Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокомодульных углеродных материалов (УВМ). Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны содержит кольцеобразный графитовый тигель 1, выполненный в виде сплюснутого кольца, горизонтальная часть которого расположена параллельно плоскости обрабатываемого материала. Тигель 1 окружён низкоплотным углеродным материалом 2, который, в свою очередь, окружен оболочкой 3, вокруг которой расположен индуктор 4. В качестве низкоплотного углеродного материала 2 применён углерод-углеродный композиционный материал. Оболочка 3 выполнена из керамического огнеупорного волокна с содержанием оксида циркония более 10 вес.%. Тигель 1 может быть выполнен из секций кольцеобразной формы. Технический результат - повышение надежности, долговечности и эффективности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов, в частности, к оборудованию для проведения процесса графитации, необходимого для получения высокомодульных углеродных материалов (УВМ).

Известно «Устройство для выращивания кристаллов карбида кремния» CN 1544713 [1], содержащее кольцеобразный графитовый тигель, покрытый кольцевым слоем теплоизоляционного материала, индукционная катушка установлена на трубке из кварцевого стекла. Трубка из кварцевого стекла охлаждается водой.

Недостатком известной конструкции является низкая эффективность, обусловленная высокой разностью температур между графитовым тиглем и внутренней поверхностью охлаждаемой трубки из кварцевого стекла.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Высокотемпературная индукционная нагревательная печь для углеродного волокна» CN 202329109 [2], содержащая графитовый тигель, окруженный низкоплотным углеродным материалом – углеродным войлоком, в свою очередь, окруженный оболочкой из керамики, вокруг оболочки расположен индуктор.

Известная печь обладает повышенной эффективностью, так как низкоплотный углеродный материал расположен в керамической оболочке.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность и долговечность, обусловленная низким сроком службы углеродного войлока, обусловленным изменением своих свойств в процессе эксплуатации.

Недостатком также является низкая эффективность, обусловленная низкой долговечностью известной печи. Также к снижению эффективности производства приводят низкие термоизоляционные свойства керамической оболочки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности, долговечности и эффективности.

Технический результат достигается тем, что печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны, содержащая кольцеобразный графитовый тигель, окруженный низкоплотным углеродным материалом, который в свою очередь, окружен оболочкой, вокруг которой (снаружи) расположен индуктор, характеризуется тем, что в качестве низкоплотного углеродного материала, применяют углерод-углеродный композиционный материал (обладающий достаточной конструкционной прочностью), тигель выполнен в виде сплюснутого кольца, горизонтальная часть которого расположена параллельно плоскости обрабатываемого материала.

Оболочка может выполняться из керамического волокна с содержанием оксида циркония более 10 вес. %, что позволит использовать распространенные материалы.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез предлагаемой печи, где:

1 – кольцеобразный графитовый тигель цилиндрической (в математическом смысле) формы;

2 – низкоплотный углеродный материал вокруг внешней цилиндрической поверхности тигля;

3 – керамическое огнеупорное волокно (например, duralblanket) вокруг внешней цилиндрической поверхности углеродной пористой изоляции;

4 – индуктор, расположенный вокруг внешней цилиндрической поверхности огнеупорного волокна.

Задачей изобретения является создание высокопроизводительной печи высокотемпературной термообработки (графитации) углеволокнистых материалов с обеспечением в рабочей зоне печи в течение длительного времени уровня температур, требуемых для протекания процесса графитации УВМ (Т = 2500° ÷ 3000°С).

Такой уровень температур является предельным для большинства существующих материалов, поэтому создание таких температур в рабочей зоне значительных размеров, требуемых для высокопроизводительного процесса графитации, является сложной технической задачей.

В применяемых за рубежом высокотемпературных печах проходного типа (мировые лидеры Harper – США, Ruhstrat – Германия) конструктивно тигли прямоугольного поперечного сечения образованы пластинами из графита, а для создания температур графитации в рабочей зоне внутри тигля используют расположенные снаружи тигля нагреватели омического сопротивления различных форм, изготовленные из высококачественных графитов или из углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ).

