CN208751288U - 小型碳管炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实验室用小型碳管炉，属于粉末冶金技术领域。小型碳管炉，包括碳管、炉体、热电偶、出气管、进气管、紫铜电极和炉壳，所述碳管位于炉体内部并水平放置；所述炉体底部设置有进气管，顶部设置有出气管，还包括高纯石墨电极夹套、碳粉层、刚玉砖层、耐热砖层和石棉板层，所述小型碳管炉从内到外依次为碳管、碳粉层、刚玉砖层、耐热砖层、石棉板层和炉壳；所述碳管的两端各由1件高纯石墨电极夹套夹紧，所述紫铜电极与高纯石墨电极夹套螺纹连接；所述热电偶穿过炉壳及石棉板层、耐热砖层、刚玉砖层插入所述碳粉中。本新型的小型碳管炉，可以实现连续推舟，投料少，易于调节温度、保温时间、炉内气氛的特点，具有较好的隔热保温效果。

Description

小型碳管炉

技术领域

本实用新型涉及一种实验室用小型碳管炉，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

碳管炉是粉末冶金中制取金属粉末或金属陶瓷粉末的重要设备之一。目前的碳管炉均是适合规模化生产的大型碳管炉，这类大型碳管炉均为卧式，采用连续推舟式的，适用于工业化生产各种金属粉末和金属陶瓷粉末，具有投料多，产出大的特点。但当企业和科研单位要研发一些新型的，各种复合金属粉末或金属陶瓷粉末时，需要做一些小规模试验，这种情况下，仍用大型碳管炉试验就显得研发成本太高，需要一种投入少，使用成本低，气氛和工艺条件易变化的小型实验碳管炉。

虽然，目前有部分厂家也生产了小型真空实验碳管炉，但这种真空碳管炉的局限性在于是立式的，不能实现连续推舟，不能模拟现行的、卧式的工业化生产的碳管炉进行实验。

现有的大型碳管炉碳管两端电极是用铸件铜套套接，铜套内通水冷却，铜套外接紫铜母排，有两个缺点：a.受冷热温度变化，膨胀系数不一的影响，常出现碳管与铜套电极打弧现象；b.因受目前铸造技术地限制，还铸造不出小型带冷却水套的铜套。

另外，现有的大型碳管炉的碳管和炉壁之间是用碳黑填充，碳黑的隔热保温效果有限，且容易氧化，在使用过程必然会伴随热损失过大。

因此，要制备卧式小型碳管炉面临着以下问题：1.设备小型化后热量更容易损失；2.电极与碳管如何连接。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种卧式的小型碳管炉，该卧式小型碳管炉保温效果好，电极与碳管之间的连接不打弧。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：小型碳管炉，包括碳管、炉体、热电偶、出气管、进气管、紫铜电极和炉壳，所述碳管位于炉体内部并水平放置；所述炉体底部设置有进气管，顶部设置有出气管，还包括高纯石墨电极夹套、碳粉层、刚玉砖层、耐热砖层和石棉板层，所述小型碳管炉从内到外依次为碳管、碳粉层、刚玉砖层、耐热砖层、石棉板层和炉壳；所述碳管的两端各由1件高纯石墨电极夹套夹紧，所述紫铜电极与高纯石墨电极夹套螺纹连接；所述热电偶穿过炉壳及石棉板层、耐热砖层、刚玉砖层插入所述碳粉层中。

进一步地，所述碳管的材料为高纯石墨。

进一步地，所述小型碳管炉还包括CFC螺杆，所述碳管与高纯石墨电极夹套通过CFC螺杆固定，所述高纯石墨电极夹套上设置有与碳管相适配的碳管孔、与CFC螺杆相适配的CFC螺杆孔、与紫铜电极相适配的电极孔，以及与电极孔相通的出气孔。

进一步地，所述紫铜电极上还套接有电极法兰盘和电极法兰垫片，所述电极法兰盘焊接于炉体的表面，所述电极法兰垫片为绝缘垫，所述紫铜电极上还套有电极冷水套。

进一步地，所述炉体上还设置有两个炉门、炉门法兰盘和法兰盘冷却水套，所述炉门位于碳管的两端，通过炉门法兰盘进行密封，所述炉门法兰盘上套有法兰盘冷却水套。

进一步地，所述炉门法兰盘焊接于炉体上；炉门法兰盘与法兰盘冷却水套法兰之间设置有炉门法兰垫片，炉门法兰盘上设置有法兰孔和管孔，所述法兰盘冷却水套上设置有冷水套法兰孔、不锈钢管和冷却水进出口；所述法兰孔与冷水套法兰孔相适配；管孔和管相适配；

