CN111601413A - 一种等离子加热净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种等离子加热净化装置及方法，其中所述等离子加热净化装置包括密闭腔体以及设置在所述密闭腔体内的等离子加热器。当采用本发明等离子加热净化装置对带净化材料进行净化时，不需要对整个密闭腔体进行加热，只需要采用等离子加热器对待净化材料进行加热，热利用效率高，由于不需要对整个密闭腔体进行加热，所以等离子加热器的整体功率不需要那么大，可以达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及材料纯化领域，特别涉及一种等离子加热净化装置及方法。
背景技术
很多新型材料，在实际使用之前，都必须进行去除杂质的操作。现有除杂最常用的办法就是通过高温使杂质部分直接气化，而保留住需要的成分，从而达到去除杂质的目的。
现有技术通常使用高温净化炉装置来对待纯化材料进行加热除杂，所述高温净化炉装置的总体构成是一个密闭腔体中，在纯化过程中需要对整个密闭腔体进行加热，根据实际需要调节温度。
由于现有高温净化炉装置在对待纯化材料进行加热除杂时需要对整个密闭腔体进行加热，这使得现有高温净化炉装置存在高耗能以及热利用率不高的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种等离子加热净化装置及方法，旨在解决现有高温净化炉装置存在高耗能以及热利用率不高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种等离子加热净化装置，其中，包括密闭腔体以及设置在所述密闭腔体内的等离子加热器。
所述的等离子加热净化装置，其中，所述等离子加热器为等离子加热枪。
所述的等离子加热净化装置，其中，还包括用于驱动所述等离子加热器移动的驱动结构，所述驱动结构与所述等离子加热器连接。
所述的等离子加热净化装置，其中，所述密闭腔体内还设置有用于承载待净化材料的载物台。
所述的等离子加热净化装置，其中，所述载物台为耐高温金属台。
所述等离子加热净化装置的净化方法，其中，包括步骤：
将待净化材料放置在所述密闭腔体内，并通入惰性气体；
采用所述等离子加热器对所述待净化材料进行加热，去除所述待净化材料中的杂质。
所述的净化方法，其中，所述惰性气体为氮气、氩气、氖气和氦气中的一种或多种。
所述的净化方法，其中，所述采用所述等离子加热器对所述待净化材料进行加热的步骤包括：
将待净化材料均匀平铺在所述载物台上；
采用所述等离子加热器对平铺在所述载物台表面的所述待净化材料表面进行扫描式运动加热。
所述的净化方法，其中，所述扫描式运动为匀速往返运动。
有益效果：本发明提供的等离子加热净化装置包括密闭腔体以及设置在所述密闭腔体内的等离子加热器。当采用本发明等离子加热净化装置对带净化材料进行净化时，不需要对整个密闭腔体进行加热，只需要采用等离子加热器对待净化材料进行加热，热利用效率高，由于不需要对整个密闭腔体进行加热，所以等离子加热器的整体功率不需要那么大，可以达到节能的目的。
附图说明
图1为本发明一种等离子加热净化装置较佳实施例的结构示意图。
图2为本发明等离子加热枪的结构示意图。
图3为本发明一种基于等离子加热净化装置的净化方法较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种等离子加热净化装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种等离子加热净化装置，如图1所示，其包括密闭腔体100以及设置在所述密闭腔体100内的等离子加热器200。
具体来讲，由于现有高温净化炉装置在对待纯化材料进行加热除杂时需要对整个密闭腔体进行加热，这使得现有高温净化炉装置存在高耗能以及热利用率不高的问题。本实施例通过在密闭腔体100内设置等离子加热器200，当采用本实施例等离子加热净化装置对带净化材料进行净化时，其不需要对整个密闭腔体进行加热，只需要采用等离子加热器对待净化材料直接进行加热，热利用效率高，由于不需要对整个密闭腔体进行加热，所以等离子加热器的整体功率不需要那么大，可以达到节能的目的。
