专利名称：浸入式燃气陶瓷内加热器套管及其制备方法
技术领域：
本发明属于加热器套管技术领域，具体涉及一种浸入式燃气陶瓷内加热器套管及其制备方法。
背景技术：
有色金属加热熔化炉是热浸镀、热压铸等行业对铝、锌及其合金进行熔化、保温、净化的核心设备，这些行业每年消耗的铝、锌分别占国内铝、锌资源消耗总量的35% 和50%。目前我国大范围使用的传统加热炉大多是采用铁坩埚外加热或者上辐射加热的方式，这些加热方式均存在着坩埚腐蚀剧烈、能耗高、环境污染严重、资源利用率低等一系列问题，特别是由于锌-铁、铝-铁反应形成大量的熔渣或者辐射液面大量氧化，造成熔液及最终产品质量低下，影响国内热浸镀、热压铸行业的整体竞争力。近年来，科研人员提出一种内加热技术，将内加热器直接浸入有色金属熔体中加热熔化金属，彻底解决了上述问题。但是，由于设计的绝大多数内加热器均采用内置电热元件加热的方式，如中国第 CN101765255A专利所述的复合陶瓷内加热技术，在我国一些地域由于电力资源紧缺或者设备升级成本过高等问题，限制了内加热技术的推广应用。因此，采用燃气加热结合内加热技术成为解决现有问题的有效途径，这种方式可以在现有外加热技术上升级，而且解决了限电等外在因素造成的能源浪费。其核心技术是适用于燃气加热的内加热器套管的制备。陶瓷材料由于具有耐高温、耐腐蚀的特性，因此是制备套管的理想材料。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种浸入式陶瓷内加热器套管及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现一种浸入式燃气陶瓷内加热器套管，包括一端封闭的SiC复合陶瓷外管1以及伸入外管1底部的两端开口的SiC质陶瓷内管4，所述外管1内壁涂覆有致密的SiO2复合抗氧化层3，外壁涂覆有Si3N4AlN抗浸润层2，外管1开口设有与尾气管道9相接通的法兰； 所述内管4伸出外管1的一端与燃气发生系统通过法兰连接，内管4伸出外管1的一端的上部侧面与压缩空气管道8连通，内管4外壁设有SiC质散热翅5。一种上述浸入式燃气陶瓷内加热器套管的制备方法，包括以下步骤步骤1 :SiC复合陶瓷外管的制备首先以SiC、h-BN及Y-Al系氧化物为基础粉料，所述基础粉料各组分的质量百分比为=SiC 50 80%，h-BN 10 40%，Y2036%和Al2O3 4%，基础粉料通过混合造粒后，采用等静压成型工艺制备SiC复合陶瓷外管素坯，然后烘干外管素坯，随后在外管素坯开口位置加工并镶嵌同质法兰素坯，随后用Si微粉填充外管素坯及法兰素坯的孔隙，随后在外管素坯外壁上涂覆Si3N4AlN混合料浆，所述Si3N4AlN混合料浆中各成分的重量百分比为=AlN 30 50%，Si3N4 40 60%，Al2O3 10%，外加占混合浆料总重量10%的酚醛树脂和60%的无水乙醇，随后于1650 1750°C氮气保护下常压烧结1 4h，随后在烧结后的外壁涂覆的外管内壁均勻涂覆Sih混合料浆，所述SiA混合浆料中各组分的质量百分比为SiA 60 85%，CaO 5 10%，Al2O3 10 20%，MgOO 10%，外加占SW2混合浆料总重量100%的去离子水混合，随后在1000 1200°C下热处理 30 60min，得到内外均有涂层并镶嵌有法兰的SiC复合陶瓷外管1 ；步骤2 :SiC质陶瓷内管的制备以SiC、Si微粉、石油焦、Al2O3为基础粉料，所述基础粉料各组分的重量百分比为=SiC 