При такой конструкции для получения необходимой температуры графитации в зоне прохождения УВМ (внутри тигля) нагреватели должны иметь температуру выше, чем требуемая температура в рабочей зоне, на 100÷120°С, что приводит к их ускоренному износу и остановке печи.

По данным Питера Моргана (США), в области температур 2200 ÷2900°С повышение температуры на каждые 100°С увеличивает скорость испарения графита в три раза.

Также, дополнительно к экстремальным температурам эксплуатации, при применении данной конструкции тигля у нагревателей омического сопротивления всегда имеются холодные зоны токоподвода и горячие зоны рабочей части нагревателя, поэтому в теле нагревателей возникают значительные внутренние термические напряжения, способствующие их ускоренному разрушению.

В конструкции предлагаемой печи указанные недостатки устранены.

В предлагаемой конструкции печи функции тигля и нагревателя совмещены, рабочая зона тигля образована внутренней поверхностью полого кольцевого нагревателя, через которую проходит обрабатываемый углеволокнистый материал, нагрев нагревателей происходит вихревыми токами заданной частоты, возбуждаемыми катушками индуктора. При таком конструктивном оформлении отсутствуют холодные зоны токоподводов, что устраняет появление внутренних термических напряжений в теле нагревателей.

Также, чтобы полностью исключить неравномерность нагрева тела нагревателя и по его длине, нагреватель конструктивно состоит из нескольких частей, имеющих одинаковую температуру по длине каждой части и отсутствие внутренних термических напряжений.

Появление внутренних напряжений из-за термических расширений тела нагревателя при повышении температуры в предлагаемой конструкции также исключено, так как отсутствует жесткое закрепление тела нагревателя, кольца нагревателя лежат на поверхности теплоизоляции из низкоплотного углерод-углеродного материала, обладающего конструкционной прочностью (а не мягкого углеродного войлока), который надежно поддерживает вес нагревателя, но не мешает термическим расширениям колец нагревателя на необходимую величину в процессе изменения температуры тела нагревателя.

Кроме того, для снижения эффекта поверхностного вытеснения тока на поверхность проводника при индукционном нагреве, а также изменения злектрического сопротивления графитового нагревателя с повышением его температуры, есть опасность неравномерного нагрева тела нагревателя по его сечению с сопутствующим возникновением внутренних разрушающих напряжений, поэтому для питания индуктора используются не обычно применяемые при индукционном нагреве металлов частоты 2,4 ÷ 10 кгц, а пониженные частоты, обеспечивающие постепенный равномерный нагрев каждого кольца графитного нагревателя.

Такой режим нагрева обеспечивает равномерный одновременный нагрев по всему сечению тела нагревателя и по всему периметру нагревателя.

С целью увеличения эффективности передачи тепла от тела нагревателя к обрабатываемым плоским углеволокнистым материалам и равномерности нагрева обрабатываемого материала нагретая часть нагревателя приближена к обрабатываемому материалу, для чего нагреватель выполнен в виде сплюснутого кольца, горизонтальная часть которого расположена параллельно плоскости обрабатываемого материала и охватывает обрабатываемый материал со всех сторон, что повышает качество проводимой операции графитации углеволокнистых материалов.

При таких высоких температурах интенсивно проходят процессы окисления материала нагревателя, что прямо влияет на срок службы нагревателя, поэтому входное и выходное отверстие печи защищено от попадания атмосферного воздуха в рабочую зону газовыми затворами, обеспечивающими как надежную защиту рабочей зоны, так и эффективную эвакуацию выделяемых летучих газов в систему аспирации цеха.

Технический результат – повышение надежности, долговечности и эффективности достигается тем, что кольца нагревателя лежат на поверхности теплоизоляции из низкоплотного углерод-углеродного материала, обладающего достаточной для удержания тигля конструкционной прочностью, который надежно поддерживает вес нагревателя, но мало изменяет свои характеристики в процессе эксплуатации.

