Способ обжига керамических изделий и устройство для его осуществления

1 Область техники Изобретение относится к термообработке изделий, конкретно к обжигу керамического кирпича, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для тепловой обработки материала. Предшествующий уровень техники Известен способ и устройство для изготовления керамических изделий из заявки ФРГ NDE 35 45 498, С 04 В 33/32, (1) с использованием для сушки и обжига в туннельной печи системы принудительного распределения тепловых потоков. Этот способ отличается тем, что отформованные элементы располагают 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 известном способе устройство вытяжкивозврата дымовых газов создает рециркуляцию и изменение направления движения дымовых газов в канале печи. Недостатком этого способа является неравномерный подвод тепла к отформованным элементам за счет движения дымовых газов в рабочем пространстве печи по пути наименьшего сопротивления, то есть по периметру дисков. Следовательно, верхние и торцевые поверхности дисков будут перегреваться, а нижние будут более холодные. В местах входа и выхода дымовых газов диски будут более перегреты. Следовательно, для равномерного обжига емкой садки необходимо дополнительное время для выравнивания температуры по объему садки. Более равномерный нагрев емкой садки обеспечивает способ обжига керамических изделий в печи периодического действия, известный из заявки ФРГ N DE 25 12 485, С 04 В 33/32,(2), в котором изделия расположены в нескольких пакетах, последовательно установленных в продольном направлении на определенном расстоянии друг от друга. При этом изделия собираются таким образом, что в пакетах образуются каналы для циркуляции газа, которые параллельны продольному направлению печи. С целью создания равномерного нагрева по всей длине печи, создают циркуляционный поток дымовых газов, движущийся в продольном направлении от одного конца печи до другого, а тепловые потоки от горелок подводят перпендикулярно к циркуляционному потоку прямо в промежутки между пакетами. Данная система распределения тепловых потоков улучшает равномерность нагрева изделий, однако известный способ имеет следующие недостатки. При циркуляции дымовых газов в рабочем пространстве по длине печи верхние поверхности пакетов перегреваются больше, чем средние и нижние слои за счет движения преобладающего количе 000787 2 ства дымовых газов по пути наименьшего сопротивления, а именно в зазоры, образованные между наружными поверхностями пакетов, сводом и боковыми стенками печи, что вызывает неравномерный нагрев по объему пакета. Пакеты, расположенные вблизи участков входа и выхода дымовых газов, находятся в более благоприятных условиях для теплообмена, что также приводит к неравномерному нагреву. Кроме того, чем выше скорость движения циркуляционного потока дымовых газов, тем больше неравномерность нагрева за счет перегрева наружных поверхностей пакетов и подсоса холодного воздуха через неплотности тепловых затворов между вагонетками. Отставание в нагреве нижней части пакетов еще усугубляется влиянием холодного пода печи. В известном способе неизбежны потери тепла при рециркуляции дымовых газов вне рабочего объема печи. Следовательно, из-за неравномерного нагрева пакетов требуется дополнительное время для выравнивания температуры. Время обжига по данному способу составляет 24 ч. Конструкция печи для осуществления известного способа является сложной и металлоемкой. Известен способ обжига керамических изделий, известный из патента РФ N 2045725, 10 F 27 В 3/04 (3), в котором изделия собирают в пакеты с формированием каналов, устанавливают пакеты на поду печи с промежутками, в виде садки, подают к садке теплоноситель, а отходящие газы делят на два потока, один из которых смешивают с продуктами сгорания от горелок и подают обратно в печь через распределительные гребенки, а другой выводят из печи с последующей утилизацией. При этом сопла распределительных гребенок 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 подается теплоноситель, и в свободных каналах, а также перегрева боковых поверхностей пакетов, расположенных напротив гребенок. Время обжига по известному способу составляет 18-20 ч. Кроме того, способ требует довольно сложного дополнительного оборудования для рециркуляции печных газов. Наиболее близким по технической сущности является способ обжига керамических изделий, реализованный в полезной модели 939 F 27 В 11/00 "Колпаковая циркуляционная печь"(4). В известном способе изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду колпаковой печи с промежутками, в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов вокруг садки изделий. Для направленного входа теплоносителя устанавливают в промежутках между пакетами сопловой аппарат с соплами,ориентированными в горизонтальные каналы 3 пакетов. Дымоудаление осуществляют через отверстия, расположенные на своде печи. Недостатком способа является неравномерное распределение печных газов внутри садки изделий и перегрев боковой поверхности пакетов. В известном способе сопловой аппарат устанавливается между пакетами садки, а не в их каналы, и имеет длину трубки для подачи энергоносителя не менее высоты пакета, что приводит к деформации трубок в процессе нагрева и охлаждения. Осевые и радиальные деформации вызывают удлинение, изгиб и скручивание трубок соплового аппарата, что приводит к смещению отверстий трубок относительно каналов, а следовательно, и нарушению подачи дымовых газов по оси каналов, что вызывает перегрев боковой поверхности пакета. Кроме того основной тепловой поток, образованный движением продуктов сгорания вокруг садки изделий по закону физики