一种热处理用节能型高温炉的制作方法

本实用新型涉及高温炉技术领域，具体涉及一种热处理用节能型高温炉。

背景技术：

热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，改变材料表面或内部的化学成分与组织，获得所需性能的一种金属热加工工艺。中国是能源消耗大户，机械制造行业是其中很重要的一个组成部分。随着零部件、机械制造等重工业的不断发展，热处理对中国机械制造业的振兴和发展具有重要的支撑作用，而机械制造业的发展也必将带动中国热处理行业的快速发展，为中国热处理行业的发展提供广阔的发展空间，行业的发展前景广阔。

其中，高温炉是热处理工艺中必不可少的装置，其性能的好坏直接关系到产品的质量。目前，常见的高温加热炉有：电阻加热型高温炉、电弧加热型高温炉，感应加热型高温炉，气炼型炉，连续加热炉。目前市场上的热处理用高温炉存在诸多问题，一是生产效率较低；几乎没有任何保温措施，炉壁温度很高，生产过程比较危险，通过炉体金属外壁向外界释放的热量较大，能源浪费现象比较严重。因此，研发出一种热处理用节能型高温炉，降低电耗的同时，降低运行维护成本，增加生产过程的安全性，将对热处理行业起到极强的推动作用。

中国专利申请号为cn201620526407.2公开了一种真空干燥炉，包括真空干燥炉本体，真空干燥炉本体内设置有真空箱。真空箱与真空干燥炉本体滑动配合，且真空箱的滑动方向垂直于真空箱的并列排布方向，是为了解决真空箱在真空干燥炉内滑动的问题，从而可以调整待维修真空箱的位置，不是针对热处理进行设计的，也没有起到节能的作用。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种热处理用节能型高温炉，结构简单，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能，应用前景广泛。

技术方案：一种热处理用节能型高温炉，包括炉本体、保温层、加热层、料筒、机架；所述料筒为圆柱形并且安装在炉本体内部中心处，所述料筒上盖的中心开有料孔并且与物料通道连通；所述加热层套在所述料筒外围，所述保温层套在所述加热层外围，所述炉本体固定安装在机架上，所述加热层通过连接件与外部电源连接；所述保温层为方形并且所述保温层由外至内依次包括低温保温层、中温保温层、高温保温层；所述加热层为方形并且所述加热层是由若干个石墨加热组件围成，所述加热层与料筒之间的缝隙设置有导热绝缘层。

本发明所述的热处理用节能型高温炉，采用石墨加热组件作为加热层，是一种电阻加热方式，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能。石墨加热组件使用温度可到2500℃，导热系数大，热膨胀系数低，重量轻，损耗小，石墨电极在通电后会在表面生成保护膜，防止石墨电极过度损耗易加工。此外，加热层布置为四周环绕式，相对热处理用高温炉成本更低，生产过程更安全，温度控制更好，生产质量也更好。

所述料筒为圆柱形，但保温层、加热层为方形，这是因为圆柱形的加热层加工难度更大，加热层与外界电源相连时方位确定要求的精度更大。

由于目前市场上的保温材料，能够在1500℃以上正常工作的材料非常昂贵，而800℃以下的保温材料比较常见，价格也比较便宜，所以本实用新型的保温层的设计采用多层布置的结构，所述保温层结构分为低温保温层、中温保温层、高温保温层三个区域，提高了保温效果，更加节能。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述低温保温层为酸铝保温棉；所述中温保温层由氧化铝空心球砖堆砌；所述高温保温层由氧化镁填充。

