專利名稱：一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，屬于碳/碳復合材料制備設備技術領域。
背景技術：
C/C制品高溫處理爐運行時，要求在不同的溫度范圍內(nèi)，以不同的升溫速率進行升溫，溫度的測量以及升降溫速率的控制對材料中各相界面結合狀態(tài)、材料中的應力分布、裂紋分布等均有極為重要的影響，而這些特征會在后續(xù)材料制備工藝過程中遺傳和演變，進而影響材料和產(chǎn)品的最終性能。因而，溫度的測量穩(wěn)定性和精確度是衡量C/C制品高溫處理爐性能優(yōu)劣的一項關鍵技術指標。C/C制品高溫處理爐的溫度測量通常是采用直接測量和間接測量相結合的方法， 低溫區(qū)RT 1000°C用鉬銠熱電偶，1000°C 高溫段采用光學高溫計測量。一般來說，熱電偶測量比較簡單、可靠，測量精度較高，可以用來測量升溫段的溫度及爐內(nèi)降溫時的開爐溫度，但測溫范圍有限；非接觸式測溫是通過被測物的熱輻射強度進行溫度測定的， 測溫范圍廣，反應速度也較快，但受物體的發(fā)射率、測量距離、煙霧、粉塵和水蒸氣等外界因素的影響，因此測量誤差較大，特別是對于碳基復合材料制品來說，隨著溫度的升高，系統(tǒng)產(chǎn)生的游離碳煙氣(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)對溫度的準確測量影響更大。 研究表面，大量煙塵的存在能造成溫度偏差高達500°c以上，這顯然是工藝規(guī)范所不允許的。現(xiàn)有的碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)包括高溫測溫管和光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與記錄儀和光學測溫儀，高溫測溫管如圖1所示，包括石墨測溫管11、光學測溫孔12和金屬測溫管13，在碳基復合材料制品制備過程中，隨著溫度的升高，系統(tǒng)產(chǎn)生的游離碳煙氣(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)堆集在光學測溫孔12中，嚴重影響了光學測溫儀的溫度測量精度。
實用新型內(nèi)容本實用新型技術解決的問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠有效消除光學測溫計測量過程中的游離碳煙氣(包括一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)，提高C/C 制品高溫處理爐高溫測量精度，從而實現(xiàn)C/C制品高溫處理爐的精確控溫的目的的碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)。本實用新型的技術解決方案是一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，包括高溫測溫管和光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，還包括外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測溫管包括石墨測溫管、光學測溫孔和金屬測溫管，石墨測溫管下部的側壁加工煙塵排出孔，金屬測溫管上部的側壁加工氣體吹入孔，氣體吹入孔、煙塵排出孔與光學測溫孔內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔將惰性氣體吹入高溫測溫管內(nèi)，將高溫測溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔排出。[0007]所述的氣體吹入孔中心線距離金屬測溫管頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為 45士 10°。所述的煙塵排出孔中心線距離石墨測溫管底部30 40mm，直徑小于5mm。所述的氣體吹入孔與煙塵排出孔直徑一致。所述的外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲氣瓶和與之連接的輸氣管道。本實用新型與現(xiàn)有技術相比有益效果為(1)本實用新型在金屬測溫管上部和石墨測溫管下部分別加工一個氣體吹入孔和煙塵排出孔，同時配備外部氣體吹入系統(tǒng)，把一定流量氣體通過氣體吹入孔引入測溫管中， 使煙氣和粉塵由底部排出孔排出到爐體內(nèi)部，惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除高溫測溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測量和控制提供了重要保障；(2)本實用新型的氣體吹入孔的加工角度選擇，使吹入高溫測溫管內(nèi)的惰氣體濺射到金屬測溫管內(nèi)壁上形成旋轉的氣流，排除高溫測溫管中的煙霧和粉塵的效果最佳；(3)本實用新型的氣體吹入孔和煙塵排出孔的加工位置和尺寸選擇，有利于高溫測溫管中的煙霧和粉塵的排出，同時不會造成高溫爐內(nèi)的煙霧和粉塵更多進入高溫測溫管影響溫度測量精度；(4)本實用新型在以內(nèi)的溫度范圍內(nèi)，測溫誤差不大于50°C ；(5)本實用新型為C/C制品高溫處理爐升溫及降溫過程中的高溫區(qū)(> 1000°C ) 的溫度準確測量系統(tǒng)，也可用于其它高溫設備的精確溫度測量；(6)本實用新型適用于不同測溫部位的C/C制品高溫處理爐如頂部測溫式、側面測溫式和底部測溫式等。