所述管与碳管的端口相适配，并通过炉门刚玉砖固定。

进一步地，所述管上设置有炉管进气口和炉管出气口。

进一步地，所述的热电偶为钨铼热电偶，热电偶的检测端插入碳粉层中，另一端与温度控制柜相连。

进一步地，所述刚玉砖层和耐热砖层之间的空隙用刚玉砖碎块或是刚玉砂填充。

进一步地，所述碳管中装有小型舟皿。

有益效果：本新型提供的卧式小型碳管炉，可以实现连续推舟、模拟现行卧式工业化生产，用于还原碳化制取金属或金属陶瓷粉末，也可用于粉末冶金烧结的实验室用小型碳管炉，及用这些粉末制成的粉末压坯的烧结，对研发粉末冶金新产品有重要意义。

其次，本新型的卧式小型碳管炉还具有投料少，易于调节温度、保温时间、炉内气氛的特点，同时本新型的小型碳管炉还具有较好的隔热保温效果。

本新型的小碳管炉的碳管电极采用与电极相同的材料石墨做夹套，解决了石墨管、石墨夹套、紫铜电极打弧现象；石墨电极夹套加CFC高温碳纤维螺杆紧固，石墨电极夹套的另一端采用紫铜电极螺纹配合、紫铜电极通以冷却水冷却，防止了紫铜电极在高温时烧坏。

附图说明

图1是碳管炉装配图；

图2是紫铜电极装配图；

图3是高纯石墨电极夹套图；

图4是炉门法兰盘图；

图5是法兰盘冷却水套图；

图6是校温示意图；

图7是炉体保温层分布图；

图8是碳管炉图。

附图标记：1-碳管；2-炉体；3-热电偶；4-出气管；5-炉门法兰盘；51-炉门法兰垫片；52-法兰孔；53-管孔；6-法兰盘冷却水套；62-冷水套法兰孔；63-管；7-炉管进气口；8-高纯石墨电极夹套；81-CFC螺杆；82-CFC螺杆孔；83-电极孔；84-碳管孔；85-出气孔；9-进气管；10-冷却水进出口；11-炉管出气口；12-刚玉砖层；13-碳粉层；14-紫铜电极；15-电极冷水套；16-小型舟皿；17-电极法兰盘；18-电极法兰垫片；19-炉门刚玉砖；20-校正热电偶；21-耐热砖层；22-石棉板层；23-炉壳；24-炉门。

具体实施方式

下面结合实施例对本新型的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1、2和7所示，本实用新型的小型碳管炉，包括碳管1、炉体2、热电偶3、出气管4、进气管9、紫铜电极14和炉壳23，所述碳管1位于炉体2内部并水平放置；所述炉体2底部设置有进气管9，顶部设置有出气管4，还包括高纯石墨电极夹套8、碳粉层13、刚玉砖层12、耐热砖层21和石棉板层22，所述小型碳管炉从内到外依次为碳管1、碳粉层13、刚玉砖层12、耐热砖层21、石棉板层22和炉壳23；所述碳管1的两端各由1件高纯石墨电极夹套8夹紧，所述紫铜电极14与高纯石墨电极夹套8螺纹连接；所述热电偶3穿过炉壳23及石棉板层22、耐热砖层21、刚玉砖层12插入所述碳粉层13中。

本新型的小型碳管炉从内到外依次为碳管1、碳粉层13、刚玉砖层12、耐热砖层21、石棉板层22和炉壳23，能较好的隔热保温，解决了设备小型化后热量更容易损失的问题。

碳管1既是炉子的发热体，也是承载实验炉料的装置，紫铜电极14分别和对应高纯石墨电极夹套8之间以螺纹的形式连接，能有效避免电流接触不良引起打弧，解决了碳管炉小型化后电极与碳管如何连接的技术问题。碳管1的外层空隙填上碳粉层13，碳粉层13既可以保护碳管1在高温不被空气氧化又可以起到保温的作用。热电偶3的检测端穿过炉壳23及石棉板层22、耐热砖层21、刚玉砖层12插入所述碳粉层13中，热电偶3的上端和有关控温仪器连接，从而实现控温。在炉体2的右下角和左上角有进气管9和出气管4，在炉子高温工作时需要通入非氧化气体以防止碳管1被氧化。

