CN118102518A - 一种超大型的高温加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型的高温加热装置，包括壳体、加热芯和电极装置，所述加热芯设置于壳体内，所述高温加热装置采用单级或多级加热器，所述单级加热器包括一个加热芯，所述加热芯包括加热管和支撑框架，每个加热芯首端不同位置分别接有电源引入电极和引出电极，所述加热管通过支撑框架安装固定，所述加热管为电阻加热件；所述加热管沿壳体长度方向布设，垂直安装；所述电极装置一端伸入壳体内与加热管连接，一端位于壳体外部与电缆或母排相连。本发明的一种超大型的高温加热装置，解决超高温下加热元件形变大的难题，同时满足耐高温、耐腐蚀性的工况要求。

Description

一种超大型的高温加热装置

技术领域

本发明属于高炉冶炼设备技术领域，具体是一种超大型的高温加热装置。

背景技术

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，但也是碳排放的主要来源，为实现低碳排放，对钢铁企业更高技术要求。高炉还原势煤气循环工艺可以降低能耗、减少二氧化碳排放。目前，钢铁行业还原势煤气大多采用天然气加热方法，产生大量二氧化碳导致二次污染。“绿电加热”能实现还原势煤气加热工艺流程二氧化碳零排放。因此，还原势煤气循环高炉技术+“绿电加热”技术是行业的发展趋势，也是加快实现目标的关键技术点。

国内高炉煤气的加热方式主要是利用天然气燃烧于还原势煤气反应的方式，一般是采用天然气加热燃料以及助燃空气的方式来提高加热炉炉温，二氧化碳排放量超高。有的钢铁厂采用热板式煤气加热装置，由于电磁感应加热方式需要对设备进行改造，可以减少二氧化碳排放量，同时，存在电-磁-电-热的耦合过程，能源利用率低，加热效率只有90％。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：本发明提供一种超大型的高温加热装置，解决超高温下加热元件形变大的难题，同时满足耐高温、耐腐蚀性的工况要求。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超大型的高温加热装置，包括壳体、加热器和电极装置，所述加热器设置于壳体内，所述高温加热装置采用单级或多级加热器，所述单级加热器包括一个加热芯，所述加热芯包括加热管和支撑框架，每个加热芯首端不同位置分别接有电源引入棒和引出棒，所述加热管通过支撑框架安装固定，所述加热管为电阻加热件；所述加热管沿壳体长度方向布设，垂直安装；所述电极装置一端伸入壳体内与加热管连接，另一端位于壳体外部与电缆或母排相连。

作为上述技术方案地进一步改进为：

上述技术方案中，优选地，所述加热管由多根双管电阻管组成。

上述技术方案中，优选地，所述支撑框架包括多层支撑板和拉杆，每层支撑板均由多根拉杆进行固定限位。

上述技术方案中，优选地，所述加热管底端设有连接板，所述连接板与加热管固定连接，每两个双管电阻管之间设置多个连接板，所述连接板为非直线型板。

上述技术方案中，优选地，所述连接板设有一体的固定段和连接段，所述固定段套设在加热管的底段，所述连接段位于两个加热管之间，所述连接段采用柔性Ω薄板，所述固定段两端设有延伸板。

上述技术方案中，优选地，所述加热管之间通过支撑板定位，所述支撑板与加热管之间设有金属卡套，所述金属卡套与支撑板之间设置瓷环，所述瓷环通过一凸台设置在支撑板上，所述金属卡套两侧通过翻边固定在瓷环上。

上述技术方案中，优选地，所述支撑框架还包括顶部撑板，所述加热管的顶部设置顶部撑板，所述顶部撑板固定加热管。

上述技术方案中，优选地，所述电极装置包括电极体、冷却水进管、冷却水出管、外侧电源夹具、内侧电源夹具和绝缘组件，所述冷却水进管的一段伸入电极体的内腔中，所述冷却水出管通过一个三通的连接管与电极体的一端连接，所述外侧电源夹具和内侧电源夹具分别夹紧在电极体的两端，且分别位于加热器的内外两侧，所述绝缘组件位于加热器与电极体之间。

