专利名称：浸渍式加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投入到铝、锌等非铁金属熔液中对熔融金属进行加热的溶融金属用浸溃式加热器，尤其涉及一种能够适合作为辅助加热源使用的小型溶融金属用浸溃式加热器。
背景技术：
用于对铝及锌等非铁金属熔液进行加热保持的非铁金属熔液保持炉在炉内熔融金属中具备将发热体装备于陶瓷等耐火材料制保护管(外筒管)内的浸溃式加热器。这种浸溃式加热器通常为了防止利用通电加热而被加热的发热体与熔融金属的反应且与熔融金属隔绝而由具有高绝缘性的陶瓷管构成。以往，公知有氮化硅等耐热性绝 缘件材料内收容有发热体的铝熔融金属用浸溃式加热器。公知收容于陶瓷管内的发热体为棒状加热器、U字型加热器、螺旋或者线圈状加热器之类的各种形状的加热器。作为加热器原料可使用碳化硅质、镍铬耐热合金线及二硅化钥之类的金属发热体等各种材料。作为这样的浸溃式加热器，公知有将上部悬垂支承于熔融金属容器的上盖而将其下部浸溃于熔融金属中使用的直筒形加热器、贯通所述保持炉的熔融金属容器的侧壁且靠近容器内的底而水平架设使用的加热器等。这样的浸溃式加热器构成保持炉的一部分。这些浸溃式加热器作为热源要求有比较大的电容，其结果是，需要采用比较大的尺寸的浸溃式加热器和大电源。浸溃式加热器的容量对保持熔融金属的炉体的大小和隔热性具有很高的依赖性。S卩，越是隔热性差、热容量大的炉体，则越是需要大容量的加热器。近年来，正在提高炉体自身的隔热性，作为必要的加热器容量也正在变小，期待有小型且易操作的浸溃式加热器。另一方面，在保持炉及电镀槽等内，为了补充因来自汲出口等开口部的散热而引起的熔融金属的温度下降，希望有在局部对金属熔液加热、保温的辅助浸溃式加热器。作为小型且易操作，特别是用于辅助加热的浸溃式加热器优选只是加热器容易移动的小型且高输出，另外，作为电源不需要大的变压器，要求容易布线。另外，重要的是根据需要能够灵活对应输出及形状而廉价地提供。关于电源，优选在100V或者200V的普通电源中不使用特别的变压器等，可以例如只用晶体闸进行输出控制。将镍铬耐热合金线及铁铬铝耐热合金线之类的普通金属电热线材卷成线圈状并将其收容于绝缘性陶瓷管内的结构符合上述目的。在这种浸溃式加热器中，将电热线材卷成线圈收容于管内，但是，由于电热线材自身的耐热性、抗氧化性的制约，因此，若电热线材自身的温度过度上升，则加热器寿命极短。因此，在这种浸溃式加热器中测量加热器内部温度，以不超过允许温度的方式控制电力负荷。从而，若电热线材产生的热不能有效地传导到熔融金属，则只能负荷实际的使用环境中远小于根据电热线材的总电阻值和最大负荷电压计算出的设计输出容量的输出。以后，将在该实际环境可负荷的输出容量记为“有效输出”。现已公知的这种浸溃式加热器还不能充分适应小型且有效输出为高输出这一要求。作为这种浸溃式加热器，例如专利文献I提出了一种在耐热性陶瓷管内将发热体埋设并收容于高的热传导性粉末的浸溃式加热器。金属护套型加热器可用相同的方法制作，而在金属护套型中，在金属护套内充填电热线和高热传导性的粉末之后，使金属护套缩小，将充填于其中的粉末做成压密状态，实现提高电热线产生的热向被加热物的热移动(热传导效率)的目的。另外，专利文献2提出了一种外筒管由辐射效率优异的导电性陶瓷材料形成，使在因对外筒自身通电而发热的外筒管产生的热直接向金属熔液散热，对该金属熔液有效地加热或者保温的浸溃式加热器。专利文献I :日本特开平11-176564号公报专利文献2 :日本特开2008-269808号公报但是，在专利文献I所述的浸溃式加热器中，由于相当于护套的管为陶瓷制，因而无法将埋设发热体的粉末压密，粉体层在含有许多气孔的状态下存在，因粉末粒度及充填率而有时反倒使粉体层作为保温材料发挥作用，难以实现提高热传导效率的目的。另外，在专利文献2所述的浸溃式加热器中，没有具有导电性且对溶融金属溶液耐腐蚀性高的陶瓷材料，另外，由于熔融金属也具有导电性，因而易发生触电事故，不具有现实性。
发明内容