碳管1采用高纯石墨制作，其发热温度可达2600℃。

如图3所示，所述小型碳管炉还包括CFC螺杆81，所述碳管1与高纯石墨电极夹套8通过CFC螺杆81固定，所述高纯石墨电极夹套8上设置有与碳管1相适配的碳管孔84、与CFC螺杆81相适配的CFC螺杆孔82、与紫铜电极14相适配的电极孔83，以及与电极孔83相通的出气孔85。

CFC螺杆81是采用高温碳纤维为材料制作的螺杆。高纯石墨电极夹套8可以和碳管1实现大面积紧密接触，高纯石墨电极夹套8夹于碳管1上并用CFC螺杆81连接，高纯石墨电极夹套8的另一端带有内螺纹，紫铜电极14的外螺纹与高纯石墨电极夹套8的内螺纹连接从而实现紧密连接，紫铜电极14插入电极孔83时，通过出气孔85将电极孔83内的气体排出。

如图2所示，所述紫铜电极14上还套接有电极法兰盘17和电极法兰垫片18，所述电极法兰盘17焊接于炉体2的表面，所述电极法兰垫片18为绝缘垫，所述紫铜电极14上还套有电极冷水套15。

由于紫铜电极14外表裸露且带有大电流，低电压，所以采用电极法兰盘17和酚醛绝缘电极法兰垫片18套配合使用，避免电极与炉体相接触；发生对地短路现象，采用电极法兰盘17的另一个优点是可增加炉体2的密闭效果。电极法兰盘17的焊接于炉体2表面，在电极法兰盘17内用酚醛绝缘材料的电极法兰垫片18能起到密闭和绝缘的效果，也可以采用其它绝缘材料制作电极法兰垫片18。

炉体2上还设置有两个炉门24、炉门法兰盘5和法兰盘冷却水套6，所述炉门24位于碳管1的两端，通过炉门法兰盘5进行密封，所述炉门法兰盘5上套有法兰盘冷却水套6。

因为碳管炉的发热体是石墨的碳管1，在使用过程中必须在非氧化气氛下进行，必须通入非氧化性气体保护，所以碳管炉的前后炉门24需要保证密封不漏气，本新型的前后炉门24通过炉门法兰盘5进行密封，法兰盘5主要是起到封闭的作用，防止空气进入炉内使碳管1氧化。碳管炉运行过程中烧结温度较高，法兰盘5的材质可以选用不锈钢，为了防止法兰盘5在炉子运行过程的长期高温过程中变形，因此法兰盘5加法兰盘冷却水套6用来对碳管炉口进行冷却。

如图1所示炉门法兰盘5的平面焊接于炉体2上；炉门法兰盘5与法兰盘冷却水套6法兰之间设置有炉门法兰垫片51，51的材质可选用石棉，如图4所示，炉门法兰盘5上设置有法兰孔52和管孔53，如图5所示，所述法兰盘冷却水套6上设置有冷水套法兰孔62、管63和冷却水进出口10；所述法兰孔52与冷水套法兰孔62相适配；管孔53和管63相适配；

所述管63与碳管1的端口相适配，如图1所示，并通过炉门刚玉砖19固定。

法兰盘冷却水套6通过冷水套法兰孔62与焊接于炉门上的炉门法兰盘5用螺杆固定，炉门法兰盘5与法兰盘冷却水套6法兰之间设置有石棉垫51，以保证密封。炉门刚玉砖19将碳管1和法兰盘冷却水套6上的管63固定，管63的材质也可为不锈钢。

如图1所示，所述管63上设置有炉管进气口7和炉管进气口11。

碳管1在高温阶段会被空气氧化，所以碳管炉在烧结过程中需要保持炉体内部充满非氧化气体，用来保护碳管1，防止碳管1被氧化。将炉内循环过的气体通过出气管4再进入碳管炉的出口端的炉管进气口7进入碳管1内，保护碳管1内侧不被氧化，碳管炉的另一个端口设有一个炉管出气口11，炉管出气口11用来排放通入的非氧化气体。

如图1所示，所述的热电偶3为钨铼热电偶，热电偶3的检测端穿过炉壳23及石棉板层22、耐热砖层21、刚玉砖层12插入所述碳粉层13中，另一端与温度控制柜相连。

如图6所示，为保证准确控温，在碳管炉调试时，用另一根热电偶20从炉门插入碳管内测其实际温度，记录下两根热电偶的温度差曲线后，取出插入碳管内的热电偶20，用碳管外的热电偶3及其所连接的温度控制柜控温，碳管内实际温度由操作人员根据温度差曲线计算得到。

