Электрическая печь

Изобретение относится к области металлургии. Электрическая печь для вакуумного отжига содержит водоохлаждаемый цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными водоохлаждаемыми крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, устройство размещения объектов для отжига и вывода паров, водоохлаждаемый узел для сбора конденсируемых компонентов, патрубок откачки. Нагревательный элемент выполнен "бочкообразной" формы. Устройство размещения объектов для отжига и вывода паров выполнено из набора тарельчатых элементов с центральным отверстием в днище и вертикальными наружными стенками с посадочными выступами. Патрубок откачки выполнен водоохлаждаемым с емкостью для сбора конденсированной влаги и соединен с последовательно расположенными адсорбционными колонками. Внутренний объем колонок заполнен материалом с селективной адсорбцией неконденсируемых газовых компонентов. При использовании изобретения повышается качество термообработки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области термообработки изделий, в частности к электропечам сопротивления для отжига тугоплавких материалов в регулируемых газовых средах.

Известна 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 (RU 2051323, кл. F 27 В 3/10 от 25.12.91 г.).

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности по температурному диапазону эксплуатации и относительно сложное выполнение, требующее подбора нагревательных элементов по идентичному омическому сопротивлению для исключения неравномерного прогрева по объему загрузки. При этом в известном устройстве отсутствует система разделения конденсируемых и неконденсируемых компонентов. Указанные недостатки ограничивают качество термообработки.

По технической сущности наиболее близким к предложенному устройству - прототипом является электрическая печь, содержащая водоохлаждаемый цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными водоохлаждаемыми крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, внутри которого на теплоизолирующей подставке установлено устройство размещения объектов для отжига и вывода паров на конденсатор, расположенный внутри верхнего водоохлаждаемого цилиндрического токоввода, средство обеспечения подачи и циркуляции газа, патрубок откачки и под, установленный внутри на нижней съемной крышке, выполняющей одновременно функцию нижнего токоввода (RU 2208208, 10.07.2003 г.).

Недостатком известного устройства является ограничение функциональных возможностей при термообработке фрагментарных или порошкообразных объектов, например руд, вследствие того, что столб цилиндрической загрузки затрудняет выход паров и газовых компонентов и при их накоплении возникает "псевдоожиженное" состояние, приводящее к выбросу части загрузки в объем печи. Вследствие этого необходимо при идентичной загрузке увеличивать диаметр цилиндрического контейнера и размеры нагревателя, которые ведут к увеличению объемных размеров печи и увеличению энергоемкости для достижения заданных температур обжига.

При этом в известном устройстве отсутствует система селективного поглощения экологически опасных неконденсируемых газовых компонентов.

Все это ограничивает качество термообработки.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет конструкции нагревательного элемента, устройства размещения объектов для отжига и вывода паров на конденсатор, тракта вывода неконденсируемых газовых компонентов.

Кроме того, сопутствующим техническим эффектом является экологическая защита окружающей среды.

Достигается это тем, что в электрической печи для вакуумного отжига, содержащей цилиндрический водоохлаждаемый корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя водоохлаждаемыми съемными крышками, нагревательный элемент с верхней и нижней системой подводки электропитания, внутри которого на теплоизолирующей подставке установлено устройство размещения объектов для отжига и вывода паров на конденсатор, водоохлаждаемый узел для сбора конденсируемых компонентов, расположенный внутри верхнего, водоохлаждаемого, цилиндрического токоввода, средство обеспечения подачи и циркуляции газа, патрубок откачки и под, установленный внутри на нижней съемной крышке, выполняющей одновременно функцию нижнего токоввода, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен бочкообразной формы с утолщением по наружному диаметру, устройство размещения объектов для отжига и вывода паров выполнено из набора тарельчатых элементов с центральными отверстиями в днище и вертикальными наружными стенками, имеющими посадочные выступы, внутри сборки соосно с вертикальными стенками выполнен перфорированный цилиндрический газовый тракт, с открытым выходом на узел сбора конденсируемых компонентов, патрубок откачки выполнен водоохлаждаемым с емкостью для сбора конденсируемой влаги и соединен с последовательно расположенными адсорбционными колонками, внутренний объем которых заполнен материалом с селективной адсорбцией неконденсируемых газовых компонентов.

