CN110411216A

CN110411216A - 氧化锆氧分析仪加热炉

Info

Publication number: CN110411216A
Application number: CN201910715040.7A
Authority: CN
Inventors: 王维华; 贾铁军; 丛中斗; 王学山; 李艳壮; 刘志刚; 韩月奇; 黄继东; 高会玲; 尹卫; 向蓝翔; 张谦
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: CN110411216B

Abstract

本发明提供了一种氧化锆氧分析仪加热炉，该包括：炉芯管，其内设置有加热丝，用于对位于炉芯管内腔中的氧化锆氧敏感元件进行加热；第一端板，其用于支承炉芯管的第一端部；第二端板，其用于支承炉芯管的第二端部；以及连接杆件，其用于将第一端板和第二端板紧固在一起，由此将炉芯管夹持在第一端板与第二端板之间。炉芯管的设置有加热丝的加热腔由填充材料灌封，炉芯管的第一端部和第二端部通过密封材料密封，填充材料和密封材料均由液体料和固体料混合制得，液体料包括能够长时间耐受1250℃以上高温的水性高温绝缘涂料，固体料包括绢云母粉末。所采用的填充材料和密封材料具有长时间高温稳定性，不易发生化学和物理变化，延长了加热炉的寿命。

Description

氧化锆氧分析仪加热炉

技术领域

本发明涉及氧分析仪，特别是涉及这种用于氧化锆基氧分析仪的加热炉。

背景技术

目前，氧化锆氧分析仪是工业烟氧中所含氧的最具实际意义的测量仪，对实现节能减排意义重大。

氧化锆氧分析仪探头的核心部件是氧化锆陶瓷元件，在高温下探头的核心氧化锆元件电极两侧的氧含量不相等时会形成氧浓差电势，其大小与氧浓度关系符合能斯特公式E＝0.0496Tlg(P₀/P_x)+C(式中E为电池电动势；T为工作温度，一般为700℃-800℃，P₀为参比侧氧含量，一般取空气氧含量20.95％，P_x为烟气中的氧含量，C为锆管本底电势。通过电池的电势输出信号即可计算出被测气体中的氧含量)。如上可知，加热炉是氧化锆氧浓差电势形成的必要条件。

目前氧化锆氧分析仪探头用的加热炉多为藕芯型炉芯管结构，其多孔(以下简称芯管)中穿入常规弹簧丝状合金炉丝，利用穿钉固定陶瓷端板形成。由于氧化锆氧分析仪探头的元件必须在高温、有参比空气的情况下才能正常工作，因此加热炉长时间处于高温工作状态，其炉丝也处于大气环境中，故炉丝存在持续氧化和老化现象，灰尘充满加热炉芯管，烧炉子现象严重，因此故障返修率较高。

现有技术中对加热炉管进行隔绝空气的通用制作方法是采用不锈钢外空心管内穿弹簧炉丝，通过灌装固体粉末再对端部进行封装的方式，灌装的固体粉末一般为氧化镁或石英粉。但是这种布置形式的加热炉管长时间在高温下容易发生变形，导致加热炉管失效。

另外，针对上述灰尘充满加热炉的芯管，从而导致烧炉子现象严重的问题，对断炉中的黑褐色粉末进行了分析，结果显示黑褐色粉末中以C_r(70％)和N_i(28％)为主，其余为铁、锰、硅。而原炉丝成分主要为C_r(20％)和N_i(80％)表明炉丝成分中C_r的损失大于N_i，这将进一步导致炉丝变细和加速氧化反应进行，从而缩短寿命，同时冷凝升化固体颗粒的下落过程中由于接触高温，而导致局部发生氧化还原反应，进而使炉丝局点发生变化，从而产生局部的单位电阻变化，诱发局部功率增大，导致出现过热点直至熔融断裂，烧断炉丝。基于上述分析可知，避免炉丝氧化和升华的固体颗粒物的落入是需要解决的主要问题。

因此，需要提供一种能够确保避免炉丝氧化并且防止升华的固体颗粒物的落入加热管内的加热炉。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种氧化锆氧分析仪加热炉，该氧化锆氧分析仪加热炉包括：

