ТОКОВВОД ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ ВЫСОКОАМПЕРНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 1997 года по МПК H05B7/11 H05B3/60 

Изобретение относится к электротермии и предназначено для электропитания печей сопротивления прямого нагрева, таких, например, как печи графитации и печи для производства карбида кремния, а также других высокоамперных устройств.

Известен токоввод, включающий углеродный электрод и сопряженную с ним токоподводящую шину. Сопряжение осуществлено с помощью по крайней мере одной упругой металлической спирали.

Однако осуществление сопряжения в известном устройстве за счет упругой металлической спирали не позволяет обеспечить стабильность электроконтактного сопротивления при цикличности производственного процесса и влечен за собой значительный расход электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к заявляемому решению и принятым за прототип, является токоввод, включающий углеродный электрод, сопряженный с проводником (металлической шиной) посредством металлических шипов (электроконтактных пробок).

Сваривание шипа с проводником производится при заполнении углубления в электроде. Место контакта металлических шипов и проводников заглубляется ниже верхней поверхности электрода.

Однако известное устройство обладает значительным электросопротивлением и при его работе тратится большое количество электроэнергии. Это происходит из-за того, что в известном устройстве не обеспечивается непосредственный контакт по всей площади шипа с углеродным электродом, поскольку металлические шипы механически вставлены в тело углеродного электрода. При таком соединении не может быть обеспечен надежный контакт между ними, поскольку зазор неизбежен. В результате между металлом шипа и углеродистым материалом электрода имеется граница раздела. Это приводит к росту контактного сопротивления, что существенно повышает электросопротивление и приводит к высокому расходу электроэнергии.

Задача изобретения усовершенствование токоввода электротермических высокоамперных устройств, в котором за счет введения новых элементов в устройство и связей между ними осуществляется надежный электрический контакт между углеродным электродом и токоподводящей металлической шиной, что приведет к снижению электросопротивления в зоне сопряжения и за счет этого будет обеспечено снижение расхода электроэнергии в процессе работы устройства.

Задача решается тем, что в токовводе электротермических высокоамперных устройств, включающем углеродный электрод, сопряженный с токоподводящей металлической шиной посредством электроконтактных пробок, согласно предлагаемому изобретению, новым является то, что электроконтактные пробки вварены в углеродный электрод и снабжены компенсаторами, противоположные концы которых соединены с токоподводящей металлической шиной.

Совокупность конструктивных элементов предлагаемого устройства, находящихся во взаимосвязи друг с другом, приводит к качественному изменению свойств устройства и позволяет значительно снизить электросопротивление в зоне контакта, а также снизить расход электроэнергии.

Причинно-следственная связь между совокупностью заявляемых признаков и достигаемым результатом заключается в следующем.

Вваривание электроконтактных пробок в углеродный электрод сваркой позволяет осуществить сопряжение углеродного электрода и токоподводящей шины, сформировав контактную поверхность, при которой реальная площадь электроконтакта превышает значение ее номинальной площади.

Это происходит за счет того, что электроконтактный сплав, из которого выполнены ввариваемые пробки, в процессе сварки взаимодействует с материалом углеродного электрода, смачивает его и по открытым порам, увлекаемый капиллярными силами, проникает вглубь углеродного материала на 3 10 мм, создавая фазу, исключающую резкую границу раздела и обеспечивая непосредственный контакт двух материалов по всей площади соединений электроконтактной пробки с углеродным электродом. Это проникновение обеспечивает надежный контакт и резкое увеличение поверхности контакта. Развитая поверхность контакта влечет за собой снижение электросопротивления в зоне сопряжения углеродного электрода с токоподводящей металлической шиной.

Снижение электросопротивления в зоне сопряжения обеспечивается также за счет того, что электроконтактные пробки снабжены компенсаторами, противоположные концы которых соединены с токоподводящей металлической шиной.

Наличие компенсаторов позволяет:
осуществить надежное электрическое соединение в зоне сопряжения между углеродным электродом и металлической шиной;
защитить электроконтактные пробки от механических нагрузок вследствие изменения линейных размеров углеродного электрода и металлической шины при работе устройства в циклическом режиме (нагрев-охлаждение), поскольку их коэффициенты линейного расширения различаются несколько раз;
увеличить поверхностный теплообмен электроконтактных пробок с окружающей атмосферой, улучшить охлаждение электроконтактных пробок, так как компенсаторы представляют собой пакет металлических узких лент или металлических прутков и имеют развитую поверхность.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить электросопротивление в зоне сопряжения, а также расхода электроэнергии при работе устройства.

На фиг. 1 изображен токоввод, вид сверху; на фиг. 2 вид по стрелке А.

Токоввод электротермических высокоамперных устройств состоит из углеродного электрода 1, токоподводящей металлической шины 2, электроконтактных пробок 3, вваренных в углеродный электрод, компенсаторов 4, прижимных шайб 5, шпильки 6 с гайками 7.

Для печи графитации электрод 1 может быть выполнен из графита размерами 50 x 400 x 1600 мм, токоподводящие металлические шины 2 из алюминия сечением 260 x 29 мм или 300 x 20 мм, прижимные шайбы 5, шпилька 6, гайки 7 из маломагнитной стали, электроконтактные пробки 3 диаметром 32 мм, глубиной 30 мм в количестве 14 шт. (для указанного электрода) из сплава на алюминиевой основе, компенсаторы 4 из алюминиевых полос или прутков.

Токоввод может быть выполнен следующим образом.

В графитированном электроде 1 с помощью кондуктора пневматической сверлильной машиной высверливают отверстия под электроконтактные пробки 3, которые вплавляют на специальном стенде с одновременным вплавлением в электроконтактные пробки 3 компенсаторов 4. При монтаже углеродного электрода 1 в торец печи производится его соединение с металлическими токоподводящими шинами 2 посредством электродуговой сварки компенсаторов 4 с металлическими шинами 2 и стяжки шин 2 с помощью прижимных шайб 5 и шпильки 6 с гайками 7.

На Днепровском электродном заводе в цехе графитации на опытной печи N 3о установлен токоввод, выполненный согласно предлагаемому изобретению. После 33-х производственных циклов среднее значение электросопротивления каждого электроконтакта опытной печи составило 84,2 мкОм, а на печи N 26,снабженной токовводом конструкции, эксплуатируемой в настоящее время на ДЭЗе 1698,8 мкОм, т. е. значение электросопротивления контактов опытной печи ниже в 20 раз их электросопротивления эксплуатируемой печи.

При этом среднее значение электросопротивления каждого из электроконтактов опытной печи N 30 и эксплуатируемой печи N 26 перед первым производственным циклом было примерно одинаковым и составляло около 50 мкОм.

Ведение производственного процесса на опытной печи с токовводом по заявляемому техническому решению позволяет экономить 141,3 кВт/ч. электроэнергии на каждой тонне графитизированной продукции.

Сущность изобретения: токоввод электротермических высокоамперных устройств включает углеродный электрод и сопряженную с ним токопроводящую металлическую шину. Сопряжение выполнено посредством дополнительно введенных электроконтактных пробок. Пробки вварены в углеродный электрод электродуговой сваркой. Электроконтактные пробки снабжены компенсаторами, а противоположные концы компенсаторов соединены с токоподводящей металлической шиной. 2 ил.

Токоввод электротермических высокоамперных устройств, включающий углеродный электрод, сопряженный с токоподводящей металлической шиной посредством электроконтактных пробок, отличающийся тем, что пробки вварены в углеродный электрод и снабжены компенсаторами, противоположные концы которых соединены с токоподводящей металлической шиной.