Вакуумные печи

      286

 

      

      

      usv _,6nq

      I 
j  r.

        
 

      

      UZZ

      

      _Ж

      

      Узел  П

      Видб

      

      

      А-А

      /=ч I

      

      Рис. 4.12. Прутковый нагреватель 

      должна  быть ниже температуры контактной реакции  с используемой в печи керамикой). Нагреватели могут подвешиваться на штырях или укладываться на полках, закладываемых в футеровку. В печах с экранной теплоизоляцией такие нагреватели подвешиваются на керамических изоляторах, крепящихся к наиболее холодному экрану с помощью штырей.

      Вторая  группа — проволочные нагреватели  в виде прутков. Наибольшее распространение получил нагреватель из прутков, свободно навешиваемых на токоведущие дуги (рис. 4.12).

      В верхней части нагревателя имеются  три токоведущие дуги, каждая из которых соединяется с одной из фаз трехфазной сети. В нижней части несколько сплошных колец из проволоки замыкают концы нагревателей, образуя нуль электрической звезды. Нагреватель подвешивается на стержнях, являющихся одновременно токоподводами к нагревателю.

      Преимуществом нагревателей этой группы является возможность  осуществления токоподвода неохлаждаемыми деталями, благодаря чему снижаются тепловые потери и улучшается равномерность распределения температуры в

      287

 

      

      рабочем пространстве. Такие нагреватели  используются в многозонных вертикальных вакуумных печах с высокой равномерностью температурного поля.

      Третья  группа — нагреватели из тонкого металлического листа. Материал нагревателя — молибденовая или танта-ловая жесть. Вольфрам для изготовления таких нагревателей не применяется из-за трудности его обработки. Недостаток этих нагревателей — склонность к короблению и небольшой срок службы.

      На  рис. 4.13 показан один из вариантов  исполнения такого нагревателя. Он представляет собой цилиндр, образованный тремя свальцованными тонкими листами. В нижней части листы точечной сваркой или заклепками скреплены с кольцом, обеспечивающим электрическое соединение нагревателя в «звезду», а в верхней — с полосами, служащими для крепления нагревателя в печи и для подвода к нему тока.

      Питание нагревателей из тугоплавких металлов осу- 

      

      

      

      

      Рис 4.13. Нагреватель из молибденового листа

      288 

      ществляется от понижающих трансформаторов, подключаемых к сети через автотрансформатор. Этим обеспечивается плавное регулирование мощности. В современных печах вместо автотрансформаторов применяются тиристорные регуляторы.

      В вакуумных электропечах широко применяются нагреватели из графита, механическая прочность которого с повышением температуры увеличивается. Графит обладает сравнительно высоким удельным электрическим сопротивлением и хорошо обрабатывается механически. В последнее время для нагревателей стала применяться гра-фитированная ткань.

 

      

      

      

      

      

 
       

      Рис 4.14. Нагреватели из графита а — стержневой;  б — трубчатый  с прорезями  по образующей; в — трубчатый с прорезями по  окружности

      К числу наиболее часто применяемых  конструкций графитовых нагревателей (рис. 4.14, а) относятся стержневые, являющиеся универсальными, поскольку могут быть применены в электропечах с любыми формой и размерами рабочего пространства. Стержневые нагреватели имеют ■среднюю рабочую и утолщенные выводные части. В тех случаях, когда длина рабочей части нагревателя больше, чем длина имеющейся заготовки, он выполняется составным. Соединение производится на резьбе с помощью графитовой муфты.

      В небольших вертикальных цилиндрических печах нашли применение трубчатые нагреватели (рис. 4.14,6). Они изготовляются из графитовой трубы, по образующей которой делаются прорези (две в однофазном нагревателе и три в трехфазном).

      Иногда  графитовый нагреватель выполняется  в виде гладкой трубы с токоподводами по торцам. Снабдив такой нагреватель средним токоподводом, можно включить его в трехфазную сеть по схеме «открытый треугольник». Осуществляя независимое регулирование мощности каждой половины нагревателя, можно разделить печь на две самостоятельные тепловые зоны.

