RU2120590C1

RU2120590C1 - High-temperature furnace with heated material conveyed mechanically

Info

Publication number: RU2120590C1
Application number: RU97114900A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Алейников; В.Р. Алимов; Ю.В. Буланов; М.Н. Волков; В.П. Карманов; С.Н. Крупенко; В.Ю. Котляров; А.П. Лишиленко; С.В. Мартынов; В.А. Науменко; А.М. Помазков
Original assignee: Акционерное общество "Подольскогнеупор"
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: heat-treatment furnaces for manufacturing, for example, carbide-silicon heaters. SUBSTANCE: heating pipe of furnace roasting chamber is built up of three parts; working part has conical external surface and length of its exit end is greater than that of entrance end; safety pipe of roasting chamber is built up of two parts; length of first part is smaller than that of second one; water-cooled end walls of roasting chamber may have internal rings with admission pipe connections passed through water-cooled jacket. Cooling chamber may be made as three- stage chamber each stage being tube-in-tube structure with water flowing between tubes; length of each next stage is greater than that of preceding one. EFFECT: improved performance characteristics and operating reliability of furnace. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к обжиговым печам непрерывного действия, в частности представляет собой печь для термической обработки при производстве, например, карбидкремниевых нагревателей. The invention relates to continuous kilns, in particular, is a furnace for heat treatment in the production of, for example, silicon carbide heaters.

Известна печь для обжига керамического материала /патент ФРГ N 4038468 F 27 B, 9/20/, в которой зона обжига находится между зоной предварительного нагрева и зоной охлаждения. Здесь используют обогревательную установку, работающую на твердом топливе. Known furnace for firing ceramic material / German patent N 4038468 F 27 B, 9/20 /, in which the firing zone is between the preheating zone and the cooling zone. They use a solid fuel heating system.

В электрической печи непрерывного действия /патент Японии 4-34072, F 27 B, 9/26/ по центру расположена горизонтальная труба, по которой подается в контейнерах обогреваемый материал. С трубой соединены охладители и вентили. In a continuous electric furnace / Japanese Patent 4-34072, F 27 B, 9/26 /, a horizontal pipe is located in the center, through which heated material is supplied in containers. Coolers and valves are connected to the pipe.

Известна также установка для термообработки /СССР, а.с. N 1346935 F 27 B, 9/20/, включающая трубчатую печь сопротивления с рабочей трубой, термоизолирующим корпусом, холодильники, шлюзы с приводами, направляющие, блоки измерения и регистрации температуры. Also known installation for heat treatment / USSR, and.with. N 1346935 F 27 B, 9/20 /, including a resistance tube furnace with a working pipe, heat-insulating casing, refrigerators, locks with drives, guides, temperature measuring and recording units.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту заявляемой печи является печь "EFCO 327" - трубная печь сопротивления фирмы Kanthal limited Великобритания /Инструкция по эксплуатации печи EFCO 327, 9.11.95 г. и чертеж EFCO ROYCE FURNACES LTD, 1968 г./. Эта печь содержит толкатель 18, камеру предварительного нагрева 7, камеру обжига 3 с нагревательной трубой 6 и зону охлаждения 4, расположенную на опорной раме 5. К нагревательной трубе 6 подключен медный токопровод 2. Зона охлаждения открывается заслонкой 9, 10. Позициями 11, 12 обозначен токоподвод к газовым горелкам 13 - водяная арматура, 14 - изолятор, 15 - сбросный клапан, 16, 17 - каретка толкателя, 19 - натяжитель цепи толкателя, 20 - привод толкателя, 21 - водяная рубашка. The closest in technical essence and the achieved effect of the claimed furnace is the furnace "EFCO 327" - a tube furnace resistance company Kanthal limited UK / Instructions for use of the furnace EFCO 327, 11/11/95 and drawing EFCO ROYCE FURNACES LTD, 1968 /. This furnace contains a pusher 18, a pre-heating chamber 7, a firing chamber 3 with a heating pipe 6, and a cooling zone 4 located on the support frame 5. A copper conductor 2 is connected to the heating pipe 6. The cooling zone is opened by a shutter 9, 10. Positions 11, 12 the current supply to gas burners is indicated 13 - water fittings, 14 - insulator, 15 - relief valve, 16, 17 - pusher carriage, 19 - pusher chain tensioner, 20 - pusher drive, 21 - water jacket.

Недостатком прототипа является постоянный прогар нагревательной, защитной трубы и торцевых стенок. The disadvantage of the prototype is a constant burnout of the heating, protective pipe and end walls.

