RU172700U1

RU172700U1 - VERTICAL ELECTRIC VACUUM RESISTANCE FURNACE

Info

Publication number: RU172700U1
Application number: RU2016143355U
Authority: RU
Inventors: Аркадий Васильевич Белов; Михаил Евгеньевич Стёпин; Дмитрий Андреевич Трусов; Анатолий Евгеньевич Фисюнов
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-07-19

Abstract

Полезная модель относится к области термообработки изделий, в частности к электровакуумным печам вертикального типа для высокотемпературной термообработки длинномерных изделий, в том числе труб и прутков из тугоплавких материалов W, Мо, Та, др. и их сплавов.Электровакуумная вертикальная печь сопротивления включает водоохлаждаемый цилиндрический корпус с боковой герметизирующей дверью и установленную внутри разъемную цилиндрическую нагревательную камеру. Камера выполнена в виде двух полуцилиндрических блоков, один из которых установлен стационарно в корпусе, а другой - на боковой двери, с концентрично расположенными внутри блоков нагревательными элементами, объединенными верхним и нижним электродами. Верхний электрод каждого блока разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций с одинаковым количеством нагревательных элементов, при этом каждая часть верхнего электрода снабжена токовводами с разной полярностью.Задача и достигаемый при использовании полезной модели технический результат- повышение надежности печи при ее эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве (в интервале 30-40 мм), при одновременном улучшение удобства и условий эксплуатации печи. 2 ил.The utility model relates to the field of heat treatment of products, in particular to vertical-type electric vacuum furnaces for high-temperature heat treatment of long products, including pipes and rods from refractory materials W, Mo, Ta, etc. and their alloys. The vertical vertical resistance furnace includes a water-cooled cylindrical body with a side sealing door and a detachable cylindrical heating chamber mounted inside. The camera is made in the form of two semi-cylindrical blocks, one of which is installed stationary in the housing, and the other on the side door, with heating elements concentrically located inside the blocks, combined by the upper and lower electrodes. The upper electrode of each block is divided by an insulating gap into two equal parts with the formation of two sections with the same number of heating elements, while each part of the upper electrode is equipped with current leads with different polarity. The objective and technical result achieved by using the utility model is to increase the reliability of the furnace during operation due to the possibility of free extension of the heater rods when they are heated (in the range of 30-40 mm), while improving the convenience and operating conditions ii furnace. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области термообработки изделий, в частности к электровакуумным печам вертикального типа для высокотемпературной термообработки длинномерных изделий, в том числе труб и прутков из тугоплавких материалов W, Мо, Та, др. и их сплавов.The utility model relates to the field of heat treatment of products, in particular to vertical-type electric vacuum furnaces for high-temperature heat treatment of long products, including pipes and rods from refractory materials W, Mo, Ta, etc. and their alloys.

Как правило, это печи с уровнем остаточного давления 5-10^-6 мм рт.ст. и рабочей температурой до 2500°С. При этом конструкционный и технический облик печей определяется как задачами, условиями их применения, так и возможностью рационального размещения печей в конкретных производственных помещениях. Такой подход, как правило, позволяет создавать эффективное печное оборудование с высокой производительностью, надежностью и удобством при проведении термических операций.As a rule, these are furnaces with a residual pressure level of 5-10 ^-6 mm Hg. and operating temperature up to 2500 ° С. At the same time, the structural and technical appearance of the furnaces is determined both by the tasks, the conditions of their use, and the possibility of rational placement of the furnaces in specific production rooms. Such an approach, as a rule, allows you to create efficient furnace equipment with high productivity, reliability and convenience during thermal operations.

