Устройство для нагрева

(51)4 С 21 Р 1/46, Н 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К ПАТЕН воров, содержащее ванну с расплавомнагревательные элементы сопротивления, частично погруженные врасплав и выполненные каждый в видеемкости, заполненной контактнымтелом с погруженным в него электродом, и источника тока с токоподводом, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с цепью повышения удельной мощности и надежности устройства, контактное тело каждогонагревательного элемента выполненов виде неразъемно соединенных между собой частей с различными физико-химическими свойствами, приэтом части тела включены в цепь Лукас ьавэндэр лу МэтаРЬ) 1320,80,следова(54) (57) 1. преимуществ солей в рас паралиненыка тока. эле одсо едсточн льн различным полюса 1 7 8 10 О фигГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС 3 фПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Фэлицян Белик, АдамЗыгмунт Морыс, Станислави Шэпан Галонзка (РЬ)(56) 1. Патент Польши В 8кл. Н 05 В 3/661, 1976.2, Патент Польши В 106кл. Н 05 В 3/60, 1977. СТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАно металла и/илиавленном виде и раст 1 7095 А агревательного элемента и ельно или последовательно.аб., д Филиал ППП Патент , г, Ужгород, ул. Проектная Тираж ИИПИ Государ по делам изо 3035) Москва ственного комитетбретений и открытЖ, Раушская1170975 2. Устройство по п, 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен издвух концентрично расположенныходин в другом сосудов, заполненныхконтактным телом.3. Устройство ио п. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен ввиде блоков, охваченных кольцом,причем плотность контактного теламеньше плотности нагревательногоэлемента и расплава.4, Устройство ио и. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен ввиде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны.5. Устройство ио пп. 1-4., о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен изматериала с удельным сопротивлениемменьше 100 Ом при рабочей температуре расплава,6. Устройство ио пп. 1-4, о т,л и ч а ю щ е е с я тем, чтоудельное сопротивление материалаэлектрода ио крайней мере в 1 О разменьше удельного сопротивленияматериала нагревательного элемента. Изобретение относится к электрическим устройствам для нагревания металлов и/или солей в расплавленном состоянии и растворов с непосредственным нагреванием ванны с помощью погруженных в ванну резистивных нагревательных элементов.Известно электронагревательное устройство, содержащее нагревательные элементы в виде одной или нескольких перегородок, расположенных параллельно электродам, установленным в днище или в стенках плавильной ванны, причем перегородки, изготовленные из цельной керамической пластины, разделяют плавильную ванну на две или более частей или же встроены в стены или в днище плавильной ванны и соприкасаются по меньшей мере одной поУстройство по и. 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательный элемент выполнен в виде неразъемно соединенных между собой фасонных деталей с различными физико-химическими свойствами.8. Устройство по пп. 1-7, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что поверхности нагревательного элемента, соприкасающиеся с расплавом и контактным телом, выполнены с покрытием из материала, устойчивого к химическому воздействию расплава и контактного тела.9. Устройство по ии. 1-8, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательные элементы свободно установлены в расплаве.10. Устройство по ии. 1-9, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательные элементы снабжены грузом для регулирования глубины их погружения. 11, Устройство ио и. О, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что груз снабжен встроенным в него дополнительным резнстивным нагревательным элементом. тверхностью с .металлической ванной И ,Недостатками известного электронагревательного устройства явля 5 ются ограниченная область применения, главным образом для цветныхметаллов, относительно небольшаянагружаемость и недолговечность нагревательных элементов, обусловленная разрушающим воздействием термических напряжений, возникающихв нагревательных элементах, небольшое использование поверхности нагревательных элементов ввиду меня 15 ющейся глубины погружения нагревательных элементов, а также недолговечность электродов и токоподводов нагревательных элементов, вызванная пряьым воздействием мате 0 риала и атмосферы в установке,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является устройство для нагрева, содержащее ванну с распланом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и выполненные каждый в виде емкости, заполненной контактным телом с по- груженным в него электродом 121.