CS221578B1

CS221578B1 - Electric resistance furnace with stabil charge or continuous furnace

Info

Publication number: CS221578B1
Application number: CS533081A
Authority: CS
Inventors: Josef Rada; Oskar Kovarik; Ludek Turek
Original assignee: Josef Rada; Oskar Kovarik; Ludek Turek
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-04-29

Description

Vynález se týká elektrické odporové pece se stabilní vsázkou nebo pece průběžné, sestávající z jedné nebo více sekcí.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixed-load electric resistance furnace or a continuous furnace consisting of one or more sections.

Elektrické odporové pece se stabilní vsázkou, to jest se vsázkou, která je během ohřevu v klidu, jakož i pece průběžné, to jest pro vsázku, která během ohřevu postupuje pecí, se vyznačují tím, že jsou vyhřívány topnými články, vytvořenými bud¹ z navinutého kovového drátu, nebo z pásu různé šířky a různě tvarovaného, anebo pro teploty nad 1100 °C, z tyčí a různě tvarovaných profilů ze speciálních topných materiálů, jako například siliciumkarbidu, cermetu a podobně. Topné články jsou v peci uchyceny na vyzdívce zpravidla pomocí různě tvarovaných nosičů. Podstatnou nevýhodou těchto pecí je, že topné články musí být v peci dobře uchyceny jak po stránce elektrické izolace, tak i po stránce příchytných materiálů, které nesmí chemicky za vysokých teplot narušovat topné vodiče. Přitom se musí články dobře v peci chladit, aby se nepřehřívaly. Na topných článcích je poměrně vysoké elektrické napětí, řádově stovky voltů, což způsobuje při vysoké teplotě řadu izolačních potíží, zejména u pecí cementačních. Topné články a jejich vinutí je tedy za vysoké teploty mechanicky i chemicky mimořádně choulostivá část pecí.Electric resistance furnaces stable feedstock, i.e. the feedstock that is during heating at rest, as well as the furnace continuously, i.e. the feedstock that during heating progresses furnaces are characterized in that they are heated by the heating elements formed of either ^one of the wound metal wire, or a strip of different width and differently shaped, or for temperatures above 1100 ° C, bars and differently shaped profiles of special heating materials such as silicium carbide, cermet and the like. The heating elements are fixed to the lining in the furnace by means of differently shaped carriers. A significant disadvantage of these furnaces is that the heating elements must be well held in the furnace both in terms of electrical insulation and in terms of attachment materials, which must not chemically disturb the heating conductors at high temperatures. In doing so, the cells must be cooled well in the furnace to avoid overheating. There is a relatively high electrical voltage on the heating elements, of the order of hundreds of volts, which causes a number of insulating problems at high temperatures, especially in cement kilns. The heating elements and their windings are therefore an extremely sensitive part of the furnaces at high temperature, both mechanically and chemically.

Další nevýhodou známých provedení těchto pecí je dosud používaná vyzdívka, sestavená buď z řady různých speciálních tvarovek nebo bloků z keramických materiálů. Tento typ vyzdívky má značnou tloušťku a tím i velkou hmotnost. Proto vyzdívka v sobě akumuluje i mnoho tepla, regulace teploty probíhá s velkými časovými konstantami a roztápění pece je poměrně pomalé. Ztráty akumulovaného tepla jsou při periodických tepelných cyklech mimořádně velké. Také chlazení topných článků v peci sáláním na vsázku a vedením tepla je často problematické, neboť články jsou zapuštěny často do vyzdívky pece, vzájemně se osálávají a podobně. Životnost článků je často nízká, protože jejich topné vodiče mají relativně malý průřez, který při roztápění a chladnutí podléhá snadno strukturálním změnám. Údržba těchto dosud vyráběných pecí je nákladná, spojená vždy s vyřazením zařízení z provozu. V současné době jsou známa řešení odporových pecí, u kterých je keramická vyzdívka nahrazena tenkými vláknitými izolačními materiály, sestavenými do panelů, jak je tomu například i u řešení podle čs. autorského osvědčení č. 205 478. Nevýhodou těchto řešení je zejména to, že je v nich řešena pouze náhrada klasické keramické vyzdívky tepelnou izo221578 lácí z vláknitých materiálů a s tím spojených problémů konkrétní úpravy různých nosných a uchycovacích prvků a topných článků. Tato řešení znamenají sice snížení hmotnosti průmyslových odporových pecí, jsou však stále výrobně pracná a nezřídka i ekonomicky nevýhodná.A further disadvantage of the known embodiments of these furnaces is the lining used up to now, composed of a number of different special fittings or blocks of ceramic materials. This type of lining has a considerable thickness and thus a high weight. Therefore, the lining accumulates a lot of heat, temperature regulation takes place with large time constants and furnace heating is relatively slow. Accumulated heat losses are extremely high during periodic heat cycles. Also, cooling of the heating elements in the furnace by radiation to the charge and heat conduction is often problematic, since the elements are often embedded in the furnace lining, they radiate to each other and the like. The service life of cells is often low because their heating conductors have a relatively small cross section, which is easily subject to structural changes during heating and cooling. The maintenance of these furnaces manufactured so far is expensive, always associated with the decommissioning of the plant. At present, there are known solutions of resistance furnaces in which ceramic lining is replaced by thin fibrous insulating materials assembled into panels, as is also the case in the solution according to the art. The disadvantage of these solutions is, in particular, that only the replacement of the classical ceramic lining with thermal insulation 221578 is made from fibrous materials and the associated problems of the concrete modification of various supporting and fixing elements and heating elements. Although these solutions reduce the weight of industrial resistance furnaces, they are still labor-intensive and often economically disadvantageous.

