耐液锌腐蚀合金内加热器及其镀锌锅的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及耐液锌腐蚀合金内加热器及其镀锌锅，其特征在于该内加热器包括压紧密封装置、接长管、第一连接法兰、第二连接法兰、外套管、导热体、电加热芯、顶柱、抗氧化剂和引出电极；所述电加热芯为U型电加热管，包括发热区和连接电极区，在电加热芯的发热区沿其长度方向均布有设计数量的金属板，电加热芯连接电极区的顶端焊接有圆盘，U型电加热管的顶端与圆盘焊接为一体，U型电加热管的两端分别引出一个引出电极，引出电极通过导线与电源连接；所述圆盘上设有连接盲孔，顶柱的下端与连接盲孔相接，顶柱的上端与压紧螺栓相连；所述接长管为两端开口的圆筒，接长管上端与圆盘相连。
【专利说明】耐液锌腐蚀合金内加热器及其镀锌锅
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及加热器，特别是一种用于热镀锌行业，能直接加热镀锌锅内锌液的耐液锌腐蚀合金内加热器。
【背景技术】
[0002]目前，采用内加热方式进行热镀锌所用的加热器，一般用无机非金属材料如石英玻璃、碳化硅、氮化硅或石墨等作为耐液锌腐蚀的外套管，然后在其内装入电加热体而制成。由于这些材料脆性大、易损坏、寿命低，且由于整体加热器传热慢、热效率低，故不适用于大规模工业生产。而用一般金属材料制作的外套管虽然强度高、韧性好、传热效率高，但因其不耐液锌腐蚀，故也无法在工业中应用。因此，性能优良的热镀锌用内加热器一直未能问世，这大大影响了热镀锌行业的发展和技术进步。
实用新型内容
[0003]针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种耐液锌腐蚀合金内加热器及其镀锌锅。该内加热器采用特殊金属材料制成的外套管与内部电加热芯、导热体制成，克服了现有技术中内加热器传热慢、热效率低、脆性大、易损坏、寿命低，难于用于大规模工业生产等方面的问题，更适于工业应用。
[0004]本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案是，提供一种耐液锌腐蚀合金内加热器，其特征在于该内加热器包括压紧密封装置、接长管、第一连接法兰、第二连接法兰、外套管、导热体、电加热芯、顶柱、抗氧化剂和引出电极；所述电加热芯为U型电加热管，包括发热区和连接电极区，在电加热芯的发热区沿其长度方向均布有设计数量的金属板，电加热芯连接电极区的顶端焊接有圆盘，U型电加热管的顶端与圆盘焊接为一体，U型电加热管的两端分别引出一个引出电极，引出电极通过导线与电源连接；所述圆盘上设有连接盲孔，顶柱的下端与连接盲孔相接，顶柱的上端与压紧螺栓相连；所述接长管为两端开口的圆筒，接长管上端与圆盘相连；所述电加热芯通过压紧密封装置、顶柱、第一密封垫密封固定在接长管上端口 ；接长管的下端与第一连接法兰焊接为一体；所述外套管为底端封闭、上端开口的圆柱形套管，且由钨钼合金制成，第二连接法兰通过顶丝固定在外套管的上端，再通过螺栓、卡箍、第二密封垫将外套管与接长管的下端进行密封连接；所述导热体放置于外套管内，导热体为低熔点金属或合金，工作时电加热芯浸泡在导热体中，抗氧化剂覆盖于导热体上表面。
[0005]一种镀锌锅，其特征在于该镀锌锅安装有权利要求1-3任一所述的耐液锌腐蚀合金内加热器。
[0006]与现有技术相比，本实用新型内加热器外套管采用钨钼合金制成，具有优良的耐液锌腐蚀性、良好的热传导性和较高的机械强度，寿命可达3年以上；本实用新型在锌液内部加热，电加热芯释放的热量几乎全部被锌液吸收，有效减少了镀锌锅的热损失，传热效率可高达90%以上，比传统的外加热高出43% ;本实用新型在电加热芯沿其长度方向均布有设计数量的圆形金属板，保证了锌液纵向温度的均匀性，避免了锌液表面因高温而产生大量的氧化锌灰、挥发大量锌蒸气的现象，既利于环保又降低了产品的锌耗，可节锌10-15%;同时采用本实用新型内加热器后，锌锅各处承受的温度均匀，使锌锅热应力减小，避免了锌锅开裂倾向，大大延长了锌锅的寿命，一般高于10年；本内加热器内部装有导热体，向外传热速度快，使得锌液温度升高速度快，因此能满足由于提高生产率对热量快速补偿的要求。本实用新型内加热器属于分立加热系统，每支加热器均可单独安装、拆卸、更换，无需连动其它加热器，电加热芯损坏时，很容易实现维修、更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型耐液锌腐蚀合金内加热器一种实施例的结构示意图；
