Электрическая печь

 

Изобретение относится к термообработке изделий. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и улучшение качества термообработки. В электрической печи для вакуумного отжига система подводки электропитания выполнена в виде верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода, подпружиненного для контактирования с нагревательным элементом и соответствующей первой электрической шиной, и нижнего охлаждаемого токоввода, роль которого выполняют под и нижняя съемная крышка, имеющая контакт со второй электрической шиной, а нагревательный элемент выполнен в виде полого цилиндра, нижняя внутренняя часть которого имеет конусообразную фаску для контактирования с верхней внешней поверхностью пода, имеющей аналогичную конусообразную фаску и выемку для фиксации теплоизолирующей цилиндрической подставки, расположенной внутри нагревательного элемента, причем на ней установлен трубчатый тракт вывода паров и внутри него стаканообразный контейнер для размещения изделий для отжига. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области термообработки изделий, в частности к электропечам сопротивления для вакуумного отжига керамических и металлокерамических изделий в регулируемых газовых средах.

Известна керамическая печь, содержащая футерованную рабочую камеру с подом, размещенные в ее рабочем объеме нагреватели и контейнер из огнеупорного материала со съемной крышкой с отверстием переменного сечения и газоотводящей трубкой, переходящей через свод печи и подсоединенную к днищу контейнера (см. патент РФ 2012842, кл. А 27 В 3/08 от 21.05.90 г.).

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, в частности использование устройства лишь для температуры, не превышающей 1500^oС из-за применения электронагревателей используемого типа.

Кроме того, кпд известного устройства относительно невысок, а использование группы нагревательных элементов не обеспечивает равномерного прогрева загрузки.

Кроме того, отсутствует возможность разделения в объеме печи конденсируемых и неконденсируемых выделяющихся компонентов.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству является электрическая печь для вакуумного отжига, содержащая цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, средство обеспечения подачи и циркуляции газа, патрубок откачки и под, установленный на нижней съемной крышке (см. пат. РФ 2051323, кл. F 27 B 3/10 от 25.12.91г.).

Однако и это известное устройство также имеет ограниченные функциональные возможности по температурному диапазону работы.

Кроме того, конструкция известного устройства отличается относительной сложностью выполнения и требует подбора нагревательных элементов по идентичному омическому сопротивлению для исключения неравномерного нагрева по объему нагрузки.

При этом в известном устройстве отсутствует система разделения конденсируемых и неконденсируемых компонентов.

Все это ограничивает качество термообработки.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет увеличения максимальной температуры термообработки, увеличения степени очистки удаляемых компонентов и равномерного нагрева загрузки для улучшения качества термообработки.

Кроме того, сопутствующим техническим результатом является дифференцированная конденсация удаляемых компонентов.

Достигается это тем, что в электрической печи для вакуумного отжига, содержащей цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, средство обеспечения подачи и циркуляции газа, патрубок откачки и под, установленный внутри на нижней съемной крышке, согласно изобретению система подводки электропитания выполнена в виде верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода, подпружиненного для контактирования с нагревательным элементом и соответствующей первой электрической шиной, и нижнего охлаждаемого токоввода, роль которого выполняют под и нижняя съемная крышка, имеющая контакт со второй электрической шиной, а нагревательный элемент выполнен в виде полого цилиндра, нижняя внутренняя часть которого имеет конусообразную фаску для контактирования с верхней внешней поверхностью пода, имеющей аналогичную конусообразную фаску и выемку для фиксации теплоизолирующей цилиндрической подставки, расположенной с зазором внутри нижней части нагревательного элемента, на верхнем торце теплоизолирующей цилиндрической подставки установлены трубчатый тракт вывода паров и внутри него соосно с зазором стаканообразный контейнер для размещения изделий для отжига, верхняя торцевая поверхность нагревательного элемента расположена ниже нижней поверхности верхней крышки и контактирует с нижней торцевой поверхностью верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода, внутри которого соосно разделенный с ним цилиндрическим изолятором расположен с возможностью вертикального перемещения водоохлаждаемый узел сбора конденсируемых компонентов, при этом в верхней части нагревательного элемента расположено отверстие для вывода газовых компонентов, а корпус и каждая съемная крышка выполнены по меньшей мере с одной полостью для водоохлаждения, кроме того, водоохлаждаемый узел сбора конденсируемых компонентов выполнен в виде трубки Фильда, а в боковой поверхности корпуса выполнено смотровое окно под измерительный прибор для замера температуры на поверхности нагревательного элемента, причем внутренняя теплоизоляция выполнена из углеродистого композиционного материала, а также под и нагревательный элемент выполнены из плотного анизотропного или изотропного графитового материала, а теплоизолирующая цилиндрическая подставка выполнена из пористого графитового материала.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение предлагаемого устройства вышеописанным образом позволяет обеспечить расширение функциональных возможностей за счет увеличения температурного интервала до +2500^oС, а также улучшить качество термообработки за счет увеличения степени очистки удаляемых компонентов и равномерного прогрева загрузки.

