CN113008033A - 可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉 - Google Patents

可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其包括炉体、炉体内的加热元件以及炉管,所述炉管内设有测温单元，所述炉管竖向且上端设置有顶部密封组、下端设置有底部密封组；所述顶部密封组穿设有两端开口的保护套，所述保护套的上端伸出顶部密封组且下端位于炉管内，所述保护套内滑移连接有可变形且适配的提拉丝，所述提拉丝的下端伸出保护套的下端并用于成型挂钩；所述底部密封组包括可拆卸连接于炉管下端的端头封筒，所述端头封筒设置有透明结构的观察窗。本申请可改善样品冷淬效果并且可以精确控制气氛以及样品的实际温度。

Description

可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉
技术领域
本申请涉及管式炉实验装置技术领域，尤其是涉及一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉。
背景技术
研究高温化学反应平衡和反应记录需要精确控制反应温度和反应气氛并将高温反应体系的状态“冷冻”下来在室温下进行准确测量。淬冷法是应用很广的一类材料制备的方法，也用来测定材料相图或者研究高温反应机理，其主要原理是将试样在所需要的温度及气氛下保温一定时间，然后使样品直接落入淬冷介质使之快速冷却。由于冷却速度很快，淬冷后的试样保持了高温下的结构和成分，可以利用各种分析测试技术分析样品，得到这些样品在高温下的结构和成分。具体应用：
1)、材料相图测定。氧化物样品高温下可能有液相和固相，快速冷却时液相转变为玻璃相，固相的形状和成分都保留下来。用电子显微镜、光学显微镜、电子探针显微分析、X-射线衍射等方法对淬冷试样进行分析，就可以确定目标体系中所含物相及成分，从而得到相组成与温度的关系，绘制出相图。
2)、反应机理研究。耐火材料和渣的相互作用可以通过“冷冻”反应系统在室温下进行研究。控制不同的反应气氛，反应温度和反应时间，将反应后的样品直接落入淬冷介质中止反应，用电子显微镜分析耐火材料和渣的界面，可以确定反应的进行程度，为耐火材料的选择提供依据。
3)、火法冶金工艺研究。可模拟各种火法冶金工艺，如炼铁，炼钢，炼铜等高温反应系统，研究反应最佳条件，包括气氛，温度，时间，渣的成分和还原剂选择等对产品回收率和质量的影响。只有研究高温下体系内各相的结构和成分，才能直接为生产工艺提供有用的数据。
使用淬冷法进行上述研究时，温度的准确性、样品冷淬时的速度以及气氛的控制尤为重要。传统高温冷淬炉使用过程中，一般认为温控器数显温度即为试样反应的实际温度，但是实际操作过程中，炉管内部试样反应的实际温度和温控数显的温度存在着较大的差异。
专利CN101403026B发明了一种新型的卧式结构淬火装置，虽然该装置将热电偶靠近样品上方实现了精准控温，但是其通过使用推样杆将样品推到炉膛通孔处进行冷淬的方法所需冷淬的时间至少也需几秒，且不能观察被加热体的变化情况，为此本申请提出一种新的技术方案。
发明内容
为了改善样品冷淬时效果，提高实验精度，本申请提供一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉。
本申请提供的一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉采用如下的技术方案：
一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，包括炉体、炉体内的加热元件以及炉管,所述炉管内设有测温单元，所述炉管竖向且上端设置有顶部密封组、下端设置有底部密封组；
所述顶部密封组穿设有两端开口的保护套，所述保护套的上端伸出顶部密封组且下端位于炉管内，所述保护套内滑移连接有可变形且适配的提拉丝，所述提拉丝的下端伸出保护套的下端并用于成型挂钩；
所述底部密封组包括可拆卸连接于炉管下端的端头封筒，所述端头封筒设置有透明结构的观察窗。
可选的，所述提拉丝包括金属丝。
可选的，所述顶部密封组包括相互固定的上法兰一和上法兰二，所述上法兰一固定于炉管的上端，所述上法兰二远离上法兰一的一面为密封结构；
所述保护套穿设上法兰一的密封面。
可选的，所述底部密封组还包括相互固定的下法兰一和下法兰二，所述下法兰一固定于炉管的下端，所述下法兰二远离下法兰一的一侧螺纹连接端头封筒。
可选的，所述上法兰一、上法兰二、下法兰一以及下法兰二的侧壁设置有循环水道且分别设置有进水口和出水口；所述上法兰一和下法兰二还分别设置有连通内腔和外界的通气孔。
