Пристрій для одержання розплаву із мінеральних матеріалів

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности, к плавильным устройствам для получения расплава из минеральных материалов. Известно плавильное устройство, например, стекловаренная печь прямоточного типа с бассейном, содержащим плавильный лоток, зону гомогенизации, выработочный канал (авт. св. СССР № 881009, кл. С 03 В 5/04, 1981). Недостатком такой печи является то, что глубина варочного объема значительно превышает оптимально допустимые размеры слоя расплава минеральных материалов для эффективной передачи тепла расплаву. Так как минеральные материалы характеризуются низкой теплопроводностью, оптимально допустимый слой расплава, как показывает опыт, не превышает 80 мм, например, для такого материала, как базальт. Использование такой печи для расплавления минеральных материалов экономически нецелесообразно из-за нерациональных больших энергетических затрат, невозможности расплавления минеральных материалов на большой глубине варочного объема и получения при этом гомогенного по химической однородности и вязкости расплава. Известно также плавильное устройство, например, газоэлектрическая трехфазная ванная печь, включающая бассейн, выработочный канал, электрические нагревательные элементы (авт. св. СССР N? 1564126, кл. С 03 В 5/027, 1990). Недостатком данного устройства является то, что для плавления стекла используются два вида энергоносителей - газ и электричество. Электронагреватели находятся в контакте с исходным сырьем и непосредственно с расплавом. Для замыкания электрической цепи между электродами необходимо нагреть с помощью газа материал до температуры плавления и образования первоначального расплава. Наличие газопламенного нагрева требует создания системы газовоздушного обеспечения процесса плавления, а также утилизации продуктов сгорания газа. Вследствие низкой теплопроводности минеральных материалов экономически невыгодно нагревать и расплавлять большой варочный объем, обусловленный конструкцией данного устройства, из-за значительных энергетических затрат. Газопламенному нагреву присущ низкий коэффициент использования теплоносителя и, как следствие, значительные потери энергоносителя (газа). Газопламенный нагрев не решает вопросы экологии. При прямом пропускании электрического тока через расплав неизбежны локальные перегревы расплава из-за его химической неоднородности, фракционного состава минерального материала, и за счет этого постоянно изменяющейся величины переходного неконтролируемого сопротивления в зонах контакта "электрод-материал". В данном устройстве из-за локальных перегревов и слабого (в основном - конвекционного) перемешивания расплава гомогенизация последнего затруднена. Гомогенизация расплава минерального материала является определяющим фактором качества технологии получения изделий из минеральных материалов. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является ванная печь для получения расплава из горных пород, включающая бассейн с зонами, расположенными ступенчато относительно друг друга, выработочный канал фидера, свод с нагревательными элементами (патент РФ № 2017691, кл. С 03 В 5/04, 1994). Такая конструкция позволяет производить плавление минеральных материалов и гомогенизацию расплава в тонком слое на ступенчатых площадках ванной печи. Недостатками данного устройства является то, что минеральный материал плавится непосредственно на огнеупорё площадки плавления. Огнеупор при этом работает в сфере воздействия одновременно трех сред твердой (механическое воздействие падающего на поверхность огнеупора материала), жидкой - от образующегося расплава, газообразной (от обогревательных газов печи), что вызывает активное разрушение огнеупора площадки от механического и химического воздействия. Использование газа как энергоносителя для расплава минерального материала не экономично, так как нагрев производится традиционно сверху и прогрев придонного слоя недостаточен из-за низкой теплопрозрачности расплава минерального материала. Для эффективного прогрева требуется большой расход энергоносителя, Кроме того, применение газа связано с проблемами экологического характера, так как выбрасываются в воздушный бассейн большие количества продуктов сгорания газа, в том числе CU2, азот и его оксиды. Учитывая резкое изменение вязкости расплава от незначительных колебаний температуры газовой среды и сложность процесса автоматизации поддержания постоянной температуры при газовом нагреве меняются технологические параметры, а значит и качество конечного процесса и изделий. Усложняется также конструкция печи из-за наличия газоходов, дымовой трубы, систем газо- и воздухообеспечения и необходимых для этого оборудования и площадей. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для получения расплава из минеральных материалов путем изменения конструкции бассейна и применения электрических нагревательных элементов косвенного нагрева, что позволяет обеспечить энергосберегающую, экологически чистую технологию получения высококачественного расплава для производства изделий из минеральных материалов. