Резистивный однофазный нагреватель для электропечи

 

1. РЕЗИСТИВНЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, выполненный в виде коаксиально установленных внутреннелго сплошного цилиндра и наружного с рядами отверстий по его концам, соединенных один с другим электрически последовательно //J/7 на одном из их концов и снабженных на другом токоподвоДои 1и, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования объема нагревателя путем повышения равномерности температурного поля в осевом, радиальном и азимутальном направлениях, диаметры отверстий наружного цилиндра выполнены не превышающими трети разности диаметров цилиндров, а их шаг в ряду составляет 2-3 диаметра отверстий. 2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что при количестве рядов отверстий более одного расстояния между рядами боставляет 3-4 диаметра отверстий. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(Я) Н 05 В 3 62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

J ",,,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В OSTOPCtlOMO СВИВВТВТ СТВУ (21) 3463001/24-07 (22 ) 23. 07. 82 (46) 07.11.83. Бюл. 9 41 (72) А.И. Пипко (53) 621.3.036.662.9(088 8) (56 ) 1. Лейканд М. С. Вакуумные электрические печи. "Энергия", 1968, с. 137.

2. Там же, с. 146-147. (54)(57) 1. РЕЗИСТИВНЫЙ ОДНОФАЗНЬ1Й

НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, выполненный в виде коаксиально установленных внутреннего сплошного цилинд ра и наружного с рядами отверстий по его концам, соединенных один с другим электрически последовательно

173Л на одном из их концов и снабженных на другом токоподводами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования объема нагревателя путем повышения равномерности температурного поля в осевом, радиальном и азимутальном направлениях, диаметры отверстий наружного цилиндра выполнены не превыаающими трети разности диаметров цилиндров, а их шаг в ряду составляет 2-3 диаметра отверстий.

2. Нагреватель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что при количестве рядов отверстий более одного расстояния между рядами составляет

3-4 диаметра отверстий.

1053331

Изобретение относится к термическому оборудованию и может быть использовано в резистивйых электрических печах.

Известны резистивные нагреватели электрических печей, выполненные из листовых тугоплавких металлов или графита, представляющие собой два коаксиальных цилиндра (1) .

Указанные нагреватели весьма эффективны, однако имеют значительную 10 неравномерность поля температур вдоль оси нагревателя, что приводит к весьма низкому коэффициенту использования объема рабочего пространства печи, который не превышает ЗОВ.

Лучшую равномерность температурного поля в осевом направлении имеют коаксиальные нагреватели с прорезями

Наиболее близкими к предлагаемому являются коаксиальные нагреватели снабженные поперечными прорезями во внутреннем цилиндре нагревателя, увеличивающими его омическое сопротивление и большие отверстия по концам внешнего цилиндра нагревателя, которые способствуют выравниванию температуры в осевом направлении (2Q .

В этом нагревателе прорези во внутреннем цилиндре нарушают равно- 30 мерность поля температур в радиаль,ном и азимутальном направлениях. Отверстия по концам наружного цилиндра нагревателя способствуют выравниванию поля температур s осевом на- 35 правлении только в центральной части нагревателя, так как эти отверстия имеют значительную осевую протяженность и угловые размеры, что приводит к нарушению равномерности поля 40 температур в местах их расположения.

В связи с этим и в последнем чагревателе объем рабочего пространства нагревателя используется также далеко не полностью.и также близок к 30-35%.

Сохранение равномерности поля температур в радиальном и взимутальном направлениях также выдвигает определенные требования.к размерам отверстий и расстояниям между ними с тем, чтобы удельная плотность по.тока энергии, падающей на внутренний

Целью изобретения является новышение коэффициента использования объема нагревателя путем повышения равномерности температурного поля в осевом, радиальном и азимутальном направлениях.

Поставленная цель достигается тем, что в реэистивном однофазном нагревателе выполненном i виде 55 коаксиально установленных внутреннего сплошного цилиндра и наружного с рядами отверстий по его концам, соединенных один с другим электрически последовательно на одном иэ их концов и снабженных на другом бО токоподводами, диаметры отверстий наружного цилиндра выполнены не превышающими трети разности диаметров цилиндров, а их шаг в ряду составляет 2-3 диаметра отверстий. 65

Кроме того, при количестве рядов отверстий более одного расстояния между рядами составляет 3-4 диаметра отверстий.

Наличие рядов отверстий на кон.цах наружного цилиндра нагревателя приводит к выделению большего количества тепла по концам нагревателя, что необходимо для компенсации торцовых тепловых потерь и выравнивания температурного поля вдоль оси нагревателя. Поскольку часто тепловые по-у терн с торцов рабочего пространства могут быть не одинаковы (потери тепла со стороны токоподводов, как правило, больше) может оказаться необходимым иметь с одной стороны нагревателя один-два ряда отверстий а с другой стороны — два-три ряда отверстий соответственно.

Размеры отверстий и расстояния между ними должны быть выбраны та-, ким образом, чтоды создаваемая ими неравномерность поля температур в наружном цилиндре нагревателя практически не сказывалась на равномерности поля температур в рабочем пространстве.