[0008]图2是本实用新型耐液锌腐蚀合金内加热器一种实施例安装在陶瓷镀锌锅21内的安装结构示意图；
[0009]图中:1_压紧密封装置2-顶柱3-第一密封垫4-接长管5-第一连接法兰6-螺栓7-第二连接法兰8-外套管9-导热体10-电加热芯11-抗氧化剂12-顶丝13-卡箍14-第二密封垫15-引出电极16-导线17-压紧螺栓18-金属板19-加热器支架20-锌液21-陶瓷镀锌锅(锌锅或镀锌锅)。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例及其附图详细叙述本实用新型。实施例是以本实用新型所述技术方案为前提进行的具体实施，但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。
[0011]本实用新型耐液锌腐蚀合金内加热器(简称内加热器，参见图1-2)包括压紧密封装置1、接长管4、第一连接法兰5、第二连接法兰7、外套管8、导热体9、电加热芯10、顶柱2、抗氧化剂11和引出电极15 ;所述电加热芯10为U型电加热管，包括发热区和连接电极区，在电加热芯的发热区沿其长度方向均布有设计数量的金属板18，电加热芯连接电极区的顶端焊接有圆盘，U型电加热管的顶端与圆盘焊接为一体，U型电加热管的两端分别引出一个引出电极15，引出电极15通过导线16与电源连接；所述圆盘上设有连接盲孔，顶柱2的下端与连接盲孔相接，顶柱2的上端与压紧螺栓17相连；所述接长管4为两端开口的圆筒，接长管4上端与圆盘相连；所述电加热芯10通过压紧密封装置1、顶柱2、第一密封垫3密封固定在接长管4的上端口 ；接长管4的下端与第一连接法兰5焊接为一体；所述外套管8为底端封闭、上端开口的圆柱形套管，且由钨钼合金制成，第二连接法兰7通过顶丝12固定在外套管8的上端，再通过螺栓6、卡箍13、第二密封垫14将外套管8与接长管4的下端进行密封连接；所述导热体9放置于外套管8内，导热体9为低熔点金属或合金，工作时电加热芯10浸泡在导热体9中，抗氧化剂11覆盖于导热体9上表面。
[0012]本实用新型的进一步特征在于所述电加热芯10由I?6组U型电加热管组成。
[0013]本实用新型的进一步特征在于所述金属板18为圆柱形，金属板的板间距为30?100mm，金属板的直径为40?190mm、厚度为2?1mm ；电加热芯10的发热区长度为200?1600mm，电加热芯10的总长度为400?2150mm ;所述外套管8的外径为60?300mm、壁厚为5?50mm、长度为300?1700mm，所述接长管4的外径为60?300mm、壁厚为5?50mm、长度为150?500mm，所述第一连接法兰5和第二连接法兰7的外径为100?400mm、厚度为 10 ?50mm。
[0014]本实用新型的进一步特征在于所述钨钼合金中钨和钼的质量比为1:1.5?4。
[0015]本实用新型通过接长管4的上端开口可将电加热芯10、导热体9、抗氧化剂11放入外套管8内，利用第一连接法兰5、第二连接法兰7、第二密封垫14、螺栓6等部件将外套管8与接长管4进行连接并将接口密封；顶柱2上端与压紧螺栓17相接，顶柱2的下端与连接盲孔相接，通过使压紧装置I上的压紧螺栓17向下移动，即可通过顶柱2、第一密封垫3将电加热芯10固定在接长管4的上端口，并实现外套管8内部密封；导热体9为低熔点金属或合金，加热器工作时它呈液态，电加热芯10浸泡在其中，其作用是把电加热芯10发出的热量迅速导出并通过外套管8传入锌液20。
[0016]本实用新型内加热器可以是独立的产品，也可以作为一个加热部件安装于镀锌锅里。因此本实用新型内加热器特别有利于传统镀锌锅的升级改造。换言之，本实用新型也涉及一种镀锌锅，其特征在于该镀锌锅安装有本实用新型所述的耐液锌腐蚀合金内加热器。
[0017]本实用新型的使用方法是:
[0018](I)在室温下，利用第一连接法兰5和第二连接法兰7、卡箍13、螺栓6、顶丝12、第二密封垫14及密封胶将外套管8与接长管4进行连接，并将压紧密封装置I通过法兰固定安装在接长管4上端；
