УЗЕЛ ВАКУУМНОГО УПЛОТНЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

3
Полезная модель относится к конструкции электропечей мощностью в десятки кВА, применяемых в технической физике при лабораторном анализе материалов для определения физико-химических параметров образцов высокотемпературных металлических расплавов объемом несколько см, в частности при изучении кинематической вязкости и удельного электросопротивления таких образцов. Полезная модель может быть использована в лабораториях, в том числе при выполнении лабораторных работ в вузах и на металлургических предприятиях.
Известно устройство для определения вязкости и электросопротивления металлических расплавов, содержащее вакуумную электропечь, нижний съемный фланец электропечи, электронагреватель, токоподводы - см. патент на полезную модель РФ №117632 - аналог. Через электронагреватель протекает низковольтный - 5÷10 В, ток величиной до нескольких кА, получаемый от вторичной обмотки силового 30-кВА трансформатора. Токоподводы к электропечи выполнены в виде медных шин длиной 1 метр имеют сечение 10×50 мм. Водоохлаждаемые нижний съемный фланец электропечи и корпус электропечи, к которой он крепится болтовыми соединениями, разделены узлом вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи - неметаллическим упругим элементом в виде резиновой или эластомерной прокладки.
Прототипом предлагаемой полезной модели является узел вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи, содержащий первый упругий элемент, например, вакуумную резиновую прокладку, размещенный между водоохлаждаемыми нижним съемным фланцем электропечи и ее корпусом - см. Г.В. Тягунов и др. «Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля», журн. «Заводская лаборатория», 2003, №2, 69, с. 35÷37. Этот упругий элемент, например, вакуумная резиновая прокладка прямоугольного сечения, выполнен высотой 20÷25 мм.
Недостатком аналога и прототипа является то, что нагрев узла вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи вызывает, во первых, неконтролируемое выгорание и соответствующее газовыделение в виде газовой фракции материалов этого узла, что изменяет как условия вакуумирования экспериментов, состав газовой среды внутри электропечи, так и химический состав изучаемых образцов. Во вторых, возникает деформация этого узла из-за его неконтролируемого выгорания изнутри, что вызывает уменьшение поперечного сечения собственно упругого вакуумирующего элемента, например, вакуумной резиновой прокладки, и возрастает возможность нарушения герметичности и величины вакуума внутри электропечи. В конечном итоге это уменьшает долговечность вышеупомянутого узла, не обеспечивает герметичность и стабильность величины вакуума в электропечи, а также уменьшает точность, достоверность и надежность результатов измерений.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение уменьшения нагрева узла вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи и обеспечение герметичности и стабильности величины вакуума в электропечи. В конечном итоге это обеспечит увеличение долговечности этого узла, увеличение точности, достоверности и надежности результатов измерений.
Поставленная задача решается с помощью полезной модели узла вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи.
1. Узел вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи, содержащий первый упругий вакуумный элемент, например, вакуумную резиновую прокладку, размещенный между водоохлаждаемыми нижним съемным фланцем электропечи и ее корпусом, отличающийся тем, что в него введены, по меньшей мере, еще один, второй, упругий вакуумный элемент и, по меньшей мере, один водоохлаждаемый изнутри элемент, размещенный между упругими вакуумными элементами, имеющий узлы ввода и вывода протекающей через этот водоохлаждаемый изнутри элемент воды, второй упругий вакуумный элемент размещен между водоохлаждаемым изнутри элементом и водоохлаждаемым нижним фланцем электропечи или водоохлаждаемым корпусом электропечи, причем суммарная площадь нагрева изнутри электропечи всех упругих вакуумных элементов меньше, чем площадь нагрева изнутри электропечи первого из вышеупомянутых упругих вакуумных элементов;
2. Узел вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи по п. 1, отличающийся тем, что водоохлаждаемый изнутри элемент выполнен в виде, например, полого стального кольца прямоугольного сечения;
3. Узел вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи по п. 1, отличающийся тем, что все упругие вакуумные элементы выполнены одинаковыми.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1. Эскиз узла вакуумного уплотнения высокотемпературной электропечи;
фиг. 2. Фотография вакуумной электропечи;
фиг. 3. Фотография упругого элемента - вакуумной резиновой прокладки, с выгоревшей внутренней областью.
Узел вакуумного уплотнения высокотемпературной водоохлаждаемой электропечи 1 размещен между этой электропечью 1 и водоохлаждаемым съемным нижним фланцем 2. Этот узел содержит водоохлаждаемый изнутри элемент 3, имеющий узлы ввода 4 и вывода 5 воды, протекающей через этот водоохлаждаемый изнутри элемент, размещенный между вторым 6 и первым 7 упругими элементами, болтовое соединение из болта 8 и гайки 9, соединяющие электропечь 1 и нижний фланец 2, сквозь который проходят водоохлаждаемые токоподводы 10.
Электропечь 1 цилиндрическая имеет корпус из нержавеющей стали, аналогично нижнему фланцу 2. Водоохлаждаемый изнутри элемент 3, имеющий узлы ввода 4 и вывода 5 воды, выполнен в виде полого стального кольца высотой ≥15 мм. Второй 6 и первый 7 упругие элементы выполнены в виде кольца из вакуумной резины, предпочтительно прямоугольного сечения, высотой 5÷8 мм. Корпус печи и нижний фланец соединены болтовым соединением - болт 8 и гайка 9. Водоохлаждаемые токоподводы 10 выполнены в виде двух гибких многожильных луженых медных шин, длиной 1 метр сечением 10×50 мм каждая.
пл
При использовании одного упругого элемента 7, аналогично прототипу, без применения водоохлаждаемого изнутри элемента 3, при высокотемпературных - свыше +1000°С экспериментах - например, при изучении жаропрочных и тугоплавких сплавов с t≈+(1800÷2000)°C, на этом упругом элементе 7 вследствие его перегрева, достигающего t≈+(200÷300)°C появляются неконтролируемые области выгорания 11-см. фиг. 3, что требует периодического снятия водоохлаждаемого съемного нижнего фланца 2 для контроля состояния упругого элемента 7 и его замены при необходимости. Эта многочасовая процедура сложна и требует высокой квалификации работника.
При сохранении расстояния между камерой электропечи и нижним фланцем h, как и в случае с одним упругим вакуумным элементом, наличие водоохлаждаемого элемента 3 уменьшает площадь нагрева изнутри электропечи каждого упругого элемента, дополнительно охлаждает каждый упругий элемент и обеспечивает температуру на упругих элементах 6 и 7 преимущественно t≤100°C.
Предложенная полезная модель обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в уменьшении нагрева внутри узла вакуумного уплотнения, расположенного между нижним фланцем и корпусом высокотемпературной электропечи. В конечном итоге, увеличивается долговечность этого узла, удешевляются и ускоряются эксперименты, обеспечивается стабильность величины вакуума в электропечи, увеличение точности, достоверности и надежности результатов измерений.