一种无水冷感应加热器的加工工艺
阅读说明：本技术 一种无水冷感应加热器的加工工艺 (Processing technology of water-cooling-free induction heater ) 是由 郭延强 王顺兴 郭志强 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种无水冷感应加热器,属于感应加热器技术领域,包括抗氧化感应加热线圈,抗氧化感应加热线圈包括感应加热线圈,感应加热线圈的表面设有抗氧化涂层,抗氧化感应加热线圈外包裹有耐火层包裹体,耐火层包裹体的外表面设有保温层；一种无水冷感应加热器的加工工艺,包括如下步骤：(1)先对螺旋状的感应加热线圈的表面做预处理；(2)对经过预处理后的感应加热线圈的表面喷涂釉浆、烘干、焙烧形成抗氧化涂层；(3)取耐火水泥并添加骨料通过浇注在抗氧化感应加热线圈外形成耐火层包裹体；(4)在耐火层包裹体的外表面包裹保温层。本发明可以提高感应加热线圈的抗氧化作用,提高热效率,降低热损耗,降低工程造价。(The invention provides a water-cooling-free induction heater, which belongs to the technical field of induction heaters and comprises an antioxidant induction heating coil, wherein the antioxidant induction heating coil comprises an induction heating coil, an antioxidant coating is arranged on the surface of the induction heating coil, a refractory layer inclusion is wrapped outside the antioxidant induction heating coil, and a heat-insulating layer is arranged on the outer surface of the refractory layer inclusion; a processing technology of a water-cooling-free induction heater comprises the following steps: (1) firstly, preprocessing the surface of a spiral induction heating coil; (2) spraying glaze slurry on the surface of the pretreated induction heating coil, drying and roasting to form an antioxidant coating; (3) taking refractory cement and adding aggregate, and pouring the refractory cement and the aggregate outside the antioxidant induction heating coil to form a refractory layer inclusion; (4) the outer surface of the fire-resistant layer inclusion is wrapped with an insulating layer. The invention can improve the antioxidation of the induction heating coil, improve the thermal efficiency, reduce the thermal loss and reduce the construction cost.)
技术领域
本发明涉及感应加热器技术领域，具体涉及一种无水冷感应加热器的加工工艺。
背景技术
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。
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。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无水冷感应加热器的加工工艺，提高感应加热线圈的抗氧化作用，提高热效率，降低热损耗，降低工程造价。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无水冷感应加热器，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。
进一步的，感应加热线圈为采用实心铜带或者铜管制成的螺旋形状。
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，避免使用过程中空气进入管内使其氧化。
进一步的，所述抗氧化涂层的厚度为0.15-0.20mm。
进一步的，保温层为多层，且每层的厚度均为10mm。
一种无水冷感应加热器的加工工艺，包括如下步骤：
(1)先对螺旋状的感应加热线圈的表面做预处理；
(2)按比例称取搪瓷粉和水并搅拌均匀制成搪釉浆，采用喷涂法将搪釉浆均匀喷涂于经过预处理后的感应加热线圈的表面，随后进行烘干、焙烧形成抗氧化的搪瓷涂层，即制成抗氧化感应加热线圈；
(3)取耐火水泥并添加骨料通过浇注在抗氧化感应加热线圈外形成耐火层包裹体；
(4)在耐火层包裹体的外表面包裹保温层即可。
进一步的，步骤(1)中的预处理方式为：先对感应加热线圈的表面进行除油处理，随后在其表面喷砂。
进一步的，步骤(1)中的预处理方式为：在感应加热线圈的表面镀Ni-P合金，并放入到高温空气炉中氧化处理。
进一步的，所述Ni-P合金的厚度为5-10μm。
进一步的，所述高温空气炉内的温度为750-850℃，氧化处理的时间为10-48h。
进一步的，步骤(2)中搪釉浆中搪瓷粉和水的比例为100:45，焙烧的温度为850℃。
进一步的，步骤(3)中耐火水泥和骨料的配比为3:7。
进一步的，所述骨料为氧化铝空心球、氧化铝颗粒、棕刚玉中的一种或多种的混合物。
进一步的，所述保温层为耐火纤维毯、耐火纤维毡、含纳米气凝胶的保温毡中的一种。
进一步的，所述工艺制得的无水冷感应加热器用于加热炉或熔炼炉。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明的一种无水冷感应加热器通过在铜制感应器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。
(2)本发明代替水冷感应器，可提高热效率，降低工程造价，节约水资源，避免漏水造成的事故。
(3)本发明，通过抗氧化涂层的处理，可以有效提高感应加热器的使用寿命。
(4)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。
