ШАХТНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ СПЕКАНИЯ,ТЕРМООБРАБОТКИ И ДЕГАЗАЦИИ

Индукционные вакуумные электропечи наряду с плавкой металла нашли широкое применение для .н-а грев а различных изделий с целью их термической обработки, спекания и дегазации. Индукционный нагрев для указанных процессов имеет то преимущество, что он обеспечивает нагрев загрузки до любой высокой температуры, ограничивающейся только работоспособностью футеровочных материалов, и не требует применения специальных нагревательных элементов, а также сложных контактных устройств для подвода тока к нагревателям, что имеет место в электрических печах сопротивления.

В индукционных печах шахтного типа в качестве нагревателя можно использовать сборку вольфрамовых прессованных колец, установленных друг на друга. В печах сопротивления применить такую сборку из колец в качестве нагревателя не удается из-за недостаточного электрического контакта между этими кольцами и малого сопротивления.

Поэтому во многих случаях высокотемпературные вакуумные электропечи делаются индукционными со вспомогательные нагревателем из вольфрамовых колец или графитового цилиндра.

Индукционные электропечи для термообработки, спекания и дегазации могут выполняться двух типов:

а)              печи, в которых токи индуктируются непосредственно в загрузке;

б)              печи, в которых токи индуктируются во вспомогательном нагревателе, установленном между индуктором и загрузкой; нагреватель, разогреваясь, передает тепло загрузке.

Технические характеристики некоторых печей этого типа приведены в табл. 6.

Электропечи с непосредственным обогревом загрузки относительно редки вследствие ограниченности применения. 50

Таблица 6

Технические характеристики некоторых индукционных

вакуумных электропечей для термообработки, спекания

и дегазации со вспомогательным нагревателем

* За размеры рабочего пространстяа приняты внутренние тельной камеры.

размеры нагрева-

В такого рода печах можно нагревать только элёктропро* водящие загрузки, имеющие правильную цилидрическую форму и размещаемые концентрично с индуктором.

Загрузка другой формьи неизбежно будет нагреваться неравномерно, т. е. температурьи разных ее точек будут неодинаковыми и перепад температур в различных точках может достигать весьма значительной величины.

Электропечи второго типа, т. е. имеющие вспомогательный нагреватель, универсальны, так как обеспечивают нагрев загрузки любой формы, из любого материала и с достаточно высокой равномерностью.

Поскольку, как уже было сказано, электропечи с непосредственным нагревом широкого применения не нашли, мы1 ограничимся описанием конструкции печей только со вспомогательным нагревателем.

В качестве нагревателя в этих печах обычно применяются графитовые либо вольфрамовые трубы, которые при значительной длине выполняются из отдельный колец, установленных друг на друга и для устойчивости снабженных торцовыми замками. Теплоизоляция между нагревательной трубой и индуктором выполняется у таких нагревателей из керамических колец-экранов, а для графитовой трубы — в виде засыпки из графитовой крупки. Более подробно описание футеровки электропечей этого типа приводится ниже, в описании конструкции отдельных узлов печей.

Поскольку все электрические индукционные печи для термообработки, спекания и дегазации со вспомогательным нагревателем принципиально однотипны' и различаются лишь геометрическими размерами, вакуумной системой и некоторыми вспомогательными устройствами и механизмами, мы ограничимся описанием конструкции двух электропечей:              ОКБ-530 и ОКБ-533. Эти печи

(рис. 17) аналогичны по конструкции и различаются лишь тем, что первая рассчитана на работу с вольфрамовым цилиндром в качестве нарревателя, а вторая — с графитовым. Конструктивно печи выполнены' из следующих основных узлов: кожуха, крышки, индуктора, футеровки и откачной системы.

Кожух печи цилиндрический с плоским водоохлаждае- мы'м днищем. Для удобства монтажа индуктора и футеровки кожух выполнен из двух сболчиваемых частей, уплотняемых с помощью резиновой прокладки. Боковые поверхности кожуха и фланцы охлаждаются водой.

Рис. 17. Индукционная вакуумная электропечь для спекания.

/ — кожух; 2 — крышка; 5—гляделка; 4 — индуктор; 5—нагреватель; б— керамический экран; 7 —разделительный экран.

Крышка печи плоская; она ужесточена ребрами й также охлаждается водой. На крышке смонтирована гляделка, снабженная экранами, перекрывающими ее, когда не ведется наблюдение.