当料筒内温度为1750℃，此时加热层的温度能够达到2000℃，高温保温层直接与加热层接触，所以高温保温层要能够在2000℃下连续正常工作，氧化镁熔点为2820℃，导热率都小于10w/m·k，能起到较好的隔热效果，并且价格较为低廉；通过高温保温层的降温，使得中温保温层的内壁面温度正降到1500℃，中温保温材料能够在1500℃连续正常工作，氧化铝空心球砖可以在1800℃以下能够保持较好的完整性，使用时间较长，并且密度在耐火砖中属于比较低的，可以减轻炉重量，保温效果好，稳定性好，堆砌好后与炉本体之间的空间正好能够容纳氧化镁粉末；中温保温层的降温使得低温保温层需要在800℃下正常工作即可，酸铝保温棉质量稳定可靠，抗裂性能好，重量轻，保温性能好，很适合填充炉体缝隙，温度在40-1000℃范围内快速变化，保温层都不会开裂，脱落，不燃烧，是优良的保温材料，并且价格低廉。通过三层保温层的降温，最终使得外壁面温度不超过70℃，达到了操作的安全温度。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述石墨加热组件为可拆卸的结构，所述石墨加热组件由三片外形完全一样的石墨组件、连接电源正极的石墨件、连接电源负极的石墨件组成；所述石墨组件、连接电源正极的石墨件、连接电源负极的石墨件石墨组件之间通过石墨螺丝连接。

这种结构设计，是为了减小加工难度，降低了石墨加热组件的加工成本，并且方便拆卸和安装，运输过程中可拆分成五片分开包装，运输的可靠性更高，并且各组件之间接触紧密，接触电阻很小，整个石墨加热组件电阻分布比较均匀，使得发热功率分布也是非常均匀的，炉体内部不会因为加热不均匀导致局部温度过高。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述料筒为石墨料筒。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述连接件包括石墨棒、铜电极套筒、铜电极套、石墨粉；所述石墨棒一端与石墨加热组件螺纹连接和另一端穿设保温层、炉本体；所述石墨棒伸出炉本体炉壁插入铜电极套中，所述铜电极套与外接电源通过导线相连；所述铜电极套套在铜电极套筒内，所述石墨棒和铜电极套之间填充有石墨粉。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述炉本体炉壁外侧设置有硅胶垫片，所述石墨棒伸出炉本体炉壁后穿过所述硅胶垫片。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述铜电极套上布置水冷盘管。

由于连接件直接与石墨加热组件相连，石墨加热组件在加热过程中预计要维持2000℃的高温，所以与石墨加热组件直接相连的部件必须是石墨材料的，因此选择石墨棒，其横截面积小、长度大，热阻大，能够降低石墨棒伸出炉体部分温度。由于伸展到外界的石墨棒仍然会处在一个高温的状态下，而600℃的石墨暴露在空气中会被氧化，在铜电极套通上布置水冷盘管，通过循环冷却水降低连接件的温度。同时，由于石墨棒所能承受的弯曲力不能很大，否则容易断裂，因此必须要有比较好的固定结构，铜电极套与铜电极套筒通过法兰连接，铜电极套筒与炉壁也通过法兰连接，在铜电极套通和炉壁之间设置硅胶垫片以来绝缘安装，同时使细长的石墨棒不受力，不会出现石墨连接部分因为受力过大出现断裂。此外，伸出炉体的石墨棒和铜电极套之间填充高导电率的石墨粉，铜电极套与外部电源通过导线相连，这三处的连接都非常紧密，接触热阻非常小，从而引起的发热量较小。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，还包括测温机构，所述测温机构包括一号测温件、二号测温件、三号测温件、四号测温件、五号测温件；所述一号测温件插入高温保温层与加热层连接处的内侧，所述二号测温件插入高温保温层与中温保温层连接处的内侧，所述三号测温件插入中温保温层与低温保温层连接处的内侧，所述四号测温件插入低温保温层与炉本体内壁连接处的内侧，所述五号测温件插入高温保温层处的连接件附近。

进一步的，上述的热处理用节能型高温炉，所述一号测温件、五号测温件为铂铑热电偶，所述二号测温件、三号测温件、四号测温件为k型热电偶。

由于一号测温件、五号测温件处的温度预计在1300~1800℃之间，因此铂铑热电偶，而二号测温件、三号测温件、四号测温件处的温度预计低于1300℃，使用k型热电偶即可。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所述的热处理用节能型高温炉，采用石墨加热组件作为加热层，是一种电阻加热方式，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能；加热层布置为四周环绕式，相对热处理用高温炉，成本更低，生产过程更安全，温度控制更好，生产质量也更好；保温层的设计采用多层布置的结构，所述保温层结构分为低温保温层、中温保温层、高温保温层三个区域，提高了保温效果，更加节能，应用前景广泛。

