Устройство для нагрева Советский патент 1985 года по МПК C21D1/46 H05B3/66 

2, Устройство по п. 1 отичающееся тем, что наревательный элемент вьтолнен из вух концентрично расположенных один в другом сосудов, заполненных контактным телом.

Зо Устройство по п. 1, о т и.чающееся тем, что нагревательный элемент вьтолнен в виде блоков, охваченных кольцом, причем.плотность контактного тела меньше плотности нагревательного элемента и расплава,

4,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны.

5,Устройство по пп. , отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен из материала с удельным сопротивлением меньше 100 Ом при рабочей температуре расплава.

6,Устройство по пп. 1-4, о тличающееся тем, что

удельное сопротивление материала электрода по крайней мере в 10 раз меньше удельного сопротивления материала нагревательного элемента.

7.Устройство по п. 4, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен

в виде неразъемно соединенных между собой фасонных деталей с различными физико-химическими свойствами .

8.Устройство по пп. 1-7, отличающееся тем, что поверхности нагревательного элемента соприкасающиеся с расплавом и контактным телом, выполнены с покрытием из материала, устойчивого

к химическому воздействию расплава и контактного тела.

9.Устройство по пп. 1-8, отличающееся тем, что нагревательные элементы свободно установлены в расплаве.

10.Устройство по пп. 1-9, отличающееся тем, что нагревательные элементы снабжены грузом для регулирования глубины

их погружения.

11.Устройство по п. 10, о тличающееся тем, что груз снабжен встроенным в него дополнительным резистивным нагревательным элементом.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГ преимущественно металла и/или солей в расплавленном виде и р воров, содержащее ванну с расплавом, нагревательные элементы сопротивления , частично погруженные в расплав и выполненные каждый в виде емкости, заполненной контактным телом с погруженным в него электродом, и источника тока с токоподводом, отличающееся тем, что, с целью повышения удельной мощности и надежности устройства, контактное тело каждого нагревательного элемента выполнено в виде неразъемно соединенных между собой частей с различными физико-химическими свойствами, при этом части тела включены в цепь нагревательного элемента последовательно или последовательно-параллельно, а электроды подсоединены к различным полюсам источника тока. 8 10 W

Изобретение относится к электрическим устройствам для нагревания металлов и/или солей в расплавленном состоянии и растворов с непосредственным нагреванием ванны с помощью погружённых в ванну резистивш 1х нагревательных элементов.

Известно электронагревательное устройство, содержащее нагревательные элементы в виде одной или нескольких перегородок, расположенных параллельно электродам, установленньм в днище или в стенках плавильной вамны, причем перегородки, изготовленные из цельной керамической пластины, разделяют плавильную ванну на две или более частей или же встроены в стены или в днище плавильной ванны и соприкасаются по меньшей мере одной поверхностью с.металлической ванной 03.

Недостатками известного электронагревательного устройства являются ограниченная область применения, главным образом для цветных металлов, относительно небольшая нагружаемость и недолговечность нагревательных элементов, обусловленная разрушающим воздействием термических напряжений, возникакяцих в нагревательных элементах, небольшое использование поверхности нагревательных элементов ввиду менякнцейся глубины погружения нагревательных: элементов, а также недолговечность электродов и токоподводов нагревательных элементов, вызванная прямым воздействием материала и атмосферы в установке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для нагрева, содержащее ванну с расплавом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и вьшолненные каждый в виде емкости, заполненной контактным телом с погруженным в него электродом (2.

Емкость каждого нагревательного элемента, выстутъающая из ванны, взаимодействует с атмосферой и поэтому подвергается быстрому старению, при этом изменяется сопротивление и возникают трепщны. Удельная мощность вследствие этого ограничена. Замыкания на выступающих из ванны частях емкости нагревательного элемента, вызванные случайным осаждением на них металла и /или контактного тела, влекут за собой повреждение нагревательного элемента. Единичное контактно тело (металл) практически не образует никакого дополнительного тепла, но вызывает коррозию погруженных в него электродов, поэтому металлические электроды не могут быть применены.