Емкость каждого нагревательного элемента, выступающая из ванны, взаимодействует с атмосферой и поэтому подвергается быстрому старению, при этом изменяется сопротивление и возникают трещины. Удельная мощность вследствие этого ограничена, Замыкания на выступающих из ванны частях емкости нагревательного элемента, вызванные случайным осаждением на них металла и/или контактного тела, влекут за собой повреждение нагревательного элемента. Единичное контактное тело (металл) практически не образует никакого дополнительного тепла, но вызывает коррозию погруженных в него электродов, поэтому металлические электроды не могут быть применены.Цель изобретения - повышениеудельной мощности и надежности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для нагрева преимущественно металла и/или солей в расплавленном виде и растворов, содержащее ванну с распланом, нагревательные элементы сопротивления, частично погруженные в расплав и выполненные каждый в ниде емкости, заполненной контактным телом с погруженным н него электродом, и источника тока с токонодводом, контактное тело каждого нагревательного элемента выполнено в виде неразъемно соединенных межпу собой частей с различными физико- химическими свойствами, при этом части тела включены в цепь нагревательного элемента последовательно или последовательно-параллельно, а электроды подсоединены к различным полюсам источника тока. Нагревательный элемент выполнен из двух концентрично расположенных один в другом сосудов, эаполненюас контактным телом.расплавленной солью 7, выполняищнхфункцию контактных тел между по 55 груженньи в расплавленную сапь 7железным электродом 8 и одмой поверхностью нагревательного элемента 5. В дно ванны 1 встроен графит" 5 10 15 20 25 30 35 45 50 Нагревательный элемент выполнен в виде блоков, охваченных кольцом, причем плотность контактного тела меньше плотности нагревательного элемента и металла.Нагревательный элемент выполнен в виде трубы, один конец которой герметично встроен в днище ванны.,Нагревательный элемент выпопнен из материала с удельным сопротивлением менее 100 Ом при рабочей температуре расплава.Удельное сопротивление материала электрода по крайней мере в 10 раз меньше удельного сопротивления материала нагревательного элемента.Нагревательный элемент выполнен в виде нераэъемно соединенных меж. - ду собой фасонных деталей с различными физико-химическими свойствами.Поверхности нагревательного элемента, соприкасающиеся с расплавом и контактным телом, выполнены с покрытием из материала, устой" чивого к химическому воздействию расплава и контактного тела.Нагревательные элементы свободно установлены в расплаве.Нагревательные элементы снабжены грузом для регулирования глубины их погружения.Груз снабжен встроенным в него дополнительным резистивным нагревательным элементом.На фиг. 1 показано нагревательное устройство, поперечный разрез, на фиг. 2-15 - варианты форм емкостей нагревательных элементов; на фиг. 16-21 - варианты способов установки нагревательных элементов в ванне, на фиг. 22 - выполнение нагревательного элемента в виде трубыУстройство для нагрева содержит керамическую ваннус расплавом 2 и перегородкой 3 разделяющей ванну на отстойную и плавильную эоны. В расплаве 2 (металле) плавают подвешенные на поплавке 4 два нагревательных элемента 5, имеющихформу емкостей, частично заполненных расплавленным металлом 6 иный электрод 9 таким образом, чтоодин его конец соединен с конструкцией устройства, а второй соприкасается с расплавом 2 (метаплом),прилегающим к второй поверхностинагревательного элемента 5.Электрический ток под действиемразности напряжений., приложеннойс помощью токовой подводки 10 кэлектроду 8 и с помощью токовойподводки 11 к электроду 9, течетот электрода 8 через расплавленнуюсоль 7, расплавленный металл 6,стенки нагревательного элемента 5,расплав 2 (металл) к электроду 9.К верхним краям нагревательногоэлемента 5 прикреплено методомспекания кольцо 12 из алюмосиликатного вещества. Нагревательныйэлемент 5 изготовлен из нитрированного карбида кремния.Внешние и внутренние поверхностинагревательного элемента 5 покрытытонким слоем угольной пасты 13.В качестве металла 6 и расплава2 применяют алюминий, соль 7 пред-.