附图说明

图1为本实用新型所述热处理用节能型高温炉的剖面图；

图2为本实用新型所述热处理用节能型高温炉的俯视图；

图3为本实用新型所述热处理用节能型高温炉的石墨加热组件结构示意图；

图4为本实用新型所述热处理用节能型高温炉的连接件结构示意图；

图中：炉本体1、保温层2、低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23、加热层3、石墨加热组件31、石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313、料筒4、料孔41、机架5、物料通道6、连接件7、石墨棒71、铜电极套筒72、铜电极套73、石墨粉74、硅胶垫片75、水冷盘管76、导热绝缘层8、测温机构9、一号测温件91、二号测温件92、三号测温件93、四号测温件94、五号测温件95。

具体实施方式

下面结合附图1~4和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1、2所示的上述结构的热处理用节能型高温炉，包括炉本体1、保温层2、加热层3、料筒4、机架5；所述料筒4为圆柱形并且安装在炉本体1内部中心处，所述料筒4上盖的中心开有料孔41并且与物料通道6连通；所述加热层3套在所述料筒4外围，所述保温层2套在所述加热层3外围，所述炉本体1固定安装在机架5上，所述加热层3通过连接件7与外部电源连接；所述保温层2为方形并且所述保温层2由外至内依次包括低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23；所述加热层3为方形并且所述加热层3是由若干个石墨加热组件31围成，所述加热层3与料筒4之间的缝隙设置有导热绝缘层8。

此外，所述低温保温层21为酸铝保温棉；所述中温保温层22由氧化铝空心球砖堆砌；所述高温保温层23由氧化镁填充。

此外，所述石墨加热组件31为可拆卸的结构，所述石墨加热组件31由三片外形完全一样的石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313组成；所述石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313石墨组件之间通过石墨螺丝连接。

此外，所述料筒4为石墨料筒。

进一步的，所述连接件7包括石墨棒71、铜电极套筒72、铜电极套73、石墨粉74；所述石墨棒71一端与石墨加热组件31螺纹连接和另一端穿设保温层2、炉本体1；所述石墨棒71伸出炉本体1炉壁插入铜电极套73中，所述铜电极套73与外接电源通过导线相连；所述铜电极套73套在铜电极套筒72内，所述石墨棒71和铜电极套73之间填充有石墨粉74。

此外，所述炉本体1炉壁外侧设置有硅胶垫片75，所述石墨棒71伸出炉本体1炉壁后穿过所述硅胶垫片75。

进一步的，所述铜电极套73上布置水冷盘管76。

进一步的，还包括测温机构9，所述测温机构9包括一号测温件91、二号测温件92、三号测温件93、四号测温件94、五号测温件95；所述一号测温件91插入高温保温层23与加热层3连接处的内侧，所述二号测温件92插入高温保温层23与中温保温层22连接处的内侧，所述三号测温件93插入中温保温层22与低温保温层21连接处的内侧，所述四号测温件94插入低温保温层21与炉本体1内壁连接处的内侧，所述五号测温件95插入高温保温层23处的连接件7附近。

进一步的，所述一号测温件91、五号测温件95为铂铑热电偶，所述二号测温件92、三号测温件93、四号测温件94为k型热电偶。

实施例

基于以上的结构基础，如图1~4所示。

本实用新型所述的热处理用节能型高温炉，在炉本体1外制作钢结构的机架5以来固定、支撑，料筒4上盖上中心开设有料孔41，通过螺旋给料机从料孔41上的物料通道6送料。其中，物料通道6与螺旋给料机出口之间，物料通道6与料孔41之间，都通过法兰螺母进行连接。

