RU2063596C1

RU2063596C1 - Vacuum electric furnace

Info

Publication number: RU2063596C1
Application number: RU93000632A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Григорьев; А.П. Васин; Н.А. Елистратов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Priority date: 1993-01-05
Filing date: 1993-01-05
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: batch furnaces for drying and roasting articles made from coarse and fine ceramics. SUBSTANCE: vacuum electric furnace has casing 1 made in form of framework with outer wall 2 and inner wall 3 mounted on framework forming hermetic chamber in between them. System of heat shields 4 and refractory shields 5 provides for reliable protection against radiation from heaters 6. Furnace is provided with two self- contained evacuation system 7 and 9. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротермии, в частности к садочным печам периодического действия для сушки и обжига изделий грубой и тонкой керамики (пористого и плотного черепка). The invention relates to electrothermics, in particular to batch furnaces of periodic action for drying and firing products of coarse and fine ceramics (porous and dense shards).

Известны вакуумные печи для обжига, дегазации, металлизации и пайки металлов, включающие герметичный металлический кожух, крышку, соединенную с кожухом и систему вакуумирования. Внутри кожуха установлены съемные экраны и система электронагревателей (1). Known vacuum furnaces for firing, degassing, metallization and soldering of metals, including a sealed metal casing, a lid connected to the casing and a vacuum system. Inside the casing, removable screens and a system of electric heaters are installed (1).

Данная вакуумная электропечь имеет шахтную конструкцию, что не позволяет сушить и обжигать длинномерные строительные керамические изделия, например, перемычки, балки, плиты, панели и т.п. Кожух, крышка и экраны известных вакуумных электропечей выполняются из дорогостоящих и дефицитных легированных сталей и имеют небольшую производительность. При этом металл экранов коррелирует и разрушается от газов, выделяемых из керамического материала при обжиге и от впускаемого воздуха. This vacuum electric furnace has a shaft structure, which does not allow drying and burning of lengthy building ceramic products, for example, lintels, beams, plates, panels, etc. The casing, lid and screens of known vacuum electric furnaces are made of expensive and scarce alloy steels and have low productivity. In this case, the metal of the screens correlates and collapses from gases released from the ceramic material during firing and from the intake air.

Для обжига строительных изделий грубой и тонкой керамики конструкции вакуумных электрических печей не обнаружены. For firing construction products of coarse and fine ceramics, no designs of vacuum electric furnaces were found.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вакуумная электрическая печь, содержащая водоохлаждаемую нагревательную камеру, системы вакуумирования, нагревания и теплозащитных экранов. Теплозащитные экраны выполнены в виде коаксиальных цилиндров, соединенных между собой с образованием герметичной полости, соединенной с системой вакуумирования и системой газоподвода (2). The closest technical solution, selected as a prototype, is a vacuum electric furnace containing a water-cooled heating chamber, vacuum systems, heating systems and heat shields. Heat shields are made in the form of coaxial cylinders connected to each other with the formation of a sealed cavity connected to a vacuum system and a gas supply system (2).

