ПЕЧЬ ВАКУУМНАЯ
VACUUM FURNACE

Изобретение относится к оборудованию для производства химических источников тока (ХИТ) и может быть использована в производствах тепловых ХИТ, в которых необходима термообработка в вакууме используемых материалов.
Известна печь электрическая, описанная в Заявке ИЗ RU №2006144911/02, опубликовано 27.06.2008, МПК F25B 5/04), содержащая корпус с торцовыми крышками, одна из которых закреплена на корпусе, а другая имеет возможность перемещения, а также размещенные в корпусе тепловые экраны, нагревательные элементы и стол для установки изделия, отличающаяся тем, что подвижная торцовая крышка смонтирована на тележке, снабжена закрепленными на ее внутренней стороне консолями, тепловые экраны закреплены на консолях, а нагревательные элементы выполнены в виде двух пластин П-образной формы, имеющих возможность соединения с источником питания, одна из пластин закреплена в корпусе, а другая - на консолях, причем пластины расположены горизонтально, торцовыми стенками к крышкам и развернуты друг относительно друга на 90° относительно продольной оси корпуса печи.
Недостатком данного технического решения является недостаточно равномерное распределение температуры внутри корпуса, а также невозможность качественной герметизации при необходимости проведения процессов в печи в вакууме.
Наиболее близкой, взятой за прототип, является вакуумная печь, описанная в Патенте ИЗ RU №2370717, опубликовано 20.10.2009, МПК F27В 5/04, содержащая корпус с торцевыми крышками, одна из которых закреплена на корпусе, а другая - с возможностью перемещения, размещенные в корпусе торцевые, боковые, верхний и нижний блоки нагревателей и вакуумную систему, причем нижний блок нагревателей является подом и имеет возможность возвратно-поступательного перемещения посредством механизма загрузки-выгрузки, а на поде выполнены посадочные места для установки изделия, вакуумная печь снабжена фланцем с кольцевым выступом, закрепленным на торце корпуса со стороны подвижной крышки, имеющей на своем торце, контактирующем с торцом фланца, кольцевое уплотнение, причем подвижная крышка выполнена с кольцевой проточкой по ее образующей, в которой размещено надувное уплотнение, имеющее в закрытом положении крышки возможность взаимодействия выступом фланца по его образующей с образованием кольцевой камеры, с вакуумной системой с выходным патрубком.
Недостатком прототипа является низкая производительность печи вследствие недостаточной равномерности распределения температуры по объему печи, отсутствия средств контроля температуры самого термообрабатываемого материала, устройств по предотвращению уноса порошкообразных материалов в виде пыли, а также длительного охлаждения печи до выемки материала.
Проблемой конструкций вакуумных печей для вакуумной термообработки порошкообразных материалов, применяемых в производстве ХИТ является обеспечение высокой производительности.
Технический результат изобретения заключается в снижении потерь на брак получаемого продукта за счет повышения равномерности нагрева порошкообразного материала, исключением его уноса в виде пыли и минимизации времени охлаждения печи.
Указанная проблема решается предлагаемой конструкцией печи вакуумной. Печь вакуумная содержит корпус с камерой для термообрабатываемого материала в форме прямоугольного параллелепипеда и закрепленной на корпусе торцевой крышкой, блоки нагревателей, снабженные электро- и термоизоляцией, вакуумную систему с выходным патрубком, систему контроля и регулирования температуры, причем внутри камеры выполнены полки с размещенными на них блоками нагревателей, на которых размещены лотки с крышками, заполненные термообрабатываемым материалом, камера имеет длину ширину и высоту, обеспечивающие размещение в ней 3 лотков с термообрабатываемым материалом длиной 400-420 мм, шириной 300-320 мм и высотой 40 мм, в пространстве между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью камеры выполнены вентиляционные каналы, система контроля и регулирования температуры включает: термопары, расположенные на поверхности блоков нагревателей; гибкие термопары, расположенные во внутреннем пространстве лотков и блок управления, обеспечивающий требуемую скорость нагрева материала, выходной патрубок вакуумной системы выполнен с запорным клапаном.
