本發(fā)明涉及一種大型復(fù)合輻射式加熱棒及其制備方法。

背景技術(shù)：

加熱爐是電子、冶金、陶瓷、磁性材料等高溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域的重要生產(chǎn)設(shè)備，加熱棒作為加熱爐的發(fā)熱元件，掛置在加熱爐內(nèi)側(cè)壁，通電后發(fā)熱產(chǎn)生熱能，熱能通過(guò)熱輻射傳遞給加熱爐內(nèi)空氣，對(duì)爐內(nèi)材料進(jìn)行加熱，因此加熱棒的性能對(duì)加熱爐的加熱效率起著至關(guān)重要的影響。目前應(yīng)用最為廣泛的兩種加熱棒為硅碳棒和硅鉬棒，這兩種加熱棒壽命較短，如硅鉬棒依靠外表在高溫下形成氧化物保護(hù)膜以保護(hù)表面不受侵蝕，離開(kāi)氧化氣氛壽命會(huì)縮短，而硅碳棒相反，有氧會(huì)被奪取碳，逐漸被侵蝕，最終導(dǎo)致報(bào)廢無(wú)法工作。另一方面，這兩種加熱棒在高溫下抗拉強(qiáng)度不高，脆性較大，在溫度脆弱區(qū)損壞率較高，加之自重原因，導(dǎo)致加熱棒的長(zhǎng)度受限，不能做的太長(zhǎng)。而加熱棒的長(zhǎng)度受限使加熱爐內(nèi)熱輻射距離很短，為了保證加熱爐內(nèi)各處溫度達(dá)到要求，就不得不減小加熱爐內(nèi)空間尺寸，使產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)受限。雖然目前也出現(xiàn)了少量的大型輻射式加熱爐，一般只限于直徑小，不超過(guò)2.5米，造價(jià)卻很高，增大了大型產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種設(shè)計(jì)合理、加熱輻射范圍大、使用壽命長(zhǎng)、提高生產(chǎn)效率的大型復(fù)合輻射式加熱棒及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大型復(fù)合輻射式加熱棒，包括一絕緣材質(zhì)的固定套管，沿固定套管的軸線方向在固定套管的管壁上均勻貫穿設(shè)有若干個(gè)安裝柱孔，所述安裝柱孔呈圓環(huán)狀排布于固定套管側(cè)壁上，在每個(gè)安裝柱孔內(nèi)均插設(shè)有一加熱棒，所述加熱棒包括一由若干根棒體單元連接而成的加熱段以及焊接在加熱段兩端端部的兩個(gè)導(dǎo)電冷端，緊鄰每個(gè)安裝柱孔的固定套管外側(cè)壁均開(kāi)設(shè)有若干個(gè)與安裝柱孔相連通的固定孔，在固定孔內(nèi)以及正對(duì)固定孔的安裝柱孔內(nèi)填充有陶瓷固結(jié)劑。

所述加熱棒的兩端分別伸出固定套管的端部10cm，所述導(dǎo)電冷端的長(zhǎng)度為5.8m。

相鄰兩加熱棒的中心距為加熱棒直徑的4倍。

所述固定套管的長(zhǎng)度為6m、外徑為40cm、壁厚為12mm，所述加熱棒的直徑為9mm，相鄰兩加熱棒中心間距為36mm。

每根棒體單元的長(zhǎng)度為1.8-2m，與同一安裝柱孔相連通的相鄰兩固定孔之間的距離為1.8-2m。

相鄰兩棒體單元之間的連接方式為對(duì)焊焊接。

所述固定套管為莫來(lái)石材質(zhì)。

所述陶瓷固結(jié)劑由以下重量比的原料燒結(jié)而成：Si粉5％、Fe₂O₃75％和Al粉20％。

所述棒體單元為硅鉬棒。

所述大型復(fù)合輻射式加熱棒的制備方法，其特征是：包括如下步驟：

(1)混合固定套管原料：

(1-1)配料：

固定套管的原料組成為合成莫來(lái)石耐火材料，可以從市面上直接購(gòu)買或者自行配制；自行配制時(shí)，原料組成及百分比為：粒徑＜1mm的莫來(lái)石熟料顆粒50％、粒徑＜0.074mm的莫來(lái)石熟料粉35％、粒徑＜0.043mm的三氧化二鋁細(xì)粉10％、購(gòu)于王村鎮(zhèn)正泰粘土礦的高純粘土粉5％；以及占莫來(lái)石熟料顆粒、莫來(lái)石熟料粉、三氧化二鋁細(xì)粉和高純粘土粉質(zhì)量和3％的粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑為亞硫酸紙漿、聚合氯化鋁溶液或多聚磷酸鹽溶液；

