182225. lajstromszámú szabadalom • Magas hőmérsékleten tüzelő csőszerű elektromos hőkezelő berendezés
3 182225 4 hét be, ilyen esetben az 5 rugók ellenében a magasnyomású égéstermékek biztonságosan távozhatnak. Ilyen jellegű berendezést az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. is gyárt és EBK sorozatjelű spirálizzító kemence elnevezéssel a szakemberek előtt ismert piaci termék, számos izzólámpagyárban alkalmazásban van. A levegőn történő meleg megmunkálások közben az anyag felülete oxidálódik és amikor az oxidos felületű anyagot a redukáló védőgázban magas hőmérsékletű hőkezelésnek (izzításnak) vetjük alá, akkor a wolframcsőnek azon a felső szakaszán, ahol a legnagyobb a hőfokgrádiens, intenzív anyagtranszport lép fel. Ez a jelenség a wolframcső gyors, 20—40 óra alatt bekövetkező kilyukadását, tönkremenését eredményezi. Az anyagtranszportot a felületi wolframoxid (W03) redukciója közben a keletkező vízgőz tartja fenn, amely ott fejti ki maximális hatását, ahol a hőfokgrádiens a legnagyobb. Ezen a csőszakaszon a fal elvékonyodását a porkohászati úton előállított wolframcső anyagában levő pórusok mozgása is erősíti, amikoris a pórusok a magasabb hőmérsékletű hely felé mozognak el, ezzel lecsökkentik a hasznos áramvezető keresztmetszetet, amelynek következményeként helyi túlmelegedés, következésképp ától vadás lép fel. A fent ismertetett jelenség vázlatos bemutatására mellékeljük a 2. ábrát. A 2. ábrán az 1. ábra szerinti 2 izzítócső metszete látható a 9 árambevezetővel együtt. 13 görbe a csőszakasz hőmérsékletét mutatja. Azon a részen, ahol a hőmérsékletgörbe a legmeredekebb (legnagyobb a hőfokgrádiens), bekövetkezik a fentebb vázolt anyagtranszporttal kapcsolatos korróziós jelenség, amelynek végeredménye, hogy a védőgázba kerülő vízgőz (oxigén) hatására a 2 E-cső 11 helyen bemaródik, a kimart anyag pedig 12 helyen lerakódik. A jelenség eredményeként a W-cső 11 helyen kilyukad, a berendezés tönkremegy. (A folyamat mechanizmusának részletesebb ismertetése messzebb vezetne, és ettől eltekintünk, mert a találmány megértéséhez nem feltétlenül szükséges.) Találmányunk célkitűzése olyan konstrukció kialakítása, amely kiküszöböli az eddig használt és fentebb ismertetett izzítókemencék hátrányait, nevezetesen a wolfram izzítócső korai kilyukadását és tönkremenetelét. Találmányunk lényege az a felismerés, hogy olyan „csőszerű” fűtőelemet alkalmazunk, amelynek anyaga ugyancsak wolfram (vagy más magas olvadáspontú fém, pl. Mo), tehát ugyanabban a hőmérséklettartományban alkalmazható, mint pl. a wolframcső, de nem zárt. A találmányunk tárgyát képező fűtőelem hengerpaláston egymás mellett elhelyezett wolframrudakból áll, melyeket a két végén vezetőgyűrű fog össze, ami az árambevezetést is biztosítja. Ez az ún. „kalitkás fűtőtest” lehetővé teszi, hogy a wolframoxid redukciója közben keletkező vízgőz a wolframanyag közeléből azonnal el tud távozni és hidrogénnel felhígulva jut ki a berendezésből anyagtranszport létrejötte nélkül. A találmányunk szerinti megoldást az alábbiakban részletesen ismertetjük, megértését, megvalósítási