Устройство для нагрева

 

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

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГМЬЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ!

3 7 8 А7 Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHVMA (21) 2927552/22-02 (22) 21.05.80 (31.) P-215839 (32) 23.05.79 (33) PL (46) 30.07.85. Бюл. В 28 (72) Фэлицян Белик, Адам Лукасик, Зыгмунт Морыс, Станислав Вальавэндэр и Шэпан Галонзка (PL) (71) Бюро.Проектув Пшэмыслу Мэтали

Ниэжэльазных "Бипромэт" (PL) (53) 621.365.3(088.8) (56) 1. Патент Польши Ф 81320, кл. Н 05 В 3/661, 1976.

2. Патент Польши В 106380, кл. Н 05 В 3/60, 1977. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА преимущественно металла и/или солей в расплавленном виде и раст1

„„SU„„11709?5 A (з))4 С 21 D 1/46, Н 05 В 3/66 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цепью 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.

1170975

2. Устройство по п. i о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен из двух концентрично расположенных один в другом сосудов, заполненных контактным телом.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен в виде блоков, охваченных кольцом, причем плотность контактного тела меньше плотности нагревательного элемента и расплава.

4. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен в виде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны.

5. Устройство по пп. 1-4., о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен из материала с удельным сопротивлением меньше 100 Ом при рабочей температуре расплава.

6. Устройство но пп. 1-4, о т,л и ч а ю щ е е с я тем, что удельное сопротивление материала электрода по крайней мере в 1О раз меньше удельного сопротивления материала нагревательного элемента.

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

Известно электронагревательное устройство, содержащее нагревательные элементы в виде одной или нескольких перегородок, расположенных параллельно электродам, установленным в днище или в стенках плавильной ванны, 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 по7. Устройство по и. 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен в виде неразъемно соединенных между собой фасонных деталей с различными физико-химическими свойствами.

8. Устройство по пп. 1-7, о тл и ч а ю щ е е с я 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, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательные элементы свободно установлены в расплаве.

10. Устройство по пп. 1-9, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательные элементы снабжены грузом для регулирования глубины их погружения.

i 1. Устройство по и. О, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что груз снабжен встроенным в него дополнительным резнстивным нагревательным элементом.

I верхностью с .металлической ванной и.

Недостатками известного электронагревательного устройства явля5 ются ограниченная область применения, главным образом для цветных металлов, относительно небольшая нагружаемость и недолговечность нагревательных элементов, обусловленная разрушающим воздействием термических напряжений, возникающих в нагревательных элементах, небольшое использование поверхности нагревательных элементов ввиду меняющейся глубины погружения нагревательных элементов, а также недолговечность электродов и токоподводов нагревательных элементов, вызванная пряьым воздействием мате 0 риала и атмосферы в установке.

11,70975

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройств для нагрева, содержащее ванну с распланом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и выполненные каждый в виде емкости, заполненной контактным телом с по- груженным в него электродом (2) .

Емкость каждого нагревательного элемента, выступающая из ванны, взаимодействует с атмосферой и поэтому подвергается быстрому старению, при этом изменяется сопротивление и возникают трещины.

Удельная м щность 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 контактное 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 распланом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и выполненные каждый в ниде емкости, заполненной контактным телом с погруженным н него электродом, и источника тока с токонодводом, контактное тело каждого нагревательного элемента выполнено в виде неразъемно соединенных между собой частей с различными физикохимическими свойствами, при этом части тела включены s 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, эаполненюис контактным телом. расплавленной солью 7, выполняищнх функцию контактных тел между по55 груженньи в расплавленную сапь 7 железным электродом 8 и одмой поверхностью нагревательного элемен.та 5. В дно ванны 1 встроен графит5

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

Нагревательный элемент выполнен в виде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны., Нагревательный элемент выполнен из материала с удельным сопротивлением менее 100 Ом при рабочей температуре расплава.

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

Нагревательный элемент выполнен в виде нераэъемно соединенных между собой фасонных деталей с различными физико-химическими свойствами.

Поверхности нагревательного элемента, соприкасающиеся с расплавом и контактным телом, выполнены с покрытием из материала, устой" чивого 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 дополнительным резистивным нагревательным элементом.

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

Устройство для нагрева содержит керамическую ванну с расплавом

2 и перегородкой 3 разделяющей ванну на отстойную и плавильную зоны.

В расплаве 2 {металле) плавают подвешенные на поплавке 4 два нагревательных элемента 5, имеющих форму емкостей, частично заполненных расплавленным металлом 6 и

1170975 ный электрод 9 таким образом, что один его конец соединен с конструкцией устройства, а второй соприкасается с расплавом 2 (метаплом), прилегаюи1им 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

1 от электрода 8 через расплавленную соль 7, расплавленный металл 6, ° стенки нагревательного элемента 5, расплав 2 (металл} к электроду 9.

К верхним краям нагревательного элемента 5 прикреплено методом спекания кольцо 12 из алюмосиликатного вещества. Нагревательный элемент 5 изготовлен из нитрированного карбида кремния.

Внешние и внутренние поверхности нагревательного элемента 5 покрыты тонким слоем угольной пасты 13.

В качестве металла 6 и -расплава

2 применяют алюминий, соль 7 пред-. ставляет собой смесь хлорида

t кальция и хлорида натрия, а поплавок 4 изготовлен из легкого каолина.

Нагревательные элементы могут быть выполнены различной формы и из равных материалов различными способами изготовления.

