Вращающаяся печь

 

Изобретение относится к конструкциям вращающихся печей и может быть использовано в черной, цветной, цементной и химической промышленности, а также в промышленности строительных материалов. Целью изобретения является повышение ресурса печи путем уменьшения жесткости упругого подвеса и снижение температурных напряжений. Во вращающейся печи, содержащей цилиндрический корпус 1 с футеровкой 2, установленной в корпусе 1 на упругом теплоизоляционном подвесе 3, последний выполнен из двух концентрических цилиндрических гофрированных в продольном и поперечном направлениях металлических оболочек 4 и 5 соединительных между собой по всей длине и с корпусом 1 на 0,03-0,005 длины корпуса 1, футеровка 2 выполнена из армированного жаростойкого бетона, корпус 1 выполнен из теплостойкого алюминиевого сплава, между корпусом 1 и упругим теплоизоляционным подвесом 3 выполнен зазор, а на внутренней поверхности корпуса 1 вдоль впадин поперечных гофр внешней оболочки 4 упругого подвеса 3 установлены упоры 6. 3 ил.

Изобретение относится к конструкциям вращающихся печей и может быть использовано в черной, цветной, цементной и химической промышленности, а также в промышленности строительных материалов. Целью изобретения является повышение ресурса путем уменьшения жесткости упругого подвеса и снижение температурных напряжений. На фиг. 1 схематически изображена вращающаяся печь с упругой подвеской монолитной футеровки; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - резкое А-А на фиг. 1. Вращающаяся печь содержит цилиндрический корпус 1, монолитную футеровку 2, упругий теплоизоляционный подвес 3 футеровки 2, выполненный из двух концентрических цилиндрических тонкостенных гофрированных в продольном и поперечном направлениях металлических оболочек 4 и 5 малой жесткости на растяжение в радиальном и осевом направлениях - внешней и внутренней, соединенных между собой, например, контактной сваркой по контактируемым выступам гофр и корпусом 1 со стороны верхнего торца, например, путем установки фанца на конце упругого подвеса 3 (на чертежах не показан), соединенного с корпусом 1. Возможно также соединение упругой подвески 3 футеровки 2 с корпусом 1 в центре печи на 0,03-0,05 ее длины путем контактной сварки внешней гофрированной оболочки 4 с корпусом 1. В этом случае температурные перемещения концов футеровки 2 будут симметричными и в 2 раза меньшими, чем для случая торцового крепления футеровки 2 к корпусу 1. Между корпусом 1 и упpугим подвесом 3 футеровки 2 выполнен зазор, составляющий в охлажденном состоянии печи (3-4) 10^-3 от внутреннего диаметра корпуса 1, предназначенный для компенсации относительного температурного расширения футеровки 2 печи и корпуса 1 в рабочем режиме. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 вдоль впадин поперечных гофр внешней оболочки 4 упругого подвеса 3 установлены упоры 6 из теплоизоляционного материала, при контакте которых с гофрами внешней оболочки 4 упругого подвеса 3 передается крутящий момент от корпуса 1 к футеровке 2. На корпусе 1 установлены зубчатый венец 7, соединенный с выходной шестерней 8 редуктора электропривода печи (на чертеже не показан) и бандажи 9, которые опираются на ролики 10. Относительная глубина гофр оболочек 4 и 5 упругого подвеса 3 в поперечном направлении выбрана в 2-3 раза больше относительной глубины гофр в продольном направлении, угловые шаги поперечных гофр и длины волн продольных гофр оболочек 4 и 5 выбраны кратными для обеспечения контакта гофр по всей поверхности между оболочками 4 и 5, необходимого для контактной сварки оболочек 4 и 5. Монолитная футеровка 2 выполнена с армирующей сеткой 11, приваренной к внутренним выступам гофр оболочки 5 упругого подвеса 3, выполненной из жаростойкой проволоки. В качестве материала корпуса 1 можно использовать алюминиевый сплав типа ВАЛ5, предел прочности которого σ_в = 300 МПа, допустимая рабочая температура 185^оС или сплав САП11 с допустимой рабочей температурой 350^оС и коэффициентом линейного расширения α = 23˙10^-6 К^-1. Футеровка 2 вращающейся печи может быть выполнена из жаростойкого бетона на портландцементе с хромпиковым наполнителем с жаростойкими упрочняющими волокнами толщиной 5-8 см, температурный коэффициент линейного расширения которого α = 6˙10^-6 К^-1. Для повышения долговечности в футеровке 2 могут быть выполенены температурные швы, заполненные углеграфитовым войлоком или термически расщепленным графитом, а с внутренней стороны упругого подвеса 3 между футеровкой 2 и подвесом 3 может быть введена гофрированная прокладка из графитового листа толщиной 3 мм, выполненного из термически расщепленного графита, коэффициент тепопроводности которого в 30-40 раз меньше, чем у материала футеровки 2, что позволит до 100^оС снизить температурный градиент на монолитной футеровке 2 (ноу - хау), а с внутренней стороны футеровки 2 может