Промышленная применимость. Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны создана при выполнении работ по разработке и созданию более высокопроизводительного оборудования для графитации высокомодульных углеродных материалов в интересах Росатома в период 2008-2018 гг.


1. Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны, содержащая кольцеобразный графитовый тигель, окруженный низкоплотным углеродным материалом, который, в свою очередь, окружен оболочкой, вокруг которой расположен индуктор, отличающаяся тем, что в качестве низкоплотного углеродного материала применён углерод-углеродный композиционный материал, тигель выполнен в виде сплюснутого кольца, горизонтальная часть которого расположена параллельно плоскости обрабатываемого материала.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что оболочка выполнена из керамического огнеупорного волокна с содержанием оксида циркония более 10 вес. %.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что тигель выполнен из секций кольцеобразной формы.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способам отжига металлоконструкций и устройствам для их осуществления. Способ включает нагрев металлоконструкции теплом, излучаемым электронагревателями, установленными внутри муфеля, который выполнен из негорючих материалов.

Изобретение относится к загрузочным устройствам, предназначенным для загрузки сыпучих материалов в печь при получении неметаллических минеральных расплавов. Загрузочное устройство содержит бункер с патрубком, примыкающим к загрузочному окну печи, и плунжером, расположенным коаксиально патрубку, а также привод, обеспечивающий реверсивное движение плунжера, при этом длина хода плунжера меньше суммы длины загрузочного патрубка и ширины бункера на величину, равную 0,3-0,5 диаметра загрузочного патрубка, а диаметр плунжера составляет 0,5-0,7 диаметра загрузочного патрубка.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в конструкции металлургической печи. Печь снабжена прикладывающим к внешнему кожуху печи усилие элементом, содержащим по меньшей мере два троса, расположенных с некоторым интервалом вдоль вертикальной высоты сегментированного внешнего кожуха, проходящих вокруг внешней поверхности сегментированного внешнего кожуха с обеспечением сжатия сегментированного внешнего кожуха печи по направлению к печному пространству, при сжатии футеровки во время охлаждения печного пространства.

Изобретение относится к футеровке кислородного конвертера. Кладка стыка футеровки конвертера состоит из примкнутых друг к другу футеровки нижней части конвертера и прилегающей к ней футеровки днища, огнеупорной набивной массы, выполнена формованными огнеупорными изделиями с чередующимся сдвигом рядов по фронту на величину 0,02-0,19 длины данного кирпича с заполнением зазоров огнеупорной набивной массой, при этом формованные огнеупорные изделия имеют форму параллелепипеда, поочередно обеспечивающие плотное сопряжение футеровки стены и днища, а между рядами предварительно нанесен мертель или огнеупорная клеевая композиция.

Группа изобретений относится к высокоэмиссионным покровным композициям и способам их получения. Термоэмиссионная покровная композиция для подложки включает сухую смесь из веществ, повышающих эмиссионную способность покрытия, при этом вещества, повышающие эмиссионную способность покрытия, содержат диоксид титана, и веществ, повышающих механическую прочность.

Изобретение относится к износостойкой футеровке для шаровых мельниц Футеровка содержит основу, выполненную из упругодеформируемого материала на рабочей поверхности, подвергаемой износу, множество углублений, пригодных для вмещения в них тел из твердого материала с образованием износостойкой рабочей поверхности, поскольку они являются подходящими для вступления в контакт с мелющими телами или шарами, выполненными из твердого материала, которые используют в мельнице.

Изобретение относится к огнеупорному теплоизоляционному блоку для футеровки обжиговых, плавильных или ретортных печей. Огнеупорный теплоизоляционный блок содержит четырехслойный пакет прямоугольной в плане формы.

