования без подогрева дополнительными горелками, что сокращает время на формование изделия и повышает качество керамических изделий, так как вся керамическая масса при формовании имеет одинаковую температуру. Reflectors and spreaders remove both bulk and pyroplastic nonmetallic material from the walls, and intensify the heating process in the furnace both at the inlet and at the outlet of it. In this case, we obtain a uniform content of “liquid” and solid phases in the ceramic at the outlet of the furnace before molding with the optimal amount of liquid, viscous and solid phases in the pyroplastic ceramic mass. The optimal composition of the pyroplastic ceramic mass makes it possible to mold ceramic products in molding devices without heating with additional burners, which reduces the time for molding the product and improves the quality of ceramic products, since all ceramic mass during molding has the same temperature.

Claims

1. INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC PRODUCTS, comprising an inclined rotary kiln having a cylindrical body with inlet and outlet flanges, burners, a housing rotation drive, a charge loading device and a device for unloading ceramic mass, respectively, installed on the side of the input and output flanges and located behind the latter device for molding ceramic products, characterized in that it is provided located in a cylindrical body and mounted on the input and output flanges of the reflector holes and spreader, while the reflectors are mounted so that they can touch the inner surface of the housing along its upper generatrix, and the spreader is made in the form of a drum with a hollow drive shaft, mounted on the input and output flanges with rotation.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional spreader with brushes in contact with the inner surface of the cylindrical body.