ТРУБЧАТАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ

В предлагаемой трубчатой электрической печи с сопротивлением в виде угольной трубки один из токоподводящих держателей (контактов) выполнен подвижным, например, помощью гибкой медной шины, чем достигается возможность избежать поломки трубки при удлинении ее от нагрева.

Указанное оформление контакта позволяет трубке не только свободно расширяться под влиянием воздействия температуры, но и несколько отклоняться в сторону, если трубка не вполне прямая.

Горение трубки устраняется тем, что даже работа при нормальном давлении происходит в герметичных для трубки условиях. Для полного устранения горения трубки возможно через печь пропускать инертный газ или внутри ее вмонтировать другую огнеупорную трубку, приготовленную, например, из глинозема или окиси циркония. Благодаря этой последней трубке в печи можно получить любую атмосферу.

С целью повышения рабочего напряжения печи угольные нагреватели могут быть выполнены в виде двух или нескольких коаксиально расположенных спиралей, включенных последовательно.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез предлагаемой трубчатой электрической печи, фиг. 2 - то же с нагревателями в виде спиралей.

Основное сопротивление печи выполнено в виде угольной трубки 7, конец которой снизу электрически соединен с вкладышем 9, поджимаемым, для создания хорошего контакта, прижимной гайкой 10. Вкладыш 9 электрически соединен с нижней частью корпуса 2 печи, к которой по шине и болту подводится электрический ток. С другого конца трубка 7 присоединяется посредством вкладыша и прижимной гайки к токоподводящему держателю 14, выполненному подвижным с помощью медных гибких шин 20. Ток к держателю 14 подводится по медной спирали 23 через верхнюю часть 1 корпуса печи. Часть тока проходит по медным шинам 20. Медная спираль 23, служащая для компенсации теплового расширения и также компенсации некоторого искривления угольной трубки, может быть заменена другим приспособлением, достигающим той же цели. Как указывает автор, его опыты доказали, что при наличии подвижного держателя 14 трубка совершенно не трескается.

Чтобы устранить или, по крайней мере, резко уменьшить горение трубки, верхняя и нижняя части корпуса печи в своих швах провариваются. Кроме того, предусматривается возможность засыпки углеродистого материала, например, мелкого древесного угля, в патрубок 15. Уголь, имея развитую поверхность, должен реагировать с кислородом воздуха, находящегося в печи до опыта. Для работы при вакууме сварка должна быть особо тщательной. Обе части печи соединяются болтами, электрически изолированными от корпуса печи помощью вкладышей и шайб, изготовленных из электроизоляционного материала. Герметичность и электрическая изоляция создается помощью резинового кольца. Снизу и сверху может быть устроено приспособление для наблюдения и измерения температур через стекло 12, прижимаемое помощью кольца 13 к фланцу штуцера 11. Уплотняющие резиновые прокладки обеспечивают герметичность печи в этих местах. Подача и отвод газа происходит по трубкам 17 и 16.

Для повышения коэфициента полезного действия печи предусмотрены несколько экранов 3, 5 и 6. Посредством устройства экранов удается в течение очень короткого времени получить в печи максимальную температуру при данном электрическом режиме. Помимо первого экрана можно установить теплоизоляционный слой 4.

В случае отсутствия теплоизоляционного слоя предусматривается охлаждение всего корпуса печи. С целью охлаждения водой резиновой прокладки у большого фланца и нижнего контакта установлены рубашки 18 и 19.

При переходе на измененный диаметр угольной трубки сопротивления изменяют также вкладыши 9.

Печь может принять любое положение, поворачиваясь на двух приваренных к корпусу печи цапфах (на чертеже не показанных).

В случае нежелательности наличия в печи восстановительной атмосферы внутри нагревательной трубки 7 устанавливается другая трубка, выполненная из огнеупорного материала, например, из глинозема или окиси циркония.

Возможны и другие способы устранения углеродистой атмосферы внутри огнеупорной неуглеродистой трубки 7.

