Резистивный электронагреватель для печей Советский патент 1979 года по МПК H05B3/06 H05B3/24 F27D11/02 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокотемпературному электронагреву, и может быт использовано при изготовлении газонаполненных и вакуумных печей с рабочей температурой до ЗОООс.

Известна электрическая печь сопротивления, со;5ержав1ая электроды и зажатый меяоду ними резистивный нагреватель, изготовленный в виде состыкованных друг с другом контактными поверхностями элементов - графитовых фигурных пластин 1.

В графитовых пластинах выполнены выемки, а в выемки помещены вкладыаш, имеющие коэффициент линейного расширения.графитовых пластин. После зажатия нагревателя электродами вкладыши предохраняют нагреватель от смещения элементов относительно друг друга и обеспечивают необходимую жесткость. Ввиду увеличенного количества состыкованных элементов за счет изменения плотности их контакта известная электрическая печь обладает расширенным диапазоном регулирования сопротивления нагревателя.

Недостатком известной печи являются повышенные тепловые потери через поверхность контакта нагревателя с электродами, быстрый износ элементов нагревателя из-за перегрева и сублимации материала на контактных поверхностях, а также возможность получения только линейного изменения .температуры вдоль нагревателя при

0 его неизменном сечении.

Известен также резистивный электронагреватель для печей, содержащий углеродный резистивный элемент, снабженный токоподводами, контакти5рующими с ним через токопроводящую прокладку из углеродного волокнистого материала 2.

Известный нагреватель не обеспечивает достаточно высокого срока

0 службы и снижения тепловых потерь. 1

Целью изобретения являются повышение срока службы нагревателя и снижение тепловых потерь.

