ЭЛЕКТРОВАКУУМНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области термической обработки, в частности, к электровакуумным печам вертикального (шахтного) типа для термообработки цилиндрических изделий, например, длинномерных труб или прутков.
В производственной и научной практике для этих целей широкое распространение получили вертикальные (шахтные) электровакуумные печи сопротивления с уровнем остаточного вакуума 5*10-6 мм.рт.ст. с рабочими температурами до 2500°C разной степени совершенства. Следует отметить, что одним из важных факторов, способствующих успешному проведению термических процессов в целом, является максимальное удобство эксплуатации печи, в том числе, при выполнении загрузочно-разгрузочных работ без создания аварийных ситуаций и исключающих повреждение самих изделий или поломки рекристаллизованных хрупких узлов нагревательной камеры. Тот же фактор присутствует и при техническом обслуживании нагревательной камеры. Актуальность данной проблемы значительно возрастает в случае обработки длинномерных тонкостенных цилиндрических изделий.
Так известны промышленные шахтные печи сопротивления - электропечь СШВЭ-1.2,5/25И (Техническое описание ИЕВУ 681.313 011ТО от 28.06.1988), а также электропечь ЭСКВЭ-1,2.2,5/25ШМ (Техническое описание печи от 10.10.2009).
Известные печи содержат герметизируемый верхней крышкой охлаждаемый цилиндрический корпус (высота которого достигает двух метров), в котором размещена нагревательная камера. Основными узлами нагревательной камеры являются: нагреватель, выполненный из вольфрама, теплоизолирующий многослойный экран, окружающий нагреватель в виде вертикального цилиндра, закрытого с торцов крышками, и приспособление для установки изделий в рабочем пространстве камеры. В данных печах загрузка и выгрузка изделий (особенно длинномерных) осуществляется практически «вслепую» через верхнюю часть корпуса с предварительно снятой герметизирующей крышкой, выполняемая на высоте с использованием площадок и лестниц, что чревато серьезной опасностью поломки изделий и возникновения травм. Кроме того, требуется применение высокого и громоздкого грузоподъемного механизма (ГПМ), увеличивающего высоту необходимого рабочего пространства примерно в два раза, что требует специальных промышленных помещений с высокими потолками.
Известна шахтная вакуумная печь сопротивления (варианты), взятая за прототип, которая включает водоохлаждаемый корпус с герметизирующей крышкой, нагревательную камеру с экранной изоляцией и коаксиально размещенными внутри с образованием рабочей зоны нагрева нагревательными элементами и приспособлением для размещения изделий в зоне нагрева. В соответствии с первым вариантом полезной модели нагревательная камера по высоте рабочей зоны нагрева снабжена цилиндрическим термостатирующим экраном из тугоплавкого металла толщиной 0,3-4 мм, снабженным датчиками измерения температуры и расположенным между нагревательными элементами. В соответствии со вторым вариантом нагревательная камера по высоте рабочей зоны нагрева снабжена рядом дополнительных нагревательных элементов, снабженных отдельной системой управления потоками тепла и установленных коаксиально внутри цилиндрической полости рабочей зоны нагрева, ограниченной приспособлением для размещения изделий в рабочей зоне нагрева. При этом приспособление для размещения изделий в обоих вариантах выполнено с возможностью размещения изделий в подвешенном состоянии (патент РФ на полезную модель №114516, МПК F27B 1/10, опубл. 27.03.2012).
Известная конструкция печи в целом решает задачу температурной обработки изделий в вакууме путем организации в рабочем объеме нагревательной камеры стабильного и равномерного по высоте надежно управляемого теплового потока, исключающего недопустимые перепады температур и неравномерный нагрев изделий. Однако известное техническое решение обладает теми же недостатками, что и приведенные выше аналоги:
- загрузка и выгрузка изделий также осуществляется через верхнюю часть корпуса с предварительно снятой герметизирующей крышкой, выполняемая на высоте с использованием площадок и лестниц, что чревато серьезной опасностью поломки изделий и возникновения травм;
- сложности технического обслуживания печи при проведении термических операций, в частности нагревательной камеры с хрупкими элементами, расположенными внутри глубокого колодца шахты;
- необходимость применения высокого и громоздкого грузоподъемного механизма, увеличивающего высоту необходимого рабочего пространства примерно в два раза, что требует специальных промышленных помещений с высокими потолками и существенно ограничивает перспективу применения печей на площадях в обычных стандартных условиях.
