一种大型复合辐射式加热棒及其制备方法与流程

本发明涉及一种大型复合辐射式加热棒及其制备方法。

背景技术：

加热炉是电子、冶金、陶瓷、磁性材料等高温烧结领域的重要生产设备，加热棒作为加热炉的发热元件，挂置在加热炉内侧壁，通电后发热产生热能，热能通过热辐射传递给加热炉内空气，对炉内材料进行加热，因此加热棒的性能对加热炉的加热效率起着至关重要的影响。目前应用最为广泛的两种加热棒为硅碳棒和硅钼棒，这两种加热棒寿命较短，如硅钼棒依靠外表在高温下形成氧化物保护膜以保护表面不受侵蚀，离开氧化气氛寿命会缩短，而硅碳棒相反，有氧会被夺取碳，逐渐被侵蚀，最终导致报废无法工作。另一方面，这两种加热棒在高温下抗拉强度不高，脆性较大，在温度脆弱区损坏率较高，加之自重原因，导致加热棒的长度受限，不能做的太长。而加热棒的长度受限使加热炉内热辐射距离很短，为了保证加热炉内各处温度达到要求，就不得不减小加热炉内空间尺寸，使产品的大批量生产受限。虽然目前也出现了少量的大型辐射式加热炉，一般只限于直径小，不超过2.5米，造价却很高，增大了大型产品的生产成本。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种设计合理、加热辐射范围大、使用寿命长、提高生产效率的大型复合辐射式加热棒及其制备方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种大型复合辐射式加热棒，包括一绝缘材质的固定套管，沿固定套管的轴线方向在固定套管的管壁上均匀贯穿设有若干个安装柱孔，所述安装柱孔呈圆环状排布于固定套管侧壁上，在每个安装柱孔内均插设有一加热棒，所述加热棒包括一由若干根棒体单元连接而成的加热段以及焊接在加热段两端端部的两个导电冷端，紧邻每个安装柱孔的固定套管外侧壁均开设有若干个与安装柱孔相连通的固定孔，在固定孔内以及正对固定孔的安装柱孔内填充有陶瓷固结剂。

所述加热棒的两端分别伸出固定套管的端部10cm，所述导电冷端的长度为5.8m。

相邻两加热棒的中心距为加热棒直径的4倍。

所述固定套管的长度为6m、外径为40cm、壁厚为12mm，所述加热棒的直径为9mm，相邻两加热棒中心间距为36mm。

每根棒体单元的长度为1.8-2m，与同一安装柱孔相连通的相邻两固定孔之间的距离为1.8-2m。

相邻两棒体单元之间的连接方式为对焊焊接。

所述固定套管为莫来石材质。

所述陶瓷固结剂由以下重量比的原料烧结而成：Si粉5％、Fe₂O₃75％和Al粉20％。

所述棒体单元为硅钼棒。

所述大型复合辐射式加热棒的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)混合固定套管原料：

(1-1)配料：

固定套管的原料组成为合成莫来石耐火材料，可以从市面上直接购买或者自行配制；自行配制时，原料组成及百分比为：粒径＜1mm的莫来石熟料颗粒50％、粒径＜0.074mm的莫来石熟料粉35％、粒径＜0.043mm的三氧化二铝细粉10％、购于王村镇正泰粘土矿的高纯粘土粉5％；以及占莫来石熟料颗粒、莫来石熟料粉、三氧化二铝细粉和高纯粘土粉质量和3％的粘结剂，所述粘结剂为亚硫酸纸浆、聚合氯化铝溶液或多聚磷酸盐溶液；

(1-2)混料：

将步骤(1-1)中称量得到的莫来石熟料颗粒、莫来石熟料粉、三氧化二铝细粉和高纯粘土粉置于混料机干混3-5min，得混料；向步骤(1-2)得到的混料中加入粘结剂，混碾3-5min，得泥料；

