一种节能型感应加热装置的制作方法

1.本发明涉及感应加热器技术领域，具体涉及一种节能型感应加热装置。


背景技术：

2.当交变电流通过导体时，在导体周围产生交变磁场，把金属放在交变磁场内就会在金属内产生涡流，涡流的焦耳热效应使金属被加热，这种加热方式称为感应加热。感应加热具有加热速度快、热效率高等特点。这种用于通电的导体称为感应加热器，简称感应器。为了减少电流通过感应器时产生的焦耳热效应，常用电阻率比较小的纯铜制作感应器。感应加热常用于金属热处理加热、金属锻造加热、金属熔化等领域。
3.由于感应器在高温环境下使用，很快就使其温度升高，从而导致其氧化，使感应器截面积减小，电阻增大，最终导致熔断而失去其导电功能。为了解决铜制感应器在高温下的氧化问题，目前(少数在低温加热的场合除外)都采用圆管或方管制作感应器，通过在管内通水冷却的方式防止感应器因温度过高表面被氧化，最终导致熔断。通水冷却有以下弊端：带走了大量热量，降低了电能利用率，需要水冷却系统增加了工程造价，消耗水资源，如果发生漏水现象还可能造成安全事故。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种节能型感应加热装置，提高感应加热线圈的抗氧化作用，同时提高加热装置的使用寿命，提高热效率，降低热损耗，降低工程造价。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种节能型感应加热装置，包括感应装置本体，所述感应装置本体包括无水冷感应加热器，所述无水冷感应加热器包括抗氧化感应加热线圈，所述抗氧化感应加热线圈包括感应加热线圈，所述感应加热线圈的表面设有抗氧化涂层，所述抗氧化涂层包括设于感应加热线圈的表面的内附层和设于内附层的外表面的搪瓷涂层，所述抗氧化感应加热线圈外包裹有耐火层包裹体，所述耐火层包裹体的外表面设有保温层。
6.进一步的，所述感应加热线圈为采用实心铜带或者铜管制成的螺旋形状。
7.进一步的，采用铜管制成的螺旋形状的感应加热线圈，其两端用焊接方法将两端密封。
8.进一步的，所述抗氧化涂层的厚度为0.15
‑
0.20mm。
9.进一步的，所述感应加热线圈的表面设有喷砂层，所述抗氧化涂层包括设于喷砂层的外表面的搪瓷涂层。
10.进一步的，所述抗氧化涂层包括设于感应加热线圈的表面的ni
‑
p合金镀层，所述ni
‑
p合金镀层的外表面设有搪瓷涂层。
11.进一步的，所述耐火层包裹体包括耐火水泥层，所述耐火水泥层内嵌有若干氧化铝空心球。
12.进一步的，所述保温层为多层且每层的厚度均为10mm。
13.进一步的，所述保温层为耐火纤维毡或含纳米气凝胶的保温毡。
14.进一步的，所述感应装置本体为管状的加热炉，所述加热炉包括由无水冷感应加热器形成的加热腔。
15.进一步的，所述感应装置本体为桶状结构的熔炼炉，所述熔炼炉包括由无水冷感应加热器形成的加热熔炼腔。
16.进一步的，所述加热熔炼腔内设有采用散打料在耐火层包裹体的内壁打造的炉膛。
17.进一步的，所述加热熔炼腔内设有石墨坩埚。
18.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
19.1、本发明中，通过无水冷感应加热的方式，通过热传导第一定律验证，其单位面积上的散热功率只有水冷时的33.4％，节能效果显著，同时可以节约水资源，避免漏水在成的事故。
20.2、本发明中，通过在铜制感应线圈的表面进行搪瓷或化学镀ni
‑
p合金并氧化后再进行搪瓷，分别在700℃和800℃的高温下经过1000h试验仍无明显氧化，有效提高感应加热器在高温下的抗氧化作用，提高加热装置的使用寿命。
21.3、本发明中，通过在被加热金属和感应加热线圈之间增加耐火层可进一步减小热损失；通过在感应器外包裹保温材料进一步降低热损耗。
22.4、本发明中，使用的耐火材料中，在耐火水泥中添加氧化铝空心球可以大大减小散热系数，从而减小散热功率；同样在设计上，通过增大感应圈半径，在内径不变和感应圈温度不变情况下也可以降低散热功率。
23.5、采用本发明的加热装置，即加热炉或熔炼炉，易于加工生产制造，降低工程造价。
附图说明
24.图1为本发明实施例1的结构示意图；
25.图2为本发明实施例2的结构示意图；
26.图3为本发明实施例3的结构示意图；
27.图4为本发明实施例1中抗氧化感应加热线圈的铜线的截面图；
28.图5为本发明实施例2或3中抗氧化感应加热线圈的铜线的截面图；
