CN104654805B - 一种真空炉用石英电阻管发热体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空炉用石英电阻管发热体，包括炉膛，炉膛的内壁开有若干条竖直的半圆条形凹槽，凹槽沿炉膛内壁的圆周设置；凹槽内沿竖直方向嵌有三组石英管，石英管内设置有电阻丝，石英管两端由耐火材料封头封装，组成石英发热管；炉膛的外壁设置有接线圈A和接线圈B，电阻丝两端接头从炉膛内壁穿出，分别连接到接线圈A和接线圈B。本发明还公开了上述发热体的制备方法，包括制作炉膛、制作石英发热管及制作真空炉用石英电阻管发热体。本发明通过将经混合后的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥制做成耐火材料封头，封堵石英管的两端头，使石英管内部的电阻丝不易侵蚀和氧化，从而提高了真空炉发热体使用寿命。

Description

一种真空炉用石英电阻管发热体及其制备方法

技术领域

本发明属于加热电器设备技术领域，具体涉及一种真空炉用石英电阻管发热体，本发明还涉及上述发热体的制备方法。

背景技术

真空炉是实验室及工业生产上常用的设备之一，可对零部件在真空状态下加热。发热体是真空炉的发热源，是真空炉的核心部件，也是一个易损部件。目前，作为真空炉发热体的材料种类繁多，概括起来有两大类：其一是难熔金属，其二为石墨发热体。目前发现这两类发热体在真空炉实际使用中都存在不同的问题。第一，作为难熔金属的发热体，一般都将电阻丝绕制成螺旋状后放入一个炉膛内，形成一个发热的整体单元。这种发热体在实际使用中存在两个问题：一是电阻丝直接暴露在真空炉中，容易受工件易挥发材料的侵蚀，挥发材料在电阻丝表面沉积易形成发热体短路；二是目前常用的炉膛材料难以承受真空炉的高温，使用寿命短。第二，作为石墨发热体，一个致命的缺点是石墨在500℃-900℃时氧化速度很快，发热体氧化后，石墨薄厚不均匀，发热随之不均匀，容易造成炉内温区差别大，工件受热不均匀，从而造成工件报废。如果要保护发热体不氧化，就得降低出炉温度，一般在200℃以下出炉，可以有效保护发热体，但这会造成工件在炉内时间过长(一般需要24小时以上)，会严重影响生产效率，同时也会影响金属材料的性能。所以，目前使用石墨发热体的真空炉，都需频繁更换发热体以维持正常的生产工艺，这样不仅会大大增加生产成本，还会降低企业生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空炉用石英电阻管发热体，该装置解决了现有真空炉用发热体因被侵蚀或氧化而造成发热不均的问题。

本发明的另一个目的是提供上述真空炉用发热体的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种真空炉用石英电阻管发热体，包括炉膛，炉膛的内壁开有若干条竖直的半圆条形凹槽，凹槽沿炉膛内壁的圆周设置；凹槽内沿竖直方向嵌有石英管，石英管内设置有电阻丝，石英管的两端由耐火材料封头封装，组成石英发热管；炉膛的外壁设置有接线圈A和接线圈B，电阻丝两端接头从炉膛内壁穿出，分别连接到接线圈A和接线圈B。

炉膛由耐火材料A制成，炉膛内石英电阻管设置为上、中、下三组，分别对应三个发热温区。

耐火材料A为莫来石骨料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物，莫来石骨料的平均粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。

耐火材料封头为莫来石细料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物，莫来石细料的粒径为0.8mm～1.4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。

炉膛的外壁上嵌有一层厚度为0.5mm～1.5mm的莫来石纤维板。

本发明所采用的另一技术方案是：一种真空炉用发热体的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，制作炉膛

步骤1.1，按照炉膛设计的形状，制作炉膛内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；

步骤1.2，按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％；

步骤1.3，将按步骤1.2称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置50～72小时后取下内模和外模，制得炉膛。

步骤2，制作石英发热管

将石英管裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状电阻丝穿入石英管内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头，将耐火材料封头封堵石英管的两端口，于室温下放置36～48小时后，制得石英发热管。

步骤3，制作真空炉用石英电阻管发热体

将经步骤2制得的石英发热管嵌入经步骤1制得的炉膛的半圆条形凹槽内，然后将电阻丝两端接头从炉膛内壁穿出，并分别与接线圈A和接线圈B连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

本发明所采用的另一技术方案的特点还在于，

步骤1.2中，莫来石骨料平均粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。

步骤2中，莫来石细料的粒径为0.8mm～1.4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。

本发明的有益效果是，

(1)一种石英电阻管真空炉用发热体，通过将电阻丝外设置石英管，并用耐火材料封装石英管，隔绝了电阻丝与氧气或其他腐蚀气体的接触，大大减少发热装置高温氧化侵蚀现象的发生，从而提高产品寿命，降低企业生产成本。

