Электронагреватель

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к металлическим нагревателям, используемым в различном электротермическом оборудовании, например, в плавильных печах или миксерах сопротивления для выдержки металлов и сплавов.
Известны электронагреватели, содержащие проволочные и ленточные зигзагообразные нагревательные элементы, дистанцирующее устройство, выполненное в виде специальных сводовых фасонных камней или балок с пазами. Такие нагревательные элементы могут выполняться также в качестве выемных рамок (см. А.Д. Свенчанский Электрические промышленные печи. Энергия , Москва, 1975, с. 167. рис.4-53 д).
К недостаткам таких устройств следует отнести их незащищенность в случае эксплуатации в условиях агрессивных сред, например, при попадании на нагревательные элементы брызг алюминия, сравнительно высокое взаимоэкранирование отдельными зигзагами друг друга, невозможность их использования при ширине свода более 3-х метров в миксерах большой вместимости из-за возможности короткого замыкания между отдельными зигзагами. Последнее имеет особенно важное значение на поворотных миксерах.
Известны электронагреватели, когда установленные в пазах свода зигзагообразные нагревательные элементы частично защищены от агрессивной среды, например, от попадания брызг алюминия металлическими или карбидокремниевыми экранами (см. Технология лёгких сплавов, бюл. ВИЛСа, № Ц, 1974, с. 31-33 ; а.с. СССР № 816 243,
кл. F 27 В 3/08). Однако, установка экранов хоть и предохраняет нагревательные элементы от нонадания брызг алюминня, тем не менее существенно снижает тенлопередачу ввиду большого термического сопротивления тепловому потоку от нагревательных элементов к зеркалу металла. Это вызвано тем, что наличие экранов конструктивно влечет заглубление нагревательных элементов в пазах, что приводит к снижению теплопередачи из-за малых угловых коэффициентов облучения экранов. Кроме того, в процессе эксплуатации происходит зарастание металлических экранов пористыми отложениями, которые еще больше увеличивают термическое сопротивление. Применение же карбидокремниевых пластин в качестве экранов существенно ситуацию не улучшает.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является электронагреватель, содержащий зигзагообразный нагревательный элемент, дистанцирующее устройство с выполненными в нем каналами для установки нагревательных элементов, имеющее теплопроводный слой, образованный пластинами жаростойкого чугуна и нанесенным на поверхность дистанцирующего устройства, обращённую к зеркалу нагреваемого расплава, карбидом кремния (см. А.с. СССР № 1079988, кл. F 27 D 1/16, 15.03.84. Бюл. .№10).
Однако в известном устройстве несмотря на улучшение условий теплопередачи за счет развитой поверхности теплопроводного слоя конструктивно сохраняется заглубление нафевательных элементов относительно экранов. При этом, расположение электропроводных экранов рядом с нагревательными элементами зачастую приводит к короткому замыканию их из-за провисания последних.
Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является
повышение как тепловой эффективности электронагревателя за счет перераспределения теплового потока и увеличения его доли в сторону нагреваемой среды так и надёжности его работы.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем нагревательный элемент, дистанцирующее устройство с выполненными в нем каналами для установки нагревательных элементов, имеющее теплопроводный слой, каналы выполнены в теплопроводном слое, при этом материал теплопроводного слоя является электроизоляционным.
Дополнительным отличием является выполнение нагревательных элементов в виде стержней.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является выполнение каналов открытыми, расположенными на одной из внешних сторон теплопроводного слоя дистанцирующего устройства.
Каналы могут быть также выполнены закрытыми, расположенными внутри теплопроводного слоя дистанцирующего устройства.
Для обеспечения возможности размещения большего количества стержней нагревательного элемента и дополнительной механической прочности теплопроводный слой может быть выполнен в форме арки, при этом каналы располагаются как внутри теплопроводного слоя дистанцирующего устройства так и на внешней его стороне.
Выполнение каналов для установки нагревательных элементов в теплопроводном слое дистанцрфующего устройства при условии, что материал этого слоя является электроизоляционным, позволяет существенно улучшить теплопередачу от нагревательных элементов непосредственно теплопроводному слою за счет сложной теплопередачи: одновременно теплопроводностью и излучением при наивыгоднейшем
взаимном расположении нагревательных элементов и теплопроводного слоя. Последний является излучателем энергии в сторону нагреваемой среды (расплава металла). Полезная доля теплового потока от нагревательных элементов при этом возрастает, что приводит к снижению температуры поверхности нагревательных элементов (в печах для выдержки металла), а значит - к повышению их надежности.
