Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к электропечам периодического действия для высокотемпературного обжига крупногабаритных, сложнопрофильных керамических изделий типа носовых диэлектрических конусов летательных аппаратов.

Известна печь для термообработки полых, габаритных, тонкостенных керамических изделий (Авт.свид. СССР №853328, кл. F 27 В 9/06, 1979), состоящая из футерованной нагревательной камеры, на стенках которой укреплены проволочные нагревательные элементы, а на вагонетке размещен керамический каркас с прорезями, в которые уложен проволочный нагреватель. На данный керамический каркас устанавливается обжигаемое изделие, сверху которого установлен металлический каркас. Зазоры между изделием, керамическим и металлическим каркасами заполнены порошкообразным наполнителем.

К недостаткам данной печи следует отнести низкую реализуемую температуру (1000-1100°С), которую способны обеспечить проволочные нагреватели, невозможность осуществления термообработки изделий замкнутой формы, сложности изготовления каркасов соответствующих форм, недолговечность работы металлического каркаса из-за воздействия высоких температур.

Наиболее близким техническим решением является электропечь для обжига кварцевой керамики (Малашенко В.П., Руденко П.В. и др. Электропечь для обжига кварцевой керамики. // Стекло и керамика, №8, 1971. - С.29-30), содержащая вертикальную футерованную нагревательную камеру квадратного сечения, вдоль боковых стен которой стационарно установлены один над другим способом «колодец» карбидкремниевые нагреватели подвижного пода с двойным песочным затвором, бомзу для установки крупногабаритного сложнопрофильного керамического изделия, расположенную в центре пода, спиральный проволочный нагреватель, расположенный в пазах пода, механизмы подъема, опускания и вращения пода.

Недостатком конструкции данной электропечи является то, что нагревательные камеры печей данного типа выполняют квадратного сечения. Такое выполнение нагревательной камеры приводит к тому, что под печи имеет малые габариты. Малые габариты пода печи обуславливают ее малую пропускную способность, так как заготовка находится одна в центре пода на бомзе, таким образом за один режим печи обжигается только одна заготовка, что неприемлемо в условиях серийного производства, так как возникает необходимость наращивания парка печей.

Другим недостатком является то, что обжигаемые заготовки устанавливаются на бомзу, расположенную на поду печи, а из-за значительных потерь тепла через под из массивного огнеупора, большой аккумуляции тепла подовой футеровкой, отбирающих тепло из нижней части нагревательной камеры, может возникнуть неравномерность подвода теплового потока по высоте изделия и, как следствие этого, неравномерность спекания и кристаллизации заготовок по всему объему, возникновение в них локальных напряжений, что может привести к выводу заготовок в брак. Данный недостаток обусловлен тем, что площадь пода прототипа составляет 25% от площади боковых стен рабочей камеры, а мощность подового нагревателя, который может быть изготовлен только из проволочных спиралей, составляет всего 7%, что и приводит к тому, что под печи остается более холодным по сравнению со стенами нагревательной камеры. Малая мощность подового нагревателя прототипа также обусловлена невозможностью разместить большее количество спиралей на малой поверхности пода.

Задачейнастоящегоизобретенияявляетсяповышение производительности печей обжига керамических изделий, снижение удельных расходов электроэнергии на единицу продукции и повышение качества обжигаемых крупногабаритных сложнопрофильных изделий.

Поставленная задача достигается тем, что предложена электропечь для обжига керамических изделий, содержащая вертикальную футерованную нагревательную камеру, вдоль боковых стен которой установлены один над другим способом «колодец» карбидкремниевые нагреватели, подвижный под с двойным песочным затвором, спиральный проволочный нагреватель, расположенный в пазах пода, бомзу под установку изделия, механизмы подъема, опускания и вращения пода, отличающаяся тем, что нагревательная камера печи выполнена шестигранной, на поду печи установлены столы с возможностью вращения вокруг собственной оси, каждый стол выполнен в виде жаропрочного стакана, в который вставлена силовая керамическая опора с керамической центрирующей пробкой, а на верхнем торце опоры установлена керамическая силовая подложка, на которой установлена бомза на высоте от пода, равной 0,4-0,6 диаметра бомзы, но не ниже второго ряда настенных нагревателей.

Авторами экспериментально установлено, что выполнение нагревательной камеры шестигранной позволяет существенно увеличить площадь пода и расширить технологические возможности электропечи.

Увеличенный под позволяет установить на своей поверхности столы, выполненные с возможностью вращения вокруг собственной оси, которые удерживают обжигаемые изделия на бомзах, при этом на каждый стол устанавливается только одно изделие. Количество установленных столов ограничивается только габаритами обжигаемых керамических изделий. Таким образом, благодаря такому выполнению нагревательной камеры и пода печи существенно снижается расход электрической энергии в расчете на единицу произведенной продукции, а также существенно повышается пропускная способность печи.