módját és alkalmazási lehetőségeit példák megadásával segítjük elő. A találmány szerinti W-fütőelemes hőkezelő berendezés elvi felépítését a 3. ábra szemlélteti. Lényegében megegyezik az 1. ábrán bemutatott készülékkel, azzal a különbséggel, hogy a fűtőelem 14 W-rudakból épül fel. A fűtőelemen áthaladó 10 hőkezelendő fémrúd pontosabb megvezetését 15 kerámiagyűrűkkel oldottuk meg. Ezzel biztosítható, hogy a hőkezelendő 10 W, Mo stb. rúd áthaladás közben véletlenül se érjen hozzá a magas hőmérsékleten működő 14 W fűtőelemekhez. Az előtoló görgők által továbbított 10 hőkezelendő rudat 15 kerámiagyűrü vezeti a magas hőfokon izzó 14 fűtőrudak által kialakított hőkezelőtérbe. Ennél a megoldásnál a fűtőelem 14 W-rudakból és 16 réz vezetőgyűrűkböl áll, amel> 17 vízzel hűtött réz árambevezető patronokba van befogva. A jobboldali patron a hőtágulás következtében tengelyirányban el tud mozdulni. A 3. ábra szerinti berendezés célszerűen ugyancsak H2 védőgázban működik. A fűtőelemet alkotó 8—16 db W-rúd átmérője egyenként 2—3 mm, az alkalmazott fűtőáram 1000—3000 A, a berendezés teljesítményigénye 5—20 kW. A fűtőelem köré helyezett 18 Mo hőreflektáló lemez nagymértékben csökkenti az energiaveszteséget, így pl. 4,5—6,5 mm átmérőjű W-rudak hőkezelése esetén az alkalmazható áttolási sebesség kb. 0,15—0,25 m/perc. Hasonló célra alkalmazott nagyfrekvenciás berendezés esetén fenti alkalmazásban a teljesítményigény a most ismertetett megoldás teljesítményének 2—3- szorosa. A berendezés terjedelme, helyigénye összehasonlíthatatlanul kisebb a hagyományos berendezésénél. Az alábbiakban konkrét megvalósítási példákat ismertetünk azzal a megjegyzéssel, hogy az előzőekben közölt és az alábbi konstrukciós adatokkal nem korlátozzuk magunkat. 1. példa Kovácsolt W-rudak folyamatos hőkezelésére alkalmas hőkezelő berendezés. A berendezés 4,5 mm 0-jű kovácsolt, oxidos W-rudak 1900 °C-on végzett újrakristályosító hőkezelésére alkalmas. Az alkalmazott hidrogén védőgáz mennyisége 800 liter/óra, amely két helyen van betáplálva. Egyrészt a W-fütőelem védelmére, másrészt a magas hőmérsékletű W-rúd védelmére, hogy a hűtőzónában elkerüljük annak oxidációját. A hőkezelő berendezésnél a W-rúd előtolását a két végén elhelyezett görgőpár végzi, amely fokozatos sebességbeállítással rendelkezik. Az alkalmazott sebesség 0,22 m/perc. A fűtőelem 2,5 mm 0-jű, 290 mm hosszú W-rudakból van felépítve, a réz vezetőgyűrűbe a kerület mentén 12 db W-rúd beforrasztásával. Az így felépített fűtőelem teljesítményigénye üzem közben 1900 °C hőmérséklet beállításánál 9,7 kW, a fűtőáram 1800 A. A hőkezelő berendezés veszélyhelyzetben tisztított palackos nitrogéngázzal is üzemeltethető, ezzel lényegesen csökkenthető a balesetveszély. 2. példa 9 db 3,0 mm 0 -jű, 290 mm hosszú W-rúdból felépített fűtőelem, amely alkalmas 5,85 mm 0 -jű kovácsolt W- rudak 2200 °C-os hőkezelésére. Ennél az alkalmazásnál az áttolási sebesség 0,18 m/perc, a hidrogén védőgáz mennyisége 10Ö0 liter/óra. A hőkezeléshez szükséges teljesítmény 16,3 kW. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
