一种温度均衡的气氛可调节电加热炉的制作方法

1.本发明属于精细化氧化烧成反应设备的技术领域，具体地说是一种温度均衡的气氛可调节电加热炉。


背景技术：

2.气氛的调节在氧化烧成工艺中是及其重要的一环，尤其在陶瓷制品的烧成工艺中，只靠温度是达不到特定物理、化学性能要求的，气氛是另一个决定性因素，对气氛的要求同对温度的要求一样严格，两者缺一不可。
3.气氛有两种表现形式，一种是氧化气氛，另一种是还原气氛。氧化气氛产生于完全燃烧的反应，还原气氛产生于不完全燃烧的反应。
4.在烧成过程中，充分供给氧气的情况下加热升温、烧成，称为氧化气氛，炉膛烟气中游离氧浓度为8％-10％时称为强氧化气氛，游离氧浓度为4％-5％时称为普通氧化气氛。
5.在烧成过程中，某温度范围内处于缺氧环境中加热、烧成，称为还原气氛，炉膛烟气中游离氧浓度小于1％、一氧化碳浓度较低时称为弱还原气氛，较高时称为强还原气氛。
6.陶瓷材料不同成分配比的烧制呈色对气氛敏感性不同，在工艺上很难控制，因而炉膛气氛的调节、温度的波动会使炉内的产品形成不同的物质、艺术效果。
7.不同材质在不同阶段的氧化烧成工艺所要求的烧成气氛不同，要想实现精细化作业，就对氧化烧成设备提出更高的要求，现阶段的氧化烧成用加热设备均为在密闭空间内配以气氛调节气体来实现炉膛内的气氛控制。在炉膛气氛调节的过程中，当需要氧化气氛时，向炉膛内通入一定量的氧气或者空气用来提高氧浓度；当需要还原气氛时，像炉膛内通入一定量的惰性气体来降低氧浓度，同时实现炉膛内的气流扰动。但是现工艺在调节气氛过程中，通入的气体不管是氧气、空气还是惰性气体均是常温气体，当其进入到炉膛后造成炉膛内部空间局部骤冷，整个炉膛空间内温度分布不均匀，极易造成内部烧成制品的区域性质量差别。
8.如果能够使氧化烧成过程中补充的气氛调节气体预先通过一步预热，将温度提高至临近炉膛氧化温度进入炉膛空间，就不会对内部空间造成温度不均衡的现象，对氧化烧成工艺的控制更精细化，可满足不同程度的烧成工艺需求。


