Электропечь газостата Советский патент 1992 года по МПК F27B1/10 B22F3/14 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при обработке различных изделий методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Известно устройство для высокого давления и высокой температуры, содержащее теплоизоляционную защитную оболочку и нагреватель, причем теплозащитная оболочка выполнена в виде нескольких колпаков из металла, располагаемых коаксиально, и пространство между ними заполнено теплоизоляционным материалом.

Недостатком устройства является наличие значительных (особенно при больших диаметрах рабочего пространства) тепловых деформаций металлических колпаков, причем внутренние колпаки деформируются в существенно большей степени, чем наружные, что обусловлено разницей в их температурах. Это приводит к уплотнению теплоизоляционного материала в прослойках между колпаками при первом цикле нагрева, спеканию материала и появлению щелей между внутренним колпаком и теплоизоляцией в последующих циклах, а это резко снижает эффективность теплоизоляции из-за увеличения интенсивности конвективного переноса тепла. Кроме того, с увеличением диаметра устройства, в частности до 2-3 м, сложность изготовления подобных коаксиальных колпаков и их последующей сборки существенно возрастает.

Наиболее слизкой к предлагаемой является электропечь газостата, содержащая теплоизоляционный колпак, состоящий из герметичного корпуса и крышки, снабжен Х||Сл

со

SCO VI 00

i

ный теплоизоляцией, и расположенный внутри колпака нагреватель, состоящий из боковой, подовой и сводовой частей, в которой колпак выполнен в виде коаксиально расположенных муфелей с теплоизоляцией, причем внутренний муфель выполнен из композиционного углерод-углеродного материала, а теплоизоляция - из углеродных волокон. Такое решение позволяет резко уменьшить тепловую деформацию внутреннего муфеля и в сочетании с углеродной волокнистой теплоизоляцией практически устранить возможность образования щелей в футеровке. Реализация этого решения совпровождается значительным удорожанием футеровки и невозможностью использования такой электропечи в режимах с горячей загрузкой и выгрузкой обрабатываемых изделий из-за активного взаимодействия углеродных материалов с кислородом воздуха при температурах выше 450°С.

Цель изобретения - упрощение конструкции теплоизоляционного колпака, повышение равномерности нагрева, устранение влияния термических деформаций на ухудшение качества теплоизоляции в процессе эксплуатации и повышение надежности работы электропечи в целом.

Поставленная цель достигается тем, что, в электропечи газостата, содержащей теплоизоляционный колпак в виде цилиндрического корпуса и крышки с теплоизоляцией, нагревательное устройство в виде сводового, бокового и подового нагревателей, установленных внутри колпака, корпус теплоизоляционного колпака выполнен в виде обечайки, изготовленной из П-образ- ных сегментов, герметично соединенных между собой гибкими компенсаторами и заполненных теплоизоляцией, а на внутренней и на наружной стенках корпуса установлены сегментные теплоизоляционные модули, теплоизоляция крышки выполнена в виде плиты с теплоизоляционным слоем, которая соединена с внутренней поверхностью теплоизоляционных модулей, установленных на внутренней стенке корпуса, через радиально установленные с возможностью перемещения относительно плиты сегментные пластины со штырями, погруженными в теплоизоляционный слой, причем плита подвешена на опорной балке, закрепленной на корпусе теплоизоляционного колпака, и закрыта сверху дополнительным слоем теплоизоляции, боковой нагреватель выполнен в виде опорного кольца и установленных на нем сегментных блоков, соединенных между собой компенсаторами, а сводовый нагреватель свободно опирается на боковой, зафиксирован от

смещений и имеет свободу термических перемещений.

На фиг. 1 изображена печь газостата, продольный разрез; на фиг. 2 - цилиндрический корпус, поперечный разрез; на фиг. 3 - нагреватель, поперечный разрез; на фиг. 4 - элементы круглой плиты; на фиг. 5 - поперечное сечение теплоизоляционного колпака с элементами цилиндрического корпуса,

теплоизоляции и подвесных сегментных модулей,

Электропечь газостата состоит из цилиндрического корпуса 1 внутренних 2 и наружных 3 сегментных теплоизоляционных модулей, причем внутренние установлены на кронштейнах4, а наружные стянуты хомутами 5, сводовой части футеровки, сформированной на круглой плите 6, снабженной теплоизоляционным защитным слоем 7, зафиксированным металлическим круглым листом 8, причем круглая плита подвешена к балке 9, закрепленной на кронштейнах 4 и закрытой сверху дополнительными слоями экрано-волокнистой теплоизоляции 10 и крышкой 11, герметично соединенной с цилиндрическим корпусом 1. Конструкция корпуса представляет собой осесимметричную обечайку, выполненную из отдельных секций П-образного сечения

19, соединенных между собой герметично гибкими компенсаторами 20. К обечайке с двух сторон приварены фланцы 28.

В целом боковая и сводовая теплоизоляционные футеровки образуют теплоизоляционный колпак электропечи. В состав электропечи входят также сводовый 12, боковой 13 и подовый 14 нагреватели, причем боковой нагреватель образован из отдельных сегментных модулей 15, установленных

с зазором на кольце 16 и соединенных между собой с помощью радиальных компенсаторов 17, а сводовый опирается на боковой и фиксируется от смещения с помощью шпоночных направляющих, расположенных под

углом 90° друг к другу, которые не препятствуют термическим деформациям элементов нагревателя.