Размеры камеры, обеспечивающие размещение в ней 3 полок с лотками с термообрабатываемым материалом длиной 400-420 мм, шириной 300-320 мм и высотой 40-50 мм позволяет загружать в печь 12-15 кг термообрабатываемого материала с его распределением равномерным слоем толщиной 20-30 мм, что обеспечивает его равномерный прогрев. Как показали опытно-экспериментальные исследования такие размеры лотков и количество полок являются оптимальными для качественной термообработки 12-15 кг смеси. Увеличение размеров и количества лотков негативно сказывается на равномерности нагрева, возможности регулирования его скорости и, соответственно выходе годного продукта. В конструкциях печей без полок равномерность прогрева обеспечивается при загрузке только 3-5 кг с использованием нескольких термопар, расположенных в разных точках обрабатываемой смеси, которые, как показали проведенные исследования, фиксируют значительную разницу во времени нагрева переферийных и центральных областей материала, в связи с чем время термообработки до получения требуемого продукта увеличивается, что снижает производительность печи. Вентиляционные каналы, расположенные между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью камеры, обеспечивают быстрое охлаждение печи после ее выключения за счет прокачки через них атмосферного воздуха, что сокращает потер и времени на остывание печи. Расположение нагревателей в полках дает возможность увеличить коэффициент теплопередачи термообрабатываемому материалу, что позволяет снизить время достижения рабочего режима и точнее регулировать температуру. Размещение термообрабатываемого материала в лотках с крышками предотвращает пылеобразование при термообработке и в совокупности с гибкими термопарами, вводимыми непосредственно в обрабатываемый материал, позволяет контролировать и регулировать температурные режимы термообработки. Блок управления регулирует мощность блоков нагревателей не только по заданному значению, но и по разности температур в р аз личные моменты времени в процессе нагрева, тем самым обеспечивая заданную скорость нагрева смеси, что необходимо для исключения брака в виде непрореагировавшего объема смеси. Запорный клапан на выходном патрубке вакуумной системы дает возможность периодически отключать вакуум-насос, что снижает расход тепла в окружающую среду и попадание в нее пыли.
Таким образом, за счет совокупности существенных признаков изобретения достигается заявляемый технический результат.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид печи вакуумной в продольном сечении
На фиг. 2 показан вид печи вакуумной в поперечном сечении
1 - корпус
2 - торцевая крышка
3 - полки
4 - блоки нагревателей
5 - термопары блоков нагревателей 4
6 - гибкие термопары внутреннего пространства лотков 9
7 - патрубок вакуумной системы 13
8 - запорный клапан
9 - лотки с крышками
10 - вентиляционные каналы
11 - блок управления
12 - камера
13 - вакуумная система
Печь вакуумная содержит корпус 1 с камерой 12 для термообрабатываемого материала в форме прямоугольного параллелепипеда и закрепленной на корпусе торцевой крышкой 2. Внутри камеры 12 выполнены три полки 3 с размещенными на них блоками нагревателей 4, на которых размещены лотки с крышками 9, заполненные тер мообрабатываемым материалом длиной 400-420 мм, шириной 300-320 мм и высотой 40 мм. В пространстве между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью камеры 12 выполнены вентиляционные каналы 10. Система контроля и регулирования температуры включает: термопары 5, расположенные на поверхности блоков нагревателей 4; гибкие термопары 6, расположенные во внутреннем пространстве лотков 9 и блок управления 11, обеспечивающий требуемую скорость нагрева материала, выходной патрубок 7 вакуумной системы 13 выполнен с запорным клапаном 8.
Вакуумная печь работает следующим образом. Для загрузки печи открывают торцевую крышку 2, на полки 3 устанавливают лотки с крышками 9, заполненные тер мообрабатываемым материалом, после чего торцевую крышку 2 закрывают. Крышки лотков исключают унос термообрабатываемого материала в виде пыли при неизбежных встряхиваниях лотков при загрузке. Включают вакуумную систему 13, которая через выходной патрубок 7 создает необходимое разрежение в камере 12 печи. При этом подсос воздуха из внешней среды блокируется запорным клапаном 8. С помощью блока управления 11 включают нагрев блоков нагревателей 4, которые, вследствие повышенного коэффициента теплопередачи обеспечивают равномерность нагрева. После достижения требуемой температуры она регулируется с помощью термопар 5 нагревательных блоков 4 и блока управления 11. Блок управления 11 обеспечивает требуемую скорость нагрева смеси. Мощность нагревательных блоков 4 регулируется по скорости нагрева, что снижает потери времени на разогрев печи и полноту обработки материала, снижая тем самым его потери, связанные с непрореагировавшей смесью. Время термообработки отсчитывается от момента достижения требуемой температуры по показаниям гибкой термопары 6 внутреннего пространства лотков 9. Пыление термообрабатываемого материала предотвращают крышки лотков 9. По прошествии времени термообработки нагрев отключают и включают продувку вентиляционных каналов 10, что позволяет сократить время охлаждения печи, за счет чего сокращается время термообработки.
Предлагаемая конструкция вакуумной печи обеспечивает термообработку катодной смеси теплового ХИТ в количестве 15 кг при 500±50°С в течение 1,5 часа с выходом годной смеси 99%.