CN106379880A - 一种超高温真空气体纯化炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种超高温真空气体纯化炉系统，包括纯化炉、纯化炉支撑架、炉底升降机构、真空子系统、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；本发明通过优化结构设计，采用更加先进的设计理念，使得最终的超高温真空气体纯化炉系统结构更加简单可靠，且方便使用，除杂纯化程度更高，能够满足现阶段对炭材料高级别纯化的要求。
Description
技术领域
本发明炭材料纯化设备技术领域，尤其是涉及一种超高温真空气体纯化炉系统。
背景技术
炭材料纯化炉是利用真空环境或卤素气体使石墨零件、炭毡、固化毡、石墨粉等炭材料中的杂质元素直接蒸发或生成低沸点的卤化物蒸发排出产品本身之外达到纯化的一种纯化设备，广泛应用于光伏行业单晶、动力燃料电池、正负极材料、半导体行业、碳化硅、蓝宝石行业、核电站、航空航天及新材料的开发。
上述领域对所用石墨产品本身的杂质含量有很高的要求，通常为ppm级(百万分之一)或ppb级(十亿分之一)。但是，目前的多数炭材料采用艾奇逊炉或真空炉处理，纯化程度达不到上述杂质含量级别要求，且结构复杂，操作不方便。
因此，如何提供一种除杂纯化程度更高、结构简单可靠且方便实用的炭材料纯化炉是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高温真空气体纯化炉系统，该超高温真空气体纯化炉系统能够提高炭材料的除杂纯化程度，且结构简单可靠以及方便实用。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种超高温真空气体纯化炉，包括纯化炉、纯化炉支撑架、炉底升降机构、真空子系统、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；
所述纯化炉固定设置于所述纯化炉支撑架上，所述纯化炉包括炉盖、炉体、炉底、发热体以及用于盛放待纯化的炭材料物件的坩埚，所述炉盖、炉体以及炉底均为内外两层包裹中间空腔的密闭结构以用于在内外两层之间的空腔中循环流动冷却水对纯化炉进行冷却；
所述炉盖、炉体以及炉底的内壁面上均设置有用于隔热保温的隔热保温屏，且所述炉盖、炉体以及炉底的内壁面上的隔热保温屏构成一个具有上盖、下底以及周向侧面的且将所述坩埚包裹在其中的桶状；
所述炉底内壁面上设置有支撑件，所述支撑件的顶端突出部穿透所述炉底上的隔热保温屏露出，所述坩埚放置在所述支撑件的穿过所述炉底的隔热保温屏的顶端突出部上，所述发热体环绕套设在所述坩埚的外部且位于所述坩埚与所述炉体的隔热保温屏之间；
所述坩埚为包括顶盖、马弗筒以及底板的桶状结构，所述底板包括上平面板与下凹槽，所述上平面板与所述下凹槽上下拼接在二者之间形成一个空腔，所述上平面板上均匀地开设有若干个进气通气孔，所述下凹槽上设置有一个用于将工艺气体通入所述坩埚的进气口；
所述炉底升降系统包括两个丝杠电机、两个丝杠、两个升降平台架以及四根导轨，每个所述升降平台架套设在两根导轨上以沿所述导轨上下滑动，一个所述丝杠电机配套一个所述丝杠，所述丝杠电机与所述丝杠传动连接以带动所述丝杠旋转，每个所述升降平台架套设在一个所述丝杠上且与所述丝杠螺纹连接构成一个丝杠升降副，所述炉底搭接在两个所述升降平台架上以通过两个所述升降平台架的升降带动所述炉底上下升降；
所述真空子系统包括真空泵，所述真空子系统的真空泵的进气口通过管道与所述炉体连通；
所述工艺气体子系统包括进气组件、排气组件以及真空泵，所述工艺气体子系统的真空泵通过穿透所述炉体侧壁的真空管道与所述坩埚连通且所述真空管道与所述坩埚的连接处位于所述坩埚的顶盖上，所述进气组件的出气口与所述坩埚的底板的下凹槽上的进气口连通，所述进气组件的进气口通过管道与工艺气体的气源装置连通；
所述高低温测控转换子系统包括热电偶与红外测温仪，所述热电偶与红外测温仪设置于所述纯化炉的炉壁上；
