專利名稱：一種熱處理pan基碳氈的井式高溫電阻爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫工業爐，具體是一種井式高溫電阻爐。
背景技術：
以PAN基平板氈為原料，經預氧化、900°C炭化制得碳氈，碳氈再經1600 1800°C的熱處理，使其進一步炭化，制得高溫氈。本發明用于對PAN基碳 氈 進行1600 1800°C的熱處理。高溫氈的優點是耐燒蝕、抗腐蝕、純度高、含碳量高、高溫無揮發、導熱系數小、高溫不變形。廣泛應用于真空爐(特別是單晶硅爐)和惰性氣體爐的絕熱材料，熱的氣體、液體、熔融金屬的濾材，燃料電池多孔電極，催化劑載體、耐腐蝕容器襯里。高溫電阻爐是一種對工件進行熱處理的設備，利用電阻發熱的原理，把電能轉化為熱能，產生熱量。其主要優點是噪聲小，環境污染少，自動化程度高，控溫精度高，爐溫均勻性好。根據結構不同，主要有井式、臥式、臺車式、箱式等種類。高溫爐主要分為爐殼、發熱體、保溫層、爐膛。1994年7月6日公開的專利號為ZL93239340. 3，名稱為“低能耗真空石墨高溫爐”的專利申請文件中公開了一種工業高溫爐，它包括石墨加熱筒體、殼體及其支架，石墨加熱筒體沿著垂直軸線方向交錯等距成雙地分割成不間斷加熱電極小塊，縫隙處填充有耐高溫絕緣填料，通電電極從位于加熱筒體一端的、不間斷加熱電極小塊的兩個端子輸入。冷卻水盤管焊接于石墨加熱筒體上，其輸入輸出端由殼體穿進引出。2012年2月8日公開的專利號為ZL201110303419. 0，名稱為“一種高溫爐發熱體”的專利申請文件中公開了一種高溫爐發熱體，將若干根鎢棒加工成形狀為“彎折U形”，然后將“彎折U形”鎢棒的兩端按軸對稱排列方式分別安裝于兩個環形電極圈上，制作成高溫爐發熱體，通電后形成具有軸向溫度梯度且周向完全對稱的溫度分布，適用于要求縱向有溫度梯度且具有軸對稱溫度分布的高溫爐設備。上述兩個專利申請文件中公開的工業高溫爐存在如下不足I)發熱體成本較高，結構復雜，不便于維修更換。2)熱屏蔽能力不好，設備的高溫會對周圍環境及工作人員造成影響。3)保溫能力不好，會增加能耗并降低工作效率。
發明內容
為了克服現有技術存在的發熱體結構復雜、熱屏蔽差，以及保溫性差的不足，本發明提出了一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐。本發明包括上循環水箱、爐體、下循環水箱、發熱體；所述的爐體內有保溫層，在爐體頂端有上保溫蓋，發熱體位于爐體內中心處，上循環水箱固定在上保溫蓋的上表面，下循環水箱固定在爐體的下端；所述發熱體包括多塊石墨電熱板、多塊石墨連板和三個電極孔，石墨板與環狀石墨連板之間采用二并聯四串聯的連接方式，并通過三個電極形成三角形連接；在上循環水箱和下循環水箱內布有水通道；爐體的殼體為夾層，該夾層空間形成了循環水的通路。
上循環水箱和下循環水箱均為兩端封閉的箱體，分別包括二個圓形端板、圓環形的壁板和多塊水路隔板；所述多塊水路隔板交錯排布在上循環水箱或下循環水箱內，并分別固定在所處循環水箱的二個端板上。爐體包括兩層不同直徑的環形壁板和兩個法蘭；所述兩層不同直徑的環形壁板嵌套，并將嵌套后的環形壁板的兩端焊接在法蘭上。安裝在爐體內的發熱體的外圓表面與爐體內壁之間有IOOmm的間距。在上循環水箱上端蓋的中心有觀察窗；在下循環水箱下端蓋的中心有貫通的進氣孔。所述法蘭為圓環形，該法蘭的外徑與循環水箱上法蘭的外徑相同；該法蘭的內徑與爐體的內徑相同，在所述法蘭的一個表面有環形的密封槽，分別用于該表面與固定在該表面上的上循環水箱或下循環水箱之間的密封。 爐體中部設計有測溫孔，供熱電偶、光學高溫計測溫，爐溫在0-1000°C時，用熱電偶測溫，爐溫在1000-1800°C時，用光學高溫計測溫，這樣的設計降低了測溫裝置的成本。本發明的發熱體結構簡單，成本低廉，布局合理，便于維修更換，使爐膛能夠均勻地加熱，爐膛均溫區的溫差為±10°c。專利號為ZL201110303419.0，名稱為“一種高溫爐發熱體”的專利申請文件中介紹了一種用鎢棒制成的高溫爐發熱體，相對于這種發熱體，本發明的發熱體降低成本約50%。專利號為ZL93239340. 3，名稱為“低能耗真空石墨高溫爐”的專利申請文件介紹，石墨加熱筒體的兩極需通入上萬安培的電流，本發明的設計電流為3600安培，有效的降低了能耗。上循環水箱、爐體、下循環水箱的循環水可以均勻定向流動，能有效地屏蔽爐膛的熱輻射，爐體外壁溫度不高于室溫+ 25°C，不會對周圍環境及工作人員造成影響。爐體內襯有保溫層，上部設計有上保溫蓋，保溫層為多層碳氈縫合而成，能有效地對爐膛進行保溫，確保爐膛具有設計的升溫速率。不同的溫度段采用不同的測溫裝置，降低了成本。