(1-2)混料：

將步驟(1-1)中稱量得到的莫來(lái)石熟料顆粒、莫來(lái)石熟料粉、三氧化二鋁細(xì)粉和高純粘土粉置于混料機(jī)干混3-5min，得混料；向步驟(1-2)得到的混料中加入粘結(jié)劑，混碾3-5min，得泥料；

(2)在固定套管模具中預(yù)埋PVC細(xì)管：

在固定套管模具中均勻預(yù)埋直徑為9mm的PVC細(xì)管，PVC細(xì)管在固定套管模具中間呈圓環(huán)狀均勻分布，相鄰兩PVC細(xì)管中心距為40-50mm；

(3)固定套管成型：

將步驟(1-2)得到的泥料填入步驟(2)預(yù)埋PVC細(xì)管的固定套管模具中，邊填入邊采用人工細(xì)桿震搗，使固定套管模具內(nèi)泥料均勻致密，制成固定套管成型坯料；

(4)烘干固定套管：

將步驟(3)得到的固定套管成型坯料風(fēng)干，或者置于烘干爐中，從室溫起以5℃/h的升溫速度升至120℃，烘干后得到固定套管管坯；

(5)燒制固定套管：

將步驟(4)得到的固定套管管坯在工業(yè)爐窯內(nèi)燒制，從室溫起以5℃/h的升溫速度升至600℃，保溫8小時(shí)；然后以10℃/h的升溫速度升至800℃，保溫6小時(shí)；再以100℃/h的升溫速度升至1400℃，然后自然冷卻至室溫出窯，得固定套管；在100℃前脫除管坯中的自由水，在600℃左右脫除管坯中的結(jié)合水，800℃左右脫除管坯中的化合水；

(6)處理棒體單元界面：

購(gòu)買長(zhǎng)度為1.8-2m的硅鉬棒棒體單元，打磨使棒體單元的界面平整后，使兩棒體單元界面抵接以充分接觸；

(7)焊接棒體單元：

將兩根棒體單元的外端固定在對(duì)焊機(jī)上，在兩根棒體單元的外端施加5MPa左右壓力，向棒體單元通入1000A電流使棒體單元快速升溫，棒體單元焊口界面溫度達(dá)到2000°時(shí)，便焊接在一起，然后通過(guò)水冷使連接處快速降至室溫；以此類推，將3-4根棒體單元焊接，得加熱段；

(8)將加熱段固定在固定套管：

將步驟(7)得到的加熱段插入安裝柱孔內(nèi)，并使加熱段的兩端伸出固定套管10-20cm，然后在固定套管上的每個(gè)固定孔內(nèi)填入陶瓷固結(jié)劑，使用鎂條點(diǎn)燃陶瓷固結(jié)劑，陶瓷固結(jié)劑燒結(jié)后即可將加熱段固定在安裝柱孔內(nèi)；所述陶瓷固結(jié)劑的原料組成及重量比例為：5％的Si粉、75％的Fe₂O₃、20％的Al粉；

