CN103954128B - 加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热炉，加热炉适用于霍普金森压杆实验，用于对压杆上的试样进行加热，加热炉包括：炉体；加热元件，加热元件固定在炉体内，加热元件包括硅钼元件和/或碳钼元件，其中压杆适于插入炉体内且由加热元件对试样进行加热；以及温控系统，温控系统与加热元件电连接。本发明的加热炉，通过设置硅钼元件和/或碳钼元件作为加热元件，从而可将加热炉的最高加热温度提升至大约1200℃左右，同时升温速度明显增高，并且同时由于设置温控系统的缘故，可以基于固定在试样上的热电偶的测量温度而方便地控制加热元件的加热功率，进而快速达到较佳的加热效率，提高加热精度，同时缩短加热时间。

Description

加热炉

技术领域

本发明涉及一种加热炉，特别涉及一种适用于霍普金森压杆实验的加热炉。

背景技术

在霍普金森压杆实验中，常常需要使用加热炉对试样进行加热。加热炉内的核心加热部件为加热丝，但是传统加热丝所能加热的温度较低且升温速度缓慢。一般地，电热丝只能加热到800℃，当达到或超过800℃时，电热丝极易熔断，从而导致加热炉无法正常工作。

并且，采用电热丝的加热炉，其加热效率较差，升温速度缓慢，且电极处常常由于温度过高而损坏，增加了使用成本，实用性较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种加热炉，该加热炉适用于霍普金森压杆实验，能够实现快速升温，且最大加热温度可达到1200℃左右。

根据本发明实施例的加热炉，所述加热炉适用于霍普金森压杆实验，用于对压杆上的试样进行加热，所述加热炉包括：炉体；加热元件，所述加热元件固定在所述炉体内，所述加热元件包括硅钼(MoSi2)元件和/或碳钼(MoC)元件，其中所述压杆适于插入所述炉体内且由所述加热元件对所述试样进行加热；以及温控系统，所述温控系统与所述加热元件电连接。

根据本发明实施例的加热炉，通过设置硅钼(MoSi2)元件和/或碳钼(MoC)元件作为加热元件，从而可将加热炉的最高加热温度提升至大约1200℃左右，同时升温速度明显增高，并且同时由于设置温控系统的缘故，可以基于试样热电偶的测量温度而方便地控制加热元件的加热功率，进而快速达到较佳的加热效率，提高加热精度，同时缩短加热时间。

另外，根据本发明实施例的加热炉，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述炉体上设置有适于所述压杆穿过的避让通孔。

根据本发明的一些实施例，所述加热元件构造为倒“U”形，所述加热元件的两端固定在所述炉体内底部的电极上。

根据本发明的一些实施例，所述避让通孔在正交于所述炉体厚度方向的平面上的正投影为圆形，所述加热元件在所述平面内的正投影为倒“U”形，所述圆形位于所述倒“U”形内并且邻近所述倒“U”形的弯曲部。

根据本发明的一些实施例，所述炉体内还包括用于对所述电极进行冷却的冷却装置。

根据本发明的一些实施例，所述冷却装置包括水冷管盘，所述水冷管盘盘绕所述电极设置并与所述电极间隔开，或者所述水冷盘管邻近所述电极设置。

根据本发明的一些实施例，所述水冷盘管的进口或出口处还设置有位于所述炉体之外的流量调节装置。

根据本发明的一些实施例，所述加热炉还包括：可打开或封闭所述避让通孔的保温部件。

根据本发明的一些实施例，所述加热元件为多个且在所述炉体的厚度方向上彼此对应并间隔开。

根据本发明的一些实施例，所述炉体的内壁面上还设置有刚玉砖层。

附图说明

图1是根据本发明实施例的加热炉的主视剖视图；

图2是根据本发明实施例的侧视剖视图。

附图标记：

加热炉100；

炉体11，刚玉砖层12，避让通孔13；

加热元件2，加热元件的弯曲部21，加热元件的两端A1、A2；

冷却装置3；

电极4；

压杆51，试样52。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合图1-图2详细描述根据本发明实施例的加热炉100，该加热炉100适用于霍普金森压杆51实验中，用于对压杆51上的试样52进行加热。但是，应当理解的是，本发明并不限于此。

