Патент на изобретение №2300720

(54) ЭЛЕКТРОПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Электропечь сопротивления для нагрева крупных слитков содержит кожух, футерованную рабочую камеру с дверцей, выдвижной под, электрические нагреватели, источник питания и систему автоматического регулирования температуры. Длина выдвижного пода составляет 0,6-0,9 общей длины пода печи, остальная часть которого примыкающая к задней торцевой стенке печи, выполнена стационарной. При использовании изобретения увеличивается срок службы нагревателей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к применяемым в металлургии электропечам сопротивления, а именно к камерным электропечам сопротивления с выдвижным подом для нагрева и термообработки крупных цилиндрических заготовок и слитков.

Широко известны конструкции камерных электропечей сопротивления с выдвижным подом, состоящие из футерованного огнеупорами кожуха, перемещаемого на тележке по рельсам выдвижного пода, нагревателей, источника питания и регулятора температурного режима нагрева. Известен вариант конструкции печи, при котором передняя торцовая стенка печи закреплена на тележке, перемещающей под. Нагреватели размещены на выдвижном поде, своде, боковых и торцовых стенах печи (см. “Электротермическое оборудование”. Справочник под редакцией А.П.Альтгаузена, 2-е изд. М.: Энергия, 1980 г., стр.139, рис.5-89).

В другом известном варианте конструкции электропечи с выдвижным подом на передней торцевой части кожуха печи расположена футерованная огнеупорами дверца, поднимаемая при перемещении выдвижного пода вертикально или под небольшим углом к вертикали посредством специального механизма. Нагреватели размещены на перемещаемом поде, боковых стенках и задней торцевой стенке печи (см. “Электрические промышленные печи”. Учебник для вузов, 4.1, А.Д.Свенчанский, Электрические печи сопротивления., изд. 2-е, М.: Энергия, 1971, стр.113, рис.4-10).

Недостатком вышеуказанных вариантов конструкции печи являются: низкая стойкость подовых нагревателей, обусловленная их перегревом (при расположении нагревателей под плитами) или шунтированием осыпающейся с нагреваемого изделия окалиной (при использовании “открытых” подовых нагревателей), а также большая тепловая инерция печи, обусловленная применением в ней “тяжелой” кирпичной футеровки.

Наиболее близкой конструкцией электропечи того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электропечь с выдвижным подом, предназначенная для нагрева цилиндрических слитков массой до 5 т (см. Бершицкий И.М. и др. Энерго- и материалосберегающие электропечи сопротивления в сб. “Материалы 2-й международной научно-практической конференции “Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии”, 3-5 декабря 2002 г., М.: стр.586-587).

Эта электропечь, принятая за прототип заявленной электропечи, состоит из футерованного изнутри металлического кожуха, перемещаемого по рельсам футерованного выдвижного пода, нагревателей, источника питания с тиристорным управлением, автоматического регулятора температуры нагрева, термопарных датчиков температуры. На передней торцевой стенке печи имеется футерованная дверца. Футеровка свода, стен и дверцы выполнена на базе легковесных волокнистых материалов. Нагреватели из железохромалюминиевого сплава размещены на задней торцевой стенке, дверце и боковых стенах печи. На подвижном поде печи установлены съемные подставки для нагреваемого слитка. Использование в этой печи легковесных волокнистых футерованных материалов, а также устранение подовых и сводовых нагревателей обусловливает устранение вышеуказанных недостатков, присущих электропечам с тяжелой футеровкой и подовыми нагревателями.

Основной причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании конструкции печи, принятой за прототип, является относительно низкий срок службы нижнего ряда нагревателей, размещенных на задней торцевой стенке печи, и соседних участков нижних рядов нагревателей боковых стенок, вызываемый резким охлаждением их в начальный момент перемещения выдвижного пода после завершения нагрева изделия. Кроме этого, свод известной печи, выполненный из отдельных уложенных встык блоков из волокнистых огнеупоров, не обеспечивает требуемой герметизации и тепловой изоляции рабочего пространства печи из-за появления в процессе ее эксплуатации зазоров между отдельными блоками футеровки свода. Результатом этого являются причиной увеличения тепловых потерь и повышенное окисление поверхности нагреваемого изделия. Определенным недостатком известной конструкции является также ухудшение равномерности нагрева при использовании одинаковых по высоте опор (подставок) для слитков различных диаметров.

