ЭЛЕКТРОВАКУУМНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области термообработки изделий, в частности к электровакуумным печам вертикального типа для высокотемпературной термообработки длинномерных изделий, в том числе труб и прутков из тугоплавких материалов W, Мо, Та, др. и их сплавов.
-6
Как правило, это печи с уровнем остаточного давления 5-10 мм рт.ст. и рабочей температурой до 2500°С. При этом конструкционный и технический облик печей определяется как задачами, условиями их применения, так и возможностью рационального размещения печей в конкретных производственных помещениях. Такой подход, как правило, позволяет создавать эффективное печное оборудование с высокой производительностью, надежностью и удобством при проведении термических операций.
Так известны вертикальные электропечи сопротивления RU 114516, RU 141911, RU 136546, RU 154590 для термообработки длинномерных цилиндрических изделий (до полутора и более метров) для лабораторных и промышленных нужд.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является электровакуумная вертикальная печь сопротивления (патент РФ № 154590, МПК F27B 1/10, опубл. 27.08.15). Основными элементами конструкции электропечи являются водоохлаждаемый цилиндрический корпус с боковой герметизирующей дверью и установленная внутри разъемная цилиндрическая нагревательная камера, выполненная в виде двух полуцилиндрических блоков. Каждый блок содержит расположенные полукругом нагревательные элементы в виде прутков, которые вверху и внизу объединены полукольцами-электродами и окружены экранной теплоизоляцией в виде многослойного пакета металлических слоев-экранов. При этом один полуцилиндрический блок, куда устанавливаются на приспособлении изделия, размещен стационарно внутри корпуса печи, а другой - на внутренней стороне двери с образованием цилиндрической рабочей зоны нагрева в виде нагревателя типа «беличье колесо» при закрытой двери. Зона нагрева образуется в результате смыкания по образующей двух полуцилиндрических половин нагревательной камеры - блоков и соответственно полуцилиндрических половин нагревателя. Каждый блок оснащен сверху и снизу токовводами, связанными электрически с электродами, которые в верхней и соответственно нижней части (по высоте) вакуумного корпуса выводятся наружу за его пределы. Причем верхние служат для подачи питания на нагреватель, а нижние - для обеспечения надежной электрической коммутации нижних полуколец-электродов одной полярности (за пределами вакуумной камеры), т.к. при закрытой двери доступ к нагревателю и обеспечение надежного электрического контакта нижних полуколец-электродов между собой не возможен. Верхняя часть блока и нагревателя закреплена стационарно, нижняя - с возможностью ограниченно-свободного удлинения прутков нагревателя при нагреве из-за присутствия внизу дополнительного токоввода с термокомпенсатором перемещения. Кроме того, печь оснащена штатными системами вакуумной откачки с насосами, системами электропитания и нагрева, управления и контроля; системой водоохлаждения и загрузочно-разгрузочным механизмом.
Несмотря на то, что токовводы в нижней части корпуса снабжены подвижными термокомпенсаторами перемещения для компенсации термоперемещений нагревательных элементов (прутков) в его нижней части, они не обеспечивают в полной мере возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве, что вызывает при эксплуатации термонапряжение в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, происходит замыкание нагревателя, поскольку токовводы оказывают механическое сопротивление на прутки нагревателя. К тому же, нижние охлаждаемые токовводы, расположенные снаружи корпуса печи (особенно на подвижной двери), обремененные шлангами охлаждения с водой под давлением, находятся в рабочей зоне оператора на уровне ног. Это приводит к значительным неудобствам при эксплуатации и техническом обслуживании печи.
Задача и достигаемый при использовании полезной модели технический результат- повышение надежности печи при ее эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве (в интервале 30-40 мм), при одновременном улучшение удобства и условий эксплуатации печи.
Для решения поставленной задачи предложена электровакуумная вертикальная печь сопротивления, включающая водоохлаждаемый цилиндрический корпус с боковой герметизирующей дверью и установленную внутри разъемную цилиндрическую нагревательную камеру, выполненную в виде двух полуцилиндрических блоков, один из которых установлен стационарно в корпусе, а другой - на боковой двери, с концентрично расположенными внутри блоков нагревательными элементами, объединенными верхним и нижним электродами, в которой согласно полезной модели, верхний электрод каждого блока разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций с одинаковым количеством нагревательных элементов, при этом каждая часть верхнего электрода снабжена токовводами с разной полярностью.
Таким образом, предложенная блок схема питания нагревателя обеспечивает автономный подвод энергии к каждому нагревательному блоку через верхние токовводы и позволяет отказаться от нижних вспомогательных токовводов с подвижными узлами (термокомпенсаторы перемещения) для компенсации термоперемещений нагревательных элементов (прутков) в его нижней части, которые в прежних конструкциях присутствовали и выполняли функцию коммутации нижних полуколец-электродов. Надежная работа нагревателя обеспечивается за счет возможности свободного удлинения нижней части нагревателя при нагреве, что не приводит при эксплуатации к термонапряжению в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, к замыканию нагревателя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схематически показана конструкция электровакуумной вертикальной печи сопротивления с разъемной камерой нагрева.