所述送料小车系统包括送料小车以及用于移动所述送料小车的导轨，所述送料小车上设置有用于当所述升降平台架降下后将所述炉底从所述升降平台架上升起然后起运或者将所述炉底重新搭接放置在所述升降平台架上的升降机构。
优选的，所述上平面板上均匀地开设有九个进气通气孔，所述上平面板为圆形横截面的薄板，九个所述进气通气孔中的一个位于所述上平面板的圆形横截面的圆心处，且剩余8个所述进气通气孔两两一对以所述上平面板的圆形横截面的圆心处对称布置，且剩余8个所述进气通气孔首尾相连构成一个正方形，且剩余8个所述进气通气孔首尾相连构成的正方形的4条边线均与所述上平面板的圆形横截面的直径平行。
优选的，所述坩埚为石墨坩埚、碳/碳复合材料坩埚或各种拼接方式构成的坩埚。
优选的，所述发热体为石墨发热体，且为管状结构或板状结构。
优选的，所述隔热保温屏为是石墨毡材质，且为多层叠加结构。
本发明提供的一种超高温真空气体纯化炉系统，包括纯化炉、纯化炉支撑架、炉底升降机构、真空子系统、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；本发明通过优化结构设计，采用更加先进的设计理念，使得最终的超高温真空气体纯化炉系统结构更加简单可靠，且方便使用，除杂纯化程度更高，能够满足现阶段对炭材料高级别纯化的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的一种超高温真空气体纯化炉系统的纯化炉去掉炉盖后的俯视结构示意图；
图2为图1中沿A-A线的剖视结构示意图(鉴于该剖视图尺寸较大且零部件较多，多个剖切面太薄，如果打上剖面线，会导致多个剖切面变成一片黑色，因此，为清楚表达本图结构，本图未打剖面线)；
图3为图1中的纯化炉沿B-B线的剖视结构示意图(鉴于该剖视图尺寸较大且零部件较多，多个剖切面太薄，如果打上剖面线，会导致多个剖切面变成一片黑色，因此，为清楚表达本图结构，本图未打剖面线)；
图4为图1中坩埚的底板的俯视结构示意图。
图中，1炉盖，2炉体，3炉底，4发热体，5坩埚，501顶盖，502马弗筒，503底板，5031上平面板，5032下凹槽，504进气通气孔，6隔热保温屏，7纯化炉支撑架，8送料小车，9进气组件，10排气组件，11真空泵，12真空子系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，图1为本发明的实施例提供的一种超高温真空气体纯化炉系统的纯化炉去掉炉盖后的俯视结构示意图；图2为图1中沿A-A线的剖视结构示意图(鉴于该剖视图尺寸较大且零部件较多，多个剖切面太薄，如果打上剖面线，会导致多个剖切面变成一片黑色，因此，为清楚表达本图结构，本图未打剖面线)；图3为图1中的纯化炉沿B-B线的剖视结构示意图(鉴于该剖视图尺寸较大且零部件较多，多个剖切面太薄，如果打上剖面线，会导致多个剖切面变成一片黑色，因此，为清楚表达本图结构，本图未打剖面线)；图4为图1中坩埚的底板的俯视结构示意图。
本发明提供了一种超高温真空气体纯化炉，包括纯化炉、纯化炉支撑架7、炉底升降机构、真空子系统12、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；
所述纯化炉支撑架7为四根立柱支撑一个矩形框构成，所述纯化炉的炉体2的下端固定在纯化炉支撑架7上的矩形框上；
所述纯化炉固定设置于所述纯化炉支撑架7上，所述纯化炉包括炉盖1、炉体2、炉底3、发热体4以及用于盛放待纯化的炭材料物件的坩埚5，所述炉盖1、炉体2以及炉底3均为内外两层包裹中间空腔的密闭结构以用于在内外两层之间的空腔中循环流动冷却水对纯化炉进行冷却，所述炉盖1、炉体2以及炉底3内的空腔通过进水管与出水管与所述冷却水子系统连通构成一个水冷却循环；炉体2固定在纯化炉支撑架7上后，炉盖1是通过插入螺栓的法兰式连接方式固定在炉体2上，炉底3是通过炉底升降机构固定在炉体2上；
所述炉盖1、炉体2以及炉底3的内壁面上均设置有用于隔热保温的隔热保温屏6，且所述炉盖1、炉体2以及炉底3的内壁面上的隔热保温屏6构成一个具有上盖、下底以及周向侧面的且将所述坩埚5包裹在其中的桶状，即将坩埚5用隔热保温屏6完全包裹住，以尽量减小热量散失，在坩埚5周围创造一个尽量均衡与稳定的温度场；
