ЭЛЕКТРОВАКУУМНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТЖИГА ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области термообработки изделий, в частности, к электровакуумным печам вертикального (шахтного) типа для высокотемпературной термообработки длинномерных изделий, в том числе труб и прутков из тугоплавких материалов W, Mo, Та, др. и их сплавов.
-6
Как правило, это печи с уровнем остаточного давления 5·10 мм. рт.ст. и рабочей температурой до 2500°С. При этом, конструкционный и технический облик печей определяется задачами и условиями их применения - будь то в единичном или поточно-массовом производстве. В последнем случае такие качества печи как производительность, надежность, компактность (минимально занимаемая площадь) и удобство при проведении подготовительных, собственно термических (нагрев) и завершающих операций процесса термообработки становятся превалирующими.
Так известны однокорпусные промышленные или лабораторные шахтные электропечи сопротивления СШВЭ-1.2,5/25И, ЭСКВЭ-1,2.2,5/25ШМ, СШВЭ-1,0.10/22 (ООО О.З.ВНИИЭТО"), RU 114516, RU 141911, RU 136546.
Известные конструкции печей решают задачу высокотемпературной обработки изделий. Однако, указанные технические решения обладают ограниченным потенциалом эксплуатационных и технических возможностей, серьезно удлиняющих временной цикл каждого (одного) процесса термической обработки изделий проводимой на печи.
Так, общая для всех указанных печей конструктивная схема с одним «рабочим» водоохлаждаемым вакуумным корпусом и установленной внутри нагревательной камерой с нагревателем и термоизоляцией предусматривает наряду с собственно операцией нагрева, выдержки на режиме и охлаждения (основная операция технологического процесса термообработки) выполнение каждый раз на печи ряда подготовительно-завершающих операций (проверка электрической, вакуумной, водоохлаждающей систем печи, проверка допустимого натекания в вакуумный объем печи, установка изделия в приспособление и загрузка садки в печь, остановка печи, выгрузка и т.д.) в течение которых печь в начале и в конце операции термообработки «простаивает». Это увеличивает общее время процесса минимум в 2 раза и не способствует производительности и эффективности работы на однокорпусной печи в целом. К тому же, в этом случае возникает необходимость в пропорционально большем количестве единиц оборудования (печей) и численности операторов для выполнения того же объема работ по термообработке изделий.
В качестве недостатка следует отметить необходимость в существенно больших рабочих площадях (на 30-40%) при размещении однокорпусных печей для выполнения аналогичной программы, соответственно большее количество необходимого обслуживающего персонала, а также связанного с этим объема сопутствующих обязательных ответственных мероприятий по технике безопасности, аттестации оборудования, персонала, регламентных и ремонтных работ, эксплуатации помещений и т.д., что создает серьезные реальные предпосылки для значительных материальных затрат и увеличения себестоимости продукции (процессов термообработки).
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является современная электровакуумная печь сопротивления (варианты) (патент РФ на полезную модель №136546 МПК F27B 1/10, опубл. 10.012014). Основными элементами конструкций электропечей являются водоохлаждаемый цилиндрический вакуумный корпус с герметизирующей крышкой и цилиндрической нагревательной камерой в виде экранной теплоизоляции с расположенными внутри коаксиально нагревательными элементами с образованием зоны нагрева, системы водоохлаждения, электропитания, вакуумирования, контроля.
Однако, указанное техническое решение обладает ограниченным потенциалом эксплуатационных и технических возможностей, серьезно удлиняющих временной цикл каждого (одного) процесса термической обработки изделий проводимой на печи.
Задачей авторов является расширение эксплуатационных и технических возможностей и способствование более удобной эксплуатации печи персоналом.
Для решения поставленной задачи, предложена электровакуумная вертикальная печь сопротивления для высокотемпературного отжига длинномерных изделий, включающая водоохлаждаемый корпус с герметизирующей крышкой, нагревательную камеру с экранной изоляцией и коаксиально размещенными внутри с образованием рабочей зоны нагрева нагревательными элементами, а также снабженная системами водоохлаждения, электропитания, вакуумирования и контроля, в которой согласно полезной модели печь выполнена в виде двух водоохлаждаемых корпусов, установленных рядом друг с другом на общей раме и подсоединенных к единой системе вакуумирования посредством общего патрубка, снабженного соответственно двумя вакуумными затворами с обеспечением независимой работы каждого из корпусов, при этом оба корпуса снабжены общим грузоподъемным механизмом и подсоединены к общим системам водоохлаждения, электропитания, контроля.
Применение новой конструктивной схемы печи с использованием вместо одного двух вакуумных «рабочих» корпусов с нагревательными камерами, установленных рядом друг с другом на общей раме и подсоединенных к единой системе вакуумирования посредством общего патрубка, снабженного соответственно двумя вакуумными затворами с обеспечением независимой работы каждого из корпусов (с одним турбомолекулярным насосом вместо двух и тремя форвакуумными насосами вместо четырех), снабженных общим грузоподъемным механизмом и подсоединенных к общим системам водоохлаждения, электропитания, контроля, позволяет расширить ее эксплуатационные возможности и сократить длительность термических процессов минимум в 2 раза, уменьшить использование производственных площадей на ~30-40% за счет исключения нормативных зон -1-0,5 м во круг каждой единицы оборудования и оптимальной конструктивной компоновки печи, а также способствует более удобной эксплуатации печи персоналом.