可选的，所述炉管的上端固定有挡板，所述挡板位于顶部密封组的下方和炉体的上方。
可选的，还包括机架，所述机架上设置有竖向驱动的直线驱动器，所述炉体固定于直线驱动器的驱动部。
可选的，还包括挂钩成型组件，所述挂钩成型组件包括套设于提拉丝的辅助块以及固定于辅助块下部的曲形用弧凸，
所述辅助块适配保护套的内腔且下端延伸在外，所述辅助块环绕曲形用弧凸形成有开口的曲型弧道，所述提拉丝的下端从曲型弧道通过，所述曲形用弧凸位于曲形用弧凸侧边；
所述保护套内滑移连接有提拉次杆，所述提拉次杆上端伸出保护套且下端固定提拉丝，所述提拉次杆通过伸缩件连接辅助块；
所述保护套的下端内壁固定有限制环，所述限制环的内径大于提拉次杆的直径，且小于辅助块的直径。
可选的，所述辅助块的外壁和保护套的下端内壁成型有防护纹。
可选的，所述提拉次杆的上端固定有磁铁，所述保护套的上端口固定有磁感应开关，所述磁感应开关电连接有声光指示器。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：样品可通过挂在提拉丝下端的挂钩移动至炉管内加热区；当需要冷淬时，工作人员只需在炉管下方放置盛放冷却介质的容器，拆卸端头封筒，然后上拉提拉丝，使其捋直，并使样品下落即可快速完成冷淬；同时，在实验过程中，工作人员还可以通过端头封筒上的观察窗对炉管内的情况做观察，以更好的掌控实验。
附图说明
图1是本申请一个实施例的整体结构示意图；
图2是本申请一个实施例高温恒温状态的纵剖结构示意图；
图3是本申请一个实施例的底部密封组的纵剖结构示意图；
图4是本申请一个实施例高温反应管式炉实施例淬火时的纵剖结构示意图；
图5是本申请另一个实施例的整体结构示意图；
图6是本申请另一个实施例的炉管部分局部纵剖示意图。
附图标记说明：1、炉体；101、进水口；102、出水口；103、通气孔；11、外壳；12、高温炉体；13、加热元件；2、炉管；20、氧化铝保护套；21、测温单元；22、挡板；3、顶部密封组；31、上法兰一；32、上法兰二；4、底部密封组；41、下法兰一；42、下法兰二；43、端头封筒；431、耐高温石英片；5、保护套；50、提拉丝；511、橡皮泥胶；512、螺栓；513、螺帽；52、提拉次杆；53、限制环；6、直线驱动器；7、机架；71、滚轮；72、导引套管；721、次级导引套管；73、引导杆；731、次级引导杆；8、挂钩成型组件；81、辅助块；81a、曲型弧道；82、曲形用弧凸；91、磁铁；92、磁感应开关。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉。
实施例1
参照图1、图2，可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉包括炉体1、加热元件13以及炉管2，其中，炉体1包括呈长方体状的外壳11及内部的高温炉体12，炉管2竖向贯穿炉体1；加热元件13可选择电热丝，其环绕炉管2安装于高温炉体12内，并形成加热区。
在炉管2的上端设置有顶部密封组3，下端设置有底部密封组4；其中，顶部密封组3包括通过四颗内六角螺丝相互固定的上法兰一31和上法兰二32，上法兰一31套设并固定于炉管2的上端，上法兰一31远离上法兰二32的一面呈密封结构，以将炉管2的上端封闭。
参照图2，为方便掌控本申请加热区的实际温度，本申请还包括测温单元21，测温单元21可为热电偶，热电偶外套设固定下端封头的氧化铝保护套20，氧化铝保护套20竖向穿设上法兰二32上端面上对应的安装孔伸入炉管2内，以便热电偶进行测温。
在上法兰二32的上端面还穿设有两端开口的保护套5，保护套5可选择氧化铝保护套同样的材质，且其上端伸出上法兰二32。在保护套5中滑移连接有与之内径适配的提拉丝50，提拉丝50可选择金属丝，且其上端伸出保护套5，通过橡皮泥胶511固定于保护套5；金属丝的下端伸出保护套5并弯折形成挂钩。
上述氧化铝保护套、保护套5均通过带有O型密封圈的螺栓512和螺帽513进行固定密封。
参照图2和图3，底部密封组4包括通过四颗内六角螺丝相互固定的下法兰一41和下法兰二42，其中下法兰一41固定于炉管2伸出炉体1的下端，下法兰二42远离下法兰一41的一端于外壁螺纹连接有柱状的端头封筒43，端头封筒43的下端面开设有安装口，于安装口内固定有用耐高温石英片431形成圆板，其配合O型密封圈密封并构成观察窗。
上述成对的法兰结构之间，于内环沿形成有V行槽，且槽内用于放置O型密封圈，借助成对法兰的作用将橡胶O密封圈压紧以密封炉管2的端部。
参照图2和图4，使用过程：
1、将端头封筒43取下，然后将金属丝慢慢往下放，并利用挂钩勾住样品后往上提金属丝至紧挨热电偶位置；