(2)一种真空炉用发热体的制备方法，通过在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，使石英管更易固定在制得的炉壁上；通过将经混合后的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥封堵石英管的两端头，使石英管内部的电阻丝不易氧化。

附图说明

图1是本发明一种真空炉用石英电阻管发热体的纵剖图；

图2是本发明一种真空炉用石英电阻管发热体的横剖图；

图3是本发明一种真空炉用石英电阻管发热体的立体结构示意图；

图4是本发明一种真空炉用石英电阻管发热体中的石英发热管的结构示意图。

图中，1.炉膛，2.石英发热管，3.莫来石纤维板，4.凹槽，5.石英管，6.电阻丝，7.接线圈A，8.接线圈B，9.耐火材料封头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明中真空炉用石英电阻管发热体，如图1和图2所示，包括炉膛1，炉膛1由耐火材料A制成，其中，耐火材料A为莫来石骨料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物，莫来石骨料的平均粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。炉膛1的内壁开有若干条竖直的半圆条形凹槽4，凹槽4沿炉膛1内壁的圆周设置；凹槽4内沿竖直方向嵌有石英管5，电阻管5分为上、中、下三组，并分别对应三个发热温区；同时，炉膛1的外壁上嵌有一层厚度为0.5mm～1.5mm的莫来石纤维板3；如图3所示，炉膛1的外壁设置有接线圈A7和接线圈B8，并且，石英发热管2中的电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，分别连接到接线圈A7和接线圈B8；如图4所示，石英管5内设置有电阻丝6，石英管5的两端由耐火材料封头9封装，组成石英发热管2，其中，耐火材料封头9为莫来石细料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物。以上所述莫来石细料为65％～73％，磷酸二氢铝溶液为23％～28％，耐火水泥为4％～7％。

本发明中真空炉用石英电阻管发热体的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制作炉膛1

步骤1.1，按照炉膛1设计的形状，制作炉膛1内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；

步骤1.2，按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石骨料的平均粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6；

步骤1.3，将按步骤1.2称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置50～72小时后取下内模和外模，制得炉膛1；

步骤2，制作石英发热管2

将石英管5裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝6穿入石英管5内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石细料的平均粒径为0.8mm～1.4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头9，将耐火材料封头9封堵石英管5的两端头，于室温下放置36～48小时后，制得石英管发热管2；

步骤3，制作石英电阻管真空炉用发热体

将经步骤2制得的石英发热管2嵌入经步骤1制得的炉膛1的半圆条形凹槽4内，然后将电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，并分别与接线圈A7和接线圈B8连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

本发明制备的石英电阻发热管2，因为有石英管5的外层及耐火材料封头9的双重保护，电阻丝6处于密闭空间内，可以有效的防止真空炉内腐蚀气体对电阻丝6的侵蚀，因而防止了电阻丝6发生短路现象，并使电阻丝6发热更加均匀，还能有效的延长装置使用寿命。石英管5是用石英砂制做的无色透明的管状体，而石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是二氧化硅，具有硬度高、熔点高(达1750℃)、性脆无解理、贝壳状断口、油脂光泽、相对密度低等特点，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，且不溶于酸，微溶于强碱溶液。所以，石英管5在真空炉使用温度1500℃以下，完全可以长期使用。

本发明炉膛内的石英电阻管分为上、中、下三组，将炉内分为三个发热温区，以便真空炉控制系统可以根据工艺要求调节上、中、下三个温区的温度，达到真空炉内温区温度平衡。

实施例1

按照炉膛1设计的形状，制作炉膛1内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料65％，磷酸二氢铝溶液28％，耐火水泥7％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石骨料的平均粒径为4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置50小时后取下内模和外模，制得炉膛1；将石英管5裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝6穿入石英管5内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料65％，磷酸二氢铝溶液28％，耐火水泥7％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石细料的平均粒径为0.8mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头9，将耐火材料封头9封堵石英管5的两端头，于室温下放置36小时后，制得石英管发热管2；将制得的石英管发热管2嵌入制得的炉膛1的半圆条形凹槽4内，然后将电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，并分别用接线圈A7和接线圈B8连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

实施例2

按照炉膛1设计的形状，制作炉膛1内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料68％，磷酸二氢铝溶液26％，耐火水泥6％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石骨料的平均粒径为6mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为48％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置55小时后取下内模和外模，制得炉膛1；将石英管5裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝6穿入石英管5内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料68％，磷酸二氢铝溶液26％，耐火水泥6％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石细料的平均粒径为1mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为48％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头9，将耐火材料封头9封堵石英管5的两端头，于室温下放置40小时后，制得石英发热管2；将制得的石英发热管2嵌入制得的炉膛1的半圆条形凹槽4内，然后将电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，并分别用接线圈A7和接线圈B8连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

