RU69062U1

RU69062U1 - HIGH-TEMPERATURE VERTICAL FURNACE FOR PRODUCING MICROSPHERES

Info

Publication number: RU69062U1
Application number: RU2007127456/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Станиславович Дрожжин; Михаил Дмитриевич Куваев; Игорь Валентинович Пикулин; Виктор Кузьмич Кардаш
Original assignee: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Полезная модель предназначена для высокотемпературной обработки порошковых материалов и может быть использована для изготовления полых микросфер. Печь содержит, по меньшей мере, один высокотемпературный модуль, включающий корпус, в котором установлены трубчатая рабочая камера, нагреватель, теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем, термодатчики и токоподводы к нагревателю. Нагреватель выполнен из графита, модуль состоит из одной или более секций, а токоподводы подведены к торцам модуля и соединены с нагревателем графитовыми втулками. Трубчатая рабочая камера может быть совмещена с нагревателем. При выполнении модуля из нескольких секций их нагреватели соединены между собой графитовыми втулками. Печь может состоять из нескольких модулей с разным количеством секций. Расширяются функциональные возможности печи и круг материалов, из которых могут быть получены качественные полые микросферы различной дисперсности. 5 з.п., 3 илл.The utility model is intended for high-temperature processing of powder materials and can be used for the manufacture of hollow microspheres. The furnace contains at least one high-temperature module, including a housing, in which a tubular working chamber, a heater, a heat-insulating element located between the housing and the heater, temperature sensors and current leads to the heater are installed. The heater is made of graphite, the module consists of one or more sections, and the current leads are connected to the ends of the module and connected to the heater with graphite bushings. The tubular working chamber can be combined with a heater. When a module is made of several sections, their heaters are interconnected by graphite bushings. An oven may consist of several modules with different number of sections. The functionality of the furnace and the range of materials are expanding, from which high-quality hollow microspheres of various dispersion can be obtained. 5 c.p., 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к установкам для высокотемпературной обработки порошковых материалов и может быть использована для изготовления полых микросфер из широкого класса материалов.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular, to plants for high-temperature processing of powder materials and can be used for the manufacture of hollow microspheres from a wide class of materials.

Известна высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер, содержащая установленную в корпусе трубчатую рабочую камеру, выполненную из графита и являющуюся одновременно нагревателем. Между корпусом и трубчатым нагревателем расположен теплоизоляционный элемент. К торцам нагревателя подведены токоподводы. Для регистрации температуры в рабочем пространстве предусмотрены термодатчики. (Сб. «Лазерные термоядерные мишени и сверхпрочные микробаллоны.» М. Наука, Труды ФИАН, т.220, стр.10-14)A high-temperature vertical furnace for producing microspheres is known, containing a tubular working chamber installed in the housing made of graphite and simultaneously being a heater. A heat-insulating element is located between the housing and the tubular heater. Current leads are connected to the ends of the heater. To register the temperature in the working space, temperature sensors are provided. (Sat. "Laser thermonuclear targets and heavy-duty microballoons." M. Nauka, Trudy FIAN, vol. 220, pp. 10-14)

Известная печь имеет фиксированную длину трубчатой рабочей камеры, что ограничивает возможности в получении микросфер малого и большого диаметра.The known furnace has a fixed length of the tubular working chamber, which limits the ability to obtain microspheres of small and large diameter.

Известна также высокотемпературная печь для получения микросфер, состоящая из нескольких модулей, каждый из которых содержит установленные в корпусе трубчатую рабочую камеру из керамики, карборундовые нагреватели, теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателями, термодатчики и токоподводы. (Патент США №4340407 опубл. 20.07.82, МПК СОЗВ 19/10)Also known is a high-temperature furnace for producing microspheres, consisting of several modules, each of which contains a tubular working chamber made of ceramics installed in the housing, carborundum heaters, a heat-insulating element located between the housing and the heaters, temperature sensors and current leads. (US Patent No. 4340407 publ. 20.07.82, IPC SOSV 19/10)

Недостатком данной печи является неравномерное распределение температуры по длине рабочей зоны из-за падения температуры в местах соединения модулей, что отрицательно влияет на качество получаемых микросфер. Кроме того, конструкция этой печи, так же как и в аналоге, не The disadvantage of this furnace is the uneven distribution of temperature along the length of the working zone due to a drop in temperature at the junction of the modules, which negatively affects the quality of the resulting microspheres. In addition, the design of this furnace, as well as in the analogue, does not

предусматривает изменение длины рабочей зоны, т.е. возможности печи ограничены определенным типоразмером получаемых микросфер.involves changing the length of the working area, i.e. the capabilities of the furnace are limited by a certain size of the resulting microspheres.