在本实施例中，所述等离子加热器200是利用工作气体电离形成等离子体的高温和等离子体中自由电子与正离子复合时释放的能量进行的电加热，工作气体根据使用要求有氮、氢、氩，或氮和氩、氩和氢的混合气体等。气体电离形成的等离子体是由未电离的气体分子、原子以及总电荷量相等的正离子、自由电子和负离子组成的，其聚集态列在固态、液态和气态之后，称为物质的第四态。等离子体在总体上呈中性，但有较大的导电率，其运动主要受电磁力的支配。等离子体有很高的温度，气体电离的程度愈高，等离子体的温度也愈高。本实施例可根据待净化材料的所需净化程度，调节所述等离子加热器200的加热温度。
在一些实施方式中，采用等离子加热器对待净化材料进行加热具有温度高、功率密度大、热量集中的特点，且等离子体一般呈中性，可避免待净化材料的氧化和还原，还可在真空或惰性气氛中加热，与电子束加热和激光加热相比，设备和生产费用都较低。因此，本实施例采用等离子加热器对待净化材料进行直接加热净化，可有效提升热利用率，从而达到节能的目的。
在一些实施方式中，根据电离度的不同，等离子体分为超高温、超高能量密度的完全电离等离子体(如核聚度)和电离度不足1％的弱电离等离子体(如电弧放电等)两大类，本实施例应用的等离子体属后者，这种弱电离等离子体根据其中性粒子、离子、电子三者之间是否呈热平衡态，又分为平衡等离子体，即高温等离子体和非平衡等离子体(即低温等离子体)两类。高温等离子体的温度很高，约为4500℃至数万摄氏度，热容量也非常大，可用于物料的加热、熔化；低温等离子体是在真空条件下，用高压电场或灯丝电子发射等方法使工作气体电离而成，温度较低，一般不超过1000℃，而且热容量也非常小，主要用于材料表面处理。
在一些实施方式中，所述所述等离子加热器可以为等离子加热枪。所述等离子加热枪包括电弧等离子枪和高频等离子枪两种，所述等离子加热枪的原理为：阴极(通常用钍钨或铈钨电极)与作为阳极的铜喷嘴之间产生由工作气体弧光放电而形成的电弧，电弧等离子体由于工作气体的压力和喷嘴口的压缩而形成小直径的流束，其温度在3000℃以上，气流速率一般在10m/s以上，可高达5000m/s。因为电弧没有转移到被加热物料上，所以叫非转移弧式；若电极与喷嘴之间产生的电弧在生成后即被转移到接电源阳极的物料上，则叫转移弧式。在阴极与物料间的电弧由于机械压缩效应(由喷嘴口引起)、热收缩效应(由于弧柱中心比其外围温度高、电离度高、导电率大，电流自然趋于弧柱中心)和磁压缩效应(由弧柱本身的磁场引起)三者的联合作用，而受到强烈压缩，弧柱变得细长(细如针，也可长到1m以上)。在与弧柱内部膨胀压力保持平衡的条件下，弧柱中心气体高度电离，其温度可达10000～52000℃，气流速度可高达10000m/s。转移弧等离子枪在等离子加热中用得最广。在实际应用中，有时除阴极与物料之间的电弧-主电弧外，仍保留阴极与铜喷嘴间的电弧-维持电弧。
工作气体分别通过高频感应线圈和电容式电极激发电离，所生成的等离子体可经由喷口喷出形成等离子体焰，也可留在工作区内供加热物料用。高频等离子体的优点是不受电极材料的污染，但生产成本高，发生器功率小，用得较少。电弧等离子枪的电源一般用具有陡降外特性的直流电源，正接，也有用三相交流电源的，其空载电压:用于机械加工的一般在75～400V范围内，用于熔炼的可高到3000V以上，高频等离子枪的电源通常用高频电子管振荡器，频率在0.4～75MHz范围内。加热装置随设备用途而异，如等离子熔炼炉具有耐火材料炉衬或水冷结晶器的炉体；等离子切割和喷涂装置的工作台或工作小车；化工生产用的反应罐等。
在一些具体的实施方式中，如图2所示，所述等离子加热枪可包括挡板1、电动推杆2、活塞杆3、铰接件4、负极连接端5、密封件6、外套7、进气环8、阴极棒9、阳极喷嘴10、出气孔11、正极连接端12、进气嘴13、底座14、绝缘板15和拉杆16，所述电动推杆2下方设有绝缘板15，所述绝缘板15与底座14固定连接，所述电动推杆2一侧设有挡板1，所述挡板1与底座14垂直连接，所述电动推杆2另一侧设有活塞杆3，所述活塞杆3通过铰接件4与拉杆16的一端连接，拉杆16上依次设有进气嘴13、负极连接端5和出气孔11，所述拉杆16的另一端与阴极棒9连接，所述阴极棒9与拉杆16的连接处设有进气环8，所述阴极棒9的另一端设有阳极喷嘴10，所述进气环8外侧设有外套7，所述外套7的一端与阳极喷嘴10连接，所述外套7的另一端设有密封件6，密封件6置于外套7和拉杆16之间，所述密封件6左侧的底座14上设有正极连接端12。