Нагревательное устройство

 

Союз Советских

Социалистических республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С 21 0 1/46

С 21 0 9/58

Государственный квинтет

СССР но делам нзв4ретен и н открытнМ

Опубликовано 23.01 82. Бюллетень Рй 3

Датп опубликования описания 25.01,.82 (53)УДК 621. .365-44 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.Д. Малей и Л.С. Малей

Всесоюзный научно-исследовательский и проектнотехнологический институт электроугольных изделий

{7!) Заявитель (54) НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электро-. термическим установкам и может быть использовано в технологии получения углеродных волокнистых материалов по непрерывной схеме.

Известно нагревательное устройство, состоящее из печи и двух герметичных камер, в которых расположены питающий и приемный механизмы 1) .

Недостатком устройства является быстрый выход из строя нагревательных элементов из-за их электрической эрозии и сублимации, а также необходимость защиты рабочего канала и обрабатываемого материала инертным газом.

Известно нагревательное устройство, содержащее ванну, заполненную расплавом металла и разделенную, по крайней мере, одной перегородкой со

М сквозным каналом, направляющие элементы для перемещения волокнистого материала, нагревательный элемент для нагрева расплава, токоподводы и протяжное устройство. Сверху ванна закрыта защитным кожухом, в котором смонтированы патрубки для подвода защитного газа и отвода выделяющихся летучих продуктов. Нагревательные элементы, обеспечивающие расплавение металлов типа олова, висмута, сурьмы и нагрев расплава до 900-2000оС, смонтированы в керамическом корпусе ванны. В качестве теплоносителя в устройстве могут быть использованы расплавы солей или окислов.

Недостатком известного устройства является невысокая температура нагрева расплава, что обусловлено возможностями нагревательных элементов и корпуса ванны, через который осуществляется нагрев.

Известно также нагревательное устройство, содержащее ванну с расплавом, боковые стенки которой выполнены с утолщением и направлены навстречу друг другу, изоляционную пластину, уложенную на днище ванны в сужен899680 ной зоне, электроды, расположенные в торцовых стенках ванны.

За счет увеличения плотности тока в центральной зоне устройство обеспечивает возможность нагрева загру- 5 жаемых сверху изделий до 3500-4000 С при относительно невысокой температуре в зоне расположения токоподводов. В качестве огнеупорной теплоизоляции днища ванны-корпуса могут быть 1Е использованы различные материалы карбиды, углерод и т.д.

Недостатком этого устройства являются ограниченные возможности регулирования электрического сопротивления 1у зоны нагрева, высокие пусковые токи при использовании в качестве тепловыделяющего элемента металла, а также потери тепла зеркалом ванны и испарение расплава при высоких температурах.

Цель изобретения — регулирование электрического сопротивления нагревателя, снижение пусковых токов.

Поставленная цель достигается тем, д что нагревательное устройство, содержащее ванну с расплавом, боковые стенки которой выполнены с утолщениями, направленными навстречу друг другу, изоляционную пластину, уложен- щ ную на днище ванны в суженной зоне, электроды, расположенные в торцовых стенках ванны, снабжено установленной в суженной зоне ванны перегородкой, нижняя часть которой выполнена огнеупорно-изоляционной, при этом сама перегородка имеет возможность вертикального перемещения, а также тем, что огнеупорная изоляция выполнена из электропроводного материала с высоким электрическим сопротивлением. Электропроводный материал вы-! полнен либо из графита, либо из пенококса, либо углеродного .войлока, либо из углеродной ткани.

На фиг. 1 показано устройство в продольном вертикальном разрезе; на фиг. 2 — вариант устройства, горизонтальный разрез.

Устройство содержит керамический корпус-ванну 1, разделенную на два

Я отсека подвижной перегородкой 2, оборудованной направляющими роликами 3, в корпусе-ванне 1 установлены электроды 4. Нижний край перегородки 2 обт лицован электропроводной огнеупорной изоляцией 5. Расположенный под ней участок дна ванны также облицован огнеупорной изоляцией 6. Ванна запол нена жидким электропроводным расплавом 7, через который пропущен обрабатываемый волокнистый материал 8. В других вариантах устройства предусмотрена система охлаждения электродов ,и корпуса, а также верхний герметизирующий кожух (как и механизм привода протяжного устройства, укаэанные элементы на чертеже не показаны). Возможна установка последовательно нескольких перегородок с различным зазором между изоляцией.

Устройство работает следующим образом.

В ванну 1 заливают электропроводный расплав окислов металла, например олова, алюминия или сплавов. На направляющие ролики 3 снизу подводят отрезок углеродного графитированного шнура или ленты. Один конец отрезка соединяют с содержащимся в питателе (не показан) исходным волокнистым материалом — термоокисленным, частично или полностью карбонизованным.

Другой конец отрезка закрепляют в протяжном механизме. Вместе с отрезком обрабатываемого материала 8 перегородку 2 опускают в ванну 1 и регулируют зазор между огнеупорной изоляцией 5 и 6 до образования необходимого сопротивления суженного сечения расплава. Включают привод механизма перемещения обрабатываемого ма" териала 8 и подают электрическое напряжение на электроды 4. Регулируя положение перегородки 2 или величину электрического сопротивления, разогревают суженную часть расплава 7 между изоляциями 5 и 6 до требуемой температуры, например 2500 С и осуо ществляют непрерывную термообработку волокнистого материала 8.