На фиг, 2-9.показаны нагревательные элементы 5,.изготовленные из однородного материала в виде однородной фасонной детали. К верхнему краю нагревательного элемента 5 может быть прикреплено спеканием кольцо 12 из алюмоснликатного вещества (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 между собой спеканием (фиг. 14 и 15), Устройство (фиг. 1) работает следующим образом, После.предварительного подогрева ванны с помощью дополнительного на гревателя (не показан). частичного заполнения, ванны распЛавленным меВ таллом в ванну погружают нагревательные элементы 5, наполненные рас

5 плавленным металлом 6 и расплавлен ной солью 7 при одновременном закреплении электрода 8"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 подается на первый нагревательный элемент 5, а напряжение фазы „ — на второй. Под действием при.ложенных напряжений электрический ток, проходящий через стенки нагренательного элемента 5 и слой расплавленной соли 7, выделяет тепло, 20

50 расположен во втором, а простран55 и расплавом 2 является цинк, электро.

49

45 передаваемое в ванну 1. В расплав

2 вводят садку в твердом состоянии для ее расплавления. После окончания плавления металла и его отстаикания устройство частично Опорожняют путем его опрокидывания, Откачки нли через спускное отверстие, расположенное в дне или стенке ванны.

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

Нагревательные элементы 5 устройства могут быть укреплены различными способами.

Два нагревательных элемента, выполненных в форме емкости, плавают с вынужденным грузом в расплаве 2, причем один нагревательный, элемент 5 ство между нагревательными элементами 5 и внутренняя часть первого нагревательного элемента 5 частично заполнены металлом 6. Металлом 6 ды 8 и 9 изготовлены из графита, груз 16 — из цементно-шамотиого материала, армированного стальными

1170975

25 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 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавающих в расплаве 2 в ограничивающем коль10 це 17, причем нагревательные эле. менты 5 прикрьггы слоем расплавленной соли 7. Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электродам 8 и 9, течет от электрода 8 через соль 7 и нагревательные элементы 5 к расплавуметаллу 2, а затем к электроду 9.

Металл представляет собой сплав цинка и алюминия, соль 7 — смесь хлорида кальция и хлорида натрия, электрод 8 изготовлен из железа, электрод 9 — из графита, ограничивающее кольцо 17 вЂ,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 8 при посредничестве угольной пасты, а электрод

9 соприкасается с садкой. При за- 35 пуске устройства в ванну дозируют азот, защищающий угольную пасту от окисления. После расплавления садки в ограничивающее кольцо 17 вводят контактное тело — соль 7 (фиг. 17). 40

Три нагревательных элемента 5 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавающих в металле расплаве 2 в ограничивающем кольце 17. Нагревательные эле- 45 менты 5 прикрыты слоем металла 6, отделенным от зеркала металла слоем расплавленной соли 7, причем слой расплавленной соли. не доходит до верхних краев нагревательных элемен- 50 тов 5.

Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электродам 8 н 9, течет от электрода 8 через металл 6, соль 7 и 55 нагревательные элементы 5 к расплаву

2, а затем к электроду 9. Металл б представляет 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 иэ нитрированного карбида кремния, ограничивающее кольцо 17 изготовлено из шамотного вещества (фиг. 18).

Нагревательный элемент 5 выполнен в форме конусной трубы, подвижно подвешенной в расплаве 2 с помощью держателя 18 и шнура 19 к конструкции устройства таким образом,.что нагревательный элемент 5 имеет посто. янную, не зависимую от уровня расплавленной соли (расплава 2) глубину погружения. Электрод 8, присоединенный 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 l3 представляет собой карбид кремния, нанесенный иэ газовой фазы, электрод 8 изготовлен из карбида кремния спеканием реакционным методом, электрод 9 — из графита, покрытого тонким слоем карбида кремния, нанесенного из газовой фазы, держатель 18 и шнур 19 — из легированной стали, а нагревательный элемент 5 — из нитрированного. карбида кремния (фиг. 19).

Нагревательный элемент 5 выполнен в виде емкости, погруженной в водный раствор (расплав 2) серной кислоты и подвешенной на поплавке 4 ° причем внутренняя часть нагревательного элемента 5 наполнена металлом 6.

Нагревательный элемент 5 покрыт с внешней стороны тонким слоем материала 13. Металл б представляет собой сплав Вуда, поплавок 4 изготовлен из подиэтилена, электрод 81170975

10 иэ 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, нанесенный из газовой фазы (фиг. 20).

Нагревательный элемент 5 выполнен 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

1 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 ванны. Внутреннее пространство нагре вательного элемента 5 частично заполнено металлом 6. Электрический ток, под воздействием разности по

5 тенциалов, 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 изго товлен из нитридированного карбида кремния, металл 6 и расплав 2

15 представляют собой расплавленный цинк, электроды 8 и 9 выполнены из графита, а днище ванны — из утрамбованной шамотной массы (фиг. 22), 20 Применение предлагаемого устройства позволит значительно увеличить нагрузку нагревательных элементов благодаря использованию различных форм нагревательных. элементов и 5 способов их изготовления, увеличить удельную мощность за счет неразъемно соединенных частей емкости нагревательных элементов, увеличить интенсивность теплообмена на различных участках благодаря выполнению емкостей из материалов с различным электросопротивлением.

1170975

1170975

» soeд

1170975

Составитель Н.Кузовкина

Редактор И.Рыбченко Техред Т.Фанта

Корректор Л.Пилипенко

3акаэ 4720/57

Тираж 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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