本實(shí)用新型涉及一種加熱爐，具體涉及一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐。

背景技術(shù)：

加熱爐設(shè)備是各種金屬、陶瓷以及碳素樣品及工件加工處理的主要生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，主要用于化工、冶金、石油、機(jī)械、電子、材料合成等各個領(lǐng)域。在高純度難熔金屬碳化物或高純度碳素制品的加工過程中，對爐腔內(nèi)高溫環(huán)境的要求尤為關(guān)鍵，這就要求整個爐體有較好的保溫性和高溫持續(xù)性，同時密封性的要求也非常重要，面對2000℃以上的高溫工作要求，普通金屬材質(zhì)的加熱設(shè)備無論從密封保溫性、加熱持續(xù)性方面均存在不足，而高純度碳素制備或難熔金屬碳化物的加工又要求2000℃以上的持續(xù)高溫加熱處理，目前的加熱爐很難實(shí)現(xiàn)2000℃以上的持續(xù)高溫加熱處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐，該加熱爐的最高加熱溫度可達(dá)到2800℃，可實(shí)現(xiàn)高純度碳素制品的連續(xù)生產(chǎn)制備。

一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐，包括惰性氣體密封腔和主體加熱爐體；所述主體加熱爐體的兩端分別設(shè)置惰性氣體密封腔；所述主體加熱爐體由內(nèi)到外設(shè)置馬弗結(jié)構(gòu)、電熱元件、耐火層、保溫層、爐殼；所述馬弗結(jié)構(gòu)為由碳纖維增強(qiáng)碳基體的復(fù)合材料制備得到的腔體，體密度在1.8-2.0g/cm³(該體密度的優(yōu)點(diǎn)：致密性高，強(qiáng)度大)；優(yōu)選：方形腔體。

所述馬弗結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)部與所述惰性氣體密封腔連通；所述馬弗結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)部直接接入惰性氣氛管路，所用的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣中的任意一種，其純度為99.999％以上。所述惰性氣體密封腔與主體加熱爐構(gòu)成完全密封的穩(wěn)定循環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)工件加熱過程中的氣體保護(hù)，同時也保證了高純度石墨樣品制件等在連續(xù)化制備中進(jìn)出料的氣體保護(hù)。

所述馬弗結(jié)構(gòu)外壁排布籠式環(huán)狀結(jié)構(gòu)的碳碳復(fù)合材料電熱元件，所述電熱元件采用棒狀或扁帶狀結(jié)構(gòu)(優(yōu)點(diǎn)：輻射加熱面積大)緊密環(huán)繞在馬弗結(jié)構(gòu)外壁，環(huán)繞在馬弗結(jié)構(gòu)外壁的電熱元件沿著爐體長度方向依次排布構(gòu)成籠型結(jié)構(gòu)，電熱元件的引出端之間采用并聯(lián)形式連入銅電極；優(yōu)選：所述電極內(nèi)帶夾層，所述電極夾層可通入冷卻水以避免加熱過程中電極溫度過高造成損傷。

所述馬弗結(jié)構(gòu)、電熱元件、耐火層、保溫層之間采用碳碳復(fù)合材料支撐體連接固定，通過石墨螺栓連接，優(yōu)點(diǎn)：以保證整體的穩(wěn)定性和密封性。

所述耐火層采用碳素纖維氈或短切碳纖維增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料制備，所述碳素纖維氈的體密度在0.1-0.3g/cm³(優(yōu)點(diǎn)：密度低，孔隙率大，保溫效果好)，優(yōu)選：所述短切碳纖維的類型為T300或T700，短切長度為1cm-5cm，所述碳基體為瀝青碳或醛樹脂碳。耐火層的厚度根據(jù)爐體尺寸規(guī)格任意靈活調(diào)整。