Так известны вертикальные электропечи сопротивления RU 114516, RU 141911, RU 136546, RU 154590 для термообработки длинномерных цилиндрических изделий (до полутора и более метров) для лабораторных и промышленных нужд.So known vertical resistance furnaces RU 114516, RU 141911, RU 136546, RU 154590 for heat treatment of long cylindrical products (up to one and a half meters or more) for laboratory and industrial needs.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является электровакуумная вертикальная печь сопротивления (патент РФ № 154590, МПК F27B 1/10, опубл. 27.08.15). Основными элементами конструкции электропечи являются водоохлаждаемый цилиндрический корпус с боковой герметизирующей дверью и установленная внутри разъемная цилиндрическая нагревательная камера, выполненная в виде двух полуцилиндрических блоков. Каждый блок содержит расположенные полукругом нагревательные элементы в виде прутков, которые вверху и внизу объединены полукольцами-электродами и окружены экранной теплоизоляцией в виде многослойного пакета металлических слоев-экранов. При этом один полуцилиндрический блок, куда устанавливаются на приспособлении изделия, размещен стационарно внутри корпуса печи, а другой - на внутренней стороне двери с образованием цилиндрической рабочей зоны нагрева в виде нагревателя типа «беличье колесо» при закрытой двери. Зона нагрева образуется в результате смыкания по образующей двух полуцилиндрических половин нагревательной камеры - блоков и соответственно полуцилиндрических половин нагревателя. Каждый блок оснащен сверху и снизу токовводами, связанными электрически с электродами, которые в верхней и соответственно нижней части (по высоте) вакуумного корпуса выводятся наружу за его пределы. Причем верхние служат для подачи питания на нагреватель, а нижние - для обеспечения надежной электрической коммутации нижних полуколец-электродов одной полярности (за пределами вакуумной камеры), т.к. при закрытой двери доступ к нагревателю и обеспечение надежного электрического контакта нижних полуколец-электродов между собой не возможен. Верхняя часть блока и нагревателя закреплена стационарно, нижняя - с возможностью ограниченно-свободного удлинения прутков нагревателя при нагреве из-за присутствия внизу дополнительного токоввода с термокомпенсатором перемещения. Кроме того, печь оснащена штатными системами вакуумной откачки с насосами, системами электропитания и нагрева, управления и контроля; системой водоохлаждения и загрузочно-разгрузочным механизмом.The closest analogue, selected as a prototype, is an electric vacuum resistance furnace (RF patent No. 154590, IPC F27B 1/10, publ. 08.27.15). The main structural elements of the electric furnace are a water-cooled cylindrical body with a side sealing door and a detachable cylindrical heating chamber mounted inside, made in the form of two semi-cylindrical blocks. Each block contains heating elements arranged in a semicircle in the form of rods, which are combined at the top and bottom with semi-rings-electrodes and are surrounded by screen thermal insulation in the form of a multilayer package of metal layers-screens. In this case, one semi-cylindrical block, where they are installed on the fixture of the product, is permanently placed inside the furnace body, and the other on the inside of the door with the formation of a cylindrical working heating zone in the form of a squirrel-wheel type heater with the door closed. The heating zone is formed as a result of the closure along the generatrix of two half-cylindrical halves of the heating chamber - blocks and, accordingly, half-cylindrical halves of the heater. Each block is equipped with top and bottom current leads connected electrically with electrodes, which are displayed outside the upper and lower parts (in height) of the vacuum housing. Moreover, the upper ones serve to supply power to the heater, and the lower ones provide reliable electrical switching of the lower half rings-electrodes of the same polarity (outside the vacuum chamber), because with the door closed, access to the heater and ensuring reliable electrical contact between the lower half-rings-electrodes are not possible. The upper part of the block and the heater is fixed stationary, the lower part with the possibility of limited-free extension of the heater rods during heating due to the presence of an additional current lead with a thermal displacement compensator at the bottom. In addition, the furnace is equipped with standard vacuum pumping systems with pumps, power supply and heating systems, control and monitoring; water cooling system and loading and unloading mechanism.

Несмотря на то, что токовводы в нижней части корпуса снабжены подвижными термокомпенсаторами перемещения для компенсации термоперемещений нагревательных элементов (прутков) в его нижней части, они не обеспечивают в полной мере возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве, что вызывает при эксплуатации термонапряжение в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, происходит замыкание нагревателя, поскольку токовводы оказывают механическое сопротивление на прутки нагревателя. К тому же, нижние охлаждаемые токовводы, расположенные снаружи корпуса печи (особенно на подвижной двери), обремененные шлангами охлаждения с водой под давлением, находятся в рабочей зоне оператора на уровне ног. Это приводит к значительным неудобствам при эксплуатации и техническом обслуживании печи.Despite the fact that the current leads in the lower part of the casing are equipped with movable thermal expansion joints to compensate for the thermal displacements of the heating elements (rods) in its lower part, they do not fully provide the possibility of free extension of the heater rods when they are heated, which causes thermal stress in the rods with their subsequent curvature and, as a consequence, the heater closes, since the current leads provide mechanical resistance to the heater rods. In addition, the lower cooled current leads located outside the furnace body (especially on the movable door), burdened with pressure cooling water hoses, are located at the foot level in the operator’s working area. This leads to significant inconvenience in the operation and maintenance of the furnace.