技术实现要素：

9.为解决上述技术问题，本发明提供一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，通过利用蜂窝陶瓷蓄热体材料来实现对气氛调节气体的预热，使其在进入炉膛空间的时候温度达到内部温度要求，既能实现外排气体的热能回收利用，又能提高预进入空间气体的自身温度
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，包括设备本体，所述设备本体包括设备框架结构和设备装饰面板，所述设备装饰面板固定安装在所述设备框架结构上；所述设备本
体分为上下两层，上层设置有电加热炉炉膛，下层设置有前部控制箱及储物箱和后部接线箱，所述前部控制箱及储物箱的一侧设置有设备控制面板，所述前部控制箱及储物箱用于安装plc控制系统及高温操作工具，所述plc控制系统与所述设备控制面板电连接；
12.所述电加热炉炉膛的底部设置有装填有热交换材料的热交换区，所述热交换区的下部进出口处分别通过气体管路、管路三通与气氛调节气体的进气总管、出气总管连接，所述气氛调节气体由外接气源供应。
13.进一步地，所述电加热炉炉膛内设置有炉膛电加热单元，所述电加热炉炉膛的周围设置有炉膛定型板，相邻所述炉膛定型板之间通过螺栓连接。
14.进一步地，所述电加热炉炉膛安装有炉门，所述炉门通过快速启闭按压门锁与设备本体连接，所述炉门上安装有接近感应开关，用于检测炉门关闭状态。
15.进一步地，所述电加热炉炉膛的底部开设有两个气体进出通道口，其中一个为气体进气通道，另一个为气体出气通道。
16.进一步地，所述电加热炉炉膛的底部铺设有碳化硅材质承烧板。
17.进一步地，所述热交换区共两个，分别位于两个气体进出通道口的下方。
18.进一步地，所述热交换区的下部进出口管路上设置有气氛气体进气切断阀和气氛气体出气切断阀。
19.进一步地，所述气氛调节气体的进气总管的一端设置有若干条气氛气体供应支路，每条气氛气体供应支路上依次安装有切断球阀、气氛调节气体流量调节阀和气氛调节气体流量计；所述气氛调节气体的出气总管上设置有氧分析仪传感器。
20.进一步地，所述电加热炉炉膛的顶部，安装有温度传感变送器，用于实时检测炉膛内空间的温度变动。
21.进一步地，所述设备本体底部安装有万向轮式重型地脚。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明提供的一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，将加热部分、气氛调节部分、气体预热部分、自动控制部分多功能部分集成一体设计，全程自动化控制，设备单体便捷性设计，加热效率高、热损小，具有较强的经济实用性，便于各行业加热工序的推广使用；
24.(2)本发明提供的一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，实现了对电加热炉氧化烧制工艺过程中，气氛调节时的内部空间温度均衡控制，针对烧制品对气氛及温度都有严格要求的烧成工艺时，本发明设备可以满足其特殊的工艺需求，弥补了市场上现有设备的不足；
25.(3)本发明提供的一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，不仅实现了加热温度的自动调节及控制，而且可以通过烟气出口的氧分析仪来检测内部空间气氛类型，从而自动控制气氛调节气体的选择及供给量，同时解决了氧化烧成工艺工程中的两大要素-温度及气氛的精准调节控制。
附图说明
26.图1为本发明装置的整体结构示意图；
27.图2为本发明装置的内部结构示意图；
28.图3为本发明装置中炉膛及其下部结构示意图；
29.图4是本发明装置的工作原理示意图；
30.图中：1-温度传感器，2-设备框架结构，3-设备装饰面板，4-电加热炉炉膛，5-炉门，6-快速启闭按压门锁，7-设备控制面板，8-后部接线箱，9-前部控制箱及储物箱，10-重型地脚，11-炉膛定型板，12-炉膛支架，13-接近感应开关，14-炉膛电加热单元，15-气体进出通道口，16-热交换区，17-气氛气体出气切断阀，18-气氛气体进气切断阀，19-气体管路，20-氧分析仪传感器，21-气氛调节气体流量调节阀，22-气氛调节气体流量计。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，结构参照图1-图3所示，包括设备本体，设备本体包括设备框架结构2和设备装饰面板3，设备装饰面板3固定安装在设备框架结构2上；电加热炉设备框架结构2及装饰面板3均采用钣金结构，加工制作工序简单，整体设备质量可控度高，便于移动及运输，利于推广应用；
33.考虑到电加热炉为加热设备，热气上行，保护电气元件等部件免受高温影响，设备的总体布局为电加热炉炉膛4在上层，下层设置有前部控制箱及储物箱9和后部接线箱8，为了便于电加热炉炉膛电加热部分的接线、配线、控制元件安装，进而配备了后部接线箱8为其提供安装空间。前部控制箱及储物箱9主要用于安装plc控制系统及电气元器件，同时可分隔小部分区域用于存放高温手套、夹具等高温操作工具，取用方便；
34.前部控制箱及储物箱9的一侧设置有设备控制面板7，plc控制系统与设备控制面板7电连接。
35.为保持整体设备的稳定牢固，在炉膛下部安装有炉膛支架12，炉膛支架12的组成形式优选铝型材组装固定，既可以满足支撑要求、减轻自身重量，又可以在必要时方便工作人员拆装；
36.电加热炉炉膛4材质选择陶瓷纤维棉板制作，电加热炉炉膛4内设置有炉膛电加热单元14，在制作的同时将组成炉膛电加热单元14的电热丝结构预制在陶瓷纤维棉板中，只将电热丝接线柱引出炉体保温；陶瓷纤维材质的选择，基于其隔热保温性能好、材料质量轻便，可有效缩短设备启动及关闭过程中的升温、降温时间，整体质量轻便利于设备的移动、搬运；
37.为保证整体设备的长期、安全、稳定使用，保持电加热炉炉膛4的长期定型，在炉膛的周围均设置有炉膛定型板11，为保证钢板受热变形的位移抵消，增加钢板散热，在各个面的定型板上均视情况开设膨胀缝、散热孔，炉膛定型板11之间均通过螺栓连接进行紧固安装，方便后期维护保养、更换时的拆装