(2)在固定套管模具中预埋PVC细管：

在固定套管模具中均匀预埋直径为9mm的PVC细管，PVC细管在固定套管模具中间呈圆环状均匀分布，相邻两PVC细管中心距为40-50mm；

(3)固定套管成型：

将步骤(1-2)得到的泥料填入步骤(2)预埋PVC细管的固定套管模具中，边填入边采用人工细杆震捣，使固定套管模具内泥料均匀致密，制成固定套管成型坯料；

(4)烘干固定套管：

将步骤(3)得到的固定套管成型坯料风干，或者置于烘干炉中，从室温起以5℃/h的升温速度升至120℃，烘干后得到固定套管管坯；

(5)烧制固定套管：

将步骤(4)得到的固定套管管坯在工业炉窑内烧制，从室温起以5℃/h的升温速度升至600℃，保温8小时；然后以10℃/h的升温速度升至800℃，保温6小时；再以100℃/h的升温速度升至1400℃，然后自然冷却至室温出窑，得固定套管；在100℃前脱除管坯中的自由水，在600℃左右脱除管坯中的结合水，800℃左右脱除管坯中的化合水；

(6)处理棒体单元界面：

购买长度为1.8-2m的硅钼棒棒体单元，打磨使棒体单元的界面平整后，使两棒体单元界面抵接以充分接触；

(7)焊接棒体单元：

将两根棒体单元的外端固定在对焊机上，在两根棒体单元的外端施加5MPa左右压力，向棒体单元通入1000A电流使棒体单元快速升温，棒体单元焊口界面温度达到2000°时，便焊接在一起，然后通过水冷使连接处快速降至室温；以此类推，将3-4根棒体单元焊接，得加热段；

(8)将加热段固定在固定套管：

将步骤(7)得到的加热段插入安装柱孔内，并使加热段的两端伸出固定套管10-20cm，然后在固定套管上的每个固定孔内填入陶瓷固结剂，使用镁条点燃陶瓷固结剂，陶瓷固结剂烧结后即可将加热段固定在安装柱孔内；所述陶瓷固结剂的原料组成及重量比例为：5％的Si粉、75％的Fe₂O₃、20％的Al粉；

(9)焊接冷端：

在加热段的两端分别焊接一冷端，即得大型复合辐射式加热棒。

本发明的有益效果是：该大型复合辐射式加热棒及其制备方法，结构合理，将多根焊接在一起的加热棒装配在固定套管内，增加了加热棒向炉膛内辐射热量的辐射面积和长度，外层固定套管作为保护层，抗拉抗折强度高，加热棒的损坏率大大降低，使加热棒可以任意布置在加热炉内，加热棒的有效长度可达到6米，增加电炉的加热容积，方便加工许多大型产品，显著提高生产效率，扩大生产规模。固定套管电绝缘，通过合理布置加热棒的数量，在加热棒通电情况下，避免固定套管击穿；而且固定套管绝缘、抗热振、高温惰性、高温强度优异，惰性强，很难与气体发生反应，可以适应多种加热炉气氛要求。陶瓷固结剂对加热棒形成多点悬挂支撑的受力点，防止加热棒受热后因自重产生弯曲或者拉长而影响使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中固定套管的俯视结构示意图；

图3为图1中加热棒的放大结构示意图。

图中，1、固定套管，2、安装柱孔，3、加热段，4、导电冷端，5、固定孔。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-图3中所示，该实施例大型复合辐射式加热棒，包括一绝缘材质的固定套管1，沿固定套管1的轴线方向在固定套管1的管壁上均匀贯穿设有若干个安装柱孔2，所述安装柱孔2呈圆环状排布于固定套管1侧壁上，在每个安装柱孔2内均插设有一加热棒，所述加热棒包括一由若干根棒体单元连接而成的加热段3以及焊接在加热段3两端端部的两个导电冷端4，紧邻每个安装柱孔2的固定套管1外侧壁均开设有若干个与安装柱孔2相连通的固定孔5，在固定孔内5以及正对固定孔5的安装柱孔2内填充有陶瓷固结剂。