29.图6为本发明中耐火层包裹体的部分结构示意图。
30.1、感应加热线圈；101、抗氧化感应加热线圈；10、抗氧化涂层；11、喷砂层；12、搪瓷涂层；111、内附层；13、ni
‑
p合金镀层；2、耐火层包裹体；21、耐火水泥层；22、氧化铝空心球；3、保温层；4、加热腔；5、炉膛；6、加热熔炼腔；7、石墨坩埚。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、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1
‑
6，对本发明实施例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部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的一个实施例中，如图1、4、6所示：一种节能型感应加热装置，包括感应装置本体01，所述感应装置本体01包括无水冷感应加热器02，所述感应装置本体01为管状的加热炉，所述加热炉包括由无水冷感应加热器02形成的加热腔4，所述无水冷感应加热器02包括抗氧化感应加热线圈101，所述抗氧化感应加热线圈101包括感应加热线圈1，所述感应加热线圈1的表面设有抗氧化涂层10，所述抗氧化感应加热线圈101外包裹有耐火层包裹体2，所述耐火层包裹体2的外表面设有保温层3。
33.其中，所述感应加热线圈1为采用实心铜带螺旋形状。
34.其中，所述耐火层包裹体2包括耐火水泥层21，所述耐火水泥层21内嵌有若干氧化铝空心球22。
35.其中，所述抗氧化涂层的厚度为0.18mm。
36.其中，所述内附层111为设于感应加热线圈1的表面的喷砂层11，所述抗氧化涂层10包括设于喷砂层11的外表面的搪瓷涂层12。
37.其中，所述保温层3为3层10mm厚的含纳米气凝胶的保温毡。
38.使用上述的感应装置本体01，这种管状加热器或加热炉可以用来加热回转体一类的金属工件或毛坯，例如轴承套圈、活塞销的加热淬火，圆柱状锻造毛坯的加热。具体使用时，金属件以一定速度通过加热区4可被加热，通过控制感应加热圈1中通过的电流大小以及金属件的运动速度可以调节加热温度。
39.在本发明的另一个实施例中，
40.如图2、5、6所示：一种节能型感应加热装置，包括感应装置本体01，所述感应装置本体01包括无水冷感应加热器02，所述感应装置本体为桶状结构的熔炼炉，所述熔炼炉包括由无水冷感应加热器形成的加热熔炼腔，所述加热熔炼腔内设有采用散打料在耐火层包裹体的内壁打造的炉膛，所述无水冷感应加热器02包括抗氧化感应加热线圈101，所述抗氧化感应加热线圈101包括感应加热线圈1，所述感应加热线圈1的表面设有抗氧化涂层10，所述抗氧化感应加热线圈101外包裹有耐火层包裹体2，所述耐火层包裹体2的外表面设有保温层3。
41.其中，所述感应加热线圈1为采用实心铜带螺旋形状。
42.其中，所述耐火层包裹体2包括耐火水泥层21，所述耐火水泥层21内嵌有若干氧化铝空心球22。
43.其中，所述内附层111为设于感应加热线圈1的表面的ni
‑
p合金镀层13，所述ni
‑
p合金镀层13的外表面设有搪瓷涂层12。
44.其中，搪瓷涂层12的厚度为0.18mm，ni
‑
p合金镀层13的厚度为5μm。
45.其中，所述保温层3为5层10mm厚的含纳米气凝胶的保温毡。
46.使用上述的感应装置本体01，用散打料打的炉膛5多用于熔炼如钢和铸铁等黑色金属。
47.在本发明的另一个实施例中，如图3、5、6所示：一种节能型感应加热装置，包括感应装置本体01，所述感应装置本体01包括无水冷感应加热器02，所述感应装置本体01为桶状结构的熔炼炉，所述熔炼炉包括由无水冷感应加热器02形成的加热熔炼腔，所述加热熔炼腔内设有石墨坩埚7，所述无水冷感应加热器02包括抗氧化感应加热线圈101，所述抗氧化感应加热线圈101包括感应加热线圈1，所述感应加热线圈1的表面设有抗氧化涂层10，所
述抗氧化感应加热线圈101外包裹有耐火层包裹体2，所述耐火层包裹体2的外表面设有保温层3。
48.其中，所述感应加热线圈1为采用实心铜带螺旋形状。
49.其中，所述内附层111为设于感应加热线圈1的表面的ni
‑
p合金镀层13，所述ni
‑
p合金镀层13的外表面设有搪瓷涂层12。
50.其中，搪瓷涂层12的厚度为0.18mm，ni
‑
p合金镀层13的厚度为5μm。
