一种热处理PAN基碳毡的井式高温电阻炉

摘要

一种热处理PAN基碳毡的井式高温电阻炉，发热体位于炉体内中心处，上循环水箱固定在上保温盖的上表面，下循环水箱固定在炉体的下端。发热体的石墨板与环状石墨联板之间采用二并联四串联的连接方式，并通过三个电极形成三角形连接。在上循环水箱和下循环水箱内布有水通道。炉体的壳体为夹层，该夹层空间形成了循环水的通路。本发明的发热体使炉膛均温区的温差为±10℃。炉盖、炉体、炉底的循环水可以均匀定向流动，能有效地屏蔽炉膛的热辐射，并且炉体外壁温度不高于室温＋25℃。炉体内的保温层能有效地对炉膛进行保温，降低了能耗，并具有结构简单，布局合理的通道，便于维修更换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温工业炉，具体是一种井式高温电阻炉。

背景技术

以PAN基平板毡为原料，经预氧化、900℃炭化制得碳毡，碳毡再经1600～1800 ℃的热处理，使其进一步炭化，制得高温毡。本发明用于对PAN基碳毡进行1600～1800 ℃的热处理。高温毡的优点是：耐烧蚀、抗腐蚀、纯度高、含碳量高、高温无挥发、 导热系数小、高温不变形。广泛应用于：真空炉（特别是单晶硅炉）和惰性气体炉的 绝热材料，热的气体、液体、熔融金属的滤材，燃料电池多孔电极，催化剂载体、耐 腐蚀容器衬里。高温电阻炉是一种对工件进行热处理的设备，利用电阻发热的原理， 把电能转化为热能，产生热量。其主要优点是：噪声小，环境污染少，自动化程度高， 控温精度高，炉温均匀性好。根据结构不同，主要有井式、卧式、台车式、箱式等种 类。高温炉主要分为：炉壳、发热体、保温层、炉膛。

1994年7月6日公开的专利号为ZL93239340.3，名称为“低能耗真空石墨高温炉” 的专利申请文件中公开了一种工业高温炉，它包括石墨加热筒体、壳体及其支架，石 墨加热筒体沿着垂直轴线方向交错等距成双地分割成不间断加热电极小块，缝隙处填 充有耐高温绝缘填料，通电电极从位于加热筒体一端的、不间断加热电极小块的两个 端子输入。冷却水盘管焊接于石墨加热筒体上，其输入输出端由壳体穿进引出。

2012年2月8日公开的专利号为ZL201110303419.0，名称为“一种高温炉发热体” 的专利申请文件中公开了一种高温炉发热体，将若干根钨棒加工成形状为“弯折U形”， 然后将“弯折U形”钨棒的两端按轴对称排列方式分别安装于两个环形电极圈上，制 作成高温炉发热体，通电后形成具有轴向温度梯度且周向完全对称的温度分布，适用 于要求纵向有温度梯度且具有轴对称温度分布的高温炉设备。

上述两个专利申请文件中公开的工业高温炉存在如下不足：

1)发热体成本较高，结构复杂，不便于维修更换。

2)热屏蔽能力不好，设备的高温会对周围环境及工作人员造成影响。

3)保温能力不好，会增加能耗并降低工作效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的发热体结构复杂、热屏蔽差，以及保温性差的不足，本 发明提出了一种热处理PAN基碳毡的井式高温电阻炉。

本发明包括上循环水箱、炉体、下循环水箱、发热体；所述的炉体内有保温层， 在炉体顶端有上保温盖，发热体位于炉体内中心处，上循环水箱固定在上保温盖的上 表面，下循环水箱固定在炉体的下端；所述发热体包括多块石墨电热板、多块石墨连 板和三个电极孔，石墨板与环状石墨连板之间采用二并联四串联的连接方式，并通过 三个电极形成三角形连接；在上循环水箱和下循环水箱内布有水通道；炉体的壳体为 夹层，该夹层空间形成了循环水的通路。

