CN112050636A - 一种感应加热炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应加热炉，包括炉体和电磁感应线圈，炉体包括绝缘性炉壁，炉壁包括内层炉壁和外层炉壁，绝缘性炉壁，可以起到绝缘与避免产生涡流效应的作用，因此，还减小了感应加热炉的非工作能量损耗，实现节能的作用。内层炉壁和外层炉壁开口处的一端设有炉盖法兰，另一端设有炉底，内层炉壁、外层炉壁、炉盖法兰和炉底围合成冷却腔，电磁感应线圈设置在冷却腔中，冷却腔将电磁感应线圈隔绝起来，可以起到保护电磁感应线圈免受卤素气体的腐蚀的作用，适用于石墨化产品的提纯工艺。

Description

一种感应加热炉
技术领域
本发明涉及加热炉设备技术领域，具体涉及一种感应加热炉。
背景技术
感应加热炉是一种热处理工艺中，将电磁能转化为内能的常用加热装置。该装置用到的基本物理原理为涡流效应，由于电磁感应线圈中间的导体在圆周方向可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流效应。导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率越小，则产生的涡流越强，产生的热量越大。由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少。相比于传统的燃料炉更加节能环保，产品纯度更高。
但传统感应加热炉由于加热温度高，隔热降温效果差，操作人员与其他辅助设备需要与炉体之间保持较大间隔距离。在一些，炉体或炉壁由金属材料制成的情况下，为避免炉体或炉壁因涡流效应被加热，也需要将炉体或炉壁与加热区域间隔较大距离。因此造成感应加热炉体积庞大，占地使用面积较大。在科研院校或小型加工厂等处，因场地受限，无法满足其对感应加热炉的需求。然而，一旦将炉体体积缩小，炉体与中心加热区的间隔距离必然减小，因此，对感应加热炉的隔热降温能力势必将提出更高的要求。另外，当应用于石墨化提纯工艺时，由于感应加热炉的金属壳体和铜制电磁感应线圈不耐卤素气体腐蚀，无法实现通入卤素气体来进一步优化工艺，提纯产品。该问题也是本领域技术人员一直想解决而未解决的问题。
因此，如何提高感应加热炉的隔热降温效果，缩小感应加热炉的体积，减少感应加热炉的占地使用面积，并耐卤素气体腐蚀，便于石墨化提纯工艺，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种隔热降温效果良好、结构紧凑、耐腐蚀、易维护、节能环保、安全可靠的感应加热炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种感应加热炉，包括炉体和电磁感应线圈，所述炉体包括绝缘性炉壁，所述炉壁包括内层炉壁和外层炉壁，所述内层炉壁和外层炉壁开口处的一端设有炉盖法兰，另一端设有炉底，所述内层炉壁、外层炉壁、炉盖法兰和炉底围合成冷却腔，所述电磁感应线圈设置在冷却腔中。
上述的感应加热炉，优选的，所述炉盖法兰上设有炉盖，所述炉盖、炉盖法兰、内层炉壁和炉底围合成炉腔，所述炉腔内侧设有保温材料层，所述保温材料层内设置有用于嵌入石墨坩埚或直接填放物料的空腔。
上述的感应加热炉，优选的，所述保温材料层为氧化铝、氧化镁、碳纤维毡层、石墨纤维毡层、碳粉层、碳颗粒层、碳纤维短丝层中任意一种，或任意组合。
上述的感应加热炉，优选的，所述炉盖中心处上设有测温口，所述保温材料层与石墨坩埚上设有从空腔通向炉盖的测温通道，所述测温通道与测温口位于同一轴线上。
上述的感应加热炉，优选的，所述测温口周围和炉底中心处还设有通气口。
上述的感应加热炉，优选的，所述冷却腔内通有可流动的冷却介质。
上述的感应加热炉，优选的，所述外层炉壁中部设有冷却介质输入口，所述外层炉壁两端设有冷却介质输出口。