      В некоторых случаях нагреватель изготовляется из графитовой  трубы,  в  которой  выполнены  прорези  по

      289

 

      

      

      Рис. 4.10. Схема протяжной вакуумной печи с динамическими  уплотнениями

       /f вакуумным n а со сам 

      насосам 

      вуют  исполнения этих печей с вводом в  печь ленты или проволоки извне и исполнение с размоточным и намоточным устройствами, помещенными внутрь печи.

      На  рис. 4.10 представлена протяжная вакуумная  печь, выполненная по первой схеме.

      Лента (проволока) проходит через динамическое уплотнение /, представляющее собой несколько последовательных камер с индивидуальной откачкой. В стенках смежных камер имеются уплотняемые отверстия. Затем лента попадает в нагревательную камеру 2, холодильную камеру 3 и через второе динамическое уплотнение выходит наружу. Для проводки ленты печь снабжена механизмами 4 и 5.

      В протяжных вакуумных печах, выполненных  по второй схеме, отсутствуют динамические уплотнения, а рулон с лентой, смоточное и намоточное устройства помещаются внутрь вакуумного пространства.

      4.1.4. Тепловая изоляция. Наряду с обычными требованиями, предъявляемыми к тепловой изоляции, — огнеупорность, термостойкость, высокие теплоизоляционные свойства— теплоизоляция вакуумных печей должна хорошо обезгаживаться, а ее материал должен обладать низкой упругостью пара и не вступать во взаимодействие с нагревателями и загрузкой.

      284

 

      

      В соответствии с этим в вакуумных  печах широко применяется экранная теплоизоляция из металлических экранов, а в случаях применения футеровки из огнеупорных и теплоизоляционных материалов их количество сводят к минимуму. Поскольку скорость обезгаживания керамики зависит от ее температуры, в вакуумных электропечах теплоизоляционный слой выполняют тонким, рассчитывая его» так, чтобы температура на внешней поверхности тепловой изоляции составляла 300—400 °С.

      Иногда  для обеспечения жесткости футеровки  и упрощения ее сборки и ремонта кирпич выкладывают внутри-металлического вспомогательного кожуха, который устанавливают в основном кожухе печи.

      Тепловая  изоляция печей на температуру выше 1700°С с нагревателями из тугоплавких металлов, а также всех высоковакуумных печей выполняется из металлических экранов. Материал экранов в зависимости от их рабочей температуры — жесть толщиной 0,1—0,4 мм из вольфрама, молибдена или нержавеющей стали. Конструирование тепловых экранов представляет определенные трудности, связанные с ограниченным сортаментом листа, особенно из вольфрама, а также с трудностями обработки и сварки вольфрама и молибдена. Поэтому экраны из тугоплавких металлов представляют собой обычно небольшие карточки, навешиваемые на штыри, укрепленные на внешнем вспомогательном кожухе из нержавеющей стали. Пример конструкции экранной теплоизоляции вакуумных печей приведен на рис. 4.11.

      В печах с графитовыми нагревателями  в качестве тепловой изоляции используют графит в виде засыпки, плит из пенографита, графитированных войлока и ткани. Обычно-рабочее пространство печи ограничивается графитовыми плитами или кольцами, устанавливаемыми во вспомогательном кожухе. Зазор между графитовыми плитами и этим* кожухом заполняется теплоизоляционным материалом.

      В печах с нагревателями из карбида  ниобия детали-внутренней футеровки также выполняются из карбида ниобия. Тепловая изоляция выполняется из графита.

      4.1.5. Нагревательные элементы. В вакууме  можно использовать для нагревателей материалы, окисляющиеся на воздухе, а также материалы, активно поглощающие газы в нагретом состоянии и вследствие этого теряющие прочность.

      Вакуум  оказывает отрицательное влияние  на работу нагревателей. С повышением температуры упругость паров материала нагревателя увеличивается и скорость испаре-

      285