Задачей полезной модели является существенное расширение функциональных возможностей печей для изготовления полых микросфер.The objective of the utility model is a significant expansion of the functionality of furnaces for the manufacture of hollow microspheres.

Технический результат, достигаемый настоящей полезной моделью, заключается в следующем:The technical result achieved by the present utility model is as follows:

- получение качественных микросфер за счет равномерного распределения температуры по длине рабочей зоны печи (получение концентричных микросфер с максимальной равномерностью толщины стенки);- obtaining high-quality microspheres due to the uniform distribution of temperature along the length of the working zone of the furnace (obtaining concentric microspheres with maximum uniformity of wall thickness);

- возможность получения микросфер различной дисперсности из разнообразных материалов (металлы, керамика, полимеры) за счет достижения широкого температурного диапозона в рабочей зоне (от 50 до 2000°С), а также за счет изменения длины рабочей зоны;- the ability to obtain microspheres of different dispersion from a variety of materials (metals, ceramics, polymers) by achieving a wide temperature range in the working area (from 50 to 2000 ° C), as well as by changing the length of the working area;

- возможность использования исходных веществ в различном агрегатном состоянии (капли растворов или твердые частицы) за счет изменения температуры различных участков рабочей зоны, а также за счет изменения длины этих участков.- the ability to use the starting materials in a different state of aggregation (droplets of solutions or solid particles) by changing the temperature of different parts of the working area, as well as by changing the length of these sections.

Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в известной высокотемпературной вертикальной печи для получения микросфер, включающей, по меньшей мере, один модуль, содержащий установленные в корпусе трубчатую рабочую камеру, нагреватель, теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем, термодатчики и токоподводы к нагревателю, согласно заявляемой полезной модели, нагреватель выполнен из графита, модуль состоит из одной или более секций, нагреватели которых соединены графитовыми втулками, токоподводы подведены к торцам модуля и соединены с нагревателями графитовыми втулками.This task and the technical result are achieved by the fact that in the known high-temperature vertical furnace for producing microspheres, comprising at least one module containing a tubular working chamber installed in the housing, a heater, a heat-insulating element located between the housing and the heater, temperature sensors and current leads to heater, according to the claimed utility model, the heater is made of graphite, the module consists of one or more sections, the heaters of which are connected by graphite bushings, current lead water is brought to the ends of the module and connected to the heaters by graphite bushings.

Трубчатая рабочая камера может быть совмещена с нагревателем, а корпус может быть снабжен рубашкой водяного охлаждения. Секции модуля и модули между собой соединены уплотнительными элементами, обеспечивающими герметичность. Печь может состоять из модулей с разным количеством секций.The tubular working chamber can be combined with a heater, and the housing can be equipped with a water cooling jacket. Module sections and modules are interconnected by sealing elements that ensure tightness. The furnace may consist of modules with a different number of sections.

Выполнение нагревателя из графита позволяет регулировать в широких пределах температуру в рабочем пространстве печи, от 50 до 2000°С.Это позволяет расширить функциональные возможности печи и получать микросферы из широкого класса материалов. Этому же способствует и увеличение длины рабочей зоны (рабочей камеры, нагревателя) за счет выполнения модуля из нескольких секций. Возможность совмещения функций трубчатой рабочей камеры и нагревателя позволяет значительно сэкономить электроэнергитические затраты, т.к. в этом случае происходит непосредственный нагрев рабочего пространства печи.The implementation of the heater from graphite allows you to widely control the temperature in the working space of the furnace, from 50 to 2000 ° C. This allows you to expand the functionality of the furnace and to obtain microspheres from a wide class of materials. This is also facilitated by the increase in the length of the working zone (working chamber, heater) due to the implementation of the module from several sections. The ability to combine the functions of the tubular working chamber and the heater can significantly save energy costs, because in this case, direct heating of the working space of the furnace occurs.