65 85%，Si微粉5 15%，石油焦5 10%，Al2O3 5 10 %，把所述基础粉料用占基础粉料总重量20-40 %的水溶性酚醛树脂、20 40 %的糊精和30 50%的水调配成均勻混合浆料，然后将混合浆料采用注浆成型工艺制备表面带有散热翅5并一端镶嵌有法兰的SiC陶瓷内管素坯，随后将内管素坯在50-80 V下表面覆膜并干燥M 48h，随后在温床上烘干水分，随后对素坯修复整形，随后在1450 1550°C下渗硅并烧结2 他，渗硅过程抽真空处理，真空度为10 lOOPa，得到带有散热翅5的SiC 陶瓷内管，最后将该内管在900 1100°C空气气氛下热处理2 4h，得到成品SiC质陶瓷内管4。步骤1所述的等静压成型工艺，压力为150 200MPa。步骤1所述的烘干外管素坯，其烘干条件为温度100 150°C，时间4 他。步骤1所述Si微粉，其粒径为10 40 μ m。本发明的有益效果是SiC复合材料陶瓷外管具有明显的抗熔液浸润、抗高温氧化、抗热震的性能，在金属熔液中能够冷插拔而不致开裂，表面Si3N4AlN层具有良好的熔液稳定性，内层SiO2致密抗氧化层具有高温条件下的空气阻隔能力。SiC质陶瓷内管具有高热导率及燃气散热性能、高强度、耐高温，在燃气火焰高温灼烧下能够保证其高的力学性能。相比较于电加热系统套管，具有较高的安全性及运行稳定性。
附图是本发明的结构图。图中1-外管；2-抗浸润层；3-抗氧化层；4-内管；5-散热翅；6_点火电极；7_燃气管道；8-空气管道；9-尾气管道。
具体实施例方式以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。如附图所示，本发明浸入式燃气陶瓷内加热器，包括一端封闭浸入金属熔液的SiC 复合陶瓷外管1，该外管外层涂覆有Si3N4AlN抗浸润层2，内层涂覆有致密的SiO2抗氧化层3，外管内置两端开口的SiC质陶瓷内管4，该内管外层设有散热翅5，在陶瓷内管内部插有燃气管道7，内管上开口与压缩空气管道8连接。内管外层设有SiC质散热翅，具有高导热性，能够有效的将热量传导于外管加热金属熔液。本发明浸入式燃气陶瓷内加热器的工作原理为燃气与压缩空气分别从燃气管道 7和压缩空气管道8进入内管4中，并在点火电极6的附近混合燃烧，尾气通过内管外壁的散热翅5螺旋上升，于外管上部尾气管道9排出。陶瓷外管1由于要承受内外高温，并具有一定温差的环境，要求基体材料具有良好的抗热震性能，外部为高腐蚀性熔液环境，要求具有一定的抗熔液浸渗性能。因此，按照上述要求，陶瓷外管1采用具有低弹性模量的SiC复合陶瓷，其具体实施例组成及制备工艺如下表1所示表1 SiC复合陶瓷外管配方及工艺
权利要求
1.一种浸入式燃气陶瓷内加热器套管，其特征在于包括一端封闭的SiC复合陶瓷外管(1)以及伸入外管(1)底部的两端开口的SiC质陶瓷内管0)，所述外管(1)内壁涂覆有致密的SiO2复合抗氧化层(3)，外壁涂覆有Si3N4AlN抗浸润层O)，外管⑴开口设有与尾气管道(9)相接通的法兰；所述内管(4)伸出外管(1)的一端与燃气发生系统通过法兰连接，内管(4)伸出外管(1)的一端的上部侧面与压缩空气管道(8)连通，内管(4)外壁设有SiC质散热翅(5)。
