无磁性热退磁炉

摘要

本发明提供一种无磁性热退磁炉，具有用来容纳待退磁样品的炉膛(4)，炉膛(4)中设有通电时产生零电磁场的电热炉丝(101)。通电加热时不产生因通电电流引起的干扰磁场。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无磁性热退磁炉。

背景技术

热退磁炉在物理学，化学，材料学，地球物理学等与磁性物质有关的 领域中具有非常广泛的用途。用来对材料进行加热，降低或消除物质的磁 性。另外，化学材料样品的制备过程中，经常利用烧结炉加热生成特定的 材料。

热退磁炉的退磁原理是利用加热温度升高破坏磁性物质内磁畴有序排 列，使得宏观上抵消整体磁性，达到退磁效果。由于不同颗粒大小及排列 方式的磁性物质具有不同的解阻温度(也就是破坏有序磁性的温度)，为 了了解整个退磁的过程，满足一些特殊的研究需要，特别是材料磁学以及 古地磁学的相关研究，需要提取物质磁化或者退磁行为过程中的详细信息， 需要对物质进行逐步加热升温的热退磁操作。

热退磁不同于交变退磁之处在于，交变退磁是对磁性物质在交变磁场 中进行正反向磁化，使得物质正反向磁化的磁矩相互抵消达到退磁效果。 而热退磁利用加热破坏物质磁矩的有序磁化，热扰动使得磁性物质在各方 向混乱排列，从而达到整体上的退磁效果。因此相对来说热退磁效果更好。 但是热退磁炉的一个关键要点在于磁性物质需要在无磁环境中进行加热， 否则反而会使物质获得热剩余磁性而将物质磁化。

市面上现有一些热退磁炉仪器或材料烧结炉装置，其主要功能就是在 磁屏蔽中利用电炉丝对磁性物质材料或样品进行加热，然后切断电流在近 零磁场中冷却，达到退磁效果。其最重要的问题或缺点在于虽然所需退磁 的材料或样品虽然放置在零磁场中进行整个退磁过程的处理，但是由于利 用电炉丝进行加热，而普通电炉丝通电加热时，由于电流的影响会产生磁 场，从而破坏退磁炉内的整个零磁效果，最终导致退磁效果不理想。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无磁性热退 磁炉，通电加热时不产生因通电电流引起的干扰磁场。

为实现上述目的，本发明提供一种无磁性热退磁炉，具有用来用来容 纳待退磁样品样品的炉膛，在所述炉膛中设有通电时产生零电磁场的电热 炉丝。

优选地，炉膛为圆筒结构，具有形成炉膛内壁的耐热绝缘层和形成炉 膛外壁的隔热层，电热炉丝沿炉膛轴向往复地镶嵌于耐热绝缘层中，隔热 层包裹在所述耐热绝缘层的外壁上。

优选地，在隔热层的外壁上缠绕有冷却水管，以形成冷却水管层。

优选地，无磁性热退磁炉还包括磁场屏蔽筒，磁场屏蔽筒具有：由电 磁场屏蔽层形成的内筒、由静磁场屏蔽层形成的外筒、以及由内筒与外筒 之间的空间形成的冷风通道，炉膛容纳在内筒中，冷风通道在内筒的筒底 处与由炉膛内壁围成的炉腔相通。

优选地，在磁场屏蔽筒的内筒与所述冷却水管层之间，还设有通电时 向炉腔内提供电磁场的加场线圈。

优选地，电磁场屏蔽层为单层结构，静磁场屏蔽层为叠加在一起的三 层结构。

优选地，电热炉丝为由内层、中间层和外层形成的三层同轴炉丝，中 间层为绝缘层，内层和外层中的一个为导电层，另一个为电热层，在同轴 炉丝的一端，外层直接包裹内层并与之形成电连接，在同轴炉丝的其他部 分包括另一端，内层和外层由中间层隔离开。

优选地，无磁性热退磁炉还包括：控制器；温度感测器，用来测量炉 腔内的温度并将测得的温度值转换成信号后反馈给控制器，控制器根据温 度感测器反馈的信号改变电热炉丝中的电流量，以使炉腔的温度达到目标 值。