圖I為高溫爐的結構示意圖；圖2為爐蓋的結構示意圖；圖3為爐底的結構示意圖；圖4為發熱體的展開圖；圖5為發熱體的俯視圖；圖6為發熱體的連接示意圖。圖中I.爐蓋觀察窗 2.上循環水箱3.爐體4.下循環水箱 5.進氣孔6.爐體抽氣口 7.熱電偶插孔8.光學測溫口 9.上循環水箱隔板10.下循環水箱隔板11.石墨電熱板12.石墨聯板 13.電極孔14.上保溫蓋 15.保溫層 16.發熱體 17.法蘭18.密封槽19.出水口20.進水口
具體實施例方式本實施例是一種用于熱處理PAN基碳氈的裝置，包括上循環水箱2、爐體3、下循環水箱4、發熱體16。所述的爐體內有保溫層15，在爐體頂端有上保溫蓋14。發熱體16位于爐體內，并通過高鋁磚和電極支撐在爐底板上。上循環水箱2安放在上保溫蓋14的上表面，下循環水箱4位于爐體3的下端，并通過法蘭17分別與爐體的上端和下端固連。在爐體內底板上鋪設有用碳氈制成的保溫層。爐體3上部有爐體抽氣口 6，通過活套法蘭將該爐體3與真空系統、排廢系統連接。在爐體3中部有熱電偶插孔7，便于對爐內溫度進行檢測，插孔熱電偶7上裝有膠木環和密封圈。在爐體中部設有光學測溫口 8，使用石英玻璃與外界隔絕，為主要測溫點。爐體內壁襯有130mm厚的保溫層15,采用IOmm厚的碳租通過Φ3ι πι碳繩縫合而成。爐體中心為石墨發熱體16，限于石墨坯料尺寸及成本等原因，發熱體使用石墨電熱板11與環狀石墨連板12通過石墨螺栓螺母連接。整體采用二并聯四串聯的方法，通過三個電極形成Λ連接。上循環水箱2包括二個與爐體直徑相同的圓形端板、圓環形的壁板和多塊上循環 水箱隔板9組成。所述壁板位于二個端板之間，并通過焊接的方式與所述蓋板固連，形成了中空的上循環水箱2 ;多塊上循環水箱隔板9交錯排布在上循環水箱內，并固定在二個端板上，形成了蛇行狀的水通道。所述圓環形的壁板的高度根據實現冷卻所需的冷卻水流量確定，本實施例中，該圓環形的壁板的高度為76mm。在上循環水箱2的上端蓋的中心有觀察窗
Io下循環水箱4亦包括二個與爐體直徑相同的圓形端板、圓環形的壁板和多塊下循環水箱隔板10組成。所述壁板位于二個端板之間，并通過焊接的方式與所述蓋板固連，形成了中空的上循環水箱2 ;多塊下循環水箱隔板10交錯排布在下循環水箱內，并固定在二個端板上，形成了蛇行狀的水通道。所述圓環形的壁板的高度根據實現冷卻所需的冷卻水流量確定，本實施例中，該圓環形的壁板的高度為76mm。在下循環水箱4下端蓋的中心有貫通的進氣孔5，進氣孔5為碳鋼管，與下循環水箱4下端蓋采用焊接連接。爐體3包括兩層不同直徑的環形壁板和兩個法蘭。爐體3的殼體為夾層，用兩層不同直徑的環形壁板嵌套，并將嵌套后的環形壁板的兩端焊接在法蘭上而形成，使兩層壁板之間的夾層空間形成了循環水的通路。本實施例中，爐體3上兩層壁板之間的間距為40mm。在爐體外側壁板的上端有出水口 19，在爐體外側壁板的下端有進水口 20，進水口 20、出水口 19均為碳鋼管，與爐體焊接連接。所述法蘭17為圓環形，在法蘭的外緣處有連接孔。該法蘭的外徑與循環水箱上法蘭的外徑相同；該法蘭的內徑與爐體3的內徑相同。在所述法蘭17的一個表面有環形的密封槽18，分別用于該表面與固定在該表面上的上循環水箱2或下循環水箱4之間的密封。發熱體16包括多塊石墨電熱板11、多塊石墨連板12和三個電極孔13。發熱體16為環形，其尺寸依據所加工產品的尺寸確定。本實施例中，發熱體16的內徑為1700_，發熱體16的外徑需使該發熱體安裝在爐體內后，其外圓表面與爐體內壁之間有IOOmm的間距。石墨電熱板11的數量依據井式高溫電阻爐的設計功率確定，本實施例中，石墨電熱板11為24塊。將所述石墨電熱板2塊一組均分為12組,并將該石墨電熱板的兩端分別固定在石墨連板12上，形成了發熱體16。