2.—种权利要求1所述浸入式燃气陶瓷内加热器套管的制备方法，其特征在于包括以下步骤步骤1 :SiC复合陶瓷外管的制备首先以SiC、h-BN及Y-Al系氧化物为基础粉料，所述基础粉料各组分的质量百分比为=SiC 50 80%，h-BN 10 40% J2036%和Al2034%， 基础粉料通过混合造粒后，采用等静压成型工艺制备SiC复合陶瓷外管素坯，然后烘干外管素坯，随后在外管素坯开口位置加工并镶嵌同质法兰素坯，随后用Si微粉填充外管素坯及法兰素坯的孔隙，随后在外管素坯外壁上涂覆Si3N4AlN混合料浆，所述Si3N4AlN混合料浆中各成分的重量百分比为A1N 30 50%，Si3N4 40 60%，Al2O3 10%，外加占混合浆料总重量10%的酚醛树脂和60%的无水乙醇，随后于1650 1750°C氮气保护下常压烧结 ι 4h，随后在烧结后的外壁涂覆的外管内壁均勻涂覆SiA混合料浆，所述SiA混合浆料中各组分的质量百分比为SiA 60 85%，CaO 5 10% ,Al2O3 10 20%，MgOO 10%， 外加占SiA混合浆料总重量100%的去离子水混合，最后在1000 1200°C下热处理30 60min，得到内外均有涂层并镶嵌有法兰的SiC复合陶瓷外管(1)；步骤2 :SiC质陶瓷内管的制备以SiC、Si微粉、石油焦、Al2O3为基础粉料，所述基础粉料各组分的重量百分比为=SiC 65 85%，Si微粉5 15%，石油焦5 10% ,Al2O3 5 10 %，把所述基础粉料用占基础粉料总重量20-40 %的水溶性酚醛树脂、20 40 %的糊精和30 50%的水调配成均勻混合浆料，然后将混合浆料采用注浆成型工艺制备表面带有散热翅(5)并一端镶嵌有法兰的SiC陶瓷内管素坯，随后将内管素坯在50-80°C下表面覆膜并干燥M 48h，随后在温床上烘干水分，随后对素坯修复整形，随后在1450 1550°C 下渗硅并烧结2 他，渗硅过程抽真空处理，真空度为10 lOOPa，得到带有散热翅(5)的 SiC陶瓷内管，最后将该内管在900 1100°C空气气氛下热处理2 4h，得到成品SiC质陶瓷内管⑷。
3.根据权利要求2所述浸入式燃气陶瓷内加热器套管的制备方法，其特征在于步骤1 所述的等静压成型工艺，压力为150 200MPa。
4.根据权利要求2所述浸入式燃气陶瓷内加热器套管的制备方法，其特征在于步骤1 所述的烘干外管素坯，其烘干条件为温度100 150°C，时间4 他。
5.根据权利要求2所述浸入式燃气陶瓷内加热器套管的制备方法，其特征在于步骤1 所述Si微粉，其粒径为10 40 μ m。
全文摘要
一种浸入式燃气陶瓷内加热器套管及其制备方法，该套管包括SiC复合陶瓷外管以及伸入外管底部的SiC质陶瓷内管，外管内壁涂覆有SiO2复合抗氧化层，外壁涂覆有Si3N4/AlN抗浸润层，外管开口设有与尾气管道相接通的法兰；内管伸出外管的一端与燃气发生系统通过法兰连接，内管伸出外管的一端的上部侧面与压缩空气管道连通；其制备方法为首先制备SiC复合陶瓷作为外管，然后再外管外壁涂覆Si3N4/AlN复合涂层并热处理，内壁涂覆致密SiO2抗氧化层并热处理，最后制备SiC质陶瓷内管并渗硅、烧结和热处理；本发明和电加热系统套管相比较，具有较高的安全性及运行稳定性，并且能够在现有生产基础上对设备进行升级。
文档编号C04B35/565GK102506429SQ201110347760
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者乔冠军, 史忠旗, 杨万利, 金志浩, 金海云 申请人:西安交通大学