Устройство фиксации нагревателя в электропечи

Полезная модель относится к технической физике и металлургии, а именно - к электропечам, используемым преимущественно для анализа материалов путем фотометрического определения относительной электропроводности расплавов металлов в зависимости от температуры, посредством изучения параметров крутильных колебаний тигля с образцом, коаксиально подвешенным внутри цилиндрической электропечи, методом вращающегося магнитного поля. Дополнительными сферами являются определение вязкости расплавов и обучение студентов.
3
Известно устройство для бесконтактного оптического измерения удельного электросопротивления образцов металлов и сплавов методом вращающегося магнитного поля - см. Г.В. Тягунов и др. «Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля», журн. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», 2003, №2, том 69, с. 35÷37. В этом устройстве тигель с образцом подвешивают на упругой, например, нихромовой, проволоке (нити) внутри цилиндрической вертикальной электропечи во внешнем вращающемся магнитном поле, создаваемом тремя парами катушек, питающихся от трехфазной силовой сети, при этом индукционные токи в образце создают магнитный момент. Образец взаимодействует с внешним магнитным полем, создается вращательный момент, которому противодействует упругость проволочной нити. При фиксированном значении параметров магнитного поля и упругой проволочной нити, а также геометрии, массе и плотности образца, его электросопротивление однозначно связано с длиной и упругостью проволоки (нити), отражаемыми углом отклонения (или закручивания) образца. Этот угол определяется посредством зеркала, закрепленного на упругой нити, по отклонению отраженного от него светового луча на шкале. Таким образом, изменение электросопротивления при изменении температуры расплава образца определяют посредством регистрации отклонений отраженного светового луча на оптической шкале. Внутренняя часть молибденового электронагревателя закрыта керамическим трубчатым экраном, служащим как для защиты от напыления металлом нагревателя элементов подвесной системы, так и для создания равномерного теплового поля. Для осуществления процесса измерений обеспечивают свободное вращение нижней части подвесной системы, а именно тигля с образцом, исключающее его соприкосновение с вышеуказанным экраном. Необходимо отметить, что габариты цилиндрической электропечи обусловлены потребляемой мощностью, требуемой для нагрева и плавления образцов, объем которых составляет единицы см и возможностью водяного охлаждения этой электропечи. Поэтому ее рабочее пространство имеет ограниченные размеры, в частности, диаметр. Расстояние от тигля до керамического трубчатого экрана, расположенного внутри нагревателя, составляет единицы мм.
Известно фотометрическое устройство для измерения электросопротивления металлического расплава методом вращающегося магнитного поля - см. пат. РФ № 2457473, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в высокотемпературной части цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации - аналог.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является цилиндрическая электропечь, содержащая коаксиально расположенный цилиндрический нагреватель, снаружи которого расположены цилиндрические металлические тепловые экраны и первый керамический тепловой экран - см. вышеуказанное Г.В. Тягунов и др. «Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля», журн. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», 2003, №2, том 69, с. 35÷37, рис. 1 - прототип.
