RU2104453C1

RU2104453C1 - Resistor furnace

Info

Publication number: RU2104453C1
Application number: RU96121713A
Authority: RU
Inventors: Леонтий Дмитриевич Данилевский; Владимир Абрамович Виляцер; Александр Иванович Косенко; Вячеслав Иванович Кулибанов; Борис Николаевич Шустов
Original assignee: Борис Николаевич Шустов
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: electrothermal equipment, in particular, resistor furnaces with a lining of fibrous heat-insulating materials mainly used in industrial continuous furnaces in various branches of industry. SUBSTANCE: the furnace has a housing, lining in the form of plates of hard fibrous materials arranged perpendicularly to the housing walls. Inclined grooves are made in the plate end faces to receive heaters in the form of coils wound on ceramic tubes. The tube ends are placed in intermediate members laid in the grooves. The intermediate members are made in the form of a ceramic split bush. A mounting seat having the configuration of the bush is made in the groove. Stacks of soft fibrous materials are positioned between the plates close to the housing walls. EFFECT: prevented mechanothermal stresses, reduced heat loss, reduced consumption of heat-resisting materials. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротермическому оборудованию, в частности к электропечам сопротивления с футеровкой из волокнистых теплоизоляционных материалов, и может быть использовано, преимущественно, в промышленных проходных печах в различных отраслях промышленности. The invention relates to electrothermal equipment, in particular to resistance electric furnaces with a lining of fibrous heat-insulating materials, and can be used mainly in industrial continuous furnaces in various industries.

Известна электропечь сопротивления, содержащая кожух, блоки волокнистой футеровки, прикрепленные к корпусу кронштейны и опорный узел в виде горизонтально размещенных между блоками футеровки промежуточных керамических элементов и расположенных на кронштейнах опорных электроизоляционных блоков с отверстиями, в которых установлены элементы для фиксации нагревателей - крючки [1]. Known electric resistance furnace containing a casing, fiber lining blocks, brackets attached to the body and a support node in the form of intermediate ceramic elements horizontally placed between the lining blocks and supporting electrical insulating blocks with holes in the brackets in which the hooks are installed for fixing the heaters [1] .

Недостатком известной электропечи сопротивления является сложность ее сборки и ремонта, обусловленная сложностью и громоздкостью опорного узла для крепления и удерживания нагревателей в рабочем пространстве печи. Так, для обеспечения относительной устойчивости крючков (элементов для фиксации нагревателей) требуется наличие таких элементов, как массивный электроизоляционный опорный блок и дополнительные горизонтально размещенные керамические трубки, на которых металлическими скобами крепятся крючки. A disadvantage of the known resistance electric furnace is the complexity of its assembly and repair, due to the complexity and cumbersome support node for mounting and holding heaters in the working space of the furnace. So, to ensure the relative stability of the hooks (elements for fixing the heaters), the presence of such elements as a massive electrical insulating support block and additional horizontally placed ceramic tubes on which hooks are attached with metal brackets is required.

Расположение электроизоляционного опорного блока горизонтально вдоль стенок корпуса печи требует установки дополнительных массивных металлических кронштейнов для обеспечения устойчивости опорного узла и надежности печи в целом. The location of the insulating support block horizontally along the walls of the furnace body requires the installation of additional massive metal brackets to ensure the stability of the support node and the reliability of the furnace as a whole.

При известной конструкции опорного узла и взаиморасположения отдельных его элементов футеровка печи и ее корпус испытывают значительные механические нагрузки, вследствие чего в процессе работы печи происходит деформация нагруженных элементов печи. With the known design of the support unit and the relative position of its individual elements, the furnace lining and its body experience significant mechanical stresses, as a result of which the loaded elements of the furnace are deformed during operation of the furnace.

Механическая деформация усиливается еще и термической нагрузкой из-за различия коэффициентов теплового расширения металлических, керамических элементов и теплоизоляционных блоков. Это приводит к резкому снижению надежности печи. Mechanical deformation is also enhanced by thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficients of metal, ceramic elements and heat-insulating blocks. This leads to a sharp decrease in the reliability of the furnace.

