Индукционная муфельная установка для высокотемпературного нагрева углеграфитовых изделий

 

Использование: графитация обожженных заготовок и очистки графитовых изделий . Сущность изобретения: индукционная муфельная установка состоит из наружного 1 и дополнительного внутреннего 2 индукторов , графитового муфеля 3 с вертикальными цилиндрическими полостями 4, внутри которых на подставках 5 установлены изделия 6. Между индукторами и муфелями .имеются теплоизоляционные слои 7. Сверху печь закрывается крышкой 8, снизу-съемным днищем 9. Печь соединена с источником электропитания. Благодаря наличию дополнительного индуктора и муфеля, удельное электрическое сопротивление которого должно удовлетворять определенным условиям , установка позволяет увеличить равномерность и скорость нагрева углеграфитовых изделий. 2 ил. ел С

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4898143/02 (22) 02.01.91 (46) 07,01.93. Бюл. ¹ 1 (71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита и Московский энергетический институт (72) А.А.Терехов, А,Б.Кувалдин, Б.Г.Остронов и Л.Д.Антонова (56) 1, Авторское свидедельство СССР № 522244, кл. С 21 D 1/10, Н 05 В 6/36, 1976.

2, Авторское свидеетельство СССР

¹ 184914, кл. С 21 D 1/42, 1966, 3. Авторское свидетельство СССР

N 133137, кл, Е 27 0 11/06, 1960. (54) ИНДУКЦИОННАЯ МУФЕЛЬНАЯ УСТАН0ВКА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО

НАГРЕВА УГЛЕГРАФИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ.,. Ж 1786363 А1 (я)з F 27 D 11/06, F 27 В 5/10 (57) Использование: графитация обожженных заготовок и очистки графитовых изделий. Сущйость изобретения; индукционная муфельная установка состоит из наружного

1 и дополнительного внутреннего 2 индукторов, графитового муфеля 3 с вертикальными цилиндрическими полостями 4, внутри которых на подставках 5 установлены изделия 6, Между индукторами и муфелями .имеются теплоизоляционные слои 7. Сверху печь закрывается крышкой 8, снизу — сьемным днищем 9. Печь соединена с источником электропитания. Благодаря наличию дополнительного индуктора и муфеля, удельное электрическое сопротивление которого должно удовлетворять определенным условиям, установка позволяет увеличить равномерность и скорость нагрева углеграфитовых изделий. 2 ил.

1786363

Изобретение относится к области термообработки углеграфитовых изделий, в частности графитации обожженных заготовок., и очистки графитовых изделий.

Наиболее близкой к изобретению по 5 технической сущности является индукционная муфельная печь, содержащая индуктор, однослойный муфель с полостями, в которые помещаются нагреваемые изделия (1).

Недостатком этой печи является произ- 10 вольный выбор материала муфеля, что затрудняет организацию оптимального режима его нагрева и, соответственно изделий.

Целью настоящего изобретения являет- 15 ся повышение равномерности и скорости нагрева углеграфитовых изделий, что обеспечивает улучшение их качества и повышение производительности печи.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве материала муфеля используется графит с таким удельным электрическим сопротивлением, которое обеспечивает равномерное по объему муфеля выделение

25 тепла. Условие равномерности нагрева муфеля выполняется тогда, когда значения толщины стенки муфеля удовлетворяют соотношению

Ь = (2-3) Л (1) где Ь вЂ” глубина проникновения электро30 магнитной волны в муфель.