Выполнение теплопроводного слоя дистанцирующего устройства в форме арки с каналами, расположенными как внутри теплопроводного слоя так и с внешней его стороны, в которых установлены стержни нагревательного элемента, позволяет обеспечить электронагревателю в целом необходимую механическую прочность и улучшить теплопередачу в сторону зеркала металла eni;e в большей степени за счет развития отражающей поверхности, а при необходимости - увеличить мощность электронагревателя в пределах его допустимой ваттной нагрузки.
Па фиг. 1 показан предлагаемый электронагреватель, его поперечный разрез со стержнями нагревательного элемента, расположенными внутри теплопроводного слоя; на фиг. 2 - то же, с расположением стержней нагревательного элемента со стороны, обращенной к нагреваемому расплаву; на фиг. 3 показан электронагреватель в котором теплопроводный слой дистанцирующего устройства имеет арочную форму с внутренним расположением стержней нагревательного элемента; на фиг. 4 - электронагреватель с теплопроводным слоем дистанцирующего устройства арочного типа, где стержни нагревательного элемента находятся внутри теплопроводного слоя дистанцирующего устройства; на фиг. 5 - узел I на фиг. 2 - крепление стержней нагревательного элемента.
Электронагреватель, предназначенный, например, для установки на
своде 1 миксера для приготовления и выдержки алюминиевых сплавов, содержит стержни 2 нагревательного элемента, соединенные последовательно и установленные в каналах 3 теплопроводного слоя 4 дистанцирующего устройства 5. К свободным концам крайних стержней нагревательного элемента подсоединены токовводы (на чертеже не показаны) для подвода электроэнергии. Теплопроводный слой 4 дистанцирующего устройства и дистанцирующее устройство 5 выполнены из огнеупорного материала, например, на основе оксида алюминия, который обладает при повышенной температуре высокой теплопроводностью и электроизоляционными свойствами. Этот материал менее всего склонен к зарастанию пористыми отложениями при приготовлении алюминиевых сплавов. Стержни нагревательного элемента 2 в случае расположения их на внешней стороне теплопроводного слоя дистанцирующего устройства крепятся к нему с помощью металлических держателей, представляющих собой скобы из жароупорного металла. Стержни нагревательного элемента устанавливают внутри теплопроводного слоя или на внешней стороне его, обращенной к своду миксера, когда работа его осуществляется в условиях агрессивных сред и возможно попадание вредных испарений и брызг металла и шлаков непосредственно на нагревательные элементы, что ведет к выходу их из строя.
Электронагреватель устанавливается на своде электрического миксера для приготовления алюминиевых сплавов. На токовводы электронагревателя подается напряжение от регулируемого источника электроэнергии. При прохождении электрического тока по стержням нагревательного элемента выделяется электрическая энергия, преобразуемая способом сопротивления в тепловую - джоулево тепло.
Тепловая энергия передается дистанцирующему устройству теплопроводностью и излучением. Благодаря высокой теплопроводности материала дистанцирующего устройства тепловая энергия в нем быстро передается от более нагретых участков к менее нагретым и, в дальнейщем, температура поддерживается на уровне требуемой для осуществления заданного технологического процесса. Тем самым улучщаются условия теплопередачи в миксере, являющейся величиной прямопропорциональной эффективной площади электронагревателя, обращенной к зеркалу нагреваемого расплава. После достижения заданной температуры нагреваемого расплава термоконтроллер поддерживает её регулированием тока, проходящего по стержням нагревательного элемента.
Выполнение электронагревателя по предлагаемой схеме позволяет существенно увеличить эффективность теплопередачи с одновременной защитой нагревательного элемента от агрессивного воздействия среды, устранить локальные перегревы в нагревательном элементе, особенно при выборе его стержней больщого диаметра, устранить полностью возможность коротких замыканий, в результате чего увеличивается срок службы электронагревателя. Помимо этого, предлагаемое устройство позволяет заменять электронагреватель без охлаждения миксера. Все это вместе взятое показывает преимущества устройства по сравнению с известными.