Задача и достигаемый при использовании полезной модели технический результат- повышение надежности печи при ее эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве (в интервале 30-40 мм), при одновременном улучшение удобства и условий эксплуатации печи.The objective and technical result achieved by using the utility model is to increase the reliability of the furnace during its operation by providing the possibility of free extension of the heater rods when they are heated (in the range of 30–40 mm), while improving the convenience and operating conditions of the furnace.

Для решения поставленной задачи предложена электровакуумная вертикальная печь сопротивления, включающая водоохлаждаемый цилиндрический корпус с боковой герметизирующей дверью и установленную внутри разъемную цилиндрическую нагревательную камеру, выполненную в виде двух полуцилиндрических блоков, один из которых установлен стационарно в корпусе, а другой - на боковой двери, с концентрично расположенными внутри блоков нагревательными элементами, объединенными верхним и нижним электродами, в которой согласно полезной модели, верхний электрод каждого блока разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций с одинаковым количеством нагревательных элементов, при этом каждая часть верхнего электрода снабжена токовводами с разной полярностью.To solve this problem, an electrovacuum vertical resistance furnace has been proposed, including a water-cooled cylindrical body with a side sealing door and a detachable cylindrical heating chamber installed inside, made in the form of two semi-cylindrical blocks, one of which is installed permanently in the case, and the other on the side door, with concentric the heating elements located inside the blocks, combined by the upper and lower electrodes, in which, according to a utility model, the upper each block is divided electrode insulating gap into two equal parts to form two sections with the same number of heating elements, each of the upper electrode is provided with current leads with different polarity.

Таким образом, предложенная блок схема питания нагревателя обеспечивает автономный подвод энергии к каждому нагревательному блоку через верхние токовводы и позволяет отказаться от нижних вспомогательных токовводов с подвижными узлами (термокомпенсаторы перемещения) для компенсации термоперемещений нагревательных элементов (прутков) в его нижней части, которые в прежних конструкциях присутствовали и выполняли функцию коммутации нижних полуколец-электродов. Надежная работа нагревателя обеспечивается за счет возможности свободного удлинения нижней части нагревателя при нагреве, что не приводит при эксплуатации к термонапряжению в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, к замыканию нагревателя.Thus, the proposed power supply unit of the heater provides an autonomous supply of energy to each heating unit through the upper current leads and allows you to abandon the lower auxiliary current leads with movable nodes (thermal expansion joints) to compensate for thermal displacements of the heating elements (rods) in its lower part, which are in the previous designs were present and performed the function of switching the lower half-rings-electrodes. Reliable operation of the heater is ensured by the possibility of free extension of the lower part of the heater during heating, which does not lead to thermal stress in the rods during operation with their subsequent curvature and, as a consequence, to the heater closing.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 - схематически показана конструкция электровакуумной вертикальной печи сопротивления с разъемной камерой нагрева.In FIG. 1 - schematically shows the design of a vertical vertical vacuum furnace with a detachable heating chamber.

На фиг. 2. - показана электрическая блок-схема нагревателя.In FIG. 2. - shows the electrical block diagram of the heater.

Электровакуумная вертикальная печь сопротивления включает водоохлаждаемый цилиндрический корпус 1 с верхней и нижней крышками и боковой герметизирующей дверью 2 и установленной внутри разъемной цилиндрической нагревательной камерой с 2-х фазным нагревателем, разъемной по образующей (при открытой двери). Камера выполнена в виде двух идентичных симметричных полуцилиндрических блоков 3, один из которых установлен стационарно в корпусе, а другой - на боковой двери. Каждый блок 3 содержит концентрично расположенные с равными промежутками нагревательные элементы 4, объединенные верхним 5 и нижним электродами 6, причем верхний электрод 5 каждого блока 3 разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций 7 с одинаковым количеством нагревательных элементов 4, при этом каждая часть верхнего электрода 5 снабжена токовводами 8 с разной полярностью, с помощью которых подводится электропитание. Каждый блок 3 содержит пакет металлической теплоизоляции 9.The vertical vertical resistance vacuum furnace includes a water-cooled cylindrical body 1 with upper and lower covers and a side sealing door 2 and installed inside a detachable cylindrical heating chamber with a 2-phase heater, detachable in a generatrix (with the door open). The camera is made in the form of two identical symmetric semi-cylindrical blocks 3, one of which is mounted stationary in the housing, and the other on the side door. Each block 3 contains heating elements 4 concentrically spaced at equal intervals, united by the upper 5 and lower electrodes 6, the upper electrode 5 of each block 3 being divided by an insulating gap into two equal parts to form two sections 7 with the same number of heating elements 4, each part of the upper electrode 5 is equipped with current leads 8 with different polarity, with which power is supplied. Each block 3 contains a package of metal thermal insulation 9.

