Обертова піч: пристрій, принцип роботи та особливості

Для високотемпературної обробки промислових та будівельних матеріалів використовуються випалювальні печі. Таке обладнання може мати різні конструкції, розміри і експлуатаційні особливості. Барабанна або обертова піч займає окреме місце в сегменті, забезпечуючи можливості ефективної сушіння сипучої сировини.

Конструкція агрегату

Промислові моделі барабанних печей переважно формуються сталевими трубами з цегляною вогнетривкої підкладкою. Обов'язковою умовою компонування є забезпечення можливості обертання циліндра навколо своєї осі на швидкості 30-250 про/год. Відповідно, чим більший діаметр барабана, тим нижче швидкість обертання. Рух забезпечується з допомогою вала, зафіксованого на несучої стійки з роликами з жароміцного металу. Тепловий вплив забезпечується в процесі спалювання паливних матеріалів (газу, нафти, бензину або твердотільного сировини), що розміщується в окремій камері. В деяких виконаннях обертова піч містить теплообмінні пристрої, що реалізують допоміжні процеси випалу і сушіння.

Принцип роботи печі

Циліндрична ємність у вигляді барабана має невеликий нахил відносно горизонталі – це вихідне положення, з якого починається рух. Але перед включенням порожнину конструкції заповнюється робочим матеріалом. Подача заготівки здійснюється через верхній патрубок барабана. Далі оператор закриває конструкцію і включає електродвигун. У процесі роботи обертова піч циклічно опускає вниз перемешиваемое речовина, обдаючи масу гарячими газами. Допуск термічних потоків може проводитися через виносну топку, але в класичних моделях генерація газу здійснюється всередині барабана. У другому випадку може задіюватися пальник Бунзена, формує язики полум'я через труби пічної форсунки. Для таких завдань потрібно додаткове джерело палива у вигляді масла, газу, подрібненого вугілля або тріски.

Зони термічної обробки

Протягом усього робочого циклу обслуговується матеріал може кілька разів зустрічатися з пічними газами при різних температурних умовах, визначають той чи інший стан оброблюваної маси. В залежності від характеристик термічної обробки в печі виділяють наступні зони:

Зона сушіння. Простір цієї частини складає близько 25-35% від загальної ємності барабана. Гази при температурі близько 930 °С забезпечують процеси випаровування вологи.

Зона підігріву. У цій частині відбувається обробка потоками з температурою до 1100 °С. Підігрів виконується на тлі тепловіддачі від продукту згоряння при можливій підтримці сторонніх хімічних реакцій.

Зона температурного розм'якшення. Режим температурної обробки в цій зоні може становити 1150 °С. Головне завдання цієї частини обертової печі полягає в забезпеченні повного згоряння надлишків повітря у відкритій структурі матеріалу.

Зона охолодження. На цьому етапі цільової матеріал піддається впливу холодних потоків і твердне. Деякі з металевих гранул заготовки можуть тут же проходити операції окислення з наданням коричнево-червоного відтінку.

Техніко-експлуатаційні особливості обладнання

Саме по собі обертання агрегату з переміщенням вмісту матеріалу підвищує його ККД і якість випалу. Особливо вигідно застосування довгих трубчастих конструкцій, завдяки пристрою яких мінімізується витрата теплової енергії. Чим довше барабан, тим щільніше гранули взаємодіють з пічними газами в процесі свого руху всередині ємності. Відповідно, мінімізуються і непродуктивні теплові втрати. Варто відзначити і рівномірність випалення, яка також позначається на якості термічної обробки сипучих матеріалів. Наприклад, обертова піч для цементної сировини у вигляді подрібненого гіпсу і клінкеру дозволяє спекать масу так, що виходить однорідна структура. Іноді з'єднують кілька сировинних груп з додаванням силікатів кальцію, вапняку і глини. Барабан в процесі обертання формує практично єдину консистенцію продукту.

Розрахунок теплової потужності печі

Для рівномірного випалу матеріалу необхідно забезпечувати його пересування по всій довжині печі з оптимальним швидкісним режимом. Темп руху, з одного боку, має створювати умови для виконання необхідних реакцій, а з іншого – не затримувати масу в стані кристалізації, інакше втрачатимуться вже здобуті технологічні властивості. Досягти оптимального балансу потужності можна за допомогою правильного підбору електродвигуна. На базовому рівні розрахунок обертової печі виконується на основі часу перебування матеріалу в ємності термічної обробки – при сухому способі інтервали в середньому становлять 15-2 год, а при мокрому – 3-35 ч. Також слід враховувати час на завершення процесу випалювання, яке у випадку з обробкою сухою складе близько 1 год, а при мокрому випалюванні – 15 ч. Що стосується потужності, то для виконання стандартних завдань передбачається електродвигун, силовий потенціал якого варіюється від 40 до 1000 кВт у випадку з промисловими агрегатами. Конкретні показники визначаються з урахуванням підключення допоміжних комунікацій, характеру виконання обв'язки і включення модифікуючих компонентів в основній обпалюваний складу.

Футеровка обертової печі

Крім підбору оптимальних робочих показників, на якість випалу буде впливати і технічне обслуговування. Однією з ключових робіт, спрямованих на підтримання високих техніко-експлуатаційних показників печі, її футеровка. В сутності це ізоляція металевої поверхні барабана з допомогою термостійкого матеріалу. Термоізоляційну функцію ефективно виконує литий вогнетривкий бетон і цегла. Але і після обкладки обертова піч для випалу повинна піддаватися обмазці захисними покриттями, які оберігають структуру того ж бетону від поширення дрібних тріщин. Сама футеровка виконується з товщиною від 8 до 30 см в залежності від розмірів пічної конструкції. Розраховувати вогнетрив слід температури близько 1000-1200 °С.

Висновок

Випалювальні агрегати сьогодні широко застосовуються у виготовленні будівельних сумішей, плиткових матеріалів і всілякого витратного сировини, що потребує сушіння. До переваг обертових печей можна віднести високу продуктивність і якість теплового впливу, але не обходиться експлуатація і без недоліків. Дане обладнання характеризується великими розмірами, масивністю робочих органів і низьким рівнем автоматизації. До цього ж варто додати і вимоги до силового забезпечення. На виробництвах повного циклу барабанні печі підключаються до мереж на 380 В, а також до вентиляційних та охолоджувальних систем.