Изобретение относится к производству и укладки кирпичей. Сборка плита/кирпич, которая включает в себя: плиту (12) с множеством ребер (32) и множеством каналов (37), на передней поверхности которой находится первое отверстие каждого канала; и множество кирпичей (18), причем каждый кирпич вставляется во множество каналов (37) через первое отверстие в положение, которое достигается за счет поворачивания кирпича, частично установленного в канал таким образом, чтобы одна или более частей кирпича хотя бы частично входили в контакт с одной или более поверхностями канала и/или первого из множества ребер, и в котором кирпич блокируется от выпадения из канала через первое отверстие в результате линейного движения без поворачивания.

Изобретение относится к коксовой печи с горизонтальной конструкцией, так называемой коксовой печи без рекуперации тепла или коксовой печи с рекуперацией тепла. .

Изобретение относится к способу переработки в химическом реакторе высокоэнергетических органических отходов типа щелока натронной варки с большим количеством органических и неорганических соединений щелочных металлов, к реактору для осуществления данного способа и его футеровки, а также к способу изготовления материала.

Изобретение относится к плавильному аппарату с боковым погружным сжиганием пылевидного угля и обогащенного кислородом воздуха, обеспечивающему высокую производительность и широкую применимость при низких эксплуатационных затратах.

Группа изобретений относится к способу и устройству для получения вспученного гранулята перлитового или обсидианового песка. Способ получения вспученного гранулята (29), изготовленного из песчаного минерального материала (1) в форме зерен, с использованием пропеллента, в частности получения вспученного гранулята перлитового песка (1) или обсидианового песка; в котором материал (1) подают в преимущественно вертикальную печь (2), в которой материал (1) транспортируют в направлении пути транспортирования (4) через множество разделенных по вертикали зон нагрева (5) в шахте (3) печи (2), в которой каждая из зон нагрева (5) выполнена с возможностью нагрева по меньшей мере одним независимо управляемым нагревательным элементом (6); при этом материал (1) нагревают до критической температуры, при которой поверхности зерен песка (1) становятся пластичными, и зерна песка (1) вспучиваются с помощью пропеллента; а вспученный гранулят (29) выгружают из печи (2), включает этап, на котором материал (1) подают вместе с объемом воздуха снизу, при этом материал (1) транспортируют снизу вверх в направлении пути транспортирования (4) при помощи объема воздуха, который течет снизу вверх внутри шахты (3) печи и образует воздушный поток (14), и при этом вспучивание зерен песка (1) происходит в верхней половине, предпочтительно в самой верхней трети пути транспортирования (4).

Изобретение относится к шахтной печи для обжига сыпучего материала, например известняка, и может быть использовано в технологии производства сахара как оборудование по получению сатурационного газа и при получении извести в промышленности строительных материалов, химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использована для охлаждения футеровки металлургической печи. Система охлаждения включает блок подачи охлаждающей жидкости, блок охлаждения охлаждаемого объекта, сообщающийся с блоком подачи охлаждающей жидкости посредством патрубка подачи охлаждающей жидкости, блок возврата охлаждающей жидкости, включающий группу трубопровода возврата охлаждающей жидкости и бак возврата охлаждающей жидкости, причем группа трубопровода возврата охлаждающей жидкости включает патрубок возврата охлаждающей жидкости и трубопровод всасывания.

Изобретение относится к металлургии, в частности к гофрированному компенсатору для загрузочной установки металлургической печи. Гофрированный компенсатор содержит впускную концевую трубу и расположенную напротив выпускную концевую трубу, а также гофрированный участок, расположенный между впускной концевой трубой и выпускной концевой трубой.

Изобретение относится к металлургии, а именно к доменному производству. Способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива, газа, поддерживающего горение, и горючего газа через фурмы, включает несколько этапов, на которых применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод, подают твердое топливо или газ, поддерживающий горение, из внутренней трубки первой форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой, и подают соответственно газ, поддерживающий горение, или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки.

