碳管炉及其加热方法和电磁感应烧结装置

摘要

本发明涉及一种碳管炉的加热方法及设备，特别是涉及一种碳管炉的电磁感应加热方法及电磁感应碳管炉及电磁感应烧结装置；电磁感应碳管炉含有壳体、中空碳管和电源控制电路，中空碳管的中间部分安装在壳体内，壳体内还含有套装在中空碳管外的电磁感应线圈，电磁感应线圈与中空碳管之间设置有绝缘层、隔热层、隔气层，壳体含有外层壳和内层屏蔽壳，电源控制电路的输出端与电磁感应线圈连接；电磁感应烧结装置含有电磁感应碳管炉及其支架、推进装置、预热装置、冷却装置、冷却液循环装置和控制柜，预热装置、冷却装置中炉体的工作管和中空碳管相互连接并连通；本发明提供了一种能耗小、效率高、环保性能好的电磁感应碳管炉及电磁感应烧结装置。

说明书

(一)、技术领域：

本发明涉及一种碳管炉的加热方法及设备，特别是涉及一种碳管炉的电磁感应加热方法及电磁感应碳管炉及电磁感应烧结装置。

(二)、背景技术：

目前，在烧结行业大多使用碳管炉对物料进行烧结，现有的碳管炉多采用在碳管的两端加入一个电流较大的低压电使碳管导电发热，从而对碳管内的物料进行加热，由于碳管中的电流较大，这就需要在碳管的两端接两个庞大的铜电极，为了使铜电极在大电流和高温的环境下不埙坏，还要在铜电极外安装冷却水包，这样很大一部分热量被循环水带走，不仅影响了碳管两端的温度，而且增加了能耗；不仅如此，由于采用了使碳管导电的方法加热碳管，就使得碳管的升温速度慢，进行一次升温往往需要很长时间，从而影响了工作效率；还有，现有碳管炉炉体的保温材料通常选用碳粉，碳粉的流动性和渗透性非常强，因此在维护、更换碳管时碳粉很容易泄漏，不仅污染周围环境而且对维修人员的健康造成损害，而且碳粉还很容易使测温通道堵塞，影响测温的准确性。

(三)、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种能耗小、效率高、环保性能好的碳管炉的电磁感应加热方法及电磁感应碳管炉及电磁感应烧结装置。

本发明的技术方案：

一种碳管炉的电磁感应加热方法，在碳管炉的碳管外套装电磁感应线圈，然后在电磁感应线圈两端加入一定电压值、一定频率的交变电压使电磁感应线圈产生交变磁场，该交变磁场在碳管中产生涡流，使碳管发热，从而对碳管中的物料进行加热，所述电磁感应线圈与所述碳管之间设置有隔热层，隔热层为耐高温的隔热材料，隔热层和电磁感应线圈之间设有绝缘层，所述电磁感应线圈的外围设置有屏蔽层，屏蔽层为隔磁材料。

隔热层和碳管的外表面之间设有隔气层，隔气层为不透气材料，交变电压由可控硅逆变电路或中频发电机产生，交变电压的电压值为100伏～500伏，交变电压的频率为800赫兹～6000赫兹。

一种电磁感应碳管炉，含有壳体、中空碳管和电源控制电路，中空碳管的中间部分安装在壳体内，壳体内还含有电磁感应线圈，电磁感应线圈套装在中空碳管外，电磁感应线圈与中空碳管之间设置有隔热层，隔热层和电磁感应线圈之间设有绝缘层，壳体含有外层壳和内层屏蔽壳，内层屏蔽壳与电磁感应线圈之间形成气体保护腔，在气体保护腔的周围设有密封的夹层冷却腔，夹层冷却腔的外壁上设有冷却液进口和冷却液出口，电源控制电路为可控硅逆变电路或中频发电机，电源控制电路的交变电压输出端与电磁感应线圈的两端连接。

夹层冷却腔含有环绕电磁感应线圈的纵向冷却腔和位于中空碳管两边的横向冷却腔，纵向冷却腔和横向冷却腔的外壁上均设置有冷却液进口和冷却液出口，隔热层和中空碳管的外表面之间设有隔气层，电磁感应线圈的导线为空心结构，在中空碳管中部的直径方向并穿过绝缘层、隔热层和隔气层安装有内空心管，在内空心管的正对面并穿过壳体安装有外空心管，外空心管在壳体外壁的出口处设有测温窗口，测温窗口的材质为透光材料，测温窗口的外面设有红外线测温探头，在内层屏蔽壳与电磁感应线圈之间设有一定数量的固定支架，固定支架一端与内层屏蔽壳固定连接，另一端安装有绝缘座，绝缘座与电磁感应线圈固定连接，壳体上设有气体保护腔进口管和气体保护腔出口管，气体保护腔进口管和气体保护腔出口管穿过夹层冷却腔并与气体保护腔连通。

