Теплоизоляция вакуумных электропечей Советский патент 1985 года по МПК F27D1/16 

Изобретение относится к элементам конструкции электропечей, в частности к теплоизоляции вакуумных атектропечей.

Известна теплоизоляция вакуумных апектропечей, содержащая трубчатую мембрану из углеродного материала, намотанную на нее по спирали углеродную ткань и торцовые экраны ( j.

Недостаток данной теплоизоляции большие потери, связанные с непосредственным контактированием соседних слоев намотанной по спирали углеродной ткани и высокой температурой первого слоя (так как мембрана слабо снижает температуру}, что приводит к.сравнительно высокому теплообмену излучением. Кроме того, недостатками также являются ее сравнительно больuri- -абариты и зес, так как для получения высокой эффективности теплоизоляции необходима намотка большого числа слоев ткани. Срок службы, механическая прочность и надежность работы также невысоки, так как мембрана собирается из отдельных пластин, соединяемых в одной-двух точках, а никаких дополнительных мер для придания конструкции жесткости не предусмотрено.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту яа,1яется теплоизоляция вакуумных печей (электропечей), содержащая боковые и торцовые экраны. Торцовые экраны имеют проточки, в которые входят боковые зкраны 2.

Указанное устройство характеризуется высокими тепловыми потерями, связанными с недоста-гочной теплоизолируюц;ей эфоЬективностью боковых экранов, а также значительной теплопроводностью между боковыми и торцовыми экранами, благодаря чему значительная доля теплового потока проходит через торцовую часть. Кроме того, прочность конструкции низка, она не способна выдержать даже незначительные механические нагрузки при высоких температурах.

Цель изобретения повышение механической прочности к снижение чепловых потерь.

Указанная цель достигается тем, что теплоизоляция вакуумных электропечей из углеграфитовых материалов, содержащая трубчатую мембрану, теплоизоляционный материал и торцовые экраны с кольцевыми пазами, в которых установлена мембрана, снабжена жгутом из углеродных волокон,пропитанных карбонизуемьш импрегнатом, расположенным в пазах по обе стороны от мембраны.

Мембрана выполнена в виде трубы нз пирографита с кристаллографической плоскостью осаждения, параллельной продольной оси мембраны.

Теплоизоляционный материал выполнен в виде углеродной ткани, намотанной на трубчатую мембрану по спирали.

Между витками углеродной ткаНи размещена углеродная крупка, а поверх ткани укреплены жгуты из углеродных волокон с пропиткой из карбонизуе.мого импрегната..

В качестве импрегната служит бакелитовый лак с 5-40% углеродной крупки с размерами частиц 0,05-0,20 мм.

Выполнение торцовых экранов с заполнением пазов жгутами углеродных волокон с пропиткой карбонизуемым импрегнато.м позволяет повысить механическую прочность и надежность работы теплоизоляции за счет предотвращения возможного механического разрушения.

Выполнение мембраны в виде трубы из пирографита с кристаллографической плоскостью осаждения, параллельной продольной оси мембраны, позволяет суш.ественно снизить тепловой поток в радиальном направлении, так как коэффициент теплопроводности пирографита в этом направлении не превышает 2 Вт/м К, т. е. существенно ниХСе, чем у всех известных конструкционных графитов, к повышает равномерность температуры вдоль экрана за счет высокой тегитопроводности в этом направлении (300 Вт/м- К). Намотка углеродной ткани на трубчатую мембрану по спирали с вве.дением между витками углеродной ткани углеродной крупки позволяет с 1изить тепловые потери как в осевом, так и в радиальном направлении (плотность углеродной крупки ниже, а теплоизолирующие свойства лучше, чем у ткзни, особенно в направлении слоев ткани).