上述技术方案中，优选地，所述电极体设有一端开口的内腔，所述冷却水进管为L形，所述冷却水进管内部设有通腔，所述冷却水进管的长边伸入电极体的内腔中，所述冷却水进管与电极体的内腔壁之间有间隙。

上述技术方案中，优选地，所述绝缘组件包括绝缘套和绝缘压环，所述加热器通过一个连接座与电极装置连接，所述绝缘压环设有两个，分别位于绝缘套的两侧。

本发明提供的一种超大型的高温加热装置，与现有技术相比有以下优点：

(1)本发明的超大型的高温加热装置，以金属材料作为加热元件，选用直接电阻加热技术设计大尺寸加热管(加热管直径60mm，长6m)，实现超高温(≥1300℃)下形变可控，且耐高温、耐腐蚀。

(2)本发明的超大型的高温加热装置，对钢铁高炉用超大型还原势电加热装备进行优化，减少钢铁高炉二氧化碳、一氧化碳等有害企业的排放

附图说明

图1是本发明高温加热装置的外形结构示意图。

图2是本发明外壳体的结构示意图。

图3是本发明保温层结构示意图。

图4是本发明加热芯结构示意图。

图5是本发明加热管底端的结构示意图。

图6是本发明加热管和支撑板的结构示意图。

图7是本发明加热管和顶层撑板的连接结构示意图。

图8是本发明电极装置的结构示意图。

图中标号说明：

1、壳体；11、保温层；12、上封头；13、下封头；14、中筒；15、出口接管；16、进口接管；2、加热管；21、连接板；22、套管；23、内管；3、支撑框架；31、支撑板；32、拉杆；33、顶部撑板；34、金属卡套；35、瓷环；351、上瓷环；352、下瓷环；36、限位块；4、电极体；41、冷却水进管；42、冷却水出管；43、外侧电源夹具；44、内侧电源夹具；45、绝缘套；46、绝缘压环。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1至图8表示出了本发明的一种超大型的高温加热装置的一种实施方式，高温加热装置包括壳体1、加热器和电极装置。

本实施例中，壳体1内夹设保温层11，壳体1外部承压，保温层11为绝热保温材料，加热器设置于壳体1围设的腔体内。壳体1构成完整的外筒，保温层至少需要设置在接触高温介质部分。壳体1包括上封头12、下封头13和中筒14，上封头12和下封头13分别固定在中筒14的上端和下端，用于封闭中筒14的内腔。中筒14的上段设有进口接管16，中筒的下段设有出口接管15。

高温加热装置采用两级加热器，每级的结构相同，加热器包括两个加热芯，每个加热芯首端不同位置分别接有电源引入电极和引出电极。本实施例中，加热芯包括加热管2和支撑框架3，每个加热管2由多根双管电阻管组成，加热管2长度6m，直径60mm。

本实施例中，加热管2底端设有连接板21，连接板21与加热管2焊接固定，每两个加热管2之间设置多个连接板21，连接板21为非直线型板，连接板21设有一体的固定段和连接段。固定段为圆筒状，套设在加热管2的底段，用于冷却连接板21。连接段位于两个固定段之间，连接段采用柔性Ω薄板。固定段两端设有延伸板。连接板21的结构相当于加热管2之间采用多块柔性Ω薄板进行连接，一方面增加了加热管2之间的电流流通截面积，减少该部位的发热量；另一方面可以有效的吸收加热管2在两管连接方向上的高温膨胀。

本实施例中，加热管2上设有气孔，在加热管2之间靠近连接板21中间的区域开气孔，使连接板21之间由气流通过对该部位进行冷却，降低表面温度。根据电阻计算公式：R＝ρ*l/s，加热管2之间连接板21的电阻约为1.3x10^-4Ω。

