專利名稱：非金屬電熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供的非金屬電熱元件，涉及熔融金屬，熔融鹽等高溫流體的電加熱元件，特別適用于有色金屬的熔鑄，鋼鐵熱浸鍍及熱處理設(shè)備中，也可用于低、中、高溫的任何介質(zhì)條件下的加熱。
已有的電阻元件加熱式熔融金屬或熔鹽的加熱設(shè)備都屬于間接式。電熱元件和盛裝熔體的坩鍋是分開兩體的。電熱元件由金屬或非金屬電熱材料制成，熔體坩鍋用耐熱材料制造。二者之間為爐膛空間作為電絕緣用。熱量由電熱元件上發(fā)出后，以輻射，對流的方式給坩鍋壁。透過坩鍋坩鍋壁以后才能傳給熔體。爐子體積大、傳熱路徑長、熱阻大、能量損失大，熱效率低。由于熔體坩鍋外部存在有一大溫度大大高于坩鍋內(nèi)部的爐膛空間，因此坩鍋容易損壞、泄露。一旦發(fā)生事故會惡性擴展。給這種設(shè)備的應(yīng)用帶來很大的限制。如何取消這一高溫爐膛空間是提高設(shè)備壽命的主攻方向，已引起諸方面的重視。中國實用新型專利90201507和89211818分別公開了體現(xiàn)這一設(shè)計思想的兩種熱鍍鋅爐。但在電熱元件的結(jié)構(gòu)等技術(shù)上還存在某些缺陷。無法保證優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。
本實用新型的目的在于克服已有的電阻元件加熱熔融金屬或熔鹽設(shè)備存在的不足，提供一種高效直接加熱的電熱元件。
具體技術(shù)方案如下加熱高溫熔體的非金屬電熱元件，它由電熱元件本體，絕緣層和導(dǎo)熱支持體組成，電熱元件本體外包有導(dǎo)熱支持體，它們之間設(shè)有絕緣層，電熱元件本體、絕緣層和導(dǎo)熱支持體三者結(jié)合為一體。
導(dǎo)熱支持體內(nèi)壁與被加熱流體直接接觸，導(dǎo)熱支持體外壁涂有絕熱層。
該電熱元件的整體輪廓外形可為一坩鍋或砌筑坩鍋用砌塊形狀或便于應(yīng)用的其它形狀。工作過程中該元件既可作為電熱元件單獨使用，也可以是能量輸入元件兼作盛裝熔體的坩鍋(或坩鍋的一部分)。
上述方案的優(yōu)點是1、熱量直接傳遞給被加熱介質(zhì)，熱阻小、熱效率高、省電。2、坩鍋外沒有高溫區(qū)，熔體外漏的可能性為零。3、電熱元件與熔體間的溫差小，并近似為線性?？梢酝ㄟ^埋設(shè)在本電熱元件中的測溫元件來測定熔體溫度。測量誤差小，工作壽命長。4、用該元件制做的爐子沒有吊掛的電熱元件，沒有坩鍋外的高溫空間，因此體積小，保溫性能好。轉(zhuǎn)動、移動靈活、方便、故障率小。
以下結(jié)合附圖詳細說明上述技術(shù)方案的內(nèi)容及實施例。

圖1為用非金屬電熱元件作成坩鍋砌塊形狀的剖視圖(圖2中的A－A剖面)；圖2為圖1的B－B剖面視圖；圖3為用非金屬電熱元件作成坩鍋直接使用的剖面視圖；圖4為用于小型電阻熔化爐示意圖；圖5為用于鋼構(gòu)件熱浸鍍爐的示意圖；圖6為圖5的A－A′－B－B′剖視圖。圖中(1)為電熱元件本體，(2)為絕緣層，(3)為導(dǎo)熱支持體，(4)為接線端子，(5)為測溫元件，(6)為爐底耐火材料，(7)為耐火保溫材料。本實用新型提供的電熱元件其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由電熱元件本體(1)，絕緣層(3)和導(dǎo)熱支持體(3)共三個部分組成。整體輪廓外形為坩鍋或砌筑坩鍋用砌塊形狀或便于應(yīng)用的其它形狀。工作過程中該元件既可以作為電熱元件單獨使用，也可以是能量輸入元件兼作盛裝熔體的坩鍋(或坩鍋的一部分)。
電熱元件本體(1)為本實用新型的心臟。其橫截面、長度等尺寸由電功率計算確定。外形輪廓由所應(yīng)用的爐子要求確定。在比較小的坩鍋上應(yīng)用時，電熱元件本體(1)可以加工成坩鍋骨架的形狀。在其外壓制出導(dǎo)熱支持體后可作為坩鍋直接使用(圖3)。在比較大的爐子上應(yīng)用時，由于加工工藝技術(shù)上的原因，無法把坩鍋加工為一整體。這時可以設(shè)計為坩鍋砌塊形狀。每一砌塊為一獨立的電熱元件(圖1、2)。也可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同作成其他形狀如棒狀、球狀等。電熱元件本體由非金屬材料制成。其選材依據(jù)除電學(xué)性能外，還有熱膨脹系數(shù)等熱學(xué)性能以及與相鄰層匹配，與相鄰層之間的結(jié)合力等。
絕緣層(2)為非金屬介電材料涂層。該涂層致密、無孔、涂滿整個電熱元件本體(1)和導(dǎo)熱支持體(3)之間的界面。保證在高溫下不導(dǎo)電(900℃時整體絕緣電阻大于0.5北歐)。為了降低熱阻、減小體積該涂層在保證絕緣情況下應(yīng)作的盡可能地薄(圖2有所夸大)。為保證其壽命也應(yīng)考慮其熱膨脹系數(shù)與相鄰基體間的匹配。