根据本发明实施例的加热炉100可以包括炉体11、加热元件2和温控系统。炉体11上可以设置炉门，炉门可以打开或关闭炉体11。

炉体11可以采用分体结构，例如炉体11可以由两部分拼装焊接构成。当然，作为另一实施方式，炉体11也可以是一体成型结构，本发明对炉体11的具体构造并不作特殊限定。

加热元件2固定在炉体11内，加热元件2由硅钼(MoSi2)元件和/或碳钼(MoC)元件制成。换言之，在本发明的一些实施例中，加热元件2可以是硅钼(MoSi2)元件，例如硅钼(MoSi2)棒。在本发明的另一些实施例中，加热元件2也可以是碳钼(MoC)元件，例如碳钼(MoC)棒。或者，可选地，在又一些实施例中，加热元件2可以同时包括硅钼(MoSi2)元件和碳钼(MoC)元件，例如在这些实施例中，加热元件2既包括硅钼(MoSi2)棒又包括碳钼(MoC)棒。

由于在本申请的申请日前，在本领域内，对于进行霍普金森压杆51实验所使用的加热炉100均采用电阻丝进行加热，但是电阻丝的最高加热温度只能达到800℃，超过800℃后电阻丝极易发生熔断现象，导致加热炉无法正常使用。

发明人发现，通过将传统加热炉100的电阻丝更换为硅钼(MoSi2)元件或碳钼(MoC)元件，不仅可以提高最大加热温度，例如可以提高至1200℃，同时采用硅钼(MoSi2)元件或碳钼(MoC)元件进行加热时，升温速度大致可以提高20倍，大大提高了升温速率。

结合图1和图2所示，压杆51适于插入到炉体11内且由加热元件2对试样52进行加热，这样能够提高对试样52的升温效果和升温速率。

温控系统与加热元件2电连接，温控系统可以具有变压器，温控系统可以与试样52处的热电偶相连，温控系统能够根据热电偶反馈的实时温度而通过控制变压器的输出电压来控制加热元件2的加热功率，从而合理地调节加热元件2的加热功率。

根据本发明实施例的加热炉100，通过设置硅钼(MoSi2)元件和/或碳钼(MoC)元件作为加热元件2，从而可将加热炉100的最高加热温度提升至大约1200℃左右，同时升温速度明显增高，并且同时由于设置温控系统的缘故，可以基于试样52热电偶的测量温度而方便地控制加热元件2的加热功率，进而快速达到较佳的加热效率，提高加热精度，同时缩短加热时间。

在一些实施例，如图1和图2所示，炉体11上设置有适于压杆51穿过的的避让通孔13，从而方便压杆51通过该避让通孔13而插入到炉体11内部，避让通孔13可以沿炉体11的厚度方向贯通炉体11，但不限于此。避让通孔13的截面形状可以是圆形，当然也可以是矩形、多边形或其它形状。

如图1所示，加热元件2可以构造为倒“U”形，加热元件2的两端固定在炉体11内底部的电极4上，换言之，炉体11内的炉腔的底部可以设置有电极4，加热元件2为倒置的“U”形，其开口端的两个端部（A1和A2端）可以插入并固定在电极4上以形成电连接。应当理解的是，对于电极4部分，应当选用能够承受较高温度的材料制成，从而与根据本发明实施例的加热元件2能够适配，避免发生电极4温度过高而损毁的情况。

作为优选的实施方式，假定一正交于炉体11厚度的一个平面，避让通孔13在该平面上的投影为圆形，加热元件2在该平面内的正投影为倒“U”形，该圆形位于该倒“U”形内并且邻近倒“U”形的弯曲部21（结合图1所示）。

换言之，如图1所示，在该示出的实施例中，倒“U”形的加热元件2的顶部弯曲部分套在避让通孔13的外侧并紧邻避让通孔13。由于加热元件2制成倒“U”形结构，因此其顶部弯曲部分的发热量比较集中，容易快速对试样52进行升温，在压杆51插入到避让通孔13内时，倒“U”形的顶部弯曲部分刚好包围试样52，从而提高了对试样52的加热效率，使得试样52能够快速升温。

由于电极4是连接加热元件2与电源之间的连接媒介，电极4处往往会流经很高的电流，高电流流经电极4后会产生大量的热量，使得电极温度显著升高。如果这些热量不能够及时散掉，可能烧毁电极4导致加热炉100无法正常工作。

有鉴于此，炉体11内还可以设置有冷却装置3，冷却装置3用于对电极4进行冷却，降低电极4的温度，防止电极4温度过高而烧毁。

作为一种可选的实施方式，冷却装置3可以是水冷装置，以采用水作为冷却介质。例如，冷却装置3可以包括水冷盘管，水冷盘管可以盘绕电极4设置并与电极4间隔开，这样不仅可以对电极4进行冷却，同时还能防止电极4与水冷盘管接触而发生短路现象，提高了使用安全。或者，水冷盘管也可以邻近电极4设置，例如水冷盘管可以位于电极4的顶部，当然也可以位于电极4的底部或侧面。

