专利名称：电热元件与炉衬组合单元体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电阻炉的基本构成物即电热元件与炉衬组合单元体。
目前，在公知的电阻炉(炉体)中，电热元件和炉衬是其基本构成物。电热元件的作用是将电能转换为热能，从而对被加热物进行加热；炉衬的作用则是隔热保温，形成一定的工作温场空间，减少能源无功损耗。普通公知电热元件选用镍铬合金或铁铬铝合金制成的螺旋形线、波形线及波形带充当；公知炉衬一般包括耐火层和隔热层，分别由耐火材料与隔热材料砌筑而成。炉衬于炉膛方向设有搁砖或挂件，电热元件镶嵌或悬挂其上。由于合金类电热元件最高工作温度低于1400℃，辐射强度低，单位功率小，又由于其与炉衬的结合方式，使朝向被加热物方向的热辐射线受到屏蔽阻挡，从而造成电阻炉空炉升温时间长，工作效率低，制造及检修成本高，且炉内温场均匀度与炉温控制水平的提高亦受到限制，尤其能源利用率低下(普通电阻炉热效率仅30％左右)。
本实用新型的目的是提供一种新型的电阻炉的基本构成物，即电热元件与炉衬组合单元体，它们按使用要求，通过特定的定位锁固方式，可拼装构筑成不同形式的电阻炉的加热工作空间。采用本实用新型制造的电阻炉，其能源利用率、工作效率、作业精度等热工设备主要经济技术指标较现行中国国家行业标准规定要求发生显著提高和改善，且制造及检修工艺简单，使用成本低廉。
本实用新型的目的是这样实现的。它将具有一定结构特征及安装、保护要求的石英卤钨灯管充做的电热元件与具有良好隔热保温性能且结构上既可满足电热元件安装和保护条件又便于按设计予以定位及锁固的板块状陶瓷纤维炉衬组合为一体。选择石英卤钨灯管充当电热元件，一是由于其材质具有良好的耐热性(石英玻璃软化温度1650℃，钨丝熔点3200℃)；更重要的则是利用其突出的热工作性能石英卤钨灯管最高工作色温可达3300K，由斯忒藩-玻尔兹曼定律[数学表达式为Eb=σ·T4Eb辐射力 σ常数等于5.669×10-4W/(m2·K4)T温度 单位K]可知，其较之合金类电热元件辐射力高出相当大数值。具有强辐射力性能的电热元件可使电阻炉迅速形成所需工作温场。又由于在热辐射波段内，辐射力大则光强大，根据平方反比定律(数学表达式为E=IL2]]>E照度 I光强 L距离)，照度与光强成正比，因而强辐射力的电热元件亦利于电阻炉温场均匀度的改善；此外，由于通过设计参数的变化，石英卤钨灯管单位表面功率可相差1倍以上，这使得根据作业需要对电阻炉温场进行调整变得十分简便。充当本实用新型电热元件的石英卤钨灯管具有如下结构特征第1．其钨丝发光体段最大长度不超过500mm；其钨丝发光体与端头封接钼箔间有一φ0.6～1mm钨杆导体，因直径大，电阻小，不发光，温度低，从而形成其不发光冷区段，它的长度与板块状陶瓷纤维炉衬电热元件锥形安装孔的深度相等。第2．不发光冷区段与钨丝发光体段的假设延长线呈一小于90°夹角。第3．两对称的不发光冷区段的相互投影须重合。第4．其各钨丝支撑环的间距小于25mm。第5．其钼杆灯角焊有外引金属软导线。本实用新型中的板块状陶瓷纤维炉衬的特征为第1．其采用真空吸滤成形或捣打成形工艺制做。第2．其最大长度不超过600mm，长宽比为2∶1，最大厚度100mm。第3．其上开有横截面呈梯形或弧形的电热元件保护槽，深度不小于所配装的石英卤钨灯管直径的2倍；该槽内有成对的电热元件锥形安装孔，孔的中心距应与所配装的石英卤钨灯管的长度相符合，锥度的1/2同石英卤钨灯管下发光冷区段与钨丝发光体段假设延长线的夹角互为余角；又有为设置锚固件而成的锚固件孔座，深度不小于30mm。构成本实用新型的石英卤钨灯管电热元件与板块状陶瓷纤维炉衬相互间的组合方法及本实用新型安装使用形式是将石英卤钨灯管电热元件的两对称的不发光冷区段插入板块状陶瓷纤维炉衬的电热元件保护槽内；其端头封接部位应露于炉衬冷面的外部；再用与电热元件锥形安装孔锥度相等且上下等径并沿中心分为两部分的电热元件陶瓷纤维锥形紧固套予以锁固，从而形成一电热元件与炉衬组合单元体。利用由耐热钢制成的锚固件将上所述的组合单元体拼装构筑于不同形式的电阻中，即可形成其所需的加热工作温场空间。