Для печи известной конструкции характерны значительные тепловые потери через массивные металлические кронштейны, а также из-за большой аккумулирующей способности керамических и металлических элементов. Таким образом, в известной печи имеют место высокие расходы электроэнергии. A furnace of known design is characterized by significant heat loss through massive metal brackets, as well as due to the large storage capacity of ceramic and metal elements. Thus, in the known furnace there are high energy consumption.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электропечь сопротивления, которая содержит кожух, футеровку в виде плит из твердых волокнистых материалов, расположенных перпендикулярно к стенкам кожуха, в торцевой части которых выполнены наклонные пазы, и в виде пакетов из мягких волокнистых материалов, установленных между плитами, а также электрические нагреватели, выполненные в виде спиралей, навитых на керамические трубки и спиралей [2]. Элементы фиксации нагревателей выполнены в виде металлических скоб из жаропрочного металла и установлены в наклонных пазах плит. The closest in technical essence to the proposed technical solution is a resistance electric furnace, which contains a casing, a lining in the form of plates of solid fibrous materials, perpendicular to the walls of the casing, in the end part of which slanted grooves are made, and in the form of packets of soft fibrous materials installed between the plates, as well as electric heaters, made in the form of spirals, wound on ceramic tubes and spirals [2]. The fixation elements of the heaters are made in the form of metal brackets made of heat-resistant metal and installed in inclined slots of the plates.

Высокая температура и наличие окислительной среды в рабочем пространстве вызывают механотермическое напряжение в металле, что приводит к изменениям в структуре металла скоб. Это, в свою очередь, приводит к снижению термической стойкости, прочности скоб и в конечном результате приводит к непредвиденному выходу из строя скоб, что снижает надежность работы печи. High temperature and the presence of an oxidizing medium in the working space cause mechanothermal stress in the metal, which leads to changes in the structure of the metal staples. This, in turn, leads to a decrease in the thermal stability and strength of the brackets and, as a result, leads to an unexpected failure of the brackets, which reduces the reliability of the furnace.

Известная электропечь характеризуется высоким расходом электроэнергии при эксплуатации, что обусловлено конструктивными особенностями печи - выполнением элементов фиксации нагревательных элементов в виде скоб из жаропрочных металлов, установленных в наклонных пазах. Known electric furnace is characterized by high energy consumption during operation, which is due to the structural features of the furnace - the implementation of the fixation elements of the heating elements in the form of brackets of heat-resistant metals installed in inclined grooves.

Металлические скобы обладают высокой теплоаккумулирующей способностью. Metal staples have a high heat storage ability.

Кроме того, керамическая трубка, соединенная со скобой, при нагреве расширяется и, не имея необходимой степени свободы, искривляется. Такое изменение формы трубки происходит циклически при включении и выключении печи. In addition, the ceramic tube connected to the bracket expands when heated and, without having the necessary degree of freedom, bends. Such a change in the shape of the tube occurs cyclically when the furnace is turned on and off.

При этом происходит смещение витков спирали. Шаг их между витками спирали, расположенными ближе к середине нагревателя, снижается, а по краям нагревателя - увеличивается. Возникает неравномерность теплового потока, происходит тепловое экранирование витков спирали нагревателя. Нагреватель перегорает и подлежит замене. При этом реальный срок его службы в два раза ниже расчетного. In this case, a shift in the turns of the spiral occurs. Their step between the turns of the spiral, located closer to the middle of the heater, decreases, and along the edges of the heater increases. Irregularity of the heat flow occurs, thermal shielding of the coil turns of the heater occurs. The heater burns out and must be replaced. At the same time, its real service life is two times lower than the calculated one.

Кроме того, учитывая высокую стоимость жаропрочных металлов, их дефицитность, можно отметить повышенный расход жаропрочного металла в конструкции электропечи. In addition, given the high cost of heat-resistant metals, their scarcity, we can note the increased consumption of heat-resistant metal in the design of an electric furnace.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции электропечи так, чтобы за счет взаимного расположения отдельных узлов и элементов печи исключить механотермическое напряжение, снизить потери тепла и снизить расход жаропрочных материалов. The basis of the invention is the task of improving the design of the electric furnace so that due to the relative position of the individual components and elements of the furnace to exclude mechanothermal stress, reduce heat loss and reduce the consumption of heat-resistant materials.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной электропечи сопротивления, содержащей кожух, футеровку в виде плит из твердых волокнистых материалов, расположенных перпендикулярно к стенкам кожуха, в торцевой части которых выполнены наклонные пазы, и в виде пакетов из мягких волокнистых материалов, установленных между плитами, а также электрические нагреватели, выполненные в виде спиралей, навитых на керамические трубки, новым является то, что концы керамических трубок размещены в промежуточных элементах, уложенных в наклонных пазах, при этом промежуточные элементы выполнены в виде разрезной керамической втулки, а в наклонном пазу выполнено посадочное место, конфигурация которого повторяет конфигурацию втулки. The specified technical result is achieved by the fact that in a known resistance electric furnace containing a casing, the lining is in the form of plates of solid fibrous materials located perpendicular to the walls of the casing, in the end part of which inclined grooves are made, and in the form of packets of soft fibrous materials installed between the plates , as well as electric heaters made in the form of spirals wound on ceramic tubes, it is new that the ends of the ceramic tubes are placed in intermediate elements laid in Pull grooves, wherein the intermediate elements are designed as a split ceramic sleeve, and an inclined groove formed in the seat, the configuration of which follows the configuration of the sleeve.