炉芯管，其内设置有加热丝，用于对位于炉芯管内腔中的氧化锆氧敏感元件进行加热；

第一端板，其用于支承炉芯管的第一端部；

第二端板，其用于支承炉芯管的第二端部；以及

连接杆件，其用于将第一端板和第二端板紧固在一起，由此将炉芯管夹持在第一端板与第二端板之间，

其中，炉芯管的设置有加热丝的加热腔由填充材料灌封，炉芯管的第一端部和第二端部通过密封材料密封，

进一步地，填充材料和密封材料均由液体料和固体料混合制得，液体料包括能够长时间耐受1250℃以上高温的水性高温绝缘涂料，固体料包括绢云母粉末。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料具有高温绝缘性能，其以水性高温绝缘涂料为粘结剂，以绢云母粉末为主料。绢云母提供了隔水和隔气性以及绝缘性。利用这种填充材料和密封材料制成的根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉具有较好的高温稳定性，填充材料和密封材料在高温状态下既不会发生化学变化，也不会产生较大的物理变化，因此不会由于长期处于高温下而在密封位置处发生变形或开裂的风险，由此大大延长了加热炉的使用寿命。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的一个优选的实施例，液体料还包括水和乙醇。

在根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的另一个优选的实施例中，液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：85％-95％的水性高温绝缘涂料、0-10％的水以及0-5％的乙醇。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的再一个优选的实施例，液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：94％的水性高温绝缘涂料、4％的水以及2％的乙醇。

在根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的还一个优选的实施例中，在制备液体料时，将水和乙醇进行均匀混合，并在对所述水性高温绝缘涂料进行搅拌的同时将混合溶液均匀地喷洒到水性高温绝缘涂料中，喷洒完成后继续进行充分搅拌。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的又一个优选的实施例，固体料还包括刚玉和硅酸镁铝纤维。

在根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的另一个优选的实施例中，固体料的各组分按重量百分比的含量分别为：80％-90％的绢云母粉末、0-10％的刚玉以及0-10％的硅酸镁铝纤维。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的再一个优选的实施例，固体料的各组分按重量百分比的含量分别为：90％的绢云母粉末、5％的刚玉以及5％的硅酸镁铝纤维。

在根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的还一个优选的实施例中，在制备固体料时，将按照所需配比关系称量的绢云母粉末、刚玉和硅酸镁铝纤维置于密闭容器内，在密闭容器内放入直径为5mm-15mm的不锈钢球，并使密闭容器滚摇10-20分钟，以获得混合均匀的固体料。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的又一个优选的实施例，制备填充材料时将固体料与液体料以1∶9的重量比例进行混合。

在根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的另一个优选的实施例中，制备密封材料时将固体料与液体料以7∶43的重量比例进行混合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果中的至少一个：

(1)根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料具有长时间高温稳定性，通过填充材料对加热炉的炉芯管的加热腔进行填充，从而对加热腔内的加热丝起到保护作用，同时密封材料能够将加热炉的炉芯管的两端进行良好的密封，确保加热丝不会接触空气，从而避免了加热丝的氧化，并且防止炉芯管内物质的升华，同时也避免了升华物质的落入。

(2)根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料以水性高温绝缘涂料为粘结剂，以绢云母粉末为主料，添加刚玉和硅酸镁铝纤维制备而成。绢云母提供了隔水和隔气性以及绝缘性，刚玉和硅酸镁铝纤维具有绝缘特性，在提升耐温温度的同时，可使最终干燥物更加致密，由此防止填充材料中残余空气以及密封材料出现开裂的问题，延长了加热炉的使用寿命。

(3)制备填充材料和密封材料所采用的原材料均为市售商品，获取容易，因此该氧化锆氧分析仪加热炉的制造工艺简单可靠，制造成本可控。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的分解立体图。

图2为根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的炉芯管的立体图。

图3为根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的炉芯管的剖切立体图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种利用具有长时间高温稳定性的填充材料和密封材料分别对加热腔进行灌注和对端部进行密封的氧化锆氧分析仪加热炉，确保加热腔内的加热丝不会接触空气，从而避免了加热丝的氧化，并且防止炉管内物质的升华，同时也避免了升华物质的落入，由此大大延长加热炉的使用寿命。

根据本发明的实施例提供一种氧化锆氧分析仪加热炉10，该加热炉10包括炉芯管12、第一端板14、第二端板16和连接杆件18，炉芯管12内设置有加热丝122，用于对位于炉芯管内腔120中的氧化锆氧敏感元件(未示出)进行加热。第一端板14用于支承炉芯管12的第一端部，第二端板16用于支承炉芯管12的第二端部。连接杆件18用于将第一端板14和第二端板16紧固在一起，由此将炉芯管14夹持在第一端板14与第二端板16之间。在此，可以围绕炉芯管12设置多个连接杆件18，比如至少为2个，在图1所示的实施例中，设置有3个连接杆件18。可以通过在连接杆件18的端部安装螺栓182来将炉芯管12、第一端板14和第二端板16固定地连接在一起。进一步地，为了提高螺栓与第一端板14或第二端板16之间的连接强度，可以在第一端板14或第二端板16的与螺栓182接触的端面上设置金属垫片184，由此可以通过金属垫片184将螺栓182的预紧力均匀地施加在第一端板14或第二端板16上。