Цель изобретения - повышение удельной мощности и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для нагрева преимущественно металла и/или солей в расплавленном виде и растворов, содержащее ванну с расплавом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и выполненные каждый в виде емкости, заполненной контактным телом с погруженным в него электродом, и источника тока с токоподводом, контактноетело каждого нагревательного элемента выполнено в виде неразъемно соединенных между собой частей с различными физикхимическими свойствами, при этом части тела включены в цепь нагревательного элемента последовательно или последовательно-параллельно, а электроды подсоединены к различным полюсам источника тока.

Нагревательный элемент выполнен из двух концентрично расположенных один в другом сосудов, заполненюос контактным телом.

Нагревательный элемент выполнен в виде блоков, охваченных кольцом, причем плотность контактного тела меньше плотности нагревательного 5 элемента и металла.

Нагревательный элемент выполнен в виде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны.. Нагревательный элемент выполнен

10 из материала с удельным сопротивлением менее 100 Ом при рабочей температуре расплава.

Удельное сопротивление материала электрода по крайней мере в 10 раз 5 меньше удельного сопротивления

материала нагревательного элемента. Нагревательный элемент выполнен в виде неразъемно соединенных межт .ду собой фасонных деталей с различными 0 физико-химическими свойствами.

Поверхности нагревательного- элемента, соприкасающиеся с расплавом и контактным телом, выполнены с покрытием из материала, устойчивого к химическому воздействию расплава и контактного тела.

Нагревательные элементы свободно установлены в расплаве.

Нагревательные элементы снабжены грузом для регулирования глубины их погружения.

Груз снабжен встроенным в него дополнительньм резистивным нагревательным элементом.

JS На фиг. 1 показано нагревательное устройство, поперечный разрез; на фиг. 2-15 - варианты форм емкостей нагревательных элементов, на фиг. 16-21 - варианты способов 0 установки нагревательных элементов в ванне; на фиг. 22 - выполнение нагревательного элемента в виде трубы.

Устройство для нагрева содержит 5 керамическую ванну 1 с расплавом 2 и перегородкой З раэделянщей ванну на отстойную и Ш1авильну|р зоны. В расплаве 2 (металле) плавают подвешенные на поплавке 4 два нагревательных элемента 5, имею1ф1Х форму емкостей, частично з аполненных расплавленным металлом б и расплавленной солью 7, выполняющих функцию контактных тел мея;ду погруженным в расплавленную соль 7 железным электродом 8 и одной поверхностью нагревательного элемента 5. В дно ванны 1 встроен графитный электрод 9 таким образом, что один его конец соединен с конструкцией устройства, а второй соприкасается с расплавом 2 (металлом), прилегаяищм к второй поверхности нагревательного элемента 5.

Электрический ток под действием разности напряжений, приложенной с помощью токовой подводки 10 к электроду 8 и с помощью токовой подводки 11 к электроду 9, течет от электрода 8 через расплавленную соль 7, расплавленный металл 6, стенки нагревательного элемента 5, расплав 2 (металл) к электроду.

К верхним краям нагревательного эл-емента 5 прикреплено методом спекания кольцо 12 из апюмосиликатного вещества. Нагревательный элемент 5 изготовлен из нитрированного карбида кремния.

Внешни.е и внутренние поверхности нагревательного элемента 5 покрыты тонким слоем угольной пасты 13. В качестве металла 6 и расплава 2 применяют алюминий, соль 7 предт ставляет собой смесь хлорида кальция И хлорида натрия, а поплавок 4 изготовлен из легкого каолина

Нагревательные элементы могут быть выполнены различной формы и иэ разных материалов различными способами изготовления.

На фиг. 2-9 показаны нагревателные элементы 5, изготовленные из однородного материала в виде однородной фасонной детали. К верхнему краю нагревательного элемента 5 может быть прикреплено спеканием кольцо 12 из йлюмосйликатного вещева (фиг. 10 и 11).

Нагревательный элемент 5, может быть изготовлен из двух фасонных деталей 14 и 15, соединенных спеканием. Причем материал фасонной детали 15 обладает более низкой электрической проводимостью, чем материал фасонной детали 14 (фиг. 12 и 13). Нагревательный элемент 5, может быть изготовлен из трех фасонных деталей, соединенных собой спекавшем (фиг. 14 и 1

Устройство (фиг. 1) работает образом..