Предлагаемая конструкция электрической печи характеризуется высокой надежностью. В частности, срок службы нагревателей в ней в два раза выше, чем в устройстве по прототипу. Объясняется это тем, что в предлагаемой конструкции исключается влияние причин, вызывающих изгиб керамических трубок и неравномерность теплового потока и приводящих к остановкам печи для замены электрических нагревателей. The proposed design of the electric furnace is characterized by high reliability. In particular, the service life of the heaters in it is two times higher than in the device of the prototype. This is explained by the fact that the proposed design excludes the influence of causes that cause bending of ceramic tubes and uneven heat flow and leading to furnace stops to replace electric heaters.

При размещении керамических трубок в промежуточных элементах, уложенных в наклонных пазах и выполненных в виде разрезной керамической втулки, конфигурация которой повторяет форму посадочного гнезда в пазу, обеспечивается необходимая и достаточная степень свободы для перемещения конца керамической трубки, удлиняющейся при нагреве. При этом сила, препятствующая перемещению конца керамической трубки, определяется преимущественно коэффициентом трения между материалом трубки и промежуточного элемента и является настолько малой, что не происходит изменение формы трубки при частых включениях и отключениях печи. Заданный при изготовлении нагревателей шаг навивки спирали сохраняется на протяжении всего срока работы нагревателей. Обеспечивается равномерность теплового потока. When placing ceramic tubes in intermediate elements laid in inclined grooves and made in the form of a split ceramic sleeve, the configuration of which follows the shape of the seat in the groove, the necessary and sufficient degree of freedom is provided for moving the end of the ceramic tube, which is elongated when heated. Moreover, the force that impedes the movement of the end of the ceramic tube is determined mainly by the coefficient of friction between the material of the tube and the intermediate element and is so small that there is no change in the shape of the tube with frequent turning on and off the furnace. The spiral winding step specified in the manufacture of heaters is maintained throughout the entire life of the heaters. The uniformity of the heat flow is ensured.

Одновременно предлагаемое размещение электрических нагревателей обеспечивает достаточно жесткое и надежное их крепление. В устройстве снижаются тепловые потери за счет исключения аккумуляции тепла металлическими скобами, уменьшается расход дефицитных жаропрочных материалов. At the same time, the proposed placement of electric heaters provides a sufficiently rigid and reliable fastening. The device reduces heat loss by eliminating the accumulation of heat with metal brackets, reduces the consumption of scarce heat-resistant materials.

Кроме того, размещение концов керамических трубок, в промежуточных элементах, уложенных в пазы и выполненных также из керамических материалов обеспечивает одинаковые коэффициенты температурного расширения соприкасающихся элементов, что значительно стабилизирует термическую прочность конструкции и в целом повышает надежность электропечи. In addition, the placement of the ends of ceramic tubes in intermediate elements laid in grooves and also made of ceramic materials provides the same coefficients of thermal expansion of the contacting elements, which significantly stabilizes the thermal strength of the structure and generally increases the reliability of the electric furnace.

На фиг. 1 изображена электропечь сопротивления, поперечный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выноска I на фиг. 1. In FIG. 1 shows an electric resistance furnace, a cross section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 - callout I in FIG. one.

Для проверки возможности использования изобретения изготовлен опытный образец электропечи сопротивления для обжига эмалированной посуды. To test the possibility of using the invention, a prototype electric resistance furnace for firing enameled dishes was made.