2、待实验样品高温热处理完成后，取下端头封筒43后将装有冷却介质的槽放在炉管2的下方，然后迅将金属丝往上提，使得金属丝缩回保护套5并捋直，让实验样品落入冷却介质中；
3、后续，将装有冷却介质的槽移开，然后将金属丝慢慢往下放，并重新弯折处挂钩，在勾住下一个样品后将金属丝往上提一小段距离，然后装端头封筒43；
4、慢慢的往上提金属丝，通过端头封筒43实验样品的位置直到紧挨热电偶时，用橡皮泥胶固定金属丝的位置；
5、重复上述步骤直到完成实验。
根据上述内容可知，进行冷淬时，只需工作人员快速上拉金属丝使得样品掉落至冷却介质即可，从而本申请可快速的完成冷淬环节；同时，由于端头封筒43的存在，所以工作人员还可对炉管内样品情况做观察，确定样品的位置和状态，一方面提高温度准确性，另一方面更好的把控实验进度，从而本申请的使用效果相对更佳。
在上述各个法兰的侧壁分别成型有循环水道且分别设置有进水口101和出水口102(附图2中各个孔分别接管道，标号标记于管道处)，以在上述步骤1-2之间，通过循环冷却水，用来降低成对法兰之间的橡胶密封圈的温度。
为提高环保效果，上述进水口101和出水口102可连通至同一外接循环机构，以循环利用水。
参照图1，为防止冷凝水等不慎进入炉体1，在炉体1的上方，于炉管2的上端，顶部密封组3的下方固定圆形的挡板22。
进一步的，在上法兰一31和下法兰二42还分别设置有连通内腔和外界的通气孔103，通气孔103可用于在实验过程中向炉管2内根据淬火工艺过程的工艺需求，向炉管2内注入各种气体，以便更好的把控实验环境的气氛。
实施例2
参照图5，可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉还包括机架7，机架7为L状的框架结构，在其横向底部可均匀安装滚轮71，方便移动，而其竖向部安装有直线驱动器6，直线驱动器6可选择丝杆滑台或蜗轮蜗杆原理的手摇升降结构，本实施例的视图以手摇升降结构为例，在炉体1的底部固定承载板，承载板螺纹连接于手摇升降结构的螺杆段。
当用户需要观察炉管2内的情况或是需要上样品时，直线驱动器6提升炉体1，以便工作人员进行操作；而当需要冷淬时，直线驱动器6又可驱使炉体1靠近地面，减少后续样品掉落的时间，加快冷淬速度，从而本申请的使用效果相对更佳。
为保证炉体1的升降稳定性，在炉体1的背面固定安装有多个两组导引套管72，每组导引套管72均为两个且竖向分布；在机架7的前侧安装两根引导杆73，导引套管72套设于引导杆73，以在炉体1的升降过程中做引导。
为辅助支撑炉体1，在炉体1的上方、下方还分别设置有次级引导杆731，次级引导杆731通过横板固定于机架7；
在次级引导杆731上套设有次级引导套721，次级引导套721套设并滑移于次级引导杆731；在次级引导套721外壁固定有径向延伸且通过螺栓定位的伸缩杆，伸缩杆的另一端固定为半卡环，上述法兰落在半卡环，且半卡环内壁贴合炉管2。
实施例3
参照图6，可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉还包括挂钩成型组件8，挂钩成型组件8包括辅助块81和曲形用弧凸82，挂钩成型组件8采用耐高温材料，如耐高温陶瓷、耐高温金属或合金。
其中，辅助块81适配保护套5的内腔且其下端延伸在外，在辅助块81开设有供提拉丝50(金属丝，如：珀金丝或钼丝)通过的孔道。
曲形用弧凸82一体成型于辅助块81的边侧，且弧面远离辅助块81的中心侧；辅助块81还环绕曲形用弧凸82的弧面形成有开口的曲型弧道81a，金属丝的下端从曲型弧道81a通过，并绕过曲形用弧凸82。
当金属丝下放，则在曲形用弧凸82和曲型弧道81a的配合下，自动弯曲形成挂钩；当金属丝被上拉，则缩回辅助块81并捋直。
在该实施例中，金属丝上端未伸出保护套5，在保护套5内滑移连接有提拉次杆52，提拉次杆52的上端伸出保护套5，下端固定金属丝和伸缩件，伸缩件可为弹簧(如：纯钼、高温钼材质的弹簧)，弹簧的另一端固定于辅助块81。在保护套5的下端内壁固定有限制环53，限制环53的内径大于提拉次杆52的直径，且小于辅助块81的直径。限制环53的上内环面呈外凸的弧面，以防止卡住提拉次杆52。
使用时，工作人员拿住提拉次杆52上拉，先是辅助块81被拉入保护套5内，接着辅助块81被限制环53阻挡，卡定于保护套5的下端；由于弹簧的存在，其不干扰后续提拉次杆52拉动金属丝缩回使样品掉落；又因为辅助块81为卡定，所以后续可在提拉次杆52的作用下被推出保护套5，以便从炉管2的下方再次拉起样品。
为保证金属丝下移并做弯折时辅助块81不会随意脱落而影响使用效果，在辅助块81的外壁和保护套5的下端内壁成型有防护纹，以增大卡定时的摩擦力。