В последнем случае возникают аварийные ситуации вплоть до взрыва печи. In the latter case, emergency situations occur until the explosion of the furnace.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а следовательно, улучшение служебно-эксплуатационных характеристик и повышение надежности работы печи. The aim of the invention is to remedy the above disadvantages, and therefore, improve the performance characteristics and increase the reliability of the furnace.

Поставленная цель достигается тем, что в печи, содержащей последовательно расположенные толкатель, камеру предварительного нагрева, камеру обжига и камеру охлаждения, нагревательная труба камеры обжига выполнена состоящей из трех частей: входного вывода, рабочей части и выходного вывода. При этом рабочая часть на наружной поверхности выполнена конической, а длина выходного вывода больше длины входного вывода. Кроме того, защитная труба камеры обжига состоит из двух частей, длина первой /входной/ из которых меньше длины второй /выходной/ части. Торцевые водоохлаждаемые стенки камеры обжига имеют внутренние кольца с подводными патрубками, проходящими сквозь водоохлаждаемую рубашку. Все это позволяет увеличить длину обжиговой камеры и снизить температурные нагрузки в выходной части камеры обжига. This goal is achieved by the fact that in a furnace containing a sequentially located pusher, a pre-heating chamber, a firing chamber and a cooling chamber, the heating tube of the firing chamber is made up of three parts: input output, working part and output output. Moreover, the working part on the outer surface is conical, and the length of the output terminal is greater than the length of the input terminal. In addition, the protective tube of the firing chamber consists of two parts, the length of the first / input / of which is less than the length of the second / output / part. The end water-cooled walls of the firing chamber have inner rings with underwater nozzles passing through the water-cooled jacket. All this allows to increase the length of the firing chamber and reduce temperature loads in the output part of the firing chamber.

Камера охлаждения выполнена из трех ступеней, каждая из которых представляет собой трубу в трубе. При этом длина каждой следующей ступени больше предыдущей. Такая схема охлаждения также позволяет более эффективно охлаждать перемещаемый после обжига по камере охлаждения материал. The cooling chamber is made of three stages, each of which is a pipe in a pipe. The length of each next step is greater than the previous one. Such a cooling scheme also allows more efficient cooling of the material moved after firing through the cooling chamber.

На фиг. 1 схематично представлена конструкция заявляемой высокотемпературной печи; на фиг. 2 - продольный разрез камеры обжига; на фиг. 3 - конструкция нагревательной трубы согласно фиг. 2; на фиг. 4 - торцевая водоохлаждаемая стенка согласно фиг. 2, вид спереди и сбоку в разрезе; на фиг. 5 - зона охлаждения. In FIG. 1 schematically shows the design of the inventive high temperature furnace; in FIG. 2 is a longitudinal section through a firing chamber; in FIG. 3 - design of a heating pipe according to FIG. 2; in FIG. 4 - end water-cooled wall according to FIG. 2 is a sectional front and side view; in FIG. 5 - cooling zone.

Высокотемпературная печь согласно фиг. 1 состоит из четырех основных частей: подавателя обжигаемых изделий, камеры предварительного подогрева, камеры обжига и камеры охлаждения. По концам печи горят две газовые горелки. The high temperature furnace of FIG. 1 consists of four main parts: a firing product feeder, a preheating chamber, a firing chamber, and a cooling chamber. Two gas burners burn at the ends of the furnace.

Подаватель может быть выполнен в виде цепного толкателя с перемещаемой кареткой, имеющей привод от электродвигателя через редуктор и вариатор. The feeder can be made in the form of a chain pusher with a movable carriage, driven by an electric motor through a gearbox and variator.

Камера предварительного подогрева имеет стальной кожух, в котором размещены нагреватели, которые нагревают трубу из нержавеющей стали, имеющей одинаковый внутренний диаметр с графитовой нагревательной трубой. Температура подогрева контролируется термопарой. Температура вначале регулируется до 500^oC. На входе в камеру установлена кольцевая газовая горелка для дожига газа из нее от CO до CO₂.The preheating chamber has a steel casing in which heaters are placed that heat a stainless steel pipe having the same inner diameter as a graphite heating pipe. The heating temperature is controlled by a thermocouple. The temperature is initially controlled up to 500 ^o C. At the inlet of the chamber, an annular gas burner is installed to burn gas from it from CO to CO ₂ .

