Способ эксплуатации спирального трубчатого нагревателя из хромита лантана Советский патент 1993 года по МПК H05B3/62 

(Л

С

Способ реализуют путем установки нагревателя вертикально, закрепления одного из токоподводов и компенсации температурного удлинения нагревателя. Последнее осуществляют путем приложения к нагревателю усилия, направленного противопоож- но силе тяжести нагревателя. Величину оптимального усилия при закреплении верхнего токоподвода определяют по формуле F g л (г22 - г2)- - 0,035), а при закреплении нижнего токоподвода по формуле F g m - уп /I - О.ОЗб О - г i), где F - прикладываемое усилие. Н, п-Г2 - внутренний и наружный радиусы нагревателя соответственно, м, у - плотность хромита лантана, кг/м3, I - длина нижнего токоподвйда, м, га - масса нагревателя, кг. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокотемпературныхэлектропечах с хромитлантановыми нагревателями спирального типа, установленными вертикально. . .. -.-.

Известен способ эксплуатации нагревателей из карбида кремния, установленных вертикально, при котором нижний токовы- вод нагревателя опирается на неподвижную опору, с незакрепленным верхним токовы- водом. . Известен способ эксплуатации спирального трубчатого нагревателя из хромита лантана, выбранный в качестве прототипа, при котором нагреватель устанавливают вертикально, закрепляют один из токопроводов ив рабочем режиме компенсируют температурное удлинение нагревателя путем приложения к нему усилия, направленного противоположно силе тяжести нагревателя.

Недостатком известного способа является возможность Деформации спиральной рабочей части в виде растяжения или сжатия витков, что в обоих случаях приводит к преждевременному выходу нагревателя из стороя. Кроме того компенсация веса нагревателя осуществляется с помощью пружины, установленной под нижним выводом. При нагреве до номинальной температуры происходит удлинение нагревателя за счет теплового расширения и растяжения верхних витков спиральной рабочей части. Удлиняясь, нагреватель нижним токовыводом давит на пружину, которая при сжатии оказывает на него усилие, которое при номи- нальной температуре должно

XI 00

о

Ov

00

О

компенсировать 1/3 часть веса нагревателя. Поскольку номинальная температура эксплуатации нагревателей из хромита лантана может находиться в широких пределах от 1550°С до 1750°С, то удлинение нагревателя будет различным, следовательно и усилие, оказываемое пружиной на нагреватель, будет не постоянным, а зависеть от его температуры. При температурах, близким к максимльно допустимой, порядка 1750°С, когда материал наиболее пластичен, увеличение-усилия сжатия приводит к замыканию нижних витков. Таким образом, известным способом не удается повысить срок службы нагревателя.

Целью изобретения является повышение срока службы нагревателя..

Поставленная цель достигается тем, что в способе эксплуатации спирального трубчатого нагревателя из хромита лантана, при котором нагреватель устанавливают вертикально, закрепляют один изтокопроводов и в рабочем режиме компенсируют температурное удлинение нагревателя путем приложения к нему усилия, направленного противоположно силе тяжести нагревателя, величину указанного усилия при закреплении верхнего токопровода определяют по формуле:

Р д-л(г22-г21)у(1-0,035),

а при закреплении нижнего ток опроводз по формуле:, .:... . .

F g.m - у л-( - О.ОЗБ). - г2), (2)

где F - прикладываемое усилие, Н;

q - ускорение свободного падения, м/с2;. . ...

П, Г2 внутренний и наружный радиусы нагревателя соответственно, м;

у - прлотность хромита лантана, кг/м3;

I - длина нижнего токопровода, м ;

m-масса нагревателя, кг.

На фиг. 1 представлена схема разгружающих устройств, устанавливаемых снизу от нагревателя; на фиг. 2 - схема разгружающих устройств, устанавливаемых сверху нагревателя; на фиг. 3 - диаграмма состояния межвитковых расстояний S спиральной рабочей части нагревателей.

Разгружающее устройстве, содержит неподвижную опору 1, рычаг 2, на одном конце которого установлен груз 3, на другом - шайба 4 (фиг. 1, подпирающая торец нижнетр токбвывода нагревателя 5, или же (фиг: 2) - скоба 6, оттягивающая верхний . токовывод нагревателя 7. В случае непод

вижного крепления верхнего токовывода нагревателя разгружающее нижнее устройство, установленное погд нижним токовывб- дом (фиг, 1) оказывает на него усилие

5 сжатия, компенсирующее часть веса нижнего токовывода.

В случае неподвижного крепления нижнего токовывода разгружающее устройство Монтируется под верхним токовыводом

10 (фиг. 2). оказывая на него усилие растяжения.

Значение прикладываемого к нагревателю усилия в обоих случаях рассчитано так, что на нижний виток спиральной рабочей

15 части действует сила растяжения, одинаковая для всех типоразмеров нагревателей, позволяющая оптимизировать деформацию, обеспечивающую увеличение срока службы.