поднимается вверх и идет по пути наименьшего сопротивления в канал дымоудаления на своде печи,что также вызывает перегрев верхних поверхностей пакетов вблизи канала дымоудаления. Хотя сопловой аппарат и втягивает часть этого потока в промежутки между пакетами, однако это не обеспечивает оптимального использования тепла этого потока и равномерного нагрева по объему всех пакетов. Раскрытие изобретения Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса обжига за счет улучшения равномерности нагрева садки изделий. Указанная техническая задача достигается тем, что в способе обжига керамических изделий, в котором изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду колпаковой печи с промежутками, в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов вокруг садки изделий, согласно изобретению, выравнивание температуры по объему садки изделий осуществляют посредством совокупного взаимодействия циклона и дополнительных высокоскоростных струй энергоносителя, направленных с возможностью их перемещения в каналы пакетов,обеспечивая принудительное распределение печных газов внутри и снаружи садки изделий в заданных количествах и направлениях. В качестве энергоносителя может быть применено любое вещество, в том числе горючее вещество, например природный газ. Предлагаемый способ содержит неизвестную из предшествующего уровня техники систему принудительного распределения тепловых потоков в рабочем пространстве печи и в садке изделий, принцип действия которой основан на циркуляции дымовых газов за счет приложения в заданных точках рабочего пространства печи,непосредственно в каналах садки изделий, вы 000787 4 сокоскоростных 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, направления дымоудаления и расположения изделий в рабочем пространстве печи; тепловой поток, эжектируемый из основного циклона сопловым устройством и распределяемый в каналах садки; тепловой поток, эжектируемый циклоном из каналов садки. В предлагаемом новом способе сопловое устройство при помощи энергии высокоскоростной струи позволяет в заданном количестве и направлении подать печные газы внутрь пакетов садки изделий, обеспечивая равномерный нагрев садки. Аналогичные потоки печных газов циркулируют и при охлаждении садки, где циклон образован путем подачи воздуха через горелки. Это повышает эффективность способа обжига по сравнению с существующими способами, а именно: сокращает время обжига емкой садки до 10-12 ч, экономит топливо и обеспечивает более высокое качество изделий. Керамический кирпич, отожженный по предлагаемому способу в колпаковой печи по качеству на одну-две марки выше в сравнении с кирпичом, отожженным в туннельной печи. Из анализа предшествующего уровня техники не выявлено способа обжига керамических изделий, позволяющего дозировано вводить в каналы садки энергоноситель, эжектирующий и инжектирующий печные газы в каналах садки, и обеспечивающего тем самым высокую эффективность обжига. Следовательно, можно сделать вывод, что предлагаемый способ обжига керамических изделий соответствует изобретательскому уровню. Лучший вариант осуществления изобретения Способ осуществляется следующим образом. Изделия собирают в пакеты с формированием каналов, устанавливают пакеты на поду печи с промежутками между собой, в виде садки. 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 в заданных количествах и направлениях. Осуществля 5 ют перемещение трубок соплового устройства в вертикальных каналах садки. Печные газы эжектируются сопловым устройством и распределяются в каналах садки, обеспечивая равномерный нагрев изделий. При этом перемещение соплового устройства, а также изменение скорости истечения энергоносителя осуществляются по заданной программе. При необходимости подают через внутренние трубки соплового устройства горючее вещество, например природный газ, осуществляя тем самым дополнительный подвод тепла внутрь садки. Количество подаваемого энергоносителя: сжатого воздуха 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 трубки соплового устройства, обеспечивая равномерное охлаждение изделий за счет вращения воздуха вокруг садки, эжектирования и инжектирования его в каналах садки. Промышленная применимость Данный способ реализован в колпаковой печи ТЕСКА, производства ТОО "Техстройкерамика", РФ. Проведены опытные испытания. Предшествующий уровень техники для устройства Известна колпаковая печь типа KLG.C.41 фирмы PRINS OVENBOUW (5), состоящая из футерованного колпака с горелками, пода с подложкой под садку изделий. 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 изделий вследствие неравномерного нагрева в течение периода обжига. Наиболее близкой по цели и технической сущности является колпаковая циркуляционная печь, известная из свидетельства РФ на полезную модель 939, F27B 11/00 (4), содержащая металлический футерованный колпак с газовыми горелками, устанавливаемый путем подъема и опускания на выкатную вагонетку, содержащую песочный затвор, подложку для садки и канал для дымоудаления. В колпаке установлено сопловое устройство в виде вертикальной трубы с соплами, расположенное в промежутках 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 по 000787 6 дают одинаковое количество теплоносителя по высоте пакета, перегревая боковую поверхность пакета. Кроме того, известный сопловой аппарат устанавливается между пакетами садки, а не в их каналы и имеет длину трубки для подачи энергоносителя не менее высоты пакета, что приводит к деформации трубок в процессе нагрева и охлаждения. Осевые и радиальные деформации вызывают удлинение, изгиб и скручивание трубок соплового аппарата, что приводит к смещению отверстий трубок относительно каналов, а следовательно, и нарушению подачи дымовых газов по оси каналов, что вызывает перегрев боковой поверхности пакета. Раскрытие изобретения Технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы колпаковой печи. Указанная техническая задача достигается тем, что в колпаковой печи, содержащей футерованный колпак с газовыми горелками, расположенными тангенциально в нескольких уровнях и сопловым устройством, устанавливаемый на вагонетку с подложкой и тепловым газоплотным затвором, канал для дымоудаления, согласно изобретению, трубки соплового устройства выполнены в виде коаксиально расположенных одна в другой с возможностью их перемещения в каналах пакетов и относительно друг друга, а канал для дымоудаления расположен в нижней части печи по оси циклона. 