Обжиговые печи

Вращающаяся обжиговая печь является оборудованием для кальцинации сыпучих и пульповидных материалов, таких как керамзит, известь, цемент и т.д.

 Печи по сухому способу   

При сухом способе производства цемента сырьевые материалы перемешиваются, измельчаются с одновременной сушкой и корректируются. Полученный порошок влажностью до 1% - сырьевая мука – подается на обжиг в печной агрегат. При сухом способе процессы сушки, подогрева, а также частично декарбонизации (кальцинирования), происходят в запечных теплообменниках – 1 (рис 1), а остальные более высокотемпературные процессы – непосредственно в короткой вращающейся печи. Соответственно, печи по сухому способу имеют меньшую длину по сравнению с печами мокрого способа. 

Сама печь представляет собой корпус - 3, сваренный из рядовых и подбандажных стальных обечаек. На подбандажные обечайки насажены бандажи – 4.  Корпус через бандажи опирается на роликовые опоры - 5, обеспечивающие его вращение вокруг геометрической оси. Вращение корпуса обеспечивает привод – 6. Горелка – 9 обеспечивает подачу и сгорание топлива. В разгрузочной головке – 8, клинкер ссыпается в холодильник (на рис. 1 не показан). Движение сырья от разгрузочного конца к разгрузочной головке осуществляется за счет наклона печи (~ 4%) и постоянного ее вращения. Материал медленно «сползает» вдоль корпуса под действием силы тяжести и постепенно проходит все стадии термической обработки.

Таблица 1 Технические характеристики вращающихся печей сухого способа производства. 

 Печи по мокрому способу

При мокром способе дробленые сырьевые материалы перемешиваются, измельчаются и корректируются с добавлением воды. Получаемая при этом сметанообразная масса влажностью 32-45% - шлам – подается на обжиг в печной агрегат. Вращающуюся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале, условно можно разделить на шесть зон: сушки, подогрева, декарбонизации (кальцинирования), экзотермических реакций, спекания и охлаждения. 

При мокром способе производства все этапы зоны расположены непосредственно во вращающейся печи, причем более половины длины всей печи (50-60%) приходится на подготовительные зоны (сушки и подогрева).

Конструктивно печь состоит из течки – 1, через которую подается подготовленный шлам в корпус печи - 3, сваренный из рядовых и подбандажных обечаек. Корпус печи опирается через установленные на нем бандажи - 4 на роликовые опоры - 5, обеспечивающие его вращение вокруг геометрической оси. Бандаж, подбандажная обечайка и элементы крепления бандажа образуют сборочную единицу -  установка бандажа (рис. 5). Опорный узел более наглядно изображен на рис. – 3,4. Загрузочный и разгрузочный концы печи имеют уплотнения – 2, 7. Вращение корпуса обеспечивает привод – 6. Горелка – 9 осуществляет подачу и сгорание топлива. Печь расположена с наклоном, поэтому при вращении печи происходит равномерное перемешивание продукта и его медленное движение («сползание») в сторону горелки – разгрузочный конец печи. Готовый клинкер, температурой 1200 - 1300˚С, через головку - 8 разгружается в холодильник или охладитель (на модели не показано).

Таблица 2 Технические характеристики вращающихся печей мокрого способа производства.

  Опорный узел 

Как видно из рисунков – 3,4, Опорный узел представляет собой установку бандажа - 1, образованную из самого бандажа, подбандажной обечайки и элементов крепления, которая в свою очередь опирается на роликовую опору - 2. В зависимости от того, каким образом реализуется контроль осевого перемещения корпуса, опорный узел может быть оборудован гидроупором или контрольными роликами.

 Установка бандажа

Бандажи являются опорной несущей конструкцией вращающихся печей и предназначены для передачи на роликовые опоры нагрузок от корпуса печи с футеровкой и обжигаемым материалом. Бандажи вращающихся печей бывают двух  основных типов: 

• бандажи, закрепляемые на подбандажной обечайке с помощью различных устройств;
• бандажи, ввариваемые в корпус между обечайками.

Типовая подбандажная обечайка имеет приваренные по периметру призматические  пластины (башмаки), которые предварительно вальцуются под внешний  диаметр обечайки и после приварки обрабатываются в один размер на карусельном станке. Классическим способ крепления плавающего бандажа относительно подбандажной обечайки, является крепление так называемыми «стульчиками» - 2 (рис. 5), которые привариваются к пластинам (башмакам) подбандажных обечаек – 3. Между внутренней поверхностью бандажа и пластинами устанавливаются наборы прокладок, обеспечивающих центровку бандажа и заданный тепловой зазор. «Стульчики» фиксируют бандаж и набор прокладок от осевого смещения вдоль оси обечайки. Практика эксплуатации такого крепления показала ряд недостатков: 

Во-первых, при нагревании корпуса печи сварочные швы башмаков постоянно подвергаются переменным механическим напряжениям, вызванным разностью температур корпуса и башмака. Это в конечном итоге приводит к их разрушению, отслоению или смещению башмаков; Во-вторых, замена изношенных башмаков достаточно трудоемкая работа и при замене башмаков приходится сдвигать бандаж в сторону, что создает дополнительные трудности. В-третьих, протяженные сварочные швы являются концентраторами напряжений в самой обечайке, что приводит к появлению трещин.