Электрическая блок схема (фиг. 2) нагревателя и компоновка нагревательной камеры с нагревательными элементами в блоках, сгруппированными в секции, дали возможность не только компактно разместить все токовводы в верхней части нагревательной камеры и усовершенствованного вакуумного корпуса, но и особенно открывающейся двери. Была обеспечена надежная работа нагревателя без замыканий в связи с появившейся возможностью свободного удлинения (в интервале 30-40 мм) прутков нагревателя при нагреве вследствие исключения внизу токовводов с термокомпенсаторами. Открыта дополнительная возможность варьировать внешней электрокоммутацией секций подключения к электропитанию нагревателя последовательно или параллельно. Это в совокупности позволило исключить недостатки конструкции печи: преодолены трудности и неудобства при работе на печи в обслуживаемой зоне вследствие перемещения в верхнюю часть корпуса охлаждаемых токовводов с водяными шлангами под давлением; обеспечен рациональный и надежный односторонний (сверху) подвод электропитания к нагревательной камере с нагревателем.The electric block diagram (Fig. 2) of the heater and the layout of the heating chamber with the heating elements in the blocks grouped in sections made it possible not only to compactly place all the current leads in the upper part of the heating chamber and the improved vacuum housing, but also the especially opening door. Reliable operation of the heater without faults was ensured due to the possibility of free extension (in the range of 30-40 mm) of the heater rods during heating due to the exclusion of current leads with thermal compensators at the bottom. An additional opportunity is opened to vary by external electrical switching sections of connecting to the heater power supply in series or in parallel. This together allowed to eliminate the design flaws of the furnace: difficulties and inconveniences when working on the furnace in the served area were overcome due to the movement of cooled current leads with pressure hoses to the upper part of the casing; a rational and reliable one-sided (from above) power supply to the heating chamber with a heater is provided.

Отдельно следует отметить удобную загрузку и разгрузку изделий в нагревательную камеру через открывающуюся дверь в корпусе печи, не обремененную в рабочей зоне водяными шлангами охлаждения под давлением, а также удобную и эффективную поблочно-секционную ремонтопригодность усовершенствованной нагревательной камеры с нагревателем, что серьезно способствует безаварийной работе печи и повышению ее эффективного использования.Separately, it is worth noting the convenient loading and unloading of products into the heating chamber through an opening door in the furnace body, not burdened in the working area with pressurized water cooling hoses, as well as convenient and effective block-section maintainability of the improved heating chamber with a heater, which seriously contributes to the trouble-free operation of the furnace and increase its effective use.

Сведения, подтверждающие осуществление полезной модели (фиг. 1 и фиг. 2).Information confirming the implementation of the utility model (Fig. 1 and Fig. 2).

