專利名稱：一種可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電加熱實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種可控大型熱天平反應(yīng)爐，主要適用于各種固體燃料在不同反應(yīng)氣氛和加熱速率條件下的大樣品量熱重實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析。
背景技術(shù)：
熱天平是一種測(cè)量試樣在程序控溫條件下其質(zhì)量隨溫度變化的儀器裝置。傳 統(tǒng)的熱天平結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，價(jià)格昂貴，并且只能對(duì)常規(guī)反應(yīng)氣氛和慢速程序升溫 (0-20 0C /分鐘)條件下的微量試樣進(jìn)行分析或測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜的可控快速升溫?zé)崽炱?反應(yīng)爐，滿足不同樣品量、不同升溫速率在各種可變反應(yīng)條件下的熱天平實(shí)驗(yàn)研究，而且常 規(guī)測(cè)量設(shè)備可以進(jìn)行在線氣體成分分析，從而更為有利地揭示其反應(yīng)過(guò)程的作用機(jī)理與控 制策略。一種可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐，包括高溫爐反應(yīng)裝置、天平稱量裝置、氣控裝置 和電控裝置；高溫爐反應(yīng)裝置包括一爐本體3，爐本體3內(nèi)部設(shè)有剛玉管4，剛玉管4的上端連 接裝樣室15，下端通過(guò)進(jìn)氣管1連接氣控裝置，剛玉管4內(nèi)部靠近下端處放有蓄熱體5，剛 玉管4的外壁設(shè)有上、下發(fā)熱體6，7，以及上、下測(cè)溫?zé)犭娕?7，18 ；上、下發(fā)熱體6，7和上、 下測(cè)溫?zé)犭娕?7，18均與電控裝置相接，裝樣室15的上端連接天平稱量裝置；天平稱量裝置包括一天平密封罩，天平密封罩內(nèi)設(shè)有天平升降機(jī)構(gòu)14，天平升降 機(jī)構(gòu)14連接數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平，數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平上放有一吊籃16，數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平連 接電控裝置，天平密封罩上設(shè)有真空壓力表12和安全閥13 ；氣控裝置包括與進(jìn)氣管1相接的混合進(jìn)氣單元，與天平密封罩相接的天平保護(hù)氣 進(jìn)氣單元，與裝樣室15相接的真空抽取單元，與裝樣室15相接的尾氣排放單元。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.加熱速率的可控范圍大。本發(fā)明所涉及的可控?zé)崽炱椒磻?yīng)爐不僅具有常規(guī)熱天 平的慢速程序升溫(0 15°C /分鐘)實(shí)驗(yàn)功能，而且還能夠通過(guò)使用升降機(jī)構(gòu)將裝樣品的 吊籃迅速放入剛玉管恒溫區(qū)實(shí)現(xiàn)快速升溫速率(> 102°C/秒)條件下的熱解、燃燒或氣化 實(shí)驗(yàn)分析。2.試驗(yàn)樣品量的范圍較大。本發(fā)明所涉及的可控?zé)崽炱椒磻?yīng)爐的試驗(yàn)最大載荷樣 品量為200g，天平稱量精度為0. OOlgo現(xiàn)有的常規(guī)熱天平由于各種限制使其不能對(duì)大量的 樣品進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)，從而相比于常規(guī)熱天平而言，本發(fā)明所涉及的裝置更加有利于試驗(yàn)反 應(yīng)產(chǎn)物(灰、焦炭等)的制備或微量成分的檢測(cè)與分析。3.反應(yīng)氣氛可控，可抽真空，能夠滿足較高氣氛純度要求和一定壓力范圍 (-0. 095Mpa-0. 02Mpa)條件下的實(shí)驗(yàn)，且反應(yīng)氣體可預(yù)熱，氣流擾動(dòng)小(特殊設(shè)置)，測(cè)量準(zhǔn)確性高，煙氣成分便于常規(guī)儀器的在線或者離線分析。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明氣控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。高溫爐反應(yīng)裝置由爐本體3，剛玉管4，下部發(fā)熱體6，上部發(fā)熱體7，上部測(cè)溫?zé)犭娕?7和下部測(cè)溫?zé)犭娕?8組成。高溫爐反應(yīng)裝置采用兩段加熱，反應(yīng)管為剛玉管4，加熱 體6、7為硅碳棒，其最高加熱溫度可達(dá)1400°C，采用模糊控溫技術(shù)，控溫精度為士2°C，加熱 速率可控范圍大。上、下兩端的發(fā)熱體6、7和熱電偶17、18分別置于剛玉管4外壁，熱電偶 17、18測(cè)量到的溫度信號(hào)通過(guò)電控裝置中的電路控制系統(tǒng)進(jìn)行采集和傳輸，并最終由計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)提供的操作界面來(lái)完成人為的程序設(shè)定或調(diào)節(jié)。