所述加热棒的两端分别伸出固定套管1的端部10cm，所述导电冷端4的长度为5.8m。

相邻两加热棒的中心距为加热棒直径的4倍。

所述固定套管1的长度为6m、外径为40cm、壁厚为12mm，所述加热棒的直径为9mm，相邻两加热棒中心间距为36mm。

每根棒体单元的长度为1.8-2m，与同一安装柱孔相连通的相邻两固定孔5之间的距离为1.8-2m。

相邻两棒体单元之间的连接方式为对焊焊接。

所述固定套管1为莫来石材质。

所述陶瓷固结剂由以下重量比的原料烧结而成：Si粉5％、Fe₂O₃75％和Al粉20％。

所述棒体单元为硅钼棒。

该实施例大型复合辐射式加热棒，结构合理，将多根焊接在一起的加热棒装配在固定套管内，增加了加热棒向炉膛内辐射热量的辐射面积和长度，外层固定套管作为保护层，抗拉抗折强度高，加热棒的损坏率大大降低，使加热棒可以任意布置在加热炉内，增加电炉的加热容积，方便加工许多大型产品，显著提高生产效率，扩大生产规模。固定套管电绝缘，通过合理布置加热棒的数量，在加热棒通电情况下，避免固定套管击穿；而且固定套管绝缘、抗热振、高温惰性、高温强度优异，惰性强，很难与气体发生反应，可以适应多种加热炉气氛要求。陶瓷固结剂对加热棒形成多点悬挂支撑的受力点，防止加热棒受热后因自重产生弯曲或者拉长而影响使用。

上述大型复合辐射式加热棒的制备方法，采用如下步骤：

(1)混合固定套管原料：

(1-1)配料：

固定套管的原料组成为合成莫来石耐火材料，可以从市面上直接购买或者自行配制；自行配制时，原料组成及百分比为：粒径＜1mm的莫来石熟料颗粒50％、粒径＜0.074mm的莫来石熟料粉35％、粒径＜0.043mm的三氧化二铝细粉10％、购于王村镇正泰粘土矿的高纯粘土粉5％；以及占莫来石熟料颗粒、莫来石熟料粉、三氧化二铝细粉和高纯粘土粉质量和3％的粘结剂，所述粘结剂为亚硫酸纸浆、聚合氯化铝溶液或多聚磷酸盐溶液；

(1-2)混料：

将步骤(1-1)中称量得到的莫来石熟料颗粒、莫来石熟料粉、三氧化二铝细粉和高纯粘土粉置于混料机干混3-5min，得混料；向步骤(1-2)得到的混料中加入粘结剂(亚硫酸纸浆、聚合氯化铝溶液或多聚磷酸盐溶液)，混碾3-5min，得泥料；

(2)在固定套管模具中预埋PVC细管：

在固定套管模具中均匀预埋直径为9mm的PVC细管，PVC细管在固定套管模具中间呈圆环状均匀分布，相邻两PVC细管中心距为40-50mm；

(3)固定套管成型：

将步骤(1-2)得到的泥料填入步骤(2)预埋PVC细管的固定套管模具中，边填入边采用人工细杆震捣，使固定套管模具内泥料均匀致密，制成固定套管成型坯料；

(4)烘干固定套管：

将步骤(3)得到的固定套管成型坯料风干，或者置于烘干炉中，从室温起以5℃/h的升温速度升至120℃，烘干后得到固定套管管坯；

(5)烧制固定套管：

将步骤(4)得到的固定套管管坯在工业炉窑内烧制，从室温起以5℃/h的升温速度升至600℃，保温8小时；然后以10℃/h的升温速度升至800℃，保温6小时；再以100℃/h的升温速度升至1400℃，然后自然冷却至室温出窑，得固定套管；在100℃前脱除管坯中的自由水，在600℃左右脱除管坯中的结合水，800℃左右脱除管坯中的化合水；

(6)处理棒体单元界面：

购买长度为1.8-2m的硅钼棒棒体单元，打磨使棒体单元的界面平整后，使两棒体单元界面抵接以充分接触；

(7)焊接棒体单元：

将两根棒体单元的外端固定在对焊机上，在两根棒体单元的外端施加5MPa左右压力，向棒体单元通入1000A电流使棒体单元快速升温，棒体单元焊口界面温度达到2000°时，便焊接在一起，然后通过水冷使连接处快速降至室温；以此类推，将3-4根棒体单元焊接，得加热段；

(8)将加热段固定在固定套管：

将步骤(7)得到的加热段插入安装柱孔内，并使加热段的两端伸出固定套管10-20cm，然后在固定套管上的每个固定孔内填入陶瓷固结剂，使用镁条点燃陶瓷固结剂，陶瓷固结剂烧结后即可将加热段固定在安装柱孔内；所述陶瓷固结剂的原料组成及重量比例为：5％的Si粉、75％的Fe₂O₃、20％的Al粉；

(9)焊接冷端：

在加热段的两端分别焊接一冷端，即得大型复合辐射式加热棒。

使用时，将固定套管的底端通过耐火砖支撑在炉体内，在冷端连接导线，通电即可使用该大型复合辐射式加热棒对炉体加热。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。