Исходя их вышесказанного основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение срока службы нагревателей, размещенных на задней торцевой и боковых стенках печи. Одновременно преследуется цель решения вопросов улучшения герметичности и теплоизоляции футеровки свода, обеспечения удобств ее монтажа и демонтажа и повышения эффективности и равномерности нагрева цилиндрических заготовок различного диаметра.

Техническим результатом применения заявляемого изобретения является снижение скорости охлаждения и в итоге повышение срока службы нагревателей. Другим положительным техническим результатом использования заявляемой конструкции печи является снижение тепловых потерь печи и, соответственно, снижение удельного расхода электроэнергии при одновременном повышении выхода годного в результате меньшей окисленности металла и снижения затрат на обдирку (зачистку) слитков от окислов, образующихся на их поверхности в процессе его нагрева в печи. Положительным результатом использования заявляемого изобретения является также удобство монтажа и демонтажа футеровки свода.

Вышеуказанные технические результаты при реализации изобретения достигаются тем, что в отличие от известных конструкций печей с выдвижным подом в заявляемой конструкции электропечи длина выдвижного пода составляет 0,6-0,9 общей длины подины, остальная часть которой, примыкающая к задней торцевой стенке печи, выполнена стационарной. В результате этого при перемещении выдвижного пода после окончания нагрева слитка неподвижная часть подины служит тепловым экраном, снижающим скорость охлаждения наиболее уязвимых частей нижних рядов нагревателей, расположенных на задней торцевой и боковых стенках печи, что приводит в итоге к увеличению срока их службы. Указанный выше нижний предел (0,6) этого соотношения обусловлен требованием устойчивости тележки выдвижного пода при консольном расположении на ней нагреваемого слитка, а верхний предел (0,9) – минимальным приемлемым экранирующим воздействием стационарной части подины на нижние ряды нагревателей в начальной стадии перемещения выдвижного пода после окончания нагрева слитка.

Улучшение герметичности и тепловой изоляции свода печи, а так же удобство его монтажа и демонтажа обеспечиваются благодаря модульному исполнению футеровки в виде пакета пластин из легковесных огнеупорных материалов, закрепленных на металлической раме посредством сквозных шпилек с гайками, крючков и металлических пластин, опирающихся на кронштейны, размещенные на боковых стенках кожуха печи.

Улучшение уплотнения зазоров между модулями футеровки свода и его теплоизоляции в заявляемой конструкции обеспечивается посредством теплоизоляционных прокладок и дополнительного теплоизолирующего слоя из волокнистых легковесных материалов толщиной, равной 0,1-0,3 толщины футерованных блоков, размещенного под кожухом на наружной поверхности футеровки свода.

Для повышения эффективности и равномерности нагрева заготовок (слитков) различного диаметра, заявляемая электропечь оснащена набором сменных подставок из жаропрочных материалов, высота каждой их которых соответствует расположению оси нагреваемого слитка заданного сечения на высоте, равной 0,4-0,6 высоты рабочего пространства печи.

При исследовании отличительных признаков заявленного изобретения не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся конструкции электропечей с выдвижным подом. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, не позволил обнаружить аналог, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков, позволил выявить ряд существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленной конструкции электропечи, изложенных в формуле изобретения, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Дополнительный поиск известных решений не выявил признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемой конструкции электропечи или вытекающих явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 изображено сечение заявленной электропечи сопротивления (вид сбоку в разрезе), на фиг.2 – сечение печи (вид спереди) в разрезе, а на фиг.3 – сечение части футеровки свода в месте стыка модулей.

Электропечь включает футерованный волокнистыми огнеупорами металлический кожух (2), футерованную рабочую камеру с дверцей 1, перемещаемой под углом к вертикали с помощью механизма (3). Нагреватели (4) размещены на задней торцевой и боковых стенках печи и дверце (1). Выдвижной футерованный под печи (5) перемещается на тележке (6) по рельсам (7). Часть пода (21) печи, прилегающая к задней торцевой стенке печи выполнена стационарно. На выдвижном поде установлены сменные подставки (8), высота которых соответствует диаметру нагреваемого слитка (9).