剛玉管4下端連接進(jìn)氣管1，為 了防止空氣進(jìn)入剛玉管4，在剛玉管4與進(jìn)氣管1之間接有下密封套2，下密封套2采用蝶 形螺母20固定在下密封座19上。剛玉管4管內(nèi)下部放有蓄熱體5，蓄熱體5 —方面在反應(yīng)爐的升溫初期調(diào)節(jié)剛玉管4內(nèi)溫度的均勻性，延長(zhǎng)剛玉管的使用壽命，另一方面還在反應(yīng) 過(guò)程中對(duì)進(jìn)入剛玉管4的實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)行預(yù)熱，并減小氣體的氣流擾動(dòng)，有效地保證爐內(nèi)反應(yīng)溫度和天平稱量的準(zhǔn)確性。剛玉管4上端通過(guò)上密封座10連接裝樣室15，裝樣室15上設(shè)有爐管封頭拉手9 ；裝樣室15上端設(shè)有天平稱量裝置。天平稱量裝置主要由LP-503B天平、吊桿及吊籃、天平密封罩、天平升降機(jī)構(gòu)、天平觀察孔、真空壓力表和安全閥組成。天平密封罩14位于裝樣室15上端，天平密封罩14 的側(cè)面設(shè)有天平觀察孔11，正面設(shè)有真空壓力表12，頂端設(shè)有安全閥13。剛玉管4中承載 樣品的吊籃16通過(guò)吊桿與天平密封罩14中的數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平相連。當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，打 開(kāi)裝樣室15，將試樣裝入吊籃16，拉開(kāi)爐管封頭拉手9，并通過(guò)天平升降機(jī)構(gòu)將吊籃16放入 剛玉管4內(nèi)，同時(shí)關(guān)閉爐管封頭拉手9和裝樣室15。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，吊籃16中試樣的質(zhì)量變 化經(jīng)天平實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)诫娍匮b置中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)。氣控裝置用于調(diào)節(jié)反應(yīng)爐內(nèi)的氣氛，由混合進(jìn)氣單元、天平保護(hù)氣進(jìn)氣單元、真空 抽取單元和尾氣排放單元構(gòu)成?；旌线M(jìn)氣單元包括一混氣罐，混氣罐一端管路連通剛玉管 4下端的進(jìn)氣管1，混氣罐與進(jìn)氣管1之間設(shè)有混合進(jìn)氣流量計(jì)和爐體進(jìn)氣閥，另一端連通 四個(gè)氣瓶，在混氣罐與氣瓶之間的連通管路上設(shè)有流量計(jì)。來(lái)自四個(gè)氣瓶的四路單獨(dú)進(jìn)氣 分別由流量計(jì)進(jìn)行配比控制，并經(jīng)由混氣罐混合后通過(guò)爐體進(jìn)氣閥和混合進(jìn)氣流量控制器 調(diào)節(jié)進(jìn)入剛玉管4。天平保護(hù)氣進(jìn)氣單元用于對(duì)天平作冷卻保護(hù)，裝有惰性氣體的氣瓶通 過(guò)一流量計(jì)和天平進(jìn)氣閥連通天平密封罩。真空抽取單元包括一真空泵，真空泵通過(guò)過(guò)濾 罐連接裝樣室15，尾氣排放單元就是在裝樣室15的側(cè)壁開(kāi)有尾氣排放孔，試驗(yàn)反應(yīng)后的尾 氣與天平保護(hù)氣均由排放孔排出。當(dāng)需實(shí)現(xiàn)抽真空功能時(shí)，關(guān)閉爐體進(jìn)氣閥、天平進(jìn)氣閥和 排氣孔，啟動(dòng)真空泵，并通過(guò)天平稱量裝置上的真空壓力表12來(lái)進(jìn)行觀測(cè)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中，熱天平反應(yīng)爐內(nèi)的額定壓力范圍為-0. 095Mpa-0. 02Mpa，當(dāng)反應(yīng)爐內(nèi)的氣體壓力超出此 壓力范圍時(shí)，爐體頂部的安全閥13(其工作的壓力值為0. 04-0. 06Mpa)會(huì)自動(dòng)彈開(kāi)并予以報(bào)警提示。電控裝置由電路控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。其中，電路控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種操作模式。在手動(dòng)控制模式下，可通過(guò)電路控制系統(tǒng)上的電流、電壓指 示表來(lái)完成相應(yīng)加熱段的溫度調(diào)節(jié)；在自動(dòng)控制模式下，則只需打開(kāi)電路控制系統(tǒng)的電源 開(kāi)關(guān)，而其余操作步驟均可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的操作界面完成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中安裝 有本發(fā)明裝置的控制分析軟件，該軟件可在windows界面下直接安裝使用，操作簡(jiǎn)單方便。 該軟件安裝完成后，即可在其操作界面上進(jìn)行試驗(yàn)溫度、加熱速率、加熱方式、保溫時(shí)間、試 驗(yàn)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定，天平稱重裝置的測(cè)量與升降，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析等相 關(guān)操控。