CN112393593A - 一种加热棒及提高炉温均匀性的炉膛结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热棒，加热棒本体包括耐热衬管以及缠绕在衬管上通电发热的电热丝；在衬管沿长度方向设置有多个径向穿孔，在径向穿孔内穿入限位销，限位销至少一端伸出衬管表面，露出一段与电热丝触，限制电热丝在热棒本体长度方向上的位置；加热棒可以根据需要，沿衬管长度方向拨动电热丝，改变电热丝在衬管上缠绕的状态，形成不同的缠绕圈数，能沿衬管长度方向调节加热棒本体的有效发热长度。一种提高炉温均匀性的炉膛结构，在炉膛内，至少一个侧面设置有一根以上的加热棒本体。这样能够根据测温热电偶反应出来的温度分布，调整衬管长度方向上相邻两个径向穿孔之间电热丝的缠绕圈数，调整电热丝的发热功率和发热功率分布，提高加热均匀性。

Description

一种加热棒及提高炉温均匀性的炉膛结构

技术领域

本发明涉及电加热工业炉技术领域，具体涉及一种加热棒以及能提高炉温均匀性的炉膛结构。

背景技术

在工业生产中，对工件的热处理等，都需要采用工业炉来进行加热，将放置在加热炉炉膛的工件加热到工艺要求的温度并保温设定的时间，通过改善工件的微观组织以提高其各项性能指标。工业炉常用的加热方式是电加热或者燃气加热（天然气、液化气等），电加热是通过电热丝通电发热升温加热工件，达到要求的温度。

但，现有技术的电加热工业炉，普遍存在炉温均匀度不高、不能满足高品质热处理的温度控制的需要，如航空航天、核电、高性能材料等工件的升温、保温的需要；导致炉温均匀度不高的主要原因是：1、加热棒（电热丝）在炉膛内的布置结构不合理，导致炉膛的四个或八个角部区域的升温较慢，而炉膛中部区域升温较快，形成了较大的温差；2、每根加热棒的结构是加热电热丝螺旋式缠绕固定在衬管上，基本上不能在衬管的长度方向移动，导致在衬管的长度方向发热量不均匀，在衬管的长度方向的炉膛形成较大的温差。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种加热电热丝能在衬管的长度方向移动的加热棒，并通过改善和优化加热棒在炉膛的布置结构，以提高炉膛的炉温均匀性，满足高品质热处理的温度控制的需要。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种工业炉用加热棒，包括加热棒本体，其特征在于，所述加热棒本体包括耐热衬管以及缠绕在衬管上通电发热的电热丝；在衬管上，沿长度方向设置有多个径向穿孔，在径向穿孔内穿入限位销，限位销至少一端伸出衬管表面，露出一段与电热丝触，限制电热丝在热棒本体长度方向上的位置。这样，本发明的加热棒可以根据需要，沿衬管长度方向拨动电热丝，改变电热丝在衬管上缠绕的状态，形成不同的缠绕圈数，能沿衬管长度方向调节加热棒本体的有效发热长度，调整发热功率，提高加热均匀性。

进一步地，在衬管上左右拨动电热丝并用限位销限位，使衬管长度方向上相邻两个径向穿孔之间的电热丝的缠绕圈数发生变化。这样能调整衬管长度方向上相邻两个径向穿孔之间的电热丝的缠绕圈数，直接调整该两个径向穿孔的发热功率，调整衬管长度方向发热功率分布，提高加热均匀性。

一种提高炉温均匀性的炉膛结构，包括加热炉，加热炉内部的空腔形成密闭的炉膛；其特征在于，在炉膛内，至少一个侧面设置有一根以上的前述的加热棒本体。这样能够根据测温热电偶反应出来的温度分布，调整衬管长度方向上相邻两个径向穿孔之间电热丝的缠绕圈数，直接调整该两个径向穿孔之间电热丝的发热功率，调整发热功率分布，提高加热均匀性。

