Відкритий знімний нагрівач для електропечей опору

1. Відкритий знімний нагрівач для електропечей опору, що містить металевий нагрівальний елемент, два виводи, керамічні трубки, теплоізо C2 2 (19) 1 3 80027 чинає окислятися, викликаючи замикання нагрівального елемента окалиною, що обсипається, і збільшення теплового опору радіаційної труби. Перегоряння нагрівального елемента і руйнування підтримувальних фасонних ізоляторів можуть приводити до його коротких замикань на радіаційну трубу і утворенням на її внутрішній поверхні напливів металу, що виключають можливість збірання нагрівача без ризику ушкодження його фасонних ізоляторів. Прототипом винаходу є відкритий знімний нагрівач для газонаповненої електропечі [а.с. СРСР №836494, М. Кл. F27D11/02], який складається з металевого нагрівального елемента, двох виводів, керамічних трубок, теплоізолятора, фасонних ізоляторів для підтримування геометричної форми нагрівального елемента, кришки для герметичного закріплення нагрівача на кожусі електропечі і трубчастого каркаса, що проходить через отвори керамічних трубок, теплоізолятора і фасонних ізоляторів, причому порожнину трубчастого каркаса продувають робочим середовищем, використовуваним в електропечі, зі швидкістю руху потоку 510м/сек. Недоліком відомого відкритого знімного нагрівача є необхідність використання для охолодження його трубчастого каркаса робочого середовища з високою швидкістю потоку, одержання якої зажадає роботи газоготувальної установки при підвищеному тиску або застосування додаткової газодувки безпосередньо перед подачею робочого середовища у електропіч. Крім того, для ефективного тепловідводу буде потрібно збільшити витрати робочого середовища у порівнянні з її звичайною витратою, що ставить під сумнів економічну доцільність ідеї підвищення ресурсу нагрівача за рахунок його охолодження за допомогою робочого середовища. Іншим недоліком конструкції даного нагрівача є занадто близьке розташування струмонесучих виводів біля тр убопроводу подачі робочого середовища у порожнину каркаса нагрівача, а також велика кількість трубопроводів, які необхідно установити на електропіч, що неминуче приведе до зниження її надійності. Крім того, недоліком даного нагрівача є форма його нагрівального елемента, яка представляє собою зиґзаґ, що обгинає циліндричну поверхню. Ме ханізація процесу виготовлення нагрівального елемента такої форми вимагає розробки спеціального пристосування або верстата. До того ж нагрівальний елемент має ділянки з малим радіусом кривизни, на яких при виконанні операції гнуття дроту можуть утворюватися мікротріщини, що приводять до передчасного виходу з ладу нагрівального елемента через перегрів його ділянок з малим радіусом кривизни. При експлуатації нагрівача у вертикальному положенні верхні площини фасонних ізоляторів, що служать для підтримання геометричної форми нагрівального елемента, стають місцями скупчення окалини, що обсипається з його поверхні, а також - осідання сажі з вуглеводнево-вміщуваної атмосфери пічного простору. Скупчення окалини і сажі викликають електричні замикання нагрівального елемента. Причому, ці замикання можуть відбуватися між двома ділянками проводу, що ма 4 ють більшу різницю потенціалів, яка порівнянна з падінням напруги між двома точками проводу, які відстоять один від одного на відстані двох довжин прямолінійних ділянок проводу нагрівального елемента. Задачею винаходу є створення відкритого знімного нагрівача для електропечі з контрольованої вуглеводневовміщуваною атмосферою, в якому застосування нової сукупності, форм і взаємного розташування конструкційних елементів дозволить знизити питомі витрати на термічну або хімікотермічну обробку виробів у зазначеній електропечі. Рішення даної задачі досягається тим, що відкритий знімний нагрівач для електропечі з вуглеводнововміщуваною атмосферою, що складається з металевого нагрівального елемента, двох виводів, керамічних тр убок, теплоізолятора, фасонних ізоляторів для підтримання геометричної форми нагрівального елемента і кришки для герметичного закріплення нагрівача на кожусі електропечі, відповідно до винаходу виводи мають різну довжину, нагрівальний елемент виконаний у формі спіралі, у внутрішньому просторі якої розташована частина більш довгого виводу, а кожний з фасонних ізоляторів для підтримання спіральної форми нагрівального елемента знаходиться у безпосередньому контакті тільки із двома сусідніми витками спіралі і з циліндричною поверхнею керамічної трубки, розташованої усередині цієї спіралі. Рішення поставленої задачі досягається також тим, що всі фасонні ізолятори мають профіль, котрий дозволяє підтримувати спіральну форму нагрівального елемента з різним діаметром навивки його спіралі, а частина більш довгого виводу, рівна довжині теплоізолятора, виконана з металу з істотно більш високою електропровідністю, ніж інша частина цього виводу. Використання дійсного винаходу при виготовленні і експлуатації відкритого знімного нагрівача для вуглеводневовміщуваної електропечі при наявності у ньому відповідно до винаходу виводів різної довжини, спірального нагрівального елемента, у вн утрішньому просторі якого розташована частина більше довгого виводу, фасонних ізоляторів для підтримання спіральної форми нагрівального елемента, яки знаходяться у безпосередньому контакті тільки з двома сусідніми витками спіралі і з циліндричною поверхнею керамічної трубки, розташованої усередині цієї спіралі, дозволяє: - зменшити вплив процесу утворення сажі в робочому просторі електропечі на величину електричних параметрів нагрівача й, цим самим, збільшити