由于采用上述方案，由本实用新型装备的SX系列电阻炉与中国机械行业标准规定的普通电阻炉在参数、条件均可比条件下空炉升温时间平均减少90％；空炉功率损耗平均降低40％；积蓄热平均下降60％；温场均匀度提高一个数量级；重量减轻一半。
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
图1是本实用新型即电热元件与炉利组合单元体的主视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是由本实用新型装备的室式电阻炉[功率45KW，最高工作温度950℃，炉膛空间600×400×1200(mm)，电热元件设计寿命5000小时]的主视图。
图4是图3的左视图。
上述图中，1-①～⑧石英卤钨灯管电热元件(其中1-①钼杆灯角 1-②封接钼箔 1-③端头封接部位 ①-④不发光钨杆 1-⑤金属软导线 1-⑥石英玻壳 1-⑦钨丝发光体 1-⑧钨丝支撑环) 2．板块状陶瓷纤维真空吸滤成型炉衬 3．电热元件保护槽 4．电热元件锥形安装孔 5．电热元件陶瓷纤维锥形紧固套 6．锚固件7．锚固件孔座 8．陶瓷纤维阻热封堵 9．接线端子 10．电阻炉龙骨架 11．风冷管 12．陶瓷纤维捣打成形砖 13．绝缘布线管14．风孔 15．炉壳 16．炉门图1、图2标示了本实用新型的结构特征其板块状陶瓷纤维真空吸滤成形炉衬2的长度400mm，宽度200mm，最大厚度90mm。上开有横截面呈梯形的电热元体保护槽3，深度30mm；槽内设有成对的电热元件锥形安装孔4，中心距与所配装的石英卤钨灯管电热元件1-①～⑧的长度相符合，锥度的一半同石英卤钨灯管不发光冷区段与钨丝发光体段假设延长线的夹角互为余角；且还有为设置锚固件6而成的锚固件孔座7，深度30mm。石英卤钨灯管电热元件1-①～⑧(功率范围1-2KW，色温2450-2800K)其钨丝发光体1-⑦段的长度360mm；钨丝发光体1-⑦与封接钼箔1-②间有φ0.8mm的不发光钨杆1-④导体，所对应的部位为不发光冷区段，长度等于电热元件锥形安装孔4的深度，不发光冷区段与发光体段的假设延长线形成80°夹角；两对称的不发光冷区段的相互投影须重合；各钨丝支撑环1-⑧的间距小于25mm；钼杆灯角1-①焊接金属软导线1-⑤。
图1、图2还描述了本实新型的组合方法及安装使用方式。组合方法将石英卤钨灯管电热元件1-①～⑧两端的不发光冷区段插入板块状陶瓷纤维真空吸滤成形炉衬2上的电热元件锥形安装孔4中，其钨丝发光体1-⑦段没于电热元件保护槽3内，其端头封接部位1-③(该部位还包括钼杆灯角1-①、封接钼箔1-②)露于板块状陶瓷纤维真空吸滤成形炉衬2冷面方向的外部，再用锥度与电热元件安装孔4锥度相等且上下等径并沿中心分为两部分的电热元件陶瓷纤维锥形紧固套5加以锁紧(该紧固套与石英玻壳1-⑧相配合的斜孔应比照现场实际情况加工)。
安装使用方式则是将本实用新型以耐热钢制做的锚固件6经锚固件孔座7处依设计要求定位并锁紧于由角钢或槽钢制做的电阻炉龙骨架10之上，锚固件孔座7应以陶瓷纤维阻热封堵8加以充填；将石英卤钨灯管电热元件1-①～⑧的金属软导线1-⑤连于接线端子9中；当由于特殊原因致使露于板块状陶瓷纤维真空吸滤成形炉衬2冷面方向外部的端头封接部位1-③温度达400℃时，应采用压力空气经风冷管11对其进行强制冷却。
