專利名稱：浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于加熱器套管技術領域，具體涉及一種浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管及其制備方法。
背景技術：
有色金屬加熱熔化爐是熱浸鍍、熱壓鑄等行業(yè)對鋁、鋅及其合金進行熔化、保溫、凈化的核心設備，這些行業(yè)每年消耗的鋁、鋅分別占國內鋁、鋅資源消耗總量的35% 和50%。目前我國大范圍使用的傳統(tǒng)加熱爐大多是采用鐵坩堝外加熱或者上輻射加熱的方式，這些加熱方式均存在著坩堝腐蝕劇烈、能耗高、環(huán)境污染嚴重、資源利用率低等一系列問題，特別是由于鋅-鐵、鋁-鐵反應形成大量的熔渣或者輻射液面大量氧化，造成熔液及最終產品質量低下，影響國內熱浸鍍、熱壓鑄行業(yè)的整體競爭力。近年來，科研人員提出一種內加熱技術，將內加熱器直接浸入有色金屬熔體中加熱熔化金屬，徹底解決了上述問題。但是，由于設計的絕大多數(shù)內加熱器均采用內置電熱元件加熱的方式，如中國第 CN101765255A專利所述的復合陶瓷內加熱技術，在我國一些地域由于電力資源緊缺或者設備升級成本過高等問題，限制了內加熱技術的推廣應用。因此，采用燃氣加熱結合內加熱技術成為解決現(xiàn)有問題的有效途徑，這種方式可以在現(xiàn)有外加熱技術上升級，而且解決了限電等外在因素造成的能源浪費。其核心技術是適用于燃氣加熱的內加熱器套管的制備。陶瓷材料由于具有耐高溫、耐腐蝕的特性，因此是制備套管的理想材料。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種浸入式陶瓷內加熱器套管及其制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)一種浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管，包括一端封閉的SiC復合陶瓷外管1以及伸入外管1底部的兩端開口的SiC質陶瓷內管4，所述外管1內壁涂覆有致密的SiO2復合抗氧化層3，外壁涂覆有Si3N4AlN抗浸潤層2，外管1開口設有與尾氣管道9相接通的法蘭； 所述內管4伸出外管1的一端與燃氣發(fā)生系統(tǒng)通過法蘭連接，內管4伸出外管1的一端的上部側面與壓縮空氣管道8連通，內管4外壁設有SiC質散熱翅5。一種上述浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管的制備方法，包括以下步驟步驟1 :SiC復合陶瓷外管的制備首先以SiC、h-BN及Y-Al系氧化物為基礎粉料，所述基礎粉料各組分的質量百分比為=SiC 50 80%，h-BN 10 40%，Y2036%和Al2O3 4%，基礎粉料通過混合造粒后，采用等靜壓成型工藝制備SiC復合陶瓷外管素坯，然后烘干外管素坯，隨后在外管素坯開口位置加工并鑲嵌同質法蘭素坯，隨后用Si微粉填充外管素坯及法蘭素坯的孔隙，隨后在外管素坯外壁上涂覆Si3N4AlN混合料漿，所述Si3N4AlN混合料漿中各成分的重量百分比為=AlN 30 50%，Si3N4 40 60%，Al2O3 10%，外加占混合漿料總重量10%的酚醛樹脂和60%的無水乙醇，隨后于1650 1750°C氮氣保護下常壓燒結1 4h，隨后在燒結后的外壁涂覆的外管內壁均勻涂覆Sih混合料漿，所述SiA混合漿料中各組分的質量百分比為SiA 60 85%，CaO 5 10%，Al2O3 10 20%，MgOO 10%，外加占SW2混合漿料總重量100%的去離子水混合，隨后在1000 1200°C下熱處理 30 60min，得到內外均有涂層并鑲嵌有法蘭的SiC復合陶瓷外管1 ；步驟2 :SiC質陶瓷內管的制備以SiC、Si微粉、石油焦、Al2O3為基礎粉料，所述基礎粉料各組分的重量百分比為=SiC 65 85%，Si微粉5 15%，石油焦5 10%，Al2O3 5 10 %，把所述基礎粉料用占基礎粉料總重量20-40 %的水溶性酚醛樹脂、20 40 %的糊精和30 50%的水調配成均勻混合漿料，然后將混合漿料采用注漿成型工藝制備表面帶有散熱翅5并一端鑲嵌有法蘭的SiC陶瓷內管素坯，隨后將內管素坯在50-80 V下表面覆膜并干燥M 48h，隨后在溫床上烘干水分，隨后對素坯修復整形，隨后在1450 1550°C下滲硅并燒結2 他，滲硅過程抽真空處理，真空度為10 lOOPa，得到帶有散熱翅5的SiC 陶瓷內管，最后將該內管在900 1100°C空氣氣氛下熱處理2 4h，得到成品SiC質陶瓷內管4。步驟1所述的等靜壓成型工藝，壓力為150 200MPa。步驟1所述的烘干外管素坯，其烘干條件為溫度100 150°C，時間4 他。步驟1所述Si微粉，其粒徑為10 40 μ m。本發(fā)明的有益效果是SiC復合材料陶瓷外管具有明顯的抗熔液浸潤、抗高溫氧化、抗熱震的性能，在金屬熔液中能夠冷插拔而不致開裂，表面Si3N4AlN層具有良好的熔液穩(wěn)定性，內層SiO2致密抗氧化層具有高溫條件下的空氣阻隔能力。SiC質陶瓷內管具有高熱導率及燃氣散熱性能、高強度、耐高溫，在燃氣火焰高溫灼燒下能夠保證其高的力學性能。相比較于電加熱系統(tǒng)套管，具有較高的安全性及運行穩(wěn)定性。


附圖是本發(fā)明的結構圖。圖中1-外管；2-抗浸潤層；3-抗氧化層；4-內管；5-散熱翅；6_點火電極；7_燃氣管道；8-空氣管道；9-尾氣管道。
具體實施例方式以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如附圖所示，本發(fā)明浸入式燃氣陶瓷內加熱器，包括一端封閉浸入金屬熔液的SiC 復合陶瓷外管1，該外管外層涂覆有Si3N4AlN抗浸潤層2，內層涂覆有致密的SiO2抗氧化層3，外管內置兩端開口的SiC質陶瓷內管4，該內管外層設有散熱翅5，在陶瓷內管內部插有燃氣管道7，內管上開口與壓縮空氣管道8連接。內管外層設有SiC質散熱翅，具有高導熱性，能夠有效的將熱量傳導于外管加熱金屬熔液。本發(fā)明浸入式燃氣陶瓷內加熱器的工作原理為燃氣與壓縮空氣分別從燃氣管道 7和壓縮空氣管道8進入內管4中，并在點火電極6的附近混合燃燒，尾氣通過內管外壁的散熱翅5螺旋上升，于外管上部尾氣管道9排出。陶瓷外管1由于要承受內外高溫，并具有一定溫差的環(huán)境，要求基體材料具有良好的抗熱震性能，外部為高腐蝕性熔液環(huán)境，要求具有一定的抗熔液浸滲性能。因此，按照上述要求，陶瓷外管1采用具有低彈性模量的SiC復合陶瓷，其具體實施例組成及制備工藝如下表1所示表1 SiC復合陶瓷外管配方及工藝
權利要求
1.一種浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管，其特征在于包括一端封閉的SiC復合陶瓷外管(1)以及伸入外管(1)底部的兩端開口的SiC質陶瓷內管0)，所述外管(1)內壁涂覆有致密的SiO2復合抗氧化層(3)，外壁涂覆有Si3N4AlN抗浸潤層O)，外管⑴開口設有與尾氣管道(9)相接通的法蘭；所述內管(4)伸出外管(1)的一端與燃氣發(fā)生系統(tǒng)通過法蘭連接，內管(4)伸出外管(1)的一端的上部側面與壓縮空氣管道(8)連通，內管(4)外壁設有SiC質散熱翅(5)。