电磁感应线圈的两端在壳体的出口处设置有绝缘板，电磁感应线圈的两端与绝缘板上的空心接线柱固定连接，外空心管的侧壁上设有清洁进气口和清洁出气口，夹层冷却腔和电磁感应线圈的导线内充满循环冷却液。

中空碳管的材质为石墨；隔气层的材质为石墨纸；隔热层的材质为炭纤维，或为炭毡；绝缘层的材质为云母纸；测温窗口的材质为玻璃；中空碳管为圆管或方管；循环冷却液为循环冷却水。

可控硅逆变电路含有整流模块、逆变模块和控制模块，整流模块的输出端与逆变模块的输入端连接，逆变模块的输出端与电磁感应线圈的两端连接，控制模块的输出口与整流模块和逆变模块中的可控硅的控制极连接；整流模块中可控硅的型号为KP100A/1600V～KP1000A/1600V，逆变模块中可控硅的型号为KK100A/1800V～KK1000A/1800V，控制模块含有中频加热控制板，中频加热控制板的型号为PB-787-2.2，生产厂家为郑州嵩山电气有限公司。

一种含有所述电磁感应碳管炉的电磁感应烧结装置，还含有推进装置、预热装置、冷却装置、冷却液循环装置、控制柜和电磁感应碳管炉支架，预热装置、冷却装置中炉体的工作管和电磁感应碳管炉的中空碳管同轴且相互连接并连通在一起组成一个烧结腔，推进装置处于预热装置的前部，电磁感应碳管炉处于预热装置的后部，冷却装置处于电磁感应碳管炉的后部，推进装置含有推进器、推杆和推进器支架，推进器设置于推进器支架上，推杆与推进器连接，预热装置含有预热炉和预热炉支架，冷却装置含有冷却炉和冷却炉支架，冷却液循环装置含有水泵和导管，冷却炉含有冷却炉壳体和位于冷却炉壳体内的冷却炉工作管，冷却炉壳体为一个夹层冷却壳体，冷却炉壳体上设有冷却液进口和冷却液出口；控制柜含有推进装置控制电路、电磁感应碳管炉控制电路和冷却液循环装置控制电路，电磁感应碳管炉控制电路含有电磁感应碳管炉的电源控制电路和温度控制电路；电磁感应碳管炉和冷却炉的冷却液进口以及电磁感应碳管炉的电磁感应线圈的一端与冷却液循环装置的出口连接，电磁感应碳管炉和冷却炉的冷却液出口以及电磁感应碳管炉的电磁感应线圈的另一端与冷却液循环装置的进口连接；推进装置控制电路的输出端与推进器连接，电源控制电路的交变电压输出端与电磁感应碳管炉的电磁感应线圈的两端连接，温度控制电路的输入端与电磁感应碳管炉的红外线测温探头连接，冷却液循环装置控制电路的输出端与冷却液循环装置连接。

预热炉含有预热炉壳体和位于预热炉壳体内部的预热炉工作管、耐热层和保温层，耐热层设置在预热炉工作管的外围，保温层设置在耐热层的外围，耐热层中设置有电阻发热元件；控制柜还含有预热装置电源输出及温度控制电路，预热装置电源输出及温度控制电路的电源输出端与电阻发热元件连接，预热装置电源输出及温度控制电路的温度信号输入端与预热炉温度传感器连接；推进器可由液压驱动器驱动或由电机带动丝杠驱动；电磁感应碳管炉的中空碳管的一端与预热炉工作管连接且同轴，中空碳管的另一端与冷却炉工作管连接且同轴，预热炉工作管与电磁感应碳管炉的中空碳管为同一根管或不为同一根管，冷却炉工作管与电磁感应碳管炉的中空碳管为同一根管或不为同一根管。

冷却炉上设置有烧结腔进气口，预热炉上设置有烧结腔排气口，烧结腔进气口和烧结腔排气口与烧结腔连通；烧结料进口设置在预热炉上并与烧结腔连通，烧结料出口设置在冷却炉上并与烧结腔连通；烧结料进口和烧结料出口处设有气幕或端盖；耐热层的材料为异形漂珠高铝砖；保温层的材料为硅酸铝纤维硬板；电阻发热元件为电热丝，或为硅碳棒，或为硅钼棒；预热炉温度传感器为热电偶；控制柜含有智能化数显控制仪表。