进一步地，炉膛四个侧面上，每个侧面都设置有多根加热棒本体，炉膛的底面设置三根以上的加热棒本体，加热棒本体固定在炉膛的侧面。四个侧面都设置多根加热棒本体，更提高即热线路，缩短加热时间，而且也能调整发热功率分布，提高加热均匀性。

进一步地，在炉膛的底面，预计安装奇数根加热棒本体，则中间位置的一根加热棒本体不设置；在炉膛左右侧面，高度方向最高位的倒数第二根加热棒本体不设置；炉膛顶面，预计安装奇数根加热棒本体，则左、右两端的加热棒本体不设置，其中间位置的一根加热棒本体不设置。这样布置的加热棒，符合热量传导规律，能显著提高炉膛的炉温均匀性，满足高品质热处理的温度控制的需要。

进一步地，在炉膛的底面，预计安装偶数根加热棒本体，则中间位置的两根加热棒本体不设置；在炉膛左右侧面，高度方向最高位的倒数第二根加热棒本体不设置；炉膛顶面，预计安装偶数根加热棒本体，则左、右两端的加热棒本体不设置，其中间位置的两根加热棒本体不设置。这样布置的加热棒，符合热量传导规律，能显著提高炉膛的炉温均匀性，满足高品质热处理的温度控制的需要。

进一步地，炉膛底面、侧面和顶面在制作时预留相同数量的安装位置，根据实际需要安装不同数量的加热棒本体。这样便于前期制作加热炉，也便于根据用户的不同需要，在底面和顶面安装不同数量的加热棒，还可以在让用户在后期的使用过程中，根据加热工件的实际需要，能够自己改变炉膛底面和顶面的加热棒位置和分布，满足更高的炉膛炉温均匀性要求。

进一步地，炉膛底面、侧面和顶面在制作时预留相同数量的安装位置，根据实际需要安装不同数量的加热棒本体。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的加热棒，在衬管上设置多个径向穿孔，将螺旋式缠绕在衬管上的加热电热丝左右拨动后通过插入穿孔内的限位销，可以使加热电热丝能在衬管的长度方向一定范围内移动，适应不同炉膛的加热需要，显著提高炉膛的炉温均匀度。

2、配合炉膛内的温度传感器，将升温较慢的区域的加热电热丝缠绕的圈数增加，相应减少升温较块的区域的加热电热丝缠绕的圈数，即通过调整同一根衬管上长度方向的相邻两个径向穿孔之间的加热电热丝缠绕的圈数，改变炉膛对应区域的发热量，显著提高炉膛的炉温均匀度。

3、将本发明的加热棒设置在炉膛时，通过改善和优化加热棒在炉膛的布置结构，能提高炉膛的炉温均匀性，满足高品质热处理的温度控制的需要。

4、使炉膛的四个角部区域与其他区域能同步温升，改善了空气流动缓慢的炉膛的四个角部区域的加热性能，显著提高炉膛的炉温均匀性。

附图说明

图1为本发明加热棒的结构示意图；

图2为图1中衬管结构示意图；

图3是本发明采用加热棒的加热炉结构剖视图；

图4是加热炉炉膛的加热棒布置第一种实施例示意图；

图5是加热炉炉膛的加热棒布置第一种实施例示意图；

图6是加热炉立体结构示意图。

图中：1—加热棒本体、2—衬管、3—电热丝、4—径向穿孔、5—限位销、6—加热炉、7—炉膛、8—保温层、9—加热棒安装孔。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作其中说明。

本实施例：参见图1-图2，一种电加热工业炉用加热棒结构，包括加热棒本体1，所述加热棒本体1包括耐热的衬管2以及缠绕在衬管2上的电热丝3，电热丝3与外部电源连通，通电后发热；在衬管2上，沿长度方向（径向）设置有多个径向穿孔4，在径向穿孔4内穿入限位销5，限位销5至少一端伸出衬管2表面，露出一段长度与电热丝3接触，限制电热丝3在衬管2长度方向上的位置；该限位销5起到限位作用，限制电热丝3在衬管2长度方向的移动。现有技术的电热丝3通常是螺旋缠绕在衬管2表面，大致均匀设置，衬管2单位长度上的电热丝3长度基本相同，衬管2单位长度的发热量基本一致；本发明的加热棒，由于设置了径向穿孔4和限位销5，可以根据需要，如根据测温探头反馈的炉膛内温度分布情况，在衬管2上左右拨动电热丝3并用限位销5限位，使衬管2长度方向上相邻两个径向穿孔4之间的电热丝3的缠绕圈数发生变化（即电热丝3的长度不同），这样就将需要升温区域的电热丝3的缠绕圈数增加，相应增加发热量，达到提高温升均匀度的目的。衬管2通常采用耐热的陶瓷等材料制作，满足耐高温的需要。