Электропечь содержит кожух 1, футерованный расположенными перпендикулярно к стенками 2 кожуха 1 плитами 3 из твердых волокнистых материалов и пакетов 4 из мягких волокнистых материалов, установленных между плитами 3, а также содержит электрические нагреватели 5 в виде керамических трубок 6 и спиралей 7. Для изготовления пакетов 4 из мягких волокнистых материалов используется мулитокремнеземистый рулонированный материал типа МКРР-130 толщиной 300 мм. Плиты 3 из твердых волокнистых материалов изготовлены из шамотоволокнистого материала типа ШВП-350 с плотностью материала 350 кг/м³ и пределом прочности на сжатие 0,35 МПа. Ширина плит 480 мм.The electric furnace contains a casing 1, lined with plates 3 made of hard fibrous materials and packages 4 of soft fibrous materials installed between the plates 3, arranged perpendicular to the walls 2 of the casing 1, and also contains electric heaters 5 in the form of ceramic tubes 6 and spirals 7. For the manufacture of packages 4 of soft fibrous materials, mulitosiliceous rolled material of the MKPP-130 type is used, 300 mm thick. Plates 3 of solid fibrous materials are made of chamotte fiber material of the ШВП-350 type with a material density of 350 kg / m ³ and a compressive strength of 0.35 MPa. Plate width 480 mm.

В теле плит 3, в торцевой их части, обращенной к рабочему пространству печи, выполнены наклонные пазы 8. Концы керамических трубок 6 размещены в промежуточных элементах 9, уложенных в наклонных пазах 8. Промежуточный элемент 9 выполнен в виде разрезной керамической втулки. In the body of the plates 3, in the end part facing the working space of the furnace, inclined grooves are made 8. The ends of the ceramic tubes 6 are placed in the intermediate elements 9 laid in the inclined grooves 8. The intermediate element 9 is made in the form of a split ceramic sleeve.

Печь к работе готовят следующим образом. The furnace is prepared as follows.

Кожух 1 футеруют плитами 3 из твердых волокнистых материалов путем установки их перпендикулярно стенкам 2 печи и прикрепления их к кожуху 1, например, посредством металлических скоб (не показаны). Затем между плитами 3 располагают пакеты 4 из мягких волокнистых материалов и также крепят их к кожуху 1 печи. В наклонных пазах 8, выполненных в теле плит 3 в торцевой их части, размещают промежуточные элементы 9 - разрезные керамические втулки. Концы керамических трубок 6 размещены в промежуточных элементах 9. На керамические трубки 6 намотаны спирали 7, образуя электрические нагреватели 5. Печь включают на нагрев, подключая электрические нагреватели 5 к источнику питания. The casing 1 is lined with plates 3 of solid fibrous materials by installing them perpendicular to the walls 2 of the furnace and attaching them to the casing 1, for example, by means of metal brackets (not shown). Then between the plates 3 are placed packages 4 of soft fibrous materials and also fasten them to the casing 1 of the furnace. In the inclined grooves 8 made in the body of the plates 3 in their end part, intermediate elements 9 are placed - split ceramic bushings. The ends of the ceramic tubes 6 are placed in the intermediate elements 9. Spirals 7 are wound on the ceramic tubes 6, forming electric heaters 5. The furnace is turned on for heating by connecting the electric heaters 5 to a power source.

При нагреве печи и ее охлаждении происходит изменение длины керамических трубок 6. Конструкция обеспечивает свободное перемещение конца керамической трубки 6 внутри промежуточного элемента 9, и при этом сохраняются линейная форма трубки 6 и шаг навивки спирали 7. When the furnace is heated and cooled, the length of the ceramic tubes 6 changes. The design provides free movement of the end of the ceramic tube 6 inside the intermediate element 9, while maintaining the linear shape of the tube 6 and the winding pitch of the spiral 7.

Использование предлагаемого технического решения в технологии эмалирования посуды позволяет (по сравнению с существующим оборудованием):
- снизить расход электроэнергии на 10-30 %;
- повысить надежность работы печи (длительность ремонтных простоев снизилась в 15-20 раз);
- снизить металлоемкость на 12-15 %, в том числе исключить полностью использование остродефицитных жаропрочных материалов (сталей);
- снизить трудоемкость монтажа печи в 2-3 раза.Using the proposed technical solution in the technology of enameling utensils allows (in comparison with existing equipment):
- reduce electricity consumption by 10-30%;
- increase the reliability of the furnace (the duration of repair downtime decreased by 15-20 times);
- reduce metal consumption by 12-15%, including the elimination of the use of highly deficient heat-resistant materials (steels);
- reduce the complexity of the installation of the furnace by 2-3 times.

Claims

A resistance electric furnace containing a casing, a lining in the form of plates made of solid fibrous material perpendicular to the walls of the casing with inclined grooves in their end part, packets of soft fibrous materials located between the plates, electric heaters in the form of spirals wound on ceramic tubes, characterized in that the ends of the tubes are installed in inclined grooves by means of intermediate elements made in the form of split sleeves, and in each inclined groove a seat is made, configuration which matches the configuration of the sleeve.