优选地，无磁性热退磁炉还包括：控制冷却水管中水流速的节流阀， 控制器根据所述的温度感测器反馈的信号控制节流阀的开度。

优选地，无磁性热退磁炉还包括：磁场感测器，用来测量炉腔内的磁 场强度并将测得的磁场强度转换成信号后反馈给所述控制器，控制器根据 磁场感测器反馈的信号改变加场线圈中的电流量，以向炉腔提供可控的附 加电磁场。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)由于在炉膛中设有通电时产生零电磁场的电热炉丝，以此电热 炉丝为无磁性热退磁炉的加热元件，从而在通电加热时不产生因通电电流 引起的干扰磁场；而且由于电热炉丝阻止了电磁辐射的产生，使得电热炉 丝的电热转换率提高，即加热效率高。

(2)由于炉膛具有内外双层结构，内层为耐热绝缘层外层为隔热层， 电热炉丝沿炉膛轴向往复地设在耐热绝缘层中，避免了电热炉丝裸露在炉 膛内直接对待退磁样品加热，从而有效降低样品受到的黑体辐射量，使炉 膛内部(即炉腔)获得更好的温度均一性，而且隔热层使得无磁性热退磁 炉在加热时热量损失小。

(3)将炉膛容纳在磁场屏蔽筒内，磁场屏蔽筒采用电磁场屏蔽层和静 磁场屏蔽层使得炉腔内保持无干扰的零磁场条件。

(4)在磁场屏蔽筒内还容纳有加场线圈，需要时，加场线圈可以产生 均匀的可控磁场。

(5)炉膛与加场线圈之间设有冷却水管层，该冷却水管层由缠绕在炉 膛外壁上的冷却水管构成，利用冷却水管层对加场线圈和电磁场屏蔽层进 行过热保护，保证由加场线圈提供的可控磁场及电磁场屏蔽层效果的稳定 性。

(6)通过冷风通道向炉腔内通入冷风，以对由炉膛围成的炉腔进行冷 却处理，从而冷却处理效率高。

(7)本发明在炉腔内设有温度感测器(例如温度探头)，响应于温度 感测器感测到的炉腔内实时温度而调整电热炉丝的通电电流，从而改善电 热炉丝的加热效果。

(8)采用可视化界面交互系统，使得无磁性热退磁炉的操作方便简单。

附图说明

图1是本发明无磁性热退磁炉的横切面结构示意图；

图2是本发明无磁性热退磁炉的纵切面结构示意图；

图3是本发明无磁性热退磁炉的工作原理图；

图4是本发明无磁性热退磁炉的操作界面；

图5是本发明无磁性热退磁炉中采用的单根电热炉丝的轴向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。

参见图1和图2，本发明无磁性热退磁炉具有：磁场屏蔽筒1、容纳在 磁场屏蔽筒1内的炉膛4、在炉膛4的外侧壁上缠绕有冷却水管31(以形 成冷却水管层3)、在磁场屏蔽筒1与冷却水管层3之间设有加场线圈2。 炉膛4围成炉腔A，以容纳待退磁样品样品。

为了在通电加热时不产生因通电电流引起的干扰磁场，本发明无磁性 热退磁炉在炉膛4中设有通电时产生零电磁场的电热炉丝101。具体地， 如图1和2示出的，炉膛4为圆筒结构，具有形成炉膛内壁的耐热绝缘层 41和形成炉膛外壁的隔热层43，电热炉丝101沿炉膛轴向往复地镶嵌于耐 热绝缘层41中(图中示出镶嵌在外壁中)，而隔热层43包裹在耐热绝缘 层41的外壁上。如此布置的电热炉丝101，避免了电热炉101裸露在炉膛 内直接对待退磁样品加热，从而有效降低样品受到的黑体辐射量，使炉膛 内部(即炉腔)获得更好的温度均一性。而且，炉膛4的隔热层使得无磁 性热退磁炉在加热时热量损失小。