本发明为了适应上述要求，以提供一种小型且易操作，尤其适合用作辅助加热器的浸溃式加热器为课题。另外，本发明的课题在于，廉价地提供一种可有助于铝及锌等非铁铸造部件的制造及电镀的稳定作业的有效输出高的小型浸溃式加热器。本发明者通过着眼于绝缘性陶瓷制外筒管(以下有时也简称为“外筒管”)和线圈状电热线(以下有时也简称为“电热线线圈”)的形状以及电热线线圈向外筒管内收容的收容方法，解决了本发明的所述课题。即，本发明提供一种浸溃式加热器，其包括绝缘性陶瓷制有底外筒管和收容于该外筒管的线圈状电热线，其特征在于，所述外筒管的发热部的内壁面具有该发热部的开口部侧内径大于底部侧内径的锥形，并且，所述线圈状电热线具有其线圈侧部至少在发热时与所述外筒管的发热部的内壁面相接的形状，并被该内壁支承。根据本发明，能够提供一种小型且易操作，尤其适合用作辅助加热器的浸溃式加热器。另外，根据本发明，能够廉价地提供一种可有助于铝及锌等非铁铸造部件的制造及电镀的稳定作业的有效输出高的浸溃式加热器。
图I是表示本发明的浸溃式加热器之一例的概略剖面图；图2是表示浸溃式加热器的有效输出和加热器内部温度的关系的曲线图。符号说明a :绝缘性陶瓷制有底外筒管、b :引线、c :热电偶、d :电热线线圈、e :固定卡具、f 端子箱、α :绝缘性陶瓷外筒管的内壁面和外筒管的中心轴方向垂线所形成的角度、β :引线部、Y :发热部。
具体实施例方式现有的浸溃式加热器为绝缘性陶瓷直管中收容有电热线线圈的形状，但是，由于电热线线圈的金属电热线材的热膨胀率比构成外筒管的陶瓷的热膨胀率大，因而需要考虑该热膨胀率的差，使电热线线圈的外径小于外筒管的内径。另外，由于高温下电热线线圈易发生变形，因而，在外筒管内需要有用于保持线圈形状的支承绝缘件及防止线圈短路的隔离件，另外，由于外筒管的内径及电热线线圈的外径在制造时易产生误差，因而，为了能够很容易地将电热线线圈收容于外筒管，而不得不将电热线线圈的外径设计为比外筒管的内径小数毫米 数十毫米。在电热线线圈的电热线材中产生的热经由外筒管传导到金属熔液中，该情况下，认为电热线线圈和外筒管之间形成的间隙(空气层)阻止热传导，使热传导效率降低。本发明者们反复进行了尽可能使电热线线圈和外筒管的内壁面之间的间隙变得狭窄的试制，确认了减小该间隙对提高热传导效率有效。但是，为了减小电热线线圈和外筒 管内壁之间的间隙以提高热传导效率，需要有高度的陶瓷加工和高精度的电热线材的线圈加工，因而造成成本大幅度上升。因此，本发明者们对不需要高度的加工而使该间隙尽可能小的方法进行了研究，实现了本发明。S卩，本发明涉及一种浸溃式加热器，其包括绝缘性陶瓷制有底外筒管和收容于该外筒管的线圈状电热线，其特征在于，所述外筒管的发热部的内壁面具有该发热部的开口部侧内径大于底部侧内径的锥形，并且，所述线圈状电热线具有使其线圈侧部至少在发热时与所述外筒管的发热部的内壁面相接的形状，并被该内壁支承。即，将收容电热线线圈的外筒管的发热部的内壁面做成使该发热部的开口部侧内径大于底部侧内径的锥形，且将电热线线圈的外形做成与外筒管的发热部的内壁面相接的形式的锥形，由此，能够吸收外筒管内径制造上的偏差，能够将外筒管的内壁面和电热线线圈密接设置，且能够利用外筒管内壁的圆锥实现电热线线圈的支承。由此，通过使电热线线圈沿着该外筒管的圆锥状内壁面上下活动而将电热线线圈的金属电热线材和外筒管的热膨胀率之差吸收。本发明的浸溃式加热器只要使电热线线圈侧部与外筒管发热部内壁的圆锥面相接即可。电热线线圈的“线圈侧部”是指形成大致圆锥或者圆锥台形状的电热线线圈的金属电热线材所构成的侧部外表面，“使线圈侧部与所述外筒管的发热部的内壁面相接”是指具有至少在发热时，使由所述电热线线圈的金属电热线材形成的侧部外表面与外筒管的发热部内壁的圆锥面相接的锥形。这样的侧部外表面具有锥形的电热线线圈，例如可通过在具有与外筒管的发热部的内壁的圆锥角相同角度的管芯上卷绕金属线材而很容易制作。另外，“至少在发热时相接”是指只要在发热时相接即可，对发热时以外的状态没有特别限制。如果考虑发热时电热线线圈沿着外筒管的圆锥状内壁面上下移动，则电热线线圈在发热时以外也可以与外筒管的发热部的内壁面局部接触。图I是表示本发明的浸溃式加热器的一例的概略剖面图。利用图I详细说明本发明的浸溃式加热器的一例。本发明的浸溃式加热器在有底绝缘性陶瓷制外筒管a内收容有电热线加热器，其由下部收容有发热体即电热线线圈d的发热部Y和上部收容有向电热线线圈d供电的引线b的引线部β构成。浸溃式加热器将发热部Y的上端设置于熔融金属的金属液面下侧20mm以上的位置，将发热部Y完全浸溃于非铁金属熔液而使用。为了稳定地支承电热线线圈而期望将浸溃式加热器垂直设置。