所述炉底3内壁面上设置有支撑件，所述支撑件的顶端突出部穿透所述炉底3上的隔热保温屏6露出，所述坩埚5放置在所述支撑件的穿过所述炉底3的隔热保温屏6的顶端突出部上，所述发热体4环绕套设在所述坩埚5的外部且位于所述坩埚5与所述炉体2的隔热保温屏6之间；
所述坩埚5为包括顶盖501、马弗筒502以及底板503的桶状结构，所述底板503包括上平面板5031与下凹槽5032，所述上平面板5031与所述下凹槽5032上下拼接在二者之间形成一个空腔，所述上平面板5031上均匀地开设有若干个进气通气孔504，所述下凹槽5032上设置有一个用于将工艺气体通入所述坩埚5的进气口；如此设置，工艺气体通过进气组件9首先从下凹槽5032上的进气口处进入上平面板5031与下凹槽5032之间的空腔中，在该空腔中稳流量稳压力，然后通过上平面板5031上的若干个进气通气孔504进入坩埚5内部，通过控制进气通气孔504的数量以及在上平面板5031上的分布方式，以提高工艺气体与坩埚5内待纯化的炭材料物件的接触时间与接触面积，提高纯化程度与纯化效率；
所述炉底升降系统包括两个丝杠电机、两个丝杠、两个升降平台架以及四根导轨，每个所述升降平台架套设在两根导轨上以沿所述导轨上下滑动，一个所述丝杠电机配套一个所述丝杠，所述丝杠电机与所述丝杠传动连接以带动所述丝杠旋转，每个所述升降平台架套设在一个所述丝杠上且与所述丝杠螺纹连接构成一个丝杠升降副，所述炉底搭接在两个所述升降平台架上以通过两个所述升降平台架的升降带动所述炉底上下升降；此处，炉底3只是简单地搭接在两个升降平台架上，并没有固定在升降平台架上，在外力的作用下，其可以自由升降脱离升降平台架；所述丝杠、丝杠电机以及丝杠上的升降平台架构成一个丝杠升降机构，利用电机的运转最终实现炉底的上下升降；
所述真空子系统12包括真空泵，所述真空子系统12的真空泵的进气口通过管道与所述炉体2连通；
所述工艺气体子系统包括进气组件9、排气组件10以及真空泵11，所述工艺气体子系统的真空泵11通过穿透所述炉体2侧壁的真空管道与所述坩埚5连通且所述真空管道与所述坩埚5的连接处位于所述坩埚5的顶盖501上，所述进气组件9的出气口与所述坩埚5的底板503的下凹槽5032上的进气口连通，所述进气组件9的进气口通过管道与工艺气体的气源装置连通；
所述高低温测控转换子系统用于对纯化炉内的温度场进行测温并将测温仪器测得的温度的电信号转换为数字信号显示在温控装置的显示屏上，其包括热电偶与红外测温仪，热电偶检测纯化炉内1400℃以下的温度，红外测温仪检测纯化炉内1000℃～3000℃的温度，所述热电偶与红外测温仪设置于所述纯化炉的炉壁上，所述热电偶与红外测温仪与温控装置电连接以用于将二者测得的温度的电信号转换为数字信号显示在温控装置的显示屏上；
所述送料小车系统包括送料小车8以及用于移动所述送料小车8的导轨，所述送料小车8上设置有用于当所述升降平台架降下后将所述炉底3从所述升降平台架上升起然后起运然后运出纯化炉支撑架7或者将所述炉底3重新搭接放置在所述升降平台架上的升降机构；
上述电气控制子系统用于对整个超高温真空气体纯化炉系统进行程序控制；上述电力子系统用于向整个超高温真空气体纯化炉系统提供电力。
在本发明的一个实施例中，所述上平面板5031上均匀地开设有九个进气通气孔504，所述上平面板5031为圆形横截面的薄板，九个所述进气通气孔504中的一个位于所述上平面板5031的圆形横截面的圆心处，且剩余8个所述进气通气孔504两两一对以所述上平面板5031的圆形横截面的圆心处对称布置，且剩余8个所述进气通气孔504首尾相连构成一个正方形，且剩余8个所述进气通气孔504首尾相连构成的正方形的4条边线均与所述上平面板5031的圆形横截面的直径平行。
在本发明的一个实施例中，所述坩埚5为石墨坩埚、碳/碳复合材料坩埚或各种拼接方式构成的坩埚。
在本发明的一个实施例中，所述发热体4为石墨发热体，为管状结构或板状结构。