Экспериментально установлено, что выполнение столов под установку бомзы с изделием в виде жаропрочного стакана, в который вставлена силовая керамическая опора с керамической центрирующей пробкой, а на верхнем торце опоры установлена керамическая силовая подложка, на которой установлена бомза, при этом высота от поверхности пода до обжигаемого изделия должна составлять 0,4-0,6 диаметра бомзы, обеспечивает устойчивое вращение стола и исключает завал изделия в процессе обжига.

Установлено, что выполнение столов так, чтобы обжигаемые изделия располагались на высоте от пода, равной 0,4-0,6 диаметра бомзы, на которой они установлены, но не ниже второго ряда настенных нагревателей, приводит к более равномерному подводу теплового потока по высоте изделия. Кроме того, предлагаемое выполнение столов позволяет освободить большую часть поверхности пода под размещение более мощного нагревателя, что также приводит к достижению заявленного результата.

Также было установлено, что в предложенной печи изделия располагаются ближе к настенным нагревателям, чем у прототипа, обеспечивая тем самым более равномерный подвод теплового потока к их поверхности и более равномерное распределение свойств по объему.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 - схематический вертикальный разрез печи; на фиг.2 - вертикальный разрез стола для установки и вращения изделия; на фиг.3 - компоновка столов при шестигранном сечении нагревательной камеры (для семи столов).

Электропечь для обжига керамических изделий состоит из нагревательной камеры 1, подвижного пода 2, плотно закрывающего нагревательную камеру снизу посредством двойного песочного затвора 3, на поду печи установлены столы 4, каждый из которых состоит из жаропрочного стакана 5, силовой керамической опоры 6, керамической центрирующей пробки 7, керамической силовой подложки 8; бомзы 9; механизма подъема-опускания пода 10; механизмов вращения пода в целом 11 и каждого стола в отдельности 12; карбидкремниевых нагревателей 13, установленных один над другим способом «колодец» вдоль боковых стен нагревательной камеры; спирального проволочного нагревателя 14, размещенного на поде.

Электропечь для обжига керамических изделий работает следующим образом.

Нагревательная камера 1 выполняется так, чтобы при подъеме пода 2 происходило плотное закрытие рабочего объема электропечи. Песочный затвор 3 обеспечивает требуемую воздухонепроницаемость рабочего объема как в неподвижном состоянии, так и при вращении.

Перед обжигом изделия устанавливают каждое на свой стол 4, установленный на поверхности пода, при этом число столов ограничивается только габаритами обжигаемых керамических изделий. Вращение столам передается через жаропрочный стакан 5, несущий на себе силовую керамическую опору 6 с керамической центрирующей пробкой 7, на верхнем торце опоры установлена керамическая силовая подложка 8, на которую устанавливают бомзу 9 определенного диаметра, зависящего от габаритов изделия. Такое выполнение вращающегося стола обеспечивает устойчивое вращение обжигаемого изделия, а центровка бомзы с подложкой и подложки с опорой посредством центрирующей керамической пробки 7 обеспечивают равномерный подвод тепла к поверхности обжигаемого изделия. При помощи механизма подъема-опускания пода 10 под поднимается и закрывает нагревательную камеру. Включается механизм вращения пода 11, при этом автоматически срабатывает механизм вращения каждого отдельного стола 12, вращение от которого передается на жаропрочный стакан 5. Подается напряжение на карбидкремниевые нагреватели 13, расположенные на боковой поверхности нагревательной камеры, и на спиральный проволочный нагреватель 14, размещенный на поде. После завершения режима термообработки под опускается и обожженные изделия извлекаются.

Эффективность изобретения поясняется представленным примером.

Пример

Из одного и того же шликера литийалюмосиликатного стекла была отформована партия из 7 крупногабаритных сложнопрофильных изделий (высота изделия 650 мм, диаметр основания 250 мм) типа носового диэлектрического конуса летательного аппарата.

Изделие №1 обжигалось в печи аналогичной прототипу, по следующему режиму: сушка оболочки при температуре 200°С с выдержкой 2 часа; ступенчатый обжиг со скоростью подъема температуры в печи 60°С/час, сначала до температуры зародышеобразования 650°С и выдержкой при этой температуре в течение 5 часов, а затем до верхней температуры кристаллизации 1250°С с выдержкой при этой температуре в течение 6 часов, после чего осуществлялось инерционное охлаждение печи до температуры 250°С.

Изделия №№2, 3, 4, 5, 6, 7 обжигались в печи, выполненной по предложенному решению. Каждое изделие устанавливалось на отдельный рабочий стол (схема установки заготовок представлена на фиг.3), расположенный на краю пода. Далее следовал обжиг по приведенному выше режиму.

Из технологических припусков обожженных изделий изготавливались образцы и определялись основные физико-технические свойства, которые представлены в таблице.

Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют, что использование предложенной электропечи позволяет существенно повысить производительность печей обжига, более чем в три раза снизить удельный расход электроэнергии на единицу продукции, а также повысить качество обжигаемых изделий.

Источники информации

1. Авт.свид. СССР №853328, кл. F 27 В 9/06, 1979.

2. Малашенко В.П., Руденко П.В. и др. Электропечь для обжига кварцевой керамики. //Стекло и керамика, 1971, №8. - С.29-30.