ставляет собой смесь хлоридакальция и хлорида натрия, а поплавок 4 изготовлен из легкого каолина.Нагревательные элементы могутбыть выполнены различной формы ииз равных материалов различнымиспособами изготовления.На фиг, 2-9.показаны нагревательные элементы 5, изготовленные изоднородного материала в виде однородной фасонной детали. К верхнемукраю нагревательного элемента 5может быть прикреплено спеканиемкольцо 12 из алюмоснликатного вещества (фиг, 10 и 11).Нагревательный элемент 5, можетбыть изготовлен из двух фасонныхдеталей 14 и 15, соединенных спеканием, причем материал фасоннойдетали 15 обладает более низкойэлектрической проводимостью, чемматериал фасонной детали 14(фиг. 12 и 13) . Нагревательный элемент 5, может быть изготовлен из.трех фасонных деталей, соединенныхмежду собой спеканием (фиг. 14 и 15),Устройство (фиг. 1) работаетследующим образомПосле.предварительного подогреваванны с помощью дополнительного нагревателя (не показан), частичногозаполнения, ванны распЛавленным ме 9таллом в ванну погружают нагревательные элементы 5, наполненные расл 5 плавленным металлом 6 и расплавленной солью 7 при одновременном закреплении электрода 8"и токовыхподводок 10. К выведенным наружуустройства токовым подводкам 10и 11 подают напряжение от, источникапеременного трехфазного тока (непоказан), причем напряжение фазыподается на первый нагревательный элемент 5, а напряжение фазы5 - на второй. Под действием при.ложенных напряжений электрическийток, проходящий через стенки нагренательного элемента 5 и слой расплавленной соли 7, выделяет тепло,20 ЗО 50 расположен во втором, а простран 55. и расплавом 2 является цинк, электро 35 40 45 передаваемое в ванну 1. В расплав 2 вводят садку в твердом состоянии для ее расплавления. После окончания плавления металла и его отстаикания устройство частично опорожняют путем его опрокидывания, откачки нли через спускное отверстие, расположенное в дне или стенке ванны,Запуск устройства из холодного состояния для случая, когда садка находится только в твердом состоя" нии, производится с помощью допол" кительного нагревателя, работающе" го до момента расплавления первой партии садки, или с помощью нагре" вательных элементов 5, помещенных на твердой садке, причем поверхности нагревательных элементов 5 прилегают к садке и металлу б при посредничестве угольной пасты, электрод 8 соприкасается с металлом, 6, а электрод 9 - с садкай (расплавом 2) .Нагревательные элементы 5 устройства могут быть укреплены различ" ными способами. Два нагревательных элемента,выполненных в форме емкости, плаваютс вынужденным грузом в расплаве 2,причем один нагревательный, элемент 5 ство между нагревательными элементами 5 и внутренняя часть первого нагревательного элемента 5 частичнозаполнены металлом б. Металлом 6 ды 8 и 9 изготовлены из графита,груз 16 - из цементно-шамотиого материала, армированного стальными25 стержнями, а нагревательные элемен" ты 5 - из нитрированного карбида кремния (фиг. 16), причем верхняя часть нагревательного элемента обладает физико-химическими свойствами, отличными от нижней части.Четыре нагревательных элемента 5 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавающих в расплаве 2 в ограничивающем коль 10 це 17, причем нагревательные элементы 5 прикрьггы слоем расплавленной соли 7. Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электродам 8 и 9, течет от электрода 8 через соль 7 и нагревательные элементы 5 к расплавуметаллу 2, а затем к электроду 9, Металл представляет собой сплав цинка и алюминия, соль 7 - смесь хлорида кальция и хлорида натрия, электрод 8 изготовлен из железа, электрод 9 - из графита, ограничивающее кольцо 17 в ,из шамотного материала, а нагревательный элемент 5 - нз нитрированного карбида кремния. Запуск устройства из холодного состояния производится с помощью нагревательных элементов 5, помещенных на твердой садке (распла- З 0 ве 2), причем поверхности нагревательных элементов 5 прилегают к садке иэлектроду 8 при посредничестве угольной пасты, а электрод 9 соприкасается с садкой. При за пуске устройства в ванну дозируют азот, защищающий угольную пасту от окисления. После расплавления садки в ограничивающее кольцо 17 вводят контактное тело - соль 7 (фиг. 17), 40Три нагревательных элемента 5 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, свободно плавающих в металле расплаве 2 в ограничивающем кольце 17, Нагревательные эле менты 5 прикрыты слоем металла 6, отделенным от зеркала металла слоем расплавленной соли 7, причем слой расплавленной соли не доходит до верхних краев нагревательных элемен тов 5.