RU2375848C1

RU2375848C1 - Protected heater

Info

Publication number: RU2375848C1
Application number: RU2008111752/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадьевич Пелевин (RU); Александр Геннадьевич Пелевин; Сергей Викторович Солдатов (RU); Сергей Викторович Солдатов; Виктор Федорович Фролов (RU); Виктор Федорович Фролов; Светлана Александровна Герасимова (RU); Светлана Александровна Герасимова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-12-10
Also published as: RU2008111752A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to metal heating elements in electric reverberatory furnaces for aluminium and aluminium alloys production. A protected heater mounted on the electric furnace roof comprises heating elements connected to the current leads for the voltage supply from the controlled power source. The heating elements are placed in a protective device and made as a continuous band from precision alloy with high electric resistance sufficient for the conversion of electric energy into the heat one, the band is set radially and circumferentially in the grooves of insulators fixed coaxially on a hollow rod along the longitudinal axis of the protective device. The protective device is presented as a tube made from heat-resistant material. Space bushings made from fireproof electrical insulating material are set along the hollow rod length for the purpose of insulators fixation. The protective device end face is fitted by a layer of fireproof electrical insulating material. The other end face of the protective device is fitted by a cover with openings for the current leads and hollow rod. Bearers for fixing the heater on the electric furnace roof are set along the tube length; a thermocouple is mounted inside the hollow rod.

EFFECT: increased metal heating depth and decreased time for process temperature gain resulting in the increased efficiency of the electric furnaces.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, используемым в цветной металлургии, а именно к металлическим нагревательным элементам электрических отражательных печей для приготовления алюминия и алюминиевых сплавов.The invention relates to devices used in non-ferrous metallurgy, in particular to metal heating elements of electric reflective furnaces for the preparation of aluminum and aluminum alloys.

Известны обычные металлические электронагреватели, выполненные из проволоки или ленты. Из проволоки изготавливают нагреватели в виде спирали, а из ленты - зигзагообразные. Нагреватели в печах устанавливаются либо в нишах фасонных кирпичей, либо подвешиваются на крючках из проволоки того же материала (А.Д.Свенчанский и др. Электрические промышленные печи. М.: Энергия, 1975, с.167, рис.4-53).Conventional metal electric heaters made of wire or tape are known. Heaters in the form of a spiral are made of wire, and zigzag-shaped heaters are made of tape. Heaters in furnaces are installed either in niches of shaped bricks, or hung on hooks made of wire of the same material (A.D. Svenchansky et al. Electric industrial furnaces. M: Energy, 1975, p. 167, Fig. 4-53).

Недостатком таких нагревателей является их незащищенность в агрессивной среде печного пространства и необходимость их отключения при обработке зеркала металла для предотвращения поражения током обслуживающего персонала.The disadvantage of such heaters is their insecurity in the aggressive environment of the furnace space and the need to turn them off when processing metal mirrors to prevent electric shock to maintenance personnel.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электронагреватель (патент №32953, М. кл. Н05В 3/46, 09.27.2003), содержащий нагревательные элементы, дистанцирующее устройство с выполненными в нем каналами для установки нагревательных элементов, имеющих теплопроводный слой. Нагревательные элементы выполнены в виде стержней и установлены в теплопроводном слое, являющемся электроизоляционным элементом. Теплопроводный слой выполняет роль защитного элемента.The closest in technical essence to the claimed one is an electric heater (patent No. 32953, M. class. Н05В 3/46, 09.27.2003) containing heating elements, a spacing device with channels made therein for installing heating elements having a heat-conducting layer. The heating elements are made in the form of rods and installed in a heat-conducting layer, which is an electrical insulating element. The heat-conducting layer acts as a protective element.

Недостаток данной конструкции заключается в невозможности электроизоляционного элемента, изготавливаемого из керамики, эффективно осуществлять теплопередачу от нагревательных элементов. Схема теплопередачи является сложной (нагреватель - электроизоляционный элемент - воздух - алюминий или алюминиевый сплав), что увеличивает время набора технологической температуры металла в электрической печи. Кроме того, нагревательный элемент в виде стержня подвержен перекалу. При температуре на поверхности, близкой к предельной рабочей температуре, температура в сердцевине проволоки может приблизиться к температуре плавления металла, что приводит к выходу из строя нагревателя. Электроизоляционный элемент состоит из частей, состыкованных недостаточно герметично, что приводит к слабой защите нагревательных элементов от атмосферы печного пространства, т.е. агрессивных газов. Известный электронагреватель имеет ограничения по возможности подведения тепла на единицу площади, т.к. имеет маленькую площадь нагревательных элементов.The disadvantage of this design is the inability of the insulating element made of ceramics to efficiently transfer heat from the heating elements. The heat transfer scheme is complex (heater - electrical insulating element - air - aluminum or aluminum alloy), which increases the time it takes to set the technological temperature of the metal in an electric furnace. In addition, the heating element in the form of a rod is prone to overshoot. At a surface temperature close to the limiting operating temperature, the temperature in the core of the wire can approach the melting temperature of the metal, which leads to failure of the heater. The insulating element consists of parts that are not tightly sealed, which leads to poor protection of the heating elements from the atmosphere of the furnace space, i.e. aggressive gases. Known electric heater has limitations on the possibility of supplying heat per unit area, because It has a small area of heating elements.