20 Разрушающее устройство рычажного типа обеспечивает постоянство усилия, независимо от температуры эксплуатации.

Состояние межвитковых расстояний S (фиг. 3) спиральной рабочей части нагрева25 телей различно деформированной после эксплуатации при 1700°С, в зависимости от значений приложенного усилия: оптимального, рассчитанного по предложенным формулам и, соответственно, меньше и больше

30 оптимального. Когда к нагревателю приложено оптимальное усилие, происходит растяжение верхних витков и очень незначительное сжатие нижних (кривая 1, Такая деформация является оптимальной с

35 точки зрения по-зышения срока службы нагревателя. Исходя из экспериментально полученных кривых подобного вида и были рассчитаны формулы (1) и (2) для определения оптимального усилия. Когда к нагрева40 телю приложено усилие, меньше оптимального, замыкание витков

отсутствует, н.о происходит чрезмерное растяжение верхних витков (кривая 2), что ведет к образованию трещин в этом месте и

45 выходу нагревателя из строя. Когда к нагревателю приложено усилие, больше оптимального, происходит сжатие нижних витков (кривая 3), и, как следствие, образование дуги мёжДу витками и выход нагрева50 теля из строя.

Способ реализован на макете камерной лаборатоорной электропечи ЛН-0,4 с номинальной температурой 1600°С и максималь- ной 1700°С, где были установлены

55 разгружающие верхние устройства на нагревателях типа ЭХС20/150/130. Характеристики нагревателя: внутренний радиус ,5-10 м. наружный радиус Г2 10е , длина нижнего токовывода н.в. 130 10 3м. плотность хрмоита лантана у 5,

кг/м , масса нагреателя тн 0,463 кг. Оптимальное усилие Fe, необходимое для разгру- жения нагревателя, определяется по формуле (2).

F 3,

Были проведены ресурсные испытания нагревателей, типа ЭХС 20/150/130. Результаты испытаний показали, что максимальный срок службы равный 470 ч. имеет нагреватель, на который в процессе его экс- плуатации, действовало разгружающее усилие в 3,4 Н, в то же время нагреватель, на который действовало.большее усилие - 3,48 Н, .и нагреватель на который действовало меньше усилие 3,31 Н имеют более низкий срок службы соответственно 410 и 390 ч.

Кроме того способ был реализован в камерной электропечи типа СВК 5163.00.00.00ПС с номинальной температурой 1650°С, где были установлены разгру- жающие нижние устройства на нагревателях типа ЭХС20/146/152. Подставив в формулу (2) известные характеристики нагревателя получили оптимальное усилие FH 1,40 Н. Результаты испытаний показа- ли, что максимальный срок службы равный 400 ч имеет нагреватель, на который в процессе его эксплуатации, действовало разгружающее усилие в 1,40 Н, в то же время нагреватель, на который действовало боль- шее усилие 1,50 Н, и нагреватель, на который действовало меньшее усилие 1,30 Н, имеют более низкий срок службы - соответственно 330 и 280 ч.

Также способ был реализован в высоко- температурной зоне толкательной электропечи ЭНДИЮ, где были установлены разгружающие нижние устройства под нагревателями типа ЭХС20/150/185/550. Подставив в формулу (2) известные характе- ристики нагревателя получили оптимальное усилие FH 1,80 Н. Результаты испытаний

показали, что нагреватель, на который в процессе его эксплуатации действовало разгружающее усилие в 1,80 Н имеет максимальный срок службы - 410 ч, в отличие от нагревателей, которые имеют меньший срок службы соответстенно - 350 и 320 ч и разгружающее усилие.которых отличается от оптимального.

Заявляемый способ позволяет получить максимальный срок службы нагревателей вне зависимости от их типоразмеров. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ эксплуатации спирального трубчатого нагревателя из хромита лантана, при котором нагреватель устанавливают вертикально, закрепляют один из токопро- водов и в рабочем режиме компенсируют температурное удлинение нагревателя путем приложения к нему усилия, направленного противоположно силе тяжести нагревателя, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы нагревателя, указанное усилие при закреплении верхнего токопровода определяют по формуле ,

Р д-я-(г22-г21).у.(1- 0,035).

а при закреплении нижнего токопровода по формуле

F - Y-jf( - О.ОЗБИЛ - ),

где F - прикладываемое усилие, Н;

а - ускорение свободного падения, м/с ;

п..га - внутренний и наружный радиусы нагревателя соответственно, м;

у- плотность хромита лантана, кг/м3;

I - длина нижнего токопровода, м:

m - масса нагревателя, кг.

VA

ч

Фиг

G

о

рш.г

/777777

///7

N

d

t3

4

Ж

№ витка