(9)焊接冷端：

在加熱段的兩端分別焊接一冷端，即得大型復(fù)合輻射式加熱棒。

本發(fā)明的有益效果是：該大型復(fù)合輻射式加熱棒及其制備方法，結(jié)構(gòu)合理，將多根焊接在一起的加熱棒裝配在固定套管內(nèi)，增加了加熱棒向爐膛內(nèi)輻射熱量的輻射面積和長(zhǎng)度，外層固定套管作為保護(hù)層，抗拉抗折強(qiáng)度高，加熱棒的損壞率大大降低，使加熱棒可以任意布置在加熱爐內(nèi)，加熱棒的有效長(zhǎng)度可達(dá)到6米，增加電爐的加熱容積，方便加工許多大型產(chǎn)品，顯著提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。固定套管電絕緣，通過(guò)合理布置加熱棒的數(shù)量，在加熱棒通電情況下，避免固定套管擊穿；而且固定套管絕緣、抗熱振、高溫惰性、高溫強(qiáng)度優(yōu)異，惰性強(qiáng)，很難與氣體發(fā)生反應(yīng)，可以適應(yīng)多種加熱爐氣氛要求。陶瓷固結(jié)劑對(duì)加熱棒形成多點(diǎn)懸掛支撐的受力點(diǎn)，防止加熱棒受熱后因自重產(chǎn)生彎曲或者拉長(zhǎng)而影響使用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中固定套管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中加熱棒的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、固定套管，2、安裝柱孔，3、加熱段，4、導(dǎo)電冷端，5、固定孔。

具體實(shí)施方式

為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

如圖1-圖3中所示，該實(shí)施例大型復(fù)合輻射式加熱棒，包括一絕緣材質(zhì)的固定套管1，沿固定套管1的軸線方向在固定套管1的管壁上均勻貫穿設(shè)有若干個(gè)安裝柱孔2，所述安裝柱孔2呈圓環(huán)狀排布于固定套管1側(cè)壁上，在每個(gè)安裝柱孔2內(nèi)均插設(shè)有一加熱棒，所述加熱棒包括一由若干根棒體單元連接而成的加熱段3以及焊接在加熱段3兩端端部的兩個(gè)導(dǎo)電冷端4，緊鄰每個(gè)安裝柱孔2的固定套管1外側(cè)壁均開(kāi)設(shè)有若干個(gè)與安裝柱孔2相連通的固定孔5，在固定孔內(nèi)5以及正對(duì)固定孔5的安裝柱孔2內(nèi)填充有陶瓷固結(jié)劑。

所述加熱棒的兩端分別伸出固定套管1的端部10cm，所述導(dǎo)電冷端4的長(zhǎng)度為5.8m。

相鄰兩加熱棒的中心距為加熱棒直徑的4倍。

所述固定套管1的長(zhǎng)度為6m、外徑為40cm、壁厚為12mm，所述加熱棒的直徑為9mm，相鄰兩加熱棒中心間距為36mm。

每根棒體單元的長(zhǎng)度為1.8-2m，與同一安裝柱孔相連通的相鄰兩固定孔5之間的距離為1.8-2m。

相鄰兩棒體單元之間的連接方式為對(duì)焊焊接。

所述固定套管1為莫來(lái)石材質(zhì)。

所述陶瓷固結(jié)劑由以下重量比的原料燒結(jié)而成：Si粉5％、Fe₂O₃75％和Al粉20％。

所述棒體單元為硅鉬棒。

該實(shí)施例大型復(fù)合輻射式加熱棒，結(jié)構(gòu)合理，將多根焊接在一起的加熱棒裝配在固定套管內(nèi)，增加了加熱棒向爐膛內(nèi)輻射熱量的輻射面積和長(zhǎng)度，外層固定套管作為保護(hù)層，抗拉抗折強(qiáng)度高，加熱棒的損壞率大大降低，使加熱棒可以任意布置在加熱爐內(nèi)，增加電爐的加熱容積，方便加工許多大型產(chǎn)品，顯著提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。固定套管電絕緣，通過(guò)合理布置加熱棒的數(shù)量，在加熱棒通電情況下，避免固定套管擊穿；而且固定套管絕緣、抗熱振、高溫惰性、高溫強(qiáng)度優(yōu)異，惰性強(qiáng)，很難與氣體發(fā)生反應(yīng)，可以適應(yīng)多種加熱爐氣氛要求。陶瓷固結(jié)劑對(duì)加熱棒形成多點(diǎn)懸掛支撐的受力點(diǎn)，防止加熱棒受熱后因自重產(chǎn)生彎曲或者拉長(zhǎng)而影響使用。