После предварительного подогрев

ванны с п я 1рщью дополщ{тельного наТревателя (не показан). частичног

заполнения .ванны раса авленным металлом в ванну погружают нагревательные элементы 5, наполненные рас плавленным металлом 6 и расплавленной солью 7 при одновременном закреплении электрода В-и токовых подводок 10. К выведенным наружу устройства токовым подводкам 10 и 11 подают напряжение от источника переменного трехфазного тока (не показан), причем напряжение фазы R подается на первый нагревательный элемент 5, а напряжение фазы

S - на второй. Под действием приложенных напряжений электрический ток, проходящий через стенки нагревательного элемента 5 и слой расплаленной соли 7, выделяет тепло, передаваемое в ванну 1. В расплав 2 вводят садку в твердом состоянии для ее расплавления. После окончания плавления металла и его отстаивания устройство частично опорожняют путем его опрокидывания, откачки или через спускное отверстие, расположенное в дне или стенке ванн

Запуск устройства из холодного состояния для случая, когда садка находится только в твердом состоянии, производится с помощью дополнительного нагревателя, работающего до момента расплавления первой партии садки, или с помощью нагревательных элементов 5, помещенных на твердой садке, причем поверхности нагревательных элементов 3 прилегают к садке и металлу 6 при посредничестве угольной пасты, электрод 8 соприкасается с металлом 6, а электрод 9 - с садкой (расплавом 2) .

Нагревательные элементы 5 устройства могут быть укреплены различными способами.

Два нагревательных элемента, выполненных в форме емкости, плаваю с вынужденным грузом в расплаве 2, причем один нагревательный .элемент расположен во втором, а пространство между нагревательными элементами 5 и внутренняя часть первого нагревательного элемента 5 частично заполнены металлом 6. Металлом 6 и расплавом 2 является 1щнк, электрды 8 и 9 изготовлены из графита, груз 16 - из цементно-шамотного материала, армированного стальными

стержнями, а нагревательные элементы 5 - из нитрированного карбида кремния (фиг. 16), причем верхняя часть нагревательного элемента обладает физико-химическими свойствами, отличными от нижней части.

Четыре нагревательных элемента 5 вьтолнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавающих в расплаве 2 в ограничивающем кольце 17, причем нагревательныё элементы 5 прикрыты слоем расплавленной соли 7. Электрический ток под ействием разности потенциалов, приоженной к электродам 8 и 9, течет от электрода 8 через соль 7 и нагревательные элементы 5 к расплавуметаллу 2, а затем к электроду 9. еталл представляет собой сплав цинка и алюминия, соль 7 - смесь лорида кальция и хлорида натрия, электрод 8 изготовлен из железа, электрод 9 - из графита, ограничивающее кольцо 17 -,из шамотного материала, а нагревательный элемент 5 - из нитрированного карбида кремния. Запуск устройства из холодного состояния производится с помощью нагревательных элементов 5, помещенных на твердой садке (расплаве 2), причем поверхности нагревательных элементов 5 прилегают к садке и электроду В при посредничестве угольной пасты, а электрод 9 соприкасается с садкой. При запуске устройства в ванну дозируют азот, защищающий угольную пасту от окисления. После расплавления садки в ограничивающее кольцо 17 вводят контактное тело - соль 7 (фиг. 17).

Три нагревательных элемента 5 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавакяцих в металле расплаве 2 в ограничивающем кольце 17. Нагревательные элеенты 5 прикрыты слоем металла 6, отделенньв.1 от зеркала металла слоем асплавленной соли 7, причем слой асплавленной соли не доходит до верхних краев нагревательных элементов 5.

Электрический ток под действием азности потенциалов, приложенной к электродам 8 и °9, течет от электрода 8 через металл 6, соль 7 и нагревательные элементы 5 к расплаву 2, а затем к электроду 9. Металл 6 редставляет собой алюминиевый

сплав, металл (расплав 2) представляет собой алюминиевую бронзу, электроды 8 и 9 изготовлены из графита и покрыты карбидом кремния, нанесенным из газовой фазы, соль 7 представляет собой смесь углекислого натрия и хлорида натрия, нагревательные элементы 5 изготовлены из нитрированного карбида кремния,

0 ограничивающее кольцо 17 изготовлено из щамотного вещества (фиг. 18).

