Расчет и проектирование вращающейся печи для производства керамзитового гравия

Рассматривая  процесс вспучивания всей гранулы, необходимо иметь ввиду, что по своей  толще она нагревается неравномерно: с поверхности нагревается быстрее, чем в центре. Поэтому поверхность  гранулы еще до того, как вся  ее масса приобретает пиропластическое состояние, покрывается плотной  спекшейся газонепроницаемой оболочкой, предотвращающей утечку газов из гранулы даже в том случае, если под давлением газов отдельные перегородки пор окажутся прорванными.

Основным  условием, обеспечивающим вспучивание  глинистых пород при их нагревании, является совмещение во времени пиропластического  состояния глины с интенсивным  газовыделением внутри обжигаемого  материала.

В настоящее  время можно считать установленным, что источниками газовыделения  в глинах являются реакции разложения и восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими  примесями или добавками в  глине, а также химически связанная  вода глинистых минералов. Схема  восстановительных реакций может  быть представлена следующими уравнениями:

; 

;

; 

; 

 

2.2.Зоны, существующие в  печи

Во вращающейся  печи гранулы и продукты сгорания движутся по принципу противотока: исходные сырцовые гранулы встречаются с  уходящими газами печи при различных  температурных условиях и претерпевают ряд изменений. В зависимости от температуры, влажности, размера, потерь массы при прокаливании и объемной насыпной массы материала во вращающейся печи условно различают следующие зоны:

1. Зона  сушки или испарения влаги с граничными температурами газов 720 – 930 °С и материала 40 – 240 °С. Здесь уходящие газы наполняются парообразными продуктами испарения физически связанной оды глины. Длина зоны сушки от 25 до 36 % общей длины печи и зависит от влажности и степени пористости сырцовых гранул и времени, необходимого для их вспучивания;
2. Зона подогрева и химических реакций, примыкающая к зоне I, с граничными температурами газов 930 – 1100 °С и с материала 240 – 880 °С. Подогрев материала происходит вследствие теплоотдачи от продуктов сгорания топлива, в той или иной степени разбавленных избыточным воздухом. Длина этой зоны должна быть возможно более малой и обычно составляет 8 – 15 м. по мере подогрева гранул и повышения их температуры из глины выделяются газообразные продукты диссоциации карбонатов, вагонетки и окисление органических веществ и парообразные продукты водных минералов.
3. Зона температурного размягчения и вспучивания гранул с граничными температурами газов 1100 – 1170 °С и материала 880 -1160 °С. Она совпадает с зоной самой высокой температурой горения форсуночного топлива. Количеством продуктов сгорания топлива и избытков воздуха, необходимого для полного сгорания. Обжигаемый материал продолжает при этом выделять газы, вспучивающие гранулы. При скорости нагрева глинистой породы около 50 °С/мин и более выделение газов из гранул смещается в зону вспучивания, что приводит к уменьшению объемной массы керамзита. Длина зоны вспучивания около 15 – 20 % общей длины печи;
4. Зона предварительного охлаждения обожженных гранул, в которой происходит их отвердевание, совпадает с зоной поступления вторичного воздуха в печь. В этой зоне вследствие происходящих на поверхности гранул процессов окисления различных форм железа гранулы приобретают коричневато – красную окраску. Длина зоны обычно не превышает 5 % общей длины печи. Обожженные гранулы охлаждаются здесь до 1000 – 1050 °С.

     

     

Скорость  термической обработки гранул в  указанных зонах и в особенности  в зоне вспучивания имеет при  прочих равных условиях первостепенное значение. Постепенный нагрев гранул, как правило, приводит к получению  не вспученного материала. Лишь при  ускоренной термической обработке  происходит удовлетворительное вспучивание  глинистых гранул. Объясняется это  тем, что в этом случае реакции  дегидратации, декарбонизации, окисления органических веществ, как было указано, протекает при более высоких температурах, а восстановительные реакции – более продолжительны во времени. При этом выделяющиеся газы удерживаются в грануле до температуры вспучивания. Оптимальный режим обжига гранул во вращающейся печи предусматривает постепенный их нагрев до 200 – 600 °С (в зависимости от свойств сырья) и быстрый подъем температуры до 1200 – 1250 °С, т.е. до температуры вспучивания.

 

3. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ 

3.1.Устройство  и принцип действия  вращающейся печи

Вращающаяся печь 2,5×40. 

