CN105642875B

CN105642875B - 加热管

Info

Publication number: CN105642875B
Application number: CN201510863706.5A
Authority: CN
Inventors: 冈田民雄; 冈信幸; 竹内晋之介; 折口真二
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: CN105642875A; JP2016104898A; KR20160065746A; JP6411195B2; KR101944582B1

Abstract

本发明提供一种具有优异的导热性以及耐久性的加热管。加热管(1)具备在上部具有开口(4)的圆筒状胴部(3)。所述胴部(3)由上侧胴部(30)和下侧胴部(31)构成。所述上侧胴部(30)，利用以碳化硅为主要成分的材料形成，将其高度设定为浸渍到熔融金属(M)时能够与液面(l)相接触，所述下侧胴部(31)，利用以碳为主要成分的材料形成，在外周面上沿周向隔开间隔设置多个沿轴向延伸的凹状沟槽部(32)。

Description

加热管

技术领域

本发明涉及一种保护浸渍式加热器的加热管。

背景技术

在对例如铝、锌、铜、铅等非铁金属进行熔融并保持的炉中，根据热效率的优良性，使用从内部加热熔融金属的浸渍式加热器，在这种情况下，为了保护浸渍式加热器，使用有底筒状的加热管。

加热管以在内部收容有浸渍式加热器的状态浸渍于熔融金属中，将由浸渍式加热器产生的热量向外部的熔融金属传递。因此，作为加热管，要求有向熔融金属高效传递热量的导热性。此外，在熔融金属加热时，在熔融金属的液面附近，将与加热管的外周面相接的熔融金属氧化从而生成氧化物，该氧化物与熔融金属一起固着在加热管的外周面上。由于该固着物与加热管在热膨胀率上有很大不同，因此伴随着反复加热/冷却加热管时的温度变化，固着物有较大收缩，通过该收缩力使加热管产生龟裂而使加热管破损，从而存在使加热管的耐久性降低的问题。而且，由于悬浮在熔融金属上的熔渣与加热管反应而腐蚀加热管的表面，从而也存在使加热管的耐久性降低的问题。因此，作为现有的加热管，使用由碳化硅陶瓷材料构成的加热管，该碳化硅陶瓷材料在具有优异的耐热性/耐腐蚀性的同时，还具有优异的耐氧化性，且能够防止在表面上固着、堆积由氧化物等构成的固着物(例如参照专利文件1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2002-088457号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

但是，虽然加热管如上所述优选能够将来自浸渍式加热器的热量更高效地传递至熔融金属，但是由单一的有底圆筒状的碳化硅陶瓷构成的浸渍式加热管虽具有优异耐久性，但在导热性方面还有进一步改进的余地。

本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种具有高导热性及高耐久性的加热管。

(二)技术方案

本发明的上述目的是通过如下所述的加热管来实现的，该加热管保护从内部加热熔融金属的浸渍式加热器且为有底圆筒状，其具备在上部具有开口的筒状胴部，所述胴部由所述开口侧的上侧胴部和底侧的下侧胴部构成，所述上侧胴部由以碳化硅为主要成分的材料形成，其高度设定为浸渍至熔融金属中时与液面相接触，所述下侧胴部由以碳为主要成分的材料来形成，在外周面上沿周向隔开间隔设置有多个沿轴向延伸的凹状沟槽部。

在上述结构的加热管中，优选地，所述下侧胴部通过设置有所述沟槽部，与没有所述沟槽部的情况相比，每单位长度的表面积为1.5倍～2.5倍。

此外，优选在与所述沟槽部的轴向垂直的方向上的截面形状为梯形。

此外，优选所述上侧胴部的高度相对于所述胴部高度的比率为30％～60％。

此外，优选所述上侧胴部的热膨胀率与所述下侧胴部的热膨胀率的差为0.3％以下。

(三)有益效果

根据本发明的加热管，由于浸渍到熔融金属中的胴部的下侧胴部具有高导热性，因此能够将收容在内部的浸渍式加热器的热量高效地传递至熔融金属。进而，由于碰到熔融金属的液面的胴部的上侧胴部具有优异的耐热性、耐氧化性、耐腐蚀性，因此能够对由于固着/堆积熔融金属的氧化物等和悬浮在熔融金属上的熔渣的腐蚀而使加热管破损进行抑制。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的加热管的立体图。

图2是图1的加热管的主视图。

图3是图1的加热管的俯视图。

图4是图1的加热管的仰视图。

图5为沿图3的A-A线的剖面图。

图6是沿图3的B-B线的剖面图。

图7是放大表示沟槽部的剖面图。

图8是表示加热管的使用状态的示意图。

附图标记说明

1―加热管；2―底部；3―胴部；4―上部开口；6―浸渍式加热器；30―上侧胴部；31―下侧胴部；32―沟槽部。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1～图4表示本发明的一个实施方式的加热管1的外观结构，图5及图6表示加热管1的内部结构。