導(dǎo)熱支持體(3)的作用主要是支持電熱元件本體(1)、形成、維持電熱元件的輪廓形狀與被加熱介質(zhì)接觸。同時能將熱量迅速傳遞給被加熱熔體。提高加熱效率。該支持體的材料應(yīng)滿足導(dǎo)熱快、熱膨脹系數(shù)相當，與被加熱介質(zhì)之間無反應(yīng)、耐急冷急熱等性能要求。在加熱熔融的鋁合金、鋅合金時，最好選用碳化硅類材料。使用前在其內(nèi)表面(與加熱介質(zhì)接觸面)涂一層提高輻射率的防護涂料。以延長其使用壽命同時提高傳熱效率。而導(dǎo)熱支持體(3)與被加熱介質(zhì)相背的一面涂有減少熱輻射的涂層，以減少熱損失。
導(dǎo)熱支持體的制造工藝是在電學(xué)、熱學(xué)、幾何尺寸都合格的電熱元件本體(1)周圍噴涂絕緣涂料層(2)、燒結(jié)為一體后，再在其周圍按要求的外形澆鑄或搗制導(dǎo)熱支持體的漿(粉)料，經(jīng)過烘干、燒結(jié)后成為一體。制成后，電熱元件本體(1)上只有接線端子(4)露在元件外表面。外表面和電熱元件本體之間是電絕緣的。能保證安全性能要求。
實施例1本實用新型應(yīng)用于小型電阻熔化爐的例子如圖4所示。其中的(1－3)是本說明書圖2中給1出的坩鍋狀電熱元件。(4)為接線端子。(5)為測溫元件。(6)為爐底耐火材料。(7)為耐火保溫材料。以上所述部分全部安裝于鋼制爐殼內(nèi)部。由于坩鍋外圍沒有懸掛元件和高溫爐膛，所以該爐只要在外殼上安裝旋轉(zhuǎn)機構(gòu)就可以進行任何角度的旋轉(zhuǎn)而不影響其使用性能。這給某些冶煉操作帶來很大方便。在坩鍋內(nèi)面涂刷與所加熱介質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)的保護涂料可使坩鍋壽命大大提高。
實施例2本發(fā)明應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋅爐的例子示于圖5、6。圖中(1－3)為本實用新型的電熱元件。每一元件都制造為爐膛的一個砌塊的形狀，全部電熱元件和不含電熱元件的同材料砌塊圍成一個閉合的坩鍋。在砌塊外形設(shè)計過程中，既保證電學(xué)、熱學(xué)性能要求，又考慮了元件之間的安裝咬合、串縫等要求，保證每一砌塊在爐中牢固可靠。各處接縫處填充特種耐火膠粘劑，防止漏鋅。圖中(5)為測溫元件，可以安裝于坩鍋壁的任意位置。(7)為耐火、保溫材料。此時既要保證其絕熱性能，又要保證其強度。維持坩鍋壁不會在坩鍋熔體靜壓力作用下發(fā)生向外錯位。耐火、保溫材料外是用3－5mm鋼板焊制的爐殼，形成該爐的外形。從圖中結(jié)構(gòu)看出，爐中溫度最高處在電熱元件周圍的熔體中。坩鍋外的溫度隨著遠離熔體而降低。因此既使在某些部位偶然發(fā)生滲漏，外漏的鋅液也會隨著漏出而降低，最終凝固起來，不會發(fā)生惡性事故。
本例結(jié)構(gòu)中的坩鍋體全部為非金屬；與鋅不發(fā)生反應(yīng)。從根本避免了增鐵，給鍍鋅加工質(zhì)量帶來很大改善。而且可以方便地采用鍍鋅鋁稀土合金等新工藝。節(jié)約材料、降低能源。
權(quán)利要求1.加熱高溫熔體的非金屬電熱元件，其特征是它由電熱元件本體，絕緣層和導(dǎo)熱支持體組成，電熱元件本體外包有導(dǎo)熱支持體，它們之間設(shè)有絕緣層，電熱元件本體，絕緣層和導(dǎo)熱支持體三者結(jié)合為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱高溫熔體的非金屬電熱元件，其特征是導(dǎo)熱支持體內(nèi)壁與被加熱流體直接接觸，導(dǎo)熱支持體外壁涂有絕熱層。
專利摘要本實用新型提供的非金屬電熱元件，涉及熔融金屬，熔融鹽等高溫熔體的電加熱元件，特別適用于有色金屬的熔鑄，鋼鐵熱浸鍍及熱處理設(shè)備中，也可用于低中高溫的任何介質(zhì)條件下的加熱。該元件的特點是由電熱元件本體，絕緣層和導(dǎo)熱支持體組成，電熱元件本體外包有導(dǎo)熱支持體，外包有導(dǎo)熱支持體，它們之間三者結(jié)合為一體。其優(yōu)點是熱量可直接傳遞給被加熱介質(zhì)，熱阻小，熱效率高，熔體不外漏，工作壽命長，體積小等。
文檔編號H05B3/10GK2158606SQ9321596
公開日1994年3月9日 申請日期1993年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月10日
發(fā)明者曹占義, 蘇華 申請人:吉林工業(yè)大學(xué)