На фиг. 2 показаны отдельные боковые элементы 19 корпуса, термокомпенсаторы

20 и частично фланцы 28.

На фиг. 3 показаны нагревательные модули 15, опорное кольцо 16, термокомпенсаторы 17 и нагревательные элементы 24

На фиг. 4 изображен элемент круглой плиты 6 и узел уплотнения щели между плитой и внутренними сегментами. Уплотнение достигается установкой сегментных пластин 26, которые фиксируются от возможных перемещений штырями 27. Такая

конструкция не препятствует взаимным перемещениям плиты 6 и пластин 26 при термических деформациях, не нарушая целостности узла уплотнения.

Электропечь работает следующим образом.

При нагреве расширения отдельных П-образных сегментов как корпуса 1, так и бокового нагревателя 13 не приводит к изменению диаметров того и другого, так как воспринимаются компенсаторами. Теплоизоляционные модули при термических деформациях перемещаются друг относительно друга, не нарушая качества и работоспособности теплоизоляции. Круглая плита, расширяясь, скользит по сегментам, зафиксированным на слое теплоизоляции игольчатыми штырями. Сводовая часть нагревателя расширяется, скользя по верхним торцам сегментов бокового нагревателя, и фиксируется от смещений шпоночными соединениями во взаимно перпендикулярных направлениях. Сводовая часть колпака, подвешенная на силовой балке, работающей при относительно низких температурах, сохраняет свою жесткость и в процессе разогрева, и в длительном режиме при рабочей температуре. Герметичное соединение крышки с корпусом препятствует образованию конвективных циркуляционных потоков газа.

Модульное исполнение боковой теплоизоляции и бокового нагревателя, использование радиальных компенсаторов термических деформаций в конструкции цилиндрического корпуса и в соединительных элементах бокового нагревателя, подвесная конструкция сводовой теплоизоляции - особенно эффективны при создании электропечей газостатов большого диаметра (3 м и более), так как в этом случае существенно упрощаются изготовление и монтаж электропечи. Кроме того, при температуре до 1200°С предложенная конструкция допускает использование жаропрочных сплавов и сталей в сочетании с муллито-глинозем- ной волокнистой теплоизоляцией, что, во- первых, делает печь пригодной к горячей

загрузке и выгрузке, увеличивая ее производительность, а во-вторых, значительно дешевле электропечей, изготовленных на базе углеродных материалов, выгодно отличаясь от них высокой чистотой газовой среды изза отсутствия агрессивных соединений углерода.

Формула изобретения Электропечь газостата, содержащая теплоизоляционный колпак в виде цилиндрического корпуса и крышки с теплоизоляцией, нагревательное устройство в виде сводового, бокового и подового нагревателей, установленных в колпаке, отличающаяся тем, что, с целью повышения

надежности работы электропечи путем компенсации температурных деформаций, корпус выполнен в виде обечайки из П-образных сегментов, герметично соединенных между собой гибкими компенсаторами и заполненных теплоизоляцией, а на внутренней и наружной стенках корпуса установлены сегментные теплоизоляционные модули, теплоизоляция крышки выполнена в виде плиты с теплоизоляционным слоем,

которая соединена с внутренним теплоизоляционным слоем корпуса, через радиально установленные с возможностью перемещения относительно плиты сегментные пластины со штырями, размещенными в

теплоизоляционном слое, причем плита подвешена на корпусе посредством опорной балки и выполнена с расположенным на ней дополнительным теплоизоляционным слоем, боковой нагреватель выполнен в виде опорного кольца и установленных на нем сегментных блоков, соединенных между собой компенсаторами, а сводовый нагреватель свободно установлен на боковой с

ограничителя ми смещения.

f

ъ

Nl

. Q

хА Л уЧ- У

r rrlrr./ /rrV/r,

ч чхЧУчХХ

Ji.rV Г,)

I

Ж x x лл

%

С:

ъ

СЕ СЕ

Ct Г

д

со со со -J

00

CZ

U- CH

d-2

ч1 ЧУ УУУУЧ УЧЧ.Ч V44V4V4.VN.v4kT

Л. J. S. Ч У УУ 4 X. УЧ. Xv 4 N. .

a

JLЈ.

v.yv v УУуХух уУ уХу Ух чх V

v/ X v X

Jt A xX. Х..

22

24

Изобретение относится к технике для обработки изделий методом горячего изо- статического прессования. Электропечь содержит теплоизоляционный колпак в виде герметичного корпуса и крышки с теплоизоляцией, нагреватель из подовой, боковой и сводовой частей. Корпус выполнен в виде отдельных сегментов, герметично соединенных между собой компенсаторами, и теплоизоляционных модулей, установленных на его внутренней и наружной поверхностях. Теплоизоляция крышки установлена на плите, которая подвешена на балке, расположенной внутри корпуса, и снизу закрыта теплоизоляционным слоем, а зазор между плитой и модулями закрыт пластинами. Боковая часть нагревателя выполнена в виде отдельных сегментных блоков, установленных с зазором на опорном кольце и соединенных между собой компенсаторами, а сводовая часть свободно опирается на боковую и зафиксирована от возможных смещений. 5 ил. (Л

20

Фаг.З

25 27б 25

/I

/ /l X XXXyФигЛ

Фиг. В