На фиг. 1 изображен предложенный однофазный нагреватель электрической печи сопротивления, разрез; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1.

Нагреватель состоит из внутреннего цилиндра 1 диаметром У наружного цилиндра 2. диаметром Dq и токоподводов 3 и 4, выполненных из листового материала. В верхней части внутренний и наружный цилийдры соединены между собой и образуют последовательную электрическую цепь.

Нагреватель выполнен, например, с одним рядок отверстий 5 в верхней части и двумя рядами отверстий 6 со стороны токоподводов. Отверстия име-, ют диаметр I, расстояние по радиусу между внутренним и наружным цилиндрами нагревателя обозначено 0, шаг отверстий в ряду равен т, а расстояние между рядами отверстий Ь

Угол между нормалью к плоскости наружного цилиндра и направлением на середину площадки внутреннего цилинд» ра 1 между отверстиями, используется при определении наибольшего расстояния между соседними отверстиями по уравнению Ламберта.

Поставленная цель может быть выполнена, если потери тепла с торцов нагревателя будут компенсироваться за счет перегрева как можно более коротких его участков..

1053331

Таким образом на основании экспериментов выявлено, что удовлетворительные результаты по равномерности температур в рабочем пространстве цилиндр нагревателя со стороны наруж» ного цилиндра была по воэможности. одинаковой вдоль рядов отверстий.

При этом поле температур во внутреннем цилиндре нагревателя окажется практически равномерным в азимутальном 5 направлении, так как внутренний цилиндр нагревателя за счет собственной теплопроводности дополнительно сглаживает температурное поле.

При определении конкретных величин 1О отверстий и расстояний между ними руководствовались экспериментальными данными, изложенными в таблице.

Целью которых являлось нахождение оптимальных размеров отверстий во внешнем цилиндре нагревателя, корректирующих температурное поле в рабо.чем пространстве, которое мы ограничиваем размерами садки.

Для получения общИх соотношений, независимых от конкретных размеров нагревателей нами принято исчисление диаметра отверстий в долях разности диаметров внешнего и внутреннего цилиндров.

Для шага отверстий в ряду принято: 1 — шаг отверстий в ряду И число диаметров отверстий, укладывающихся в одйом шаге, Для расстояния между рядами отверстий принято : Ь . — расстояние меж- 30 ду рядами отверстий во внешнем цилиндре, К вЂ” число. диаметров отверс- тий, укладывающихся в одном расстоя-i нии между рядами.

В качестве критерия, позволяюще- З5 го считать равномерность температур-. ного поля удовлетворительной принимаем разность температур, равную

24 С (разброс - 12 C или -1%), . что позволяет проводить в автоматическом режиме работы пайки узлов твердимы дозированными припоями.

Эксперименты проводились на нагревателях вакуумной и водородной электрических однофаэных печей сопротивления полунепрерывного действия со 4> следукщими размерами коаксиальных цилиндров: внутренний 250 < 600 мм, наружный 285 565 мм.

Кроме того, исследовался также коаксиальный однофазный нагреватель : д высокотемпературной водородной печи со следующими размерами цилиндров: внутренний 120 < 500 мм, наружный

150 470 мм.

Результаты экспериментов представ-у лены в таблице.

Замеры температуры при экспери ментах проводились каждый раз одно,временно в трех точках - в нижней, верхней и средней точках садки, которая, в свою очередь, была заполнена деталями, расположенными на горизонтальных полочках.

Размеры садки были равны, соответственно, для первого случая диаметр 200 мм, высота 400 мм, и для 45 второго случая диаметр 90 мм, высота 300 мм.

Наибольшая температура в первом елучае составляла 1300 С, а замеры проводились после выдержки в течение 10 мин при 800, 1000, 1200 и 1300 С.

Во втором случае наибольшая температура была равна 2000 С, а замеры проводились после выдержки в течение 5 мин при 200, 1600 и 2000 С.

Как в первом, так и во втором случаях общий уровень температуры обеспечивался с помощью автоматического регулятора, который управлялся внешней по отношению к садке четвертой термопарой, расположенной снаружи нагревателя в средней его части по высоте.

Приведены результаты испытания нагревателей с внутренними диаметром 250 мм в вакууме порядка

5 10 мм рт.ст.

Как видно иэ таблицы удовлетворительные характеристики нагревателя по равномерности температур (разброс в пределах -12 С)достигаются при диаметрах отверстий 12 мм и меньше при шаге в 2 и 3 диаметра.

Эксперимент с отверстиями диаметром меньше 4 мм не проводился ввиду значительно возрастающей трудоемкости изготовления нагревателей с большим числом отверстий малого размера.

Для компенсации потерь тепла в токоподводах пришлось в нижней части наружного нагревателя сделать три ряда отверстий.

Совершенно аналогичные результаты получены при испытаниях этих же нагревателей в печах с водородной ат" мосферой. Разница состояла в том, что в нижней части нагревателя пришлось сделать четыре ряда отверстий.

