Opublikowano: 10.VI.1966 51059 KI 21 h, 15/50 MKp H05b h\(pb UKD BIBLIOTEKA Urzedu P Mstoj flumpiwmliio) Lu imaj Wspóltwórcy wynalazku: Prof. dr Bohdan Kalinowski, mgr inz. Rafal Wlodarski Wlasciciel patentu: Instytut Badan Jadrowych, Warszawa (Polska) Piec wysokotemperaturowy z grafitowym, rurowym elementem grzejnym Przedmiotem wynalazku jest piec wysokotem¬ peraturowy z grafitowym, rurowym elementem grzejnym, stanowiacym komore robocza.Prowadzenie szeregu prac naukowo-badawczych wymaga umiejetnosci i mozliwosci wytwarzania wysokich temperatur w ustalonych dla pracy wa¬ runkach i urzadzeniach.W praktyce, ze wzgledu na zalety eksploatacyj¬ ne stosuje sie najczesciej elektryczne urzadzenia grzejne. Odnosi sie to szczególnie do urzadzen grzejnych wytwarzajacych temperature powyzej 1350°C, a siegajaca do 3000°C.Dotychczas do najczesciej stosowanych urzadzen wytwarzajacych wysokie temperatury naleza: piec z molibdenowym elementem grzejnym do okolo 2100°C, piec wolframowy z rurowym wzglednie spiralnym oporowym elementem grzejnym, zapew¬ niajacy temperature do 2500°C, piece indukcyjne wytwarzajace temperature do 2200—2300°C, oraz piece z weglowym lub grafitowym oporowym ele¬ mentem grzejnym, pracujace w temperaturze do 2700°C. Wszystkie wymienione urzadzenia pracu¬ ja w atmosferze gazu ochronnego lub w prózni.Konstrukcja urzadzen moze byc rózna, dla przy¬ kladu piece z weglowym elementem grzejnym mu¬ sza byc wykonane jako proste konstrukcyjnie pie¬ ce kryptolowe (majace szereg wad jak np. nierów¬ nomierne grzanie) i o zlozonej juz konstrukcji jako piece Tammanna, zapewniajace temperature do 2200°C. Urzadzenia z grafitowym elementem grzej- 10 15 20 nym dzieki niskiej cenie grafitu i latwej obróbce mechanicznej maja caly szereg rozwiazan kon¬ strukcyjnych w zaleznosci od potrzeb i jakosci po¬ siadanych materialów.Podstawowa trudnoscia jest opracowanie kon¬ strukcyjne usuwajace powstawanie naprezen me¬ chanicznych w czasie pracy pieca w wysokich tem¬ peraturach. Powstajace róznice w rozszerzalnosci termicznej grafitowego elementu grzejnego i meta¬ lowej obudowy prowadza do zniszczenia elemen¬ tu grzejnego.Dla przykladu rurowy piec Tammanna jest za¬ silany na koncach rury poprzez mosiezne elektrody, od których prad elektryczny doprowadzony jest do weglowej rury oporowej poprzez ziarna kryptolu.Dzieki temu rura weglowa ma moznosc ruchów dylatacyjnych. Takie rozwiazanie posiada szereg wad wynikajacych z wypalania sie kryptolu, co po¬ woduje zaburzenia w doplywie pradu do rury opo¬ rowej, prowadzac nawet czesto do zwarc i uszko¬ dzen elektrod, a ponadto przyczyniaja sie do wa¬ hania temperatur.Piece z grafitowym elementem grzejnym maja szereg rozwiazan, z których nalezy wymienic dwa najwazniejsze. W pierwszym element grzejny jest zasilany poprzez stozkowe polaczenie z elektroda¬ mi dociskanymi za pomoca sprezyn, umozliwiaja- jacymi wydluzanie sie elementu w wysokich tem¬ peraturach. Podstawowa wada konstrukcji jest zly kontakt stozków elementu grzejnego z elektroda- 5105951059 mi, co równiez prowadzi do szybkiego niszczenia elementu grzejnego.Drugie rozwiazanie polega na doprowadzeniu pradu elektrycznego do elementu grzejnego za po¬ moca elektrod chlodzonych woda bezposrednio za¬ ciskanych na elemencie grzejnym. Element grzejny przed utlenianiem jest zabezpieczony dzieki ela¬ stycznym mieszkom wykonanym z trudiioitoipliwych stopów szczelnie laczacych element grzejny z obu¬ dowa, umozliwiajac dzieki swej elastycznosci ru¬ chy zwiazane z rozszerzalnoscia termiczna elemen¬ tu grzejnego. Ostatnie rozwiazanie niewatpliwie nalezy do najlepszych rozwiazan obcych, jednak technologicznie trudnych.Piec wysokotemperaturowy bedacy przedmio¬ tem wynalazku jest przedstawiony na rysunku w przekroju osiowym. Piec sklada sie z odpowiednio uksztaltowanego zespolu grzewczego 1 dzielacego sie na czesc dolna 4, umocowana na stale w dolnej obudowie pieca, wlasciwy element grzejny 5 i tule¬ je górna 3 polaczonych gwintowo. Doprowadzenie pradu wykonano za pomoca elektrody dolnej 6 i górnej 7, obie elektrody sa chlodzone woda i la¬ czone z zespolem grzewczym za pomoca gwintów.Chlodzona woda prowadnica 2 przymocowana jest do pokrywy metalowej 8 szczelnie obejmujac górna tuleje 3. Element grzewczy 1 osloniety jest grafitowa ruta ekranizujaca 10, na zewnatrz któ¬ rej znajduje sie material izolujacy 12. Calosc znaj¬ duje sie w metalowej obudowie 9 chlodzonej woda.Miedzy zespolem grzewczym 1 i rura ekranizuja¬ ca 10 znajduje sie wolna przestrzen 11 wypelniona 10 15 20 25 gazem obojetnym, zamknieta prowadnica 2 i górna pokrywa 8.Piec wysokotemperaturowy z grafitowym, ruro¬ wym elementem grzejnym wedlug niniejszego roz¬ wiazania konstrukcyjnego usuwa nastepstwa roz¬ szerzalnosci termicznej zespolu grzewczego 1 i za¬ bezpiecza szczelnosc komory zewnetrznej przez zastosowanie szczelnej, suwliwie dopasowanej me¬ talowej prowadnicy 2 chlodzonej woda i obejmu¬ jaca górna tuleje 3. W celu zapewnienia dobrego kontaktu elektrycznego i szczelnosci wszystkie czesci zespolu grzewczego 1, jak równiez dopro¬ wadzenie pradu za pomoca elektrod 6 i 7 wykona¬ no przy uzyciu zlaczy gwintowych. PL