Вакуумные печи

      Здесь мы приведем два варианта возможной  конструкции башмака. На рис. 4-16,6 показана конструкция контактного башмака, соединяющегося с выводной частью нагревателя на резьбе. Эта конструкция предназначена для случаев, когда оси нагревателя и башмака совпадают. К сожалению, здесь место спая не разгружено от веса нагревателя, зато пайка экранируется башмаком и поэтому находится в сравнительно благоприятных условиях.

      На  рис. 4-16,0 показана конструкция контактного  башмака, соединяющаяся с выводной частью нагревателя с помощью клинового прижима и применяющаяся при взаимно перпендикулярном расположении осей нагревателя и башмака. Башмак — двойной и рассчитан на подсоединение двух нагревателей. Особенностью башмака является весьма небольшая протяженность паек, причем пайка втулок, сидящих в башмаке на прессовой посадке, разгружена от механических нагрузок, вызванных весом нагревателей.

      Описанные выше стержневые нагреватели являются 
универсальными, поскольку могут быть применены 
10—593 145

 

      

      в электропечах почти с любой формой и размерами рабочего пространства.

      В шахтных вакуумных электропечах с небольшими размерами рабочего пространства применяется трубчатый нагреватель, представляющий собой графитовую трубу, охватывающую рабочее пространство печи. Трубчатый нагреватель имеет ряд преимуществ по сравнению с нагревателями стержневыми. Главные из них: меньшие при прочих равных условиях температурные перепады между нагревателем и загрузкой, меньшее количество токоподводов и, как следствие, снижение тепловых потерь печи. Трубчатые нагреватели могут выполняться однофазными и трехфазными. Простейшим однофазным трубчатым нагревателем является графитовая труба с подводом тока к ее торцам. Этот нагреватель имеет узкую область применения, главным образом потому, что для обеспечения свободного температурного расширения трубы один из токоподводов должен быть подвижным, что конструктивно выполнить довольно сложно, особенно для подвода больших токов.

      На  рис. 4-24,6 показан графитовый трубчатый  нагреватель, получивший значительное распространение для небольших печей. Нагреватель однофазный. Прорези, сделанные на его боковой поверхности, делят нагреватель на две равные, последовательно соединенные части. Этим достигается увеличение омического сопротивления нагревателя, а также создается возможность жестко закрепить токоподводы, расположенные у одного торца, что позволяет свободное температурное удлинение нагревателя. На непрорезанном торце нагреватель имеет утолщение, обеспечивающее достаточную механическую прочность и электрическое соединение его обеих частей. На противоположном торце нагреватель имеет фланцы для подсоединения токоподводящих башмаков.

      Во  многих случаях питание однофазных печей, особенно при большой их мощности, затруднено из-за несимметричной загрузки фаз, поэтому трубчатые нагреватели в мощных печах выполняются трехфазными. Конструктивно они аналогичны однофазному, но вместо двух имеют три прорези, делящие нагреватель на три равные по электросопротивлению части, соединенные на торце в звезду (рис. 4-24,в).

      В электропечах нашли также применения трубчатые коаксиальные   графитовые   нагреватели,   аналогичные

      146

 

      

      коаксиальным  нагревателям из тугоплавких металлов (рис. 4-24,г). Для увеличения сопротивления  нагревателя он выполнен с прорезями. Причем, тогда как прорези в нагревателях, показанных на рис. 4-24,6 и 4-24,в, ослабляют нагреватель механически и требуют весьма осторожного с ним обращения, чтобы не обломить нулевую перемычку, прорези в коаксиальном нагревателе мало отражаются на его механической прочности.

      Конструкция токоподводящего башмака к трубчатым  нагревателям представлена на рис. 4-16,г. Главной осо-' бенностью конструкции башмака являются обеспечение хорошего водяного охлаждения всех его поверхностей, наличие минимального числа паек или сварных швов, а также вынесение мест паек из зоны прямого теплового облучения.

      Иногда  графитовые нагреватели изготовляются в виде отдельных секций. Секции могут быть плоскими либо цилиндрическими (являясь частью цилиндрической поверхности). Плоские секционные нагреватели могут применяться в электропечах с прямоугольной конфигурацией рабочего пространства, цилиндрические — в печах с цилиндрическим рабочим пространством. На рис. 4-24,5 показана секция плоского секционного нагревателя. Осуществляя последовательное соединение нескольких секций, можно повысить величину питающего напряжения.

      4-7. УСТАНОВКА ИНДУКТОРОВ

      В индукционных вакуумных электропечах установка индуктора является основным узлом, в значительной мере определяющим работоспособность печи. Его назначение— индуктируя токи в загрузке (либо во вспомогательном нагревателе), обеспечить ее нагрев.

      Методы  электрического расчета индукторов достаточно подробно изложены в специальной литературе и в полной мере могут быть использованы при расчете индукторов вакуумных электропечей.

      Специфику в расчете индукторов вакуумных  индукционных электропечей составляет учет влияния металлического кожуха, внутри которого помещен индуктор, на поле индуктора, а также потери в самом кожухе.

      Дело  в том, что металлический кожух  вакуумной 
электропечи для индуктора играет роль внешнего экра 
на. В нем наводятся токи, обусловливающие дополни- 
10* 147

 

      

      спаиваемыми деталями 0,05—0,13 мм. Места паек индукторов необходимо проверять течеискателем на герметичность.

      Кроме пайки, тонкостенные трубы индукторов можно сваривать.