圖1為現(xiàn)有高溫測溫管結構示意圖；圖2為本實用新型高溫測溫管結構示意圖；圖3為采用本實用新型的頂部測溫式碳/碳制品高溫處理爐；圖4為采用本實用新型的側面測溫式碳/碳制品高溫處理爐；圖5為采用本實用新型的底部測溫式碳/碳制品高溫處理爐；其中圖3 圖5中，2-爐體，3-碳/碳試樣，4_儲氣瓶，5_高溫爐中的煙霧和粉塵， 6-數(shù)據(jù)采集與記錄儀，7-光學測溫儀，8-輸氣管道，21-爐蓋，22-保溫隔熱層，23-密封墊。
具體實施方式
C/C制品高溫處理爐的高溫段溫度測量是采用光學高溫計獲取的，具體來說是將一石墨管插入爐體試樣中間，使石墨測溫管與試樣同步感應加熱，在通過爐體外部金屬測溫管和石墨測溫管連接，采用光學高溫計對石墨管底部輻射強度進行測定，最后轉換為所需的溫度數(shù)據(jù)。然而，在高溫處理過程中，材料會釋放出大量的游離碳煙氣和粉塵，這些煙塵會通過保溫氈和密封墊進入保溫氈與爐蓋之間，也會大量進入光學高溫計測量通道即石墨測溫管內(nèi)部，從而嚴重影響溫度的測量精度。本實用新型對現(xiàn)有測溫系統(tǒng)結構進行了改進，主要是通過結構改進消除了測量過程中測量通道的煙霧和粉塵，從而保證測量通道潔凈、暢通。本實用新型如圖2 5所示，包括高溫測溫管、外部氣體吹入系統(tǒng)和光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)。高溫測溫管如圖2所示，包括石墨測溫管11、光學測溫孔12和金屬測溫管13，石墨測溫管11下部的側壁加工煙塵排出孔15，金屬測溫管13上部側壁加工氣體吹入孔14，氣體吹入孔14、煙塵排出孔15與光學測溫孔12內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔14將惰性氣體吹入高溫測溫管內(nèi)，將高溫測溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔 15排出。外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲氣瓶4和與之連接的輸氣管道8。光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)未改進，與現(xiàn)有裝置相同，包括數(shù)據(jù)采集與記錄儀6和光學測溫儀7。氣體吹入孔14中心線距離金屬測溫管13頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為45士 10° ；煙塵排出孔15中心線距離石墨測溫管11底部30 40mm，直徑小于5mm，為水平孔。氣體吹入孔14開孔角度45士 10°的選擇是為了使吹入高溫測溫管內(nèi)的惰氣體濺射到金屬測溫管內(nèi)壁上形成旋轉的氣流，從而提高高溫測溫管中煙霧和粉塵的排除效果。煙塵排出孔15距離石墨測溫管底部30 40mm位置的確定主要有兩方面的考慮一是為了減少中頻爐中的煙霧和粉塵進入高溫測溫管內(nèi)，所以煙塵排出孔15不能太靠近石墨測溫管底部；二是為了便于將高溫測溫管中的煙霧和粉塵排盡，使高溫測溫管內(nèi)部保持比較潔凈的測溫通道，從而提高了 C/C制品高溫處理爐的測溫精度。氣體吹入孔14與煙塵排出孔15直徑一致，這樣有利于使金屬測溫管和石墨測溫管內(nèi)保持穩(wěn)定的壓力，防止因壓力變化對測溫精度造成負面影響。本實用新型工作原理高溫處理過程中，通過外部氣體輸入系統(tǒng)，把一定流量惰性氣體通過氣體吹入孔引入高溫測溫管中，使煙氣和粉塵由煙塵排出孔排出到爐體內(nèi)部。惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除測溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測量和控制提供了重要保障。實施例1如圖3所示為采用本實用新型的頂部測溫式C/C制品高溫處理爐系統(tǒng)。具體使用方法如下1、低溫段(RT 100°C )，采用鉬銠熱電偶直接測量，惰性氣體輸入系統(tǒng)關閉；2、當溫度升至1000°C以上時，測量系統(tǒng)切換為光學高溫計間接式測量，惰性氣體輸入系統(tǒng)打開，惰性氣體由輸氣管道輸入金屬測溫管、石墨測溫管，并由石墨測溫管底部進入中頻爐內(nèi)部，最后由中頻爐過濾裝置吸收和釋放，從而形成一種循環(huán)式排氣系統(tǒng)，保證了測溫管內(nèi)部產(chǎn)生的煙霧和粉塵被及時排出，使得測溫通道暢通、潔凈，因而可以獲得精確度較高的溫度測量數(shù)據(jù)；3、降溫過程中，當溫度降至1000°C以下時，惰性氣體輸入系統(tǒng)繼續(xù)工作1 2小時，保證消除余氣影響，再關閉輸氣管道，測溫系統(tǒng)切換為鉬銠測溫，最后通過測溫結構控制停爐和開爐時間。實施例2本實用新型專利也可用于側面測溫式C/C制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，如圖4， 具體使用方法同實施例1。實施例3本實用新型專利也可用于底部測溫式C/C制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，如圖5，具體使用方法同實施例1。 采用本實用新型對C/C材料制品高溫石墨化處理中的溫度測量進行了試驗驗證。 具體試驗條件和方法如下材料:C/C 材料，300Kg ；溫度范圍RT 2800°C ；處理時間50h ；升溫過程中，選取了不同溫度點進行溫度測量，以測試本實用新型的測溫效果。具體測試結果如下