为达到更好的保温效果，所述刚玉砖层12和耐热砖层21之间的空隙用刚玉砖碎块或是刚玉砂填充。

所述碳管1中装有小型舟皿16。

碳管1的两端温度低，中段温度高，使用时可在碳管内通入惰性气体，再将一定数量的，装有物料的小型舟皿16串连地从碳管的一端推入，从另一端推出，推舟速度可人工控制，各小型舟皿16先后经过碳管1内不同的位置，也就是经过从低温到高温的不同阶段，从而达到在不同的温度段保温的目的。

Claims (10)

1.小型碳管炉，包括碳管(1)、炉体(2)、热电偶(3)、出气管(4)、进气管(9)、紫铜电极(14)和炉壳(23)，所述碳管(1)位于炉体(2)内部并水平放置；所述炉体(2)底部设置有进气管(9)，顶部设置有出气管(4)，其特征在于，还包括高纯石墨电极夹套(8)、碳粉层(13)、刚玉砖层(12)、耐热砖层(21)和石棉板层(22)，所述小型碳管炉从内到外依次为碳管(1)、碳粉层(13)、刚玉砖层(12)、耐热砖层(21)、石棉板层(22)和炉壳(23)；所述碳管(1)的两端各由1件高纯石墨电极夹套(8)夹紧，所述紫铜电极(14)与高纯石墨电极夹套(8)螺纹连接；所述热电偶(3)穿过炉壳(23)及石棉板层(22)、耐热砖层(21)、刚玉砖层(12)插入所述碳粉层(13)中。

2.根据权利要求1所述的小型碳管炉，其特征在于，所述碳管(1)的材料为高纯石墨。

3.根据权利要求1或2所述的小型碳管炉，其特征在于，所述小型碳管炉还包括CFC螺杆(81)，所述碳管(1)与高纯石墨电极夹套(8)通过CFC螺杆(81)固定，所述高纯石墨电极夹套(8)上设置有与碳管(1)相适配的碳管孔(84)、与CFC螺杆(81)相适配的CFC螺杆孔(82)、与紫铜电极(14)相适配的电极孔(83)，以及与电极孔(83)相通的出气孔(85)。

4.根据权利要求1或2所述的小型碳管炉，其特征在于，所述紫铜电极(14)上还套接有电极法兰盘(17)和电极法兰垫片(18)，所述电极法兰盘(17)焊接于炉体(2)的表面，所述电极法兰垫片(18)为绝缘垫，所述紫铜电极(14)上还套有电极冷水套(15)。

5.根据权利要求1或2所述的小型碳管炉，其特征在于，所述炉体(2)上还设置有两个炉门(24)、炉门法兰盘(5)和法兰盘冷却水套(6)，所述炉门(24)位于碳管(1)的两端，通过炉门法兰盘(5)进行密封，所述炉门法兰盘(5)上套有法兰盘冷却水套(6)。

6.根据权利要求5所述的小型碳管炉，其特征在于，所述炉门法兰盘(5)焊接于炉体(2)上；炉门法兰盘(5)与法兰盘冷却水套(6)法兰之间设置有石棉垫片(51)，炉门法兰盘(5)上设置有法兰孔(52)和管孔(53)，所述法兰盘冷却水套(6)上设置有冷水套法兰孔(62)、不锈钢管(63)和冷却水进出口(10)；所述法兰孔(52)与冷水套法兰孔(62)相适配；管孔(53)和管(63)相适配；

所述管(63)与碳管(1)的端口相适配，并通过炉门刚玉砖(19)固定。

7.根据权利要求6所述的小型碳管炉，其特征在于，所述管(63)上设置有炉管进气口(7)和炉管出气口(11)。

8.根据权利要求1所述的小型碳管炉，其特征在于，所述的热电偶(3)为钨铼热电偶，热电偶(3)的检测端插入碳粉层(13)中，另一端与温度控制柜相连。

9.根据权利要求1所述的小型碳管炉，其特征在于，所述刚玉砖层(12)和耐热砖层(21)之间的空隙用刚玉砖碎块或是刚玉砂填充。

10.根据权利要求1所述的小型碳管炉，其特征在于，所述碳管(1)中装有小型舟皿(16)。