CN111712005A - 推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管及其布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管及其布置方法，包括保护管组件、芯部结构和引出电极，芯部结构和引出电极连接且芯部结构内置于保护管组件内；芯部结构包括至少一个加热组件、连接螺杆、保温块，保温块内设通孔，连接螺杆的一端穿过保温块上的通孔与封头连接且其另一端与加热组件连接；加热组件的合金加热丝均匀缠绕在陶瓷杆上，引出电极一端与封头连接且其另一端与外部电源连接，形成导电回路。本发明将传统单根辐射管进行改造设计，根据不同工艺段的均温性要求，采用单根辐射管多组控制的设计并设计有密封保护管作为载体，适应于炉温均匀性要求高、密封性要求高、装炉功率大、维修更换方便的高端窑炉设备。
Description
技术领域
本发明属于电热设备加热装置技术领域，尤其涉及推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管及其布置方法。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步国内对高温烧结、低温碳化、中温焙烧等行业产品质量要求不断提高。特别是核电、军工、航天等特殊行业对设备及产品的质量要求更加苛刻。从传统普通的电加热式窑炉-炉内悬挂电加热元件的方式演变成集成式或模块化加热器。由于核电等特殊行业对加热器寿命、炉温均匀性、维修便捷性要求越来越高，推车窑式连续加热炉的传统加热装置演变成辐射管模块化加热器。
核电等特殊行业的高要求致使高温烧结、低温碳化、中温焙烧等产品生产厂家更愿意投入研发炉温均匀性要求高、维修便捷、结构可靠稳定的窑炉设备加热装置。
现有技术推车窑式连续加热炉的加热装置通常采用悬挂加热元件、模块化加热器及电热辐射管等结构，存在以下缺点：
1.500℃以下无法保证均温区≤±10℃；
2.更换辐射管需要停炉，无法实现不停炉在线更换加热器；
3.由于单根辐射管高度方向没有加热分区，因此为保证炉温均性炉膛高度尺寸受限，仅限于炉温均性要求不高及扁长型炉型。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种根据不同工艺段的均温性要求，采用单根辐射管多组控制的设计并设计有密封保护管作为载体，适应于炉温均匀性要求高、密封性要求高、装炉功率大、维修更换方便的高端窑炉设备的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管及其布置方法。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，包括保护管组件、芯部结构和引出电极，所述芯部结构和引出电极连接且芯部结构内置于保护管组件内；
所述保护管组件包括管套、法兰和封头，所述封头安装在管套的敞口处，法兰套设在管套外侧靠近封头的一端；
所述芯部结构包括至少一个加热组件、连接螺杆、保温块，保温块内设通孔，连接螺杆的一端穿过保温块上的通孔与封头连接且其另一端与加热组件连接；
所述加热组件包括合金加热丝和陶瓷杆，合金加热丝均匀缠绕在陶瓷杆上，陶瓷杆与连接螺杆远离保温块的一端连接；
引出电极一端与封头连接且其另一端与外部电源连接，形成导电回路。
优选的，所述陶瓷杆的两端设有螺纹口，两个或两个以上加热组件之间通过至少一个螺母连接。
优选的，所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管通过法兰与加热炉体连接。
优选的，所述管套采用310S耐热钢无缝管，合金加热丝采用的材料为Cr20Ni80高温合金。
优选的，还包括设置在法兰靠近加热炉一侧的密封圈。
推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，采用推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管实现，具体步骤如下：
S1：规划加热炉内布置区域；
S2：每个布置区域内设置推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S3：不同布置区域内匹配具有不同数量加热组件的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S4：根据工艺温度梯度和炉温均匀性要求限定各布置区域温度。
优选的，步骤S1中，在加热炉内沿推车移动方向划分为13个布置区域。
优选的，步骤S2中，每个布置区域内设置6个推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管。