試驗(yàn)過(guò)程如下開(kāi)機(jī)后，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定，設(shè)定試樣尺寸和控溫參數(shù)后放好墊片并測(cè) 量毛重，然后將試樣放在墊片上，并保證測(cè)重系統(tǒng)與爐膛(剛玉管的內(nèi)壁)不接觸，測(cè)量試 樣質(zhì)量。裝好試樣后關(guān)閉爐門(mén)并將其壓緊，將試樣下降、或上升到爐膛位置。檢查進(jìn)氣閥、排 氣閥是否關(guān)閉；打開(kāi)真空泵，抽真空至壓力接近_0.095Mpa時(shí)，關(guān)閉真空泵。運(yùn)行程序并打 開(kāi)主回路，開(kāi)始自動(dòng)升溫。如果實(shí)驗(yàn)要求慢速升溫，首先將樣品通過(guò)天平升降機(jī)構(gòu)將其放入 爐膛的恒溫區(qū)，關(guān)閉爐門(mén)，然后調(diào)節(jié)升溫速率，打開(kāi)電源進(jìn)行加熱。在升溫過(guò)程中，根據(jù)試驗(yàn) 要求，在指定的溫度，打開(kāi)進(jìn)氣閥進(jìn)氣，觀察流量計(jì)并調(diào)節(jié)流量。如果實(shí)驗(yàn)要求快速升溫，需 先將樣品放入裝樣室處，待溫度達(dá)到指定溫度后，控制天平升降機(jī)構(gòu)將其放入爐膛恒溫區(qū)。 試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉主回路的電源，保存并打印出熱重試驗(yàn)報(bào)告。
權(quán)利要求
一種可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐，包括高溫爐反應(yīng)裝置、天平稱量裝置、氣控裝置和電控裝置；高溫爐反應(yīng)裝置包括一爐本體(3)，爐本體(3內(nèi)部設(shè)有剛玉管(4)，剛玉管(4)的上端連接裝樣室(15)，下端通過(guò)進(jìn)氣管(1)連接氣控裝置，剛玉管(4)內(nèi)部靠近下端處放有蓄熱體(5)，剛玉管(4)的外壁設(shè)有上、下發(fā)熱體(6，7)，以及上、下測(cè)溫?zé)犭娕?17，18)；上、下發(fā)熱體(6，7)和上、下測(cè)溫?zé)犭娕?17，18)均與電控裝置相接，裝樣室(15)的上端連接天平稱量裝置；天平稱量裝置包括一天平密封罩，天平密封罩內(nèi)設(shè)有天平升降機(jī)構(gòu)(14)，天平升降機(jī)構(gòu)(14)連接數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平，數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平上放有一吊籃(16)，數(shù)字轉(zhuǎn)換電子天平連接電控裝置，天平密封罩上設(shè)有真空壓力表(12)和安全閥(13)；氣控裝置包括與進(jìn)氣管(1)相接的混合進(jìn)氣單元，與天平密封罩相接的天平保護(hù)氣進(jìn)氣單元，與裝樣室(15)相接的真空抽取單元，與裝樣室(15)相接的尾氣排放單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐，其特征在于，剛玉管(4)與裝樣 室(15)之間設(shè)有密封套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐，其特征在于，剛玉管(4)與 進(jìn)氣管(1)之間設(shè)有密封套。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可控快速升溫?zé)崽炱椒磻?yīng)爐，包括高溫爐反應(yīng)裝置、天平稱量裝置、氣控裝置及電控裝置，高溫爐反應(yīng)裝置采用兩段加熱，爐體溫度通過(guò)電控裝置進(jìn)行設(shè)定、采集和傳輸；實(shí)驗(yàn)時(shí)，氣控裝置調(diào)節(jié)高溫爐反應(yīng)裝置內(nèi)的氣體氛圍，通過(guò)使用天平稱量裝置中的天平升降機(jī)構(gòu)將樣品迅速放入高溫爐反應(yīng)裝置恒溫區(qū)實(shí)現(xiàn)快速升溫，樣品的質(zhì)量變化實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)诫娍匮b置中進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)。本發(fā)明加熱速率的可控范圍大，試驗(yàn)樣品量的范圍大，反應(yīng)氣氛可控，滿足不同樣品量、不同升溫速率在各種可變反應(yīng)條件下的熱天平實(shí)驗(yàn)研究，而且常規(guī)測(cè)量設(shè)備可以進(jìn)行在線氣體成分分析，從而更為有利地揭示其反應(yīng)過(guò)程的作用機(jī)理與控制策略。
文檔編號(hào)F27B17/02GK101799242SQ20101010459
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者于敦喜, 姚洪, 徐明厚, 王晟孚, 王泉斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)