继续参见图1和图2，本发明中磁场屏蔽筒1具有内筒和外筒、以及 由内外筒之间空间形成的冷风通道5，所述内筒有电磁场屏蔽层11形成， 所述外筒由静磁场屏蔽层13形成。炉膛4即容纳在内筒中，在不采用加场 线圈2时炉腔A附加磁场的情形下，磁场屏蔽筒1为炉腔A提供了近零磁 场环境。从图2中可看出，冷风通道5在磁场屏蔽筒1的内筒筒底处与炉 腔A相通。冷风通道5将鼓风机8鼓入的冷风引入炉腔A中以冷却待退磁 样品，从而使得无磁性热退磁炉的冷却处理效率高。优选地，电磁场屏蔽 层11为单层结构，由高电导率材料制成；静磁场屏蔽层13为叠加在一起 的三层结构，由高磁导率材料制成以屏蔽外磁场。

进一步，从图1看出：加场线圈2设于磁场屏蔽筒1的内筒与冷却水 管层3之间，控制加场线圈2的通断电及电流量可向炉腔A内提供可控的 均匀电磁场。从图2还可看出，冷却水管层3位于炉膛隔热层43的外壁与 加场线圈2之间，利用冷却水管层3对加场线圈2和电磁场屏蔽层43进行 过热保护，保证由加场线圈2提供的可控电磁场的稳定性、以及保证磁场 屏蔽筒1的电磁场屏蔽层的屏蔽效果的稳定性。

参见图3，本发明无磁性热退磁炉还包括具有控制器6的控制系统25。 为了改善无磁性热退磁炉的加热效果，在炉腔A内安装有温度感测器9， 温度感测器9用来测量炉腔内的温度并将测得的温度值转换成信号后反馈 给控制器6，控制器6根据温度感测器6反馈的信号改变电热炉丝101中 的电流量，以使炉腔A的温度达到目标值，由此改善了无磁性热退磁炉的 加热效果。为了控制冷却水管层3对加场线圈2和电磁场屏蔽层11的过热 保护，可以在冷却水管层3的冷却水管31中设有节流阀(未示出)，控制 器6根据温度感测器9实时检测到的炉腔内温度改变节流阀的开度，从而 改变冷却水的水流速度。同样地，可以在冷阀通道中设控制风速的节流阀 20，控制器6控制节流阀20的开度以调节风速；或者，也可以将鼓风机8 设为变量鼓风机，控制器6控制鼓风机8即可调节冷风通道5中冷却风流 量。对加场线圈2向炉腔A施加附加电磁场的情形，为了使所述的附加电 磁场是可控的，在炉腔A内设有磁场感测器10，磁场感测器10测量炉腔 A内的磁场强度并将测得的磁场强度转换成信号后反馈给控制器6，控制器 6根据磁场感测器10反馈的信号改变加场线圈2中的电流量，以使得所述 的附加电磁场可控。图3中示出的本发明中控制系统25还包括与控制器电 连接的存储器23和界面交互系统24，使用者B通过界面交互系统24设置 控制参数，控制器6从界面交互系统24获得设置参数以作为目标参数或设 定参数，其中无磁性热退磁炉的实时参数也由界面交互系统24显示，可视 化界面交互系统使得无磁性热退磁炉的操作方便简单。如图3所示，先将 样品21放置于无磁性耐高温高强度的样品架22中，将样品架22送入炉膛 4内，然后通过界面交互系统设置控制参数，例如加热温度，加热速率， 保温时间，场强要求等一系列参数，然后点击启动按钮，控制器6从界面 交互系统24获得设置参数，无磁性热退磁炉开始工作。

图4示出了本发明无磁性热退磁炉的界面交互系统24的操作界面，操 作界面具有实时数据显示区、设置与控制区。实时数据显示区用来显示无 磁性热退磁炉的实时参数，设置与控制区用于供用户输入控制参数。

参见图5，示出了本发明中使用的电热炉丝101的结构示意图。电热 炉丝101为由内层104、中间层103和外层102形成的三层同轴炉丝，中 间层103为绝缘层，内层104和外层102中的一个为导电层，另一个为电 热层。在同轴炉丝的一端D，外层102直接包裹内层104并与之形成电连 接；在同轴炉丝的其余部分包括另一端C，内层104和外层102由中间层 103隔离开。当对电热炉丝通电加热时内外电流同轴反向，电热炉丝内等 效电流为零，从而电热炉丝在加热过程中对外产生零电磁场。由于电热炉 丝阻止了电磁辐射的产生，因此电热炉丝的电热转换率提高，即加热效率 高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。