上述的感应加热炉，优选的，所述电磁感应线圈为铜管或电缆。
上述的感应加热炉，优选的，所述内层炉壁与外层炉壁为石英炉壁、陶瓷炉壁、高温树脂炉壁中任意一种，或任意组合。
上述的感应加热炉，优选的，所述炉腔内为卤素气体氛围或真空氛围。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的感应加热炉，由于采用绝缘性炉壁，既可以起到炉内材料与炉体的绝缘作用，又可以避免电磁感应线圈对炉壁产生涡流效应，从而不会使炉壁产生热量而被损坏，因此，可以减小外层炉壁与电磁感应线圈之间的距离，使感应加热炉结构更加紧凑，缩小炉体的体积，减小炉体的占地使用面积。相比于一些传统感应加热炉的金属炉壁，绝缘性炉壁不会因为涡流效应而带来对电磁能的非工作损耗，从而减小感应加热炉的能量损耗，达到节能的目的。冷却腔还可以保护电磁感应线圈免受炉腔内卤素气体的腐蚀，用于石墨化产品的提纯工艺。
附图说明
图1为感应加热炉结构示意图。
图例说明：
1、炉体；11、炉壁；111、内层炉壁；112、外层炉壁；12、炉盖法兰；13、炉底；14、冷却腔；15、炉盖；151、测温口；152、通气口；2、电磁感应线圈；3、炉腔；31、保温材料层；32、石墨坩埚；33、空腔；34、测温通道；35、冷却介质输入口；36、冷却介质输出口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的感应加热炉，包括炉体1和电磁感应线圈2，炉体1包括绝缘性炉壁11，炉壁11包括内层炉壁111和外层炉壁112。由于采用绝缘性炉壁11，既可以起到炉内材料与炉体1的绝缘作用，又可以避免电磁感应线圈2对炉壁11产生涡流效应，从而不会使炉壁11产生热量而被损坏，因此，可以减小外层炉壁112与电磁感应线圈2之间的距离，使感应加热炉结构更加紧凑，缩小炉体1的体积，减小炉体1的占地使用面积。相比于一些传统感应加热炉的金属炉壁时，绝缘性炉壁11不会因为涡流效应而带来对电磁能的非工作损耗，从而减小了感应加热炉的能量损耗，达到节能的目的。内层炉壁111和外层炉壁112开口处的一端设有炉盖法兰12，另一端设有炉底13，内层炉壁111、外层炉壁112、炉盖法兰12和炉底13围合成冷却腔14，电磁感应线圈2设置在冷却腔14中，冷却腔14将电磁感应线圈2隔绝起来，可以起到保护电磁感应线圈2免受卤素气体的腐蚀的作用，适用于石墨化产品的提纯工艺。
本实施例中，炉盖法兰12上设有炉盖15，炉盖15、炉盖法兰12、内层炉壁111和炉底13围合成炉腔3，使感应加热炉更容易形成相对稳定的加热环境，防止加热过程中，空气或灰尘对加热产品的氧化和污染，起到隔绝作用。炉腔3内侧设有保温材料层31，保温材料层31内设置有可用于嵌入石墨坩埚32或直接填放物料的空腔33。保温材料层31用于对加热区域的保温隔热作用，既保持加热区域温度的相对稳定，又防止高温外泄烧坏炉体1。当空腔33内嵌入石墨坩埚32时，石墨坩埚32可因涡流效应，为加热过程提供温度，空腔33内也可直接填放物料，增大使用空间，提高工作效率。
本实施例中，保温材料层31为氧化铝、氧化镁、碳纤维毡层、石墨纤维毡层、碳粉层、碳颗粒层、碳纤维短丝层中任意一种，或任意组合。当感应加热炉为低温炉时，填充或浇注氧化铝、氧化镁，成本低廉，隔热保温效果良好。当感应加热炉为高温炉或石墨化炉时，保温材料层31由碳材料组成，碳材料具有耐高温、耐腐蚀，沸点高，热稳定性好，成本低，来源广等特点，还可以防止加热过程中，其他元素的掺杂，对加热产品造成污染。
本实施例中，炉盖15中心处上设有测温口151，保温材料层31与石墨坩埚32上设有从空腔33通向炉盖15的测温通道34，测温通道34与测温口151位于同一轴线上，便于红外测温仪或热电偶对加热中心区域进行准确的温度监控。