В случае желания вести возгонку вещества с улавливанием соответствующих паров предусматривается патрубок 21, куда монтируется соответствующий конденсатор.

По указанию автора, работа на печи вышеописанной конструкции показала, что угольные трубки в ней не трескаются и не горят, т.е. при правильном уходе трубки могут служить очень долго (порядка сотен и даже тысяч часов). В печи также стоят угольные трубки с пониженными качествами, например, имеющие значительную кривизну. Разогрев печи весьма быстрый. Температура в 2000° создается в течение 5 минут без каких-либо последствий для трубки. При изменении температуры на 200-300° печь в течение 0,5-1 минуты входит в стационарный процесс, т.е. принимает максимальную температуру, соответствующую данному электрическому режиму. Это последнее преимущество имеет место только при отсутствии теплоизоляционного слоя и наличии экранов.

Пуск в ход печи также не занимает много времени. Он сводится к тому, чтобы поместить в печь сосуд с веществом (0,5 минуты), заболтить верхнюю или нижнюю заглушку на трех болтах (1,0-1,5 минуты); через каждые несколько плавок следует произвести засыпку угля через патрубок 15. Конструкция печи позволяет производить исследования при любых атмосферах.

Описываемая печь имеет еще одно преимущество - универсальность, так как она пригодна и для исследования при вакууме и давлении, причем, как это видно из чертежа, печь не отличается особой сложностью.

Общеупотребительные трубчатые печи с угольным сопротивлением требуют для своего питания понизительного трансформатора, стоимость которого превосходит стоимость печи. Печь с угольным сопротивлением, изображенная на фиг. 2, работает непосредственно от сети. В этой печи сохранены все принципы предыдущей конструкции, а именно: герметичность и подвижность одного из контактов, кроме того сама трубка выполнена винтообразной (т.е. в виде цилиндрической спирали). Расчеты показывают, что для обеспечения полного поглощения напряжения сети в 110 и 220 вольт необходимо устройство очень частой нарезки (что соответствует очень малому шагу). Винтовая трубка с малым шагом является механически непрочной. Чтобы увеличить падение напряжения на сопротивлении последовательно с внутренней угольной трубкой 24 (фиг. 2), выполненной в виде спирали, соединяют вторую наружную, тоже в виде спирали, трубку 25, коаксиально расположенную относительно первой. Трубки соединяются между собою стальными кольцами 26, которые соединены между собой гибкими проводниками 27 с прижимными контактными кольцами 28 и шпильками 29. Между трубками у подвижного контакта проходит охлаждаемое водой кольцо 30. При соответствующем удлинении неспиральной части трубки охлаждаемое водой кольцо может оказаться излишним. Подвод тока к угольным нагревателям-трубкам 24 и 25 с другой стороны осуществляется помощью вкладышей 31 и 32 с прижимными гайками 33 и 34.

Корпус печи состоит из верхней части 35, средней части 36 и нижней части 37. Сверху и снизу печь заканчивается заглушкой 38 или стеклом с фланцем. Герметичность создается тщательной сваркой отдельных деталей печи и сборкой их фланцевых соединений с резиновыми кольцами 39, 40, 41 и болтами (на чертеже не показано). К частям 33 и 36 печи подводится (через реостат) напряжение сети. Для регулирования распределения напряжения между спиралями 24 и 25 предусматривается отвод и от части 37 печи (на чертеже не показано). Части 33, 36 и 37 печи электрически одна от другой изолируются. Патрубки 42 и 43 служат для подачи и отвода газа.

Для повышения температуры в печи при заданном электрическом режиме, а также для предохранения стенок печи от чрезмерного нагревания устанавливаются либо экраны 44 либо теплоизолирующая прослойка (последняя на чертеже не указана). Охлаждение печи происходит посредством водоохлаждаемых рубашек 45, 46 и 47 и патрубков 48, 49, 50, 51, 52 и 53.

Печь, изображенная на фиг. 2, сочетает достоинства первой вышеописанной печи вместе с возможностью работы без понизительного трансформатора.