Для этого резистивный элемент вы5полнен в виде последовательного набора резистивных пластин, разделенных указанными прокладками, а токоподводы установлены по торцам нагревателя. Указанные прокладки могут 3 быть выполнены из углеродного волокнистого материала, пропитанного пироуглеродом до содержания 10- 15 вес.%. На чертеже изображен электронагреватель, установленный в печи, раз рез. Электронагреватель 1 содержит встроенные в корпус подвижные установленные на одной оси токоподводы 2, между которыми зажаты графитовые элементы нагревателя - пластины 3, которое разделены размещенными между ними волокнистыми прокладками 4, концы электродов и нагреватель закрыты теплоизоляцией 5, а в электродах, пластинах и прокладках выполнено сквозное отверстие, служсвдее каналом 6. Между нагревателем и эле тродами размещены утолщенные волокнистые прокладки 7, к токоподводам подсоединены токоподводящие шины 8, Устройство работает следующим об разом. После сборки последовательно рас положенных в керне печи графитовых пластин 3 и волокнистых прокладок 4 в одну из пластин 3 или прямо врабочий канал 6 вводят дилатометричес кий термометр (не показан) или термопару, с торцовых .концов токопроводов в канал 6 подают защитный газ например, азот. При необходимости печь может быть оборудована дополнительной газоотводной трубкой для выхода летучих, хотя благодаря тканевым прокладкам канал обладает дос таточной газопроницаемостью. Собранный нагреватель, закрывают теплоизоляцией, например, сажей, включают систему охлаждения токопро водов и подают на токоподводаз электрическое напряжение переменного ил постоянного тока - , Нагрев ка нала регулируют с помощью регулирования напряжения или усилия прокладок и пластин. После завершения работ слегка снижают сжимающее плас тины и прокладки-усилие и отключают печь для охлаждения. Корпус печи может бь1ть выполнен из огнеупорного шамотового кирпича.В торцовых стен ках корпуса выложены окна, через ко . торые во внутреннее пространство пе чи введены графитовые токоподводы 2 прямоугольного или круглого сечения. Графитовые пластины 3 нагревателя и волокнистые прокладки 4 и 7 имеют одинаковую с сечением токопод водов форму, равные ему по размеру, или имеют больший размер и образуют на поверхности нагревателя слой дополнительной теплоизоляции. в зависимости от необходимого распределения температуры по длине нагревателя предусмотрена возможность увеличения или уменьшения тол пщны прокладок 4, в том числе и выполнения отдельных участков нагре8вателя только из графитовых пластин. Вся электрическая печь, где установлен нагреватель может иметь рабочий канал 6 как внутри нагревателя, так и вне его. В последнем случае рабочий канал может быть образован нагревателем или несколькими нагревателями и теплоизоляцией. Расположение рабочего канала внутри нагревателя является оптимальным для электрических печей непрерывного действия например, для печей, в которых по непрерывной схеме обрабатывают углеродные жгуты, шнуры, ленты и т.д. Существенным преимуществом предложенной электрической печи является увеличение поверхности контакта между элементами нагревателя, а также нагревателя с электродами, которое обеспечивается тонкодисперсной структурой углеродного волокнистого материала. Прокладки изготовлены из графитированного при температурах превышающих рабочую температуру печи, волокнистого материала. Благодаря волокнистой структуре прокладок повышена газопроницае- . мость внутреннего рабочего канала, что улучшает условия для удаления образующихся при термообработке изделий летучих продуктов. Применение волокнистых прокладок позволяет существенно снизить вес нагревателя печи, улучшить сцепление элементов нагревателя между собой, а также снизить инерционность печи в режиме нагрева. Увеличенная толщина волокнистых проклёшрк между токоподводом и элементом нагревателя предназначена для компенсации интенсивного отвода тепла через токоподвод, что выравнивает температуру по длине нагревателя. С целью предотвращения перегрева прокладок их оптимальной толщиной является 0,1-10 мм. Вместе с тем, благодаря низкой теплопроводности волокнистых прокладок, на 20-30% снижаются потери тепла через ее электроды, которые, как правило, охлаждаются на внешних концах для предотвращения перегрева токопроводящих шин. Для электрических печей, работающих в режиме двухпозиционного регулирования температуры, указанная особенность нагревателя повышает инерционность печи в режиме охлаждения и обеспечивает более равномерную температуру в рабочем канале. Так как для использования в качестве волокнистых прокладок пригоден и волокнистый материал с низкими механическими характеристиками, стоимость нагревателя печи по сравнению с нагревателем, выполненным только из графитовых элементов, снижается 5 в 1,5-2 раза. Если же учесть, что срок службы графитовых элементов на ревателя и электродов при использовании волокнистых прокладок возраста ет в 3-4 раза, эффективность предложенной электрической печи вполне очевидна. Дополнительным преимуществом является также возможность регулирования величины электрического сопротивления и жесткости волокнистых прокладок за счет пропитки их пироуглеродом. При содержании пироуглерода вес.% срок службы волокнистых прокладок увеличивается в 2-3 раза без ухудшения контактных и теплофизических свойств. Введение большего количества пироуглерода снижает эффективность прокладок как теплоизолирующих элементов, хотя и повышает их срок службы. В отдельных случаях, во избежание деформации волокнистых прокладок, перед установ кой в нагреватель их нагревают до температуры, превышающей рабочую температуру печи на 100-200с, Формула изобретения 1. Резистивный электронагреватель для печей, содержащий углеродный. 8 например, графитовый, резистивный элемент, снабженный токоподводами, контактирующими с ним через токопроврдящую прокладку из углеродного волокнистого материала, например ткани, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы нагревателя и снижения тепловых потерь, резистивный элемент выполнен в виде последовательного набора резистивных пластин, разделенных указанными прокладками, а токоподводы установлены по торцам нагревателя. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены из углеродного волокнистого материала, пропитанного пироуглеродом до содержания 10-15 вес.%. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 522556,кл. Н 0,5 в 3/06, 1975, 2.Патент ФРГ 1540696,21 h 15/01, опублик.. 1971

-f