CS229412B1

CS229412B1 - Graphite rasistance furnace

Info

Publication number: CS229412B1
Application number: CS276582A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Doc Ing Pulc; Ernest Ing Gondar; Pavol Ing Misik
Original assignee: Vojtech Doc Ing Pulc; Ernest Ing Gondar; Pavol Ing Misik
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1984-06-18

Description

• Vynález sa týká grafitovej odporovej pece, kde ohřev pracovného priestoru je zabezpečovaný pomocou grafitového odporového článku válcového tvaru, ktorá je vhodná na ohřev materiálu na vysoké teploty v ochraně vákua elebo plynu. Pec možno použit na r8zne spfisoby technologického spracovania kovových a keramických materiálov ako sú například spekanie, tavenie, žíhanie, kalenie, chemicko-tepelné spracovanie a podobné.The invention relates to a graphite resistance furnace, wherein the heating of the working space is provided by a graphite resistance element of cylindrical shape suitable for heating the material to high temperatures in vacuum or gas protection. The furnace can be used for various methods of technological processing of metallic and ceramic materials such as sintering, melting, annealing, quenching, chemical heat treatment and the like.

Elektrické odporové pece pre ohřev materiálu v ochraně vákua alebo plynu sú konstruované obvykle tak, že zdrojom tepla je odporový článok najčastejšie válcového tvaru, do vnútorného priestoru ktorého sa vkládá spracovávaný materiál. Pri konštrukcii takýchto pecí sa ako zdroj tepla používajú najčastejšie odporové články vyhotovené z molybdénu. Telesá mávajú obyčajne tvar koša vyhotoveného z drfttov a tyčí, ktoré sú pomocou keramických príchytiek upevněné na základnú kostru telesa.Electric resistance furnaces for heating material in vacuum or gas protection are usually designed such that the heat source is a resistive element of the most generally cylindrical shape into the interior space into which the material to be treated is inserted. In the construction of such furnaces, molybdenum resistive elements are most commonly used as the heat source. The bodies usually have the shape of a basket made of wire and rods, which are fixed by means of ceramic clips to the base carcass.

V niektorých prípadoch, a to najma u laboratórnych pecí, sa používajú odporové články tvaru trubky vyhotovenej z plechu, vhodné perforovaného zárezmi, ktoré určujú odpor článku, ako aj celkový tvar a veTkosť jeho ohrevovej časti. Nevýhodou ohrevovýoh telies tohto typu je váčšinou ich velmi zložitá konštrukcia, obtiažna výroba, časté deformácie v dísledku tepelných dilatácii, silné skrehnutie v d8sledku štrukturálnych zmien materiálu telesa, vyvolaných vysokou teplotou a z toho vyplývajúca náchylnost na mechanické poškodenie pri demontáži pece, vzájomné interakcia medzi kovovými časíami a nosnou keramikou pri vysokých teplotách a podobné. Nevýhodou týchto pecí je tiež ich poměrně nízká pracovné teplota, ktorá neprivyšuje 1 700 °C. K najváčším nevýhodám uvedených pecí patří však čím áalej tým váčší nedostatok a vysoká cena molybdénu, připadne iných ťažkotavitelných kovov.In some cases, in particular in laboratory furnaces, pipe-shaped resistive elements made of sheet metal, preferably perforated by notches, are used to determine the resistance of the cell, as well as the overall shape and size of its heating portion. The disadvantages of heating bodies of this type are mostly their very complicated construction, difficult production, frequent deformations due to thermal dilatations, strong embrittlement due to structural changes of the body material caused by high temperature and resulting susceptibility to mechanical damage during furnace dismantling, interactions between metals and carrier ceramics at high temperatures and the like. A disadvantage of these furnaces is also their relatively low working temperature, which does not exceed 1700 ° C. However, one of the greatest disadvantages of these furnaces is the increasing deficiency and the high cost of molybdenum and other refractory metals.

ťi-e dosiahnutie vysokých teplSt je možné na výrobu odporových ohriévacich telies použiť grafit. Jeho výhodou je, že je lačný, l’ahko dostupný, dobré obrobitel’ný a možno z něho vyrobit telesó 1’ubovol’ného tvaru. Poměrně malá teplotná rozťažnosť zaručuje stálost rozmerov až do vysokých teplSt. Nízký modul pružnosti a vel’ků tepelná vodivost, spolu s malou tepelnou roztažnosťou dávajú grafitu vhodná kombináciu vlastností, ktoré sa prejavujú velkou odolnosťou proti tepelnému rázu a proti vzniku trhlin za premenlivých teplSt.While achieving high temperatures, graphite can be used to produce resistance heating elements. Its advantage is that it is greedy, easy to access, well machinable and can be used to make a body 1 'of any shape. The relatively low thermal expansion guarantees dimensional stability up to high temperatures. The low modulus of elasticity and large thermal conductivity, together with low thermal expansion, give graphite a suitable combination of properties that exhibit high thermal shock resistance and crack resistance at varying temperatures.