На некоторых заводах применяется другая конструкция и технология замены башмаков (рис. 6), которая лишена перечисленных недостатков и имеет следующие преимущества:

 - Существенное снижение трудоемкости ремонтных работ при замене «башмаков»;

 - Не требуется смещение бандажа при замене подбандажных пластин;

 - Снижает концентрацию напряжений и минимизирует длину сварочных швов на корпусе печи.

 Привод печи

Вращение печи от двигателя с уменьшением частоты вращения и увеличением крутящего момента обеспечивает привод (рис. 7). По набору оборудования, входящего в состав приводов, современные вращающиеся печи различных типов и размеров существенных различий не имеют. В состав приводов в основном входят: электродвигатели – 1, 7, редукторы – 3, 8, муфты – 2, 9, 4, а также открытая зубчатая передача: узел подвенцовой шестерни (подвенцовая шестерня) – 5, установка зубчатого венца (зубчатый венец) – 6, передающая вращение непосредственно корпусу печи.       

Например, привод печи 4,5х80 м сухого способа имеет три режима работы: рабочее вращение печи с частотой 3,44 об/мин, медленное (ремонтное) вращение с частотой 0,2 об/мин; вращение от микропривода для автоматической сварки кольцевых швов корпуса с частотой 0,023 об/мин. Каждый режим работы осуществляется от индивидуального электродвигателя.   

В том случае, если привод проектируемых вращающихся печей получается слишком громоздким, применяют двухсторонний привод, представляющий собой два одинаковых односторонних привода, как это показано на рис. 7 слева. 

Таблица 3 - Техническая характеристика приводов вращающихся печей. 

 Установка зубчатого венца

 Узел подвенцовой шестерни

 Обечайки                                    

Обечайка подразделяются на рядовые и подбандажные (рис. 10) Изготавливается вальцеванием стального листа, свариванием и механической обработкой кромок. Кромка имеет фаски под сварку при монтаже обечаек в корпус печи. Основными параметрами при выборе обечайки являются ее ширина, внутренний диаметр и толщина.

 Бандажи

• бандажи, закрепляемые на подбандажной обечайке с помощью различных устройств – плавающие бандажи;
• бандажи, ввариваемые в корпус между обечайками - вварные. 

• опорный, тип А
• опорно-упорный (с одним скосом) – для одностороннего контроля осевого перемещения корпуса печи (тип Б)
• опорно-упорный (с двумя скосами) – для двухстороннего контроля осевого перемещения корпуса печи (тип В)

Опоры роликовые

Рисунок 11.1 - Опора роликовая

Опоры вращающихся печей служат для восприятия нагрузки от корпуса печи с футеровкой и обжигаемым материалом. Нагрузка через бандажи передается опорам, затем раме и через нее распределяется на фундамент.

Опора рис. 11.1 состоит из двух опорных блоков – 1, симметрично расположенных относительно оси печи на общей раме – 2, опирающейся на фундамент. Для установки блоков в процессе монтажа, ремонтов и регулирования предусматривают специальное устройство – корпус домкрата 3, работающее с применение гидродомкрата. Угол, образованный прямыми, соединяющими центры сечения печи и осей роликов (рис. 11.2), обычно принимают 60-65 ˚С. Опоры в зависимости от типа подшипников, в которых вращаются оси опорных роликов, бывают опорами на подшипниках скольжения и опорами на подшипниках качения. В настоящее время практически все вновь выпускаемые отечественные вращающиеся печи оснащают опорами на подшипниках качения. Эксплуатация вращающихся печей с опорами на подшипниках качения показал ряд их преимуществ по сравнению с конструкциями опор на подшипниках скольжения, заключающихся в снижении расходов электроэнергии, цветных металлов и в повышении надежности опор и привода. Конструкция опорного блока на подшипниках качения приведена на рис. 12, а типоразмерный ряд серийно выпускаемых опорных блоков в табл. 6, 7

 

 Рисунок 11.2 – Схема расположения роликов

Таблица 6 – Общая (усредненная) характеристика опор вращающихся печей на подшипниках качения

 Блоки опорные

Левая цапфа опорного ролика зафиксирована в осевом направлении относительно корпуса подшипника установкой двух упорных роликоподшипников 5. Упорные подшипники смонтированы на цапфе на переходных втулках 4, которые от проворачивания закреплены шпонками и гайками 2,3.

 

 Гидроупоры