С другой стороны, Ь = d+ 2д . (2) где d — диаметр полости; д — наименьшая толщина перемычки, образуемой полостью и наружной или внут- 35 ренней поверхностью стенки муфеля. Значение д рекомендуется принимать равным

0,02-.0,04 м. Такой интервал значений д выбран из следующих соображений. Опыт эксплуатации муфелей нагревателей в 40 углеграфитовом производстве показывает, что при толщине стенки муфеля менее 0,02 м происходит снижение ресурса его работы за счет KBK механического разрушения, так и физико-химических и химических процессов 45 (возгонка, окисление и т.д.). С другой стороны, ростзначений д более0,04м, недавая существенного выигрыша в прочности конструкции, ведет к значительному увеличению массогабаритных показателей, что 50 ухудшает эксплуатационные свойства печи и увеличивает ее тепловую инерционность, Значение диаметра полости d по уравнению (2) определяет толщину слоя муфеля

Ь, а материал, из которого муфель, должен 55

"удовлетворять на ванному условию равномерного нагрева по соотношению (1}, причем глубина проникновения электромагнитной волны в муфель равна (2):

Л =5ОЗ Г: Г, (3}

pf где p — удельное электросопротивление материала муфеля; ,и — относительная магнитная проницаемость материала муфеля;

f — частота переменного тока источника питателя.

Частота не является характеристикой объекта "устройство", и так как магнитная проницаемость, всех углеграфитовых материалов равна единице, то единственным параметром, с помощью которого можно воздействовать на нагрев муфеля, является удельное электросопротивление. Этот параметр меняется в широких пределах в зависимости от температуры и марки графита.

Его температурная зависимость имеет вид неправильной параболы, вершина которой (минимальное значение удельного электросопротивления р ь, ), в зависимости от марки графита, занимает различное положение относительно температурой оси, и условие оптимального прогрева муфеля по соотношению (1) необходимо обеспечивать с учетом этих минимальных значений, Только в этом случае будет гарантирован равномерный прогрев всего муфеля и при любых других (больших} значениях удельного электросопротивления.

Интервал минимальных значений удельного электросопротивления, который определяет марку графита для изготовления муфеля, представляется условием

b 2 Ь

f(— ),и f(— ) jc

3 2 4

503 503 где pm — минимальное удельное электросопротивление графита в интервале температур 100-3000 С, При этом стандартная частота источника питания удовлетворяет условию:

503 Рм . 503 ДD

2 2 (-, ° (-, ° где рми рд — крайние (соответственно наименьшее и наибольшее) из ряда минимальных значений удельного электросопротивления марок. графита, которые используются для изготовления муфеля (справочные данные (3) ) ..

На практике; определив по уравнению (2) толщину муфеля Ь, а также наибольшее рд и наименьшее р минимальные значения удельного электросопротивления имеющихся марок графита, по соотношению (5) выбирают стандартное значение частоты f.

Затем, используя соотношение (4), по мини1786363 мальному значению удельного злектросопро ивления определяют соответствующую марку графита, из которого необходимо изготовить муфел ь.

Известно, что по глубине нагреваемого 5 слоя происходит затухание электромагнитной волны, что приводит, особенно на этапе разогрева, к неравномерному нагреву муфеля.

Избежать этого нежелательного эффекта 10

30

35 новкэ, продольный разрез; на фиг. 2-то же, 40 поперечный разрез, В кольцевом зазоре между наружным 1 и внутренним 2 индукторами размещен толстостенный однослойный муфель 3 с цилин45 стенке муфеля имеются вертикальные кана- 50 лы 10, а в днище и крышке — газораспределительные каналы 11-13 для подачи и эвакуации газов. Печь соединена с источником электропитания (не показан).

55 и повысить скорость прогрева муфеля можно, установив по внутренней стороне муфеля второй индуктор. Этот индуктор подключен параллельно первому, причем отношение мощностей равно отношению площадей боковых поверхностей внутренней и внешней сторон муфеля. Замена одного индуктора двумя параллельными при прочих равных условиях практически не снижает величину активной мощности установки.