Камера обжига согласно фиг. 2 состоит из корпуса 1. На входе и выходе из камеры обжига установлены водоохлаждаемые стенки, установленные на графитовые кольца 10. Внутри корпуса 1 размещены две графитовые трубы разного диаметра, имеющие общую ось: нагревательная труба 6 и защитная труба 7. Они соосны с трубой камеры предварительного нагрева. Вокруг защитной трубы 7 засыпан теплоизоляционный материал 14. Защитная труба 7 служит в качестве разделителя между теплоизоляционной засыпкой 14 и внутренней нагревательной трубой 6, что позволяет заменить нагреватель, когда необходимо, без нарушения термоизоляции. Защитная труба установлена на графитовые пластины 8, 9 с помощью графитодержателей 3. Нагревательная труба 6 является основным нагревательным элементом печи. Она опирается с двух сторон на медные водоохлаждаемые токопроводы 4, установленные на опоры 5. Защитная труба 7 выполнена из двух частей. Длина входной части должна быть меньше длины выходной части. Наиболее оптимальным отношение этих длин является 1:/2-4/. The firing chamber according to FIG. 2 consists of a housing 1. At the inlet and outlet of the firing chamber, water-cooled walls are installed, mounted on graphite rings 10. Inside the housing 1 there are two graphite pipes of different diameters having a common axis: a heating pipe 6 and a protective pipe 7. They are coaxial with the chamber pipe preheating. Around the protective tube 7 is insulated with heat-insulating material 14. The protective tube 7 serves as a separator between the heat-insulating backfill 14 and the internal heating pipe 6, which allows you to replace the heater when necessary, without violating thermal insulation. The protective pipe is mounted on graphite plates 8, 9 using graphite holders 3. The heating pipe 6 is the main heating element of the furnace. It is supported on two sides by copper water-cooled conductors 4 mounted on supports 5. The protective tube 7 is made of two parts. The length of the inlet must be less than the length of the outlet. The most optimal ratio of these lengths is 1: / 2-4 /.

В месте соединения частей защитная труба опирается на опорную пластину 11. В нижней части корпуса 1 расположены сита 12, 13. Трубки 15 служат для подвода защитного газа, например, азота, давление которого регулируется клапаном. На лицевой стенке корпуса 1 находятся два пирометра для контроля за температурой нагревателя, а также распределительные гребенки охлаждающей воды и азота /на фиг. не представлены/. At the junction of the parts, the protective tube rests on the support plate 11. In the lower part of the housing 1, sieves 12, 13 are located. The tubes 15 serve to supply a protective gas, for example, nitrogen, the pressure of which is regulated by a valve. On the front wall of the housing 1 there are two pyrometers for monitoring the temperature of the heater, as well as the distribution combs of cooling water and nitrogen / in FIG. not presented.

Нагревательная труба /фиг. 3/ выполнена из трех частей: входной вывод 16, рабочая часть 17 и выходной вывод 18. Наружная поверхность рабочей части 17 выполнена конической с конусностью преимущественно 1:/100-300/. Длина входного вывода меньше длины выходного вывода. Наиболее оптимальное соотношение их длин -1: /1,5-4/, рабочая часть и выходной вывод нагревательной трубы могут быть выполнены заодно. Heating pipe / Fig. 3 / is made of three parts: input terminal 16, working part 17 and output terminal 18. The outer surface of the working part 17 is conical with a taper of mainly 1: / 100-300 /. The length of the input pin is less than the length of the output pin. The most optimal ratio of their lengths is -1: / 1.5-4 /, the working part and the output of the heating pipe can be made at the same time.

Торцевая водоохлаждаемая стенка 2 /подробно представлена на фиг. 4/ имеет корпус 19, в котором размещены водоохлаждаемая рубашка 20 и внутреннее водоохлаждаемое кольцо 21 с верхним патрубком 22 и нижним патрубком 23 для подачи и отвода воды из внутреннего кольца. Причем патрубки проходят сквозь водоохлаждаемую рубашку. Патрубки подводные и отводящие 24 служат для подачи и отвода воды из водяной рубашки. The end water-cooled wall 2 / is shown in detail in FIG. 4 / has a housing 19 in which a water-cooled shirt 20 and an internal water-cooled ring 21 with an upper pipe 22 and a lower pipe 23 for supplying and discharging water from the inner ring are placed. Moreover, the nozzles pass through a water-cooled shirt. Branch pipes underwater and outlet 24 are used to supply and drain water from a water jacket.

Перегородки 25 расположены под углом от 30 до 45^o /фиг. 4/ для направленной подачи воды в наиболее теплонагруженное место, а именно нижнюю часть нагревательной трубы.Partitions 25 are located at an angle from 30 to 45 ^o / Fig. 4 / for directed water supply to the most heat-loaded place, namely the lower part of the heating pipe.