上循环水箱和下循环水箱均为两端封闭的箱体，分别包括二个圆形端板、圆环形 的壁板和多块水路隔板；所述多块水路隔板交错排布在上循环水箱或下循环水箱内， 并分别固定在所处循环水箱的二个端板上。

炉体包括两层不同直径的环形壁板和两个法兰；所述两层不同直径的环形壁板嵌 套，并将嵌套后的环形壁板的两端焊接在法兰上。

安装在炉体内的发热体的外圆表面与炉体内壁之间有100mm的间距。

在上循环水箱上端盖的中心有观察窗；在下循环水箱下端盖的中心有贯通的进气 孔。

所述法兰为圆环形，该法兰的外径与循环水箱上法兰的外径相同；该法兰的内径 与炉体的内径相同，在所述法兰的一个表面有环形的密封槽，分别用于该表面与固定 在该表面上的上循环水箱或下循环水箱之间的密封。

炉体中部设计有测温孔，供热电偶、光学高温计测温，炉温在0-1000℃时，用热 电偶测温，炉温在1000-1800℃时，用光学高温计测温，这样的设计降低了测温装置 的成本。

本发明的发热体结构简单，成本低廉，布局合理，便于维修更换，使炉膛能够均 匀地加热，炉膛均温区的温差为±10℃。专利号为ZL201110303419.0，名称为“一种 高温炉发热体”的专利申请文件中介绍了一种用钨棒制成的高温炉发热体，相对于这 种发热体，本发明的发热体降低成本约50%。专利号为ZL93239340.3，名称为“低能 耗真空石墨高温炉”的专利申请文件介绍，石墨加热筒体的两极需通入上万安培的电 流，本发明的设计电流为3600安培，有效的降低了能耗。上循环水箱、炉体、下循环 水箱的循环水可以均匀定向流动，能有效地屏蔽炉膛的热辐射，炉体外壁温度不高于 室温＋25℃，不会对周围环境及工作人员造成影响。炉体内衬有保温层，上部设计有 上保温盖，保温层为多层碳毡缝合而成，能有效地对炉膛进行保温，确保炉膛具有设 计的升温速率。不同的温度段采用不同的测温装置，降低了成本。

附图说明

图1为高温炉的结构示意图；

图2为炉盖的结构示意图；

图3为炉底的结构示意图；

图4为发热体的展开图；

图5为发热体的俯视图；

图6为发热体的连接示意图。图中：

1.炉盖观察窗    2.上循环水箱 3.炉体        4.下循环水箱   5.进气孔

6.炉体抽气口    7.热电偶插孔 8.光学测温口  9.上循环水箱隔板

10.下循环水箱隔板            11.石墨电热板 12.石墨联板    13.电极孔

14.上保温盖     15.保温层    16.发热体     17.法兰        18.密封槽

19.出水口       20.进水口

具体实施方式

本实施例是一种用于热处理PAN基碳毡的装置，包括上循环水箱2、炉体3、下 循环水箱4、发热体16。所述的炉体内有保温层15，在炉体顶端有上保温盖14。发 热体16位于炉体内，并通过高铝砖和电极支撑在炉底板上。上循环水箱2安放在上保 温盖14的上表面，下循环水箱4位于炉体3的下端，并通过法兰17分别与炉体的上 端和下端固连。在炉体内底板上铺设有用碳毡制成的保温层。炉体3上部有炉体抽气 口6，通过活套法兰将该炉体3与真空系统、排废系统连接。在炉体3中部有热电偶 插孔7，便于对炉内温度进行检测，插孔热电偶7上装有胶木环和密封圈。在炉体中 部设有光学测温口8，使用石英玻璃与外界隔绝，为主要测温点。

炉体内壁衬有130mm厚的保温层15，采用10mm厚的碳毡通过Φ3mm碳绳缝 合而成。炉体中心为石墨发热体16，限于石墨坯料尺寸及成本等原因，发热体使用石 墨电热板11与环状石墨连板12通过石墨螺栓螺母连接。整体采用二并联四串联的方 法，通过三个电极形成△连接。