Сравнение предлагаемого устройства с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие отличительных признаков в аналогах говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень". Предварительные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования.

На чертеже представлена конструкция предлагаемой электрической печи.

Электрическая печь для вакуумного отжига содержит цилиндрический корпус 1 с внутренней теплоизоляцией 2 и двумя съемными крышками 3 и 4, верхней и нижней соответственно, нагревательный элемент 5 с системой подводки электропитания, средство подачи и циркуляции газа в виде входного и выходного патрубков 6 и 7 соответственно, патрубок 8 откачки и под 9, установленный на нижней съемной крышке 4.

Корпус 1 и каждая съемная крышка 3 и 4 выполнены по крайней мере с одной полостью для обеспечения водоохлаждения. Возможен вариант выполнения устройства с несколькими рубашками охлаждения как на корпусе, так и на крышках.

Система подводки электропитания выполнена в виде верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода 10, подпружиненного для контактирования с нагревательным элементом 5 и соответствующей первой электрической шиной 11, и нижнего охлаждаемого токоввода, роль которого выполняют под 9 и нижняя съемная крышка 4. Крышка 4 имеет контакт с подом и со второй электрической шиной 12.

Узел подпружинивания токоввода 10 (не показан), так как может быть выполнен стандартным с использованием пружины и винта регулирования.

Нагревательный элемент 5 выполнен в виде полого цилиндра, нижняя внутренняя часть которого имеет конусообразную фаску для контактирования с верхней внешней поверхностью пода 9, имеющей аналогичную конусообразную фаску и выемку для фиксации теплоизолирующей цилиндрической подставки 13, расположенной с зазором внутри нижней части нагревательного элемента 5.

Верхняя торцевая поверхность нагревательного элемента 5 расположена ниже нижней поверхности верхней крышки 3 и контактирует с нижней торцевой поверхностью верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода 10, внутри которого соосно разделенный с ним цилиндрическим изолятором 16 расположен водоохлаждаемый узел 17 сбора конденсируемых компонентов с возможностью вертикального перемещения.

В верхней части нагревательного элемента 5 расположено отверстие 18 для вывода газовых компонентов.

Водоохлаждаемый узел 17 сбора конденсируемых компонентов может быть выполнен в виде трубки Фильда.

В боковой поверхности корпуса 1 выполнено смотровое окно 19 под измерительный прибор для замера температуры на поверхности нагревательного элемента 5.

Внутренняя теплоизоляция 2 может быть выполнена из углеродистого композиционного материала.

Под 9 и нагревательный элемент 5 могут быть выполнены из плотного анизотропного или изотропного графитового материала.

Теплоизолирующая цилиндрическая подставка 13 может быть выполнена из пористого графитового материала.

Внутренний объем, образованный подом 9, электронагревательным элементом 5 и цилиндрическим токовводом 10, сообщается с вакуумной системой через отверстие 18.

Работа на электрической печи производится в следующей последовательности.

Вначале освобождается верхняя крышка 3 от гаечного крепления с корпусом 1 печи и вместе с установленными на ней верхним охлаждаемым цилиндрическим токовводом 10 и водоохлаждаемым узлом 17 отводится в сторону. В рабочее пространство нагревательного элемента 5 помещают стаканообразный контейнер 15 дном вниз с изделиями (материалом) и трубчатый тракт 14 вывода паров. Устанавливают верхнюю съемную крышку 3 в исходное положение и закрепляют ее гайками. При помощи вакуумной системы, включающей насосы типа НВБМ-160 и АВЗ-30, создают необходимое разрежение в объеме печи. При достижении необходимого вакуума в полости охлаждения корпуса 1 и крышек 3 и 4 подается вода от водораспределителя и включается электропитание нагревательного элемента 5 электрической печи от трансформаторов типа ОСУ 100/0,5А через шинный трансформатор тока ТНШЛ-0,66/0,5. Проводят термообработку изделий (материала) по заданной программе, регулируемой микропроцессором типа "Протар-100", или протермами необходимой модификации (не показаны). При температурах +1500-+2500^oС температуру на нагревательном элементе 5 контролируют оптическим пирометром через смотровое окно 19.