进一步地，炉芯管12的设置有加热丝122的加热腔124由填充材料126灌封，炉芯管12的第一端部和第二端部通过密封材料128密封。在此，填充材料126和密封材料128均由液体料和固体料混合制得，液体料包括能够长时间耐受1250℃以上高温的水性高温绝缘涂料，固体料包括绢云母粉末。为了确保炉芯管12的第一端部和第二端部的密封材料128的连续性和稳定性，在炉芯管12的相邻的加热腔124之间设置有腔间槽125，由此使得在利用密封材料128对炉芯管12的端部进行密封时，密封材料128是连续的或整体的，由此提高密封的可靠性。

由上述液体料和固体料混合制成的填充材料和密封材料具有较好的隔水和隔气性，化学稳定性好，在水和空气中不会发生变化。该密封材料热膨胀系数小，当达到960℃时才开始发生相变，耐火温度达1630℃，具有极高的绝缘性，其介电常数为6MHz-9MHz，介电强度为110KV/mm-130KV/mm，高于陶瓷的介电强度34KV/mm--38KV/mm。利用根据本发明的密封材料制成的绝缘制品具有良好的温度适应性，完全适用于750度左右的氧化锆氧分析仪探头中，并充分发挥其导热绝缘作用。在此需要说明的是，只要能够满足长时间耐受1250℃高温条件的水性高温绝缘涂料即可用作本发明中所采用的液体料的组分。

进一步地，用于制作根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料的液体料还包括水和乙醇。也就是说，该液体料除包括主要组分水性高温绝缘涂料之外，还可以包括水和乙醇，增加水和乙醇的主要目的是为了提高液体料的流动性，所添加的水和乙醇的重量比大致为2∶1，在此乙醇量不宜过多，否则液体料中容易出现絮凝、结块等现象。

有利地，在配置用于氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料时，液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：85％-95％的水性高温绝缘涂料、0-10％的水以及0-5％的乙醇。通过上述配比关系的组分形成的液体料既具有一定的流动性，又能确保液体料中不会出现絮凝或结块的现象。优选地，液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：94％的水性高温绝缘涂料、4％的水以及2％的乙醇。当然，在此也可以完全采用耐1250℃以上高温的水性高温绝缘涂料。

在制备用于根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料的液体料时，将按照如上所述重量比配比的水和乙醇进行均匀混合，并在对水性高温绝缘涂料进行搅拌的同时将均匀混合后的溶液均匀地喷洒到水性高温绝缘涂料中，喷洒完成后继续进行充分搅拌。比如，可以在搅拌的同时通过花洒将水和乙醇的混合溶液喷洒到水性高温绝缘涂料中，喷洒完成后继续搅拌5分钟左右，从而使得水性高温绝缘涂料与乙醇溶液完全混合，以便获得质地均匀的液体料。

进一步地，用于根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料的固体料还包括刚玉和硅酸镁铝纤维。也就是说，固体料为绢云母粉末、刚玉和硅酸镁铝纤维的混合物，其中，刚玉和硅酸镁铝纤维的重量比大致为1∶1。

在配置用于氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料时，固体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：80％-90％的绢云母粉末、0-10％的刚玉以及0-10％的硅酸镁铝纤维。优选地，固体料的各组分按重量百分比的含量分别为：90％的绢云母粉末、5％的刚玉以及5％的硅酸镁铝纤维。在此，绢云母粉末为主料，主要利用其隔水隔气性以及绝缘性，刚玉和硅酸镁铝纤维为辅料，主要利用其绝缘性和耐高温性能，在提升密封材料的耐温温度的同时，使得最终干燥物更加致密。

在制备填充材料和密封材料的固体料时，将按照所需配比关系称量的绢云母粉末、刚玉和硅酸镁铝纤维置于密闭容器内，在密闭容器内放入直径为5mm-15mm的不锈钢球，并使密闭容器滚摇10-20分钟，以获得混合均匀的固体料，比如，在此可以对密闭容器滚摇15分钟，以使绢云母粉末、刚玉和硅酸镁铝纤维在密闭容器内均匀地混合在一起。