图3、图4则标示了本实用新型在室式电阻炉中的安装应用状态。该电阻炉炉膛两侧壁及顶部均由本实用新型即电热元件与炉衬组合单元体拼装构筑。共21个组合单元体，其由锚牢件6定位并锁固于电阻炉龙骨件10之上。其相邻部位存有的间隙，应以陶瓷纤维纸加以密闭。每单元体装配2支石英卤钨灯管电热元件1-①～⑧(其设计使用寿命5000小时)。靠近炉门16方向的14支功率为1.2KW，其余均为1KW，目的是利于炉内温场均匀度。电热元件采用三项星形接法。输入电缆由绝缘布线管13通过，以保证用电安全。炉底采用陶瓷纤维捣打成形砖12铺设，以增强其热承重强度。炉壳15的结构形式主要是便于本实用新型的装配及检修。由于该电阻炉最高工作温度950℃，电热元件端头封接部位1-③的温度远远低于400℃，因而无需压力空气强制冷却，利用风孔14所形成的对流空气即可满足其环境温度要求。
权利要求1．一种电阻炉的基本构成物，即电热元件与炉衬组合单元体。其具有将电能转换为热能对被加热物进行加热、相互通过一定形式连接可构成电阻炉所需的工作温场空间以及隔热保温减少能源无功损耗三重功能。其特征是将具有一定结构特征及安装保护方式的石英卤钨灯管所充当的电热元件与设有电热元件保护槽、电热元件安装孔，并可按使用要求予以定位锁固的板块状陶瓷纤维炉衬组合为一体。
2．根据权利要求1所述的电热元件与炉衬组合单元体中的石英卤钨灯管电热元件，其特征为在结构上，钨丝发光体的最大长度不大于500mm，所对应的部位为发光体段；钨丝发光体与封接钼箔间有0.6-1mm钨杆，所对应的部位为不发光冷区段，长度等于板块状陶瓷纤维炉衬电热元件锥形安装孔的深度；不发光冷区段与发光体段假设延长线的夹角不大于90°，且两对称的不发光冷区段的相互投影应重合；石英卤钨灯管中的各钨丝支撑环的间距不大于25mm；钼杆灯角焊接外引金属软导线。
3．根据权利要1所述的电热元件与炉衬组合单元体中的板块状陶瓷纤维炉衬，其特征为它采用真空吸滤成形或捣打成形工艺制做；结构呈板块状，最大长度为600mm，长宽比为2∶1，最大厚度不超过100mm；其上有横截面呈梯形或弧型的电热元件保护槽，深度不小于所配装的石英卤钨灯管直径的2倍；该槽内又有成对的电热元件锥形安装孔，孔的中心距应与所配装的石英卤钨灯管电热元件的长度相符合，锥度的1/2同石英卤钨灯管电热元件不发光冷区段与发光体段假设延长线的夹角互为余角；还有锚固件座孔，深度不小于30mm。
3．如权利要求1所述的电热元件与炉衬组合单元体，其石英卤钨灯管电热元件同板块状陶瓷纤维炉衬相组合的形式特征是将石英卤钨灯管两对称的不发光冷区段插入炉衬的电热元件锥形安装孔中，其钨丝发光体段应没于电热元件保护糟内，端头封接部位露于炉衬冷面的外侧，再用与电热元件锥形安装孔锥度相等且上下等径并沿中心分为两部分的电热元件陶瓷纤维锥形紧固套予以紧固，从而形成一组合单元体。
4．根据权利要求1所述的电热元件与炉衬组合单元体的安装与使用特征为利用耐热钢制做的锚固件将其依使用要求连于电阻炉龙骨架之上，并予锁固，即可构成电阻炉所需的加热工作温场空间；相邻的组合单元体间所存的间隙，应以陶瓷纤维纸密闭；锚固件孔座应以陶瓷纤维阻热封堵充填；石英卤钨灯管电热元件的外引金属软导线连于接线端子；当露于炉衬冷面方向外部的石英卤钨灯管端头封接部位温度接近400℃时，应采用压力空气经风冷管进行强制冷却。
专利摘要一种电热元件与炉衬组合单元体。其是电阻炉的基本构成物。它针对公知电热元件及炉衬存在的致使电阻炉空炉升温时间长,工作效率低,能源无功损耗大,温场均匀度差及装配检修困难等缺陷,将具有一定结构特征的石英卤钨灯管充当的电热元件及板块状陶瓷纤维炉衬采用一定的工艺措施组合成一体。将它们在不同形式的电阻炉中依设计相互拼装结合,即可构成所需的工作温场空间。其应用令热工设备发生了显著的技术进步。
文档编号H05B3/62GK2315752SQ9721839
公开日1999年4月21日 申请日期1997年6月26日 优先权日1997年6月26日
发明者王熙君 申请人:王熙君