Соединение секций нагревателей графитовыми втулками позволяет при увеличении длины нагревателя сохранить равномерный нагрев рабочей The connection of the heater sections with graphite bushings allows, with an increase in the length of the heater, to maintain uniform heating of the working

камеры по всей длине, т.е. исключить перепады температуры в местах соединения секций. Это позволяет повысить качество микросфер. Подведение токопроводов к торцам модуля и соединение токопровода с нагревателем с помощью графитовых втулок также повышает равномерность нагрева рабочих камер по всей длине, а значит - и качество микросфер.cameras along the entire length, i.e. eliminate temperature differences at the junction of sections. This improves the quality of the microspheres. Bringing the conductors to the ends of the module and connecting the conductors to the heater using graphite bushings also increases the uniformity of heating of the working chambers along the entire length, and hence the quality of the microspheres.

В случае выполнения печи из нескольких модулей подведение к торцам каждого модуля токопроводов позволяет создавать в каждом из них требуемый температурный режим. Такая организация рабочей зоны позволяет работать с веществами в различном агрегатном состоянии. Верхняя зона - это зона сушки капель растворов и получения твердых частиц основного вещества, нижняя зона - это зона плавления основного вещества и формирования стенки микросфер.In the case of a furnace made of several modules, bringing to the ends of each module conductors allows you to create the required temperature regime in each of them. This organization of the working area allows you to work with substances in a different state of aggregation. The upper zone is the zone of drying droplets of solutions and obtaining solid particles of the main substance, the lower zone is the zone of melting of the main substance and the formation of the wall of microspheres.

Рубашка водяного охлаждения корпуса, расположенная на его наружной поверхности, позволяет значительно уменьшить теплоизоляционный слой, что уменьшает габариты печи, ее вес и материалоемкость, повышает безопасность эксплуатации печи.The water-cooling jacket of the case, located on its outer surface, can significantly reduce the heat-insulating layer, which reduces the dimensions of the furnace, its weight and material consumption, increases the safety of operation of the furnace.

Полезная модель поясняется фиг.1-3, на которых представлены:The utility model is illustrated in figures 1-3, which show:

фиг.1 - высокотемпературная вертикальная печь, состоящая из односекционного модуля;figure 1 - high-temperature vertical furnace, consisting of a single-section module;

фиг.2 - высокотемпературная вертикальная печь, состоящая из двухсекционного модуля;figure 2 - high-temperature vertical furnace, consisting of a two-section module;

фиг.3 - пример компоновки высокотемпературной вертикальной печи, состоящей из двух модулей, один из которых односекционный, а другой -двухсекционный.figure 3 is an example of a layout of a high-temperature vertical furnace, consisting of two modules, one of which is single-section and the other two-section.

На фиг.1 высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер состоит из односекционного модуля, где 1 - трубчатая рабочая камера, выполненная из графита, и одновременно является нагревателем; 2 - корпус печи с рубашкой водяного охлаждения; 3 - теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем; 4 - токоподводы; 5 - графитовые втулки для соединения токоподвода с нагревателем; 6 - прижимное кольцо; 7 - уплотнительный элемент; 8 - термодатчик.In Fig.1, a high-temperature vertical furnace for producing microspheres consists of a single-section module, where 1 is a tubular working chamber made of graphite, and at the same time is a heater; 2 - furnace body with a water cooling jacket; 3 - heat-insulating element located between the housing and the heater; 4 - current leads; 5 - graphite bushings for connecting a current lead to a heater; 6 - a clamping ring; 7 - sealing element; 8 - temperature sensor.

На фиг.2 высокотемпературная вертикальная печь для получения микросфер состоит из двухсекционного модуля, где 1 - трубчатая рабочая камера, выполненная из графита и состоящая из двух секций, соединенных между собой графитовой втулкой 9; 2 - корпус печи с рубашкой охлаждения, выполнены из двух секций; 3 - теплоизоляционный элемент, расположенный между корпусом и нагревателем; 4 - токоподводы; 5 - графитовые втулки для соединения токоподвода с нагревателем; 6 - прижимное кольцо; 7 - уплотнительный элемент; 8 - термодатчик.In Fig.2, a high-temperature vertical furnace for producing microspheres consists of a two-section module, where 1 is a tubular working chamber made of graphite and consisting of two sections interconnected by a graphite sleeve 9; 2 - furnace body with a cooling jacket, made of two sections; 3 - heat-insulating element located between the housing and the heater; 4 - current leads; 5 - graphite bushings for connecting a current lead to a heater; 6 - a clamping ring; 7 - sealing element; 8 - temperature sensor.

На фиг.3 представлен вариант выполнения высокотемпературной вертикальной печи, состоящей из двух модулей M1 и М2.Figure 3 presents an embodiment of a high-temperature vertical furnace, consisting of two modules M1 and M2.