Задача и обеспечиваемый полезной моделью технический результат - удобство технического обслуживания печи при проведении термических операций и создание благоприятных условий, исключающих необходимость использования громоздкого ГМП и специальных жестких требований к высотности помещений, ограничивающих перспективу широкого применения и использования печей шахтного типа.
Указанный технический результат достигается тем, что в электровакуумной вертикальной печи сопротивления, включающей герметизированный водоохлаждаемый корпус с установленной внутри цилиндрической нагревательной камерой, снабженной экранной теплоизоляцией в виде многослойного пакета металлических слоев-экранов, внутри которой концентрично размещены нагревательные элементы, согласно полезной модели боковая поверхность корпуса снабжена герметизирующей дверью, при этом нагревательная камера выполнена разъемной в виде двух полуцилиндрических блоков, один из которых установлен стационарно в корпусе печи, а второй - с возможностью перемещения относительно первого с образованием единой цилиндрической рабочей зоны нагрева.
При этом второй полуцилиндрический блок может быть установлен на двери с ее внутренней стороны или же закреплен на оси, которой по своей цилиндрической направляющей может быть снабжен установленный стационарно полуцилиндрический блок.
В результате того, что боковая поверхность корпуса снабжена герметизирующей дверью, а нагревательная камера выполнена разъемной в виде двух полуцилиндрических блоков, один из которых установлен стационарно в корпусе печи, а второй - с возможностью перемещения относительно первого с образованием единой цилиндрической рабочей зоны нагрева, обеспечено удобное и надежное выполнение загрузочно-разгрузочных операций «с пола» через боковую дверь и раскрывающуюся нагревательную камеру. Это позволило существенно улучшить технику безопасности, уменьшить аварийность и повысить надежность операций.
Следует отметить:
- существенное улучшение условий работы при проведении штатных режимов термообработки и техническом обслуживании печи, повышение надежности при эксплуатации печи в целом;
- исключение специальных требований к высоте помещений для размещения печи.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На чертеже вид А, Б схематически показана конструкция вертикальной электровакуумной печи сопротивления, в которой первый полуцилиндрический блок установлен стационарно внутри корпуса печи, а второй полуцилиндрический блок установлен на герметизирующей двери с ее внутренней стороны.
На чертеже вид А, В схематически показана конструкция вертикальной электровакуумной печи сопротивления, в которой первый полуцилиндрический блок установлен стационарно внутри корпуса печи, а второй полуцилиндрический блок закреплен на оси, которой по своей цилиндрической направляющей снабжен первый полуцилиндрический блок.
Вертикальная электровакуумная печь сопротивления изображенная на чертеже вид А, Б содержит водоохлаждаемый вакуумный цилиндрический корпус 1 с верхней и нижней крышками (на чертеже не показаны) и герметизирующей боковой дверью 2, выполненной в корпусе и служащей для загрузки-выгрузки изделий и в качестве герметизирующего узла. Нагревательная камера 3 состоит из двух полуцилиндрических блоков 4 и 5 с концентрично расположенными нагревательными элементами 6 (секционный нагреватель). Каждый полуцилиндрический блок снабжен экранной теплоизоляцией 7 в виде многослойного пакета металлических слоев-экранов. При этом один блок 4, куда помещаются на приспособлении изделия, установлен стационарно внутри корпуса печи, а другой - на внутренней стороне герметизирующей двери 2 таким образом, что при закрытой двери оба блока соединяются, образуя нагревательную камеру 3 с единой цилиндрической рабочей зоной нагрева 8. При этом электрическая коммутация секций нагревателя возможна как внутри, так и снаружи корпуса. На корпусе в верхней его части установлен низкий, компактный ГПМ 9 для загрузки и выгрузки изделий 10 на приспособлении 11, позволяющий оператору удобно работать с пола на уровне роста. Между нагревательными элементами 6 и изделиями 10 может быть, как и в прототипе, установлен тепловыравнивающий экран 12, который в данном случае должен быть также разъемным.