在固定石墨電熱板時，采用二并聯四串聯的方式使各石墨電熱板形成三角形連接，即將四組石墨電熱板11的兩端各通過一塊石墨連板12并聯，形成四組并聯后的石墨電熱板；將四組并聯后的石墨電熱板之間相互串連，形成一個石墨電熱板電阻。按照上述方法將所有的石墨電熱板連接，共形成三個石墨電熱板電阻。將所述三個石墨電熱板電阻的兩端均與一個電極連接，形成了三角形連接。上保溫蓋14采用碳租制成。所述碳租的厚度為120mm,用碳繩縫在圓形的不銹鋼架上。本實施例在工作時，上循環水箱2和下循環水箱4中的隔板將所述的上循環水箱2和下循環水箱4內分割成蛇形通道，使循環水定向均勻流動，防止形成死水區域導致局部溫度過高。上保溫蓋14用于防止工作中爐內熱氣流對上循環水箱2的沖擊。爐蓋觀察窗I是一個立筒，與爐蓋焊接在一起，上部裝有一塊透明的石英玻璃，可通過觀察窗I觀察爐膛。本發明在工作時，碳氈卷豎直放入爐膛內，裝好上保溫蓋14，裝好上循環水箱2，用螺栓緊固，從爐體抽氣口 6將爐膛抽至真空，從進氣孔5通入惰性保護氣體，打開循環水， 使循環水定向流動，接通電源，向發熱體通入電流，按照既定溫控曲線對碳氈進行熱處理。
權利要求
1.一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于，包括上循環水箱、爐體、下循環水箱、發熱體；所述的爐體內有保溫層，在爐體頂端有上保溫蓋,發熱體位于爐體內中心處，上循環水箱固定在上保溫蓋的上表面，下循環水箱固定在爐體的下端；所述發熱體包括多塊石墨電熱板、多塊石墨連板和三個電極孔，石墨板與環狀石墨聯板之間采用二并聯四串聯的連接方式，并通過三個電極形成三角形連接；在上循環水箱和下循環水箱內布有水通道；爐體的殼體為夾層，該夾層空間形成了循環水的通路。
2.如權利要求I所述一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于，上循環水箱和下循環水箱均為兩端封閉的箱體，分別包括二個圓形端板、圓環形的壁板和多塊水路隔板；所述多塊水路隔板交錯排布在上循環水箱或下循環水箱內，并分別固定在所處循環水箱的二個端板上。
3.如權利要求I所述一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于，爐體包括兩層不同直徑的環形壁板和兩個法蘭；所述兩層不同直徑的環形壁板嵌套，并將嵌套后的環形壁板的兩端焊接在法蘭上。
4.如權利要求I所述一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于，安裝在爐體內的發熱體的外圓表面與爐體內壁之間有IOOmm的間距。
5.如權利要求2所述一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于，在上循環水箱上端蓋的中心有觀察窗；在下循環水箱下端蓋的中心有貫通的進氣孔。
6.如權利要求3所述一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，其特征在于所述法蘭為圓環形，該法蘭的外徑與循環水箱上法蘭的外徑相同；該法蘭的內徑與爐體的內徑相同，在所述法蘭的一個表面有環形的密封槽，分別用于該表面與固定在該表面上的上循環水箱或下循環水箱之間的密封。
全文摘要
一種熱處理PAN基碳氈的井式高溫電阻爐，發熱體位于爐體內中心處，上循環水箱固定在上保溫蓋的上表面，下循環水箱固定在爐體的下端。發熱體的石墨板與環狀石墨聯板之間采用二并聯四串聯的連接方式，并通過三個電極形成三角形連接。在上循環水箱和下循環水箱內布有水通道。爐體的殼體為夾層，該夾層空間形成了循環水的通路。本發明的發熱體使爐膛均溫區的溫差為±10℃。爐蓋、爐體、爐底的循環水可以均勻定向流動，能有效地屏蔽爐膛的熱輻射，并且爐體外壁溫度不高于室溫＋25℃。爐體內的保溫層能有效地對爐膛進行保溫，降低了能耗，并具有結構簡單，布局合理的通道，便于維修更換。
文檔編號F27B1/09GK102878796SQ20121034673
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者王海濤, 許東, 葛光濤, 張鵬, 王 華 申請人:西安康本材料有限公司