Недостатком аналога и прототипа является, во первых, возможность возникновения некоаксиальности подвесной системы внутри нагревателя вследствие искривления и неконтролируемого горизонтального взаимного смещения (децентровки) цилиндрических молибденового нагревателя, металлических, например, молибденовых, и керамических экранов при их нагреве. При этом возникает опасность соприкосновения тигля с керамическим экраном внутри нагревателя, следовательно не обеспечено свободное вращение нижней части подвесной системы, а именно, тигля с образцом. Во вторых, имеется неоднородность, неравномерность и несимметричность теплового поля нагревателя в области этого тигля, прежде всего из-за теплового излучения в верхней части нагревателя и экранов. В третьих, при соприкосновении тигля с экраном может возникать их последующее сплавление и, как следствие, срыв экспериментов, например лабораторных работ, с трудоемкой заменой компонентов электропечи и последующей перекалибровкой. В четвертых, возникает опасность нежелательного электрического контакта при падении вниз и внутрь нагревателя и/или экранов посторонних частиц, которые могут появиться при испарении элементов нагревательной системы и/или изучаемого расплава, загрузке/выгрузке подвесной системы с тиглем, либо разборке электропечи. При этом возможны, в частности, электрические замыкания.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение уменьшения теплового излучения в верхней части нагревателя и создания внутри него более равномерного теплового поля, уменьшение децентровки и влияния взаимного смещения частей нагревателя и экранов на ход и результаты эксперимента, уменьшение возможности попадания посторонних частиц в пространство между нагревателем и экранами, а в конечном итоге, расширение функциональных возможностей цилиндрической электропечи, обеспечение осуществления экспериментов по определению относительной электропроводности образцов сплавов методом вращающегося магнитного поля.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение функциональных возможностей цилиндрической электропечи посредством увеличения изотермической области нагрева, осуществления теплового экранирования нагревателя и экранов, а также устранения их взаимной децентровки. Кроме того, уменьшается возможность попадания посторонних частиц в пространство между этими нагревателем и экранами, уменьшается степень некоаксиальности подвесной системы внутри нагревателя, уменьшаются деформации, а также неконтролируемое взаимное горизонтальное смещение нагревателя и экранов при их нагреве. Кроме того, предлагаемое техническое решение увеличивает возможность свободного вращения подвесной системы, уменьшает возможность соприкосновения элементов подвесной системы с нагревателем цилиндрической электропечи и децентровку, а также влияние горизонтального смещения нагревателя и/или экранов на ход и результаты экспериментов.
Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель устройства фиксации нагревателя в электропечи, а именно:
отличающаяся тем, что
Цилиндрическая электропечь, содержащая коаксиально расположенный цилиндрический нагреватель, снаружи которого расположены цилиндрические металлические тепловые экраны и первый керамический тепловой экран,  она снабжена вторым керамическим тепловым экраном, выполненным в виде сужаемой кверху трубы, опертой на верхнюю кромку цилиндрического нагревателя.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - схема расположения нагревателя и тепловых экранов цилиндрической электропечи;
фиг. 2 - внешний вид нагревателя и тепловых экранов цилиндрической электропечи.
Предлагаемая полезная модель содержит основные компоненты цилиндрической электропечи: первый керамический тепловой экран 1, внутренний металлический тепловой экран 2, внешний металлический тепловой экран 3, нагреватель 4, подвесную систему с тиглем (на схеме не показано), керамический тепловой экран (на схеме не показано) внутри молибденового нагревателя 4, второй тепловой экран 5.
Цилиндрические керамические тепловые экраны первый 1 и второй 5 выполнены из алунда. Цилиндрические металлические тепловые экраны 2 и 3, а также два полуцилиндра нагревателя 4 выгнуты из молибденового листа толщиной 0,2 мм. Второй керамический тепловой экран 5 выполнен в виде конической трубы или чашки, например, из алундового конического тигля с отрезанным дном. Он опирается нижней частью, которая имеет больший диаметр, на верхнюю кромку нагревателя 4 - см. фиг. 1. Тепловой экран 5 перекрывает щель между тепловым экраном 2 и нагревателем 4. Второй керамический тепловой экран 5 может быть выполнен, в частности, из конического или чашеобразного алундового тигля, дно которого отрезано таким образом, чтобы получить отверстие необходимого и достаточного размера для загрузки через него подвесной системы с тиглем и исследуемым образцом коаксиально в середину теплового поля нагревателя 4. Диаметр отверстия может быть равен, например, 18 мм.
Тепловой экран 5 используют в качестве крышки, которая уменьшает потери теплового потока нагревателя 4 в верхней части зоны нагрева цилиндрической электропечи. При этом внутри нагревателя 4 создается более равномерное изотермическое тепловое поле, что, в конечном итоге, повышает точность экспериментов. В то же время, тепловой экран 5 уменьшает степень взаимной децентровки нагревателя 4 и комплекса тепловых экранов 1, 2, 3 цилиндрической электропечи, что уменьшает их деформации, а также неконтролируемое горизонтальное взаимное смещение частей нагревателя 4 и тепловых экранов 1, 2, 3 при их нагреве или/и охлаждении. Кроме того, тепловой экран 5 уменьшает возможность попадания посторонних частиц, например, окалины, в пространство между нагревателем 4 цилиндрической электропечи и тепловым экраном 2, а также тепловым экраном внутри нагревателя 4 (на схеме не показан) и нагревателем 4.