在制备完成填充材料和密封材料的液体料和固体料之后，将固体料和液体料进行混合，以便制得用于根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料。在制备填充材料时，将固体料与液体料以1：9的重量比例进行混合即可。在此，需要对固体料和液体料进行充分搅拌和混合，以便得到成分均匀的填充材料。

进一步地，在制备密封材料时，将固体料与液体料以7：43的重量比例进行混合，同样需要对固体料和液体料进行充分搅拌和混合，以便得到成分混合均匀的密封材料。

通过实验对用于根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉的填充材料和密封材料进行了性能测试，各项性能如表1所示。

表1用于根据本发明的加热炉的填充材料和密封材料的性能

在制备根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉10时，可以首先将螺旋加热丝122穿设到加热炉10的藕芯型炉芯管12的加热腔124内，如图2和图3所示，螺旋加热丝122可通过在绕丝机上进行绕制，并且将其分段(每段电阻值为80Ω-160Ω)，并将每一段螺旋加热丝122穿设在一个加热腔124内。然后利用密封材料128对炉芯管12的第一端部进行密封，并对密封材料128进行干燥处理。接着利用填充材料126对炉芯管12的容置有加热丝122的多个加热腔124进行填充，并对填充材料126进行干燥处理，在此可以利用注射器抽取流体填充材料126对多个加热腔124进行流动灌注并挤出气泡，循环进行灌注至填充材料126到达加热腔124的另一端为止。最后利用密封材料128将炉芯管12的第二端部进行密封，并使得密封材料干燥。利用连接杆件18对炉芯管12进行加固，并将引线通过穿设绝缘管来提供保护。

根据本发明的氧化锆氧分析仪加热炉由于采用了合理配方组分的填充材料和密封材料，并且采用了一种在封端后利用具有液体流动性的填充材料进行芯孔密封的方式，从而使得密封的加热丝无法与氧气接触，彻底摆脱了氧化的风险，并且避免了升华的固体物落入的现象。从而大大延长了加热炉的使用寿命，解决了藕芯型加热炉的烧炉子现象严重的问题，大大降低了故障返修率。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种氧化锆氧分析仪加热炉，包括：

炉芯管，所述炉芯管内设置有加热丝，用于对位于炉芯管内腔中的氧化锆氧敏感元件进行加热；

第一端板，所述第一端板用于支承所述炉芯管的第一端部；

第二端板，所述第二端板用于支承所述炉芯管的第二端部；以及

连接杆件，所述连接杆件用于将所述第一端板和所述第二端板紧固在一起，由此将所述炉芯管夹持在所述第一端板与所述第二端板之间，

其中，所述炉芯管的设置有加热丝的加热腔由填充材料灌封，所述炉芯管的第一端部和第二端部通过密封材料密封，

其特征在于，所述填充材料和所述密封材料均由液体料和固体料混合制得，所述液体料包括能够长时间耐受1250℃以上高温的水性高温绝缘涂料，所述固体料包括绢云母粉末。

2.根据权利要求1所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述液体料还包括水和乙醇。

3.根据权利要求2所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：85％-95％的水性高温绝缘涂料、0-10％的水以及0-5％的乙醇。

4.根据权利要求3所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述液体料的各组分按照重量百分比的含量分别为：94％的水性高温绝缘涂料、4％的水以及2％的乙醇。

5.根据权利要求2所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，在制备所述液体料时，将水和乙醇进行均匀混合，并在对所述水性高温绝缘涂料进行搅拌的同时将混合溶液均匀地喷洒到所述水性高温绝缘涂料中，喷洒完成后继续进行充分搅拌。

6.根据权利要求1所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述固体料还包括刚玉和硅酸镁铝纤维。

7.根据权利要求6所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述固体料的各组分按重量百分比的含量分别为：80％-90％的绢云母粉末、0-10％的刚玉以及0-10％的硅酸镁铝纤维。

8.根据权利要求7所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，所述固体料的各组分按重量百分比的含量分别为：90％的绢云母粉末、5％的刚玉以及5％的硅酸镁铝纤维。

9.根据权利要求6所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，在制备所述固体料时，将按照所需配比关系称量的绢云母粉末、刚玉和硅酸镁铝纤维置于密闭容器内，在密闭容器内放入直径为5mm-15mm的不锈钢球，并使密闭容器滚摇10-20分钟，以获得混合均匀的固体料。

10.根据权利要求1所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，制备所述填充材料时将所述固体料与所述液体料以1∶9的重量比例进行混合。

11.根据权利要求1所述的氧化锆氧分析仪加热炉，其特征在于，制备所述密封材料时将所述固体料与所述液体料以7∶43的重量比例进行混合。