38.电加热炉炉膛4安装有炉门5，炉门5通过快速启闭按压门锁6与设备本体连接，炉门5结构同样采用定制轮廓的陶瓷纤维棉板制作，炉门5作为氧化烧成制品的进出通道，开关使用较为频繁，门锁优选使用快速启闭按压门锁6结构，既方便操作人员的手工操作，又可保证炉门5的密闭性。
39.因电加热炉设备为高温氧化设备，避免工作人员烫伤，作为安全保护措施，在炉门5关闭到位处安装有接近感应开关13，当检测不到炉门5到位时，整个电加热炉设备控制系统全部处于停止状态，以免发生不可预见的危险。
40.在电加热炉炉膛4的顶部，安装有温度传感变送器1，用于实时检测炉膛内空间的温度变动，将温度信号变送传输至设备控制面板7的控制系统内。
41.电加热炉炉膛4的底部开设有两个气体进出通道口15，其中一个为气体进气通道，另一个为气体出气通道，因为进出气的流向是根据阀门的启闭来实现，所以炉膛内空间的气流方向有两个，当两个气体进出通道口15的开设尽量分布于炉膛空间的两端时，更利于炉膛内整个空间的气流均匀流动与传热。
42.为保证电加热炉炉膛4的长期使用完整，避免底层陶瓷纤维的磨损脱落，在炉膛底面上、避开气体进出通道口15的位置，铺设适当厚度的碳化硅材质承烧板，既保护陶瓷纤维本身，又可优化炉膛底面的整体均匀受力。
43.电加热炉炉膛4的底部设置有装填有热交换材料的热交换区16，热交换区16共两个，分别位于两个气体进出通道口15的下方。
44.本发明的一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，可以保持气氛调节过程中的温度均衡，主要靠炉膛气体进出通道上的热交换区16起作用，通过热交换区的热能转换后，进入炉膛的气体由常温预热至炉膛温度，引出炉膛的气体温度由炉温降至略高于常温的安全温度，既回收了热能又能保证设备运行时的人身财产安全。
45.热交换区16之所以可以实现热能的吸收、释放，就需要将其内装填可以蓄热的材料，作为优选，本设备采用蜂窝陶瓷蓄热体作为热交换材料，其材质又可分为堇青石和莫来石，可以根据选择材料的不同来计算、安装不同的装填量，从而保证可以储蓄、释放足以使气体达到规定温升的热能。
46.热交换区16的中心部位为装填的蜂窝陶瓷蓄热体热交换材料，通过陶瓷纤维棉板、陶瓷纤维定型板与外部隔绝保温，定型板的安装同样采用螺栓连接紧固安装，方便必要时的检查及维修。
47.热交换区16的下部进出口处分别通过气体管路19、管路三通与气氛调节气体的进气总管、出气总管连接，气氛调节气体由外接气源供应。热交换区16的下部进出口管路上设置有气氛气体进气切断阀18和气氛气体出气切断阀17。通过切断阀的启闭来决定每个热交换区16为进气还是出气，从而实现内部蓄热、放热的功能切换。
48.作为可精准调节内部加热气氛的热工设备，本发明的一种温度均衡的气氛可调节电加热炉，可根据使其需要的气氛调节气体的种类，分别设置相应的若干条用于各路气氛气体精准供应的气体支路，每条气体支路上均应依次安装有切断球阀、流量调节阀、流量计，用于单独控制、精准测量每一路气氛调节气体的供应流量，为内部空间的气氛精准调节提供数据支撑，阀门的启闭状态、流量调节阀的开度、流量计的流量检测数值信号均采集至设备控制面板7的plc控制系统内参与集中协调控制。
49.具体的，气氛调节气体的进气总管的一端设置有若干条气氛气体供应支路，每条气氛气体供应支路上依次安装有切断球阀、气氛调节气体流量调节阀21和气氛调节气体流量计22；
50.各气氛气体供应支路根据实际需求数量进行布置，安装在炉膛支架12的左右两
侧，并将各气管的接口通过穿板卡套安装于电加热炉的侧面设备装饰面板3上，便于外置气瓶或供应管路的安装；两个热交换区16下部气体管路之间的连接采用不锈钢软管连接，便于管道受热的变形释放，且拆装方便。
51.气氛调节气体的出气总管上设置有氧分析仪传感器20，用于检测炉膛内空间的氧含量、一氧化碳含量，为气氛调节提供依据，根据氧含量来判断是氧化气氛还是还原气氛，同时通过监测数据来选择进气气体属性、控制进气气体流量，实现炉膛内空间的气氛调节，以达到工艺要求。检测数据信号同样采集至设备控制面板7的plc控制系统中参与控制。
52.因出气热风温度已经经过换热降温，不构成安全危险，热风出气管道管口可以留置在设备装饰面板3内，整体设备所有装饰面板3上均开设有散热孔，出气热风可通过其上的散热孔引出设备本身，如此设计使整体设备外观平整、简洁，兼顾功能及美观，大众接受度高。
53.设备控制面板7上根据需要设置有触控屏、急停按钮、指示灯、报警灯、电流表，方便人工观察与操作，可全过程实现自动精准操作。本设备中所有自动控制单元，包括电加热功率的调整、进出气阀门的开关控制、流量计、氧分析仪传感器的检测数据、气体流量调节阀门的流量调整，所有控制信号、检测信号均传输至设备控制面板7上的触控屏上，实现人工、自动控制的切换，人机界面友好。
54.设备本体底部安装有万向轮式重型地脚10。便于整体装置的运输、移动，装置就位后通过调节重型地脚10万向轮的立向支撑完成就位固定。
55.参照图4的工作原理示意图，可知：两个热交换区的下部通道空间分别有两条气体管路支管，一条为气体引入管道，另一条为气体引出管道，每条气体管路上均配置有一台气路切断阀门，其作用是通过阀门的启闭实现两个热交换区的吸热、换热功能周期切换。具体的为：第一周期，1#热交换区进气、2#热交换区出气，1#热交换区进气切断阀开启、出气切断阀关闭，2#热交换区进气切断阀关闭、出气切断阀开启，1#热交换区蜂窝陶瓷蓄热体放热降温，2#热交换区蜂窝陶瓷蓄热体吸热升温；第二周期，1#热交换区出气、2#热交换区进气，1#热交换区进气切断阀关闭、出气切断阀开启，2#热交换区进气切断阀开启、出气切断阀关闭，1#热交换区蜂窝陶瓷蓄热体吸热升温，2#热交换区蜂窝陶瓷蓄热体放热降温。设置固定的切换间隔时间，实现第一周期与第二周期的功能切换，即实现了气体的预热升温效果，同时减少了排出气体的热能损失。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。