专利名称：非金属电热元件的制作方法
技术领域：
本实用新型提供的非金属电热元件，涉及熔融金属，熔融盐等高温流体的电加热元件，特别适用于有色金属的熔铸，钢铁热浸镀及热处理设备中，也可用于低、中、高温的任何介质条件下的加热。
已有的电阻元件加热式熔融金属或熔盐的加热设备都属于间接式。电热元件和盛装熔体的坩锅是分开两体的。电热元件由金属或非金属电热材料制成，熔体坩锅用耐热材料制造。二者之间为炉膛空间作为电绝缘用。热量由电热元件上发出后，以辐射，对流的方式给坩锅壁。透过坩锅坩锅壁以后才能传给熔体。炉子体积大、传热路径长、热阻大、能量损失大，热效率低。由于熔体坩锅外部存在有一大温度大大高于坩锅内部的炉膛空间，因此坩锅容易损坏、泄露。一旦发生事故会恶性扩展。给这种设备的应用带来很大的限制。如何取消这一高温炉膛空间是提高设备寿命的主攻方向，已引起诸方面的重视。中国实用新型专利90201507和89211818分别公开了体现这一设计思想的两种热镀锌炉。但在电热元件的结构等技术上还存在某些缺陷。无法保证优质生产。
本实用新型的目的在于克服已有的电阻元件加热熔融金属或熔盐设备存在的不足，提供一种高效直接加热的电热元件。
具体技术方案如下加热高温熔体的非金属电热元件，它由电热元件本体，绝缘层和导热支持体组成，电热元件本体外包有导热支持体，它们之间设有绝缘层，电热元件本体、绝缘层和导热支持体三者结合为一体。
导热支持体内壁与被加热流体直接接触，导热支持体外壁涂有绝热层。
该电热元件的整体轮廓外形可为一坩锅或砌筑坩锅用砌块形状或便于应用的其它形状。工作过程中该元件既可作为电热元件单独使用，也可以是能量输入元件兼作盛装熔体的坩锅(或坩锅的一部分)。
上述方案的优点是1、热量直接传递给被加热介质，热阻小、热效率高、省电。2、坩锅外没有高温区，熔体外漏的可能性为零。3、电热元件与熔体间的温差小，并近似为线性。可以通过埋设在本电热元件中的测温元件来测定熔体温度。测量误差小，工作寿命长。4、用该元件制做的炉子没有吊挂的电热元件，没有坩锅外的高温空间，因此体积小，保温性能好。转动、移动灵活、方便、故障率小。
以下结合附图详细说明上述技术方案的内容及实施例。
图1为用非金属电热元件作成坩锅砌块形状的剖视图(图2中的A－A剖面)；图2为图1的B－B剖面视图；图3为用非金属电热元件作成坩锅直接使用的剖面视图；图4为用于小型电阻熔化炉示意图；图5为用于钢构件热浸镀炉的示意图；图6为图5的A－A′－B－B′剖视图。图中(1)为电热元件本体，(2)为绝缘层，(3)为导热支持体，(4)为接线端子，(5)为测温元件，(6)为炉底耐火材料，(7)为耐火保温材料。本实用新型提供的电热元件其结构如图1所示，由电热元件本体(1)，绝缘层(3)和导热支持体(3)共三个部分组成。整体轮廓外形为坩锅或砌筑坩锅用砌块形状或便于应用的其它形状。工作过程中该元件既可以作为电热元件单独使用，也可以是能量输入元件兼作盛装熔体的坩锅(或坩锅的一部分)。
电热元件本体(1)为本实用新型的心脏。其横截面、长度等尺寸由电功率计算确定。外形轮廓由所应用的炉子要求确定。在比较小的坩锅上应用时，电热元件本体(1)可以加工成坩锅骨架的形状。在其外压制出导热支持体后可作为坩锅直接使用(图3)。在比较大的炉子上应用时，由于加工工艺技术上的原因，无法把坩锅加工为一整体。这时可以设计为坩锅砌块形状。每一砌块为一独立的电热元件(图1、2)。也可以根据应用场合的不同作成其他形状如棒状、球状等。电热元件本体由非金属材料制成。其选材依据除电学性能外，还有热膨胀系数等热学性能以及与相邻层匹配，与相邻层之间的结合力等。