2.—種權利要求1所述浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管的制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 :SiC復合陶瓷外管的制備首先以SiC、h-BN及Y-Al系氧化物為基礎粉料，所述基礎粉料各組分的質量百分比為=SiC 50 80%，h-BN 10 40% J2036%和Al2034%， 基礎粉料通過混合造粒后，采用等靜壓成型工藝制備SiC復合陶瓷外管素坯，然后烘干外管素坯，隨后在外管素坯開口位置加工并鑲嵌同質法蘭素坯，隨后用Si微粉填充外管素坯及法蘭素坯的孔隙，隨后在外管素坯外壁上涂覆Si3N4AlN混合料漿，所述Si3N4AlN混合料漿中各成分的重量百分比為A1N 30 50%，Si3N4 40 60%，Al2O3 10%，外加占混合漿料總重量10%的酚醛樹脂和60%的無水乙醇，隨后于1650 1750°C氮氣保護下常壓燒結 ι 4h，隨后在燒結后的外壁涂覆的外管內壁均勻涂覆SiA混合料漿，所述SiA混合漿料中各組分的質量百分比為SiA 60 85%，CaO 5 10% ,Al2O3 10 20%，MgOO 10%， 外加占SiA混合漿料總重量100%的去離子水混合，最后在1000 1200°C下熱處理30 60min，得到內外均有涂層并鑲嵌有法蘭的SiC復合陶瓷外管(1)；步驟2 :SiC質陶瓷內管的制備以SiC、Si微粉、石油焦、Al2O3為基礎粉料，所述基礎粉料各組分的重量百分比為=SiC 65 85%，Si微粉5 15%，石油焦5 10% ,Al2O3 5 10 %，把所述基礎粉料用占基礎粉料總重量20-40 %的水溶性酚醛樹脂、20 40 %的糊精和30 50%的水調配成均勻混合漿料，然后將混合漿料采用注漿成型工藝制備表面帶有散熱翅(5)并一端鑲嵌有法蘭的SiC陶瓷內管素坯，隨后將內管素坯在50-80°C下表面覆膜并干燥M 48h，隨后在溫床上烘干水分，隨后對素坯修復整形，隨后在1450 1550°C 下滲硅并燒結2 他，滲硅過程抽真空處理，真空度為10 lOOPa，得到帶有散熱翅(5)的 SiC陶瓷內管，最后將該內管在900 1100°C空氣氣氛下熱處理2 4h，得到成品SiC質陶瓷內管⑷。
3.根據(jù)權利要求2所述浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管的制備方法，其特征在于步驟1 所述的等靜壓成型工藝，壓力為150 200MPa。
4.根據(jù)權利要求2所述浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管的制備方法，其特征在于步驟1 所述的烘干外管素坯，其烘干條件為溫度100 150°C，時間4 他。
5.根據(jù)權利要求2所述浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管的制備方法，其特征在于步驟1 所述Si微粉，其粒徑為10 40 μ m。
全文摘要
一種浸入式燃氣陶瓷內加熱器套管及其制備方法，該套管包括SiC復合陶瓷外管以及伸入外管底部的SiC質陶瓷內管，外管內壁涂覆有SiO2復合抗氧化層，外壁涂覆有Si3N4/AlN抗浸潤層，外管開口設有與尾氣管道相接通的法蘭；內管伸出外管的一端與燃氣發(fā)生系統(tǒng)通過法蘭連接，內管伸出外管的一端的上部側面與壓縮空氣管道連通；其制備方法為首先制備SiC復合陶瓷作為外管，然后再外管外壁涂覆Si3N4/AlN復合涂層并熱處理，內壁涂覆致密SiO2抗氧化層并熱處理，最后制備SiC質陶瓷內管并滲硅、燒結和熱處理；本發(fā)明和電加熱系統(tǒng)套管相比較，具有較高的安全性及運行穩(wěn)定性，并且能夠在現(xiàn)有生產基礎上對設備進行升級。
文檔編號C04B35/565GK102506429SQ201110347760
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權日2011年11月7日
發(fā)明者喬冠軍, 史忠旗, 楊萬利, 金志浩, 金海云 申請人:西安交通大學