Высокие температуры в печах сопротивления достига­ются использованием нагревателей из карборунда или дисилицида молибдена. В твердосплавной промышлен­ности нашли широкое применение печи с молибденовы­ми и графитовыми нагревателями, работающие в атмосфере водорода.

Муфельная двухзонная электропечь для спекания твердых сплавов

На рис. 143 показана муфельная двухзонная печь для спекания твердых сплавов. При спекании изделия должны медленно нагреваться, поэтому первая зона имеет температуру до 1000° С. Муфель для этой зоны из­готавливается из стали, а в качестве нагревателя ис­пользуется нихром. Во второй зоне завершается нагрев и происходит спекание загруженных в лодочки изделий при температуре 1400—1550° С. Муфель в высокотемпе­ратурной зоне делается из переплавленного алунда с не­большой добавкой огнеупорной глины в качестве связу­ющего материала. Нагреватель выполняется из молиб­деновой ленты толщиной 0,8—1,0 мм или из проволоки диаметром 1,0—2,0 мм, которые наматываются на му­фель и снаружи обмазываются огнеупорной глиной с алундом. Оба муфеля с нагревателями 4 устанавлива­ются в кожухе печи 2. Тепловая изоляция печи выполня­ется из ультралегковесного кирпича 5 и засыпки из про­каленного технического глинозема 3, обладающей хоро­шими теплоизоляционными свойствами при высокой температуре и при наличии водорода в кожухе печи. Во­дород, обладая большой теплоемкостью и большим ко­эффициентом диффузии, при наличии крупных пор в те­пловой изоляции обычно сильно увеличивает ее тепло­проводность. Только мелкие поры глинозема и закрытые поры ультралегковеса позволяют сохранить их тепло­изолирующие свойства в присутствии водорода. К кожу­ху печи примыкают загрузочный 6 и разгрузочный 1 пат­рубки. Разгрузочный патрубок охлаждается водой и позволяет снизить температуру выгружаемых из печи изделий. Спекаемые изделия загружаются в контейнеры (лодочки) из графита, которые толкателем 7 продвига­ются через печь. Водород, необходимый для процесса и для защиты молибдена от окисления, подается навстре­чу двигающимся изделиям. Это позволяет ему нагре­ваться от горячих изделий до входа в горячую зону, а затем отдавать свое тепло двигающимся навстречу хо­лодным изделиям. Этим осуществляется частичная ре­куперация тепла. Выпуск водорода производится со сто­роны загрузки. На выходе из патрубка его поджигают, чтобы по факелу контролировать поступление водорода в печь, и, что самое главное, при его сгорании исключа­ется возможность образования взрывоопасной гремучей смеси в помещении.

Нагреватели включаются в сеть через понижающие трансформаторы с напряжением на низкой стороне 35—70 В. Питание пониженным напряжением, хотя и увели­чивает стоимость установки, но зато позволяет избе­гать межвитковых замыканий нагревателя и пробоя на корпус. Электропроводность керамического муфеля при высокой температуре значительно возрастает. Питание каждого муфеля производится самостоятельно, что поз­воляет создавать нужный температурный профиль печи. Температура по зонам поддерживается автоматически с помощью термопар 8. Тепловой к. п. д. печи достигает 45%. Срок службы нагревателей колеблется от 3—4 месяцев до года и более. Срок службы зависит от качества керамики, сборки и условий эксплуатации. Подобные конструкции печей применяются для водородного вос­становления окислов молибдена, вольфрама и других металлов.

Т рубчатая печь с графитовыми нагревателями

На рис. 144 показана трубчатая печь с графитовым нагревателем, позволяющая получать порошки карби­дов вольфрама и титана при температуре до 2300° С. Они применяются и при производстве литых карбидов ме­таллов при температуре до 3000° С. Печь состоит из на­ружного металлического кожуха толщиной 3—5 мм, ча­ще всего круглого, диаметром 500—700 мм с торцовыми крышками толщиной 10—20 мм. По оси горизонтально расположенного цилиндрического кожуха проходит гра­фитовая нагревательная труба, внутренняя полость ко­торой является рабочим пространством печи. Через нее проходят графитовые цилиндрические лодочки, откры­тые сверху, в которых находится шихта — смесь окисла с углеродом. К трубе с помощью специальных контакт­ных устройств подводится электрический ток низкого напряжения (10—20 В).