設定溫度普通測溫系統(tǒng)本實用新型測溫溫度差^
(0C)(0C)系統(tǒng)(°C)(0C)
1000952 οδ 49~ 150012131490277
200017401985245
220018782190312
250019312485554由測試結果可以看出，在不同的設定溫度，普通測溫系統(tǒng)和本實用新型測溫系統(tǒng)測試結果表現(xiàn)不一，隨著溫度的升高，兩者測試溫差表現(xiàn)為增加趨勢，在2500°C時，溫度差高達554°C。這也證實了煙霧和粉塵對溫度測量準確性，隨著溫度的升高煙塵越積越多，嚴重影響了溫度測量的準確性。以上實驗結果證實了本實用新型的準確性與有效性。本實用新型未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求1.一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，包括高溫測溫管和光學測溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，其特征在于還包括外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測溫管包括石墨測溫管 (11)、光學測溫孔(1 和金屬測溫管(13)，石墨測溫管(11)下部的側壁加工煙塵排出孔 (15)，金屬測溫管(13)上部的側壁加工氣體吹入孔(14)，氣體吹入孔(14)、煙塵排出孔 (15)與光學測溫孔(12)內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔(14)將惰性氣體吹入高溫測溫管內(nèi)，將高溫測溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔(1 排出。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體吹入孔(14)中心線距離金屬測溫管(13)頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為 45士 10°。
3.根據(jù)權利要求1所述一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，其特征在于所述的煙塵排出孔(15)中心線距離石墨測溫管(11)底部30 40mm，直徑小于5mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體吹入孔(14)與煙塵排出孔(1 直徑一致。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，其特征在于所述的外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲氣瓶(4)和與之連接的輸氣管道(8)。
專利摘要一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測溫系統(tǒng)，包括高溫測溫管和外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測溫管包括石墨測溫管、光學測溫孔和金屬測溫管，石墨測溫管側壁底部加工煙塵排出孔，金屬測溫管側壁頂部加工氣體吹入孔，氣體吹入孔、煙塵排出孔與光學測溫孔內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔將惰性氣體吹入高溫測溫管內(nèi)，將高溫測溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔排出。本實用新型在金屬測溫管上部和石墨測溫管下部分別加工一個氣體吹入孔和煙塵排出孔，同時配備外部氣體吹入系統(tǒng)，把一定流量氣體通過氣體吹入孔引入測溫管中，使煙氣和粉塵由煙塵排出孔排出到爐體內(nèi)部。惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除測溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測量和控制提供了重要保障。
文檔編號G01J5/02GK202018339SQ201120085228
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2011年3月28日
發(fā)明者周星明, 房學良, 王正軍, 許正輝, 趙高文, 鐘建新 申請人:航天材料及工藝研究所