Камера охлаждения /фиг. 5/ представляет собой сборную конструкцию из трех ступеней плотно соединенных друг с другом: первая ступень охлаждения 26, вторая 27 и третья 28. Каждая ступень представляет собой трубу, расположенную в другой трубе, соосной с первой. Через образовавшуюся между этими трубами полость пропускается через выполненные в каждой ступени патрубки 31 вода. Длина каждой последующей ступени больше длины предыдущей. Наиболее оптимальное соотношение их длин 1₁ : 1₂ : 1₃ = 1 : /1,5 - 1,8/ : /2 - 3/. На выходе трубы укреплена кольцевая газовая горелка 29 с поворотной задвижкой 30, которая создает огневую завесу, препятствующую проникновению кислорода в печь.The cooling chamber / Fig. 5 / is a prefabricated structure of three stages tightly connected to each other: the first cooling stage 26, the second 27 and the third 28. Each stage is a pipe located in another pipe, coaxial with the first. Through the cavity formed between these pipes, water is passed through the pipes 31 made in each stage. The length of each subsequent step is greater than the length of the previous one. The most optimal ratio of their lengths is 1 ₁ : 1 ₂ : 1 ₃ = 1: / 1.5 - 1.8 /: / 2 - 3 /. At the pipe outlet, an annular gas burner 29 with a rotary valve 30 is fixed, which creates a fire curtain that prevents the penetration of oxygen into the furnace.

Энергопитание печи осуществляется через трансформаторы. The furnace is powered by transformers.

Трубки 15, подводящие защитный газ, расположены на расстоянии 1/3 : 1/2 внутреннего диаметра нагревательной трубы. The shielding gas tubes 15 are located at a distance of 1/3: 1/2 of the inner diameter of the heating pipe.

Печь работает следующим образом:
Материал, подвергаемый обжигу, размещается в графитовых лодочках и проталкивается через печь. Лодочки устанавливаются друг за другом и толкатель циклично проталкивает их через печь с помощью совка, имеющего специальный замок для фиксации на цепи, перемещаемой электродвигателем. Открывают водяной и азотные вентили, обеспечивают приток природного газа к газовым горелкам и поджигают.The furnace works as follows:
The material to be fired is placed in graphite boats and pushed through the furnace. The boats are installed one after another and the pusher cyclically pushes them through the furnace with the help of a scoop with a special lock for fixing on a chain moved by an electric motor. They open water and nitrogen valves, ensure the flow of natural gas to gas burners and set fire to it.

Материал, предварительно нагретый в камере предварительного нагрева, поступает для последующего обжига в нагревательную трубу зоны обжига. На панели управления печью размещены указатели мощности, тока и температуры печи. Печь может работать в автоматическом режиме, когда установленная мощность определяется заданной температурой /от 1800^oC до 2600^oC/, и в ручном режиме, когда необходимая мощность задается оператором. Различные части печи постоянно охлаждаются водой в период эксплуатации. Точки подвода охлаждения - верхняя и нижняя половина зажима токопровода, торцевые водоохлаждаемые стенки, внутренний токопровод, внешний токопровод. Все линии охлаждения сходятся в гребенках, размещенных у торцов печи, что позволяет контролировать наличие протока в каждой линии.The material preheated in the preheating chamber is fed for subsequent firing into the heating pipe of the firing zone. The furnace control panel contains indicators of power, current and temperature of the furnace. The furnace can operate in automatic mode when the installed power is determined by the set temperature / from 1800 ^o C to 2600 ^o C /, and in manual mode when the required power is set by the operator. Various parts of the furnace are constantly cooled by water during operation. The cooling supply points are the upper and lower half of the clamp of the current lead, the end water-cooled walls, the internal current path, the external current path. All cooling lines converge in combs located at the ends of the furnace, which makes it possible to control the presence of a duct in each line.

Claims

1. A high-temperature furnace with mechanical movement of the heated material, comprising a pusher, a pre-heating chamber, a firing chamber with a graphite heating tube, a graphite protective tube and end cooling walls with a water jacket, and a cooling chamber, characterized in that the heating pipe is made up of an inlet output, working part and output output, while the working part on the outer surface is made in the form of a cone, and the length of the output output is greater than d input output lines.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the working part and the output terminal are made at the same time.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the protective tube is made of two parts, the length of the inlet part being less than the length of the outlet part.

4. The furnace according to claim 1, characterized in that the end water-cooled walls have inner rings with underwater nozzles passing through the water-cooled jacket.

5. The furnace according to claim 1, characterized in that the cooling chamber is made of three stages, tightly connected to each other and made according to the scheme of the pipe in the pipe, with the length of each next stage more than the previous one.