[發明專利]井式真空充氣保護Nb3Sn線圈熱處理爐系統

有效

• 申請號: 201010588529.1
• 申請日: 2010-12-15
• 公開（公告）號: CN102080151A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 匡光力;陳文革;陳灼民;陳治友;何鵬;黃鵬程
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C21D9/40
• 分類號: C21D9/40;C21D1/773;C22F1/16
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及一種Nb₃Sn線圈熱處理爐，是大型管內電纜超導導體Nb₃Sn超導線圈研制過程中必不可少的工藝設備。

背景技術

隨著科學技術的發展，一些大的科學研究平臺，如高能加速器、受控熱核聚變裝置以及核磁共振成像等，都將對超導磁體的技術參數：磁場強度和口徑提出很高的要求。同時，隨著我國的國民經濟的加速發展，在國家大科學工程和國際合作項目的帶動下，加速了大型高場超導磁體及其相關關鍵技術研發。通常磁場超過10T以上大口徑超導磁體均采用Nb₃Sn?CICC型超導線圈，而Nb₃Sn超導線圈制作工藝必須對含有Nb、Sn等組分的導體繞成線圈后經過固態擴散反應熱處理才能形成超導Nb₃Sn。

Nb₃Sn超導線圈是由CICC超導導體繞制而成，而導體是由許多根超導線經多級絞纜后封裝在導管內制成的；Nb₃Sn?CICC型超導線圈的反應熱處理工藝技術要求嚴格：線圈繞組匝間、層間包纏或墊的玻璃絲絕緣材料參與熱處理，導體的溫度均勻性如何是決定繞組熱處理制度的關鍵。此外，在熱處理過程中對爐體和導體電纜區要求有惰性氣體保護，對惰性氣氛的參數控制要求嚴格。Nb₃Sn?CICC型超導線圈熱處理制度的兩個基本參量是熱反應的最高溫度和在這個溫度下的持續時間，最高溫度影響著Nb₃Sn產物的平均晶粒度分布，溫度過高形成的晶粒粗大，導致體釘扎力密度下降；熱處理的持續時間影響著Nb₃Sn生成物的厚度。為此，需要研制和建立一個能滿足Nb₃Sn?CICC型超導線圈熱處理要求的熱處理爐系統的重大科研設備。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，建立一套井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統。該熱處理爐系統在真空和保護氣氛條件下爐體工作區的溫度均勻性達到要求，能夠滿足Nb₃Sn線圈反應熱處理的工藝要求。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統，該系統分為機械部分和電氣控制部分，其中機械部分主要由爐體、可升降爐蓋、真空系統、工藝氣源及進排氣體管路、冷卻水系統組成；電氣控制部分主要由電控柜、電源柜以及分布在爐子各部分的傳感器、儀表和聯線組成；其特征在于：所述的爐體、可升降爐蓋均為雙層水冷結構，外接冷卻水系統；爐體與爐蓋內壁采用反射屏；爐體內設有勻熱筒，勻熱筒四周開有進風孔，勻熱筒內部設有導風筒，勻熱筒底部設有工件支架；爐蓋下方連接有勻熱筒上蓋，勻熱筒上蓋上安裝有攪拌風機，攪拌風機形成勻熱筒與爐體之間的熱氣流流通，勻熱筒內壁從上至下分區安裝有功率梯度改變的加熱器；所述的爐體上設有多個真空接口。

所述的井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統，其特征在于所述的加熱器采用鎳烙帶加熱器。

所述的井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統，其特征在于攪拌風機的轉軸從爐蓋伸出，通過安裝于爐蓋上的電機驅動，轉軸與爐蓋之間通過磁流體密封。

所述的井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統，其特征在于勻熱筒底部設有底板，底板周邊與勻熱筒內壁之間具有間隙。

所述的井式真空充氣保護Nb₃Sn線圈熱處理爐系統，其特征在于勻熱筒壁體外設了預加熱段，進風孔處設有導流板。

由于Nb₃Sn超導線圈熱處理制度的嚴格要求，需要保證熱處理爐爐室有效工作區(即放置Nb₃Sn超導線圈區域)的溫度均勻性，特別在溫度210℃、400℃和650℃臺階的溫度均勻性不大于±5℃(注：Nb₃Sn超導線圈采用內錫法RRP工藝生產的Nb₃Sn線作為基本線材，其最佳性能的熱處理制度由三個溫度臺階及保溫過程組成，每個臺階的升溫速率為5℃/hr，三個典型的溫度臺階和保溫時間是：210℃/48hr，400℃/48hr，650℃/50hr)。