为方便工作人员了解提拉次杆52的提拉进度，例如：了解辅助块81是否靠近或卡入保护套5，在提拉次杆52的上端还固定有磁铁91，在保护套5的上端口固定有磁感应开关92，磁感应开关92可选择常开，其串联有声光指示器。
当提拉次杆52上拉且磁铁91靠近磁感应开关92，配置电源的声光指示器即可发出告警信号提示工作人员，从而本申请的使用效果相对更佳。
基于上述内容，本申请实际产品验证可得下表。
Figure BDA0002998240170000101
Figure BDA0002998240170000111
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，包括炉体(1)、炉体(1)内的加热元件(13)以及炉管(2)，其特征在于：所述炉管(2)内设有测温单元(21)，所述炉管(2)竖向且上端设置有顶部密封组(3)、下端设置有底部密封组(4)；
所述顶部密封组(3)穿设有两端开口的保护套(5)，所述保护套(5)的上端伸出顶部密封组(3)且下端位于炉管(2)内，所述保护套(5)内滑移连接有可变形且适配的提拉丝(50)，所述提拉丝(50)的下端伸出保护套(5)的下端并用于成型挂钩；
所述底部密封组(4)包括可拆卸连接于炉管(2)下端的端头封筒(43)，所述端头封筒(43)设置有透明结构的观察窗。
2.根据权利要求1所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述提拉丝(50)包括金属丝。
3.根据权利要求1或2所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述顶部密封组(3)包括相互固定的上法兰一(31)和上法兰二(32)，所述上法兰一(31)固定于炉管(2)的上端，所述上法兰二(32)远离上法兰一(31)的一面为密封结构；
所述保护套(5)穿设上法兰一(31)的密封面。
4.根据权利要求3所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述底部密封组(4)还包括相互固定的下法兰一(41)和下法兰二(42)，所述下法兰一(41)固定于炉管(2)的下端，所述下法兰二(42)远离下法兰一(41)的一侧螺纹连接端头封筒(43)。
5.根据权利要求4所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述上法兰一(31)、上法兰二(32)、下法兰一(41)以及下法兰二(42)的侧壁设置有循环水道且分别设置有进水口(101)和出水口(102)；所述上法兰一(31)和下法兰二(42)还分别设置有连通内腔和外界的通气孔(103)。
6.根据权利要求1所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述炉管(2)的上端固定有挡板(22)，所述挡板(22)位于顶部密封组(3)的下方和炉体(1)的上方。
7.根据权利要求1所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：还包括机架(7)，所述机架(7)上设置有竖向驱动的直线驱动器(6)，所述炉体(1)固定于直线驱动器(6)的驱动部。
8.根据权利要求1所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：还包括挂钩成型组件(8)，所述挂钩成型组件(8)包括套设于提拉丝(50)的辅助块(81)以及固定于辅助块(81)下部的曲形用弧凸(82)；
所述辅助块(81)适配保护套(5)的内腔且下端延伸在外，所述辅助块(81)环绕曲形用弧凸(82)形成有开口的曲型弧道(81a)，所述提拉丝(50)的下端从曲型弧道(81a)通过，所述曲形用弧凸(82)位于曲形用弧凸(82)侧边；
所述保护套(5)内滑移连接有提拉次杆(52)，所述提拉次杆(52)上端伸出保护套(5)且下端固定提拉丝(50)，所述提拉次杆(52)通过伸缩件连接辅助块(81)；
所述保护套(5)的下端内壁固定有限制环(53)，所述限制环(53)的内径大于提拉次杆(52)的直径，且小于辅助块(81)的直径。
9.根据权利要求8所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述辅助块(81)的外壁和保护套(50)的下端内壁成型有防护纹。
10.根据权利要求8所述的可精确控制温度和气氛并快速冷淬样品的高温反应管式炉，其特征在于：所述提拉次杆(52)的上端固定有磁铁(91)，所述保护套(5)的上端口固定有磁感应开关(92)，所述磁感应开关(92)电连接有声光指示器。
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