Nevýhody výše popsaných řešení odstraňuje elektrická odporová pec podle vynálezu se stabilní vsázkou nebo pec průběžná, sestávající z nejméně jedné sekce, vytvořené z obvodové části tepelně izolované, hranatého nebo kruhového tvaru, opatřené topením a dvou uzavíracích, tepelně izolovaných částí, tvořících dno a víko pece nebo čela pece, kde podstatou vynálezu je, že obvodová část pece je vytvořena z tepelně izolační vrstvy, která je na vnitřní stěně opatřena celistvou kovovou výstelkou, spojenou elektricky pomocí přívodů se zdrojem napájecího proudu, umístěným vně obvodové části pece, přičemž na každém konci pece je příčně k obvodové části pece uložena jedna tepelně izolovaná uzavírací část. Dále tkví podstata vynálezu v tom, že zdroj napájecího proudu je tvořen jednofázovým transformátorem symetricky upraveným na vnější stěně tepelně izolační vrstvy obvodové části každé sekce pece a sestává z prstencového primárního vinutí hranatého průřezu, jehož jedna strana je obrácena k vnější stěně tepelně izolační vrstvy a v jehož středu je upraveno obvodově kolem pece uzavřené železné jádro a ze sekundárního vinutí, upraveného symetricky kolem primárního vinutí, přičemž konce závitu sekundárního vinutí obklopují vnější stěnu tepelně izolační vrstvy a jsou pevně spojeny s přívody proudu. Podstatou vynálezu je dále to, že u vertikálně umístěné sekce pece je tepelně izolovaná uzavírací část, tvořící dno pece, opatřena na své vnitřní stěně celistvou kovovou výstelkou, spojenou mechanicky i elektricky s celistvou kovovou výstelkou na vnitřní stěně tepelně izolační vrstvy obvodové části pece. Podle vynálezu jsou přívody proudu spojeny s trubkou okruhu chlazení.Disadvantages of the above-described solutions are eliminated by a stable furnace or continuous furnace according to the invention, consisting of at least one section formed of a peripherally thermally insulated, angular or circular shape, provided with heating and two closing, thermally insulated parts forming the bottom and lid of the furnace. or furnace face, wherein the furnace peripheral portion is formed of a heat insulating layer which is provided with a solid metal lining on the inner wall, electrically connected via leads to a power supply located outside the furnace peripheral portion, at each end of the furnace one thermally insulated closing portion is disposed transversely to the peripheral portion of the furnace. Further, the present invention is characterized in that the power supply source consists of a single-phase transformer symmetrically arranged on the outer wall of the thermal insulation layer of the peripheral portion of each furnace section and consists of an annular primary winding of square cross section. the center of which is provided with a closed iron core circumferentially around the furnace and of a secondary winding arranged symmetrically around the primary winding, the thread ends of the secondary winding surrounding the outer wall of the thermal insulation layer and being firmly connected to the power supply. It is a further object of the invention that in a vertically positioned furnace section, the thermally insulated closing portion forming the bottom of the furnace is provided on its inner wall with a solid metal lining, mechanically and electrically connected to the solid metal lining on the inner wall of the thermal insulation layer. According to the invention, the power supply lines are connected to a cooling circuit pipe.

