Свод высокотемпературной печи

Полезная модель относится к конструкции высокотемпературных печей и может быть использована в устройствах высокотемпературной обработки материалов, в частности в установках спекания таблетированного ядерного топлива, в частности в установках спекания таблетированного ядерного топлива из нитрида урана.
В промышленности используются высокотемпературные печи с теплоизолирующей футеровкой из оксида циркония, поскольку оксид циркония совмещает в себе свойства рекордной среди керамических материалов термостойкости, химической стойкости и низкой теплопроводности. Низкая теплопроводность позволяет обеспечивать сравнительно низкие значения мощности электрообогрева и минимизировать внешние размеры печи.
Известна высокотемпературная печь с теплоизолирующей футеровкой из оксида циркония арочной конструкции (небольших размеров), работоспособная при температуре 2000°С и выше [US 2916535 «Ultra-high-temperature furnace», опубл. 12.08.1959]. Недостатком данной печи является то, что такая конструкция работоспособна либо при небольших размерах, а при увеличении пролета арки из-за существенной высокотемпературной текучести диоксида циркония будет неработоспособна, либо потребует увеличения высоты (в четыре раза при увеличении пролета в два раза), что приводит к неприемлемому увеличению высоты арки. Данный недостаток обусловлен тем, что в арочной конструкции напряжение в материале растет пропорционально квадрату пролета арки и обратно пропорционально стреле (высоте) арки. Данная конструкция выбрана за прототип.
Технической проблемой является быстрое разрушение свода высокотемпературной печи под собственным весом при увеличении рабочего объема вследствие недостаточности прочностных свойств керамических материалов при высокой температуре.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является свод высокотемпературной печи, обладающий повышенной механической прочностью.
Технический результат достигается тем, что в своде высокотемпературной печи, содержащем горизонтальные теплоизоляционные блоки, опирающиеся на боковые стенки печи, для укрепления, теплоизоляционные блоки уложены на швеллеры из тугоплавкого металла.
Теплоизоляционные блоки изготовлены из стабилизированного оксида циркония, а швеллеры изготовлены из вольфрама.
Борта швеллера выполнены с увеличением высоты в центральной части.
Каждый или некоторые из швеллеров содержат отверстия для вводов электронагревателей и термодатчиков.
Фронтальный вид конструкции свода высокотемпературной печи изображен на Фиг. 1.
Расположение блока в швеллере изображено на Фиг. 2.
Общий вид швеллера с отверстиями изображен на Фиг. 3.
Теплоизоляционный блок 1 уложен на швеллер 2 и опирается на стенки печи 3 (Фиг. 1).
Теплоизоляционные блоки представляют собой цельные блоки, длина которых не менее длины пролета печи с целью обеспечения опоры на боковые стенки печи.
Толщину блоков высокотемпературной теплоизоляции подбирают исходя из требований к температурному режиму внешних слоев теплоизоляции.
Количество блоков зависит от длины рабочей зоны печи.
Каждый швеллер из тугоплавкого металла представляет собой пластину прямоугольной формы с бортами для увеличения прочности швеллера. Каждый швеллер имеет длину не менее длины пролета печи и опирается на боковые стенки печи.
Для увеличения жесткости конструкции борта швеллера могут быть выполнены с увеличением высоты в центральной части.
Ширина и толщина швеллера, а также высота бортов выбирается расчетным образом исходя из параметров конкретной печи.
Каждый или некоторые из швеллеров содержат отверстия для вводов электронагревателей и термодатчиков.
С целью обеспечения стойкости свода при рабочих температурах около 2000°С теплоизоляционные блоки изготовлены из стабилизированного оксида циркония, а швеллеры изготовлены из вольфрама.
Наличие швеллеров из тугоплавкого металла обеспечивает снижение механической весовой нагрузки на теплоизоляционные блоки и позволяет снизить скорость разрушения теплоизолирующего материала вследствие экстремальных условий работы (нагрев до 2000°С и охлаждение).
Изготовление свода в виде горизонтальных теплоизоляционных блоков, опирающихся на боковые стенки печи, обеспечивает минимизацию нагрузок на швеллеры.