В процессе нагрева загрузка, расположенная в контейнере 15, выдерживается при заданной температуре для обеспечения объемного прогрева и удаления технологических примесей.

В процессе нагрева до высоких температур порядка +2500^oС в результате термического расширения увеличиваются размеры нагревательного элемента 5 и в нем начинают возникать деформационные напряжения, которые могут привести к разрушению. Для компенсации этого использован узел подпружинивания, который позволяет перемещаться верхнему охлаждаемому токовводу 10 без потери электрического контакта.

Удаляемые технологические примеси в виде паров и газовых компонентов из контейнера 15 по трубчатому тракту 14 вывода паров подводятся к контактной поверхности водоохлаждаемого узла 17, где осаждаются конденсируемые компоненты в виде твердого осадка. Газообразные компоненты удаляются через отверстия 18 вывода и патрубок 8 откачки в систему газопоглощения. Процесс заканчивают после окончания выделения газов, что фиксируется по степени увеличения разрежения в объеме печи вакуумметром.

После окончания процесса отключают электропитание и печь охлаждают до комнатной температуры, отключают вакуумную систему, поднимают верхнюю крышку 3, очищают водоохлаждаемый узел 17 от дистелируемого компонента, после чего электропечь подготовлена к дальнейшему использованию.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается поставленный технический результат.

Функциональные возможности предлагаемой электрической печи значительно расширены как по температурному диапазону, так и по степени разрежения, определяющей степень очистки удаляемых компонентов. Кроме того, обеспечивается равномерный нагрев загрузки, определяющий улучшенные качества термообработки.

Формула изобретения

1. Электрическая печь для вакуумного отжига, содержащая цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, средство обеспечения подачи и циркуляции газа, патрубок откачки и под, установленный внутри на нижней съемной крышке, отличающаяся тем, что она снабжена теплоизолирующей цилиндрической подставкой с трубчатым трактом вывода паров, система подводки электропитания выполнена в виде верхнего охлаждаемого цилиндрического токоввода, подпружиненного для контактирования его нижней торцевой поверхности с верхним торцом нагревательного элемента и первой электрической шиной, и нижнего токоввода в виде пода и нижней съемной крышки, имеющей контакт со второй электрической шиной, нагревательный элемент выполнен в виде полого цилиндра, нижняя внутренняя часть которого имеет конусообразную фаску для контактирования с верхней внешней поверхностью пода, имеющей соответствующую конусообразную фаску и выемку для фиксации теплоизолирующей цилиндрической подставки, расположенной с зазором внутри нижней части нагревательного элемента, на верхнем торце теплоизолирующей цилиндрической подставки установлены трубчатый тракт вывода паров и внутри него соосно с зазором стаканообразный контейнер для размещения изделий для отжига, при этом верхняя торцевая поверхность нагревательного элемента расположена ниже нижней поверхности верхней крышки, внутри верхнего цилиндрического токоввода соосно разделенный с ним цилиндрическим изолятором расположен с возможностью вертикального перемещения водоохлаждаемый узел для сбора конденсируемых компонентов, в верхней части нагревательного элемента выполнено отверстие для вывода газовых компонентов, а корпус и каждая крышка выполнены по крайней мере с одной полостью водяного охлаждения.

2. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что водоохлаждаемый узел сбора конденсируемых компонентов выполнен в виде трубки Фильда.

3. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что в боковой поверхности корпуса выполнено смотровое окно под измерительный прибор для замера температуры на поверхности нагревательного элемента.

4. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя теплоизоляция выполнена из углеродистого композиционного материала.

5. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что под и нагревательный элемент выполнены из плотного анизотропного или изотропного графитового материала.

6. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что теплоизолирующая цилиндрическая подставка выполнена из пористого графитового материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1