更进一步地，加热管2底部套设一段厚壁套管22，套管22能够增加此区域的刚性，降低连接板21与加热管2焊接产生的热应力及变形，并且能增加电流流通截面积，降低该部位的发热量，降低该部位表面温度。相邻管套之间也设置至少两个连接板21。加热管2的尾端位于管套的下端，加热管2的尾端漏出加热管2的内管23，内管23上也设有连接板21。

本实施例中，支撑框架3包括支撑板31和拉杆32，加热管2之间通过支撑板31定位，由于加热管2比较长，所以需要设置多个支撑板31。每层支撑板31均由多根拉杆32进行固定限位。支撑板31与加热管2之间设有金属卡套34，金属卡套34与支撑板31之间设置瓷环35，瓷环通过一凸台设置在支撑板31上，所述金属卡套34两侧通过翻边固定在瓷环35上。瓷环与支撑板31的连接处设有限位块36，每个绝缘瓷环处设有三个限位块，通过限位块36把瓷环固定在支撑板31中间，陶瓷的瓷环与加热管2之间设置金属卡套34，使加热管2与陶瓷不直接接触，对振动起到缓冲作用。瓷环全部进行圆角处理，避免陶瓷成型过程中的应力集中，能提高瓷环的抗振性等机械性能。

本实施例中，支撑框架3还包括顶部撑板33，所述加热管2的顶部设置顶部撑板33，所述顶部撑板33固定加热管2，顶部撑板33为直板，加热管2的顶端通过顶部撑板33进行连接，能够增大电流流通截面积，降低单位面积的载流量。

本实施例中，支撑框架3包括支撑板31，加热管2的顶部设置支撑板31，支撑板31用于连接所有加热管2。加热管2与支撑板31之间采用氮化硅瓷环间隔，来保证加热管2与支撑板31之间的完全绝缘，氮化硅瓷环的所有尖角全部倒圆角，防止瓷环在运行过程中振动引起破碎。瓷环分为两部分，便于安装，设为上瓷环351、下瓷环352。瓷环设有凸出的定位面，用于与支撑板31贴面定位。加热管2还设有限位的凸块，用于给下瓷环定位。加热管2与陶瓷、支撑板31之间采用锁紧螺母进行固定，防止运行过程中加热管2振动。锁紧螺母套设于加热管2上，加热管2相应的设置了螺纹，通过拧紧锁紧螺母将两个瓷环锁紧，达到将加热管2和支撑板31固定的目的。根据电阻计算公式：R＝ρ*l/s，加热管2之间连接板21的电阻约为6.2x10^-5Ω。说明一下，加热管2与支撑板31之间的瓷环和加热板与支撑板31之间的瓷环，虽然都是瓷环，但是结构不相同，之所以都叫瓷环是因为作用和材料相同，所以在本装置中都叫瓷环。

本实施例中，所述电极装置一端伸入壳体1内与加热管2连接，所述电极装置一端伸入壳体1内与加热管2连接。电极装置包括电极体4、冷却水进管41、冷却水出管42、外侧电源夹具43、内侧电源夹具44和绝缘组件。所述冷却水进管41的一段伸入电极体4的内腔中，冷却水出管42通过一个三通的连接管与电极体4的一端连接，外侧电源夹具43和内侧电源夹具44分别夹紧在电极体4的两端，且分别位于加热器的内外两侧，绝缘组件位于加热器与电极体4之间。绝缘组件包括绝缘套45、绝缘压环46。

本实施例中，电极体4设有一端开口的内腔，冷却水进管41为L形，冷却水进管41内部设有通腔，冷却水进管41的长边伸入电极体4的内腔中，冷却水进管41长边的端部为斜切口，斜切口与内腔的封堵端不接触。冷却水进管41与电极体4的内腔壁之间有间隙，冷却水进管41长边的一段设有多个定位槽，定位槽沿长边外壁的周向布设，但是不完全在同一个周向上，每个定位槽设有一个卡块，定位块卡入定位槽内，用于保证冷却水进管41的外壁与电极体4内墙壁的间隙距离。

