Вакуумная электропечь

 

Изобретение относится к садочным печам периодического действия для сушки и обжига изделий грубой и тонкой керамики. Вакуумная электропечь содержит кожух 1 в виде рамного каркаса и установленных на нем стенок, наружной 2 и внутренней 3, с образованием между ними герметичной полости. Система теплозащитных экранов 4, огнеупорных экранов 5 обеспечивает эффективную теплозащиту от лучеиспускания нагревателей 6. Печь снабжена двумя автономными системами вакуумирования 7 и 9. 2 ил.

Изобретение относится к электротермии, в частности к садочным печам периодического действия для сушки и обжига изделий грубой и тонкой керамики (пористого и плотного черепка).

Известны вакуумные печи для обжига, дегазации, металлизации и пайки металлов, включающие герметичный металлический кожух, крышку, соединенную с кожухом и систему вакуумирования. Внутри кожуха установлены съемные экраны и система электронагревателей (1).

Данная вакуумная электропечь имеет шахтную конструкцию, что не позволяет сушить и обжигать длинномерные строительные керамические изделия, например, перемычки, балки, плиты, панели и т.п. Кожух, крышка и экраны известных вакуумных электропечей выполняются из дорогостоящих и дефицитных легированных сталей и имеют небольшую производительность. При этом металл экранов коррелирует и разрушается от газов, выделяемых из керамического материала при обжиге и от впускаемого воздуха.

Для обжига строительных изделий грубой и тонкой керамики конструкции вакуумных электрических печей не обнаружены.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вакуумная электрическая печь, содержащая водоохлаждаемую нагревательную камеру, системы вакуумирования, нагревания и теплозащитных экранов. Теплозащитные экраны выполнены в виде коаксиальных цилиндров, соединенных между собой с образованием герметичной полости, соединенной с системой вакуумирования и системой газоподвода (2).

Известные конструкции вакуумных электрических печей, выполненные из легированных конструкционных сталей, усложнены системами водоохлаждения или системами подачи и отбора хладагентов. Особенности конструкции печи, материала, используемого для изготовления кожуха, экранов, нагревателей затрудняют использование их при сушке и обжиге строительной керамики. Сушка и обжиг изделий строительной керамики сопровождаются значительным газовыделением из материала. В состав выделяемых при сушке и обжиге газов входят пары воды, диоксид и оксид углерода, водород, диоксид серы, азот, которые активно взаимодействуют и разрушают металл корпуса печи, экранов и нагревателей. Одним из недостатков известных конструкций вакуумных печей является сложность реализации различных температурных режимов обжига, а также режимов вакуумирования, связанных с обработкой керамических изделий. По условиям обжига изделий строительной керамики, в зависимости от вида изделий и используемой глины, требуется комбинирование вакуумирования и впуска воздуха при различных температурах режима обжига. При этом впускаемый воздух разрушает материал экрана и нагревателей. Известные конструкции печей не допускают режим работы в воздухе при атмосферном давлении.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение теплопотерь печи, совершенствование теплоизолированных свойств конструкции кожуха всей печи с возможностью промышленного использования вакуумирования для обжига строительных изделий грубой и тонкой керамики.

Использование вакуумной электропечи для обжига керамических изделий позволит исключить технологический передел сушку изделий, повысить качество изделий и сократить на 15-20% удельный расход электроэнергии. Обжиг армированных и некоторых изделий плотной керамики, например, санитарно-технических изделий из недорогих местных легкоплавких глин, традиционным способом обжига в условиях атмосферного давления осуществить невозможно, вакуумная электропечь обеспечивает необходимые физико-механические показатели такого типа изделий.

Сущность изобретения заключается в том, что в вакуумной электропечи, содержащей кожух, нагревательную камеру, системы вакуумирования, теплозащитные экраны и нагреватели, кожух печи выполнен в виде металлического рамного каркаса с наружной и внутренней стенками из листовой стали, которые жестко закреплены на рамах каркаса параллельно друг другу, образуя при этом герметичную полость, соединенную с системой вакуумирования. К внутренней стенке кожуха по контуру стенок и стола печи установлена система листовых теплозащитных экранов алюминиевых и стальных, расположенных друг от д друга на расстоянии не более 10 мм и огнеупорных керамических экранов с установленными на них нагревателями. Внутренняя рабочая камера печи соединена с другой системой вакуумирования для откачивания воздуха и отходящих газов из материала изделий при обжиге. Обе вакуумные системы работают самостоятельно, обеспечивая автономный режим работы термоса кожуха и нагревательной камеры печи.