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. 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. 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 за счет ведения оптимального по технологии режима обжига, увеличить производительность печи 6-8 раз с одного квадратного метра пода, автоматизировать процесс выравнивания температур, повысить надежность работы печи и ее отдельных элементов, снизить металлоемкость печи, а следовательно и затраты на освоение и производство. 7 На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая колпаковая печь обладает изобретательским уровнем. Краткое описание фигур чертежей На фиг. 1 - колпаковая печь в разрезе. На фиг. 2 - схема распределения тепловых потоков. Вариант осуществления изобретения Колпаковая печь состоит из металлического футерованного изнутри колпака 1, выполненного в виде жесткой конструкции и оснащенного газовыми горелками 2, расположенными тангенциально в нескольких уровнях, 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 нескольких пакетов кирпича и имеющих 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 энергоносителя, например сжатого воздуха, коаксиально расположены трубки 12 для подачи горючего вещества, например природного газа. При этом трубки для подачи природного газа 12 и трубки для подачи сжатого воздуха могут перемещаться относительно друг друга. Отдавшие тепло печные газы удаляют через каналы 13, находящиеся в нижней части печи по оси циклона. Количество и расположение каналов 13 выбирается в зависимости от расположения пакетов кирпича на поду печи. 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. 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 герметичность печи за счет теплового газоплотного затвора 4. Подают энергоноситель, например,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, тангенциально установленные на каждой стороне колпака 1 в нескольких уровнях, при работе создают вращение печных газов (циклон) вокруг садки и зону пониженного давления по оси циклона. Часть вращающихся печных газов, обтекает верхнюю поверхность садки потоком 15, эжек 000787 8 тируется 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 заданной программы 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, дополнительно, изнутри, нагревает садку изделий. Подача сжатого воздуха и горючего вещества, а также перемещение соплового устройства осуществляется автоматически по заданной программе. Новый способ и предложенная для его осуществления колпаковая печь позволяют более эффективно использовать тепловую энергию продуктов сгорания, увеличить производительность, улучшить качество изделий, значительно снизить затраты на освоение и производство. Промышленная применимость Предлагаемый способ обжига керамических изделий и колпаковая печь для его осуществления входят в состав Рабочего проекта кирпичного завода ТОО "Техэнергостром", РФ. Источники информации 1. Заявка ФРГ N OS 3545498, С 04 В 33/32,Способ и устройство для изготовления керамических изделий, публик. 25.06.87, N 26. 2. 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, публик. 05.04.79, N 14. 3. Патент РФ N 2045725, F 27 В 3/04, Способ обжига керамических изделий и устройство для его осуществления, публик. 10.10.95. 4. Полезная модель, свидетельство РФ N 939 F 27 В 11/00, Колпаковая циркуляционная печь, публик. 16.10.95 (прототип). 5. Колпаковая печь типа KLG.C.41 фирмыPRINS OVENBOUW BV, Голландия. Предложение на поставку 611769. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обжига керамических изделий, в котором изделия собирают в пакеты с формированием в них каналов, устанавливают пакеты на поду колпаковой печи с промежутками в виде садки, подают теплоноситель к садке путем вращения печных газов вокруг садки изделий,отличающийся тем, что выравнивание температуры по объему садки изделий осуществляют посредством совокупного взаимодействия циклона и дополнительных высокоскоростных струй энергоносителя, направленных в каналы пакетов с возможностью перемещения, обеспечивая принудительное распределение печных газов внутри и снаружи садки изделий в заданных количествах и направлениях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энергоносителя применяют любое вещество, в том числе горючее вещество, например природный газ. 3. Колпаковая печь, содержащая футерованный колпак с газовыми горелками, расположенными тангенциально в нескольких уровнях, 10 и сопловым устройством, устанавливаемый на вагонетку с подложкой и тепловым газоплотным затвором; канал для дымоудаления, отличающаяся тем, что трубки соплового устройства установлены с возможностью перемещения в каналах пакетов, а канал для дымоудаления расположен в нижней части печи по оси циклона. 4. Колпаковая печь по п.3, отличающаяся тем, что сопловое устройство выполнено в виде коаксиально расположенных трубок, установленных с возможностью перемещения относительно друг друга.