Sú známe konštrukcie pecí, a to najma laboratórnych, kde eko ohrievacie teleso sa používá grafitový odporový článok spravidla tvaru tyčí, trubiek, skrutkovníc, prstencových článkov a podobné. Převážné vačěina týchto pecí vyžaduje přívod prúdu z obidvoch stráň článku, čo do značnej miery zvyěuje konštrukčnú zložitosť pece, a to nielen z ddvodu oboustranného elektrického propojenia, ale aj z dčvodu tepelnej dilatácie. Tiež pripojenie takýchto pecí na čerpaciu vákuovú sústavu, umiestňovanú obvykle pod pečou, je značné komplikované.Furnace designs are known, in particular laboratory, where the eco-heating element uses a graphite resistive element generally in the form of rods, tubes, helices, annular elements and the like. Most of these furnaces require power supply from both sides of the cell, which greatly increases the structural complexity of the furnace, not only because of the two-way electrical connection, but also due to thermal expansion. Also, the connection of such furnaces to a vacuum pumping system, usually located under the oven, is considerably complicated.

Známe sá tiež pece, kde sa používajú grafitové odporové články, umožňujúce přívod prúdu iba z jednej strany článku, pričom prúdové nástavce sú umiestnené buň paralelné s osou článku, alebo sú na túto kolmé. Nevýhodou doteraz známých konštrukčných riešeni tohto typu pecí je, že prúdové nástavce článku sú vystavené priamemu účinku tepla vyžarovaného z článku, čo zvyšuje nebezpečenstvo ich prehriatia, a tým aj vzájomnej interakoie s kovovými Časťami upínacíeho zariadenia.Furnaces are also known in which graphite resistive cells are used, which allow current to be supplied from only one side of the cell, the current adapters being positioned or perpendicular to the cell axis. A disadvantage of the prior art designs of this type of furnace is that the current jets of the cell are exposed to the direct effect of the heat emitted from the cell, which increases the risk of overheating, and thus of the interaction with the metal parts of the clamping device.

Uvedené nedostatky sú odstránené grafitovou odporovou pečou tvaru valcovej nádoby z jednej strany uzatvorenej věkem, na ktorom je instalovaný grafitový odporový článok a z druhej strany uzatvorená priechodným dnom vybaveným přírubou na pripojenie na vékuovaciu čerpaciu sústavu a přírubou na termočlánkovú priechodku, pričom grafitový odporový článok válcového tvaru je pozdlžnymí zérezmi upravený na meandrovité, paralelné zapojené sekcie podTa vynálezu, ktorého podstata je v tom, že ich elektrické přívody umiestnené na rovnakej straně grafitového odporového článku sú ukončené tepelnoizolačnými segmentami tvaru polkruhovej výseče.These drawbacks are eliminated by a graphite resistor of a cylindrical vessel shape on one side closed by an age on which a graphite resistive element is installed and on the other side closed by a passage bottom equipped with a flange for connection to a vacuum pump assembly and flange to a thermocouple bushing. The longitudinal cuts are adapted to meandering, parallel connected sections according to the invention, the essence of which is that their electrical leads located on the same side of the graphite resistor are terminated by heat-insulating segments of the shape of a semicircular sector.

Ďalej v tepelno-izolačných segmentooh grafitovo odporového článku sú upevněné přípojné grafitové nástavce. Ďalej přípojné grafitové nástavce sú svorkami vodivo spojené s kovovými elektrickými prívodmi, ktoré prechádzajú cez vékuové priechodky do vonkajšieho prostredia pece.Furthermore, in the heat-insulating segmentooh of a graphite resistive element, attachment graphite attachments are mounted. Furthermore, the connecting graphite extensions are conductively connected to the metal electrical leads by means of clamps, which pass through the lids to the outside of the furnace.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že přívody odporových sekcií, umiestnené z jednej strany článku, sú ukončené segmentami tvaru plochej kruhovej výseče, nachádzajúcimi se nad vnútorným priestorom článku. Kruhové výseče vytvárajú tepelné tienenie tvaru kruhového disku chrániaoe priestor smerom k elektrickým prívodom proti účinkom tepla vyžarovaného z priestoru článku. V tieniacich tepelno-izolačných segmentooh sú upevněné grafitové nástavce, ktoré slúžia na pripojenie článku na kovové elektrické přívody zavedené do vnútorného priestoru pece.It is an object of the invention that the leads of the resistive sections located on one side of the cell are terminated by segments of the shape of a flat circular segment located above the inner space of the cell. The circular sectors create thermal shielding of the shape of the circular disk protecting the space towards the electrical wires against the effects of heat emitted from the cell space. In the shielding heat-insulating segments, graphite attachments are fixed, which serve to connect the cell to the metal electrical leads introduced into the interior of the furnace.

