ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к установкам для высокотемпературной обработки порошковых материалов и может быть использована для изготовления полых микросфер из широкого класса материалов.
Известна высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер, содержащая установленную в корпусе трубчатую рабочую камеру, выполненную из графита и являющуюся одновременно нагревателем. Между корпусом и трубчатым нагревателем расположен теплоизоляционный элемент. К торцам нагревателя подведены токоподводы. Для регистрации температуры в рабочем пространстве предусмотрены термодатчики. (Сб. «Лазерные термоядерные мишени и сверхпрочные микробаллоны.» М. Наука, Труды ФИАН, т.220, стр.10-14)
Известная печь имеет фиксированную длину трубчатой рабочей камеры, что ограничивает возможности в получении микросфер малого и большого диаметра.
Известна также высокотемпературная печь для получения микросфер, состоящая из нескольких модулей, каждый из которых содержит установленные в корпусе трубчатую рабочую камеру из керамики, карборундовые нагреватели, теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателями, термодатчики и токоподводы. (Патент США №4340407 опубл. 20.07.82, МПК СОЗВ 19/10)
Недостатком данной печи является неравномерное распределение температуры по длине рабочей зоны из-за падения температуры в местах соединения модулей, что отрицательно влияет на качество получаемых микросфер. Кроме того, конструкция этой печи, так же как и в аналоге, не
предусматривает изменение длины рабочей зоны, т.е. возможности печи ограничены определенным типоразмером получаемых микросфер.
Задачей полезной модели является существенное расширение функциональных возможностей печей для изготовления полых микросфер.
Технический результат, достигаемый настоящей полезной моделью, заключается в следующем:
- получение качественных микросфер за счет равномерного распределения температуры по длине рабочей зоны печи (получение концентричных микросфер с максимальной равномерностью толщины стенки);
- возможность получения микросфер различной дисперсности из разнообразных материалов (металлы, керамика, полимеры) за счет достижения широкого температурного диапозона в рабочей зоне (от 50 до 2000°С), а также за счет изменения длины рабочей зоны;
- возможность использования исходных веществ в различном агрегатном состоянии (капли растворов или твердые частицы) за счет изменения температуры различных участков рабочей зоны, а также за счет изменения длины этих участков.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в известной высокотемпературной вертикальной печи для получения микросфер, включающей, по меньшей мере, один модуль, содержащий установленные в корпусе трубчатую рабочую камеру, нагреватель, теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем, термодатчики и токоподводы к нагревателю, согласно заявляемой полезной модели, нагреватель выполнен из графита, модуль состоит из одной или более секций, нагреватели которых соединены графитовыми втулками, токоподводы подведены к торцам модуля и соединены с нагревателями графитовыми втулками.
Трубчатая рабочая камера может быть совмещена с нагревателем, а корпус может быть снабжен рубашкой водяного охлаждения. Секции модуля и модули между собой соединены уплотнительными элементами, обеспечивающими герметичность. Печь может состоять из модулей с разным количеством секций.
Выполнение нагревателя из графита позволяет регулировать в широких пределах температуру в рабочем пространстве печи, от 50 до 2000°С.Это позволяет расширить функциональные возможности печи и получать микросферы из широкого класса материалов. Этому же способствует и увеличение длины рабочей зоны (рабочей камеры, нагревателя) за счет выполнения модуля из нескольких секций. Возможность совмещения функций трубчатой рабочей камеры и нагревателя позволяет значительно сэкономить электроэнергитические затраты, т.к. в этом случае происходит непосредственный нагрев рабочего пространства печи.
Соединение секций нагревателей графитовыми втулками позволяет при увеличении длины нагревателя сохранить равномерный нагрев рабочей
камеры по всей длине, т.е. исключить перепады температуры в местах соединения секций. Это позволяет повысить качество микросфер. Подведение токопроводов к торцам модуля и соединение токопровода с нагревателем с помощью графитовых втулок также повышает равномерность нагрева рабочих камер по всей длине, а значит - и качество микросфер.