水冷盘管的进口和出口可以位于炉体11之外，这样方便进水和出水。进一步，水冷盘管的进口或出口处还可以设置流量调节装置，流量调节装置可以调节冷却水流量，例如当需要较大冷却量时，可以加大流量调节装置的开度，从而增加对电极4的冷却效果。而当不需要较大冷却量时，可以适当减小流量调节装置的开度，这样在保证对电极4具有充分冷却效果的同时，还能降低冷却成本。

流量调节装置可以是流量调节阀，例如电磁阀，该电磁阀可以与温控系统相连。并且进一步，作为一种实施方式，电极4处可以设置测温装置例如热电偶对电极4处的温度进行实时测量，该电极4处的热电偶可以将测温数据反馈给温控系统，温控系统可以根据电极4的温度而适应性调节电磁阀的开度，从而保证电极4能够获得所需的冷却量。

当然，流量调节阀也可以是手动形式，由实验者手动调节完成，这样能够降低加热炉100的整体成本。

在一些实施例中，由于加热炉100设置有避让通孔13的缘故，因此在加热过程中，热量会从避让通孔13处向外辐射。有鉴于此，避让通孔13应当制作的尽量小一些，这样可以减少从避让通孔13辐射出的热量，使得加热炉100的升温速度更快。

但是，避让通孔13不能过小，这样可能导致压杆51无法插入炉体11内或者影响压杆51正常插入。简言之，避让通孔13的尺寸在满足压杆51顺畅插入的条件下，尺寸越小越好，但不管避让通孔13尺寸如何小，由于是敞开的，所以一定伴随热量的损失。

因此，在一些实施例中，加热炉100还可以包括保温部件，保温部件可打开或封闭避让通孔13。保温部件可以是设置在炉体11上的，例如保温部件可以通过铰链或销轴可转动地设在炉体11上且位于避让通孔13处，在需要快速升温时，可以转动保温部件关闭避让通孔13。

当然，保温部件相对炉体11也可以是可分离的，即当需要快速升温时，可以将保温部件堵住避让通孔13。而在需要将压杆51插入避让通孔13前，可以将保温部件取下。

在一些实施例中，保温部件至少包括石棉，例如在保温部件设在炉体11上时，保温部件可以包括金属壳体以及设在金属壳体内侧的石棉层。石棉层的厚度可以根据实际需要而适应性设定，从而更好地绝热。

根据本发明的一些实施例，加热元件2为多个且在炉体11的厚度方向上彼此对应并间隔开。多个加热元件2可以并联设置，当然也可以串联设置。多个加热元件2的尺寸可以相同，这样能够提高加热元件2的通用性。同时，多个加热元件2优选等间距分布。

根据本发明的一些实施例，炉体11的内壁面上还设置有刚玉砖层12，刚玉砖层12的厚度可以根据实际需要而适应性设定，从而满足加热炉100所需的保温要求。

整体而言，根据本发明实施例的加热炉100，通过采用硅钼(MoSi2)元件和/或碳钼(MoC)元件作为加热元件2，可以将加热炉100的最高加热温度由800℃提高到1200℃。加热速率也能够准确控制，且最高加热速率可以提高大约20倍。此外，通过在炉体11内部增加冷却装置3对电极4进行冷却，提高了加热炉100的可靠性和稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种加热炉，其特征在于，所述加热炉适用于霍普金森压杆实验，用于对压杆上的试样进行加热，所述加热炉包括：

炉体；

加热元件，所述加热元件固定在所述炉体内，所述加热元件包括硅钼元件和/或碳钼元件，其中所述压杆适于插入所述炉体内且由所述加热元件对所述试样进行加热；以及

温控系统，所述温控系统与所述加热元件电连接；

所述炉体上设置有适于所述压杆穿过的避让通孔；

所述加热元件构造为倒“U”形，所述加热元件的两端固定在所述炉体内底部的电极上；

所述避让通孔在正交于所述炉体厚度方向的平面上的正投影为圆形，所述加热元件在所述平面内的正投影为倒“U”形，所述圆形位于所述倒“U”形内并且邻近所述倒“U”形的弯曲部。

2.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述炉体内还包括用于对所述电极进行冷却的冷却装置。

3.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，所述冷却装置包括水冷管盘，所述水冷管盘盘绕所述电极设置并与所述电极间隔开，或者所述水冷盘管邻近所述电极设置。

4.根据权利要求3所述的加热炉，其特征在于，所述水冷盘管的进口或出口处还设置有位于所述炉体之外的流量调节装置。

5.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，还包括：可打开或封闭所述避让通孔的保温部件。

6.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述加热元件为多个且在所述炉体的厚度方向上彼此对应并间隔开。

7.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述炉体的内壁面上还设置有刚玉砖层。