[發(fā)明專利]一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610826940.5
• 申請日: 2016-09-18
• 公開（公告）號: CN106288767B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱波;于寬;于麗媛;曹偉偉;喬琨
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: F27B5/04
• 分類號: F27B5/04;F27B5/06;F27B5/08;F27B5/14;F27B5/16;C04B35/56;C04B35/64;C04B35/83;D06C7/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種碳碳復(fù)合材料高溫連續(xù)加熱爐，帶有保護(hù)氣氛密封腔的、多層全碳碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)加熱爐，該加熱爐由保護(hù)氣氛密封腔和加熱爐體兩部分組成，其中加熱爐體包括馬弗結(jié)構(gòu)、電熱元件、耐火層、保溫層、爐殼五個主體部分，加熱爐體的主要組成部分全由碳碳復(fù)合材料或碳素材料制備以保證整個加熱設(shè)備的耐溫性和穩(wěn)定性，該高溫連續(xù)加熱爐的最高加熱溫度可達(dá)到2800℃，可實(shí)現(xiàn)高純含碳量碳素制備的連續(xù)生產(chǎn)制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種加熱爐，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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明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)狻鍤庵械娜我庖环N，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。