所述保溫層采用軟質(zhì)碳素纖維氈或硬質(zhì)碳素纖維氈制備，所述軟質(zhì)碳素纖維氈的體密度為0.05-0.3g/cm³，所述硬質(zhì)碳素纖維氈在所述軟質(zhì)碳素纖維氈基礎(chǔ)上采用復(fù)合酚醛樹脂碳化制備，所述復(fù)合酚醛樹脂含量為所述硬質(zhì)碳素纖維氈質(zhì)量的5-20％。保溫層的厚度根據(jù)爐體尺寸規(guī)格任意靈活調(diào)整。

所述爐殼采用碳纖維增強(qiáng)石墨復(fù)合材料制備，所述碳纖維增強(qiáng)石墨復(fù)合材料中碳纖維的含量為50-70％，爐殼采用中空夾層結(jié)構(gòu)，夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)埋入冷卻水管路，以保證爐壁較低的熱量損失和運(yùn)行安全性。

所述主體加熱爐的進(jìn)出料采用機(jī)械推拉裝置實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選：手動機(jī)械推拉裝置，可靈活控制工件進(jìn)出料以保證連續(xù)化生產(chǎn)需要。

優(yōu)選：所述惰性氣體密封艙，寬度為10cm-400cm，高度為10-50cm，有效長度為0.5-3米，具體的尺寸根據(jù)高溫加熱爐的氣體密封要求可靈活設(shè)計。

優(yōu)選：所述惰性氣體密封艙，所填充的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤?，其純度?9.999％以上。

優(yōu)選：所述主體加熱爐的有效加熱區(qū)寬度為10cm-400cm，高度為10-50cm，有效長度為1-20米，具體的尺寸根據(jù)加熱制品的要求可靈活設(shè)計。

優(yōu)選：惰性氣體接入管路帶有自動切換裝置，根據(jù)加熱工件的溫度要求，在1800℃以下采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，在1800℃-2800℃高溫環(huán)境下自動切換為氬氣保護(hù)模式。

優(yōu)選：所述機(jī)械推拉裝置包括設(shè)置在主體加熱爐內(nèi)的導(dǎo)軌和傳動桿以及推拉彈簧，所述推拉彈簧給該裝置提供動力，所述傳動桿及導(dǎo)軌上配有n個托盤以裝盛被處理工件，當(dāng)加熱完畢出料時，推拉彈簧推動傳動桿沿著導(dǎo)軌前進(jìn)，將爐膛內(nèi)的托盤從一側(cè)頂出，同時在進(jìn)入側(cè)加裝待處理物料。

本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本實(shí)用新型的加熱爐從密封結(jié)構(gòu)、耐火結(jié)構(gòu)、保溫結(jié)構(gòu)以及爐殼等全部采用碳素復(fù)合材料制備，從而根本上實(shí)現(xiàn)了整個設(shè)備的高溫穩(wěn)定性。整個高溫連續(xù)石墨加熱爐采用全碳素復(fù)合材料結(jié)構(gòu)組成，有效保證了整個加熱過程的高溫穩(wěn)定性和連續(xù)高溫加熱要求。

(2)采用籠式環(huán)狀結(jié)構(gòu)形式的電熱元件排布，使馬弗結(jié)構(gòu)周圍實(shí)現(xiàn)均勻加熱，有效保證加熱的一致性和整個連續(xù)爐膛內(nèi)的較低溫度變化，電熱元件采用銅電極引出，同時在銅電極內(nèi)部設(shè)有冷卻水夾層，有效保護(hù)長時間連續(xù)加熱過程的電極安全性。

(3)采用惰性氣氛保護(hù)自動切換裝置有效保證高低溫兩套保護(hù)氣氛的靈活切換，有效避免加熱過程中制件因氣密性不足而出現(xiàn)的氧化問題。

(4)采用兩端惰性氣體密封艙結(jié)構(gòu)，有效保證進(jìn)出料過程中加熱爐體內(nèi)的工件氣氛保護(hù)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1加熱爐的主體布置圖，其中1、惰性氣體密封腔，2、主體加熱爐；