在本发明的一个实施例中，所述隔热保温屏6为是石墨毡材质，且为多层叠加结构，以提高隔热保温效果。
本发明提供的一种超高温真空气体纯化炉系统，包括纯化炉、纯化炉支撑架、炉底升降机构、真空子系统、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；本发明通过优化结构设计，采用更加先进的设计理念，使得最终的超高温真空气体纯化炉系统结构更加简单可靠，且方便使用，除杂纯化程度更高，能够满足现阶段对炭材料高级别纯化的要求。
本申请未详细描述的方法及装置均为现有技术。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种超高温真空气体纯化炉系统，其特征在于，包括纯化炉、纯化炉支撑架、炉底升降机构、真空子系统、工艺气体子系统、高低温测控转换子系统、送料小车子系统、电气控制子系统、冷却水子系统以及电力子系统；
所述纯化炉固定设置于所述纯化炉支撑架上，所述纯化炉包括炉盖、炉体、炉底、发热体以及用于盛放待纯化的炭材料物件的坩埚，所述炉盖、炉体以及炉底均为内外两层包裹中间空腔的密闭结构以用于在内外两层之间的空腔中循环流动冷却水对纯化炉进行冷却；
所述炉盖、炉体以及炉底的内壁面上均设置有用于隔热保温的隔热保温屏，且所述炉盖、炉体以及炉底的内壁面上的隔热保温屏构成一个具有上盖、下底以及周向侧面的且将所述坩埚包裹在其中的桶状；
所述炉底内壁面上设置有支撑件，所述支撑件的顶端突出部穿透所述炉底上的隔热保温屏露出，所述坩埚放置在所述支撑件的穿过所述炉底的隔热保温屏的顶端突出部上，所述发热体环绕套设在所述坩埚的外部且位于所述坩埚与所述炉体的隔热保温屏之间；
所述坩埚为包括顶盖、马弗筒以及底板的桶状结构，所述底板包括上平面板与下凹槽，所述上平面板与所述下凹槽上下拼接在二者之间形成一个空腔，所述上平面板上均匀地开设有若干个进气通气孔，所述下凹槽上设置有一个用于将工艺气体通入所述坩埚的进气口；
所述炉底升降系统包括两个丝杠电机、两个丝杠、两个升降平台架以及四根导轨，每个所述升降平台架套设在两根导轨上以沿所述导轨上下滑动，一个所述丝杠电机配套一个所述丝杠，所述丝杠电机与所述丝杠传动连接以带动所述丝杠旋转，每个所述升降平台架套设在一个所述丝杠上且与所述丝杠螺纹连接构成一个丝杠升降副，所述炉底搭接在两个所述升降平台架上以通过两个所述升降平台架的升降带动所述炉底上下升降；
所述真空子系统包括真空泵，所述真空子系统的真空泵的进气口通过管道与所述炉体连通；
所述工艺气体子系统包括进气组件、排气组件以及真空泵，所述工艺气体子系统的真空泵通过穿透所述炉体侧壁的真空管道与所述坩埚连通且所述真空管道与所述坩埚的连接处位于所述坩埚的顶盖上，所述进气组件的出气口与所述坩埚的底板的下凹槽上的进气口连通，所述进气组件的进气口通过管道与工艺气体的气源装置连通；所述高低温测控转换子系统包括热电偶与红外测温仪，所述热电偶与红外测温仪设置于所述纯化炉的炉壁上；
所述送料小车系统包括送料小车以及用于移动所述送料小车的导轨，所述送料小车上设置有用于当所述升降平台架降下后将所述炉底从所述升降平台架上升起然后起运或者将所述炉底重新搭接放置在所述升降平台架上的升降机构。
2.根据权利要求1所述的超高温真空气体纯化炉系统，其特征在于，所述上平面板上均匀地开设有九个进气通气孔，所述上平面板为圆形横截面的薄板，九个所述进气通气孔中的一个位于所述上平面板的圆形横截面的圆心处，且剩余8个所述进气通气孔两两一对以所述上平面板的圆形横截面的圆心处对称布置，且剩余8个所述进气通气孔首尾相连构成一个正方形，且剩余8个所述进气通气孔首尾相连构成的正方形的4条边线均与所述上平面板的圆形横截面的直径平行。
3.根据权利要求1所述的超高温真空气体纯化炉系统，其特征在于，所述坩埚为石墨坩埚、碳/碳复合材料坩埚或各种拼接方式构成的坩埚。
4.根据权利要求1所述的超高温真空气体纯化炉系统，其特征在于，所述发热体为石墨发热体，且为管状结构或板状结构。