Индуктор включает три независимые катушки, каждая из которых в свою очередь состоит из двух секций, соединенных параллельно. Концы каждой секции выведены на общую текстолитовую доску зажимов. Витки индуктора и выводы изолированы. Секции и весь индуктор в целом стянуть» с помощью текстолитовых планок, медных скоб и приваренных к катушкам штырей.

Индуктор устанавливается на футерованной подставке на дне кожуха и с помощью растяжек укрепляется концентрично с кожухом печи. В верхней части на индуктор установлена керамическая горловина, через которую производится загрузка печи. Горловина проходит через отверстие в медном разделительном экране, охлаждаемом с помощью напаянной на него трубки. Экран не дает возможности выделяющимся из садки во время ее нагрева парам попасть на индуктор и конденсироваться на нем. В верхней части кожуха приварены кронштейны, являющиеся опорами для системы подвески садки.

Откачка печи производится через два патрубка: верхний — основной, расположенный над разделительным экраном, и нижний — вспомогательный, находящийся под этим экраном. Для того чтобы откачиваемые из печи парь» не могли попасть в зону индуктора через перемычку на откачных патрубках, в последнюю вводится змеевик, охлаждаемый водой. Откачка печи производится тремя бустерными насосами БН-1500 и высоковакуумным агрегатом ВА-8.

В зависимости от величины1 газовыделения в печи к ней подключается либо блок из трех буетерных насосов, либо высоковакуумный агрегат.

Блок буетерных насосов представляет собой трубу- коллектор, на котором установлены три насоса типа БН-1500. Внутри коллектора смонтировань» маслоотражательные экраны, охлаждаемые проточной водой и предотвращающие миграцию масла из насосов в печь.

Схема откачки позволяет резервировать любой из форвакуумных насосов при его останове для ремонта или ревизии. Замер вакуума 1производится в печи и нескольких точках вакуумной системы.

В некоторых технологических процессах необходимо вести плавку в вакууме, обеспечив хорошую дегазацию и рафииировку загрузки, а остывание—под высоким давлением нейтрального газа, тем самым способствуя получению слитка высокой плотности.

Для такого рода процессов были сконструированы! электропечи ОКБ-606 и ОКБ-683.

Технические характеристики вакуумно-компрессионных электропечей ОКБ-606 и ОКБ-683 приведены в табл. 7.

Электропечь типа ОКБ-606 (рис. 18) представляет собой цилиндрический со сферическими днищами вертикальный герметичный сосуд, внутри которого размещается индуктор, навитый из медной трубки. Внутри индуктора установлена вольфрамовая труба, набираемая из отдельных вольфрамовых колец, теплоизолированная от индуктора экранами из двуокиси циркония и служащая нагревателем. Вольфрамовая труба нагревается токами высокой частоты, индуктируемыми в ней полем индуктора.

Кожух печи по всей поверхности охлаждается водой, для чего он снабжен рубашкой. В нижней части в кожух вварен 'патрубок, через который производится загрузка печи. Патрубок герметично закрывается крышкой, снабженной специальным затвором, и уплотняется кольцевым шланговым уплотнением. Последнее представляет собой полое резиновое кольцо, в которое подается под давлением газ.

Затвор загрузочного патрубка запирается с помощью двух гидравлических цилиндров.

Нагреваемая деталь либо тигель устанавливаются на диски из двуокиси циркония, служащие теплоизоляцией подовой части рабочего пространства печи. Крышка загрузочного патрубка с .помощью плунжера может опускаться для загрузки или разгрузки либо подниматься при вводе садки в печь.

В крышке печи установлена гляделка, через .которую можно наблюдать за нагреваемым предметом либо замерять его температуру оптическим пирометром. Гляделка снабжена вращающимся стеклом, дающим возможность в случае загрязнения одной части стекла продолжать наблюдение, поворачивая стекло на небольшой угол.

В кожух печи вварены патрубки для напуска в печь воздуха или газа либо для выпуска газа из печи и откачки

Таблица 7

Технические характеристики вакуумно-компрессорных электропечей ОКБ-606 и ОКБ-683

Рис. 18. Общий вид электропечи типа ОКБ-606.

/ — кожух; 2 — индуктор; 3—вольфрамовая труба (нагреватель); 4 — экраны; 5 —водяная рубашка; 5—патрубок загрузки; 7 —крышка; 8 — затвор; 9 — кольцевое уплотнение; 10 — гляделка; // — подставка; 12—огнеупорные диски; 13 — плунжер; 14 — патрубок для напуска воздуха и выпуска газа; /5—патрубок для откачки печи и напуска в нее газа; 16 и 17 — вакуумно-компрессионные вентили Ду 80.