Сущность технического решения заключается в том, что выполнение предлагаемого устройства вышеописанным образом позволяет обеспечить расширение функциональных возможностей за счет конструктивных особенностей нагревательного элемента, так как при идентичных электрических параметрах питающих устройств на данном типе нагревательного элемента возможно получить температуру ˜2800-3000°С, улучшить качество термообработки за счет интенсификации процессов в кипящем слое на тарельчатых элементах, увеличить степень очистки удаляемых компонентов за счет селективного поглощения неконденсируемых компонентов и предотвратить загрязнение окружающей среды.

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

На чертеже представлена конструкция предлагаемой электрической печи.

Электрическая печь для вакуумного отжига содержит водоохлаждаемый цилиндрический корпус 1 с внутренней теплоизоляцией 2 и двумя водоохлаждаемыми съемными крышками 3 и 4, верхней и нижней соответственно, нагревательный элемент 5 с системой подводки электропитания 6 и 7, верхняя и нижняя соответственно, теплоизолирующую подставку 8, устройство размещения объектов для отжига и вывода паров 9, водоохлаждаемый узел 10 для сбора конденсируемых компонентов, верхний, водоохлаждаемый, цилиндрический токоввод 11, средство подачи и циркуляции газа в виде входного 12 и выходного 13 патрубков, патрубок 14 откачки, под 15, установленный на нижней крышке (токовводе) 4, адсорбционные колонки 16.

Нагревательный элемент 5 выполнен бочкообразной формы с утолщением 17 по наружному диаметру и имеет отверстия 18 для вывода газовых компонентов.

Устройство размещения объектов для отжига и вывода паров 9 выполнено из набора тарельчатых элементов 19, содержащих вертикальные наружные стенки 20, посадочные выступы 21 и центральные отверстия 22 в днище тарельчатого элемента.

Перфорированный газовый тракт 23 выполнен в виде трубчатого элемента с диаметрально расположенными отверстиями 24 в каждом тарельчатом элементе, которые размещены перед днищем последующего тарельчатого элемента 19, и имеет открытый выход 25 на узел 10 сбора конденсируемых компонентов.

Патрубок откачки 14 выполнен водоохлаждаемым с емкостью 26 для сбора конденсированной влаги.

Адсорбционные колонки 16 могут быть выполнены с порошкообразным адсорбентом 27 или пористыми газопроницаемыми элементами 28.

Работа на электрической печи производится в следующей последовательности.

Вначале освобождается верхняя крышка 3 от корпуса 1 печи при помощи гидравлического подъемника (не показан) и вместе с установленными на ней верхним водоохлаждаемым цилиндрическим токовводом 11 и водоохлаждаемым узлом 10 для сбора конденсируемых компонентов отводится в сторону.

На нижнем тарельчатом элементе 19 закрепляют при помощи резьбы перфорированный газовый тракт 23, заполняют материалом тарельчатый элемент и по скользящей посадке на него помещают следующий тарельчатый элемент 19, заполненный обрабатываемым материалом до уровня отверстий 24 и так далее до полной сборки расчетного количества тарельчатых элементов 19.

После полной сборки устройства размещения объектов для отжига и вывода паров 9 его помещают на изолирующую подставку 8. Устанавливают верхнюю съемную крышку 3 в исходное положение, регулируют контакт цилиндрического токоввода 11 с нагревательным элементом 5 и закрепляют крышку гайками. При помощи вакуумной системы, включающей насосы типа НВ5М-160 и АВ3-30, создают необходимое разрежение в объеме печи. При достижении необходимого вакуума в полости охлаждения корпуса 1, крышек 3 и 4, цилиндрического токоввода 11 и водохлаждаемого узла 10 подается вода от водораспределителя и включается электропитание нагревательного элемента 5, через систему подводки 6 и 7 от трансформаторов типа ОСЦ 100/05 А через шинный трансформатор тока типа ТНШЛ - 0,66/0,5.