然后，加热层3采用石墨加热组件31，是一种电阻加热方式，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能。石墨加热组件31使用温度可到2500℃，导热系数大，热膨胀系数低，重量轻，损耗小，石墨电极在通电后会在表面生成保护膜，防止石墨电极过度损耗易加工。

石墨加热组件31为可拆卸的结构，由三片外形完全一样的石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313组成；石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313石墨组件之间通过石墨螺丝连接。

这种结构设计，是为了减小加工难度，降低了石墨加热组件的加工成本，并且方便拆卸和安装，运输过程中可拆分成五片分开包装，运输的可靠性更高，并且各组件之间接触紧密，接触电阻很小，整个石墨加热组件电阻分布比较均匀，使得发热功率分布也是非常均匀的，炉体内部不会因为加热不均匀导致局部温度过高。

此外，加热层3布置为四周环绕式，相对传统高温炉，成本更低，外生产过程更安全，温度控制更好，生产质量也更好。

进一步的，由于连接件7直接与石墨加热组件31相连，石墨加热组件31在加热过程中预计要维持2000℃的高温，所以与石墨加热组件31直接相连的部件必须是石墨材料的，因此选择石墨棒71，其横截面积小、长度大，热阻大，能够降低石墨棒71伸出炉体部分温度。由于伸展到外界的石墨棒71仍然会处在一个高温的状态下，而600℃的石墨暴露在空气中会被氧化，在铜电极套73通上布置水冷盘管76，通过循环冷却水降低连接件的温度。同时，由于石墨棒71所能承受的弯曲力不能很大，否则容易断裂，因此必须要有比较好的固定结构，铜电极套73与铜电极套筒72通过法兰连接，铜电极套筒72与炉壁也通过法兰连接，在铜电极套筒72和炉壁之间设置硅胶垫片75以来绝缘安装，同时使细长的石墨棒71不受力，不会出现石墨连接部分因为受力过大出现断裂。此外，伸出炉体的石墨棒71和铜电极套73之间填充高导电率的石墨粉74，铜电极套73与外部电源通过导线相连，这三处的连接都非常紧密，接触热阻非常小，从而引起的发热量较小。

进一步的，由于目前市场上的保温材料，能够在1500℃以上正常工作的材料非常昂贵，而800℃以下的保温材料比较常见，价格也比较便宜，所以本实用新型的保温层2的设计采用多层布置的结构，所述保温层结构分为低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23三个区域，提高了保温效果，更加节能。当温度为1750℃，此时加热层3的温度能够达到2000℃，高温保温层23直接与加热3层接触，所以高温保温层23要能够在2000℃下连续正常工作，氧化镁熔点为2820℃，导热率都小于10w/m·k，能起到较好的隔热效果，并且价格较为低廉；通过高温保温层23的降温，使得中温保温层22的内壁面温度正降到1500℃，中温保温材料能够在1500℃连续正常工作，氧化铝空心球砖可以在1800℃以下能够保持较好的完整性，使用时间较长，并且密度在耐火砖中属于比较低的，可以减轻炉重量，保温效果好，稳定性好，堆砌好后与炉本体1之间的空间正好能够容纳氧化镁粉末；中温保温层22的降温使得低温保温层21需要在800℃下正常工作即可，酸铝保温棉质量稳定可靠，抗裂性能好，重量轻，保温性能好，很适合填充炉体缝隙，温度在40-1000℃范围内快速变化，保温层2都不会开裂，脱落，不燃烧，是优良的保温材料，并且价格低廉。通过三层保温层2的降温，最终使得外壁面温度不超过70℃，达到了操作的安全温度。

进一步的，为了提高使用过程中的安全性，需要对所述高温炉炉体内部各个位置进行温度的监控，然后通过一号测温件91、二号测温件92、三号测温件93、四号测温件94、五号测温件95实时反馈在显示器上。由于一号测温件91、五号测温件处95的温度预计在1300~1800℃之间，因此铂铑热电偶，而二号测温件92、三号测温件93、四号测温件94处的温度预计低于1300℃，使用k型热电偶即可。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。