Hlavní výhodou elektrické odporové pece podle vynálezu, sestávající z jedné nebo více sekcí shodného provedení v hranatém, kruhovém nebo oválném průřezu, je výrobní jednoduchost, spojená s nízkými nároky na materiál, s nízkou energetickou spotřebou v provozu. Těchto výhod se dosahuje tím, že jednotlivé sekce jsou vytvořeny z obvodové části z tepelně izolační vrstvy, která je na vnitřní stěně opatřena celistvou kovovou výstelkou, spojenou elektricky pomocí přívodů se zdrojem napájecího proudu, umístěným vně obvodové části každé sekce pece. Celistvá kovová výstelka vymezuje vnitřní prostor pece průběžné, u pece šachtové pak spolu s obdobnou výstelkou dna pece tvoří mufli a současně je i topným elementem, takže každá sekce je přímým průchodem velkého proudu při malém napětí. Rovnoměrným ohřevem nedochází k lokálním přehřevům a tím ani k borcení celistvé kovové výstelky. Další výhodou elektrické odporové pece podle vynálezu je, že vnější plášť pece je tvořen pouze závitem sekundárního vinutí jednofázového transformátoru, kterýžto závit obklopuje symetricky prstencové primární vinutí, obrácené jednou stranou k vnější stěně tepelně izolační vrstvy, což umožňuje i tepelnou délkovou roztažnost celistvé kovové výstelky. Další výhodou je, že základní provedení sekce pece může být použito současně se dnem a víkem pro výrobu pece šachtové, jejíž hloubka je dána počtem použitých sekcí. Otočením podélné osy pece o 90° do vodorovné polohy vznikne principiálně pec komorová a náhradou víka a dna dvěma čely vznikne principiálně pec průběžná. Takto vytvořené pece podle vynálezu mohou být vybaveny i obvyklými mechanismy, například pro dopravu vsázky, ventilátory pro oběh atmosféry, oběhovými vložkami a dalšími. Tak lze vytvořit libovolný typ elektrické odporové pece průběžné i se stabilní vsázkou pro nejrůznější tepelná zpracování a pro různé druhy atmosfér. Pec podle vynálezu má velmi nízkou akumulaci tepla, takže rychle reaguje při regulaci teploty a má nízké zráty při periodických cyklech tepelného zpracování. Celistvá kovová výstelka pece má kromě funkce topné i funkci ochrannou při vkládání vsázky a v topné funkci má oproti topným článkům a topným vinutím v keramické vyzdívce příznivější podmínky pro přenos tepla do vsázky. Teplotní spád mezi zářičem a vsázkou je u celistvé kovové výsttelky pro stejný přenášený tepelný výkon a stejnou teplotu vsázky nižší, to jest kovová výstelka má nižší provozní teplotu pro jinak stejné poměry, než mají topné vodiče u stávajících pecí. Životnost celistvé kovové výstelky je delší, než běžných drátových nebo pásových topných článků, rovněž z hlediska poruchovosti je celistvá kovová výstelka výhodnější.The main advantage of the electric resistance furnace according to the invention, consisting of one or more sections of the same design in square, circular or oval cross-section, is the manufacturing simplicity associated with low material requirements and low energy consumption in operation. These advantages are achieved in that the individual sections are formed from a peripheral part of a heat insulating layer, which is provided on the inner wall with a solid metal lining, electrically connected by means of leads to a power supply located outside the peripheral part of each furnace section. The solid metal lining defines the inner space of the continuous furnace, in the shaft furnace together with a similar lining of the furnace bottom it forms a muffle and is also a heating element, so that each section is a direct passage of high current at low voltage. Even heating does not cause local overheating and therefore does not warp the solid metal lining. A further advantage of the electric resistance furnace according to the invention is that the furnace outer casing consists only of the thread of the secondary winding of the single-phase transformer, which surrounds the symmetrically annular primary winding facing one side to the outer wall of the thermal insulation layer. A further advantage is that the basic design of the furnace section can be used simultaneously with the bottom and the lid to produce a shaft furnace, the depth of which is given by the number of sections used. By rotating the longitudinal axis of the furnace by 90 ° to the horizontal position, a chamber furnace is created in principle and a continuous furnace is created in principle by replacing the lid and the bottom with two faces. The furnaces thus formed according to the invention can also be equipped with conventional mechanisms, for example for conveying the charge, ventilators for circulating the atmosphere, circulating inserts and others. In this way, any type of electric resistance furnace can be produced continuously and with a stable charge for a variety of heat treatments and for various types of atmospheres. The furnace of the invention has a very low heat accumulation, so that it reacts rapidly in temperature control and has low losses during periodic heat treatment cycles. The solid metal lining of the furnace has, besides the heating function, also a protective function during the charging of the charge and in the heating function it has better conditions for heat transfer to the charge compared to the heating elements and heating windings in the ceramic lining. The temperature gradient between the emitter and the charge is lower for an integral metal lining for the same transmitted heat output and the same charge temperature, i.e. the metal lining has a lower operating temperature for otherwise equal ratios to the heating conductors of existing furnaces. The lifetime of the solid metal lining is longer than conventional wire or strip heating elements, also from the standpoint of failure the solid metal lining is more advantageous.