печи. Схема системы откачки печи и заполнения ее Газом показана на рис. 19.

Для перекрытия полостей с высоким давлением газа печь снабжена двумя вакуумно-компрессионными вентилями Ду-80, вентилем Ду-200 и предохранительным клапаном Ду-50. Все это оборудование снабжено специальными уплотнениями, рассчитанными на работу как при высоком давлении, так и при вакууме. Заполнение печи газом ведется из баллонов. Следует иметь в виду, что газ, напус-

каемый в печь, должен быть очищен от кислорода во избежание окисления и выхода из строя вольфрамовой трубы.

Откачка печи производится бустерным насосом типа БН-1500 и двумя форвакуумными насосами ВН-4Г и ВН-6Г.

Схема откачки дает возможность замены* одного из форвакуумных насосов другим при его ремонте или ревизии. Система откачки снабжена также ловушкой для улав- 58

ливания паров воды и фильтром, задерживающим твердые частицы- от попадания в насосы при откачке печи.

Управление вентилями и шиберами—дистанционное со щита управления печью.

Давление замеряется стрелочным манометром, а вакуум— термопарой вакуумметра, смонтированными на щите управления.

Для подачи масла под давлением до 60 ат -в гидравлические цилиндрь» и плунжерьи используется маслонапорная установка высокого давления, нагнетающая масло в соответствующие гидроцилиндры. Управление ими производится с помощью двух электромагнитных золотников типа 4Г-73-34.

Конструкция печи предусматривает дистанционное наблюдение за загрузкой -в рабочем пространстве печи с помощью специального перископа. Через этот же перископ оптическим пирометром замеряется температура нагреваемого предмета.

Электропечь ОКБ-683 (рис. 20) представляет собой цилиндрический со сферическими днищами горизонтально расположенный герметичный сосуд, внутри которого кон- центрично с ним размещается индуктор, навитый из медной трубки. Внутри индуктора установлена графитовая труба. Пространство между индуктором и графитовой трубой заполнено графитовой крупкой, служащей теплоизоляционные слоем. С торцов печь теплоизолирована графитовыми экранами, полыми графитовыми блоками, заполненными графитовой крупкой, и нормальным шамотным кирпичом. Выводы- индуктора осуществлены через фланец в верхней части кожуха печи.

Графитовая труба служит нагревателем и в свою очередь нагревается токами высокой частоты, индуктируемыми в ней индуктором. По торцам графитовая труба опирается на кольца, изготовленные из высокоглиноземистых огнеупорных материалов.

Кожух печи по всей наружной поверхности охлаждается водой, для чего он снабжен рубашкой. В заднем днище печи расположен люк, через который ведется наблюдение за рабочим пространством печи. Конструкция гляделки, установленной на крышке люка, аналогична конструкции гляделки электропечи ОКБ-606.

Вдоль графитовой трубьи-нагревателя по двум ее сторонам укреплены графитовые балки, в которых установлены ролики. Нагреваемый предмет на поддоне проталкивается

/ — кожух; 2—индуктор; 3 — графитовая труба; 4—графитовая крупка; 5—экраны; б—теплоизоляционный блок; 7—шамотный кирпич; б —вывод индуктора; 9 — фланец; 10—кольцо; //—водяная рубашка; 12—заднее днище; 13 —люк; 14 — гляделка; 15 — крышка люка; 16 — графитовая балка; 17 — ролик; 18 — вакуумный насос ВН-6Г; 19 — маслонапорная-установка; 20 — загрузочный люк; 21 — крышка загрузочного люка; 22—каретка; 23—стол.

в рабочее пространство печи, после чего загрузочное отверстие перекрывается экранами и кирпичной кладкой Н Устройство загрузочного люка такое же, как и v печи ОКБ-606.              у

Рис. 21. Гидравлическая схема электропечи типа ОКБ-683.

1 — маслонапорная установка; 2—бак с маслом; 3—насос; 4 —[фильтр; 5 — предохранительный клапан; 5 —золотник управления; 7 — манометр; 8 — обратный клапан; 9— редукционный клапан; 10 — дроссель; // — золотник; '/2 — гидроцилиндр перемещения тележки; 13 — гидроцилиндры клинового затвора; 14 — гидроцилиндр перемещения крышки.

Закрытие и откатка крышки загрузочного люка, а также перемещения стола производятся гидравлическими приводами, работающими от маслонапорной установки высокого давления (рис. 21).

Конструкция печи ОКБ-683, как и печи ОКБ-606, предусматривает дистанционное наблюдение за рабочим пространством печи и замер температур с помощью перископа и оптического пирометра.