上述大型復(fù)合輻射式加熱棒的制備方法，采用如下步驟：

(1)混合固定套管原料：

(1-1)配料：

固定套管的原料組成為合成莫來(lái)石耐火材料，可以從市面上直接購(gòu)買或者自行配制；自行配制時(shí)，原料組成及百分比為：粒徑＜1mm的莫來(lái)石熟料顆粒50％、粒徑＜0.074mm的莫來(lái)石熟料粉35％、粒徑＜0.043mm的三氧化二鋁細(xì)粉10％、購(gòu)于王村鎮(zhèn)正泰粘土礦的高純粘土粉5％；以及占莫來(lái)石熟料顆粒、莫來(lái)石熟料粉、三氧化二鋁細(xì)粉和高純粘土粉質(zhì)量和3％的粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑為亞硫酸紙漿、聚合氯化鋁溶液或多聚磷酸鹽溶液；

(1-2)混料：

將步驟(1-1)中稱量得到的莫來(lái)石熟料顆粒、莫來(lái)石熟料粉、三氧化二鋁細(xì)粉和高純粘土粉置于混料機(jī)干混3-5min，得混料；向步驟(1-2)得到的混料中加入粘結(jié)劑(亞硫酸紙漿、聚合氯化鋁溶液或多聚磷酸鹽溶液)，混碾3-5min，得泥料；

(2)在固定套管模具中預(yù)埋PVC細(xì)管：

在固定套管模具中均勻預(yù)埋直徑為9mm的PVC細(xì)管，PVC細(xì)管在固定套管模具中間呈圓環(huán)狀均勻分布，相鄰兩PVC細(xì)管中心距為40-50mm；

(3)固定套管成型：

將步驟(1-2)得到的泥料填入步驟(2)預(yù)埋PVC細(xì)管的固定套管模具中，邊填入邊采用人工細(xì)桿震搗，使固定套管模具內(nèi)泥料均勻致密，制成固定套管成型坯料；

(4)烘干固定套管：

將步驟(3)得到的固定套管成型坯料風(fēng)干，或者置于烘干爐中，從室溫起以5℃/h的升溫速度升至120℃，烘干后得到固定套管管坯；

(5)燒制固定套管：

將步驟(4)得到的固定套管管坯在工業(yè)爐窯內(nèi)燒制，從室溫起以5℃/h的升溫速度升至600℃，保溫8小時(shí)；然后以10℃/h的升溫速度升至800℃，保溫6小時(shí)；再以100℃/h的升溫速度升至1400℃，然后自然冷卻至室溫出窯，得固定套管；在100℃前脫除管坯中的自由水，在600℃左右脫除管坯中的結(jié)合水，800℃左右脫除管坯中的化合水；

(6)處理棒體單元界面：

購(gòu)買長(zhǎng)度為1.8-2m的硅鉬棒棒體單元，打磨使棒體單元的界面平整后，使兩棒體單元界面抵接以充分接觸；

(7)焊接棒體單元：

將兩根棒體單元的外端固定在對(duì)焊機(jī)上，在兩根棒體單元的外端施加5MPa左右壓力，向棒體單元通入1000A電流使棒體單元快速升溫，棒體單元焊口界面溫度達(dá)到2000°時(shí)，便焊接在一起，然后通過(guò)水冷使連接處快速降至室溫；以此類推，將3-4根棒體單元焊接，得加熱段；

(8)將加熱段固定在固定套管：

將步驟(7)得到的加熱段插入安裝柱孔內(nèi)，并使加熱段的兩端伸出固定套管10-20cm，然后在固定套管上的每個(gè)固定孔內(nèi)填入陶瓷固結(jié)劑，使用鎂條點(diǎn)燃陶瓷固結(jié)劑，陶瓷固結(jié)劑燒結(jié)后即可將加熱段固定在安裝柱孔內(nèi)；所述陶瓷固結(jié)劑的原料組成及重量比例為：5％的Si粉、75％的Fe₂O₃、20％的Al粉；

(9)焊接冷端：

在加熱段的兩端分別焊接一冷端，即得大型復(fù)合輻射式加熱棒。

使用時(shí)，將固定套管的底端通過(guò)耐火磚支撐在爐體內(nèi)，在冷端連接導(dǎo)線，通電即可使用該大型復(fù)合輻射式加熱棒對(duì)爐體加熱。

本發(fā)明未詳述之處，均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。