Příklad provedení elektrické odporové pece podle vynálezu je znázorněn schematicky ve svislém řezu na připojených výkresech, kde na obr. 1 je šachtová pec o hloubce jedné sekce a na obr. 2 je šachtová pec o hloubce tří sekcí.An exemplary embodiment of an electric resistance furnace according to the invention is shown schematically in vertical section in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a shaft furnace with a depth of one section and Fig. 2 shows a shaft furnace with a depth of three sections.

Elektrická odporová pec podle vynálezu sestává z nejméně jedné sekce A (obr. 1), vytvořené z obvodové části tepelně izolované. Tato tepelně izolační vrstva 2 je s výhodou vytvořena z vláknitých izolačních materiálů, například alusilikátových, a je na vnitřní stěně opatřena celistvou kovovou výstelkou 1. Obvodová část pece může mít, podle typu a určení použití pece, hranatý, kruhový nebo elipsovitý tvar. Celistvá kovová výstelka 1 je pomocí přívodů 11 spojena elektricky se zdrojem 10 napájecího proudu, který je umístěn vně obvodové části pece. Je-li obvodová část pece určena k vytvoření šachtové pece, je umístěna v prostoru svisle a na dolním konci je uzavřena příčně uloženou tepelně izolovanou uzavírací částí 3, tvořící dno pece. Na své vnitřní stěně je opatřena celistvou kovovou výstelkou Γ, spojenou mechanicky i elektricky s celistvou kovovou výstelkou 1 na vnitřní stěně tepelně izolační vrstvy 2 obvodové části pece. K této základní sekci A mohou být svisle napojeny další sekce B-n (obr. 2) podle typu pece a účelu jejího použití. Takto vytvořená pec je uzavřena další tepelně izolovanou uzavírací částí 7, tvořící víko pece. Otočením podélné osy obvodové části pece o 90° do vodorovné polohy lze podle vynálezu vytvořit pec komorovou tím, že tepeně izolovaná uzavírací část 7 je upravena známým způsobem jako dveře komorové pece anebo pec průběžnou, kde obě tepelně izolované uzavírací části 3, 7 jsou vytvořeny jako vstupní a výstupní dveře pece. U elektrické odporové pece podle vynálezu (obr. 1 a 2] je zdroj 10 napájecího proudu umístěn vně pece, a to na každé jednotlivé sekci A-n. Každý zdroj napájecího proudu je tvořen jednofázovým transformátorem, symetricky upravenými na vnější stěně tepelně izolační vrstvy 2 a sestává z prstencového primárního vinutí 5 hranatého průřezu, to jest čtvercového nebo obdélníkového, jehož jedna strana je obrácena k vnější stěně tepelně izolační vrstvy 2 a v jehož středu je upraveno obvodově kolem pece uzavřené železné jádro 4. Symetricky kolem primárního vinutí 5 je upraveno sekundární vinutí 6, přičemž konce závitu sekundárního vinutí 6 obklopují vnější stě-The electric resistance furnace according to the invention consists of at least one section A (FIG. 1) formed of a thermally insulated peripheral part. This heat insulating layer 2 is preferably made of fibrous insulating materials, for example aluminosilicate, and is provided with a solid metal lining 1 on the inner wall. The peripheral portion of the furnace may, depending on the type and intended use of the furnace, be square, circular or elliptical in shape. The solid metal lining 1 is connected electrically to the power supply 10, which is located outside the peripheral part of the furnace, by means of leads 11. When the circumferential portion of the furnace is intended to form a shaft furnace, it is positioned vertically in the space and is closed at the lower end by a transversely mounted thermally insulated closing portion 3 forming the bottom of the furnace. On its inner wall it is provided with a solid metal lining Γ, mechanically and electrically connected to the solid metal lining 1 on the inner wall of the thermal insulation layer 2 of the peripheral part of the furnace. Further sections B-n (FIG. 2) can be vertically connected to this basic section A according to the type of furnace and its purpose. The furnace thus formed is closed by another thermally insulated closing part 7 forming the furnace lid. By rotating the longitudinal axis of the peripheral portion of the furnace by 90 ° to a horizontal position, a chamber furnace can be formed according to the invention in that the thermally insulated enclosure portion 7 is provided in a known manner as a chamber furnace door or continuous furnace, furnace inlet and outlet doors. In the electrical resistance furnace according to the invention (Figs. 1 and 2), the power supply source 10 is located outside the furnace on each individual section An. Each power supply source consists of a single-phase transformer symmetrically arranged on the outer wall of the thermal insulation layer 2. an annular primary winding 5 of rectangular cross-section, i.e. square or rectangular, one side of which faces the outer wall of the thermal insulation layer 2 and has a closed iron core 4 circumferentially around the furnace around the furnace. wherein the thread ends of the secondary winding 6 surround the outer wall.