 

Применяется на заводах производительностью 100 тыс.м³ керамзита в год.

Корпус печи сварен из листового металла толщиной 18 и 30 мм. Каркас печи состоит из секций, сваренных между собой встык. Секции корпуса, расположенные около опор на длине 2000 мм имеют стальные листы толщиной 30 мм с учетом того, что максимальное напряжение корпус испытывает в этих сечениях.

Бандажи крепятся в усиленной части корпуса специальными башмаками, привираемыми к обечайке. Между башмаками бандажи лежат свободно с компенсационным зазором. Положение опорной поверхности бандажа по отношению к корпусу печи регулируются башмаками.

Внутренняя  часть печи футерована. Футеровка  положена ровно по всей длине внутренней поверхности корпуса за исключением входной его части. На входе футеровка имеет бурт, который уменьшает входное отверстие корпуса и предупреждает просыпание материала и пылеосадительную камеру во время его загрузки в печь.

При работе печи борт, а также часть футеровки  при разгрузочном конце печи подвергаются наибольшему изнашиванию. Чтобы  предохранить эту часть футеровки  от разрушения, на входном конце  печи приварена торцовая шайба. Эта  шайба используется также для  устройства уплотнения между торцом пылеосадительной камеры. Уплотнение создается лабиринтом, образующимся между концентрически расположенными обечайками, приваренными к пылеосадительной камере. Выходной конец печи заканчивается  торцевой конической шайбой. Внутренний диаметр шайбы соответствует  выходному диаметру печи. Благодаря  этому материал, движущейся по футеровке, выходя из печи, истирает металлическую  шайбу, срок службы которой значительно  выше, чем футеровки.

На концах корпуса печи установлены уплотнения, предохраняющие окружающую атмосферу  от загрязнений газами и улучшающие тепловой процесс внутри печи. Уплотнение между печью и пылеосадительной камерой состоит из двух частей. Одна из них по устройству аналогична, описанной конструкции торцовой шайбы, другая представляет собой резиновую  прокладку, прижатую к корпусу печи по всей окружности. Уплотнение  между корпусом и откатной головкой состоит из четырех концентрически расположенных цилиндрических обечаек. Две обечайки приварены к корпусу печи, две другие к корпусу откатной головки.

Обечайки  отличаются одна от другой диаметром, что позволяет как бы вдвинуть одну в другую. Вдвинутые обечайки образуют лабиринт, препятствующий прохождению  газов.

Печь  опирается на две опоры, состоящие  из двух опорных роликов. Кроме опорных  роликов, на одной из опор установлены  два упорных ролика,

удерживающих  печь от осевого перемещения. Каждый ролик опирается на два спаренных конических роликовых подшипника, установленных в корпусе.

Корпуса подшипников крепятся на раме, лежащей  на фундаментной опоре. Для фиксации правильного положения опорных  роликов на раме имеются регулировочные винты. Ролики регулируются во время  монтажа печи вплоть до пуска ее в горячем состоянии.

В средней  части печи, около упорно-опорной  роликовой опоры смонтирована венцовая шестерня и привод печи. Основным элементом  крепления венцовой шестерни является опора, представляющая собой сварной  кронштейн, нижняя плоскость которого приварена к корпусу печи, а  верхняя служит для крепления  пластины венцовой шестерни. Опоры  устанавливаются на печи в два  ряда по окружности, а пластины лежат  на опорах параллельно продольной оси  корпуса. Между опорой и пластиной  устанавливаются регулировочные прокладки, которыми выверяется положение венцовой шестерни по отношению к оси вращения барабана. Биение венцовой шестерни не должно превышать 3 мм. Венцовая шестерня закрывается кожухом.

Печь  вращается от специального привода, установленного под венцовой шестерней. Привод состоит из двух самостоятельных  систем: пусковой и рабочий. Пусковая или вспомогательная система  привода имеет двигатель 1,7 кВт  или да редуктора, соединенных муфтами. Общее передаточное число пусковой системы составляет 1020 без учета  передаточного числа открытой паря шестерен, а с учетом последней  – примерно 14000. Такое устройство пусковой системы позволяет развить  достаточно большой крутящий момент, необходимый при пуске печи. После  того как печь получила от пускового  электродвигателя первоначальное вращение, включается электродвигатель рабочей  системы. Этот электродвигатель ускоряет вращение печи и обеспечивает рабочий  режим скоростей. Пусковой электродвигатель в это время отключается. При  включении электродвигателя рабочей  системы частота вращения редуктора  будет постепенно увеличиваться, и  превышать скорость, которую сообщил ему пусковой электродвигатель. При этом редуктор с электродвигателем пусковой системы будут тормозить разгон рабочей системы привода. чтобы этого не произошло, между редукторами установлено храповое устройство, обеспечивающее рабочей системе свободу вращения независимо от пусковой. Храповое устройство смонтировано заодно целое с тормозным шкивом. В нем применен колодочный тормоз.