优选的，步骤S3中，第一区、第二区、第四区、第六区、第十一区和第十三区内采用具有一个加热组件的电热辐射管，第三区、第五区、第十二区内采用具有两个加热组件的电热辐射管，第七区、第八区、第九区和第十区内采用具有三个加热组件的电热辐射管，其中，每一个加热组件所在区域为小温区，小温区可独立控温。
优选的，步骤S4中，第一区和第二区的温度范围在25℃-190℃，第三区的温度在190℃，第四区的温度范围在190℃-290℃，第五区的温度在290℃，第六区的温度范围在290℃-390℃，第七区、第八区、第九区和第十区的温度在390℃，第十一区的温度范围在390℃-500℃，第十二区的温度在500℃，第十三区的温度范围在400℃-500℃。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明采用单根辐射管外设密封管套，以密封管套作为载体，电热辐射管保护管通过顶部法兰与炉体密封固定，更换加热器时，不会影响炉内气流及气压的变化，方便维修更换，可实现在线维修更换，即单根辐射管发生故障时可实现不停炉在线更换；
(2)本发明采用多个加热组件串联的设计方式，通过设计共用端子引出的方法减少接线端的数量，内置于管套内，便于施工布置；
(3)本发明的布置方法可以根据炉膛高度方向灵活分区，适用于核电等炉温均匀性及可维修性要求高的高端推车窑式连续密闭炉型，且在无法设置热风循环的推车式窑炉中，中低温控温有效区可保证均温区≤±5℃。
附图说明
图1、本发明推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的结构示意图；
图2、本发明推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的芯部结构的结构示意图；
图3、本发明图2中具有两个加热组件的结构示意图；
图4、本发明图2中具有三个加热组件的结构示意图；
图5、本发明推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的安装结构示意图；
图6、本发明推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法的示意图；
附图标记说明：
1、保护管组件，1-1、管套，1-2、法兰，1-3、封头；
2、芯部结构；
2-1、加热组件，2-1-1、合金加热丝，2-1-2、陶瓷杆；
2-2、连接螺杆，2-3、保温块；
3、引出电极；
4、螺母；
5、密封圈；
6、布置区域，6-1、第一区，6-2、第二区，6-3、第三区，6-4、第四区，6-5、第五区，6-6、第六区，6-7、第七区，6-8、第八区，6-9、第九区，6-10、第十区，6-11、第十一区，6-12、第十二区，6-13-第十三区。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1～6所示，推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，包括保护管组件1、芯部结构2和引出电极3，芯部结构2和引出电极3连接且芯部结构2内置于保护管组件1内；
保护管组件1包括管套1-1、法兰1-2和封头1-3，封头1-3安装在管套1-1的敞口处，法兰1-2套设在管套1-1外侧靠近封头1-3的一端；保护管套1-1采用310S耐热钢无缝管、法兰1-2和封头1-3组焊而成。
芯部结构2包括至少一个加热组件2-1、陶瓷杆2-1-2、保温块2-3，保温块2-3内设通孔，连接螺杆2-2的一端穿过保温块2-3上的通孔与封头1-3连接且其另一端与加热组件2-1连接；
加热组件2-1包括合金加热丝2-1-1和陶瓷杆2-1-2，合金加热丝2-1-1均匀缠绕在陶瓷杆2-1-2上，陶瓷杆2-1-2与连接螺杆2-2远离保温块2-3的一端连接；加热器采用Cr20Ni80高温合金材料饶制而成，电阻丝饶制在高铝瓷件上后和拉杆进行组装。电热辐射管保护管通过顶部法兰1-2与炉体密封固定，更换加热组件2-1时，不会影响炉内气流及气压的变化，方便维修更换，可实现在线维修更换。
具体地，管套1-1采用310S耐热钢无缝管，合金加热丝2-1-1采用的材料为Cr20Ni80高温合金。
引出电极3一端与封头1-3连接且其另一端与外部电源连接，形成导电回路。采用高温合金丝缠绕于陶瓷杆2-1-2上并悬挂于中间耐热钢陶瓷杆2-1-2上，上部设置有保温块2-3，引出电极3从上端引出。
具体地，陶瓷杆2-1-2的两端设有螺纹口，两个或两个以上加热组件2-1之间通过至少一个螺母4连接。根据不同工艺段的均温性要求，采用单根辐射管多组控制的设计并设计有密封保护管套1-1作为载体。为了减少接线端的数量，通过设计共用端子引出的方法，将原来每根辐射管2组加热组件2-1需要5根(包含连接螺杆2-2)引出头简化为3根(连接螺杆2-2公用)引出头，3组7根简化为4根引出头。本设计适应于炉温均匀性要求高、密封性要求高、装炉功率大、维修更换方便的高端窑炉设备。