Известные конструкции вакуумных электрических печей, выполненные из легированных конструкционных сталей, усложнены системами водоохлаждения или системами подачи и отбора хладагентов. Особенности конструкции печи, материала, используемого для изготовления кожуха, экранов, нагревателей затрудняют использование их при сушке и обжиге строительной керамики. Сушка и обжиг изделий строительной керамики сопровождаются значительным газовыделением из материала. В состав выделяемых при сушке и обжиге газов входят пары воды, диоксид и оксид углерода, водород, диоксид серы, азот, которые активно взаимодействуют и разрушают металл корпуса печи, экранов и нагревателей. Одним из недостатков известных конструкций вакуумных печей является сложность реализации различных температурных режимов обжига, а также режимов вакуумирования, связанных с обработкой керамических изделий. По условиям обжига изделий строительной керамики, в зависимости от вида изделий и используемой глины, требуется комбинирование вакуумирования и впуска воздуха при различных температурах режима обжига. При этом впускаемый воздух разрушает материал экрана и нагревателей. Известные конструкции печей не допускают режим работы в воздухе при атмосферном давлении. Known designs of vacuum electric furnaces made of alloy structural steels are complicated by water cooling systems or refrigerant supply and selection systems. Features of the design of the furnace, the material used to manufacture the casing, screens, heaters make it difficult to use them for drying and firing building ceramics. Drying and firing of building ceramics are accompanied by significant gas evolution from the material. The gases released during drying and firing include water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide, hydrogen, sulfur dioxide, nitrogen, which actively interact and destroy the metal of the furnace body, screens and heaters. One of the disadvantages of the known designs of vacuum furnaces is the difficulty of implementing various temperature firing modes, as well as vacuum modes associated with the processing of ceramic products. According to the conditions for firing products of building ceramics, depending on the type of products and the clay used, a combination of evacuation and air inlet at different temperatures of the firing regime is required. In this case, the intake air destroys the material of the screen and heaters. Known designs of furnaces do not allow operation in air at atmospheric pressure.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение теплопотерь печи, совершенствование теплоизолированных свойств конструкции кожуха всей печи с возможностью промышленного использования вакуумирования для обжига строительных изделий грубой и тонкой керамики. The main task to which the invention is directed is to reduce the heat loss of the furnace, to improve the heat-insulated properties of the casing structure of the entire furnace with the possibility of industrial use of vacuum for firing building products of coarse and fine ceramics.

Использование вакуумной электропечи для обжига керамических изделий позволит исключить технологический передел сушку изделий, повысить качество изделий и сократить на 15-20% удельный расход электроэнергии. Обжиг армированных и некоторых изделий плотной керамики, например, санитарно-технических изделий из недорогих местных легкоплавких глин, традиционным способом обжига в условиях атмосферного давления осуществить невозможно, вакуумная электропечь обеспечивает необходимые физико-механические показатели такого типа изделий. The use of a vacuum electric furnace for firing ceramic products will eliminate the technological redistribution of drying products, improve the quality of products and reduce the specific energy consumption by 15-20%. The firing of reinforced and some products of dense ceramics, for example, sanitary products from inexpensive local fusible clays, cannot be carried out by the traditional method of firing under atmospheric pressure, a vacuum electric furnace provides the necessary physical and mechanical properties of this type of product.

Сущность изобретения заключается в том, что в вакуумной электропечи, содержащей кожух, нагревательную камеру, системы вакуумирования, теплозащитные экраны и нагреватели, кожух печи выполнен в виде металлического рамного каркаса с наружной и внутренней стенками из листовой стали, которые жестко закреплены на рамах каркаса параллельно друг другу, образуя при этом герметичную полость, соединенную с системой вакуумирования. К внутренней стенке кожуха по контуру стенок и стола печи установлена система листовых теплозащитных экранов алюминиевых и стальных, расположенных друг от д друга на расстоянии не более 10 мм и огнеупорных керамических экранов с установленными на них нагревателями. Внутренняя рабочая камера печи соединена с другой системой вакуумирования для откачивания воздуха и отходящих газов из материала изделий при обжиге. Обе вакуумные системы работают самостоятельно, обеспечивая автономный режим работы термоса кожуха и нагревательной камеры печи. The essence of the invention lies in the fact that in a vacuum furnace containing a casing, a heating chamber, vacuum systems, heat shields and heaters, the furnace casing is made in the form of a metal frame frame with outer and inner walls of sheet steel, which are rigidly fixed to the frame frames parallel to each other to a friend, forming an airtight cavity connected to a vacuum system. To the inner wall of the casing, along the contour of the walls and table of the furnace, a system of sheet heat-shielding aluminum and steel shields installed from each other at a distance of no more than 10 mm and refractory ceramic shields with heaters installed on them is installed. The inner working chamber of the furnace is connected to another vacuum system for pumping air and exhaust gases from the material of the products during firing. Both vacuum systems work independently, providing an autonomous mode of operation for the thermos of the casing and the heating chamber of the furnace.

