НАГРЕВАТЕЛЬ ЗАЩИЩЕННОГО ТИПА
PROTECTED HEATER

Изобретение относится к устройствам, используемым в цветной металлургии, а именно к металлическим нагревательным элементам электрических отражательных печей для приготовления алюминия и алюминиевых сплавов.
Известны обычные металлические электронагреватели, выполненные из проволоки или ленты. Из проволоки изготавливают нагреватели в виде спирали, а из ленты - зигзагообразные. Нагреватели в печах устанавливаются либо в нишах фасонных кирпичей, либо подвешиваются на крючках из проволоки того же материала (А.Д.Свенчанский и др. Электрические промышленные печи. М.: Энергия, 1975, с.167, рис.4-53).
Недостатком таких нагревателей является их незащищенность в агрессивной среде печного пространства и необходимость их отключения при обработке зеркала металла для предотвращения поражения током обслуживающего персонала.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электронагреватель (патент №32953, М. кл. Н05В 3/46, 09.27.2003), содержащий нагревательные элементы, дистанцирующее устройство с выполненными в нем каналами для установки нагревательных элементов, имеющих теплопроводный слой. Нагревательные элементы выполнены в виде стержней и установлены в теплопроводном слое, являющемся электроизоляционным элементом. Теплопроводный слой выполняет роль защитного элемента.
Недостаток данной конструкции заключается в невозможности электроизоляционного элемента, изготавливаемого из керамики, эффективно осуществлять теплопередачу от нагревательных элементов. Схема теплопередачи является сложной (нагреватель - электроизоляционный элемент - воздух - алюминий или алюминиевый сплав), что увеличивает время набора технологической температуры металла в электрической печи. Кроме того, нагревательный элемент в виде стержня подвержен перекалу. При температуре на поверхности, близкой к предельной рабочей температуре, температура в сердцевине проволоки может приблизиться к температуре плавления металла, что приводит к выходу из строя нагревателя. Электроизоляционный элемент состоит из частей, состыкованных недостаточно герметично, что приводит к слабой защите нагревательных элементов от атмосферы печного пространства, т.е. агрессивных газов. Известный электронагреватель имеет ограничения по возможности подведения тепла на единицу площади, т.к. имеет маленькую площадь нагревательных элементов.
В основу изобретения положена задача разработки конструкции нагревателя, обеспечивающего эффективную защиту нагревательных элементов от агрессивной среды печного пространства и качественную теплопередачу тепла от нагревательных элементов к расплаву металла без их перекала.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности нагревателя с увеличенным сроком службы и с минимальными затратами на применяемые конструкционные материалы.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в нагревателе защищенного типа, устанавливаемом на своде электрических печей для получения алюминия и алюминиевых сплавов, содержащем нагревательные элементы, соединенные с токоподводами для подачи напряжения от регулируемого источника электроэнергии, размещенные в защитном устройстве, согласно заявляемому изобретению нагревательные элементы выполнены в виде непрерывной ленты из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, достаточным для преобразования электрической энергии в тепловую, и размещенных радиально по окружности в пазах изоляторов, установленных соосно на полом стержне по продольной оси защитного устройства, выполненного в виде трубы из жаростойкого материала, при этом по длине полого стержня расположены распорные втулки для фиксации изоляторов, выполненные из огнеупорного электроизоляционного материала, и в торце защитного устройства размещен слой огнеупорного электроизоляционного материала, а на другом торце защитного устройства закреплена крышка, в которой выполнены отверстия для токоподводов и полого стержня, кроме того, по длине трубы размещены опоры для закрепления нагревателя на своде электрической печи, а внутри полого стержня установлена термопара.
По сравнению с прототипом отличительной особенностью заявляемого устройства является выполнение нагревательных элементов в виде непрерывной ленты из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, что устраняет перекал сердцевины в отличие от нагревательных элементов, выполненных из прутка или проволоки.
Отличительной особенностью является предохранение от перегрева нагревательных элементов при помощи контроля и управления температуры за счет установки термопары внутри кожуха нагревателя.
Отличительной особенностью является также расположение нагревательных элементов радиально по окружности нагревателя, что обеспечивает повышение эффективности теплопередачи.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.
На чертеже изображен нагреватель защищенного типа, общий вид с разрезами «А-А» и «Б-Б».
Нагреватель состоит из нагревательных элементов 1, выполненных из ленты прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением (Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х20Н80 ГОСТ 12766.2-90). Нагревательные элементы 1 размещены в герметичном защитном устройстве, выполненном в виде трубы из жаростойкого материала 2, установленном на опорах 3. Нагревательные элементы 1 закреплены внутри трубы 2 с помощью изоляторов 4, выполненных их огнеупорного материала и распорных втулок 5, закрепленных на полом стержне 6. Нагревательные элементы в сборе с изоляторами 4 и распорными втулками 5 с помощью полого стержня 6 закреплены на крышке 7, которая закреплена на трубе 2 с помощью соединения 8 (болт-гайка). В крышке 7 нагревателя выполнены отверстия для токоподводов нагревателя 9. Внутрь нагревателя устанавливается термопара 10.
Нагреватель работает следующим образом.
От регулируемого источника электропитания (не показан) через токоподводы 9 подается напряжение к нагревательным элементам 1. Электрическое сопротивление нагревательных элементов 1 преобразует электрическую энергию в тепловое излучение. Тепловое излучение нагревательных элементов 1, расположенных радиально по окружности нагревателя, передается сквозь защитное устройство 2 к зеркалу нагреваемого металла как напрямую, так и путем отражения от свода и стен печи. Термопара 10, установленная внутри трубы 2, позволяет контролировать температуру нагревательных элементов, что позволяет предотвращать перегрев нагревательных элементов 1, тем самым увеличивается срок службы нагревателя.
Таким образом, изобретение позволяет улучшить условия теплопередачи в электрических печах и обеспечить возможность подвода большего теплового излучения на одинаковую площадь зеркала нагреваемого расплава алюминия и его сплавов без перекала нагревательных элементов, чем в прототипе. При использовании заявляемого нагревателя увеличивается глубина прогрева металла и уменьшается время набора технологической температуры, за счет чего увеличивается производительность печей. Кроме того, заявляемое изобретение решает задачу защиты нагревательных элементов от агрессивной среды печного пространства и защиты от поражения током обслуживающего персонала. Нагреватель защищенного типа возможно устанавливать как на новые проектируемые печи, так и на существующие печи без изменения существующей системы управления нагрева печью.