[0019](2)将导热体9放入外套管8中，然后将外套管8浸入熔融锌液20中，并安放在加热器支架19上，外套管8浸入锌液深度可通过旋转压紧密封装置I下端与接长管4上端连接的法兰进行调整；
[0020](3)待导热体9熔化后，可将电加热芯10通过接长管4的上端口插入外套管8内，装入抗氧化剂11后，再利用压紧密封装置1、顶柱2、第一密封垫3对电加热芯10实施固定并实现内部密封(参见图2);
[0021](4)将电源线与电加热芯10的导线16相连，合闸送电，内加热器开始工作。
[0022]实施例1
[0023]本实施例采用上述连接方式进行连接，外套管8为钨钼合金制成，其中钨的质量分数为20%、钼的质量分数为80 %，导热体9为低熔点合金，熔点为100?200°C，电加热芯10采用I个U型电加热管，电加热芯10的发热区中金属板的数量为6个，板间距为30mm，金属板的直径为40mm、厚度为2mm ;电加热芯10的发热区长度为200mm，电加热芯10的总长度400mm ;外套管8的外径为60mm、壁厚为5mm、长度为300mm，所述接长管4外径为60mm、壁厚为5_、长度为150_，所述第一连接法兰5和第二连接法兰7的外径为100mm、厚度为1mm0
[0024]实施例2
[0025]本实施例采用上述连接方式进行连接，外套管8为钨钼合金制成，其中钨的质量分数为30%、钼的质量分数为70%，导热体9为低熔点合金，熔点为200-300°C，电加热芯10由3组U型电加热管组成，电加热芯10的发热区中金属板的数量为13个，金属板的板间距为70mm，金属板的直径为100mm、厚度为6mm ；电加热芯10的发热区长度988mm，电加热芯10的总长度1450mm ;所述外套管8的外径为150mm、壁厚为20mm、长度为1200mm，接长管4的外径为150mm、壁厚为20mm、长度为300mm，所述第一连接法兰5和第二连接法兰7的外径为250mm、厚度为30mm。
[0026]实施例3
[0027]本实施例采用上述连接方式进行连接，外套管8为钨钼合金制成，其中钨的质量分数为40%、钼的质量分数为60%，导热体9为低熔点金属，熔点为300?400°C，电加热芯10由6组U型电加热管组成，电加热芯10的发热区中金属板的数量为14个，金属板的板间距为100mm，金属板的直径为190mm、厚度为1mm ;电加热芯10的发热区长度1600mm，电加热芯10的总长度2150mm ;所述外套管8的外径为300mm、壁厚为50mm、长度为1700mm，所述接长管4的外径为300mm、壁厚为50mm、长度为500mm，所述第一连接法兰5和第二连接法兰7的外径为400mm、厚度为50mm。
[0028]实施例4
[0029]采用实施例1-3的内加热器分别放入不同深度的陶瓷镀锌锅21内，通过加热器支架19对内加热器进行固定，然后对锌液20进行加热。当锌液20温度为600°C时，测得钨钼合金液锌腐蚀速率约为0.02 (g/m2 -h)，电加热芯10表面负荷取值为20w/cm2，内加热器芯部与外壁温差小，约为100°C，加装金属板18后可使最大轴向温差由220°C降至10°C。使锌液20轴向温度趋于均匀。
[0030]采用实施例1-3进行内加热试验后，得到如下结论:
[0031]a.钨钼合金耐蚀性优于其它材料当锌液温度为600°C时，钨钼合金液锌腐蚀速率仅为0.02 (g/m2h)，而工业纯铁的液锌腐蚀速率为145.41 (g/m2.h)。
[0032]b.导热体的传热作用明显有导热体，电加热芯表面负荷可取值20w/cm2，无导热体电加热芯表面负荷仅可取到4w/cm2，即加热器功率相差4倍，也即热效率相差4倍；有导热体传热迅速，内加热器芯部与外壁温差小，约100°C，无导热体，传热慢，芯部与外壁温差大，可尚达350 C以上。
[0033]c.电加热芯10上安装金属板18减小了内加热器的轴向温差，根据测量没安装金属板的内加热器最大轴向上下温差可达220°C，其上端温度可高达近900°C。加装金属板后可使最大轴向温差由220°C降至10°C，使锌液轴向温度趋于均匀。