本实施例中，测温口151周围和炉底13中心处还设有通气口152。通气口152可用于指定气体的充入或排出，使加热环境满足特定的气体氛围或特定的环境压力。
本实施例中，冷却腔14内通有可流动的冷却介质，可以带走大量的余热，从而可以进一步缩小隔热层厚度，既防止高温对炉体1及操作人员带来伤害，又有助于减小感应加热炉的体积。
本实施例中，外层炉壁112中部设有冷却介质输入口35，外层炉壁112两端设有冷却介质输出口36。由于外层炉壁112中部到加热区域之间的保温材料层31最薄，温度最高，因此，更适于将温度最低的冷却介质输入口35设置在此段，实现更高的热传递效率，使冷却腔14的冷却效果更好。
本实施例中，电磁感应线圈2为铜管或电缆。低温炉时，可采用电缆作为电磁感应线圈2，高温炉时，采用铜管作为电磁感应线圈2，铜管内还可以通入流动性冷却介质，既起到铜管的降温作用，又可以加强冷却腔14的冷却效果。
本实施例中，内层炉壁111与外层炉壁112可为石英、陶瓷炉壁、高温树脂炉壁中任意一种，或任意组合。其中透明的石英炉壁可以起到便于操作人员对保温材料层31损坏情况的观测作用，以便及时做出调整。
本实施例中，所述炉腔3内为卤素气体氛围或真空氛围，满足特殊热处理工艺的需求。例如，卤素气体氛围或真空环境为石墨化提纯的常规工艺方法，该方法可实现制备99.99％的高纯度石墨。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种感应加热炉，包括炉体(1)和电磁感应线圈(2)，其特征在于：所述炉体(1)包括绝缘性炉壁(11)，所述炉壁(11)包括内层炉壁(111)和外层炉壁(112)，所述内层炉壁(111)和外层炉壁(112)开口处的一端设有炉盖法兰(12)，另一端设有炉底(13)，所述内层炉壁(111)、外层炉壁(112)、炉盖法兰(12)和炉底(13)围合成冷却腔(14)，所述电磁感应线圈(2)设置在冷却腔(14)中。
2.根据权利要求1所述的感应加热炉，其特征在于：所述炉盖法兰(12)上设有炉盖(15)，所述炉盖(15)、炉盖法兰(12)、内层炉壁(111)和炉底(13)围合成炉腔(3)，所述炉腔(3)内侧设有保温材料层(31)，所述保温材料层(31)内设置有用于嵌入石墨坩埚(32)或直接填放物料的空腔(33)。
3.根据权利要求2所述的感应加热炉，其特征在于：所述保温材料层(31)为氧化铝、氧化镁、碳纤维毡层、石墨纤维毡层、碳粉层、碳颗粒层、碳纤维短丝层中任意一种，或任意组合。
4.根据权利要求2所述的感应加热炉，其特征在于：所述炉盖(15)中心处上设有测温口(151)，所述保温材料层(31)与石墨坩埚(32)上设有从空腔(33)通向炉盖(15)的测温通道(34)，所述测温通道(34)与测温口(151)位于同一轴线上。
5.根据权利要求4所述的感应加热炉，其特征在于：所述测温口(151)周围和炉底(13)中心处还设有通气口(152)。
6.根据权利要求1所述的感应加热炉，其特征在于：所述冷却腔(14)内通有流动性冷却介质。
7.根据权利要求6所述的感应加热炉，其特征在于：所述外层炉壁(112)中部设有冷却介质输入口(35)，所述外层炉壁(112)两端设有冷却介质输出口(36)。
8.根据权利要求1所述的感应加热炉，其特征在于：所述电磁感应线圈(2)为铜管或电缆。
9.根据权利要求1所述的感应加热炉，其特征在于：所述内层炉壁(111)与外层炉壁(112)为石英炉壁、陶瓷炉壁、高温树脂炉壁中任意一种，或任意组合。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的感应加热炉，其特征在于：所述炉腔(3)内为卤素气体氛围或真空氛围。
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