Использование крупки с размером -гастиц менее 0,05 мм нецелесообразно, так как происходит интенсивное «скатывание крупки вязким импрегнатом. получается не материал с равномерным чередованием зерен наполнителя и продуктов карбонизации импрегната, а материал с участками сухого .наполнителя и отдельных конгломератов продуктов карбонизации импрегпгта. Использование крупки с размером частиц более 0.20 мм нецелесообразно вследствие того, что она имеет низкую удельную поверхность, плохо связывается импрегнатом и приводит к увеличению теплопередачи за счет излуче1 ия в крупных порах. При введении более 40% крупки смесь лака и крупки становится очень вязкой и ее трудно пропитывать, а при содержании крупки менее 5% ее влияние практически отсутствует. Использование крупки между слоя.ми позволяет также повысить срок службы ткани в связи с тем, что удельная поверхность крупки выше, у ткани, и она «съедает большую часть кислорода.

На фиг. 1 показана теплоизол щия вакуумных электропечей, вид сбоку-с разрезом и частичным вырывом; на фиг. 2 - то же, со снятым одним из торцовых экранов и частичным вырывоы, изометрия; на фиг. 3 - место соединения мембраны с торцовым экраном; на фиг. 4 и 5 - торцовый экран и кольцо из углеродного жгута соответственно. Теплоизоляция вауумных электропечей содержит трубчатую мембрану 1, выполненную в виде трубы из пирографита с кристаллографической плоскостью осаждения, параллельной продольной оси мембраны, намотанную на нее по спирали углеродную ткань 2 и размещенную между витками ткани углеродную крупку 3. Поверх последнего слоя ткани 2 намотан жгут 4 из углеродных волокон с пропиткой из карбонизуемого импрегната 5. В торцовых экранах б с кольцевыми пазами 7, размеры которых могут превышать толщину мембраны 1, размещены жгуты 8 углеродных волокон, пропитанных карбонизуемым импрегнатом. При включении нагнетатели 9 часть тепла задерживается мембраной .1, а затем на пути теплового потока стоят тепловые экраныиз слоев ткани и углеродной крупки. Последний экран из жгута 4 с пропиткой импрегнатом 5 является тепловым сопротивлением, а также позволяет создать компактную и прочную конструкцию теплоизоляции. Изобретение было проверено на лабораторной установке. Теплоизоляция имеет наружный диаметр 150 мм, внутренний 80 мм и высоту 90 мм; число слоев ткани - 6, общий вес теплоизоляции 0,6 кг. При температуре на внутренней поверхности 2000°С температура внешней не превышает 120°С. Теплоизоляция выдерживает падение с высоты 2 м на цементный пол, нагрузку на сжатие 100 кг и работает в среднем 300 ч с надежностью 0,95 в вакуумной электропечи с температурой нагревателя 2000°С. Применение изобретения по сравнению с прототигюм и соответственно с базовым объектом позволяет повысить срок службы в среднем на 12 и,на 20%; механическую прочность в среднем на 20 и 40%; надежность работы в среднем на 8 и на 10%; снизить тепловые потери на 10-15% и на 20-30%; габариты на 6 и на 8%, а вес на 7 и на 10%.

1. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ из углеграфитовых материалов, содержащая трубчатую мембрану, теплоизоляционный материал и торцовые экраны с кольцевыми пазами, в которых установлена мембрана, отличающаяся тем, что, с целью повышения механической прочности и снижения тепловых потерь, она снабжена жгутом из углеродных волокон, пропитанных карбонизуемым импрегнатом, расположенным в пазах по обе стороны от мембраны. 2.Теплоизоляция по п. 1, отличающаяся тем, что мембрана выполнена в виде трубы из пирографита с кристаллографической плоскостью осаждения, параллельной продольной оси мембраны. 3.Теплоизоляция по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизоляционный материал выполнен в виде углеродной ткани, намотанной на трубчатую мембрану по спирали. 4.Теплоизоляция по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что между витками углеродной ткани размещена углеродная крупка, а поверх ткани укреплены жгуты из углеродных волокон с пропиткой из карбонйзуемого импрегната. 5.Теплоизоляция по пп. 1 и 4, отличающаяся тем, что в качестве импрегната она содержит бакелитовый лак с 5-40% углеродной крупки с размерами частиц 0,05- (Л 0,20мм. оо ;о со СП оо