      4-8. ФУТЕРОВКА ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

      а) Футеровка электропечей сопротивления

      Футеровка' электропечей сопротивления ограничивает рабочее пространство печи, уменьшает тепловые потери и во многих случаях служит конструктивным основанием для крепления нагревательных элементов.

      Наряду  с такими общими требованиями, предъявляемыми к футеровке, как высокие огнеупорность и термостойкость и хорошие теплоизоляционные свойства, футеровки вакуумных электропечей должны быстро и хорошо дегазироваться. Кроме того, футеровки должны обладать достаточно низкой упругостью пара и не вступать во взаимодействие с нагревателями и садкой. . Однако полностью удовлетворить всем перечисленным выше требованиям при создании футеровок удается очень редко, поэтому при конструировании вакуумных печей приходится принимать меры по ослаблению влияния того или иного недостатка футеровочных материалов на работу печи.

      Футеровку вакуумных электропечей выполняют  из металлических экранов, шамотных огнеупоров, высоко-огнеупорных окислов и графита.

      Во  всех вакуумных печах, имеющих остаточное давление не выше 10~⁴ мм рт. ст., как правило, применяется¹ экранная теплоизоляция. Это объясняется тем, что она легко дегазируется и практически не влияет на величину натекания газа в печь, а также не вносит в рабочее пространство печи вредных загрязняющих элементов. Большим преимуществом электропечей с экранной теплоизоляцией является их малая тепловая инерция. Поскольку количество тепла, аккумулированного экранами, очень мало, электропечь с экранной теплоизоляцией может быть очень быстро разогрета до установившегося режима и относительно быстро остужена. В связи .с этим в электропечах периодического действия, несмотря на

       ¹ Здесь термин футеровка используется также в. смысле тепловая изоляция,

      158

 

      

      Термопары вводятся В печь через грибковые  уплотнения, приваренные к патрубкам выводов, и обеспечивают замер и регулирование температуры в каждой зоне печи.

      В рабочее пространство печи через  отверстие в крышке устанавливается муфель, изготовленный из жароупорной стальной трубы марки Х23Н18. Муфель закрывается съемной крышкой, на которой имеются штуцера для ввода термопар, замеряющих температуру непосредственно внутри муфеля. На горловине муфеля, выступающей из печи, приварены фланец, герметично уплотняющий отверстие в крышке печи, и патрубок для подсоединения бустерного насоса БН-2000.

      Для выема из печи нагретого муфеля без  напуска в него воздуха предусмотрена  возможность его отсоединения от вакуумной системы. Для этого на муфеле установлены вакуумный затвор с условным проходом 260 мм и сильфонный компенсатор с тем же условным проходом. Печь рассчитана на работу с несколькими муфелями. Нагрев одного муфеля происходит одновременно с охлаждением, загрузкой и выгрузкой других.

      Техническая характеристика шахтных вакуумных  муфельных электропечей приведена в табл. 5-8.

      Таблица 5-8

      Техническая характеристика вакуумных  шахтных муфельных электропечей

       Тип печи 

      Параметры 

      1СШВ-3.6.5/7* 

      СКБ-5097» 
 
 

       Мощность (включая вспомогательное  обо 
рудование), кет 

      В том числе мощность нагревателей, кет

      Число фаз 

      Число тепловых зон 

      Рабочая температура, °С 

      Остаточное  давление, мм рпг. ст. . . . Расход охлаждающей воды, м³/ч .... Размеры рабочего пространства, мм:

      диаметр    

      высота   

      Габариты, мм:

      fag ширина 

      длина     

      '._ высота . . ._ .• . •

      Общий вес, т  

      50 .

      35

      3

      1

      700

      ю-³

      1

      360 500

      3 300

      2 630

      2 980

      3 

      135

      120

      3

      4

      1 150 
5-Ю-⁴

      4

      190

      2 000

      1650

      3 300 
5 380 
7,8

 

      

      * Печь без контрвакуума. ** Печь  с контрвакуумом.

      в) Элеваторные электропечи

      Элеваторными  называются печи, в которых загрузка производится снизу. Вакуумные элеваторные печи получили широкое распространение для различных термических процессов. Они являются почти единственным типом печей, используемых для закалки в жидких средах.

      Элеваторные вакуумные печи можно разделить  на печи с подъемным подом, с подъемным подом и камерой охлаждения, с подвешиваемой садкой и камерой охлаждения.

      Печи  с подъемным подом по конструкции  повторяют работающие в промышленности газонаполненные элеваторные печи и отличаются от них наличием откачной системы и устройством герметизирующих элементов.

      Эти печи состоят из поднятой над уровнем  пола и неподвижно закрепленной нагревательной камеры в виде колпака, одного или нескольких подъемных подов и механизма, обеспечивающего подъем и герметичное соединение пода с нагревательной камерой. Колпак представляет собой вакуумно-герметичныи кожух, внутри которого смонтированы нагревательные элементы и тепловая изоляция. Откачная система подключается к колпаку. Подъемный под —стальной кожух, снабженный тепловой -изоляцией и подставкой, на которую помещается нагреваемая садка. Для удобства транспортирования под обычно устанавливается на тележке. Механизм подъема пода может иметь электрический либо гидравлический привод. Под с загруженной на него садкой подводится под колпак и механизмом поднимается до положения, когда садка оказывается в нагревательной камере, а фланец пода плотно прижимается к ответному фланцу на колпаке.