Оснащение одним общим грузоподъемным механизмом с универсальными функциональными возможностями позволяет одинаково полно обслуживать оба корпуса как при подготовке непосредственно операций по термообработке изделий, так и регламентному ремонту нагревательных камер.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схематически показана конструкция электровакуумной вертикальной печи сопротивления для высокотемпературного отжига длинномерных изделий.
На фиг. 2 - показан вид сверху электровакуумной вертикальной печи сопротивления для высокотемпературного отжига длинномерных изделий.
Электровакуумная вертикальная печь сопротивления выполнена в виде двух водоохлаждаемых цилиндрических вакуумных корпусов (оба корпуса на чертеже отмечены позицией 1). Каждый из корпусов 1 снабжен герметизирующими крышками 2. В каждом из корпусов 1 размещена нагревательная камера 3 в составе нагревателя 4 из прутков W и окружающим его сбоку и торцов экранной теплоизоляции 5.
Оба водоохлаждаемых вакуумных корпуса 1 установлены стационарно рядом, на общей низкой раме 6, что не ограничивает при необходимости («под задачу») высоту водоохлаждаемого корпуса, а значит высоту нагревательной камеры и рабочей зоны нагрева, а следовательно и размеры термообрабатываемых изделий.
Полости корпусов 1 подсоединены к общей, единой системе вакуумирования, с возможностью поочередного подключения, состоящей из блока 3-х механических форвакуумных насосов 7, одного высоковакуумного безмаслянного насоса 8 необходимой производительности, посредством общего патрубка 9 снабженного соответственно двумя вакуумными затворами 10. Электропитание обеспечивается силовым трансформатором повышенной мощности 11, управление - со щита 12.
Загрузка и выгрузка садки 13, а также герметизация вакуумного объема с камерой нагрева - сверху корпуса при помощи крышки 2.
Осуществление операции загрузки, выгрузки садки с изделиями, а так же обслуживание нагревателя и теплоизоляции камеры нагрева производится при помощи одного общего универсального грузоподъемного электромеханизма 14 с широкими функциональными возможностями. При этом, общие системы вакуумирования, охлаждения, электропитания, контроля режимов и управление позволяют использовать оба корпуса печи тандемом не разрывая по времени процесс термовакуумной обработки. Это особенно важно и эффективно в технологической цепочке поточного производства, когда на одном корпусе ведутся проверочно-подготовительные работы, а на другом в то же время, исключая простой непосредственно термический режим. Указанная возможность позволяет существенно поднять эффективность использования печей подобной конструкции за счет совмещения времени при одновременном параллельном ведении основных операций нагрева-охлаждения в нагревательной камере одного вакуумного корпуса и проверочно-подготовительных операций на другом корпусе, что в свою очередь позволяет сократить количество печей и (или) используемых производственных площадей, а так же серьезно сократить объем ответственных вспомогательных и организационных мероприятий на печном участке.
Осуществление полезной модели (см. фиг. 1 и фиг. 2).
Электровакуумная печь сопротивления состоит из 2-х однотипных водоохлаждаемых вакуумных цилиндрических корпусов 1 с двойной стенкой полости охлаждения из нержавеющей стали высотой ~2000 мм и диаметром 550 мм с герметизирующей крышкой 2 сверху. В каждом корпусе размещена цилиндрическая нагревательная камера 3 с рабочей зоной нагрева ⌀100×1500 мм, включающая нагреватель 4 из вольфрамовых прутков ⌀4 мм в количестве 24 шт, выполненный по схеме «звезда», и экранную теплоизоляцию 5, окружающую нагреватель со всех сторон. Экранная теплоизоляция представляет собой пакет из 12-ти дистанционированных слоев-экранов толщиной δ=0,15÷0,3 мм из тугоплавких и жаропрочных материалов. Оба водоохлаждаемых вакуумных корпуса установлены стационарно, рядом, на общей низкой жесткой раме 6. Полости корпусов подсоединены к общей (единой) системе вакуумирования, состоящей из 3-х механических форвакуумных насосов 7, одного высоковакуумного безмаслянного насоса 8, посредством общего патрубка 9 снабженного соответственно двумя вакуумными затворами 10. Электропитание обеспечивается силовым трансформатором повышенной мощности 11, управление - со щита 12.
Садка 13 с изделиями загружалась в нагревательную камеру, размещенную в вакуумном водоохлаждаемом корпусе сверху с использованием грузоподъемного механизма 14 с электроприводом.
Таким образом, в заявленном решении эффективным и перспективным способом решена задача улучшения конструкции печи с одним вакуумным корпусом и нагревательной камерой, путем оснащения печи двумя корпусами с нагревательными камерами, которые размещаются рядом, компактно на низкой раме в окружении функциональных блоков (компактная и эффективная альтернатива двум однокорпусным печам) и обслуживаются одним общим грузоподъемным механизмом. При этом, печь приобретает новое качественное содержание, заключающееся в более высоких технических и эксплуатационных возможностях, которые обеспечивают одновременную независимую параллельную работу на каждом корпусе (проведение собственно операции нагрева и проверочно-подготовительных операций без простоев камер нагрева). Это сокращает общую длительность термического процесса при использовании одной предложенной конструкции минимум в 2 раза и обеспечивает 2-х кратное повышение производительности. Т.е. практически используется одна печь вместо двух.
А с учетом, как следствие, меньшего требуемого количества единиц оборудования, площадей (на 30-40%) и персонала, а также повышенного удобства в работе, достигается высокая эффективность проводимых термических операций и высокая производительность.