Claims

Subject

An electric furnace with a fixed charge or a continuous furnace, consisting of at least one section, formed from a peripheral part of a thermally insulated, angular or circular shape, provided with heating and two closing, thermally insulated parts forming the bottom and lid of the furnace or furnace face, characterized in that the peripheral part of the furnace is formed from a heat-insulating layer (2) which is provided on the inner wall with a solid metal lining (1) connected electrically by means of leads (11) to a power supply (10) disposed outside the peripheral part of the furnace wherein at each end of the furnace one heat-insulated closing part (3, 7) is arranged transversely to the peripheral part of the furnace.

Electric resistance furnace according to claim 1, characterized in that the power supply source (10) consists of a single-phase transformer symmetrically arranged on the outer wall of the thermal insulation layer (2) of the peripheral part of each furnace section, and consists of an annular primary winding (5). The edge windings 6 may be single-threaded, as shown in Figures 1 and 2 or even multi-threaded. The power supply 10 made according to the invention also allows thermal expansion of the metal lining 1, since for this purpose, for example, the upper flange of the metal lining 1 and the power supply 10 of each section An, but the lower part of the metal lining 1 can be fixed. It can then be loosely dilated downwardly, which is also made possible by the flexible or flexible current connections 11 to the bottom of the integral metal lining 1. It is expedient for the current connections 11 to be cooled and to this end connected to the cooling circuit tube 8 (FIG. 1).

The electric resistance furnace according to the invention is intended for the heat treatment of metallic materials, either as a stable furnace or a continuous furnace, and its function is known per se. When using the furnace according to the invention for diffusion processes, it is advantageous to place another inner muffle in the furnace interior 9 so that the integral metal lining 1 and Γ then serve only as an integral heating element for uniform heating of the second muffle.

The electric resistance furnace according to the invention is suitable for use as a stable charge furnace or as a continuous furnace, especially in the field of mechanical engineering and the glass or chemical industry.

A cross-section, one side of which faces the outer wall of the thermal insulation layer (2) and in the center of which a closed iron core (4) and a secondary winding (6) arranged symmetrically around the primary winding (5) is circumferentially the thread ends of the secondary winding (6) surround the outer wall of the thermal insulation layer (2) and are rigidly connected to the power inlets (11).

Electrical resistance furnace according to Claims 1 and 2, characterized in that, in the vertically positioned furnace section, the thermally insulated closing part (3) forming the furnace bottom is provided on its inner wall with a solid metal lining (Γ), mechanically and electrically connected with an integral metal lining (1) on the inner wall of the thermal insulation layer (2) of the peripheral portion of the furnace.

Electric resistance furnace according to Claims 1, 2 and 3, characterized in that the current inlets (11) are connected to a pipe (8) of the cooling circuit.