По концам печи установлены загрузочные и  разгрузочные устройства. Загружается  печь гранулами керамзита через  загрузочный лоток. Загрузочный  лоток монтируется на корпусе  осадительной камеры вместе с механизмом очистки. Материал поступает на обжиг  через цилиндрическую воронку и  по течке направляется в обжиговую  печь. В средней части течки, несколько  выше воронки, приварен кронштейн, которым  загрузочное устройство крепится к  пылеосадительной камере. Воронка приварена  к лотку так, чтобы по всей длине  лоток можно было просматривать  и прочищать.

Выгрузочный конец вращающейся печи оканчивается специальной откатной головкой, служащей для уплотнения выходного торца  печи, а также для установки  форсунок и приемки готового материала. Корпус головки сварен из листовой стали и имеет округлую форму, переходящую внизу в прямоугольную. Стенка, обращенная к печи, имеет  округлое окно, диаметр которого равен  наружному диаметру печи. На наружней поверхности этой стенки крепится лабиринтное  уплотнение. Каркас головки установлен на тележке. В средней части тележки  предусмотрен люк, через который  выгружается готовый материал из печи. Головка установлена на четырех  колесах.

На передней стенке головки имеется несколько  люков. Через них оператор наблюдает  за работой форсунки. В отверстие, расположенное по оси печи, устанавливается  форсунка. Для обслуживания выгрузочного отверстия имеется специальный  люк. При необходимости этот люк  можно открыть и разбить спекшийся  материал или протолкнуть его, если он застрял на стенке люка. Откатная головка обеспечивает периодическое  обслуживание печи в перерывах его работы. С помощью откатной головки обслуживающий персонал осуществляет работы по ремонту и восстановление футеровки, проверяет и чистит топливную форсунку. 

Технологическая характеристика вращающейся  печи 2,5×40

 

3.2.Устройство  и принцип действия  привода печи

Привод  печи состоит из открытой зубчатой передачи (зубчатый венец  и подвенцовая  шестерня), эластичной муфты, главного редуктора, главного двигателя и  вспомогательного привода, состоящего из редуктора и электродвигателя. Соединение вспомогательного редуктора  с главным редуктором осуществляется через кулачковую муфту свободного хода. На быстроходном валу вспомогательного редуктора установлен тормоз. Тормоз предназначен для остановки печи в необходимом положении при  ремонтах, футеровочных, монтажных и других работах. Торможение и остановка печи может быть произведена как с главного привода, так и со вспомогательного.

Тормоз  постоянно заторможен, растормаживание  его осуществляется с помощью  электрогидравлического толкателя.

При рабочем  режиме печи вращение от главного электродвигателя передается через главный редуктор, муфту, открытую зубчатую передачу на печь.

При этом муфта кулачковая свободно проворачивается.

При выключении главного двигателя печь под действием  неуравновешенности (из-за наличия  в ней обжигающего материала, находящегося в момент остановки  под углом естественного откоса), стремится повернуться в сторону, противоположную рабочему вращению и затормаживается тормозом вспомогательного привода.

Для опускания  печи в уравновешенное состояние  вспомогательный двигатель включается на реверс с одновременным включением тормоза.

После опускания печи в уравновешенное состояние, когда материал в печи располагается в нижней части, двигатель  и тормоз выключаются.

Медленное вращение печи вспомогательным приводом осуществляется от двигателя при  включенном тормозе, через вспомогательный  редуктор, кулачковую муфту, главный  редуктор, эластичную муфту и далее  через открытую зубчатую передачу на печь.

При остановке  печи с фиксированием ее положения  вспомогательный двигатель выключается, одновременно выключается тормоз.

Благодаря наличию кулачковой муфты свободного хода представляется возможность легкого  запуска печи на быстрое рабочее  вращение от вспомогательного привода.