Выполнение кожуха печи в виде термоса, двухслойного рамного каркаса, обеспечивает теплоизоляцию за счет герметизации пространства между стенками, из которого откачивается воздух. Экранная теплоизоляция из ряда экранов, выполненных из материала с малым коэффициентом лучеиспускания, обеспечивает значительное уменьшение аккумулирующей способности футеровки вакуумной печи. Обе вакуумные системы печи работают независимо друг от друга, обеспечивая автономный режим работы термоса кожуха и рабочей камеры печи, из которой откачивается воздух и отходящие газы из материала изделий при обжиге. The execution of the casing of the furnace in the form of a thermos, a two-layer frame frame, provides thermal insulation by sealing the space between the walls from which air is pumped out. Screen insulation from a number of screens made of a material with a low coefficient of radiation emission, significantly reduces the storage capacity of the lining of a vacuum furnace. Both vacuum systems of the furnace operate independently of each other, providing an autonomous mode of operation for a thermos of the casing and the working chamber of the furnace, from which air and exhaust gases are pumped out from the material of the products during firing.

Конструкция рамы из поперечных элементов с жестким сочленением в узлах повышает жесткость каркаса кожуха и уменьшает усилия, что в свою очередь обусловливает уменьшение расхода металла, исключает использование дорогостоящих легированных конструкционных сталей. The design of the frame from the transverse elements with a rigid joint in the nodes increases the rigidity of the casing frame and reduces the forces, which in turn leads to a decrease in metal consumption, eliminates the use of expensive alloy structural steels.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид печи в сечении, на фиг.2 продольное сечение кожуха печи по А-А. The invention is illustrated in the drawing, where Fig.1 shows a General view of the furnace in cross section, Fig.2 is a longitudinal section of the casing of the furnace according to aa.

Вакуумная электропечь включает кожух 1 в виде рамного каркаса из поперечных и продольных элементов с жестким их сочленением в узлах и стенок наружной 2 и внутренней 3 в виде обшивки из листовой стали, установленной на каркасе с образованием герметичной полости. По контуру внутренних стенок и свода печи установлена система теплозащитных экранов 4, ряд листовых экранов, расположенных на расстоянии не более 10 мм друг от друга. The vacuum electric furnace includes a casing 1 in the form of a frame frame of transverse and longitudinal elements with their rigid articulation in the nodes and walls of the outer 2 and inner 3 in the form of a sheath made of sheet steel mounted on the frame with the formation of a sealed cavity. A system of heat shields 4, a number of sheet shields located at a distance of not more than 10 mm from each other are installed along the contour of the inner walls and the arch of the furnace.

Система теплозащитных экранов 4 включает 4 алюминиевых и 4 стальных экрана. По контуру нагревательной камеры размещен огнеупорный керамический экран 5 с установленными на нем нагревателями 6. Пространство между наружной 2 и внутренней 3 стенками кожуха 1 соединено с системой вакуумирования 7. The heat shield system 4 includes 4 aluminum and 4 steel screens. A refractory ceramic screen 5 with heaters 6 installed on it is arranged along the contour of the heating chamber. The space between the outer 2 and inner 3 walls of the casing 1 is connected to a vacuum system 7.

Нагревательная камера печи 3 снабжена системой вакуумирования 9. Выдвижной под печи выполнен в виде вагонетки 10, снабженной системой теплозащитных и огнеупорных экранов, аналогичных теплоизоляции кожуха вакуумной печи. Вагонетка 10 используется в качестве поддона для загрузки изделий строительной керамики на обжиг в нагревательно камере 3 вакуумной печи. Рамный каркас кожуха 1 вакуумной печи содержит продольные и поперечные элементы 11 с жестким их сочленением в узлах. The heating chamber of the furnace 3 is equipped with a vacuum system 9. The drawer under the furnace is made in the form of a trolley 10 equipped with a system of heat-shielding and fire-resistant screens similar to the thermal insulation of the casing of a vacuum furnace. Trolley 10 is used as a pallet for loading building ceramics for firing in the heating chamber 3 of the vacuum oven. The frame frame of the casing 1 of the vacuum furnace contains longitudinal and transverse elements 11 with their rigid articulation in nodes.

Вакуумная электропечь работает следующим образом. Vacuum electric furnace works as follows.

Изделия устанавливают на керамическое, выполненное из мулитокремнеземистого легковеса например, основание вагонетки 10, которую по рельсам вкатывают в нагревательную камеру 8 и закрывают крышкой с торца печи. The products are installed on a ceramic made of mulite-siliceous lightweight, for example, the base of the trolley 10, which is rolled along the rails into the heating chamber 8 and closed with a lid from the end of the furnace.