Электрический ток под действием разности потенциалов, приложенной к электродам 8 н 9, течет от электрода 8 черезметалл 6, соль 7 и 55 нагревательные элементы 5 к расплаву 2, а затем к электроду 9. Металл б представляет собой алюминиевый сплав, металл (расплав 2) представляет собой алюминиевую бронзу, электроды 8 и 9 изготовлены из графита и покрыты карбидом кремния, нанесенным из газовой фазы, соль 7 представляет собой смесь углекислого натрия и хлорида натрия, нагревательные элементы 5 изготовлены иэ нитрированного карбида кремния, ограничивающее кольцо 17 изготовлено из шамотного вещества (фиг. 18).Нагревательный элемент 5 выполнен в форме конусной трубы, подвижно подвешенной в расплаве 2 с помощью держателя 18 и шнура 19 к конструкции устройства таким образом,.что нагревательный элемент 5 имеет посто янную, не зависимую от уровня расплавленной соли (расплава 2) глубину погружения. Электрод 8, присоединен" ный к токовой подводке 10, непосредственно соприкасается с одной поверхностью нагревательного элемента 5, Конусная часть электрода 8 одновременно выполняет функцию контактного материала, Внешняя поверхность нагревательного элемента 5 покрыта тонким слоем материала 13, Электрический ток под действием раз. ности потенциалов, приложенной к электродам 8 и 9, течет от электро" да 8 через нагревательный элемент 5 и электрод 8 к соли (расплаву 2), а затем к электроду 9. Соль (расплав 2) представляет собой смесь хлорида бария и хлористого кальция, материал 13 представляет собой карбид кремния, нанесенный иэ газовой фазы, электрод 8 изготовлен из карбида кремния спеканием реакционным методом, электрод 9 - из графита, покрытого тонким слоем карбида кремния, нанесенного из газовой фазы, . держатель 18 и шнур 19 - из легированной стали, а нагревательный элемент 5 - из нитрированного карбида кремния (фиг. 19).Нагревательный элемент 5 выполнен в виде емкости, погруженной в водный раствор (расплав 2) серной кислоты и подвешенной на поплавке 4причем внутренняя часть нагревательного элемента 5 наполнена металлом 6. Нагревательный элемент 5 покрыт с внешней стороны тонким слоем материала 13. Металл б представляет собой сплав Вуда, поплавок 4 изготовлен из подиэтилена, электрод 8 1170975 10из графита, электрод 9 - из кислотоупорной стали, поплавок 20 - из графита, а нагревательный элемент 5 - спеканием из материала, на базе графита, слой 13 представляет собой карбид кремния, нанесенный из газовой Фазы (Фиг. 20).Нагревательный элемент 5 выполнен в Форме двойной емкости, частично погруженной в металл и частично наполненной металлом 6, причем стенка 21 делит ванну на две изолированных друг от друга части.Электрический ток под действием 1разности потенциалов, приложенной к электроду 8, соединенному с токовой подводкой 1 О, и к электроду 9, соединенному токовой подводкой 11, течет от электрода 8 через металл, стенки нагревательного элемента 5, металл (расплав 2) к электроду 9. Нагревательный элемент 5 изготовлен спеканием из материала на базе окиси циркония, металл 6 и расплав 2 представляют собой расплавленную сталь, электроды 8 и 9 изготовлены из графита, а стенка 21 - из материала на базе корунда (фиг, 21) .Нагревательный элемент 5 выполнен в виде трубы, погруженной частично в ванну 1, причем нижний конец трубы крепится плотно к днищу ванны. Внутреннее пространство нагревательного элемента 5 частично заполнено металлом 6. Электрическийток, под воздействием разности по тенциалов, приложенной к электроду8, соединяющемуся с токоподводом1 О, и электроду 9, соединяющемусяс токоподводом 11, течет от электрода 8 через металл 6, стенки нагревательного элемента 5, ванну 1 кэлектроду 9Нагревательный элемент 5 изготовлен из нитридированного карбидакремния, металл 6 и расплав 2 15 представляют собой расплавленныйцинк, электроды 8 и 9 выполненыиз графита, а днище ванны - изутрамбованной шамотной массы (фиг. 22),20 Применение предлагаемого устройства позволит значительно увеличить нагрузку нагревательных элементов благодаря использованию различных форм нагревательных. элементов и 25 способов их изготовления, увеличитьудельную мощность за счет неразъемно соединенных частей емкости нагревательных элементов, увеличить интенсивность теплообмена на различных ЗО участках благодаря выполнению емкостей из материалов с различным электросопротивлением.