На фиг. 2. - показана электрическая блок-схема нагревателя.
Электровакуумная вертикальная печь сопротивления включает водоохлаждаемый цилиндрический корпус 1 с верхней и нижней крышками и боковой герметизирующей дверью 2 и установленной внутри разъемной цилиндрической нагревательной камерой с 2-х фазным нагревателем, разъемной по образующей (при открытой двери). Камера выполнена в виде двух идентичных симметричных полуцилиндрических блоков 3, один из которых установлен стационарно в корпусе, а другой - на боковой двери. Каждый блок 3 содержит концентрично расположенные с равными промежутками нагревательные элементы 4, объединенные верхним 5 и нижним электродами 6, причем верхний электрод 5 каждого блока 3 разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций 7 с одинаковым количеством нагревательных элементов 4, при этом каждая часть верхнего электрода 5 снабжена токовводами 8 с разной полярностью, с помощью которых подводится электропитание. Каждый блок 3 содержит пакет металлической теплоизоляции 9.
Электрическая блок схема (фиг. 2) нагревателя и компоновка нагревательной камеры с нагревательными элементами в блоках, сгруппированными в секции, дали возможность не только компактно разместить все токовводы в верхней части нагревательной камеры и усовершенствованного вакуумного корпуса, но и особенно открывающейся двери. Была обеспечена надежная работа нагревателя без замыканий в связи с появившейся возможностью свободного удлинения (в интервале 30-40 мм) прутков нагревателя при нагреве вследствие исключения внизу токовводов с термокомпенсаторами. Открыта дополнительная возможность варьировать внешней электрокоммутацией секций подключения к электропитанию нагревателя последовательно или параллельно. Это в совокупности позволило исключить недостатки конструкции печи: преодолены трудности и неудобства при работе на печи в обслуживаемой зоне вследствие перемещения в верхнюю часть корпуса охлаждаемых токовводов с водяными шлангами под давлением; обеспечен рациональный и надежный односторонний (сверху) подвод электропитания к нагревательной камере с нагревателем.
Отдельно следует отметить удобную загрузку и разгрузку изделий в нагревательную камеру через открывающуюся дверь в корпусе печи, не обремененную в рабочей зоне водяными шлангами охлаждения под давлением, а также удобную и эффективную поблочно-секционную ремонтопригодность усовершенствованной нагревательной камеры с нагревателем, что серьезно способствует безаварийной работе печи и повышению ее эффективного использования.
Сведения, подтверждающие осуществление полезной модели (фиг. 1 и фиг. 2).
В водоохлаждаемом цилиндрическом корпусе 1 из нержавеющей стали, высота которого составляет 2300 мм, а диаметр - 550 мм, закрытом сверху и снизу крышками, выполнена боковая герметизирующая дверь 2 высотой 1900 мм и шириной 480 мм для подхода во внутренние полости вакуумного корпуса печи. Внутри корпуса установлена цилиндрическая нагревательная камера (с нагревателем) из тугоплавких и жаропрочных материалов высотой 1800 мм, наружным диаметром 300 мм. Камера выполнена разъемной по цилиндрической образующей и состоит из двух полуцилиндрических равноценных блоков 3, один из которых установлен стационарно в корпусе, другой - на боковой двери. Каждый из них содержит концентрично расположенные нагревательные элементы 4 из вольфрамовых прутков 04 мм и длиной 1500 мм в количестве 20 шт. с промежутком между ними 5 мм, объединенные верхним 5 и нижним 6 электродами кольцевого типа, причем верхний электрод 5 каждого блока 3 разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций 7 с одинаковым количеством нагревательных элементов 4, при этом каждая часть верхнего электрода 5 снабжена охлаждаемыми токовводами 8 с разной полярностью, с помощью которых в верхней части вакуумного корпуса и двери, к секциям (нагревателю) подводится электропитание. Каждый из блоков содержит теплоизоляцию 9 из пакета дистанционированных тугоплавких и жаростойких нержавеющих пластин толщиной 0,15-0,30 мм.
После загрузки изделий при закрытии двери полуцилиндрические блоки складываются с формированием нагревательной камеры с цилиндрической рабочей зоной нагрева размерами 1500×140 мм. Для загрузочно-разгрузочных операций с изделиями и технического обслуживания нагревательной камеры применен компактный ГПМ, размещенный в верхней части вакуумного корпуса печи. В печи проводилась термообработка изделий трубчатого типа из тугоплавких материалов длиной 600-1300 мм и диаметром ∅10-30 мм. Печь проявила себя в эксплуатации работоспособной, удобной и надежной.
Таким образом, в заявленном решении эффективным способом решена задача - повышение надежности печи при ее эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве (в интервале 30-40 мм), что не будет приводить при эксплуатации к термонапряжению в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, к замыканию нагревателя. Кроме этого, усовершенствование конструкции 2-х фазного нагревателя с разъемной нагревательной камерой.