Конструкция устройства позволяет также проводить термохимическую очистку изделий. Для достижения поставленной цели при проведении процессов термохимической очистки углеграфитовых изделий с помощью рафинирующего газа в конструкции муфеля предусмотрены вертикальные каналы, а в днище — кольцевой канал. Применение вертикальных каналов, стенки которых имеют температуру греющего муфеля, дает возможность нагревать рафинирующий газ перед поступлением его в полости с изделиями, что исключает снижение равномерности нагрева изделий за счет обтекания им холодным газом. В противном случае пришлось бы организовывать подогрев газа в отдельной установке, На фиг. 1 показана предлагаемая устадрическими полостями 4, внутри которых на подставках 5 установлены изделия 6. Между индукторами и муфелем имеются теплоизоляционные слои 7, Сверху печь закрывается крышкой 8, снизу — сьемным днищем 9. В

Предлагаемая конструкция установки дает возможность также проводить принудительное охлаждение иэделий инертным газом после завершения их термообработки, для чего охлаждающий газ подают по маршруту: канал 13 в крышке — полости 4 с

25 изделиями 6 — кольцевой канал 11 в днище — вертикальные каналы 10 в муфеле — каналы t2 в крышке.

Индукционная муфельная установка работает следующим образом. Изделия 6, установленные на сьемном днище 9, снизу вводятся в полости 4. Днище 9 фиксируется в крайнем верхнем положении, герметично закрывая печь. С помощью вакуумной системы (на рисунках не показана) печь вакуумируется до остаточного давления 5-10 мм рт.ст. и через газораспределительные каналы 12 в крышке, вертикальные каналы 10 и кольцевой канал 11 заполняется инертным газом (аргон, азот). Включается источник электропитания. Электромагнитная энергия проникает в муфель с двух сторон и, превращаясь в тепловую, равномерно нагревает муфель. Тепловой поток, излучаемый стенками полостей, поступает на нагреваемые изделия, обеспечивая их равномерный осесимметричный нагрев. Кроме того, часть электромагнитной энергии выделяется непосредственно в самих изделиях, что позволяет проводить их нагрев с повышенными, по сравнению с чисто внешним нагревом, скоростями. После достижения конечной температуры и соответствующей изотермической выдержки печь отключается и происходит процесс остывания изделий, который интенсифицируется подачей в печь холодного инертного газа.

При термохимической очистке в печь подается рафинирующий газ.

Пример, Рассчитать муфель для графитации заготовок диаметром d = 0,3 мм.

Принимаем значение диаметра полости

d = 0,32 м, а д = 0,04 м, тогда Ь = 0,32+ 2 0,04

= 0,4м. По табл.2.17(2.с.37J = 3,7-10 Ом м, а p5 = 27,2.10 Ом м, Подставляя значе-ь ния b, р ир5 в уравнение (5), получим;

23 б f <387

Из ряда стандартных частот выбираем f

=50 Гц.

Затем, подставляя найденные значения f u

b в соотношение (4); получим:

3,510 Ом м < i< <7,9 10 Ом,м.

Данному условию отвечает графит марки ВПП, у которого рп, = (4,5 — 6,7) ° 10 Ом м. Его выбираем в качестве материала для муфеля.

Формула изобретения

Индукционная муфельная установка для высокотемпературного нагрева углеграфитовых изделий, содержащая источник питания и печь в виде цилиндрического графитового муфеля с крышкой, днищем и вертикальными полостями под изделия и размещенным на наружной поверхности

1786363

< < б+2дз °

Составитель И.Попов

Техред М. Моргентал

Корректор А.Мотыль

Редактор

Заказ 242 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 муфеля индуктором, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки за счет увеличения равномерности и скорости нагрева, она снабжена дополнительным индктором, размещенным на внутренней поверхности муфеля, при этом муфель,выполнен из гра, фита, удельное электрическое сопротивление которого удовлетаоряет условию .d +28 2 d +2(52

+.pmin +

503 503 где б — диаметр полости; д ""(0,02 — 0,04), м; Ъ л — минимальное удельное электросопротивление графита в интервале температур 100-3000 С;

p — относительная магнитная проницаемость графита;

f — стандартная частота переменноготока источника питания, удовлетворяющая ус5 ловию где рм, p5 — соответственно наименьшее и наибольшее из ряда минимальных значений удельного электросопротивления гра15 фитов, используемых для изготовления муфеля, в интервале температур 100—

3000 С.