В основу изобретения положена задача разработки конструкции нагревателя, обеспечивающего эффективную защиту нагревательных элементов от агрессивной среды печного пространства и качественную теплопередачу тепла от нагревательных элементов к расплаву металла без их перекала.The basis of the invention is the task of developing a heater design that provides effective protection of the heating elements from the aggressive environment of the furnace space and high-quality heat transfer from the heating elements to the molten metal without overheating.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности нагревателя с увеличенным сроком службы и с минимальными затратами на применяемые конструкционные материалы.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the heater with an extended service life and with minimal costs for the applied structural materials.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в нагревателе защищенного типа, устанавливаемом на своде электрических печей для получения алюминия и алюминиевых сплавов, содержащем нагревательные элементы, соединенные с токоподводами для подачи напряжения от регулируемого источника электроэнергии, размещенные в защитном устройстве, согласно заявляемому изобретению нагревательные элементы выполнены в виде непрерывной ленты из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, достаточным для преобразования электрической энергии в тепловую, и размещенных радиально по окружности в пазах изоляторов, установленных соосно на полом стержне по продольной оси защитного устройства, выполненного в виде трубы из жаростойкого материала, при этом по длине полого стержня расположены распорные втулки для фиксации изоляторов, выполненные из огнеупорного электроизоляционного материала, и в торце защитного устройства размещен слой огнеупорного электроизоляционного материала, а на другом торце защитного устройства закреплена крышка, в которой выполнены отверстия для токоподводов и полого стержня, кроме того, по длине трубы размещены опоры для закрепления нагревателя на своде электрической печи, а внутри полого стержня установлена термопара.The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the protected type heater mounted on the arch of electric furnaces for producing aluminum and aluminum alloys, containing heating elements connected to current leads for supplying voltage from an adjustable electric power source, placed in a protective device according to the claimed invention, heating elements made in the form of a continuous strip of precision alloy with high electrical resistance sufficient for the conversion of electrical energy into heat, and placed radially around the circumference in the grooves of the insulators, mounted coaxially on the hollow rod along the longitudinal axis of the protective device, made in the form of a pipe made of heat-resistant material, while along the length of the hollow rod there are spacers for fixing insulators made of refractory electrical insulation material, and a layer of refractory electrical insulation material is placed at the end of the protective device, and a cover is fixed to the other end of the protective device, in Torah provided with holes for electrical connections and the hollow rod further along the tube has a support for fastening the heater on the ceiling wall of the electric furnace, and installed within the hollow rod thermocouple.

По сравнению с прототипом отличительной особенностью заявляемого устройства является выполнение нагревательных элементов в виде непрерывной ленты из прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением, что устраняет перекал сердцевины в отличие от нагревательных элементов, выполненных из прутка или проволоки.Compared with the prototype, a distinctive feature of the claimed device is the implementation of the heating elements in the form of a continuous tape of a precision alloy with high electrical resistance, which eliminates the core distortion, in contrast to heating elements made of a rod or wire.

Отличительной особенностью является предохранение от перегрева нагревательных элементов при помощи контроля и управления температуры за счет установки термопары внутри кожуха нагревателя.A distinctive feature is the protection against overheating of the heating elements by monitoring and controlling the temperature by installing a thermocouple inside the heater casing.

Отличительной особенностью является также расположение нагревательных элементов радиально по окружности нагревателя, что обеспечивает повышение эффективности теплопередачи.A distinctive feature is the location of the heating elements radially around the circumference of the heater, which provides increased heat transfer efficiency.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates that the solution meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The invention is illustrated graphic material.

На чертеже изображен нагреватель защищенного типа, общий вид с разрезами «А-А» и «Б-Б».The drawing shows a protected type heater, a general view with cuts "A-A" and "BB".

Нагреватель состоит из нагревательных элементов 1, выполненных из ленты прецизионного сплава с высоким электрическим сопротивлением (Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х20Н80 ГОСТ 12766.2-90). Нагревательные элементы 1 размещены в герметичном защитном устройстве, выполненном в виде трубы из жаростойкого материала 2, установленном на опорах 3. Нагревательные элементы 1 закреплены внутри трубы 2 с помощью изоляторов 4, выполненных их огнеупорного материала и распорных втулок 5, закрепленных на полом стержне 6. Нагревательные элементы в сборе с изоляторами 4 и распорными втулками 5 с помощью полого стержня 6 закреплены на крышке 7, которая закреплена на трубе 2 с помощью соединения 8 (болт-гайка). В крышке 7 нагревателя выполнены отверстия для токоподводов нагревателя 9. Внутрь нагревателя устанавливается термопара 10.The heater consists of heating elements 1 made of a tape of a precision alloy with high electrical resistance (Kh23Yu5, Kh23Yu5T, Kh20N80 GOST 12766.2-90). The heating elements 1 are placed in a sealed protective device made in the form of a pipe made of heat-resistant material 2 mounted on supports 3. The heating elements 1 are fixed inside the pipe 2 using insulators 4 made of their refractory material and spacer sleeves 5 mounted on the hollow shaft 6. The heating elements assembled with insulators 4 and spacer sleeves 5 using a hollow rod 6 are mounted on the cover 7, which is mounted on the pipe 2 using the connection 8 (bolt-nut). Holes for current leads of heater 9 are made in the heater cover 7. A thermocouple 10 is installed inside the heater.

Нагреватель работает следующим образом.The heater operates as follows.

От регулируемого источника электропитания (не показан) через токоподводы 9 подается напряжение к нагревательным элементам 1. Электрическое сопротивление нагревательных элементов 1 преобразует электрическую энергию в тепловое излучение. Тепловое излучение нагревательных элементов 1, расположенных радиально по окружности нагревателя, передается сквозь защитное устройство 2 к зеркалу нагреваемого металла как напрямую, так и путем отражения от свода и стен печи. Термопара 10, установленная внутри трубы 2, позволяет контролировать температуру нагревательных элементов, что позволяет предотвращать перегрев нагревательных элементов 1, тем самым увеличивается срок службы нагревателя.From a regulated power source (not shown), voltage is supplied to the heating elements 1 through current leads 9. The electrical resistance of the heating elements 1 converts electrical energy into thermal radiation. The thermal radiation of the heating elements 1, located radially around the circumference of the heater, is transmitted through the protective device 2 to the mirror of the heated metal both directly and by reflection from the arch and walls of the furnace. The thermocouple 10 installed inside the pipe 2 allows you to control the temperature of the heating elements, which helps prevent overheating of the heating elements 1, thereby increasing the life of the heater.

Таким образом, изобретение позволяет улучшить условия теплопередачи в электрических печах и обеспечить возможность подвода большего теплового излучения на одинаковую площадь зеркала нагреваемого расплава алюминия и его сплавов без перекала нагревательных элементов, чем в прототипе. При использовании заявляемого нагревателя увеличивается глубина прогрева металла и уменьшается время набора технологической температуры, за счет чего увеличивается производительность печей. Кроме того, заявляемое изобретение решает задачу защиты нагревательных элементов от агрессивной среды печного пространства и защиты от поражения током обслуживающего персонала. Нагреватель защищенного типа возможно устанавливать как на новые проектируемые печи, так и на существующие печи без изменения существующей системы управления нагрева печью.Thus, the invention allows to improve the conditions of heat transfer in electric furnaces and to provide the possibility of supplying more thermal radiation to the same area of the mirror of the heated aluminum melt and its alloys without overheating of the heating elements than in the prototype. When using the inventive heater, the depth of heating of the metal increases and the set time of the process temperature decreases, thereby increasing the productivity of the furnaces. In addition, the claimed invention solves the problem of protecting the heating elements from the aggressive environment of the furnace space and protection against shock from the staff. The protected type heater can be installed both on new designed furnaces and on existing furnaces without changing the existing furnace heating control system.

Claims

A protected type heater mounted on a set of electric furnaces for producing aluminum and aluminum alloys, containing heating elements connected to current leads for supplying voltage from an adjustable source of electricity, placed in a protective device, characterized in that the heating elements are made in the form of a continuous ribbon of precision alloy with high electrical resistance sufficient to convert electrical energy into heat, and placed radially around the circumference in p zah insulators mounted coaxially on the hollow rod along the longitudinal axis of the protective device made in the form of a pipe made of heat-resistant material, while along the length of the hollow rod are spacer sleeves for fixing insulators made of refractory electrical insulation material, and a layer of refractory electrical insulation is placed at the end of the protective device material, and on the other end of the protective device a cover is fixed in which holes for current leads and a hollow rod are made, supports are placed along the length of the pipe for fixing the heater on the arch of the electric furnace, and a thermocouple is installed inside the hollow rod.