51.其中，所述耐火层包裹体2包括耐火水泥层21，所述耐火水泥层21内嵌有若干氧化铝空心球22。
52.其中，所述保温层3为5层10mm厚的含纳米气凝胶的保温毡。
53.使用上述的感应装置本体01，放置石墨坩埚7多用于熔炼如铜、铝等有色金属及其合金的熔炼。
54.在本发明的另一个实施例中，一种节能型感应加热装置，包括感应装置本体01，所述感应装置本体01包括无水冷感应加热器02，所述感应装置本体01为管状的加热炉，所述加热炉包括由无水冷感应加热器02形成的加热腔4，所述无水冷感应加热器02包括抗氧化感应加热线圈101，所述抗氧化感应加热线圈101包括感应加热线圈1，所述感应加热线圈1的表面设有抗氧化涂层10，所述抗氧化感应加热线圈101外包裹有耐火层包裹体2，所述耐火层包裹体2的外表面设有保温层3。
55.其中，所述感应加热线圈1为采用铜管制成的螺旋形状，采用铜管制成的螺旋形状的感应加热线圈1，其两端用焊接方法将两端密封。
56.其中，所述抗氧化涂层的厚度为0.18mm。
57.其中，所述内附层111为设于感应加热线圈1的表面的喷砂层11，所述抗氧化涂层10包括设于喷砂层11的外表面的搪瓷涂层12。
58.其中，所述耐火层包裹体2包括耐火水泥层21，所述耐火水泥层21内嵌有若干氧化铝空心球22。
59.其中，所述保温层3为3层10mm厚的含纳米气凝胶的保温毡。
60.实验例
61.取第一个的管状的加热装置，从节能原理和节能效果方面进一步说明，
62.设耐火材料管即耐火层包裹体2的内半径为r0,外半径为r1,耐火材料的导热系数为λ0(1 α0t),内壁温度为t0，其中，如果被加热的是固体金属，该温度略低于金属温度，如果是液态金属则等于液态金属温度；r1位置的温度为t1，保温层3的内半径为r1(忽略感应器厚度),外半径为r2,保温材料的导热系数为λ1(1 α1t)，保温层3的外表温度为t2，环境温度为t
环
，保温材料与环境之间的热交换系数为β。
63.根据热传导第一定律可得内表面(r＝r0)单位面积的散热功率j0＝λ0[1 α0(t0 t1)/2](t0‑
t1)/[r0ln(r1/r0)]；
[0064]
由此可见，减小t0‑
t1，即提高t1温度，则单位面积上散热功率减小。
[0065]
例如，常用的锻造加热温度t0＝1050℃，如果感应器用水冷却，t1≈100℃，如果不用水冷却，设t1＝750℃，两者单位面积的散热功率之比为：(1 900α0)*300/(1 575α0)/950,如果取α0＝2
×
10
‑4，则为0.334，即当t1温度提高到750℃，其单位面积上的散热功率只有水冷时的33.4％，节能效果显著。
[0066]
为了使r＝r1处的温度t1＝750℃，外面必须加保温层3，此处单位面积向外扩散的功率为：
[0067]
j1＝(r0/r1)j0＝λ1[1 α1(t1 t2)/2](t1‑
t2)/[r1ln(r2/r1)]＝
[0068]
(r0/r1)
×
λ0[1 α0(t0 t1)/2](t0‑
t1)/[r0ln(r1/r0)]，
[0069]
即：
[0070]
λ1[1 α1(t1 t2)/2](t1‑
t2)/[r1ln(r2/r1)]＝(r0/r1)
×
λ0[1 α0(t0 t1)/2](t0‑
t1)/[r0ln(r1/r0)]
ꢀꢀ
(方程1)。
[0071]
保温层3半径为r2处单位面积扩散的功率为：
[0072]
j2＝(r0/r2)j0＝(r0/r2)
×
λ0[1 α0(t0 t1)/2](t0‑
t1)/[r0ln(r1/r0)],其等于
[0073]
散失到环境中的功率β(t2‑
t
环
)，
[0074]
即：
[0075]
(r0/r2)
×
λ0[1 α0(t0 t1)/2](t0‑
t1)/[r0ln(r1/r0)]＝β(t2‑
t
环
)
ꢀꢀ
(方程2)
[0076]
联立求解以上两个方程可以求出t2和r2。
[0077]
选用导热系数λ0小的材料，同样可以减小单位面积散热功率。在耐火水泥中添加氧化铝空心球可以大大减小散热系数，从而减小散热功率。在设计上，如果增大感应圈半径，在内径不变和感应圈温度不变情况下也可以降低散热功率。
[0078]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0079]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。