Вертикальная электровакуумная печь сопротивления, изображенная на чертеже вид А, В, содержит водоохлаждаемый вакуумный цилиндрический корпус 1 с верхней и нижней крышками (на чертеже не показаны) и герметизирующей боковой дверью 2, выполненной в корпусе и служащей для загрузки-выгрузки изделий и в качестве герметизирующего узла. Нагревательная камера 3 состоит из полуцилиндрических блоков 4 и 5 с концентрично расположенными нагревательными элементами 6 (секционный нагреватель). Каждый полуцилиндрический блок снабжен экранной теплоизоляцией 7 в виде многослойного пакета металлических слоев-экранов. При этом один блок 4, куда помещаются на приспособлении изделия, установлен стационарно внутри корпуса печи, а второй полуцилиндрический блок 5 закреплен на оси, которой по своей цилиндрической направляющей снабжен установленный стационарно полуцилиндрический блок 4. Нагревательная камера в этом случае представляет собой единую, раскрывающуюся и складывающуюся (по принципу книги) вокруг общей оси на цилиндрической образующей камеры конструкцию, установленную целиком в корпусе печи и образующую единую цилиндрическую рабочую зону нагрева 8. Изделия загружаются в стационарный блок таким же образом, описанном выше.
Кроме того, печь оснащена штатными системами водоохлаждения, электропитания, вакуумирования, контроля рабочих параметров и управления (на чертеже не показаны).
Осуществление полезной модели.
В водоохлаждаемом цилиндрическом корпусе 1, высота которого составляет 2200 мм, а диаметр - 500 мм, закрытом сверху и снизу крышками из нержавеющей стали выполнена герметизирующая боковая дверь 2 высотой 1900 мм и шириной 450 мм. Внутри корпуса установлена нагревательная камера 3 из тугоплавких и жаропрочных материалов W, Мо и др., высота которой составляет 1800 мм, а диаметр - 300 мм. Корпус печи соединен с системой вакуумирования. Нагревательная камера представляла собой два одинаковых симметричных полуцилиндрических блока - стационарный 4 и с возможностью перемещения 5, каждый из которых содержал идентичные коаксиально расположенные с интервалом 25 мм секции из 12 нагревательных элементов 6 в виде вольфрамовых прутков 0 4 мм высотой 1500 мм. Каждый полуцилиндрический блок снабжен экранной теплоизоляцией 7 в виде многослойного пакета металлических дистанционированных слоев-экранов на основе W, Мо и нержавеющей жаростойкой стали толщиной 0,15-0,30 мм. Полуцилиндрические блоки с торцов были закрыты пакетами из аналогичных слоев-экранов. Один блок нагревательной камеры (стационарный) размещался внутри корпуса печи, другой (подвижный) - на внутренней стороне боковой герметизирующей двери. При закрытой двери блоки складывались (с последующим обеспечением электрического контакта между секциями нагревателя) и формировался единый узел - нагревательная камера с цилиндрической рабочей зоной нагрева 8. При открытой двери корпуса печи (а значит и раскрытой нагревательной камере) проводились загрузочно-разгрузочные операции. Печь была оснащена в верхней части вакуумного охлаждаемого корпуса невысоким компактным ГПМ 9 для загрузки и выгрузки изделий 10 на приспособлении 11. Он же использовался для выполнения регламентных работ и обслуживания нагревательной камеры. Между нагревательными элементами 6 и изделиями 10 установлен разъемный тепловыравнивающий экран 12 из W (Мо) высотой 1500 мм.
Каждое из изделий (в количестве до 8 шт.) представляло собой (в нашем случае) трубки из молибдена длинной 900-1300 мм и диаметром до 20 мм.
Процесс термообработки изделий проходил в глубоком вакууме с выходом на температурный режим 1300°C с последующей выдержкой в течение 30 минут. Контроль и регулирование температурного режима для обеспечения температуры заданного уровня в рабочей зоне нагрева осуществлялся с помощью общеизвестных температурных датчиков.
Таким образом, в заявленном решении (с раскрывающимся корпусом печи и нагревательной камеры и возможностью применения низкого ГПМ) эффективным способом решена задача улучшения удобства и обеспечения максимально благоприятных условий для надежного и качественного выполнения ответственных загрузочно-разгрузочных работ с изделиями, а также при выполнении регламентных работ с нагревательной камерой и ее узлами. При этом исключаются специальные жесткие требования к высотности помещений для печей подобного типа, что открывает широкие возможности их применения и использования.