Вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления

Полезная модель относится к нагревательным печам сопротивления, например, с графитовыми нагревателями, применяемым в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, и может быть использована, в частности, при производстве любых искусственных углеродных материалов.

Вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления, содержащая графитовые нагреватели, расположенные вокруг контейнера с обрабатываемым в электропечи изделием, экранно-насыпную теплоизоляцию, водоохлаждаемые кожух электропечи, верхнюю и нижнюю крышки, токоподводы, вакуумную систему и систему автоматизации, согласно изобретению, электропечь снабжена торцевым нижним нагревателем, а электропитание нагревателей осуществляется от источников стабилизированного постоянного тока.

Полезная модель относится к нагревательным печам сопротивления, например, с графитовыми нагревателями, применяемым в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, и может быть использована в частности при производстве любых искусственных углеродных материалов.

Известна шахтная вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления СКБ-5052 (см. М.С.Лейканд «Вакуумные электрические печи» Изд. «Энергия», 1968 г., Рис.5-15 стр.219), содержащая графитовый нагреватель, расположенный вокруг графитовой корзины с нагреваемыми деталями, экранно-насыпную теплоизоляцию, водоохлаждаемый кожух, верхнюю крышку, днище, токоподводы, вакуумную систему и систему автоматизации.

Этот аналог имеет следующие недостатки:

1. Данная электропечь не может обеспечить требуемую равномерность температуры по высоте рабочего пространства ввиду разности тепловых потерь в нижней и верхней частях между собой и относительно средней части, в результате чего неизбежен высокий градиент температур в вертикальном направлении.

2. В данной электропечи невозможно проведение технологических процессов, связанных с насыщением садки, находящейся в контейнере, легко мигрирующими из него парами веществ (например, кремния).

3. Повышенный расход электроэнергии.

Наиболее близким прототипом заявленной полезной модели по совокупности признаков является шахтная вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления СКБ-5117 (см. М.С.Лейканд «Вакуумные электрические печи» Изд. «Энергия», 1968 г., рис.5-16 стр.220), содержащая стержневые графитовые нагреватели, расположенные вокруг контейнера с нагреваемыми изделиями, экран-насыпную теплоизоляцию, водоохлаждаемый кожух нагревательной камеры, верхнюю крышку, днище, токоподводящие башмаки, вакуумную систему и систему автоматизации.

Этот прототип имеет те же недостатки, что и аналог:

1. Несмотря на разную толщину футеровки по высоте рабочего пространства минимизировать градиент температур в этой электропечи невозможно, так как в торцевых зонах, особенно в нижней, отсутствуют нагреватели и, соответственно, регулируемая компенсация тепловых потерь.

2. В данной электропечи невозможно проведение технологических процессов, связанных с насыщением садки, находящейся в контейнере, легко мигрирующими из него парами веществ (например, кремния).

3. Повышенный расход электроэнергии.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании вакуумной высокотемпературной электропечи сопротивления, не имеющей вышеперечисленных недостатков.

Для решения поставленной задачи создана вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления, содержащая графитовые нагреватели, расположенные вокруг контейнера с обрабатываемым в электропечи изделием, экранно-насыпную теплоизоляцию, водоохлаждаемый кожух электропечи, верхнюю и нижнюю крышки, токоподводы, вакуумную систему и систему автоматизации, отличающаяся тем, что электропечь снабжена торцевым нижним нагревателем, а электропитание нагревателей осуществляется от источников стабилизированного постоянного тока. Вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления может отличаться тем, что за пределами контейнера с обрабатываемым изделием поддерживается давление рабочей атмосферы печи на 35% больше, чем внутри контейнера с загрузкой.

Задача решается за счет введения в конструкцию электропечи нижнего торцевого нагревателя с автономным источником питания постоянного тока и питания основных (боковых) нагревателей от независимого источника стабилизированного постоянного тока. В существующих печах нагреватели запитывались от трансформаторов переменного тока, что приводило к ступенчатому регулированию мощности и, соответственно, температуры в рабочем пространстве, что отрицательно сказывалось на точности поддержания технологического режима, а, значит, и на качестве обрабатываемых в электропечи изделий, приводя также к повышенному расходу электроэнергии.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении качества обрабатываемых в электропечи изделий и экономии электроэнергии.

За счет введения торцевого нагревателя снижен градиент температур по высоте рабочего пространства и, следовательно, повышена равномерность температуры в электропечи. Это повышает качество получаемых изделий, находящихся в равных тепловых условиях.

Осуществление электропитания основных и торцового нагревателей электропечи от независимых источников стабилизированного постоянного тока позволяет, за счет плавного регулирования вводимой мощности и стабильного поддержания заданной температуры, обеспечить точное выполнение технологического режима, что наряду с повышением качества обрабатываемых изделий, существенно снижает расход электроэнергии.

Технологические процессы получения искусственных углеграфитовых изделий связаны с необходимостью проведения высокотемпературного насыщения оболочек (заготовок) этих изделий парами веществ (например, кремния), расплавляющимися при высоких температурах в вакууме.

Как правило, эти технологические процессы продолжительны по времени и требуют использования высокотемпературных вакуумных электропечей сопротивления шахтного типа. Однако существующие вакуумные высокотемпературные электропечи конструктивно непригодны для проведения упомянутых процессов, так как не могут обеспечить удержание паров испаряющихся веществ в контейнерах с загрузкой. В этих печах выделяющиеся пары из контейнеров мигрируют через любые неплотности в них в камеру и вакуумную систему печи, забивая вакуумпроводы, осаждаясь на нагревателях и внутренних поверхностях камеры, что приводит к выходу из строя печи.

В предлагаемой электропечи задача удержания паров веществ в контейнере (реторте) решается путем подачи рабочей атмосферы (например, инертного газа) внутрь камеры печи в обход контейнера.

При этом давление этого газа в печи должно быть на 3-5% больше, чем остаточное давление в контейнере. В этом случае пары веществ за счет разности давлений удерживаются в контейнере и не могут мигрировать в камеру печи.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором изображена вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления.

Вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления содержит графитовые нагреватели 1, расположенные вокруг контейнера (реторты) 2 с обрабатываемым в электропечи изделием 3, экранно-насыпную теплоизоляцию 4, водоохлаждаемый кожух 5, верхнюю 6 и нижнюю 7 крышки, токоподводы 8, вакуумную систему 9 и систему автоматизации (последние 2 системы на чертеже условно не показаны). Под контейнером 2 находится торцевой нижний нагреватель 10. Электропитание нагревателей 2 и 10 осуществляется от независимых источников стабилизированного постоянного тока.

Внутрь вакуумной высокотемпературной электропечи сопротивления, но за пределами контейнера с обрабатываемым изделием 2, подается рабочая атмосфера (например, инертный газ) через патрубок 11, находящийся, например, на крышке 6. Подачу этого газа можно отрегулировать таким образом, что давление рабочей атмосферы газа в печи будет на 3-5% больше, чем в контейнере.

Вакуумная высокотемпературная электропечь сопротивления, содержащая графитовые нагреватели, расположенные вокруг контейнера с обрабатываемым в электропечи изделием, экранно-насыпную теплоизоляцию, водоохлаждаемые кожух электропечи, верхнюю и нижнюю крышки, токоподводы, вакуумную систему и систему автоматизации, отличающаяся тем, что она снабжена торцевым нижним нагревателем, а электропитание нагревателей осуществляется от источников стабилизированного постоянного тока.