圖2為實(shí)施例1的主體加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，3、馬弗結(jié)構(gòu)爐腔，4、馬弗結(jié)構(gòu)，5、電熱元件，6、銅電極，7、耐火層，8、保溫層，9、冷卻水管路，10、爐殼爐體，11、支撐體，12、手動機(jī)械推拉裝置，13、導(dǎo)軌，14、托盤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐對高純度碳?xì)謽悠芳庸さ木唧w實(shí)施如下：

如圖1，首先，將待處理的高純度碳?xì)謽悠分糜谕斜P14中，將多個托盤放入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中的導(dǎo)軌13上，通過手動機(jī)械推拉裝置12推入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中，將兩端惰性氣體密封腔1與主體加熱爐2連接，使其形成密閉通路，充入純度為99.999％以上的氬氣保護(hù)。

待氣體壓力穩(wěn)定后，開啟加熱元件5升溫至2300℃完成對高純度碳?xì)謽悠返母邷靥幚磉^程，整個處理過程保證銅電極6和爐殼10中的冷卻水暢通。

最后，待高溫處理完成后，關(guān)閉電熱元件5，同時保證銅電極6和爐殼10中的冷卻水暢通持續(xù)循環(huán)，待溫度降至室溫時，開啟惰性氣體密封腔1與主體加熱爐2，通過手動機(jī)械推拉裝置12將托盤14依次推出并放入裝有待處理的碳?xì)謽悠返男峦斜P，完成一次高純度碳?xì)謽悠芳庸み^程。

實(shí)施例2

一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐對高密度碳碳復(fù)合材料樣品加工的具體實(shí)施包括：

首先，將待處理的高密度碳碳復(fù)合材料樣品置于托盤14中，將多個托盤放入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中的導(dǎo)軌13上，通過手動機(jī)械推拉裝置12推入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中，將兩端惰性氣體密封腔1與主體加熱爐2連接，使其形成密閉通路，充入純度為99.999％以上的氬氣保護(hù)。

待氣體壓力穩(wěn)定后，開啟加熱元件5升溫至2800℃完成對高密度碳碳復(fù)合材料樣品的高溫處理過程，整個處理過程保證銅電極6和爐殼10中冷卻水暢通。

最后，待高溫處理完成后，關(guān)閉電熱元件5，同時保證銅電極6和爐殼10中的冷卻水暢通持續(xù)循環(huán)，待溫度降至室溫時，開啟惰性氣體密封腔1與主體加熱爐2，通過手動機(jī)械推拉裝置12將托盤14依次推出并放入裝有待處理的高密度碳碳復(fù)合材料樣品的新托盤，完成一次高密度碳碳復(fù)合材料樣品的加工過程。

實(shí)施例3

一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐對高純度碳化鈦樣品加工的具體實(shí)施包括：

首先，將待處理的二氧化鈦和炭黑粉體樣品置于托盤14中，將多個托盤放入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中的導(dǎo)軌13上，通過手動機(jī)械推拉裝置12推入馬弗結(jié)構(gòu)爐腔3中，將兩端惰性氣體密封腔1與主體加熱爐2連接，使其形成密閉通路，充入純度為99.999％以上的氮?dú)獗Ｗo(hù)。

待氣體壓力穩(wěn)定后，開啟加熱元件5升溫至1500℃完成對二氧化鈦和炭黑粉體樣品的高溫處理過程，整個處理過程保證銅電極6和爐殼10中冷卻水暢通。

最后，待高溫處理完成后，關(guān)閉電熱元件5，同時保證銅電極6和爐殼10中的冷卻水暢通持續(xù)循環(huán)，待溫度降至室溫時，開啟氣體密封艙1與主體加熱爐2，通過手動機(jī)械推拉裝置12將托盤14依次推出并放入裝有待處理的二氧化鈦和炭黑粉體樣品的新托盤，完成一次高純度碳化鈦樣品加工過程。

上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。