Изобретение относится к металлургии, а именно к доменному производству. Предложен способ подачи в доменную печь горячего воздуха, твердого топлива и горючего газа через фурмы, в котором горячий воздух подают в доменную печь из воздухопровода через фурму, причем применяют двойную трубу в качестве передней форсунки для подачи твердого топлива в воздухопровод, подают твердое топливо или горючий газ из внутренней трубки передней форсунки или из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой и подают соответственно горючий газ или твердое топливо из зазора между внутренней трубкой и внешней трубкой или из внутренней трубки передней форсунки.

Изобретение относится к шахтной печи для обжига извести. Шахтная печь содержит шахту печи с размещенным в ней загрузочным устройством, при этом загрузочное устройство содержит воронку, верхний и нижний колокола, уравновешенные противовесами, размещенными на одной направляющей на расстоянии друг от друга не менее хода верхнего колокола, причем противовес нижнего колокола соединен тросом с верхним колоколом, два счетчика газов и четыре вентиля, при этом вход первого счетчика газов через первый вентиль соединен с атмосферой, выход первого счетчика газов соединен с внутренней полостью воронки, вход второго счетчика газов подключен к внутренней полости воронки, выход второго счетчика газов через второй вентиль подключен к внутренней полости шахты печи, третий вентиль подключен параллельно первому газовому счетчику и первому вентилю и четвертый вентиль подключен параллельно второму газовому счетчику и второму вентилю.

Изобретение относится к тепловой обработке материалов, используемых в качестве заполнителей при строительстве. В способе получения частиц пористого заполнителя, основанном на перемещении гранул концентрата по направлению от верхней секции к нижней секции шахтной печи частиц концентрата и их нагреве до температуры 400-1300°С продуктами горения потока струй газа в потоке струй воздуха с получением частиц пористого заполнителя, упомянутые продукты горения выводят совместно с частицами пористого заполнителя из нижней секции шахтной печи, при этом упомянутая печь включает первую верхнюю секцию, в которой получают продукты горения путем ввода аксиальных потоков газа через форсунки коллектора узла подачи и ввода первых радиальных потоков воздуха через перфорации кожуха, а затем уменьшают аксиальную скорость упомянутых частиц путем ввода дополнительных аксиальных струй потока газа через форсунки коллектора дополнительного узла подачи и ввода вторых радиальных потоков воздуха через перфорации кожуха второй нижней секции.

Изобретение относится к металлургической печи, выполненной с возможностью работы с широким диапазоном исходных материалов и видов топлива, включая имеющие высокие уровни содержания примесей.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке ферромарганца в тигле индукционной печи. В способе перед загрузкой и расплавлением шихтовых материалов с получением расплава ферромарганца создают защитный слой в тигле печи спеканием футеровочной массы в два этапа, первый из которых осуществляют путем расплавления и удаления полученного расплава из печи, затем при постоянно включенном индукторе на дно прогретого тигля загружают куски ферромарганца фракции 50…600 мм, которые нагревают в температурном интервале 1240…1650°С до получения жидкофазного слоя расплава, после получения которого осуществляют загрузку шихтовых материалов путем засыпки кусков ферромарганца фракции 1…50 мм и осуществляют получение расплава ферромарганца в печи с вторичным спеканием футеровочной массы тигля для получения упрочненного защитного слоя в тигле, после чего осуществляют слив до 80% полученного расплава ферромарганца, причем часть расплава оставляют в печи для последующего переплава.

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокомодульных углеродных материалов. Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны содержит кольцеобразный графитовый тигель 1, выполненный в виде сплюснутого кольца, горизонтальная часть которого расположена параллельно плоскости обрабатываемого материала. Тигель 1 окружён низкоплотным углеродным материалом 2, который, в свою очередь, окружен оболочкой 3, вокруг которой расположен индуктор 4. В качестве низкоплотного углеродного материала 2 применён углерод-углеродный композиционный материал. Оболочка 3 выполнена из керамического огнеупорного волокна с содержанием оксида циркония более 10 вес.. Тигель 1 может быть выполнен из секций кольцеобразной формы. Технический результат - повышение надежности, долговечности и эффективности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх