RU2845065C1 - Многофункциональная вакуумная печь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к многофункциональной вакуумной печи. Печь состоит из водоохлаждаемого корпуса, разборной металлической рамы печи, термоизолированной рабочей зоны печи, внутри которой установлен съемный разборный тигель для проведения термообработки углеродного волокна или садки, гидроцилиндров, приводимых в работу гидростанцией, с обоих торцов корпус печи оборудован двумя водоохлаждаемыми крышками, открывающимися посредством указанных гидроцилиндров, внутри термоизолированной рабочей зоны расположена система нагрева тигеля. При этом печь снабжена установленными на раме печи вакуумно-газовой системой, системой для поглощения выделяющихся газов и паров, системой подачи природного газа, системой вывода рассева природного газа или системой дожита избыточного природного газа, системой водоохлаждения корпуса, системой ускоренного охлаждения тигеля и системой управления, печь снабжена токоподводами для нагрева тигеля или садки посредством системы нагрева, вакуумным насосом масляного типа с возможностью быстрой замены масла и резервным вакуумным насосом. Техническими результатами заявленного изобретения являются возможность проведения нескольких технологических процессов (промежуточный обжиг, пиролитическое уплотнение, заключительный обжиг) на одном оборудовании, что делает его универсальным, поскольку такое комбинирование технологических операций приводит к сокращению технологического цикла до 6-7 суток, что является довольно существенным при работе с углеродными материалами, а также экономит время за счет исключения дополнительной разгрузки/загрузки оборудования, что сопровождается полным охлаждением печи и повторным подъемом до уже ранее достигаемых температур. 5 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к области термической обработки, в частности к электровакуумным печам горизонтального типа для пиролитического уплотнения изделий из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) и рубленого углеродного волокна, загруженного в тигель.

Уровень техники

Из уровня техники известна многофункциональная вакуумная электропечь, содержащая корпус нагревателя, гидравлические средства, систему рециркуляции воздуха с водяным охлаждением, трубопровод наружной циркуляции с воздушным охлаждением, противопожарную дверцу и смотровое окно, расположенные на корпусе нагревателя, при этом на следующей гидравлической оси установлен датчик давления, а на монтажной площадке, которая является верхней и две нижние гидравлические оси пропущены через низковакуумное уплотнение, высоковакуумная установка раздельно соответственно соединена с корпусом нагревателя (см. CN 201145473, 05.11.2008).

Недостатками вышеуказанного патента являются невысокая допустимая температура в печи 1300°С и небольшой внутренний объем 0,06 м³ зоны термической обработки, а также отсутствие возможности регулирования скорости нагрева.

Из уровня техники также известна вакуумная печь, содержащая корпус электропечи, вакуумную систему, устройство подачи энергии, систему водяного охлаждения, гидравлическую систему, пневматическую систему, электрическую систему управления, источник питания промежуточной частоты, корпус электропечи содержит медный ролик, кварцевую трубку и датчик температуры управляющий модуль и индукционная катушка расположены в полости корпуса электропечи, медный ролик и кварцевая трубка расположены в нижней части корпуса электропечи, а индукционная катушка расположена в средней части кварцевой трубки (см. CN 204963538, 13.01.2016).

Недостатками вышеуказанного патента являются узко специфичное назначение и невозможность использования для процессов пиролитического уплотнения изделий из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) и рубленого углеродного волокна.

Раскрытие изобретения

Техническими результатами заявленного изобретения являются возможность проведения нескольких технологических процессов (промежуточный обжиг, пиролитическое уплотнение, заключительный обжиг) на одном оборудовании, что делает его универсальным, поскольку такое комбинирование технологических операций приводит к сокращению технологического цикла до 6-7 суток, что является довольно существенным при работе с углеродными материалами, а также экономит время за счет исключения дополнительной разгрузки/загрузки оборудования, что сопровождается полным охлаждением печи и повторным подъемом до уже ранее достигаемых температур.

Вышеуказанный технический результат достигается многофункциональной вакуумной печью, состоящей из водоохлаждаемого корпуса, разборной металлической рамы печи, термоизолированной рабочей зоны печи, внутри которой установлен съемный разборный тигель для проведения термообработки углеродного волокна или садки, гидроцилиндров, приводимых в работу гидростанцией, с обоих торцов корпус печи оборудован двумя водоохлаждаемыми крышками, открывающимися посредством указанных гидроцилиндров, внутри термоизолированной рабочей зоны расположена система нагрева тигеля, при этом печь снабжена установленными на раме печи вакуумно-газовой системой, системой для поглощения выделяющихся газов и паров, системой подачи природного газа, системой вывода рассева природного газа или системой дожита избыточного природного газа, системой водоохлаждения корпуса, системой ускоренного охлаждения тигеля и системой управления, печь снабжена токоподводами для нагрева тигеля или садки посредством системы нагрева, вакуумным насосом масляного типа с возможностью быстрой замены масла и резервным вакуумным насосом, многофункциональной вакуумной печью, состоящей из водоохлаждаемого корпуса, разборной металлической рамы печи, термоизолированной рабочей зоны печи, в которой установлен съемный разборный тигель для проведения термообработки углеродного волокна, с обоих торцов печь оборудована двумя водоохлаждаемыми крышками, открывающимися с помощью гидроцилиндров, приводимых в работу гидростанцией, внутри термоизолированной рабочей зоны располагается система нагрева садки, при этом нагрев производится электрическим током, подвод которого осуществляется через токоподводы, а вакуум в печи и подача инертного газа производится с помощью вакуумной и газовой систем через отводной патрубок - с охлаждением, возможностью регламентной очистки, подачей газа через газовый патрубок, при этом в состав печи также входят вакуумный насос масляного типа с возможностью быстрой замены масла и резервный вакуумный насос.

Краткое описание изображений

На фиг. 1 представлен общий вид многофункциональной вакуумной печи.

На фиг. 2 представлен вид А-А многофункциональной вакуумной печи.

На фиг. 3 представлен вид Б-Б многофункциональной вакуумной печи.

На фиг. 4 представлен вид "В" многофункциональной вакуумной печи.

На фиг. 5 представлен вид "Г" многофункциональной вакуумной печи.

Осуществление изобретения

Электровакуумная печь, предназначена для пиролитического уплотнения изделий из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) и рубленого углеродного волокна, загруженного в тигель, при рабочей температуре 980+20°С с подачей природного газа, а также для проведения процессов высокотемпературной термообработки при температуре до 2350÷200С по установленному графику с целью комплектации производства фрикционных композиционных углеродных материалов.

Нагрев материалов может проводиться в автоматическом и ручном режимах.

Автоматический режим проводится по заданной температуре с использованием обратной связи от управляющего устройства или по заданной мощности. Ручной режим проводится при помощи регулирования мощности. Управляющим устройством является пирометр.

Нагрев материалов производится при вакууме в печи.

Процессы пиролитического уплотнения изделий высокотемпературной термообработки могут выполняться последовательно, без извлечения изделий из печи.

Температура в печи, температура наружных стенок, скорость нагрева, вакуум в печи и параметры подачи газа контролируются на всем протяжении процесса, отображаются на экране монитора, записываются и архивируются.

Электровакуумная печь включает в себя следующие системы:

- систему нагрева садки;

- вакуумно-газовую систему;

- систему для поглощения выделяющихся газов и паров;

- систему подачи природного газа;

- систему вывода рассева природного газа или систему дожига избыточного природного газа;

- систему водоохлаждения;

- систему ускоренного охлаждения садки;

- съемный разборный тигель для проведения термообработки углеродного волокна;

- систему загрузки и выгрузки садки;

- систему управления.

Электровакуумная печь (фиг. 1) состоит из водоохлаждаемого корпуса (1) с наружными размерами Д=2450 мм, L=3245 мм и с внутренним объемом 14 м. куб.

Расположение корпуса - горизонтальное. Геометрические размеры термоизолированной рабочей зоны печи - 1100×1100×2700 мм, геометрические размеры тигля для термообработки углеродного волокна - 900×900×2600 мм. Максимальная масса садки составляет ~1500 кг.

С обоих торцов печь оборудована двумя водоохлаждаемыми крышками (2), открывающимися с помощью гидроцилиндров (9), приводимых в работу гидростанцией (10).

Внутри термоизолированной рабочей зоны располагается система нагрева садки (4). Система нагрева садки обеспечивает:

максимальную температуру, °С	2400
рабочую температуру, °С	2300
скорость нагрева с возможностью регулирования
до, °С	350
перепад температур по высоте садки не более, °С	20

Нагрев производится электрическим током. Подвод тока осуществляется через токоподводы (5).

Теплоизоляционный материал защищен композитным углеродным материалом для предотвращения разрушения.

Вакуум в печи и подача инертного газа производится с помощью вакуумной и газовой систем. Вакуумно-газовая система обеспечивает:

абсолютное давление не более, Па	100
скорость натекания не более, Па/ч	40

Вакуум обеспечивается через отводной патрубок (6) - с охлаждением, возможностью регламентной очистки, подачей газа через газовый патрубок (7).

Все перечисленные устройства сагрегитованы на разборной металлической раме печи (8).

Кроме вышеуказанного в состав печи входят вакуумный насос масляного типа с возможностью быстрой замены масла, резервный вакуумный насос.

Переход на резервный насос в случае выхода из строя основного осуществляется автоматически или оператором.

Каждая линия охлаждения оборудована датчиком наличия и температуры воды.

При отсутствии воды либо при превышении пороговой температуры (устанавливается в настройках) оператор оповещается звуковым и световым сигналами и всплывающим интерфейсным окном, позволяющим перевести управление процессом вручную либо остановить процесс. При отсутствии действий от оператора установки процесс автоматически останавливается (время, через которое произойдет автоматическая остановка процесса, задается в настройках).

Система водоохлаждения обеспечивает температуру наружной стенки корпуса не более 50°С.

Система ускоренного охлаждения обеспечивает принудительное охлаждение садки инертным газом (N₂, Ar) по замкнутому циклу с возможностью регулирования скорости охлаждения в диапазоне от 200 до 400°С/ч.

Система для поглощения выделяющихся газов и паров обеспечивает поглощение всех выделяющихся веществ (окись углерода, сера, кислород, углеводороды, и т.п.) без выброса их в окружающую среду. Общее количество летучих продуктов может составлять до 5% от массы заготовок (25-32 кг) в том числе: окись углерода - до 3%, углеводороды - до 1,5%, сера - до 0,5%, кислород - до 0,02%.

Система для загрузки и выгрузки садки обеспечивает горизонтальную загрузку и выгрузку заготовок, а в случае термообработки углеродного волокна -беспрепятственную возможность загрузки и выгрузки с обеспечением требований охраны труда и электробезопасности.

Система управления обеспечивает:

- работу печи как в автоматическом, так и в ручном (наладочном) режиме управления;

- необходимые блокировки, запрещающие работу печи в случае нештатных ситуаций или ошибочных действиях оператора;

- отключение печи в безопасном режиме в случае аварийной ситуации с одновременным оповещением персонала с помощью звуковой и световой сигнализации.

Система контроля обеспечивает непрерывный контроль технических и технологических параметров процесса с возможностью их записи и архивации.

Заявленная многофункциональная печь работает следующим образом. Полный цикл обработки материалов в печи состоит из нескольких этапов:

- Загрузка печи. В зависимости от вида заготовок загрузка осуществляется вручную или с помощью кран-балки через торцевые крышки печи открываемые гидроприводом при открытых теплоизоляционных крышках и снятых панелях передних и задних графитовых нагревателей.

- Продувка азотом при термостабилизации или вакуумирование 5 мм рт.ст. при обжиге и пиролитическом уплотнении. Данные операции проводятся при закрытых торцевых крышках печи.

- Термическая обработка заготовок. Термическая обработка проводится в течение длительного времени от 13 до 16 часов, при различной температуре и скорости нагрева. Нагрев производится постепенно с требуемой скоростью и выдержкой по времени на каждом температурном интервале. После окончания нагрева осуществляется выдержка.

- Охлаждение. Охлаждение проводится в два этапа: пассивное, до 900°С ив среде азота до 200°С.

- Разгерметизация и разгрузка печи. Торцевые крышки печи открываются после охлаждения заготовок до 200°С, затем открываются теплоизоляционные крышки и происходит охлаждение до 60°С и только после этого начинается разгрузка. В зависимости от вида заготовок разгрузка осуществляется вручную, с помощью кран-балки или штабелера. После разгрузки производится очистка токоподводов, пирометрических трубок, корпуса и крышек печи от сконденсировавшихся отложений щеткой и скребками. Затем необходимо пропылесосить рабочую зону печи от оставшихся загрязнений и подмести рабочий участок около печи, закрыть крышки печи.

Claims (1)

1. Многофункциональная вакуумная печь, состоящая из водоохлаждаемого корпуса, разборной металлической рамы печи, термоизолированной рабочей зоны печи, внутри которой установлен съемный разборный тигель для проведения термообработки углеродного волокна или садки, гидроцилиндров, приводимых в работу гидростанцией, с обоих торцов корпус печи оборудован двумя водоохлаждаемыми крышками, открывающимися посредством указанных гидроцилиндров, внутри термоизолированной рабочей зоны расположена система нагрева тигеля, при этом печь снабжена установленными на раме печи вакуумно-газовой системой, системой для поглощения выделяющихся газов и паров, системой подачи природного газа, системой вывода рассева природного газа или системой дожига избыточного природного газа, системой водоохлаждения корпуса, системой ускоренного охлаждения тигеля и системой управления, печь снабжена токоподводами для нагрева тигеля или садки посредством системы нагрева, вакуумным насосом масляного типа с возможностью быстрой замены масла и резервным вакуумным насосом.