Шаг между рядами отверстий в нижней части наружного цилирдра выполнялся равным трем диаметрам отверстий

=ак как при большом шаге, особенно

-при значительных диаметрах отверстий теряется значительная высота рабочего пространства, а при меньшем шаге наблюдается существенный местный перегрев.

При испытаниях нагревателя высокотемпературной водородной печи диа-! метры отверстий, варьировались в пределах от 4-х до 15 мм, а шаг отверстий в ряду от 8 мм до 60 мм.

Удовлетворительная равномерность температурного поля (разброс s пределах -20 С или 1%) обеспечивалась при диаметрах отверстий от 4-х до

100 мм при шаге от 8 до 30 мм.

1053331

Диаметр отверстий в долях разности диаметров нагревателей а=(0 -0„ )N

Диаметр от верстий, мм

Доля разности диаметров нагревателей

Шаг отверс тий, мм

Число рядов отверстий в наружном нагревателе

Примечание (характеристика нагревателя) Ввер- Внизу ху

1/8,75 8

1 3

+1,1

Удовлетво рительная

«+О, 85

«+О, 7 (285-250 ) < 1/8, 75

1 3

+1, 25

+0,7

Удовлетворительная

+0,55

+3,3

Неудовлетворительная

1/4,375 16

Удовлетворительная

+О, 9.

24 (285-250) 1/4,375

+1,25 предложенного однофазного нагревателя достигнуты, если:

Диаметры отверстий в наружном нагревателе не превышают одной трети разности диаметров нагревателей

Да (Dq- Р,)„ шаг отверстий находится в йределах от двух до трех диаметров отверстий 4 = (2 — 3) 3, расстояние между рядами отверстий находится в пределах от трех до четырех диаметров отверстий

=(3-4) д.

Испытания экспериментального образца нагревателя предложенной кон струкции показали, что коэффициент использования геометрического объема нагревателя был равен 0,8 по сравне5 нию с 0,3 в нагревателях известных конструкций. При этом пропорционально коэффициенту использования геометрического объема нагревателя повысится экономичность оборудования, 10 уменьшатся удельные затраты электроэнергии и технологических газов, возраста° ет производительность оборудования.

Наибольшая разность тем ператур по объему рабочего пространства,Ъ

+3,5

+2,7

+О, 9

+О, 85

+0,9

1053331

Нродолже ни е та блицы,Циаметр отверстий,мм

+0,95 Удовлетворительная

+0,55

+3 9

+3,45

+2,6

+2 ° 9

+0,7

1 3

1/2,91 24

6 Удовлетворительная ,8

+0,73

3 +1,05

+1,15

36 1

+0,7 Удовлетворительная

48 1

+2 7

+2,3

1/1, 94 36

«+4

+3,05

Неудовлет ворительная

Диаметр отверстий в долях разности диаметров нагревателей d=(D -О,)й (285-250 ) ° 1/2, 91 (285-250j ° 1/1,94

Доля. разйости диаметров на гревателей

Шаг отверс тий, мм исло рядов тверстий в наружном нагревателе

Ввер- Внизу ху

Наибольшая разность тем ператур по объему рабочего пространства, % 0,76

+3,9

«+3, 4

+1,6

«+1, 05

+4 5

+3, 55 Примеча- ние (характеристика нагре-.вателя) Неудовлетворительная

Неудовлетворительная

Неудовлетворительная

1053331

Продолжение таблицы о т и-.

100 1

+3,2

1 р и м е ч а н и е. Нагреватель с внутренним диаметром 250 мм, наружным нагревателем диаметром 285 мм, расстоянием между рядами отверстий L = 31. Среда в рабочем объеме — вакуум порядка 10 мм рт. ст.

Составитель A. Ходатаева

Редактор Г. Волкова Техред А.Бабинец Корректор A,Tÿñêo

Заказ 8904/58 Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

+1,9

+1,4

+5,7

+4,4

+3,4 Неудовлетворительная

Резистивный однофазный нагреватель для электропечи Резистивный однофазный нагреватель для электропечи Резистивный однофазный нагреватель для электропечи Резистивный однофазный нагреватель для электропечи Резистивный однофазный нагреватель для электропечи Резистивный однофазный нагреватель для электропечи 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области высокотемпературной обработки тугоплавких материалов, например, к процессу послеростового отжига монокристаллов в установках радиационного нагрева
Изобретение относится к области электрического нагрева и может быть использовано при изготовлении нагревателей для бытовых, медицинских, сельскохозяйственных и других технических приборов, например электроконфорка, электроплитка, водонагреватели различного назначения, электроконвектор, электровентилятор и т.п

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электропечам для приготовления сплавов цветных металлов

Изобретение относится к термическому оборудованию, а именно к резистивным нагревателям высокотемпературных печей

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревательным элементам для печей, применяемых при повышенных температурах (до 2500oC и более) в вакууме или инертной среде

Изобретение относится к реэис-г тивным нагревателям

Изобретение относится к электротермическому оборудованию и может -, быть использовано при изготовлении электропечей с футеровкой из волокнистых материалов
Наверх