参见图3、4、5，本发明一种提高炉温均匀性的炉膛结构，包括加热炉6，加热炉6内部的空腔形成封闭的或密闭的炉膛7，加热炉6内设置有保温层8，以满足升温和保温的需要。在加热炉6的炉膛7内，至少一个侧面设置有多根加热棒本体1；图中所示的炉膛7四个侧面（四周）的每个侧面都设置有多根加热棒本体1，（也可以在加热炉6门体上、门体正对的侧面上设置加热棒本体）；其中在炉膛7的底面设置了三根以上的加热棒本体1，加热棒本体1固定在炉膛7的侧面上，图中所示是通过加热炉6内设置的加热棒安装孔9进行固定，加热棒本体1的电热丝3与外部电源连通，通电后发热以加热炉膛以及炉膛内的工件。在炉膛7内部设置了多个加热棒安装孔9，根据实际发热量调整加热棒的安装位置。在炉膛7四的侧边的每一边，都设置有多于待安装加热棒数量的加热棒安装孔9，可以选择、调整每个侧边加热棒的安装数量和安装位置，使其能够调整加热棒的发热位置，以提高炉温均匀性的目的。

如图4、5所示的加热棒本体1固定在炉膛7四个侧面的一种实施例结构，在炉膛7的底面，其中间位置的一根或两根加热棒本体1不设置，即如果预计安装在炉膛7底面的加热棒本体1的数量是奇数，则中间位置的一根加热棒本体1不安装（中间位置缺少一根加热棒本体1），如果预计安装在炉膛7底面的加热棒本体1的数量是偶数，则中间位置的两根加热棒本体1不安装（中间位置缺少两根加热棒本体1），因为中间部位由于热对流或辐射，温度升高较快；对于炉膛7左右侧面的加热棒本体1，高度方向最高位的倒数第二根加热棒本体1不安装，即左右侧面高度方向的低位第一根和最高位第一根加热棒本体1都设置，这样能够满足炉膛7的四个角部都有加热管，能够及时加热，保持较快的温升，改善了空气流动缓慢的炉膛的四个角部区域的加热性能，与炉膛7的其他区域保持基本相同的温升速度，大幅度提高温升均匀性；对于炉膛7顶面，由于热空气是往上流动的，炉膛7顶面的温升较快，首先要减少加热棒本体1的数量，综合温度升高曲线，其左右两端的加热棒本体1不安装，其中间位置缺少一根加热棒本体1；即如果安装在炉膛7顶面的加热棒本体1的数量是奇数，则中间位置的一根加热棒本体1不安装（中间位置缺少一根加热棒本体1），如果安装在炉膛7顶面的加热棒本体1的数量是偶数，则中间位置的两根加热棒本体1不安装（中间位置缺少两根加热棒本体1），因为中间部位由于热对流或辐射，温度升高较快。

还有，电热丝通常是裸露在外的，为了防止电热丝触碰工件并保护电热丝，所设置的炉膛7是大于有效结构的尺寸；例如工艺要求400*200*160的炉膛，内部空间会设置在450*280*240左右，这样可以保持电热丝与有效炉膛的距离；以达到传热更加平稳，并改善四周角部区域加热传递慢的缺点，还能保护裸露的电热丝。