本实施例中，电极体4的一端与一连接管连接，连接管为三通，一端与电极体4螺纹连接，且连接管的内腔与电极体4的内腔连通，另一端冷却水进管41穿过连接管的通孔伸入电极体4内，连接管与冷却水进管41的连接处做封堵处理；连接管的周向的通孔与冷却水出管42一端连接，连接管与冷却水出管42的连接处做密封处理，冷却水出管42设有通孔，连接管的内腔与冷却水出管42的通孔连通。连接管的内腔与电极体4接触面处设有密封垫片。使用时，冷却水进管41和冷却水出管42分别与进水口和出水口连接，安装时，进水口和出水口位于冷却水进管41和冷却水出管42的下方。

本实施例中，绝缘套45通过一圆螺母固定在电极体外圈。

本实施例中，电极装置还设有定位阶梯结构，用于定位绝缘组件，绝缘压环46设有两个，分别位于绝缘套45的两侧。

本实施例中，电极装置与加热器的连接座之间通过耐高温的绝缘压环进行绝缘，加热器内部通过一导电的中间板将电极与电加热管之间进行连接。

上述实施案例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种超大型的高温加热装置，其特征在于，包括壳体、加热芯和电极装置，所述加热芯设置于壳体内，所述高温加热装置采用单级或多级加热器，所述单级加热器包括一个加热芯，所述加热芯包括加热管和支撑框架，每个加热芯首端不同位置分别接有电源引入电极和引出电极，所述加热管通过支撑框架安装固定，所述加热管为电阻加热件；所述加热管沿壳体长度方向布设，垂直安装；所述电极装置一端伸入壳体内与加热管连接，另一端位于壳体外部与电缆或母排相连。

2.根据权利要求1所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述支撑框架包括多层支撑板和拉杆，每层支撑板均由多根拉杆进行固定限位。

3.根据权利要求2所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述加热管底端设有连接板，所述连接板与加热管固定连接，所述加热管由多根双管电阻管组成，每两个双管电阻管之间设置多个连接板，所述连接板为非直线型板。

4.根据权利要求3所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述连接板设有一体的固定段和连接段，所述固定段套设在加热管的底段，所述连接段位于两个加热管之间，所述连接段采用柔性Ω薄板，所述固定段两端设有延伸板。

5.根据权利要求2所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述加热管之间通过支撑板定位，所述支撑板与加热管之间设有金属卡套，所述金属卡套与支撑板之间设置瓷环，所述瓷环通过一凸台设置在支撑板上，所述金属卡套两侧通过翻边固定在瓷环上。

6.根据权利要求5所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述支撑框架还包括顶部撑板，所述加热管的顶部设置顶部撑板，所述顶部撑板固定加热管。

7.根据权利要求1所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述电极装置包括电极体、冷却水进管、冷却水出管、外侧电源夹具、内侧电源夹具和绝缘组件，所述冷却水进管的一段伸入电极体的内腔中，所述冷却水出管通过一个三通的连接管与电极体的一端连接，所述外侧电源夹具和内侧电源夹具分别夹紧在电极体的两端，且分别位于加热器的内外两侧，所述绝缘组件位于加热器与电极体之间。

8.根据权利要求7所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述电极体设有一端开口的内腔，所述冷却水进管为L形，所述冷却水进管内部设有通腔，所述冷却水进管的长边伸入电极体的内腔中，所述冷却水进管与电极体的内腔壁之间有间隙。

9.根据权利要求9所述的一种超大型的高温加热装置，其特征在于，所述绝缘组件包

括绝缘套和绝缘压环，所述加热器通过一个连接座与电极装置连接，所述绝缘压环设有两个，

分别位于绝缘套的两侧。