本发明的有益效果：

1.本发明的碳管炉的电磁感应加热方法采用电磁感应原理对碳管进行加热，避免了使用现有碳管炉中两个庞大的铜电极，使碳管炉的能耗大大降低，与现有的电阻加热方式的碳管炉相比节能30％以上，同时采用电磁感应加热方法，使碳管的升温速度快，从室温升至2000度，而用时间不到1小时，从而使生产效率提高。

2.本发明的电磁感应碳管炉采用固化的炭纤维作为碳管的隔热材料，在维护、更换碳管时对周围环境不造成任何污染，也不会对维修人员的健康造成损害。

3.本发明的电磁感应碳管炉采用固化的炭纤维作为碳管的隔热材料，不易使测温通道堵塞，使温度测量更加准确，从而使生产出的产品品质更好。

4.本发明的电磁感应烧结装置的控制柜的控制电路智能化高，使整个系统工作过程的自动化程度高，操作人员的劳动强度大大降低。

(四)、附图说明：

图1为电磁感应碳管炉的结构示意图；

图2为A-A剖视图的放大结构示意图；

图3为可控硅逆变电路的工作原理示意图；

图4为电磁感应烧结装置的结构示意图之一；

图5为电磁感应烧结装置的结构示意图之二；

图6为控制柜的工作原理方框示意图之一；

图7为控制柜的工作原理方框示意图之二；

(五)、具体实施方式：

实施例一：参见图1～图4、图6，图中，电磁感应碳管炉含有壳体、中空碳管1和电源控制电路，中空碳管1的中间部分安装在壳体内，壳体内还含有电磁感应线圈2，电磁感应线圈2套装在中空碳管1外，电磁感应线圈2与中空碳管1之间设置有隔热层3，隔热层3和电磁感应线圈2之间设有绝缘层4，壳体含有外层壳7和内层屏蔽壳5，内层屏蔽壳5与电磁感应线圈2之间形成气体保护腔26，在气体保护腔26的周围设有密封的夹层冷却腔，夹层冷却腔的外壁上设有冷却液进口和冷却液出口，电源控制电路为可控硅逆变电路，可控硅逆变电路的交变电压输出端Q1、Q2与电磁感应线圈2的两端连接。

夹层冷却腔含有环绕电磁感应线圈2的纵向冷却腔28和位于中空碳管1两边的横向冷却腔27，纵向冷却腔28的外壁上设置有冷却液进口20和冷却液出口19，横向冷却腔27的外壁上设置有冷却液进口16、18和冷却液出口15、17，隔热层3和中空碳管1的外表面之间设有隔气层6，电磁感应线圈2的导线为空心结构，在中空碳管1中部的直径方向并穿过绝缘层4、隔热层3和隔气层6安装有内空心管9，在内空心管9的正对面并穿过壳体安装有外空心管8，外空心管8在壳体外壁的出口处设有测温窗口11，测温窗口11的材质为玻璃，测温窗口11的外面设有红外线测温探头12，在内层屏蔽壳5与电磁感应线圈2之间设有三个固定支架13，固定支架13一端与内层屏蔽壳5固定连接，另一端安装有绝缘座14，绝缘座14与电磁感应线圈2固定连接，壳体上设有气体保护腔进口管22和气体保护腔出口管21，气体保护腔进口管22和气体保护腔出口管21穿过纵向冷却腔28并与气体保护腔26连通。

电磁感应线圈2的两端在壳体的出口处设置有绝缘板10，电磁感应线圈2的一端与绝缘板10上的空心接线柱25固定连接，另一端与绝缘板10上的另一个空心接线柱固定连接，外空心管8的侧壁上设有清洁进气口23和清洁出气口24，纵向冷却腔28、横向冷却腔27和电磁感应线圈2的导线内充满循环冷却水。

中空碳管1的材质为石墨；隔气层6的材质为石墨纸；隔热层3的材质为炭纤维；绝缘层4的材质为云母纸；中空碳管为圆管。

可控硅逆变电路含有整流模块40、逆变模块41和控制模块42，整流模块40的输出端与逆变模块41的输入端连接，逆变模块41的输出端与电磁感应线圈2的两端连接，控制模块42的输出口与整流模块40和逆变模块41中的可控硅的控制极连接；整流模块40中可控硅的型号为KP500A/1600V，逆变模块41中可控硅的型号为KK500A/1800V，控制模块42含有中频加热控制板A1，中频加热控制板A1的型号为PB-787-2.2，生产厂家为郑州嵩山电气有限公司。