Нагревательный элемент 5 выполнен в форме конусной трубы, подвижно подвешенной в расплаве 2 с помощью держателя 18 и щнура 19 к конструкции устройства таким образом,.что нагревательный элемент 5 имеет постоянную, не зависимую от уровня расплавленной соли (расплава 2) глубину погружения. Электрод 8, присоединенньй к токовой подводке 10, непосредственно соприкасается с одной поверхностью нагревательного элемента 5. Конусная часть электрода 8 одновременно выполняет функцию контактного материала. Внешняя поверхность нагревательного элемента 5 покрыта тонким слоем материала 13. Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электродам 8 и 9, течет от электрода 8 через нагревательный элемент 5 и электрод 8 к соли (расплаву 2), а затем к электроду 9. Соль (расплав 2) представляет собой смесь хлорида бария и хлористого кальция, материал 13 представляет собой карбид кремния, нанесенный из газовой фазы, электрод 8 изготовлен из карбида кремния спеканием реакционным методом, электрод 9 - из графиту покрытого тонким слоем карбида кремния, нанесенного из газовой фазы, держатель 18 и шнур 19 - из легированной стали, анагревательный эле-мент 5 - из нитрированного- карбида кремния (фиг. 19).

Нагревательный элемент 5 выпол- нен в виде емкости, погруженной в водный раствор (расплав 2) серной кислоты и подвещенной на поплавке 4, причем внутренняя часть нагревательного элемента 5 наполнена металлом 6. Нагревательный элемент 5 покрыт с внешней стороны тонким слоем материала 13. Металл 6 представляет собой сплав Вуда, поплавок 4 изготовлен из полиэтилена, электрод 8 9

из графита, электрод 9 - из кислотоупорной стали, поплавок 20 - из графита, а нагревательный элемент 5 - спеканием из материала, на базе графита, слой 13 представляет-собой карбид кремния, нанесен ый из газовой фазы (фиг. 20). ,

Нагревательный элемент 5 выполне в форме двойной емкости, частично погруженной в металл и частично наполненной металлом 6, причем стенка 21 делит ванну на две изолированных друг от друга части.

Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электроду 8, соединенному с токовой подводкой 10, и к электроду 9, соединенному токовой подводкой 11, течет от электрода 8 через металл, стенки нагревательного элемента 5, металл (расплав 2) к электроду 9. Нагревательный элемент 5 изготовлен спеканием из материала на базе окиси циркония, металл 6 и расплав 2 представляют собой расплавленную сталь, электроды 8 и 9 изготовлены из графита, а стенка 21 - из материала на базе корунда (фиг. 21).

Нагревательный элемент 5 выполнен в виде трубы, погруженной частично в ванну 1, причем нижний конец трубы крепится плотно к днищу

7097510

ванны. Внутреннее пространство нагре нательного элемента 5 частично заполнено металлом 6. Электрический ток, под воздействием разности потенциалов, приложенной к электроду 8, соединяющемуся с токоподводом 10, и электроду 9, соединяющемуся с токоподводом 11, течет от электрода 8 через металл 6, стенки нагревательного элемента 5, ванну 1 к электроду 9.

Нагревательный элемент 5 изготовлен из нитридированного карбида кремния, металл 6 и расплав 2 представляют собой расплавленный цинк, электроды 8 и 9 выполнены из графита, а днище ванны - из утрамбованной шамотной массы (фиг. 22),

Применение предлагаемого устройства позволит значительно увеличить нагрузку нагревательных элементов благодаря использованию различных форм нагревательных, элементов и способов их изготовления, увеличить удельную мощность за счет неразъемно соединенных частей емкости нагревательньЕХ элементов, увеличить интенсивность теплообмена на различных участках благодаря выполнению емкостей из материалов с различным электросопротивлением.

Фиг.Э

fPuf.ff

Фи9.$

Фиг, 7

дидГ Фиа.в Фаг.9 «iUUMfkjkMi Фиг. 2 /./3 Фиг JO / Фи У

4%л./ dt/dA гУ/ Ж f ut/dJ tt Фи./5 г.4 //

mus.s

Физ.9

Фи&.2О