ЭЛЕКТРОПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F27D11/02 

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.

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].

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Металлические скобы обладают высокой теплоаккумулирующей способностью.

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.

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.

Кроме того, учитывая высокую стоимость жаропрочных металлов, их дефицитность, можно отметить повышенный расход жаропрочного металла в конструкции электропечи.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Для проверки возможности использования изобретения изготовлен опытный образец электропечи сопротивления для обжига эмалированной посуды.

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.

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.

Печь к работе готовят следующим образом.

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.

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.

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.

Изобретение относится к электротермическому оборудованию, в частности к электропечам сопротивления с футеровкой из волокнистых теплоизоляционных материалов используемых, преимущественно, в промышленных проходных печах в различных отраслях промышленности. Электропечь содержит кожух, футеровку в виде плит из твердых волокнистых материалов, расположенных перпендикулярно к стенкам кожуха. В торцах плит выполнены наклонные пазы, в которых размещены нагреватели в виде спиралей, навитых на керамические трубки. Концы трубок размещены в промежуточных элементах, уложенных в пазах. Промежуточные элементы выполнены в виде керамической разрезной втулки. Между плитами вплотную к стенкам кожуха расположены пакеты из мягких волокнистых материалов. Достигаемый технический результат: исключение механо-термических напряжений, снижение потерь тепла, снижение расхода жаропрочных материалов. 3 ил.

Электропечь сопротивления, содежащая кожух, футеровку в виде размещенных перпендикулярно к стенкам кожуха плит из твердого волокнистого материала с наклонными пазами в их торцевой части, пакетов из мягких волокнистых материалов, расположенных между плитами, электрические нагреватели в виде спиралей, навитых на керамические трубки, отличающаяся тем, что концы трубок установлены в наклонных пазах посредством промежуточных элементов, выполненных в виде разрезных втулок, а в каждом наклонном пазу выполнено посадочное место, конфигурация которого соответствует конфигурации втулки.