具体地，推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管通过法兰1-2与加热炉体连接。
具体地，还包括设置在法兰1-2靠近加热炉一侧的密封圈5。
炉体法兰提前焊接在加热炉体上，法兰1-2安装在炉体法兰上，法兰之间设置有密封圈5，上下法兰用螺栓连接，辐射管从上端插入即可。需要更换辐射管时只需拆掉引出头上线鼻子直接从上端抽出即可，不影响炉内的气流和压力。
生产物料为直径1mm的小球，物料单层平铺在物料盘上，物料盘放置在炉窑台车料架上，每个料盘在料架上分5层布置。本方案设计加热区炉膛总长12米，每区长750mm，热电偶设计在每区的中间位置，小车行走速度为530～550mm/h。要求在390℃保温段炉温均匀性≤±5℃。
推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，采用推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管实现，具体步骤如下：
S1：规划加热炉内布置区域6；
S2：每个布置区域6内设置推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S3：不同布置区域6内匹配具有不同数量加热组件2-1的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S4：根据工艺温度梯度和炉温均匀性要求限定各布置区域6温度。
具体地，步骤S1中，在加热炉内沿推车移动方向划分为13个布置区域。
具体地，步骤S2中，每个布置区域内设置6个推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管。
具体地，步骤S3中，第一区6-1、第二区6-2、第四区6-4、第六区6-6、第十一区6-11和第十三区6-13内采用具有一个加热组件2-1的电热辐射管，第三区6-3、第五区6-5、第十二区6-12内采用具有两个加热组件2-1的电热辐射管，第七区6-7、第八区6-8、第九区6-9和第十区6-10内采用具有三个加热组件2-1的电热辐射管，其中，每一个加热组件2-1所在区域为小温区，小温区可独立控温。
具体地，步骤S4中，第一区6-1和第二区6-2温度范围在25℃-190℃，第三区6-3温度在190℃，第四区6-4温度范围在190℃-290℃，第五区6-5温度在290℃，第六区6-6温度范围在290℃-390℃，第七区6-7、第八区6-8、第九区6-9和第十区6-10的温度在390℃，第十一区6-11温度范围在390℃-500℃，第十二区6-12温度在500℃，第十三区6-13温度范围在400℃-500℃。
根据工艺条件，本发明设计了多区位的分区系统，根据工艺温度梯度和炉温的均匀性要求，该炉共分13个布置区域6(含24个小温区)，每个布置区域设置6根辐射管，共96根辐射管，总功率约162KW，每个小温区可独立控温。在无法设置热风循环的推车式窑炉中，中低温控温有效区可保证均温区≤±5℃，390℃保温区间，即中低温区域，设置4个布置区域，即第七区6-7、第八区6-8、第九区6-9和第十区6-10，(含12个小温区)，每根辐射管设计成上、中、下3区，即含有三个加热组件2-1。其余保温段每个设置1个布置区域(含2个小温区)，每根辐射管设计成上、下2区，即含有两个加热组件2-1。通过合理分区及功率匹配可精确保证各区的炉温均匀性要求。另外所有辐射管设置独立耐热钢保护管套1-1使加热组件2-1与炉内气氛有效隔绝，可保证维修更换时不破坏炉内密封，可实现不停炉在线更换。
综上所述，本发明中的布置方法，功能齐全，灵活可变，可根据设备生产温度工艺曲线，灵活布置加热器及分区。由于本设备采用推车窑式连续加热炉方案，对炉温均匀性要求高且炉底无法布置加热器，采用传统的加热器布置方式无法保证设备性能，因此采用3种形式(具有不同数量的加热组件2-1)的辐射管，通过仿真计算得出每个工艺温度段设置合理的分区。由于每个辐射管分为多组独立加热单元，每个单元都有两根引出投，为了减少引出装置，设计了共用零线引出端，可有效减少引出接线及其接线柱占用空间。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，其特征在于：包括保护管组件、芯部结构和引出电极，所述芯部结构和引出电极连接且芯部结构内置于保护管组件内；
所述保护管组件包括管套、法兰和封头，所述封头安装在管套的敞口处，法兰套设在管套外侧靠近封头的一端；
所述芯部结构包括至少一个加热组件、连接螺杆、保温块，保温块内设通孔，连接螺杆的一端穿过保温块上的通孔与封头连接且其另一端与加热组件连接；
所述加热组件包括合金加热丝和陶瓷杆，合金加热丝均匀缠绕在陶瓷杆上，陶瓷杆与连接螺杆远离保温块的一端连接；