5.根据权利要求1所述的超高温真空气体纯化炉系统，其特征在于，所述隔热保温屏为是石墨毡材质，且为多层叠加结构。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11147706A (ja) * | 1997-11-11 | 1999-06-02 | Chugai Ro Co Ltd | 黒鉛材の純化処理炉 |
| CN201081533Y (zh) * | 2007-09-13 | 2008-07-02 | 济南伟得热工材料有限公司 | 立式超高温真空石墨炉 |
| CN201770483U (zh) * | 2010-06-29 | 2011-03-23 | 罗旺 | 中频感应加热式超高温石墨化炉 |
| CN103723719A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-16 | 湖南顶立科技有限公司 | 石墨提纯设备 |
| CN205953533U (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-15 | 山东伟基炭科技有限公司 | 一种超高温真空气体纯化炉系统 |
-
2016
- 2016-08-30 CN CN201610765796.9A patent/CN106379880B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Denomination of invention: An ultra high temperature vacuum gas purification furnace system Effective date of registration: 20201010 Granted publication date: 20180626 Pledgee: Jinan Branch of Qingdao Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG WEIJI CARBON-TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2020980006696 |
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Denomination of invention: Ultra high temperature vacuum gas purification furnace system Effective date of registration: 20220113 Granted publication date: 20180626 Pledgee: Shandong science and technology finance Company limited by guarantee Pledgor: SHANDONG WEIJI CARBON-TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2022370000011 |
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Denomination of invention: A Ultra High Temperature Vacuum Gas Purification Furnace System Effective date of registration: 20230506 Granted publication date: 20180626 Pledgee: Jinan Branch of Qingdao Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG WEIJI CARBON-TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2023370000078 |