Výhodou odporovej pece podl’a vynálezu je jej jednoduchá konštrukcia, 1’ahká montáž a demontáž, výrazné zníženie tepelného namáhania upínacieho zariadenia odporového článku, lepšie využitie vnútorného priestoru pece a z toho vyplývajúca l’ahšia regulovateTnost teploty, úplné vylúčenie problémov s dilatáciou odporového článku. Po inštalácii odporového článku na elektrické přívody umiestnené v hornom veku pece sa toto pomocou příruby upevní na válcový plášť pracovného priestoru pece, čím vznikne montážny celok, ktorý sa pri otváraní pece zodvihne nad pracovný priestor pece, takže pri manipulácii se vzorkami je nebezpečenstvo mechanického poškodenia odporového článku prakticky vylúčené. Konštrukčné riešenie pece umožňuje jej jednoduché pripojenie na bežne dostupné vékuovacie sústavy a to pomocou príruby umiestnenej na spodnom veku pece. Pec je vyrobená z běžných, l’ahko dostupných materiálov.The advantages of the resistance furnace according to the invention are its simple construction, ease of assembly and disassembly, significant reduction of thermal stress of the clamping device of the resistance element, better utilization of the furnace interior and consequently easier temperature control, complete elimination of resistance dilatation problems. After installing the resistor element on the electrical connections located in the upper lid of the furnace, the flange is fastened to the cylindrical shell of the furnace working space, thereby forming an assembly that lifts above the furnace working space when opening the furnace so that article practically excluded. The design of the furnace allows it to be easily connected to commercially available vacuum systems using a flange located at the bottom of the furnace. The furnace is made of common, easily accessible materials.

Vyznačuje sa velkou životnostem a velmi dobrou funkčnou spolehlivosťou. Po niekoTko sto hodinách prevádzky nebolo možné na jednotlivých detailech pece pozorovat žiadne znaky fyzického opotřebeni».It is characterized by long service life and very good functional reliability. After several hundred hours of operation, no signs of physical wear were observed on the individual furnace details.

Na připojených výkresoch je znázorněný příklad vyhotovenia grafitovej odoorovej pece podTa vynálezu, kde na obr. I je v pozdížnom smere zobrazené celkové konstrukčně rieěenie grafitovej odporovej pece a na obr, 2 je znázorněný odporový článok spolu 3 náStRVCMÍ ,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An exemplary embodiment of a graphite odor furnace according to the invention is shown in the accompanying drawings. 1 shows the overall design of the graphite resistance furnace in the longitudinal direction, and FIG.

Grafitový odporový Slénok 1 tvaru vertikáinej trubky je vyhotovený z grafitu. PozdTžnymi zárezmi je upravený na dve meandrovité, paralelné zapojené odporové sekcie 2, ktorých elektrické přívody J sú ukončené tspelno-izolačnými segmentami í tvaru kruhovej výseče, ktoré vytvárajú tepelné tienenie tvaru kruhového disku, chrániace priestor smerom k přívodu elektrického prúdu, proti účinkom tepla vyžarovaného z telesa.The graphite resistive tube 1 in the form of a vertical tube is made of graphite. By means of the longitudinal slits it is provided for two meandering, parallel connected resistive sections 2, whose electrical connections J are terminated by spherical insulating segments 1 of the shape of a circular segment, which create thermal shielding of the circular disk shape protecting the space towards the power supply against the heat radiation. body.