Футеровка свода выполнена в виде расположенных по длине печи модулей (16).

Каждый модуль (16) футеровки свода представляет собой пакет пластин прямоугольной формы из легковесных огнеупорных волокнистых материалов, скрепленных между собой сквозными шпильками (11) с гайками (12) и пластинами (14) и закрепленных на металлической раме (10), опирающейся на кронштейны (15) в боковых стенках кожуха (2).

Для улучшения условий монтажа и демонтажа модули (16) стянуты между собой шпильками (18) с гайками (19). В стыках между модулями (16) по всей их длине проложены прокладки (17) из того же материала, что и пластины модуля (16). Из таких же материалов выполнен мат (20), расположенный в зазоре между наружной поверхностью футеровки свода и кожухом печи (2).

Работа электропечи осуществляется в периодическом режиме следующим образом. После завершения нагрева очередного слитка отключается электропитание, открывается загрузочная дверца (1) и выдвижной под (5) с установленными на нем подставками (8) и слитком (9) выезжает по рельсам (7) из-под печи на позицию разгрузки. При этом в начале движения выдвижного пода (5) стационарная часть пода (21) экранирует нижние ряды нагревателей, установленных на торцевой и боковых стенках электропечи, предотвращая их резкое остывание. После разгрузки слитка (9) цеховым краном происходит в случае необходимости смена подставок (8) в соответствии с типоразмером следующего нагреваемого слитка. Новый слиток устанавливается цеховым краном на подставки (8) и выдвижной под (5) перемещается в печь до стыковки с неподвижной частью (21) пода. Дверца (1) печи опускается и включается электропитание печи. После завершения нагрева слитка операции, описанные выше, повторяются снова. В процессе работы печи прокладки (17), установленные между модулями (16) футеровки свода, и мат (20) из волокнистых огнеупоров способствуют снижению уровня тепловых потерь печи и препятствуют поступлению в электропечь свежих порций воздуха, что приводит к снижению степени окисления поверхности слитка.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой электропечи следующих совокупных условий:

– заявляемое изобретение предназначено для использования в металлургии для нагрева и термообработки крупных слитков;

– подтверждена возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью описанных в заявке средств и методов;

– преимущество изобретения состоит в возможности увеличения срока службы нагревателей, сокращения расхода электроэнергии в результате снижения тепловых потерь и повышения выхода годного за счет уменьшения окисления металла при нагреве, а также в обеспечении удобства монтажа и демонтажа футеровки свода. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Электропечь сопротивления для нагрева крупных слитков, содержащая кожух, футерованную рабочую камеру с дверцей, выдвижной под, электрические нагреватели, источник питания и систему автоматического регулирования температуры, отличающаяся тем, что длина выдвижного пода составляет 0,6-0,9 общей длины пода печи, остальная часть которого, примыкающая к задней торцевой стенке печи, выполнена стационарной.

2. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что футеровка свода рабочей камеры печи выполнена в виде расположенных в линию по длине печи модулей, каждый из которых состоит из пакета контактирующих между собой по большим граням прямоугольных пластин из легковесных волокнистых огнеупорных материалов, закрепленных на металлической раме посредством сквозных шпилек с гайками, крючков и расположенных на краях пакета металлических пластин, опирающихся на кронштейны, размещенные на боковых стенках кожуха печи.

3. Электропечь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между модулями футеровки свода проложены прокладки из легковесных волокнистых теплоизоляционных материалов, а в зазоре между наружной поверхностью футеровки свода и кожухом печи размещен мат из волокнистых теплоизоляционных материалов, толщина которого составляет 0,1-0,3 толщины футеровки свода.

4. Электропечь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена комплектом сменных подставок, расположенных на выдвижном поде и выполненных с размерами, обеспечивающими расположение оси нагреваемого слитка на высоте, равной 0,4-0,6 высоты рабочего пространства печи.

РИСУНКИ