його ресурс; - знизити число випадків виходу з ладу нагрівача через термічні деформації його каркаса, роль якого виконує більш довгий вивід, виготовлений з металів з різною електропровідністю, а керамічна трубка виконує функцію обмежника термічних деформацій цього виводу; - знизити собівартість виготовлення і ремонту нагрівача за рахунок зменшення кількості і вартості використовуваних конструкційних елементів; 5 80027 - зменшити кількість зупинок електропечі для заміни нагрівачів, що вийшли з ладу; - знизити витрату електроенергії на розжиги електропечі за рахунок скорочення числа її позапланових зупинок; - збільшити продуктивність електропечі за рахунок зменшення сумарної тривалості простоїв на заміну нагрівачів і на її розжиги; - знизити трудомісткість термічної і хімікотермічної обробки виробів, а також ремонту електропечі; - виконати задачу, поставлену в основу винаходу - зменшити питомі витрати на термічну або хіміко-термічну обробку виробів в електропечі з контрольованою вуглеводневовмісную атмосферою. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На кресленні, Фіг.1, зображений відкритий знімний нагрівач для електропечі з контрольованою вуглеводневовмісную атмосферою. На Фіг.2 - активна частина нагрівача в 1ії поперечному перерізі. На Фіг.3 показаний варіант виконання фасонного ізолятора для підтримання спіральної форми нагрівального елемента. Для наочності фасонний ізолятор зображений в аксонометричній проекції. Нагрівач складається з металевого нагрівального елемента і спіральної форми, виводів 2 й 3, керамічних трубок 4, теплоізолятора 5, фасонних ізоляторів 6 для підтримання спіральної форми нагрівального елемента 1 і кришки 7 для герметичного закріплення нагрівача на кожусі електропечі. Вивід 3, який більш довгий виводу 2, частково розташований усередині спіралі нагрівального елемента 1 і проходить через отвори керамічних трубок 4, теплоізолятора 5 і кришки 7. Роль каркаса нагрівача виконує вивід 3, одна частина якого має різьбовий хвостовик і виконана з нержавіючої сталі, а інша частина - зі сплаву з високим питомим електричним опором. Кожний з фасонних ізоляторів б має безпосередній контакт тільки з двома сусідніми витками спіралі нагрівального елемента 1 і з циліндричною поверхнею керамічної трубки 4, що розташована усередині спирали нагрівального елемента 1. Збирання нагрівача, зображеного на Фіг.1, роблять у наступному порядку. На виводи 2 і 3 надягають керамічні трубки 4, на які натягують теплоізолятор 5. На різьбових кінцях виводів 2 і 3 закріплюють кришку 7, герметизуючи в ній отвори, через які проходять виводи 2 й 3. Спіраль нагрівального елемента 1 виконують відповідно до розрахункових значень діаметра навивки спіралі і кількості її витків. Крок навивки спіралі повинен бути менше розрахункового приблизно на 10%. Це обходжено для більше надійної фіксації фасонних ізоляторів б при установці їх між витками спіралі нагрівального елемента 1. Діаметр навивки цієї спіралі повинен бути таким, щоб після установки фасонних ізоляторів 6 її можна було надягти на 6 керамічну трубку 4, надягнуту на вивід 3. Після цього, кінці нагрівального елемента 1 зварюють з кінцями виводів 2 й 3. Повністю зібраний нагрівач закріплюють на кожусі електропечі після введення його активної частини в пічний простір через спеціально виконаний для цієї мети наскрізний отвір в кожусі і футеруванні електропечі. Вертикальне положення нагрівача є найкращим, тому що воно дає можливість ефективно використати вантажопідйомні засоби при монтажі і демонтажі нагрівачів, а також дозволяє підвищити електробезпечність печі, завдяки розташуванню зовнішніх кінців струмонесучих виводів 2 і 3 на верхньої, а не на бічній стінці цієї печі. Експлуатація нагрівачів у електропечі з вуглеводневовмісную атмосферою передбачає періодичне випалювання відкладень сажі на нагрівачах і внутрішніх поверхнях футерування електропечі. Нагрівачі, виконані відповідно до винаходу, були випробувані на електропечах СНЦ 5.10.5/10 з ендотермічною атмосферою. Випробування довели їхню перевагу в порівнянні з нагрівачами, передбаченими конструкторською документацією зазначених електропечей, за наступними показниками: - середньому терміну служби нагрівача; - продуктивності електропечі; - собівартості виготовлення і ремонту нагрівача; - витраті електроенергії на розжиг електропечі; - питомій витраті електроенергії, ендогаза, природного газу і жароміцної сталі на термообробку виробів. На думку автора матеріали заявки відповідають рівню винаходу по наступних ознаках. По зведенням, наявним у заявника, сукупність істотних ознак, що характеризують сутність винаходу, що заявляється, невідома з рівня існуючої техніки в даній області, що вказує на відповідність винаходу критерію "новизна". Сутність винаходу для фа хівця не випливає явно з відомого рівня техніки, тому що з нього не виявляється сукупність відмітних ознак, викладена у винаході, що дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію "винахідницький рівень". Сукупність істотних ознак, що характеризують сутність винаходу, може бути багаторазово використана в машинобудуванні при виготовленні і експлуатації газонаповнених електропечей з досягненням заданого технічного результату - зниження питомих витрат на термічну і хіміко-термічну обробку виробів у зазначених електропечах, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "промислова придатність". З розглянутих матеріалів видно, що між сукупністю істотних ознак і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 80027 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601