Выполнение кожуха печи в виде термоса, двухслойного рамного каркаса, обеспечивает теплоизоляцию за счет герметизации пространства между стенками, из которого откачивается воздух. Экранная теплоизоляция из ряда экранов, выполненных из материала с малым коэффициентом лучеиспускания, обеспечивает значительное уменьшение аккумулирующей способности футеровки вакуумной печи. Обе вакуумные системы печи работают независимо друг от друга, обеспечивая автономный режим работы термоса кожуха и рабочей камеры печи, из которой откачивается воздух и отходящие газы из материала изделий при обжиге.

Конструкция рамы из поперечных элементов с жестким сочленением в узлах повышает жесткость каркаса кожуха и уменьшает усилия, что в свою очередь обусловливает уменьшение расхода металла, исключает использование дорогостоящих легированных конструкционных сталей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид печи в сечении, на фиг.2 продольное сечение кожуха печи по А-А.

Вакуумная электропечь включает кожух 1 в виде рамного каркаса из поперечных и продольных элементов с жестким их сочленением в узлах и стенок наружной 2 и внутренней 3 в виде обшивки из листовой стали, установленной на каркасе с образованием герметичной полости. По контуру внутренних стенок и свода печи установлена система теплозащитных экранов 4, ряд листовых экранов, расположенных на расстоянии не более 10 мм друг от друга.

Система теплозащитных экранов 4 включает 4 алюминиевых и 4 стальных экрана. По контуру нагревательной камеры размещен огнеупорный керамический экран 5 с установленными на нем нагревателями 6. Пространство между наружной 2 и внутренней 3 стенками кожуха 1 соединено с системой вакуумирования 7.

Нагревательная камера печи 3 снабжена системой вакуумирования 9. Выдвижной под печи выполнен в виде вагонетки 10, снабженной системой теплозащитных и огнеупорных экранов, аналогичных теплоизоляции кожуха вакуумной печи. Вагонетка 10 используется в качестве поддона для загрузки изделий строительной керамики на обжиг в нагревательно камере 3 вакуумной печи. Рамный каркас кожуха 1 вакуумной печи содержит продольные и поперечные элементы 11 с жестким их сочленением в узлах.

Вакуумная электропечь работает следующим образом.

Изделия устанавливают на керамическое, выполненное из мулитокремнеземистого легковеса например, основание вагонетки 10, которую по рельсам вкатывают в нагревательную камеру 8 и закрывают крышкой с торца печи.

Системой вакуумирования 7 откачивают воздух из полости между наружной 2 и внутренней 3 стенками кожуха 1 до давления 10^-2 мм рт.ст. Система вакуумирования 7 снабжена пластинчато-роторным вакуумным насосом производительностью порядка 5 л/сек например, марки НВР-5Д, необходимым количеством вентилей, сильфон-компенсатором, манометрическим преобразователем термопарного вакууметра с диапазоном измерения давления 5·10^-2 - 10^-1 мм рт.ст. например ВТ-3. Воздух из нагревательной камеры 8 откачивают другой системой вакуумирования 9 и соответствий с технологией, в частности, при нагреве и изотермической выдержке. Система вакуумирования 3 также содержит последовательно соединенные с нагревательной камерой 8 необходимые вентили, сильфон-компенсатор, вакуумный механический насос производительностью порядка 20 л/сек, марки НВ3-20 и ловушку для механических примесей. Для измерения вакуума в печи используется аналогичный термопарный вакуумметр типа ЭТ-3. Технический процесс сушки и обжига керамических изделий включает нагрев продолжительностью от 2 до 10 часов, в зависимости от вида и материала изделий, изотермическую вид продолжительностью не более 5 часов и охлаждение продолжительностью не более 12 часов. Максимальная температура термообработки 1300^oС. Технологический впуск воздуха в нагревательную камеру вакуумной печи может быть осуществлен на любыx этапах термообработки. Теплозащитные экраны 4 обеспечивают эффективную теплозащиту от лучеиспускания нагревателей 6, так что при обжиге температура наружной стенки 2 кожуха 1 не превышает 40^oС. При этом огнеупорные керамические экраны по прямоугольному контуру печи обеспечивают электроизоляцию нагревателей от металлического кожуха 1.

Характер работы стальной листовой обшивки наружной 2 и внутренней 3 стенок занимает промежуточное положение между плитой и мембраной, которая испытывает изгибающий момент и oceвoe растяжение и работает как упругая конструкция, усиленная продольными и поперечными элементами 11.

Формула изобретения

1. Вакуумная электропечь, содержащая кожух, нагревательную камеру, системы вакуумирования, теплозащитные экраны и нагреватели, отличающаяся тем, что кожух выполнен в виде металлического рамного каркаса с установленными на нем наружной и внутренней стенками с образованием герметичной полости, соединенной с системой вакуумирования, по контуру внутренних стенок и свода установлена система стальных и алюминиевых теплозащитных экранов, отделенных огнеупорными экранами от нагревательной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2