上循环水箱2包括二个与炉体直径相同的圆形端板、圆环形的壁板和多块上循环 水箱隔板9组成。所述壁板位于二个端板之间，并通过焊接的方式与所述盖板固连， 形成了中空的上循环水箱2；多块上循环水箱隔板9交错排布在上循环水箱内，并固 定在二个端板上，形成了蛇行状的水通道。所述圆环形的壁板的高度根据实现冷却所 需的冷却水流量确定，本实施例中，该圆环形的壁板的高度为76mm。在上循环水箱 2的上端盖的中心有观察窗1。

下循环水箱4亦包括二个与炉体直径相同的圆形端板、圆环形的壁板和多块下循 环水箱隔板10组成。所述壁板位于二个端板之间，并通过焊接的方式与所述盖板固连， 形成了中空的上循环水箱2；多块下循环水箱隔板10交错排布在下循环水箱内，并固 定在二个端板上，形成了蛇行状的水通道。所述圆环形的壁板的高度根据实现冷却所 需的冷却水流量确定，本实施例中，该圆环形的壁板的高度为76mm。在下循环水箱 4下端盖的中心有贯通的进气孔5，进气孔5为碳钢管，与下循环水箱4下端盖采用 焊接连接。

炉体3包括两层不同直径的环形壁板和两个法兰。炉体3的壳体为夹层，用两层 不同直径的环形壁板嵌套，并将嵌套后的环形壁板的两端焊接在法兰上而形成，使两 层壁板之间的夹层空间形成了循环水的通路。本实施例中，炉体3上两层壁板之间的 间距为40mm。在炉体外侧壁板的上端有出水口19，在炉体外侧壁板的下端有进水口 20，进水口20、出水口19均为碳钢管，与炉体焊接连接。

所述法兰17为圆环形，在法兰的外缘处有连接孔。该法兰的外径与循环水箱上 法兰的外径相同；该法兰的内径与炉体3的内径相同。在所述法兰17的一个表面有 环形的密封槽18，分别用于该表面与固定在该表面上的上循环水箱2或下循环水箱4 之间的密封。

发热体16包括多块石墨电热板11、多块石墨连板12和三个电极孔13。发热体 16为环形，其尺寸依据所加工产品的尺寸确定。本实施例中，发热体16的内径为 1700mm，发热体16的外径需使该发热体安装在炉体内后，其外圆表面与炉体内壁之 间有100mm的间距。石墨电热板11的数量依据井式高温电阻炉的设计功率确定，本 实施例中，石墨电热板11为24块。将所述石墨电热板2块一组均分为12组，并将该 石墨电热板的两端分别固定在石墨连板12上，形成了发热体16。在固定石墨电热板 时，采用二并联四串联的方式使各石墨电热板形成三角形连接，即将四组石墨电热板 11的两端各通过一块石墨连板12并联，形成四组并联后的石墨电热板；将四组并联 后的石墨电热板之间相互串连，形成一个石墨电热板电阻。按照上述方法将所有的石 墨电热板连接，共形成三个石墨电热板电阻。将所述三个石墨电热板电阻的两端均与 一个电极连接，形成了三角形连接。

上保温盖14采用碳毡制成。所述碳毡的厚度为120mm，用碳绳缝在圆形的不锈 钢架上。

本实施例在工作时，上循环水箱2和下循环水箱4中的隔板将所述的上循环水箱 2和下循环水箱4内分割成蛇形通道，使循环水定向均匀流动，防止形成死水区域导 致局部温度过高。上保温盖14用于防止工作中炉内热气流对上循环水箱2的冲击。 炉盖观察窗1是一个立筒，与炉盖焊接在一起，上部装有一块透明的石英玻璃，可通 过观察窗1观察炉膛。

本发明在工作时，碳毡卷竖直放入炉膛内，装好上保温盖14，装好上循环水箱2， 用螺栓紧固，从炉体抽气口6将炉膛抽至真空，从进气孔5通入惰性保护气体，打开 循环水，使循环水定向流动，接通电源，向发热体通入电流，按照既定温控曲线对碳 毡进行热处理。