如图8所示，该加热管1在内部收容有燃气燃烧器或电热式发热体等浸渍式加热器6的状态下，被浸渍到炉10中积存的铝、锌等熔融的金属(熔融金属)M中，由此在保护浸渍式加热器6的同时，将由浸渍式加热器6产生的热量传递至外部的熔融金属L。另外，关于将浸渍式加热器6及加热管1固定于炉10的方法，可以使用以往的方法，因此这里省略详细的说明。此外，在将燃气燃烧器用作浸渍式加热器6的情况下，也可以在加热管1内收容内管7，并在该内管的内部收容燃气燃烧器。

如图1～图4所示，加热管1形成为具有底部2及在上部有开口4的有底圆筒状，将底部2朝下浸渍到熔融金属M中。在成为加热管1上端部的上部开口4的周缘的整个圆周上设置有向外侧延伸的法兰部5。

加热管1的胴部3由上部开口4侧的上侧胴部30以及与上侧胴部30相接的底部2侧的下侧胴部31构成。上侧胴部30的高度h(从上部开口4开始的轴向长度)被设定为如下的高度：在将加热管1浸渍到炉10内的熔融金属M中的状态下，使熔融金属M的液面l与上侧胴部30接触，也就是位于比上侧胴部30与下侧胴部31的接合部更靠上方处。更具体地，需要使上侧胴部30与下侧胴部31的接合部位于比炉10内的熔融金属M的液面l的标准高度位置更靠下方处，但优选在能够对应于向熔融金属M的液面l下方变动的范围内具有宽度，从而只要使上侧胴部30与下侧胴部31的接合部位于比熔融金属M的液面l的最低高度位置稍下方处即可。作为上侧胴部30的高度h优选例，相对于胴部3整体高度H的比率为30％～60％，更优选为30％～40％。

上侧胴部30由以碳化硅(SiC)为主要成分的材料形成，具有优异的耐氧化性、耐热性、物理强度、对熔渣或熔融金属M等化学腐蚀的耐腐蚀性、导热性等。另外，主要成分是指材料中的含量最多(优选含量超过55重量％)。作为形成上侧胴部30的材料，除碳化硅以外，可以包含例如硼化物、SiO₂(例如二氧化硅或石英)、矾土和莫来石等金属氧化物、碳(例如石墨或碳黑)等，由此，能够提高耐热冲击性(耐剥落性)、耐氧化性和导热性等。

下侧胴部31由以碳(例如石墨或碳黑)为主要成分的材料形成，具有优异的导热性、耐热冲击性(耐剥落性)等。另外，主要成分是指材料中含量最多(优选含量超过30重量％)。作为形成下侧胴部31的材料，除碳以外，可以含有例如碳化硅、硼化物、SiO₂(例如二氧化硅或石英)、矾土或莫来石等金属氧化物等，由此，能够提高耐腐蚀性、耐热性及物理强度等。另外，加热管1的底部2也由与下侧胴部31相同的材料形成。

另外，优选上侧胴部30与下侧胴部31的热膨胀率的差小。若上侧胴部30与下侧胴部31热膨胀率的差大，则上侧胴部30与下侧胴部31的接合部随着反复加热及冷却加热管1而受到应力，容易发生龟裂等损伤。因此，通过将上侧胴部30与下侧胴部31的热膨胀率的差设置得尽量小，能够防止在上侧胴部30与下侧胴部31的接合部上发生龟裂等损伤。另外，优选上侧胴部30的热膨胀率与下侧胴部31的热膨胀率的差在0.3％以下。热膨胀率是指物质相对于温度变化而膨胀的比例，表示为因温度的上升而使物体体积膨胀的比例。在本实施方式中，使用从常温到1000℃之间的范围。热膨胀率的测量可以通过例如TMA(ThermalMechanical Analysis，热机械分析)进行测量。

作为上述上侧胴部30与下侧胴部31的组成，可以适当举出下面表1的例子。

(表1)

在下侧胴部31的外周面，沿周向隔开间隔设置有多个沿轴向延伸的凹状沟槽部32。若在下侧胴部31的外周面形成沟槽部32，则相较于外周面为平滑的情况，表面积增大。在使加热管1浸渍于炉10内的熔融金属M中的状态下，下侧胴部31位于熔融金属M的液面l之下。因此，如果下侧胴部31的表面积增大而使与熔融金属M接触的接触面积增大，则能够提高将来自浸渍式加热器6的热量传递到熔融金属M的导热效率，从而对熔融金属高效地加热/保温。另外，沟槽部32不一定从下侧胴部31的上端延伸到下端的整个长度上。

沟槽部32的形状并没有特别限定，可以将与轴向垂直方向的截面形状设为各种形状，例如，可以设为前端尖或圆的山形、正方形或长方形等矩形、多边形、梯形、半圆形、半椭圆形等。但是，如图7所示，优选将沟槽部32的两个侧面32A形成为朝向并连接胴部31的外周侧且相互分离的倾斜面。由此，沟槽部32随着趋向底面32B侧而外形逐渐变小，因此即使在沟槽部32堵塞有熔融金属M或熔融金属M的氧化物等，也能够易于将其刮除，并容易地进行清扫。另外，在本实施方式中，沟槽部32的截面形状形成为梯形。