实施例3

按照炉膛1设计的形状，制作炉膛1内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料70％，磷酸二氢铝溶液25％，耐火水泥5％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石骨料的平均粒径为8mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为52％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置64小时后取下内模和外模，制得炉膛1；将石英管5裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝6穿入石英管5内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料70％，磷酸二氢铝溶液25％，耐火水泥5％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石细料的平均粒径为1.2mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为52％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头9，将耐火材料封头9封堵石英管5的两端头，于室温下放置45小时后，制得石英发热管2；将制得的石英发热管2嵌入制得的炉膛1的半圆条形凹槽4内，然后将电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，并分别用接线圈A7和接线圈B8连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

实施例4

按照炉膛1设计的形状，制作炉膛1内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料73％，磷酸二氢铝溶液23％，耐火水泥4％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石骨料的平均粒径为10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为55％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置72小时后取下内模和外模，制得炉膛1；将石英管5裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝6穿入石英管5内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料73％，磷酸二氢铝溶液23％，耐火水泥4％，以上组分的含量总和为100％，其中，莫来石细料的平均粒径为1.4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为55％，耐火水泥标号为CA-50-G6；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头9，将耐火材料封头9封堵石英管5的两端头，于室温下放置48小时后，制得石英管发热管2；将制得的石英管发热管2嵌入制得的炉膛1的半圆条形凹槽4内，然后将电阻丝6两端接头从炉膛1内壁穿出，并分别用接线圈A7和接线圈B8连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

Claims (5)

1.一种真空炉用石英电阻管发热体，其特征在于，包括炉膛(1)，所述炉膛(1)的内壁开有若干条竖直的半圆条形凹槽(4)，所述凹槽(4)沿炉膛(1)内壁的圆周设置；所述凹槽(4)内沿竖直方向嵌有石英管(5)，石英管(5)内设置有电阻丝(6)，石英管(5)的两端由耐火材料封头(9)封装，并组成石英发热管(2)；所述炉膛(1)的外壁设置有接线圈A(7)和接线圈B(8)，电阻丝(6)两端接头从炉膛(1)内壁穿出并分别连接到接线圈A(7)和接线圈B(8)，所述炉膛(1)由耐火材料A制成，炉膛(1)内石英发热管(2)分为上、中、下三组，并分别对应三个发热温区，所述耐火材料A为莫来石骨料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物，所述莫来石骨料的粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6，所述耐火材料封头(9)为莫来石细料、磷酸二氢铝溶液和耐火水泥组成的混合物，所述莫来石细料质量百分比为65％～73％，磷酸二氢铝溶液质量百分比为23％～28％，耐火水泥质量百分比为4％～7％。

2.根据权利要求1所述的一种石英电阻管真空炉用发热体，其特征在于，所述炉膛(1)的外壁上嵌有一层厚度为0.5mm～1.5mm的莫来石纤维板(3)。

3.一种真空炉用发热体的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制作炉膛(1)

步骤1.1，按照炉膛(1)设计的形状，制作炉膛(1)内模和外模，然后将内模套入外模中，并在内模的外壁上竖直固定若干半圆条形模具，半圆条形模具的平面侧与内模外壁相贴合，制成炉膛体的预制模型；

步骤1.2，按质量百分比分别称取以下原料：莫来石骨料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％；

步骤1.3，将按步骤1.2称量好的莫来石骨料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀，然后注入预制模型中，并用振动器振动，使混合料充分填实模型，于室温下放置50～72小时后取下内模和外模，制得炉膛(1)；

步骤2，制作石英发热管(2)

将石英管(5)裁切成需要的长度，将绕制好的螺旋状的电阻丝(6)穿入石英管(5)内；按质量百分比分别称取以下原料：莫来石细料65％～73％，磷酸二氢铝溶液23％～28％，耐火水泥4％～7％，以上组分的含量总和为100％；将称量好的莫来石细料，磷酸二氢铝溶液和耐火水泥混合均匀后，制成耐火材料封头(9)，将耐火材料封头(9)封堵石英管(5)的两端头，于室温下放置36～48小时后，制得石英管发热管(2)；

步骤3，制作真空炉用石英电阻管发热体

将经步骤2制得的石英发热管(2)嵌入经步骤1制得的炉膛(1)的半圆条形凹槽(4)内，然后将电阻丝(6)两端接头从炉膛(1) 内壁穿出，并分别用接线圈A(7)和接线圈B(8)连接，制得石英电阻管真空炉用发热体。

4.根据权利要求3所述的一种真空炉用发热体的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中，莫来石骨料的粒径为4mm～10mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。

5.根据权利要求3所述的一种真空炉用发热体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，莫来石细料的平均粒径为0.8mm～1.4mm，磷酸二氢铝溶液的质量浓度为45％-55％，耐火水泥标号为CA-50-G6。