CN103988575A - 一种由耐火性磷酸盐水泥制成的单片热加热块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到工业电阻炉中的电阻加热领域，尤其涉及一种单片水泥热加热块。一种在其中含有加热元件的单片热加热块，所述加热元件的对称轴与所述单片热加热块的对称轴相一致，所述加热块由非导电性但是热传导的耐火磷酸盐水泥制成，所述加热元件包括Z字型状的丝加热器和带状末端，其中，丝的面积和周长与末端的面积和周长为不小于1：4的比例，并且丝状加热器与末端连接的接点以深入到单片热加热器的深处的形式存在。本发明的技术结果是设计一种具有高效性、可靠性和可制造性的单片不导电的加热块。

Description

一种由耐火性磷酸盐水泥制成的单片热加热块
技术领域
本发明涉及到工业电阻炉中的电阻加热领域，尤其涉及一种单片水泥热加热块。
背景技术
工业电阻炉的设计方法和使用概括有以下用于加热元件的必要条件：高效、可靠、耐用和不导电性。
根据M.A. Mikheev 和I.M. Mikheeva，与直接加热和其他形式的热传递相比，冷热之间最有效的热传递方法是接触传导的方法（Principles of Heat Transfer [in Russian], Moscow, Energiya Press, 1977, p. 17). 在文献 Calculation and design of electric resistance heaters中，I.A. Feldman 描述了一种由一圈Z字型形状线缆构成的耐热性元件的最大有效模型（Moscow & Leningrad, Energiya Press, 1966, p. 18）。
作为产品原型被选择的最接近的加热元件如2003年1月2日的分类号为IPC H05B 3/14的俄罗斯专利号Jia 2311742所述。所述加热元件由含有电阻元件的铁材料构成，其位于绝缘层，涂覆有复合热层和保护层。其中，热量通过由一些陶瓷和有机物构成的复合隔热结构，从电阻元件传递到表面。所述复合隔热结构设计用于所述电阻元件中和热膨胀系数（CTE）的加热元件材料中的平滑变化。所述电阻元件涂覆有抗氧化的隔热层。所述加热元件通过在几个模具中连续冲压并最后的烧制得到。
所述加热元件如有以下的缺点：
—在铁质材料构成元件的工作表面的高导电率（不小于75%），对使用工业电阻炉用于在各种配置金属制品的回火、淬火、和加热过程中的工厂，这是电气安全要求所禁止的；
—用于在多个模具和冲压工具中生产加热元件的分阶段技术，大大复杂了过程和增加了制造过程的成本。
发明内容
本发明的目的在于设计一种单片非导体的加热块，具有高效性、可靠性和可制造性。本发明的技术结果是设计一种具有高效性、可靠性和可制造性的单片非导体的加热块。
一种单片热加热块由不导电但传热的耐火性磷酸盐水泥构成，所述单片加热器被加热元件填充，所述加热元件包含Z字型（zigzag）丝加热器和带状末端，丝的面积和周长与末端的面积和周长为不小于1：4的比例，并且丝状加热器与末端连接的接点以深入到单片热加热器的深处的形式存在。
图1显示的是热加热块的设计；
图2显示的是加热元件。
单片热加热块（图1）具有单片基底（1）的形状。加热元件（2）的线性长度和带状末端（4）决定了所述单片热加热块的线性尺寸，所述加热元件（2）由Z字型丝加热器（3）构成（图2），该种加热器为加热器中最有效的类型。
加热元件（2）（图1）位于单片热加热块（1）的内部，其中，加热元件（2）的对称轴与单片热加热块（1）的对称轴相一致。来自加热元件整个区域的热量通过接触热导传递到磷酸盐材料，而水泥的密度确保了金属加热器氧化的基本消失，在加热元件（2）中（图2），截面图，丝状加热器（3）的线长度和的Z字型段通过加热元件（2）的电阻计算值来设计，即单片热加热块要求的效能。说到这里，丝的面积和周长与末端的面积和周长为不小于1：4的比例。末端的长度通过电力电缆的固定方法和特定火炉的衬里厚度来确定。
上述条件消除了所述火炉的操作缺陷，如在接点处的加热元件的烧坏，接点处为丝与末端连接的部位；在末端处的高温，导致含有所述末端的供电电缆的夹持装置的烧坏，即：
——与丝周长相应的末端周长的成倍增加以相同倍数降低了末端表面的电流密度，相应地，在所述接头的电阻的下降和其中温度的下降；
——与丝面积相应的末端面积的成倍增加，导致末端中热流密度的成倍降低，相应地，在接头的热阻的下降、散热和温度下降；
——最低所需末端的长度，沿着接头轴，从加热器和末端的接点到末端与供电电缆的接点，提供在热阻上的额外增加和温度的降低，得到了同样结果。
图1所示的是在热加热器丝中加热器（3）与形状为圆椎凹槽（5）的末端（4）的连接，用于防止能量通过接触热导从加热块材料传送到末端。
所示单片磷酸盐水泥加热器为均质的并在所有三维坐标中有相同的热导率，从而在考虑到加热元件的对称轴与加热块的对称轴一致的情况下，保证沿着整个加热块和所示加热块的每个平面的恒温分布，所示恒温分布包括在加热块工作面的温度均衡。所示加热块自由连接到任意尺寸面板上，以用于所需容量的电阻炉。
晶体状磷酸盐水泥，一方面超过20%的相对孔隙率，另一方面超过70 MPa 的高强度，提供了金属加热元件热膨胀的阻尼，可以增加温度升高的适应性，而不破坏加热块本身。
由磷酸盐水泥制备的热加热块的强度和硬度允许使用在电阻炉的底部，可以降低电缆损耗多达35%。
工业实用性
本发明应用于具有1.2立方米的工作容积和+1150°C的工作温度的台车型床式电阻炉上。所述电阻炉通过28个单片热加热块来加热，每个加热块具有400x400x30 mm的尺寸、1.5 Ω的电阻，聚集到5个平板上从而允许超过30kW的三相电源。

Claims (1)

1.一种在其中含有加热元件的单片热加热块，所述加热元件的对称轴与所述单片热加热块的对称轴相一致，其特征在于，所述加热块由非导电性但是热传导的耐火磷酸盐水泥制成，所述加热元件包括Z字型的丝加热器和带状末端，其中，丝的面积和周长与末端的面积和周长为不小于1：4的比例，并且丝状加热器与末端连接的接点以深入到单片热加热器的深处的形式存在。
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