沟槽部32的深度d并未特别限定，但若太浅则因下侧胴部31的表面积增大而导致的导热效果没有太多提高，若太深则下侧胴部31的导热效果有所提高，但是相邻沟槽部32之间的凸部33的高度变高，从而存在容易使沟槽部32(凸部33)破损的问题。此外，若沟槽部32的间隔(凸部33的横向宽度)D1太大，则下侧胴部31的导热效果没有太多提高，若太小则形成有多个沟槽部32使下侧胴部31的导热效果有所提高，但是该部分不但使凸部33易于破损，而且存在制造困难的问题。因此，沟槽部32的深度d和沟槽部32的间隔(凸部33的横宽)D1，优选考虑导热效果及沟槽部32(凸部33)的强度、制造上的具体情况来决定，作为沟槽部32深度d优选为5mm～10mm左右，作为沟槽部32的间隔(凸部33的宽度)D1优选为3mm～11mm左右。此外，作为沟槽部32的宽度(开口宽度)D2优选为4mm～13mm左右。若考虑这些因素，优选地，下侧胴部31在外周面设置有沟槽部32，相较于外周面没有沟槽部32的平滑情况，每单位长度的表面积增大1.5倍～2.5倍。由此，不但良好提升了下侧胴部31的导热效果，而且还能够提高下侧胴部31的耐久性。另外，下侧胴部32的每单位长度的表面积是指下侧胴部31的设置有沟槽部32的部分的每单位长度的表面积。此外，表面积是指几何学上的表面积，是由根据下侧胴部31及沟槽部32的形状所测量出的数值来计算出的表面积，而并不是包含到微观层面的凹凸的表面积。

上述结构的加热管1可以通过例如加压成型法(例如冷等静压法(CIP))来制造。首先，从对应于加热管1外周面形状且柔软有弹性的橡胶制模具上设置间隙，来覆盖对应于加热管1内周表面形状的金属制芯型。该模具为了形成在加热管1的下侧胴部31的外周面延伸的沟槽部32，在内侧表面具有与其对应的成型用凸部(未图示)。并且，在芯型与模具之间的空间依次填充用于形成底部2及下侧胴部31的材料及用于形成上侧胴部30的材料并呈层叠状态，在材料上覆盖金属制的芯型，以高压成型后，使其干燥，通过高温(例如1000℃以上)烧制并赋予所需的强度，从而得到加热管1。

在上述结构的加热管1中，在积存在炉10中的熔融金属M中浸渍的胴部3的下侧胴部31，由以具有优异导热性的碳为主要成分的材料来形成，因此能够对熔融金属M进行高效地加热/保温。并且，由于在下侧胴部31的外周面沿周向隔出间隔设置有多个沿轴向延伸的沟槽部32，因此相较于外周面为平滑的情况，表面积增大，由此提高了导热效率。因此，能够对熔融金属M进行更高效率的加热/保温。

此外，在加热管1浸渍于熔融金属M中时，与熔融金属M的液面l接触的胴部3的上侧胴部30通过以具有优异的耐氧化性、耐热性、对由熔渣和熔融金属M(非铁金属)等引起的化学腐蚀具有耐腐蚀性的碳化硅(SiC)为主要成分的材料而形成。因此，在加热熔融金属M时，即使在熔融金属M的液面l附近，熔融金属M进行氧化并生成氧化物，也能够抑制该氧化物固着并堆积于加热管的外周面，而且还能够抑制悬浮在熔融金属M上的熔渣与加热管1发生反应而腐蚀加热管1表面的情况。其结果为，能够抑制加热管1的破损，并能够提高加热管1的耐久性。

这样，根据本发明的加热管1，能够实现高导热性的同时还能提高耐久性。

如上所述，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改变。例如，在上述实施方式中，加热管1的外形为圆筒状，但也可以形成为方筒状。此外，加热管1通过冷等静压法(CIP)将上侧胴部30与下侧胴部31(还有底部2)成型为一体，但也可以各自分别成型，再通过将两者接合而形成。此外，加热管1也可以根据其他加压成型法成型，此外，还可以利用浇注法成型。

Claims

1.一种加热管，其保护由内部加热熔融金属的浸渍式加热器且为有底圆筒状，

具备在上部具有开口的筒状的胴部，

所述胴部由所述开口侧的上侧胴部和底侧的下侧胴部构成，

所述上侧胴部由以碳化硅为主要成分的材料形成，其高度设定为浸渍至熔融金属中时与液面接触，

所述下侧胴部由以碳为主要成分的材料形成，在外周面上沿周向隔开间隔设置多个沿轴向延伸的凹状沟槽部。

2.根据权利要求1所述的加热管，其特征在于，所述下侧胴部通过设置所述沟槽部，与没有所述沟槽部的情况相比，每单位长度的表面积为1.5倍～2.5倍。

3.根据权利要求1所述的加热管，其特征在于，所述沟槽部的与轴向垂直的方向上的截面形状为梯形。

4.根据权利要求1所述的加热管，其特征在于，所述上侧胴部的高度相对于所述胴部的高度的比率为30％～60％。

5.根据权利要求1所述的加热管，其特征在于，所述上侧胴部的热膨胀率与所述下侧胴部的热膨胀率的差为0.3％以下。