Системой вакуумирования 7 откачивают воздух из полости между наружной 2 и внутренней 3 стенками кожуха 1 до давления 10^-2 мм рт.ст. Система вакуумирования 7 снабжена пластинчато-роторным вакуумным насосом производительностью порядка 5 л/сек например, марки НВР-5Д, необходимым количеством вентилей, сильфон-компенсатором, манометрическим преобразователем термопарного вакууметра с диапазоном измерения давления 5•10^-2 - 10^-1 мм рт.ст. например ВТ-3. Воздух из нагревательной камеры 8 откачивают другой системой вакуумирования 9 и соответствий с технологией, в частности, при нагреве и изотермической выдержке. Система вакуумирования 3 также содержит последовательно соединенные с нагревательной камерой 8 необходимые вентили, сильфон-компенсатор, вакуумный механический насос производительностью порядка 20 л/сек, марки НВ3-20 и ловушку для механических примесей. Для измерения вакуума в печи используется аналогичный термопарный вакуумметр типа ЭТ-3. Технический процесс сушки и обжига керамических изделий включает нагрев продолжительностью от 2 до 10 часов, в зависимости от вида и материала изделий, изотермическую вид продолжительностью не более 5 часов и охлаждение продолжительностью не более 12 часов. Максимальная температура термообработки 1300^oС. Технологический впуск воздуха в нагревательную камеру вакуумной печи может быть осуществлен на любыx этапах термообработки. Теплозащитные экраны 4 обеспечивают эффективную теплозащиту от лучеиспускания нагревателей 6, так что при обжиге температура наружной стенки 2 кожуха 1 не превышает 40^oС. При этом огнеупорные керамические экраны по прямоугольному контуру печи обеспечивают электроизоляцию нагревателей от металлического кожуха 1.The evacuation system 7 pumps out air from the cavity between the outer 2 and inner 3 walls of the casing 1 to a pressure of 10 ^-2 mm Hg The evacuation system 7 is equipped with a rotary vane vacuum pump with a capacity of about 5 l / s, for example, НВР-5Д grade, the required number of valves, a bellows compensator, a gauge transducer of a thermocouple vacuum gauge with a pressure measurement range of 5 • 10 ^-2 - 10 ^-1 mm RT. Art. e.g. VT-3. The air from the heating chamber 8 is pumped out by another vacuum system 9 and in accordance with the technology, in particular, during heating and isothermal exposure. The evacuation system 3 also contains the necessary valves in series with the heating chamber 8, a bellows compensator, a vacuum mechanical pump with a capacity of about 20 l / s, grade HB3-20 and a trap for mechanical impurities. To measure the vacuum in the furnace, a similar thermocouple vacuum gauge type ET-3 is used. The technical process of drying and firing ceramic products includes heating lasting from 2 to 10 hours, depending on the type and material of the products, isothermal appearance lasting no more than 5 hours and cooling lasting no more than 12 hours. The maximum heat treatment temperature is 1300 ^o C. Technological air inlet into the heating chamber of the vacuum furnace can be carried out at any stages of heat treatment. Heat shields 4 provide effective heat protection from the emission of heaters 6, so that when firing, the temperature of the outer wall 2 of the casing 1 does not exceed 40 ^o C. At the same time, refractory ceramic screens along the rectangular contour of the furnace provide electrical insulation of the heaters from the metal casing 1.

Характер работы стальной листовой обшивки наружной 2 и внутренней 3 стенок занимает промежуточное положение между плитой и мембраной, которая испытывает изгибающий момент и oceвoe растяжение и работает как упругая конструкция, усиленная продольными и поперечными элементами 11. The nature of the steel sheet sheathing of the outer 2 and inner 3 walls occupies an intermediate position between the plate and the membrane, which experiences a bending moment and overall tension and works as an elastic structure reinforced with longitudinal and transverse elements 11.

Claims

1. A vacuum electric furnace containing a casing, a heating chamber, vacuum systems, heat shields and heaters, characterized in that the casing is made in the form of a metal frame frame with external and internal walls mounted on it with the formation of a sealed cavity connected to the vacuum system along the circuit a system of steel and aluminum heat shields, separated by refractory shields from the heating chamber, was installed on the inner walls and the arch.