В рабочем режиме при необходимости включают охлаждение электродов 4 и регулируют температуру расплава в широкой части ванны. В случае значительного окисления поверхности ванны, не закрытой перегородкой 2, на нее насыпают порошок натурального графита толщиной 5"10 мм или закрывают устройство защитным кожухом, под который подают инертный газ.

При прохождении тока через расплав 7 в его суженном сечении развиваются высокие температуры вплоть до температур кипения расплава и его испарения. Пары окислов металла отсекаются и направляются перегородкой 2 в зону низких температур под ее гори899680 формула изобретения

13

1. Нагревательное устройство, содержащее ванну с расплавом, боковые стенки которой выполнены с утолщениями, направленными навстречу друг другу, изоляционную пластину, уложен" ную на днище ванны в суженной зоне, электроды, расположенные в торцовых стенках ванны, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью регулирования электрического сопротивления нагревателя, оно снабжено установленной в суженной зоне ванны перегородкой, нижняя часть которой выполнена огнеупорно-изоляционной, при этом сама зонтальной частью, где они конденсируются без потерь и окисления. Анало" гичным образом выбрасываются выделяющиеся при термообработке волокнистого материала летучие продукты. Бла" годаря этому конструктивному признаку устройство позволяет вести обработку волокнистых материалов косвенным нагревом при температурах стойкости углерода без больших потерь расплава и тепла.

Ввиду большого электрического сопротивления обрабатываемого волокнистого материала 8 и огнеупорной изоляции 5 и 6, включенных в электрическую цепь устройства параллельно с расплавом, протекающие через них токи не велики и не вызывают электрической эрозии волокна, что является важным показателем качества получаемых на устройстве продуктов.

По завершении процесса термообработки отключают электрическое напряжение, опускают перегородку 2 в крайнее положение до смыкания огнеупорной изоляции 5 и 6 и охлаждают.

При последующем пуске подают на электроды 4 рабочее напряжение. Ввиду последовательного включения в электрическую цепь электропроводной огнеупорной изоляции, имеющей большое сопротивление, малым током разогревают изоляцию 5 и 6 до температуры плавления близлежащего окисла металла, электрическое сопротивление которого при нагреве возрастает на 23 порядка. После расплавления окислов металла подымают перегородку 2 с направляющими роликами, осуществляют заправку устройства обрабатываемым материалом, устанавливают перегородку 2 в требуемое положение и осуществляют процесс.

В зависимости от требуемого уровня температуры обработки и допустимой температуры поверхности расплава в зонах входа и выхода обрабатываемого материала следует изменять тип расплава. Наиболее универсальным является олово.

Возможно также применение двух или более отличающихся плотностью и не смешивающихся окислов металлов с размещением легкоплавкого металла с меньшей плотностью в верхней широкой части ванны.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в следующем:

tS

2S

3S

10 б

1. Наличие перемещаемой перегородки, нижняя часть которой облицована электропроводным высокоомным материалом на основе углерода, позволяет использовать последний в качестве встроенного внутреннего нагревателя при расплавлении окислов металла, а далее - в качестве эффективной, не смачиваемой расплавом, тепловой изоляции. В результате снижаются тепловые потери высокотемпературной зоны, упрощается электрическая аппаратура.

2. Изменение сечения расплава с помощью перемещения перегородки позволяет дополнительно регулировать температуру обработки материала при постоянном направлении.

3. Перекрытие перегородкой зеркала ванны не только в суженной части, но и в широкой, позволяет обеспечить конденсацию паров дсплава в менее нагретой части ванны и предотвратить его потери.

Косвенный нагрев обрабатываемого углеродного волокна вплоть до температур графитации при гидростатическом обжатии его расплавом позволяет избежать электрической эрозии и перегрева отдельных моноволокон и нитей, а также совместить процессы карбонизации и графитации в одном процессе и аппарате.

5. Ввиду высокой теплопроводности расплава устройство имеет малую тепловую инерцию.

6. При монтаже в ванне несколько перегородок обеспечивается возможностью непрерывного многозонного нагрева.

Предлагаемое устройство надежно в работе.

899680

30 перегородка имеет возможность вертикального перемещения.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения пусковых токов, огнеупорная изоляция выполнена из электропроводного материала с высоким электрическим сопротивлением.

3. Устройство по и. 2, о т л и — tO ч а ю щ е е с я тем, что материал с высоким электросопротивлением выполнен из графита.

4. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что материал с 1S высоким электрическим сопротивлением выполнен из пенококса.

5. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что материал с высоким электросопротивлением выполнен из углеродного войлока.

6. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что материал с высоким электросопротивлением выполнен из углеродной ткани.

Источники информации, о поринятые во внимание при экспертизе

1. Патент СЫА Ю 3367640, кл. 263-3, 1966.

2. Патент Франции Ю 1420105, кл. D 06 М, 1965.

3. Кузмин M.À. Расчет и конструирование безынерционных печей. М,, Иашгиз, 1961, с. 212.

899680

Заказ 12090/36

Тираж 586 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретерий и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Марковский

Редактор В. Данко Техред Е.Харитончик Корректор Ю. Макаренко