По техническому заданию заказчика, была спроектирована и изготовлена электропечь вертикальная трубчатая раскладная, как базовый элемент установки для производства волокна из синтезируемых протяженных углеродных нанотрубок. Работа была связана с переходом от пилотной установки к опытно-промышленной.

Внутри печи, вертикально в ряд располагаются четыре трубчатых кварцевых реактора диаметром 100 мм и длиной 2400 мм. При проектировании, основным требованием к печи была заявлена возможность настройки распределения температуры по высоте реакторов. С этой целью, были организованы четыре зоны нагрева. Кварцевые реакторы предъявляют дополнительные требования к тепловому режиму. Локальные перепады температуры создают термические напряжения в кварце, поэтому важны равномерность нагрева по окружности, согласованность зон по высоте и контролируемый выход на рабочий режим.

По мере движения снизу вверх, парогазовая реакционная смесь нагревается в соответствии с заданным температурным профилем и в зоне синтеза, при температурах 1100–1200 °С в воздушной атмосфере, из компонентов реакционной смеси образуются углеродные нанотрубки.

Электропечь в составе установки получения углеродных нанотрубок

Корпус печи состоит из неподвижной части и двери. Вертикальный разъём позволяет открыть камеру для установки реакторных труб и обслуживания нагревателей. Номинальная мощность электропечи составляет 20 кВт, рабочий диапазон температур — от 200 до 1250 °С.Стабильность поддержания температуры в установившемся тепловом режиме составляет ±2 °С.

Конструкция разъёмной электропечи с четырьмя кварцевыми реакторами

1 — кварцевый реактор; 2 — внешний кожух; 3 — внутренний кожух; 4 — рама; 5 — нагревательная панель; 6, 7 — термопары; 8 — теплоизоляция; 9 — теплоизоляционные уплотнения; 10 — поворотная петля.

Каждая зона нагрева оснащена управляющей и контрольной термопарами. Управляющие термопары ТПП (S) установлены на неподвижной части электропечи, контрольные ТНН (N) — на двери. Аппаратура электропитания, управления и контроля теплового режима размещена в отдельном шкафу управления.

Заданный температурный профиль реактора и шкаф управления установкой справа

После изготовления, электропечь была испытана, встроена в установку и приведена в рабочее состояние. По завершении отладки установка вышла на номинальный режим выпуска продукции.