绝缘层(2)为非金属介电材料涂层。该涂层致密、无孔、涂满整个电热元件本体(1)和导热支持体(3)之间的界面。保证在高温下不导电(900℃时整体绝缘电阻大于0.5北欧)。为了降低热阻、减小体积该涂层在保证绝缘情况下应作的尽可能地薄(图2有所夸大)。为保证其寿命也应考虑其热膨胀系数与相邻基体间的匹配。
导热支持体(3)的作用主要是支持电热元件本体(1)、形成、维持电热元件的轮廓形状与被加热介质接触。同时能将热量迅速传递给被加热熔体。提高加热效率。该支持体的材料应满足导热快、热膨胀系数相当，与被加热介质之间无反应、耐急冷急热等性能要求。在加热熔融的铝合金、锌合金时，最好选用碳化硅类材料。使用前在其内表面(与加热介质接触面)涂一层提高辐射率的防护涂料。以延长其使用寿命同时提高传热效率。而导热支持体(3)与被加热介质相背的一面涂有减少热辐射的涂层，以减少热损失。
导热支持体的制造工艺是在电学、热学、几何尺寸都合格的电热元件本体(1)周围喷涂绝缘涂料层(2)、烧结为一体后，再在其周围按要求的外形浇铸或捣制导热支持体的浆(粉)料，经过烘干、烧结后成为一体。制成后，电热元件本体(1)上只有接线端子(4)露在元件外表面。外表面和电热元件本体之间是电绝缘的。能保证安全性能要求。
实施例1本实用新型应用于小型电阻熔化炉的例子如图4所示。其中的(1－3)是本说明书图2中给1出的坩锅状电热元件。(4)为接线端子。(5)为测温元件。(6)为炉底耐火材料。(7)为耐火保温材料。以上所述部分全部安装于钢制炉壳内部。由于坩锅外围没有悬挂元件和高温炉膛，所以该炉只要在外壳上安装旋转机构就可以进行任何角度的旋转而不影响其使用性能。这给某些冶炼操作带来很大方便。在坩锅内面涂刷与所加热介质不发生反应的保护涂料可使坩锅寿命大大提高。
实施例2本发明应用于钢结构件热浸镀锌炉的例子示于图5、6。图中(1－3)为本实用新型的电热元件。每一元件都制造为炉膛的一个砌块的形状，全部电热元件和不含电热元件的同材料砌块围成一个闭合的坩锅。在砌块外形设计过程中，既保证电学、热学性能要求，又考虑了元件之间的安装咬合、串缝等要求，保证每一砌块在炉中牢固可靠。各处接缝处填充特种耐火胶粘剂，防止漏锌。图中(5)为测温元件，可以安装于坩锅壁的任意位置。(7)为耐火、保温材料。此时既要保证其绝热性能，又要保证其强度。维持坩锅壁不会在坩锅熔体静压力作用下发生向外错位。耐火、保温材料外是用3－5mm钢板焊制的炉壳，形成该炉的外形。从图中结构看出，炉中温度最高处在电热元件周围的熔体中。坩锅外的温度随着远离熔体而降低。因此既使在某些部位偶然发生渗漏，外漏的锌液也会随着漏出而降低，最终凝固起来，不会发生恶性事故。
本例结构中的坩锅体全部为非金属；与锌不发生反应。从根本避免了增铁，给镀锌加工质量带来很大改善。而且可以方便地采用镀锌铝稀土合金等新工艺。节约材料、降低能源。
权利要求1.加热高温熔体的非金属电热元件，其特征是它由电热元件本体，绝缘层和导热支持体组成，电热元件本体外包有导热支持体，它们之间设有绝缘层，电热元件本体，绝缘层和导热支持体三者结合为一体。
2.根据权利要求1所述的加热高温熔体的非金属电热元件，其特征是导热支持体内壁与被加热流体直接接触，导热支持体外壁涂有绝热层。
专利摘要本实用新型提供的非金属电热元件，涉及熔融金属，熔融盐等高温熔体的电加热元件，特别适用于有色金属的熔铸，钢铁热浸镀及热处理设备中，也可用于低中高温的任何介质条件下的加热。该元件的特点是由电热元件本体，绝缘层和导热支持体组成，电热元件本体外包有导热支持体，外包有导热支持体，它们之间三者结合为一体。其优点是热量可直接传递给被加热介质，热阻小，热效率高，熔体不外漏，工作寿命长，体积小等。
文档编号H05B3/10GK2158606SQ9321596
公开日1994年3月9日 申请日期1993年6月10日 优先权日1993年6月10日
发明者曹占义, 苏华 申请人:吉林工业大学