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения расплава из минеральных материалов, включающем бассейн с зонами, расположенными ступенчато относительно друг друга, выработочный канал и свод с нагревательными элементами, бассейн с зонами выполнен в виде горизонтальных лотков со ступенчатым дном, расположенных друг под другом на равном расстоянии от свода до верхнего лотка и между лотками, а электрические нагревательные элементы расположены над каждым лотком, при этом движение расплава происходит по горизонтальному лотку с переливом на нижележащий лоток с последующим накоплением в выработочном канале, , откуда расплав попадает в узел формования изделий. Расплав в лотках эффективно прогревается на всю глубину, т.к. слой его не превышает 60 мм, что обеспечивает однородную вязкость расплава. Каскад переливов с лотка на лоток обеспечивает интенсивное перемешивание расплава с целью его гомогенизации. Для улучшения перемешивания слоев расплава в лотках, а также замедления движения придонного слоя расплава, непосредственно контактирующего с огнеупорным материалом лотка и вызывающим его механический износ, дно лотков выполнено ступенчатым, что тормозит движение придонного слоя. Расположение нагревательных элементов над каждым лотком позволяет более эффективно использовать выделяемое тепло за счет нагрева дна вышележащего лотка, сравнительно легко производить их замену в случае вы хода из строя, без нарушения общего температурного режима за счет временного (на время замены) увеличения нагрузки на рядом лежащие нагревательные элементы, значительно повысить КПД устройства и уменьшить удельный расход тепла по сравнению с газопламенным обогревом. Электрические нагревательные элементы позволяют плавно и четко регулировать температуру в любой зоне устройства, легко стабилизировать технологический процесс в ручном и автоматическом режиме, а, следовательно, гарантировать качество конечного продукта, исключить необходимость сооружения газовых и воздушных те хнологических систем, устройств отвода продуктов сгорания газа и создать практически экологически чистый технологический процесс без выбросов в атмосферу больших количеств продуктов сгорания газа, уменьшить в несколько раз производственные площади. Таким образом, в заявляемом устройстве, включающем бассейн, выполненный в виде горизонтальных лотков со ступенчатым дном, расположенных друг под другом, выработочный канал и свод с нагревательными элементами, тепловая энергия от нагревательных элементов, расположенных над лотками, используется максимально, так как она нагревает не только расплав в нижележащем лотке, но одновременно и дно вышележащего лотка, передавая тепло расплаву в вы шележащем лотке. Подогрев расплава сверху и через дно практически устраняет перепад температур по толщине слоя расплава и обеспечивает однородную температурную вязкость расплава. Переливы с лотка на лоток обеспечивают перемешивание расплава и получение его химической однородности. В совокупности эти факторы обеспечивают необходимые реологические параметры и получение высококачественного расплава для производства изделий из минеральных материалов, увеличивают коэффициент использования теплоэнергии, и, как следствие, уменьшают удельные затраты энергии на единицу выпускаемой продукции. Применение электрических нагревательных элементов обеспечивают экологическую чистоту технологического процесса и его стабильность за счет легкой автоматизации управления электрическими нагревательными элементами. На чертеже изображено устройство для получения расплава из минеральных материалов, продольный вертикальный разряд. Устройство содержит загрузочный механизм 1, свод 2 с электрическими нагревательными элементами 3. выработочный канал 4 с узлом формования изделий 5, бассейн с зонами, выполненный в виде горизонтальных лотков 6 со ступенчатым дном, расположенных друг под другом, и электрическими нагревательными элементами 7, расположенными над каждым лотком. Крошки минеральных материалов (сырья), при помощи загрузочного механизма 1 подается на верхний лоток б1, где плавится в зоне плавления в слое 40-60 мм. Затем расплав движется по лотку, в конце которого переливается на нижележащий лоток 61, откуда также в конце лотка переливается на следующий лоток б111, и с этого лотка переливается в выработочный канал 4, где производится отбор расплава в узел формования изделий 5. Электрические нагревательные элементы 3, 7 нагревают расплав радиационным отражением от вышележащего огнеупора свода или дна вышерасположенного лотка и одновременно нагревают дно вышерасположенного лотка. Верхний лоток 6 является плавильной зоной, где в зоне загрузки происходит расплавление сырья, причем куски сырья опускаются на дно лотка, где расплавляются, получая дополнительное тепло от дна лотка, подогреваемого электрическими нагревательными элементами, расположенными под дном этого лотка над следующим лотком. Последующие лотки являются зонами химической и термической гомогенизации с тем же принципом обогрева. Равные расстояния от свода до верхнего лотка и между лотками обеспечивают одинаковый температурный режим на лотках. Ступени лотков препятствуют нерасплавленным частицам захватываться потоком расплава и их движению на следующий лоток и уменьшают скорость движения придонного слоя расплава, размывающего огнеупорный материал для лотков. Переливы (каскады) в виде свободно падающей струи (ленты) расплава с лотка на лоток„выполняют роль механического перемешивания расплава с целью достижения гомогенности его по химической однородности и термической вязкости. Таким образом, обеспечивается экологически чистый, с эффективным использованием теплоэнергии, технологический процесс получения высококачественного расплава для производства изделий из минеральных материалов.