В случае выполнения печи из нескольких модулей подведение к торцам каждого модуля токопроводов позволяет создавать в каждом из них требуемый температурный режим. Такая организация рабочей зоны позволяет работать с веществами в различном агрегатном состоянии. Верхняя зона - это зона сушки капель растворов и получения твердых частиц основного вещества, нижняя зона - это зона плавления основного вещества и формирования стенки микросфер.
Рубашка водяного охлаждения корпуса, расположенная на его наружной поверхности, позволяет значительно уменьшить теплоизоляционный слой, что уменьшает габариты печи, ее вес и материалоемкость, повышает безопасность эксплуатации печи.
Полезная модель поясняется фиг.1-3, на которых представлены:
фиг.1 - высокотемпературная вертикальная печь, состоящая из односекционного модуля;
фиг.2 - высокотемпературная вертикальная печь, состоящая из двухсекционного модуля;
фиг.3 - пример компоновки высокотемпературной вертикальной печи, состоящей из двух модулей, один из которых односекционный, а другой -двухсекционный.
На фиг.1 высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер состоит из односекционного модуля, где 1 - трубчатая рабочая камера, выполненная из графита, и одновременно является нагревателем; 2 - корпус печи с рубашкой водяного охлаждения; 3 - теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем; 4 - токоподводы; 5 - графитовые втулки для соединения токоподвода с нагревателем; 6 - прижимное кольцо; 7 - уплотнительный элемент; 8 - термодатчик.
На фиг.2 высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер состоит из двухсекционного модуля, где 1 - трубчатая рабочая камера, выполненная из графита и состоящая из двух секций, соединенных между собой графитовой втулкой 9; 2 - корпус печи с рубашкой охлаждения, выполнены из двух секций; 3 - теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем; 4 - токоподводы; 5 - графитовые втулки для соединения токоподвода с нагревателем; 6 - прижимное кольцо; 7 - уплотнительный элемент; 8 - термодатчик.
На фиг.3 представлен вариант выполнения высокотемпературной вертикальной печи, состоящей из двух модулей M1 и М2.
Модуль M1 - односекционный (секция С)
Модуль М2 - двухсекционный (секции С+С)
В зависимости от поставленной задачи возможны различные компоновки печи.
При подаче напряжения на токоподводы 4 возникает электрическая цепь, включающая графитовые втулки 5, поджатые кольцом 6, и нагреватель 1. При прохождении электрического тока через нагреватель 1, происходит его разогрев до заданной температуры (включая 2000°С). Теплоизоляционный элемент 3, установленный между нагревателем 1 и корпусом 2, служит для стабилизации температуры в рабочей камере, которая регистрируется термодатчиком 8. Корпус выполнен с рубашкой водяного охлаждения, что позволяет выполнить теплоизоляционный слой 3 минимально достаточной толщины, что значительно уменьшает габариты, вес и металлоемкость печи. Кроме того, выполнение рубашки водяного охлаждения с внешней стороны корпуса 2 повышает безопасность эксплуатации печи, предохраняя персонал от ожогов.
В качестве рабочей среды в печи применяется инертный газ или вакуум, в связи с чем корпус 2 должен быть герметичным, что обеспечивается уплотнительным элементом 7.
Для изготовления микросфер большого диаметра (до 2 мм) необходимо увеличить время нахождения исходной шихты в рабочей камере 1 высокотемпературной вертикальной печи. Это может быть достигнуто за счет увеличения длины рабочей камеры, что обеспечивается применением многосекционного модуля, где нагреватели секций соединены графитовыми втулками 9. (фиг.2)
Длина рабочей зоны печи может быть увеличена за счет компоновки модулей с различным числом секций, например, как на фиг.3.
Заявляемая высокотемпературная вертикальная печь позволяет получать микросферы из различных материалов (стекла, полимеры, керамика) дисперсностью от 20 до 2000 мкм и плотностью 0,03-1,2 г/см.