图4表示的是炉膛7底面和顶面预计布置的是奇数根加热棒本体1的情况下，炉膛7底面和顶面中间位置的那一根加热棒本体1不设置，缺少中间位置的那一根加热棒本体1，炉膛7顶面两端的那一根加热棒本体1不设置；图5表示的是炉膛7底面和顶面布置的是偶数根加热棒本体1的情况下，炉膛7底面和顶面中间位置的那两根加热棒本体1不设置，缺少中间位置的那两根加热棒本体1，炉膛7顶面两端的那一根加热棒本体1不设置；对于炉膛7左右侧面的加热棒本体1，沿高度方向设置，数量为奇数、偶数都可以，只要最高位的第二根加热棒本体1不设置即可。图4、5中用虚线表示那个位置不设置加热棒本体1。为了方便设置，炉膛7底面、侧面和顶面预计布置的加热棒本体1的数量是相同的，即制作时可以预留相同数量的安装位置，根据实际需要安装不同数量的加热棒本体1，通常是在一个安装位置固定一根加热棒本体1，并使每根加热棒本体1与外接电源连通。

本发明的采用图4、5布置的加热棒本体1炉膛，经过发明人多次、多角度、多区域测温验证，首先是加热过程中就体现了较高的温升均匀性，在加热一端时间后多点位测量，其温差基本上能够在+8℃之内；在加热到1000℃以上后，其温差基本上能够在+6℃之内；在保温阶段，其温度均匀性更高，基本在+5℃之内，甚至更小的温差。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种工业炉用加热棒，包括加热棒本体（1），其特征在于，所述加热棒本体（1）包括耐热衬管（2）以及缠绕在衬管（2）上通电发热的电热丝3；在衬管（2）上，沿长度方向设置有多个径向穿孔（4），在径向穿孔（4）内穿入限位销（5），限位销（5）至少一端伸出衬管（2）表面，露出一段与电热丝（3）接触，限制电热丝（3）在热棒本体（1）长度方向上的位置。

2.根据权利要求1所述的工业炉用加热棒，其特征在于，在衬管（2）上左右拨动电热丝（3）并用限位销（5）限位，使衬管（2）长度方向上相邻两个径向穿孔（4）之间的电热丝（3）的缠绕圈数发生变化。

3.一种提高炉温均匀性的炉膛结构，包括加热炉（6），加热炉（6）内部的空腔形成封闭的炉膛（7）；其特征在于，在炉膛（7）内，至少一个侧面设置有一根以上的权利要求1-2所述的加热棒。

4.根据权利要求3所述的提高炉温均匀性的炉膛结构，其特征在于，炉膛（7）四个侧面上，每个侧面都设置有多根加热棒本体（1），炉膛（7）的底面设置三根以上的加热棒本体（1），加热棒本体（1）固定在炉膛（7）的侧面。

5.根据权利要求4所述的提高炉温均匀性的炉膛结构，其特征在于，在炉膛（7）的底面，预计安装奇数根加热棒本体（1），则中间位置的一根加热棒本体（1）不安装；在炉膛（7）左、右侧面，高度方向最高位的第二根加热棒本体（1）不安装；炉膛（7）顶面，预计安装奇数根加热棒本体（1），则左、右两端的加热棒本体（1）不安装，其中间位置的一根加热棒本体（1）不安装。

6.根据权利要求4所述的提高炉温均匀性的炉膛结构，其特征在于，在炉膛（7）的底面，预计安装偶数根加热棒本体（1），则中间位置的两根加热棒本体（1）不安装；在炉膛（7）左右侧面，高度方向最高位的倒数第二根加热棒本体（1）不安装；炉膛（7）顶面，预计安装偶数根加热棒本体（1），则左、右两端的加热棒本体（1）不安装，其中间位置的两根加热棒本体（1）不安装。

7.根据权利要求3、4、5任一所述的提高炉温均匀性的炉膛结构，其特征在于，炉膛（7）底面、侧面和顶面在制作时预留相同数量的安装位置，根据实际需要安装不同数量的加热棒本体（1）。

8.根据权利要求3、4、6任一所述的提高炉温均匀性的炉膛结构，其特征在于，炉膛（7）底面、侧面和顶面在制作时预留相同数量的安装位置，根据实际需要安装不同数量的加热棒本体（1）。

Images