使用该设备，首先设定加热温度，让负极连接端5和正极连接端12触碰打火，打完火设备运行时，电动推杆2根据炉内的温度自动调节阴极棒9和阳极喷嘴10之间的间距，电动推杆2带动阴极棒9远离阳极喷嘴10，使得阴极棒9和阳极喷嘴10之间形成等离子电弧，阴极棒9和阳极喷嘴10之间充满高压空气，高压空气通过进气嘴13进入到阴极棒9和阳极喷嘴10之间，阴极棒9和阳极喷嘴10离得越远，阳极喷嘴10所放出的等离子电弧越大，温度越高，进气环8和出气孔11会调节设备内部气体的气压平衡，设备在运行的过程中除必要时无需人工干预。
在一些实施方式中，所述等离子加热净化装置还包括用于驱动所述等离子加热器移动的驱动结构，所述驱动结构与所述等离子加热器连接；所述密闭腔体内还设置有用于承载待净化材料的载物台。作为举例，所述载物台为耐高温金属台，例如金属铜台。
在一些实施方式中，还提供一种基于所述等离子加热净化装置的净化方法，如图3所示，其包括步骤：
S10、将待净化材料放置在所述密闭腔体内，并通入惰性气体；
S20、采用所述等离子加热器对所述待净化材料进行加热，去除所述待净化材料中的杂质。
具体来讲，将待净化材料均匀平铺在所述密闭腔体内的载物台上，向所述密闭腔体内通入惰性气体，采用所述等离子加热器对平铺在所述载物台表面的所述待净化材料表面进行扫描式运动加热，去除所述待净化材料中的杂质。本实施例通过在密闭腔体内设置等离子加热器，当采用本实施例等离子加热净化装置对带净化材料进行净化时，其不需要对整个密闭腔体进行加热，只需要采用等离子加热器对待净化材料直接进行加热，热利用效率高，由于不需要对整个密闭腔体进行加热，所以等离子加热器的整体功率不需要那么大，可以达到节能的目的。
在一些具体的实施方式中，所述惰性气体为氮气、氩气、氖气和氦气中的一种或多种，但不限于此。
在一些具体的实施方式中，为保证得到均匀除杂后的净化材料，所述扫描式运动为匀速往返运动。
综上所述，本发明提供的等离子加热净化装置包括密闭腔体以及设置在所述密闭腔体内的等离子加热器。当采用本发明等离子加热净化装置对带净化材料进行净化时，不需要对整个密闭腔体进行加热，只需要采用等离子加热器对待净化材料进行加热，热利用效率高，由于不需要对整个密闭腔体进行加热，所以等离子加热器的整体功率不需要那么大，可以达到节能的目的。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种等离子加热净化装置，其特征在于，包括密闭腔体以及设置在所述密闭腔体内的等离子加热器。
2.根据权利要求1所述的等离子加热净化装置，其特征在于，所述等离子加热器为等离子加热枪。
3.根据权利要求1所述的等离子加热净化装置，其特征在于，还包括用于驱动所述等离子加热器移动的驱动结构，所述驱动结构与所述等离子加热器连接。
4.根据权利要求1所述的等离子加热净化装置，其特征在于，所述密闭腔体内还设置有用于承载待净化材料的载物台。
5.根据权利要求4所述的等离子加热净化装置，其特征在于，所述载物台为耐高温金属台。
6.一种基于权利要求1-5任一所述等离子加热净化装置的净化方法，其特征在于，包括步骤：
将待净化材料放置在所述密闭腔体内，并通入惰性气体；
采用所述等离子加热器对所述待净化材料进行加热，去除所述待净化材料中的杂质。
7.根据权利要求6所述的净化方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氩气、氖气和氦气中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的净化方法，其特征在于，所述采用所述等离子加热器对所述待净化材料进行加热的步骤包括：
将待净化材料均匀平铺在所述载物台上；
采用所述等离子加热器对平铺在所述载物台表面的所述待净化材料表面进行扫描式运动加热。
9.根据权利要求8所述的净化方法，其特征在于，所述扫描式运动为匀速往返运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200828 |
|
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