быть покрыта хромпиковой обмазкой, огнеупорность которой 1890^оС. Для повышения жаростойкости и износоустойчивости футеровки 2 с внутренней стороны может быть дополнительно покрыта плиткой из карборунда, огнеупорность которой 1800-2000^оС, предел прочности на сжатие σ_сж = 50-70 МПа, температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур 20-1800^оС α_ф = 4,7˙ 10^-6 К^-1 или кордиеритовой плиткой типа 2ШХ843093 с размерами 274˙203˙20, для которой σ_изг = 34,3 МПа, α_п = (4,0-5,5) 10^-6 К^-1 (до температур 700^оС), теплопроводность λ = (1,0-1,3) Вт/мК, огнеупорность более 1500^оС), стойкость к тепловым ударам более 500^оС, плотность ρ = 1900 кг/м³. Футеровка 2 может быть выполнена из отдельных плит арматурой для сварки с упругим подвесом 3 и элементами для перекрытия температурных швов. Гофрированные оболочки 4 и 5 упругого подвеса 3 и армирующая сетка 11 выполнена из жаростойкого материала, например сплава типа ХН45Ю с максимальной рабочей температурой 1200^оС, причем толщина материала оболочек 4 и 5 - 0,3 мм, относительная глубина поперечных гофр оболочек 4 и 5 составляет 60-80, продольных 30-40. Печь работает следующим образом. При сжигании топлива в горелке вращающейся печи (на чертежах не показана) поток высокотемпературного газа нагревают обжигаемый материал и футеровку 2 печи до температур 1200-1400^оС, а часть теплового потока проходит через футеровку 2, упругий теплоизоляционный подвес 3 к корпусу 1 и в атмосферу. При этом в зависимости от материала футеровки 2, соотношение толщин футеровки 2 и упругого подвеса 3 средние значения температур будут находиться в пределах 1200-1250^оС для футеровки 2, 700-800^оС - для материала внутренней гофрированной оболочки 5 упругого подвеса 3 и 300-400^оС - для материала внешней гофрированной оболочки 4 упругого подвеса 3. В рабочем режиме температурная деформация футеровки 2 печи в радиальном направлении будет превышать температурную деформацию корпуса 1 на величину зазора между ними, и дополнительных растягивающих для корпуса 1 и сжимающих для футеровки 2 окружных напряжений в них не возникает. Малая жесткость на растяжение в окружном направлении упругого подвеса 3 футеровки 2, составляющая 0,01-0,10 от жесткости футеровки 2, позволит в десятки раз уменьшить температурные напряжения в окружном направлении, возникающие в футеровке 2 и упругом подвесе 3, которые не будут превышать допустимых для материала футеровки 2 и упругого подвеса 3 в рабочем режиме печи. Температурные деформации футеровки 2 в осевом направлении, значительно превышающие температурные деформации корпуса 1, приведут к свободному перемещению футеровки 2 с упругим подвесом 3 вдоль оси корпуса 1 относительно места их соединения, так как внешняя оболочка 4 упругого подвеса 3 не соединена жестко с корпусом 1, а контактирует с корпусом 1 только через упоры 6, размещенные вдоль впадин поперечных гофр оболочки упругого подвеса 4. Малая жесткость упругого подвеса 3 на растяжение в осевом направлении, составляющая 0,01-0,10 соответствующей жесткости футеровки 2, приводит к ослаблению контактных растягивающих и сжимающих в осевом направлении напряжений между ними в десятки раз, которые не будут превышать допустимых для материалов футеровки 2 и оболочек 4 и 5 упругого подвеса 3. Снижение температурных напряжений в монолитной футеровке 2, упругом подвесе 3 и корпусе 1 в десятки раз по сравнению с температурными напряжениями в известных печах приведет к увеличению ресурса печи в 5-10 раз, а малая толщина футеровки 2 и упругого теплоизоляционного подвеса 3 при одинаковом тепловом сопротивлении футеровки 2 в известных и предлагаемой печах и выполнение корпуса 1 из теплостойкого алюминиевого сплава позволяет снизить массу вращающейся печи в 3-4 раза, снизить и мощность электропривода вращения печи в 3 раза.

Формула изобретения

ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ, содержащая цилиндрический корпус с футеровкой, установленной в корпусе на упругом теплоизоляционном подвесе, выполненном в виде цилиндрической металлической гофрированной в поперечном направлении оболочки, прикрепленной к корпусу, отличающаяся тем, что, с целью повышения ресурса печи путем уменьшения жесткости упругого подвеса и снижения температурных напряжений, футеровка выполнена из армированного жаростойкого бетона, а упругий теплоизоляционный подвес снабжен дополнительной концентрической металлической гофрированной оболочкой, причем оболочки гофрированны дополнительно в продольном направлении и соединены между собой и с арматурой футеровки по всей длине и частично с корпусом по контактируемым выступам гофр, при этом упругий теплоизоляционный подвес установлен с зазором по отношению к корпусу, а на внутренней поверхности корпуса вдоль впадин поперечных гофр внешней оболочки упругого подвеса установлены упоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3