Термообработку материала проводят по заданной программе, регулируемой микропроцессором типа "Протар-100" или протермами необходимой модификации (не показаны).

В процессе нагрева расположенные в тарельчатых элементах 19 объекты термообработки выдерживаются при заданной температуре для обеспечения выравнивания температуры по высоте устройства 9 и полноты удаления необходимых компонентов.

В результате нагрева до температур ˜2500-2800°С за счет коэффициента термического расширения материала нагревательного элемента 5 могут возникать деформационные напряжения, которые могут привести к разрушению. Эти напряжения компенсируются узлом подпружинивания, который позволяет перемещаться в вертикальном направлении верхнему, водоохлаждаемому, кольцевому токовводу 11 без потери электрического контакта.

Удаляемые компоненты в виде паров и газовых составляющих из тарельчатых элементов 19 через отверстия 24 поступают в газовый тракт 23 и через открытый выход 25 поступают на водоохлаждаемый узел 10 для сбора конденсируемых компонентов. Газообразные неконденсируемые компоненты удаляются через отверстия 18 нагревательного элемента 5 и патрубок 14 в адсорбционные колонки 16.

Фрагментарные и порошкообразные объекты в результате технологической подготовки и развитой удельной поверхности содержат значительные количества адсорбированной влаги. Чтобы пары воды не приводили к деградации материала адсорбирующих колонок, их конденсируют в водоохлаждаемом патрубке 14 и накапливают в емкости 26, из которой периодически удаляют через вакуумные затворы. Газовые компоненты поступают в адсорбционные колонки, где избирательно поглощаются в зависимости от ионного радиуса атома газа.

Процесс прекращают после окончания выделения паров и газов, что фиксируется по степени увеличения разряжения в объеме печи вакууметром или газоанализатором на выходе из адсорбционных колонок.

После окончания процесса отключают электропитание и загрузку охлаждают до комнатной температуры, отключают вакуумную систему, поднимают верхнюю крышку 3, извлекают устройство размещения объектов для отжига и вывода паров 9, очищают водоохлаждаемый узел 10 от дисцилируемого компонента. В случае необходимости удаляют адсорбент с экологически опасными компонентами и отправляют его на захоронение. Адсорбент с экологически чистыми компонентами отправляют на регенерацию с последующим использованием. После необходимой замены адсорбентов 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 возможности термообработки материалов в порошкообразном состоянии путем использования схемы загрузки объектов для отжига, трактов удаления газообразных и парообразных компонентов и защиты окружающей среды, селективной адсорбции экологически опасных компонентов. Кроме того, обеспечивается изотермический нагрев загрузки, определяющий улучшение качества термообработки.

1. Электрическая печь для вакуумного отжига, содержащая водоохлаждаемый цилиндрический корпус с внутренней теплоизоляцией и двумя съемными водоохлаждаемыми крышками, нагревательный элемент с системой подводки электропитания, теплоизолирующую подставку, устройство размещения объектов для отжига и вывода паров, водоохлаждаемый узел для сбора конденсируемых компонентов, верхний водоохлаждаемый цилиндрический токоввод, средство подачи и циркуляции газа, патрубок откачки, под, установленный на нижней крышке, - нижний токоввод, отличающаяся тем, что нагревательный элемент выполнен "бочкообразной" формы, с утолщением по наружному диаметру, устройство размещения объектов для отжига и вывода паров выполнено из набора тарельчатых элементов с центральным отверстием в днище и вертикальными наружными стенками с посадочными выступами, внутри сборки соосно с вертикальными стенками выполнен перфорированный газовый тракт с открытым выходом на узел сбора конденсируемых компонентов, патрубок откачки выполнен водоохлаждаемым с емкостью для сбора конденсированной влаги и соединен с последовательно расположенными адсорбционными колонками, внутренний объем которых заполнен материалом с селективной адсорбцией неконденсируемых газовых компонентов.

2. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что адсорбционные колонки выполнены с порошкообразным адсорбентом.

3. Электрическая печь по п.1, отличающаяся тем, что адсорбционные колонки выполнены с пористыми газопроницаемыми адсорбционными элементами.