引出电极一端与封头连接且其另一端与外部电源连接，形成导电回路。
2.根据权利要求1所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，其特征在于：所述陶瓷杆的两端设有螺纹口，两个或两个以上加热组件之间通过至少一个螺母连接。
3.根据权利要求1所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，其特征在于：所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管通过法兰与加热炉体连接。
4.根据权利要求1所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，其特征在于：所述管套采用310S耐热钢无缝管，合金加热丝采用的材料为Cr20Ni80高温合金。
5.根据权利要求1所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管，其特征在于：还包括设置在法兰靠近加热炉一侧的密封圈。
6.推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管实现，具体步骤如下：
S1：规划加热炉内布置区域；
S2：每个布置区域内设置推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S3：不同布置区域内匹配具有不同数量加热组件的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管；
S4：根据工艺温度梯度和炉温均匀性要求限定各布置区域温度。
7.根据权利要求6所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，步骤S1中，在加热炉内沿推车移动方向划分为13个布置区域。
8.根据权利要求7所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，步骤S2中，每个布置区域内设置6个推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管。
9.根据权利要求8所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，步骤S3中，第一区、第二区、第四区、第六区、第十一区和第十三区内采用具有一个加热组件的电热辐射管，第三区、第五区、第十二区内采用具有两个加热组件的电热辐射管，第七区、第八区、第九区和第十区内采用具有三个加热组件的电热辐射管，其中，每一个加热组件所在区域为小温区，小温区可独立控温。
10.根据权利要求9所述的推车窑式连续加热炉多区控温电热辐射管的布置方法，其特征在于，步骤S4中，第一区和第二区的温度范围在25℃-190℃，第三区的温度在190℃，第四区的温度范围在190℃-290℃，第五区的温度在290℃，第六区的温度范围在290℃-390℃，第七区、第八区、第九区和第十区的温度在390℃，第十一区的温度范围在390℃-500℃，第十二区的温度在500℃，第十三区的温度范围在400℃-500℃。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115198085A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-18 | 北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司 | 电辐射管加热三相脉冲控制装置及热处理炉 |
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- 2020-06-30 CN CN202010617973.5A patent/CN111712005A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN115198085A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-18 | 北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司 | 电辐射管加热三相脉冲控制装置及热处理炉 |
| CN115198085B (zh) * | 2022-07-13 | 2024-01-30 | 北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司 | 电辐射管加热三相脉冲控制装置及热处理炉 |
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