Tepelno-izolačné segmenty £ sú zároveň využité na prípojenie grafitového odporového článku 1 na kovové elektrické přívody 2» a to pomocou přípojných grafitových nástavcov % cez svorky 6. Elektrické přívody 2 prechádzajú cez vákuové priechodky 8 do vonkajšieho prostredia, kde sú připojené na zdroj elektrického prúdu. Vákuové priechodky 8 sú privarené na hornom veku £ pece, ktoré je přírubovým spojením připevněné na válcový plášť 10 pracovného priestoru pece.The heat-insulating segments 6 are also used to connect the graphite resistive element 1 to the metal electrical connections 2 by means of connecting graphite extensions% through terminals 6. The electrical connections 2 pass through the vacuum grommets 8 to the external environment where they are connected to a power source. . The vacuum feedthroughs 8 are welded to the upper lid 6 of the furnace, which is flange-mounted to the cylindrical jacket 10 of the furnace working space.

Spodně časť válcového plášťa 1,0 je přírubovým spojením připojené na spodně veko 21, ktoré je pomocou priruby 12 upevněné na vákuovaciu sústavu. Příruba 13 slúži na upevnenie termočlánkovej priechodky. Horné veko 2., válcový plášť JO. a spodně veko 11 majú zdvojené steny, ktoré umožňujú ich chladenie vodou. Spodné veko 1 i slúži ako pevný st51, na ktorý sa kladů spracovávané vzorky.The lower part of the cylindrical housing 1.0 is connected by a flange connection to the lower lid 21, which is fixed by means of a flange 12 to the vacuum assembly. The flange 13 serves to secure the thermocouple bushing. Upper lid 2, cylindrical jacket JO. and the lower lid 11 have double walls which allow them to be cooled by water. The lower lid 11 serves as a solid st51 onto which the samples to be treated are laid.

Spodné veko 11 je čiastočne přechodné; kanály 14 zabezpečujú spojenie vnútomého priestoru pece s vákuovacou sústavou a slúžia zároveň ako montážně otvory slúžiace pre přívod termočlénkov. Všetky vnútorné steny pece sú obložené grafitovou plstennou izoláciou 15.The lower lid 11 is partially transient; the channels 14 provide a connection between the interior of the furnace and the vacuum assembly and at the same time serve as mounting holes for the supply of thermocouples. All furnace walls are lined with graphite felt insulation 15.

1b a 12» ktorá znižuje tepelné straty vyžarovanim z vonkajšieho povrchu grafitového odporového článku i.1b and 12 ' which reduces heat loss by radiating from the outer surface of the graphite resistor 1.

Horné veko £ a válcový plášť 10 spolu s grafitovým odporovým článkom 1 a izoláciou 15 a 16 tvoria jeden montážny celok, ktorý sa pri otváraní pece zdvihne nad manipulačný priestor, čím sa umožní pohodlný přístup k vzorkám; jeho přesné vedenie pri zdvíhaní a spúšťaní zabezpečujú vodiace tyče 18. Pec možno doplniť prívodom a odvodom plynu pre ohřev vzoriek v ochrannej, připadne aktívnej atmosféře.The top cover 8 and the cylindrical housing 10 together with the graphite resistive element 1 and the insulations 15 and 16 form a single assembly which, when the furnace is opened, rises above the handling space to allow convenient access to the samples; its precise guidance during lifting and lowering is provided by guide rods 18. The furnace can be supplemented with gas inlet and outlet for heating samples in a protective or active atmosphere.

Grafitová odporová pec podTa vynálezu má mnohostranné použitie. Je vhodná na ohřev kovových a keramických materiálov v ochraně vákua alebo plynu na teploty do 2 000 °C, a to při takých operáeiách, ako sú naprikld spekanie, tavenie, žíhenie, kalenie, chemicko-tepelné spracovanie a podobné.The graphite resistance furnace according to the invention has a wide range of applications. It is suitable for heating metal and ceramic materials in vacuum or gas protection to temperatures up to 2000 ° C for operations such as sintering, melting, annealing, quenching, chemical heat treatment and the like.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A graphite resistance furnace in the form of a cylindrical vessel on one side closed by a lid on which a graphite resistive element is installed and on the other side closed by a passage bottom equipped with a flange for connection to a vacuum pumping system with flange to a thermocouple bushing. The cut-outs are arranged on meandering, parallel connected resistive sections, characterized in that the ioh electrical leads (3) located on the same side of the graphite resistive element (1) are terminated by heat-insulating segments (4) in the shape of a flat circular sector.

2. A graphite furnace according to claim 1, characterized in that in the heat-insulating segments (4) of the graphite resistive element (1) are attached graphite connection pieces (5).

3. A graphite resistance furnace according to claim 1, characterized in that the connecting graphite extensions (5) are conductively connected to the metal electrical connections (7) through terminals (6), which pass through the vacuum grommets (8) into the external environment of the furnace.