Часто печи работают с защитной атмосферой (водо­род), что позволяет увеличить срок службы нагревате­ля. Защитный газ подается со стороны выгрузки изде­лий и двигается по трубе противотоком с нагреваемыми изделиями. При выходе из трубы у места загрузки во­дород поджигается. Как и в молибденовых печах, здесь происходит некоторая рекуперация тепла. К графитовой трубе примыкают загрузочный и разгрузочный патруб­ки, закрываемые с торцов крышками. Разгрузочный патрубок имеет водяное охлаждение и двойной затвор(шлюз), который делается для того, чтобы при выгрузке лодочки воздух не попадал в печь и не ускорял сгора­ние графитовой трубы.

При конструировании кожуха печи следует учиты­вать, что он представляет собой замкнутый виток вок­руг проводника с током (нагревательной трубы). Боль­шой ток, проходящий по трубе, создает магнитный поток вокруг трубы и наводит вихревые токи в кожухе. Эти потери могут составлять 10—20% от общего расхода электроэнергии и сильно разогревать кожух печи. Умень­шить этот вид потерь можно, изготавливая кожух из немагнитной стали. При эксплуатации печи происходит частичное ее вы­горание. Дополнить сажу можно во время ремонта через металлические, закрываемые лючки на кожухе печи. Недостатком сажи является загрязнение цеха при ре­монте печей. Слои изоляции, примыкающие к кожуху, могут выполняться из легковесного огнеупора, что сок­ращает объем используемой сажи. В некоторых случа­ях вокруг нагревателя устанавливается экранная труба из графита. Это облегчает смену нагревателя при ремон­те и позволяет не выгружать сажу. Малый срок служ­бы экранной трубы значительно удорожает эксплуата­цию печи. Нагревательная труба с внутренним диамет­ром 75—130 мм и длиной 1—1,5 м вытачивается из графитированных электродов марки ЭГ-0 и ЭГ-1. При­менение графита позволило значительно увеличить срок службы труб по сравнению с угольными благодаря большой механической прочности графита и меньшей окисляемости на воздухе. Однако меньшее электричес­кое сопротивление графитовых нагревателей по сравне­нию с угольными приводит к необходимости работать с меньшим напряжением, но с большим током. Это вы­зывает увеличение электрических потерь в цепи пита­ния, контактных устройствах и снижает электрический к. п.д. установки. Угольные трубы продолжают приме­нять лишь в печах малого размера.

В графитотрубчатых печах трудно управлять рас­пределением температуры по длине печи. Местное изме­нение толщины стенок трубы оказывает малое влияние на распределение температуры. Срок службы графито­вых труб зависит от температуры в печи, наличия за­щитной атмосферы, проводимого процесса и колеблется от нескольких дней до 2—3 мес.

Контактное устройство для подвода тока к графитовому нагревателюНа рис. 145 показан один из вариантов устройства для подвода тока к нагревателю. На графитовую трубу плотно надевается графитовый конус 2, а на него — кон­тактная головка 4, прижимаемая к конусу и трубе бол­тами 5. Электрический ток к контактной головке подво­дится шиной 3. Загрузочный патрубок и холодильник крепятся болтами 1, имеющими электроизоляционные прокладки. Контактная головка в свою очередь должна быть изолирована от кожуха печи. При монтаже печи следует обращать особое внимание на хорошую подгон­ку соприкасающихся частей, в противном случае полу­чается большое переходное сопротивление и в контакте будет теряться значительная часть мощности печи. Кон­тактные головки разогреваются как за счет мощноста, теряемой в контакте, так и вследствие теплопроводно­сти графитовой трубы и корпуса. Обычно в двух контактных головках теряется от 15 до 25% мощности пе­чи. Контактные головки чаще всего изготавливают из меди или бронзы с водяным охлаждением.

Питание печи электрическим током осуществляется от понижающего трансформатора с напряжением 10—20 В на низкой стороне и 220—380 В на высокой. Транс­форматор целесообразно располагать возможно ближек печи (под печью). Температуру регулируют изменени­ем напряжения, подводимого к трансформатору, для че­го могут быть использованы автотрансформаторы с от­водами или регуляторы напряжения с плавным регули­рованием напряжения под нагрузкой. Температуру в печи можно регулировать вручную и автоматически. Для контроля температуры печи используют оптический пирометр, которым измеряют температуру через специ­альное окно со стеклом в крышке разгрузочного патруб­ка печи. Для удобства замера иногда внутри трубы сверху укрепляют графитовую пластинку (маяк), на которую наводят пирометр.

Автоматическое регулирование осуществляют, под­держивая постоянной либо мощность печи, либо темпе­ратуру. Встречаются определенные трудности в выборе датчика температуры в связи с высокой температурой в печи и атмосферой, содержащей окись углерода и уг­леводороды.

При расчете размеров муфельных и графитотрубча­тых печей исходят из общей производительности, разме­ров лодочки, массы изделий и времени пребывания из­делий в печи.