В водоохлаждаемом цилиндрическом корпусе 1 из нержавеющей стали, высота которого составляет 2300 мм, а диаметр - 550 мм, закрытом сверху и снизу крышками, выполнена боковая герметизирующая дверь 2 высотой 1900 мм и шириной 480 мм для подхода во внутренние полости вакуумного корпуса печи. Внутри корпуса установлена цилиндрическая нагревательная камера (с нагревателем) из тугоплавких и жаропрочных материалов высотой 1800 мм, наружным диаметром 300 мм. Камера выполнена разъемной по цилиндрической образующей и состоит из двух полуцилиндрических равноценных блоков 3, один из которых установлен стационарно в корпусе, другой - на боковой двери. Каждый из них содержит концентрично расположенные нагревательные элементы 4 из вольфрамовых прутков 04 мм и длиной 1500 мм в количестве 20 шт. с промежутком между ними 5 мм, объединенные верхним 5 и нижним 6 электродами кольцевого типа, причем верхний электрод 5 каждого блока 3 разделен изоляционным промежутком на две равные части с образованием двух секций 7 с одинаковым количеством нагревательных элементов 4, при этом каждая часть верхнего электрода 5 снабжена охлаждаемыми токовводами 8 с разной полярностью, с помощью которых в верхней части вакуумного корпуса и двери, к секциям (нагревателю) подводится электропитание. Каждый из блоков содержит теплоизоляцию 9 из пакета дистанционированных тугоплавких и жаростойких нержавеющих пластин толщиной 0,15-0,30 мм.In a water-cooled cylindrical housing 1 made of stainless steel, the height of which is 2300 mm and a diameter of 550 mm, closed with top and bottom covers, a side sealing door 2 is made with a height of 1900 mm and a width of 480 mm for approaching the internal cavities of the vacuum furnace body. A cylindrical heating chamber (with heater) made of refractory and heat-resistant materials with a height of 1800 mm and an outer diameter of 300 mm is installed inside the case. The chamber is detachable along a cylindrical generatrix and consists of two semi-cylindrical equivalent blocks 3, one of which is mounted permanently in the housing, the other on the side door. Each of them contains concentric heating elements 4 of tungsten rods of 04 mm and a length of 1500 mm in an amount of 20 pcs. with a gap of 5 mm between them, united by the upper 5 and lower 6 electrodes of the ring type, the upper electrode 5 of each block 3 being divided by an insulating gap into two equal parts to form two sections 7 with the same number of heating elements 4, with each part of the upper electrode 5 equipped with cooled current leads 8 with different polarity, with which power is supplied to the sections (heater) in the upper part of the vacuum housing and door. Each of the blocks contains thermal insulation 9 from a package of distant refractory and heat-resistant stainless plates with a thickness of 0.15-0.30 mm.

После загрузки изделий при закрытии двери полуцилиндрические блоки складываются с формированием нагревательной камеры с цилиндрической рабочей зоной нагрева размерами 1500×140 мм. Для загрузочно-разгрузочных операций с изделиями и технического обслуживания нагревательной камеры применен компактный ГПМ, размещенный в верхней части вакуумного корпуса печи. В печи проводилась термообработка изделий трубчатого типа из тугоплавких материалов длиной 600-1300 мм и диаметром ∅10-30 мм. Печь проявила себя в эксплуатации работоспособной, удобной и надежной.After loading the products when closing the door, the semi-cylindrical blocks are folded with the formation of a heating chamber with a cylindrical working heating zone with dimensions of 1500 × 140 mm For loading and unloading operations with products and maintenance of the heating chamber, a compact PMG is used located in the upper part of the vacuum furnace body. In the furnace, heat treatment of tubular products from refractory materials 600–1300 mm long and ∅ 10–30 mm in diameter was carried out. The furnace proved to be operable, convenient and reliable.

Таким образом, в заявленном решении эффективным способом решена задача - повышение надежности печи при ее эксплуатации за счет обеспечения возможности свободного удлинения прутков нагревателя при их нагреве (в интервале 30-40 мм), что не будет приводить при эксплуатации к термонапряжению в прутках с последующим их искривлением и, как следствие, к замыканию нагревателя. Кроме этого, усовершенствование конструкции 2-х фазного нагревателя с разъемной нагревательной камерой.Thus, in the claimed solution, the problem was solved in an effective way - increasing the reliability of the furnace during its operation by providing the possibility of free extension of the heater rods when they are heated (in the range of 30-40 mm), which will not lead to thermal stress in the rods during operation, followed by curvature and, as a consequence, to the closure of the heater. In addition, an improvement in the design of a 2-phase heater with a detachable heating chamber.

Claims

An electric vertical resistance furnace containing a water-cooled cylindrical body with a side sealing door and a detachable cylindrical heating chamber mounted inside, made in the form of two semi-cylindrical blocks, one of which is installed permanently in the case, and the other on the side door, with heating elements concentrically located inside the blocks combined by the upper and lower electrodes, characterized in that the upper electrode of each block is separated by an insulating gap m into two equal parts with the formation of two sections with the same number of heating elements, with each section of the upper electrode equipped with current leads with different polarity.