НАГРЕВАТЕЛЬ ЗАЩИЩЕННОГО ТИПА

Полезная модель относится к устройствам, используемым в цветной металлургии, а именно к металлическим нагревательным элементам электрических отражательных печей для приготовления алюминия и алюминиевых сплавов.
Известен электронагреватель защищенного типа для расплавления алюминия бесконтактным способом французской фирмы «Atherm», модель Athermag AMG02, который представляет собой нагревательные элементы, выполненные из проволоки из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, соединенные с токоподводами для подачи напряжения от источника электроэнергии. Нагревательные элементы закреплены на центральном стержне посредством изоляторов и расположены в защитном чехле в виде трубы из жаростойкого материала. (http://www.atherm.com/sites/default/files/tableau_ATHERMAG.pdf)
Недостатком нагревателя является то, что при действии высоких температур происходит деформация нагревательных элементов и замыкание, что приводит к сокращению сроков эксплуатации нагревателя и выходу его из строя.
Известен также нагреватель защищенного типа, устанавливаемый на своде электрических печей для получения алюминия и алюминиевых сплавов. Электронагреватель состоит из нагревательных элементов в виде непрерывной ленты из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, соединенных с токоподводами для подачи напряжения от регулируемого источника электроэнергии. Нагревательные элементы размещены радиально по окружности в пазах изоляторов, установленных соосно на центральном стержне по продольной оси защитного устройства, выполненного в виде трубы из жаростойкого материала. Изоляторы зафиксированы на центральном стержне посредством распорных втулок, которые расположены по длине центрального стержня на рабочей его части. Изоляторы и распорные втулки выполнены из огнеупорного электроизоляционного материала. Центральный стержень одним концом закреплен на торце защитного устройства в крышке, где также выполнены отверстия для токоподводов. В другом торце защитного устройства размещен слой огнеупорного электроизоляционного материала, например, каолиновой ваты (Патент №2375848, МПК Н05b 3/64, 27.03.2008. Прототип).
Нагревательные элементы в процессе эксплуатации нагревателя расширяются и удлиняются под действием высокой температуры. Относительное удлинение нагревательного элемента может достигать величин порядка 10-12% от первоначальной длины. Это приводит к провисанию нагревательных элементов между изоляторами, расположенными на рабочей части центрального стержня и выдвижению нагревательных элементов из пазов конечного изолятора, расположенного на свободном конце центрального стержня. Недостатком данной конструкции является то, что возможно замыкание нагревательных элементов и выход нагревателя из строя.
Задачей, решаемой полезной моделью является повышение надежности работы нагревателя.
Указанная задача решается тем, что в нагревателе защищенного типа, включающем нагревательные элементы, соединенные с токоподводами для подачи напряжения от источника электроэнергии, размещенные радиально по окружности в пазах изоляторов, установленных соосно между распорными втулками для фиксации изоляторов на рабочей части центрального стержня по продольной оси защитного устройства в виде трубы из жаростойкого материала, на торце которого установлен узел крепления одного конца центрального стержня и токоподводов, согласно заявляемой полезной модели, конечный изолятор, расположенный на свободном конце центрального стержня установлен на распорной втулке с возможностью свободного движения вдоль оси центрального стержня, а изоляторы на рабочей части центрального стержня расположены на расстоянии не более 0,08-0,1 длины рабочей части центрального стержня.
Кроме того, на свободном конце центрального стержня установлена упорная шайба для крепления распорной втулки и конечного изолятора.
Сопоставительный анализ заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».
При установке конечного изолятора с возможностью свободного движения вдоль оси центрального стержня, вследствие температурного расширения конечный изолятор движется по распорной втулке совместно с нагревательными элементами до упорной шайбы, исключая их деформацию и замыкание между собой, что увеличивает ресурс нагревателя. Постоянство зазора между распорной втулкой и конечным изолятором, которые выполнены из огнеупорного электроизоляционного материала, повышает надежность конструкции. При расположении изоляторов на расстоянии более 0,1 длины рабочей части центрального стержня происходит провисание нагревательных элементов между изоляторами на рабочей части центрального стержня, а расположение изоляторов на расстоянии менее 0,08 длины рабочей части центрального стержня нецелесообразно, так как увеличивается расход конструкционных материалов. Расстояние между изоляторами выявлено опытным путем с учетом коэффициента линейного расширения материалов.
Таким образом, техническим эффектом полезной модели является увеличение срока службы нагревателя и повышение его надежности с минимальными затратами на применяемые композиционные материалы. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид нагревателя защитного типа. Нагреватель состоит из нагревательных элементов 1, выполненных из прутка прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением (Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х20Н80, ГОСТ 12766.2-90). Нагревательные элементы 1 соединены с токоподводами 2 для подачи напряжения от источника электроэнергии (на чертеже не показан) и размещены радиально по окружности в пазах изоляторов 3, установленных соосно на рабочей части центрального стержня 4 между распорными втулками 5 для фиксации изоляторов и в пазах конечного изолятора 6, установленного на распорной втулке с возможностью свободного движения вдоль оси центрального стержня. Центральный стержень 4 расположен вдоль оси защитного герметичного устройства в виде трубы из жаростойкого материала 7 и закреплен одним концом в узле крепления 8, расположенном на торце защитного устройства 7. На свободном конце центрального стержня 4 установлена упорная шайба 9 для фиксации распорной втулки 3 и конечного изолятора 6.
Нагреватель работает следующим образом. От источника электроэнергии через токоподводы 2 в узле крепления 8, подают напряжение к нагревательным элементам 1. Электрическое сопротивление нагревательных элементов 1 преобразует электрическую энергию в тепловое излучение. Тепловое излучение нагревательных элементов 1, передается сквозь защитное устройство 7, нагревая металл как напрямую при погружении рабочей части центрального стержня в металл, так и путем отражения от свода и стен печи. При этом нагревательные элементы 1 раскаляются до экстремально высоких температур, что вызывает тепловое расширение материала нагревателя и изменение его линейных размеров и формы. Изоляторы 3 зафиксированы посредством распорных втулок 5 на рабочей части центрального стержня 4 и при тепловом нагревании происходит движение металла нагревательного элемента 1 в пазах изоляторов 3. При этом конечный изолятор 6 движется по распорной втулке 5 вдоль оси центрального стержня 4, создавая опору нагревательным элементам 1. Движение конечного изолятора 6 происходит до упорной шайбы 9. В результате нагревательные элементы не провисают, не деформируются и не замыкаются. Изоляторы 3 на рабочей части центрального стержня установлены на расстоянии не более 0,08-0,1 длины рабочей части центрального стержня 4, что также исключает провисание нагревательных элементов 1 между изоляторами.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет увеличить ресурс нагревателя в 3-5 раз, обеспечить стабильность и надежность работы нагревательных элементов без существенных затрат на используемые конструкционные материалы.