(5)本发明中，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。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明中抗氧化感应加热线圈的铜线的截面示意图。
1、感应加热线圈；101、抗氧化感应加热线圈；10、抗氧化涂层；12、搪瓷涂层，2、耐火层包裹体；3、保温层；4、加热腔；5、炉膛；6、加热熔炼腔。
具体实施方式
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1-2，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。
实施例1
如图1所示：一种无水冷感应加热器，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。
其中，所述感应加热线圈1为采用实心铜带螺旋形状。
使用上述的无水冷感应加热器制成管状的加热装置，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，通过控制感应圈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。
实施例2
一种无水冷感应加热器，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。
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。
实施例3
实施例1、2中无水冷感应加热器的加工工艺如下：
(1)先对感应加热线圈1的表面进行除油处理，随后在其表面均匀喷砂；
(2)按搪瓷粉:水＝100:45的比例配制釉浆，采用喷涂法将搪釉浆均匀喷涂于经过预处理后的感应加热线圈1的表面，喷涂的厚度为0.15mm，随后进行烘干、并在850℃的电炉中焙烧形成具有抗氧化作用的搪瓷涂层12，即制成抗氧化感应加热线圈101；
(3)用800#耐火水泥和0-3mm氧化铝空心球浇注，在抗氧化感应加热线圈101外形成耐火层包裹体2，其中800#耐火水泥与氧化铝空心球的配比为3:7；
(4)在耐火层包裹体2的外表面用10mm的含纳米气凝胶的保温毡包裹作为保温层3。
实施例4
如图2所示，一种无水冷感应加热器，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。
使用上述的无水冷感应加热器制成熔炼炉，形成加热熔炼腔6，在加热熔炼腔6内即在桶状的耐火层包裹体2的内部用散打料打炉膛5或放一个石墨坩埚。
用散打料打的炉膛5多用于熔炼如钢和铸铁等黑色金属，放置石墨坩埚多用于熔炼如铜、铝等有色金属及其合金的熔炼。
实施例5
实施例2中无水冷感应加热器的加工工艺如下：
(1)感应加热线圈1绕制成螺旋状，在感应加热线圈1的表面化学镀5μm的Ni-P合金层，在750℃的空气炉中氧化10小时，形成具有抗氧化作用的Ni-P合金镀层；
(2)按搪瓷粉:水＝100:45的比例配制釉浆，采用喷涂法将搪釉浆均匀喷涂于经过预处理后的感应加热线圈1的表面，喷涂的厚度为0.18mm，随后进行烘干、并在850℃的电炉中焙烧形成具有抗氧化作用的搪瓷涂层12，即制成抗氧化感应加热线圈101；
(3)用800#耐火水泥和0-5mm氧化铝空心球浇注，在抗氧化感应加热线圈101外形成耐火层包裹体2，其中800#耐火水泥与氧化铝空心球的配比为3:7。
(4)在耐火层包裹体2的外表面用10mm的含纳米气凝胶的保温毡包裹作为保温层3。
实施例6
实施例2中无水冷感应加热器的加工工艺如下：
(1)感应加热线圈1绕制成螺旋状，在感应加热线圈1的表面化学镀8μm的Ni-P合金层，在850℃的空气炉中氧化48小时，形成具有抗氧化作用的Ni-P合金镀层；
(2)按搪瓷粉:水＝100:45的比例配制釉浆，采用喷涂法将搪釉浆均匀喷涂于经过预处理后的感应加热线圈1的表面，喷涂的厚度为0.18mm，随后进行烘干、并在850℃的电炉中焙烧形成具有抗氧化作用的搪瓷涂层12，即制成抗氧化感应加热线圈101；
(3)用800#耐火水泥和0-5mm氧化铝空心球浇注，在抗氧化感应加热线圈101外形成耐火层包裹体2，其中800#耐火水泥与氧化铝空心球的配比为3:7。
(4)在耐火层包裹体2的外表面用10mm的含纳米气凝胶的保温毡包裹作为保温层3。
实施例7
实施例2中无水冷感应加热器的加工工艺如下：
(1)感应加热线圈1绕制成螺旋状，在感应加热线圈1的表面化学镀10μm的Ni-P合金层，在800℃的空气炉中氧化24小时，形成具有抗氧化作用的Ni-P合金镀层；
(2)按搪瓷粉:水＝100:45的比例配制釉浆，采用喷涂法将搪釉浆均匀喷涂于经过预处理后的感应加热线圈1的表面，喷涂的厚度为0.18mm，随后进行烘干、并在850℃的电炉中焙烧形成具有抗氧化作用的搪瓷涂层12，即制成抗氧化感应加热线圈101；
(3)用800#耐火水泥和0-5mm氧化铝空心球浇注，在抗氧化感应加热线圈101外形成耐火层包裹体2，其中800#耐火水泥与氧化铝空心球的配比为3:7。
(4)在耐火层包裹体2的外表面用10mm的含纳米气凝胶的保温毡包裹作为保温层3。
实验例：
取实施例1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，
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。
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)]；
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。
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。
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：
J1＝(r0/r1)J0＝λ1[1+α1(T1+T2)/2](T1-T2)/[r1ln(r2/r1)]＝
(r0/r1)×λ0[1+α0(T0+T1)/2](T0-T1)/[r0ln(r1/r0)]，
即：
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)。
保温层3半径为r2处单位面积扩散的功率为：
J2＝(r0/r2)J0＝(r0/r2)×λ0[1+α0(T0+T1)/2](T0-T1)/[r0ln(r1/r0)],其等于散失到环境中的功率β(T2-T环)，
即：
(r0/r2)×λ0[1+α0(T0+T1)/2](T0-T1)/[r0ln(r1/r0)]＝β(T2-T环)(方程2)
联立求解以上两个方程可以求出T2和r2。
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。
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。
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