Модуль M1 - односекционный (секция С)Module M1 - single-section (section C)

Модуль М2 - двухсекционный (секции С+С)Module M2 - two-section (sections C + C)

В зависимости от поставленной задачи возможны различные компоновки печи.Depending on the task, various furnace configurations are possible.

При подаче напряжения на токоподводы 4 возникает электрическая цепь, включающая графитовые втулки 5, поджатые кольцом 6, и нагреватель 1. При прохождении электрического тока через нагреватель 1, происходит его разогрев до заданной температуры (включая 2000°С). Теплоизоляционный элемент 3, установленный между нагревателем 1 и корпусом 2, служит для стабилизации температуры в рабочей камере, которая регистрируется термодатчиком 8. Корпус выполнен с рубашкой водяного охлаждения, что позволяет выполнить теплоизоляционный слой 3 минимально достаточной толщины, что значительно уменьшает габариты, вес и металлоемкость печи. Кроме того, выполнение рубашки водяного охлаждения с внешней стороны корпуса 2 повышает безопасность эксплуатации печи, предохраняя персонал от ожогов.When voltage is applied to current leads 4, an electric circuit arises, including graphite bushings 5, pressed by ring 6, and heater 1. When electric current passes through heater 1, it heats up to a predetermined temperature (including 2000 ° C). The heat-insulating element 3, installed between the heater 1 and the body 2, serves to stabilize the temperature in the working chamber, which is detected by the temperature sensor 8. The body is made with a water-cooling jacket, which allows the heat-insulating layer 3 to be minimally sufficient thickness, which significantly reduces the dimensions, weight and metal consumption ovens. In addition, the implementation of the jacket water cooling on the outside of the housing 2 increases the safety of operation of the furnace, protecting personnel from burns.

В качестве рабочей среды в печи применяется инертный газ или вакуум, в связи с чем корпус 2 должен быть герметичным, что обеспечивается уплотнительным элементом 7.An inert gas or vacuum is used as a working medium in the furnace, and therefore the housing 2 must be airtight, which is ensured by the sealing element 7.

Для изготовления микросфер большого диаметра (до 2 мм) необходимо увеличить время нахождения исходной шихты в рабочей камере 1 высокотемпературной вертикальной печи. Это может быть достигнуто за счет увеличения длины рабочей камеры, что обеспечивается применением многосекционного модуля, где нагреватели секций соединены графитовыми втулками 9. (фиг.2)For the manufacture of large diameter microspheres (up to 2 mm), it is necessary to increase the residence time of the initial charge in the working chamber 1 of a high-temperature vertical furnace. This can be achieved by increasing the length of the working chamber, which is ensured by the use of a multi-section module, where the section heaters are connected by graphite bushings 9. (FIG. 2)

Длина рабочей зоны печи может быть увеличена за счет компоновки модулей с различным числом секций, например, как на фиг.3.The length of the working zone of the furnace can be increased due to the layout of the modules with a different number of sections, for example, as in figure 3.

Заявляемая высокотемпературная вертикальная печь позволяет получать микросферы из различных материалов (стекла, полимеры, керамика) дисперсностью от 20 до 2000 мкм и плотностью 0,03-1,2 г/см.The inventive high-temperature vertical furnace allows to obtain microspheres from various materials (glass, polymers, ceramics) with a dispersion of 20 to 2000 microns and a density of 0.03-1.2 g / cm.

Claims

1. A high-temperature vertical furnace for producing microspheres, comprising at least one high-temperature module, comprising a tubular working chamber installed in the housing, a heater, a heat-insulating element located between the housing and the heater, temperature sensors and current leads to the heater, characterized in that the heater is made of graphite, the module consists of one or more sections, and the current leads are connected to the ends of the module and connected to the heater by graphite bushings.

2. The high-temperature vertical furnace according to claim 1, characterized in that the tubular working chamber is combined with a heater.

3. The high-temperature vertical furnace according to claim 1, characterized in that when the module is made of several sections, their heaters are interconnected by graphite bushings.

4. The high temperature vertical furnace according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with a water cooling jacket.

5. The high-temperature vertical furnace according to claim 1, characterized in that the module sections and modules are interconnected by sealing elements that ensure tightness.

6. The high temperature vertical furnace according to claim 1, characterized in that it consists of a different number of modules with a different number of sections.