电磁感应烧结装置含有所述电磁感应碳管炉55、推进装置30、预热装置31、冷却装置33、冷却液循环装置、控制柜和电磁感应碳管炉支架52，预热装置31、冷却装置33中炉体的工作管和电磁感应碳管炉55的中空碳管1同轴且相互连接并连通在一起组成一个烧结腔，推进装置30处于预热装置31的前部，电磁感应碳管炉55处于预热装置31的后部，冷却装置33处于电磁感应碳管炉55的后部，推进装置30含有推进器35、推杆67和推进器支架50，推进器35设置于推进器支架50上，推杆67与推进器35连接，预热装置31含有预热炉36和预热炉支架51，冷却装置33含有冷却炉37和冷却炉支架53，冷却液循环装置含有水泵和导管，冷却炉37含有冷却炉壳体和位于冷却炉壳体内的冷却炉工作管，冷却炉壳体为一个夹层冷却壳体，冷却炉壳体上设有冷却液进口39、34和冷却液出口38、32；控制柜含有推进装置控制电路、电磁感应碳管炉控制电路和冷却液循环装置控制电路，电磁感应碳管炉控制电路含有电磁感应碳管炉55的电源控制电路和温度控制电路；电磁感应碳管炉55的冷却液进口16、18、20和冷却炉37的冷却液进口39、34以及电磁感应线圈2的一端与冷却液循环装置的出口连接，电磁感应碳管炉55的冷却液出口15、17、19和冷却炉的冷却液出口38、32以及电磁感应线圈2的另一端与冷却液循环装置的进口连接；推进装置控制电路的输出端与推进器35连接，电源控制电路的交变电压输出端与电磁感应碳管炉55的电磁感应线圈2两端连接，温度控制电路的输入端与电磁感应碳管炉55的红外线测温探头12连接，冷却液循环装置控制电路的输出端与冷却液循环装置连接。

预热炉36含有预热炉壳体和位于预热炉壳体内部的预热炉工作管60、耐热层61和保温层62，耐热层61设置在预热炉工作管60的外围，保温层62设置在耐热层61的外围，耐热层61中设置有电热丝63；控制柜还含有预热装置电源输出及温度控制电路，预热装置电源输出及温度控制电路的电源输出端与电热丝63连接，预热装置电源输出及温度控制电路的温度信号输入端与热电偶64连接；推进器35由液压驱动器驱动；电磁感应碳管炉55的中空碳管1的一端与预热炉工作管连接且同轴，中空碳管1的另一端与冷却炉工作管连接且同轴，预热炉工作管与电磁感应碳管炉55的中空碳管1不为同一根管，它们通过法兰互相连接，冷却炉工作管与电磁感应碳管炉55的中空碳管1不为同一根管，它们通过法兰互相连接。

冷却炉37上设置有烧结腔进气口54，预热炉36上设置有烧结腔排气口56，烧结腔进气口54和烧结腔排气口56与烧结腔连通，烧结料进口57设置在预热炉36上并与烧结腔连通，烧结料出口58设置在冷却炉37上并与烧结腔连通，烧结料进口57和烧结料出口58处分别设有气幕59、66，以防烧结腔内的气体外泄和外部气体进入烧结腔内，预热炉36的耐热层61的材料为异形漂珠高铝砖，预热炉36的保温层62的材料为硅酸铝纤维硬板，控制柜含有智能化数显控制仪表，用来对整个烧结装置的运行过程进行控制。

实际使用本烧结装置时，不断地将烧结料放入烧结料进口57，再用推进器35将烧结料推入烧结腔中，烧结料就会缓慢地从预热炉工作管60移动到中空碳管1再移动到冷却炉工作管，最后从烧结料出口58出来，成为成品。

实施例二：参见图1～图3、图5、图7，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，其工作过程也基本相同，相同之处不重述，不同之处是：预热炉不含耐热层61、保温层62、电热丝63和热电偶64；推进器35由电机带动丝杠驱动；烧结料进口57和烧结料出口58处设有端盖，以防烧结腔内的气体外泄和外部气体进入烧结腔内，这种电磁感应烧结装置结构比较简单，成本较低。