但是也可以以45度左右或者45度以下的角度倾斜设置。在发热部Y内，做成绝缘性陶瓷制外筒管的开口侧(上部)的内径大于底侧(下部)的内径的锥形。锥形可根据要制作的浸溃式加热器的内径及发热部Y的长度设定最佳角度。在本发明中，可使锥角(绝缘性陶瓷制外筒管的中心垂线和内壁面所形成的角度α的2倍)小的一方的浸溃式加热器的引线部直径小，作为加热器可制作成小型，但是，在小到不足1.0度的圆锥角α中，将导致线圈状电热线上端的外径和下端的内径之差小，而没有支承线圈的效果，因而不优选。虽然锥角2α的大小没有限制，但是，若过大则造成引线部β的直径变大而失去小型性，另外，由于使来自引线部β的热的散开剧烈，因而只有在极为特殊的场合才限定超过5度的圆锥角。在本发明中，优选锥角2 α为I. O度 5. O度，更优选I. O度 3. O度。引线部β的陶瓷管形状也可以做成发热部Y的圆锥管的延长，·为了使浸溃式加热器小型，优选将引线部做成可易于插入发热体线圈的直径的直管形状。作为高温下绝缘电阻高的绝缘性陶瓷，可采用不仅具有高温下高强度、高硬度、高耐腐蚀性，而且在高温下表现出良好的热传导性，此外在高温下还表现出良好的电绝缘性的陶瓷。在本发明中，例如可使用氮化硅及硅铝氧氮聚合材料、氮化硼等及它们的复合陶瓷。特别是氮化硅，即使达到800°C以上的高温，其绝缘电阻的下降小，且不仅对铝及锌等非铁金属熔液的耐腐蚀性优良，而且耐热冲击性优良，因而能够优选使用。发热体即电热线线圈的电热线材可使用市场销售的镍铬耐热合金线及铁铬铝合金线等，另外，优选使用表面形成有绝缘性皮膜的电热线材。另外，也可以在将电热线材卷绕成线圈状后实施绝缘被覆。若对电热线线圈施加负荷过度，则电热线材的温度过度上升，造成其寿命变短。为防止此情况，优选在浸溃式加热器内部的发热部设置热电偶c以控制加热器输出。实施例下面，通过实施例来具体说明本发明。实施例I 3、比较例1、2在200V下使用8KW容量的电热线材，做成如表I所示的形状的电热线线圈。作为比较物品也做成非圆锥的通常的线圈。为确保各圈间的绝缘，在卷绕成线圈后用氧化铝系绝缘处理剂进行了绝缘处理。制作使收容有电热线线圈的发热部具有与电热线线圈相同的锥角的氮化硅制管，收容所述的电热线线圈，另外，为计测浸溃式加热器的内部温度而将热电偶置于浸溃式加热器发热部的中心。使用气体燃烧器加热式的坩埚炉熔化铝金属140kg，将制作的浸溃式加热器置于熔融金属中。通过气体燃烧器使熔融金属温度为700°C，使熔融金属整体在温度上达到平衡状态后，停止气体燃烧器加热，向浸溃式加热器通电。调查了设置于浸溃式加热器的内部的指示热电偶的温度和加热器输出的关系。对表I所示的本发明物品I 3即圆锥形浸溃式加热器3个(实施例I 3)和比较物品1、2即直管型浸溃式加热器2个(比较例1、2)进行了相同的试验。其结果如图2。表I表示使进行试验的浸溃式加热器的各要素和各浸溃管在熔融金属中的容积及与熔融金属相接的热传导面积及熔融金属温度700°C环境下的浸溃式加热器内部温度达到1050°C时的加热器输出进行的比较。表I
权利要求
1.一种浸溃式加热器，其包括绝缘性陶瓷制有底外筒管和收容于该外筒管的线圈状电热线，其特征在于， 所述外筒管的发热部的内壁面具有该发热部的开口部侧内径大于底部侧内径的锥形，并且，所述线圈状电热线具有其线圈侧部至少在发热时与所述外筒管的发热部的内壁面相接的形状，并被该内壁支承。
2.如权利要求I所述的浸溃式加热器，其中， 所述绝缘性陶瓷制有底外筒管的发热部的内壁面的锥角(2α)在I. O 5. O度的范围内。
全文摘要
本发明提供一种有效输出高、小型且易操作，尤其适合用作辅助加热器的浸渍式加热器。该浸渍式加热器包括绝缘性陶瓷制有底外筒管和收容于该外筒管的线圈状电热线，其特征在于，所述外筒管的发热部的内壁面具有该发热部的开口部侧内径大于底部侧内径的锥形，并且，所述线圈状电热线具有使其线圈侧部至少在发热时与所述外筒管的发热部的内壁面相接的形状，并被该内壁支承。
文档编号H05B3/64GK102932978SQ20111033369
公开日2013年2月13日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年8月10日
发明者斋藤信一, 铃木胜洋, 高桥学 申请人:日本重化学工业株式会社