[0034]本实用新型所谓内加热是指采用耐液锌腐蚀材料作为外套管制成加热器，将此加热器插入陶瓷镀锌锅中直接加热锌液，即为对液锌进行内加热。陶瓷镀锌锅的内加热同时解决了陶瓷镀锌锅不可采用外加热的难题和铁制锌锅的腐蚀问题。为了使本实用新型能安装在陶瓷镀锌锅21内对液锌20直接进行加热，其具体尺寸与生产中锌锅的尺寸和产量有关，根据锌锅的深度可调整外套管及相配套零部件的尺寸，以满足最佳加热功率的需要。若锌锅尺寸较大、产量较高，可依次在锌锅内安装足够数量的多个内加热器，即可保证持续为锌锅提供热量进行连续镀锌生产。
[0035]本实用新型内加热器外套管8采用钨钼合金制成，具有优良的耐液锌腐蚀性(在液锌中腐蚀速率几乎为零)、良好的热传导性和较高的机械强度，钨钼合金的制备方法可依据现有技术。因外套管8不会被腐蚀，其内部易被液锌腐蚀的电加热芯10可得到有效保护，故其在液锌中可长期使用，寿命可达3年以上。因此，本实用新型可在600°C以下的锌液中长期浸泡而不被腐蚀，另外还可用于加热对镀液纯度要求高的合金镀液，如Zn-5% Al合金镀液。
[0036]陶瓷镀锌锅21的节能主要有两个途径，一是提高热源向锌液传递热量的效率，二是减少热损失。由于在锌液20内部进行加热，电加热芯10释放的热量几乎全部被锌液吸收，故传热效率可高达90%以上，比传统的外加热高43%。电加热芯10沿其长度方向均布有设计数量的金属板18，故锌液纵向温度均匀性好，不会发生在锌液表面因高温而产生大量的氧化锌灰和大量锌蒸气挥发的现象，既利于环保又降低了产品的锌耗，相对于其它内加热器可节锌10-15%。由于本内加热器内部装有导热体9，故向外传热速度快，这样电加热芯10可制作成较大功率(是其它同体积电加热芯功率的3-5倍)，即单只内加热器可制成较大功率。由于散热迅速，使得锌液温度升高速度快(是不加导热体内加热器的3-5倍)，因此能满足由于提高生产率对热量快速补偿的要求。
[0037]采用本实用新型对陶瓷镀锌锅进行内加热后，锌液纵向温度均匀性好，所以陶瓷镀锌锅各处承受的温度均匀，导致锌锅热应力减小，避免了锌锅开裂倾向，因此锌锅的寿命会大大的延长，一般高于10年。本实用新型内加热器属于分立加热系统，每支加热器均可单独安装、拆卸、更换，无需连动其它加热器，电加热体损坏时，通过压紧密封装置I很容易实现维修、更换。
[0038]本实用新型未述及之处均适用于现有技术。
【权利要求】
1.一种耐液锌腐蚀合金内加热器，其特征在于该内加热器包括压紧密封装置、接长管、第一连接法兰、第二连接法兰、外套管、导热体、电加热芯、顶柱、抗氧化剂和引出电极；所述电加热芯为U型电加热管，包括发热区和连接电极区，在电加热芯的发热区沿其长度方向均布有设计数量的金属板，电加热芯连接电极区的顶端焊接有圆盘，U型电加热管的顶端与圆盘焊接为一体，U型电加热管的两端分别引出一个引出电极，引出电极通过导线与电源连接；所述圆盘上设有连接盲孔，顶柱的下端与连接盲孔相接，顶柱的上端与压紧螺栓相连；所述接长管为两端开口的圆筒，接长管上端与圆盘相连；所述电加热芯通过压紧密封装置、顶柱、第一密封垫密封固定在接长管上端口 ；接长管的下端与第一连接法兰焊接为一体；所述外套管为底端封闭、上端开口的圆柱形套管，且由钨钼合金制成，第二连接法兰通过顶丝固定在外套管的上端，再通过螺栓、卡箍、第二密封垫将外套管与接长管的下端进行密封连接；所述导热体放置于外套管内，导热体为低熔点金属或合金，工作时电加热芯浸泡在导热体中，抗氧化剂覆盖于导热体上表面。
2.根据权利要求1所述的耐液锌腐蚀合金内加热器，其特征在于所述电加热芯由1~6组U型电加热管组成.。
3.根据权利要求1所述的耐液锌腐蚀合金内加热器，其特征在于所述金属板为圆柱开5，金属板的板间距为30~100mm，金属板的直径为40~190mm、厚度为2~10mm ；电加热芯的发热区长度为200~1600mm，电加热芯的总长度为400~2150mm ;所述外套管的外径为60~300mm、壁厚为5~50mm、长度为300~1700mm，所述接长管的外径为60~300mm、壁厚为5~50mm、长度为150~500mm，所述第一连接法兰和第二连接法兰的外径为100~400mm、厚度为 10~50mm。
4.一种镀锌锅，其特征在于该镀锌锅安装有权利要求1-3任一所述的耐液锌腐蚀合金内加热器。
【文档编号】H05B3/42GK204206504SQ201420645675
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】赵树鹏, 温鸣, 马林 申请人:天津市工大镀锌设备有限公司