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CN103673610B - 超高温均温石墨管式加热炉 - Google Patents

超高温均温石墨管式加热炉 Download PDF

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钟秋
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Abstract

本发明提供一种超高温均温石墨管式加热炉，所述加热炉中的石墨管从两侧到中间依次包括：夹持段(11)、热量补偿段(12)和均匀发热段(13)；其特征在于，所述热量补偿段处石墨管沿长度方向采用非均匀壁厚，补偿端部热损失，以增大均温区长度。利用本发明可提供更长的均温区，可用于固体材料制备和参数测量等需要均匀加热的技术中。

Description

超高温均温石墨管式加热炉
技术领域
本发明属于样品均温控制技术，具体涉及一种能提供较长均温区的超高温均温石墨管式加热炉，用于超高温加热样品，使样品能够处于均匀的热环境中。
背景技术
由于给直热式石墨筒加热的电极一般采用铜电极，在高温和超高温下必须对铜电极进行通水冷却，使得发热管的中部温度高，靠近两端温度逐渐降低，因此，均温区很短，无法满足样品均温的要求。
专利文献1(中国实用新型专利《石墨筒加热炉》，申请号：85202601，公开号：CN85202601)报导了高温石墨筒加热炉，其分别在两个端部安装了可调的加热器，并且与该发热管垂直，该加热管也由石墨制成，该加热炉可实现不同形状的温度曲线，但要实现该石墨筒加热炉，结构上较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，主要针对高温和超高温均温问题，提供结构简单、加热功率低的石墨管式加热炉。
一方面，本发明提供一种超高温均温石墨管式加热炉，所述加热炉中的石墨管从两侧到中间依次包括：夹持段(11)、热量补偿段(12)和均匀发热段(13)；
其中，所述热量补偿段处石墨管沿长度方向采用非均匀壁厚，补偿端部热损失，以增大均温区长度。
在本发明一个实施方式中，所述热量补偿段(12)处石墨管的壁厚沿石墨管长度的两侧到中部方向逐渐变大。
在本发明一个实施方式中，所述均匀发热段(13)处石墨管的壁厚保持不变，且均匀发热段(13)处石墨管的壁厚等于热量补偿段(12)处石墨管的最大壁厚。
在本发明一个实施方式中，所述夹持段(11)由铜电极4夹持。
在本发明一个实施方式中，上铜电极42和下铜电极41由螺钉43连接固定，夹持在石墨管的夹持段上。
在本发明中，所述超高温均温石墨管式加热炉还包括其中充满碳纤维的石墨保温套，所述石墨保温套完全包裹热量补偿段(12)和均匀发热段(13)。在本发明中，所述石墨保温套与石墨管之间有一定间隙，否则就电导通了。
在本发明一个实施方式中，石墨保温套2包括石墨保温套端盖21、石墨保温套内套管22和石墨保温套外套管23，石墨保温套端盖21与石墨保温套外套管23通过螺纹连接，石墨保温套端盖21与石墨保温套内套管22直接接触，依靠石墨保温套端盖21与石墨保温套外套管23的连接而固定。
具体的说，本发明提供的一种超高温均温石墨管式加热炉，其中：石墨管作为通电加热器，采用铜电极加热，石墨管分为夹持段11、热量补偿段12、均匀发热段13。在热量补偿段12和均匀发热段13周围，有石墨保温套2，内部充满碳纤维3，石墨保温套2和石墨管1之间有一定的间隙。热量补偿段12管壁厚度非均匀，沿石墨管1长度方向发热量不同，补偿端部热损失，以增大均温区长度。本发明结构简单，能一次加工成型。
本发明超高温均温石墨管式加热炉的优点在于：
(1)温度稳定快，每升高200℃温度稳定仅需耗时20分钟；
(2)在600℃～2500℃范围内可提供均温区长度范围为30mm～88mm，加热功率范围为0.38～14.8kW。
附图说明
图1是本发明一个实施方式中的超高温均温石墨管式加热炉的示意结构图；
其中，1.石墨管；2.石墨保温套；3.碳纤维；4.铜电极；11夹持段；12.热量补偿段；13.均匀发热段；21.石墨保温套端盖；22.石墨保温套内套管；23.石墨保温套外套管；41.下铜电极；42.上铜电极；43.螺钉。
图2是本发明实施例1所述超高温均温石墨管式加热炉的炉温分布形状曲线图。
图3是本发明实施例2所述超高温均温石墨管式加热炉的炉温分布形状曲线图。
图4是本发明对比例1所述超高温均温石墨管式加热炉的炉温分布形状曲线图。
具体实施方式：
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。需要注意的是，本发明的内容并不限于这些具体的实施方式。在不背离本发明背景和精神的前提下，本领域技术人员在阅读本发明的内容的基础上可以进行等价替换和修改，其内容也包括在本发明要求保护的范围内。
如图1所示，在本发明中，超高温均温石墨管式加热炉的石墨管1分为夹持段11、热量补偿段12、均匀发热段13。热量补偿段12在长度方向的壁厚不均匀，由中部向两端厚度逐渐减小，当铜电极通电加热时，热量补偿段12因石墨管壁厚不同实现长度方向发热量不同。石墨管两端厚度薄的地方发热量大，补偿端部热损失，以增大均温区长度，能够提供更长的均温区。在热量补偿段12和均匀发热段13的周围有石墨保温套2，内部充满碳纤维3，保温套2与石墨管1之间有一定的间隙。石墨保温套2由石墨保温套端盖21、石墨保温套内套管22和石墨保温套外套管23组成，石墨保温套端盖21与石墨保温套外套管23通过螺纹连接，石墨保温套端盖21与石墨保温套内套管22直接接触，依靠石墨保温套端盖21与石墨保温套外套管23的连接而固定。铜电极4的上铜电极42和下铜电极41由螺钉43连接固定，夹持在石墨管的夹持段上。
实施例1
在本实施例中，超高温均温石墨管式加热炉的参数如下：
石墨炉的内径16mm。夹持段外径23.8mm，长度38mm。热量补偿段外径由石墨管端部向中部从21mm渐变到22mm，每段长度53mm。均匀发热段外径22mm，长度18mm。热量补偿段和均匀发热段的石墨保温套的内径、外径和长度分别为24mm、180mm和130mm(两端各有1个热量补偿段)。
如图2所示，当加热功率为0.4kW(2V×200A)，石墨炉温度达620℃左右，均温区长度为34mm(见图2最下方的曲线)；当加热功率为2.5kW(5V×500A)，石墨炉温度达1370℃，均温区长度为40mm(见图2由下至上第2条曲线)；当加热功率为6.4kW(8V×800A)，石墨炉温度达1890℃，均温区长度为88mm(见图2由下至上第3条曲线)；当加热功率为14.4kW(12V×1200A)，石墨炉温度达2420℃，均温区长度为66mm(见图2由下至上第4条曲线)。
实施例2
在本实施例中，超高温均温石墨管式加热炉的参数如下：
石墨炉的内径16mm。夹持段外径23.8mm，长度38mm。热量补偿段外径由端部向中心从20mm渐变到22mm，每段长度45mm。均匀发热段外径22mm，长度34mm。热量补偿段和均匀发热段的石墨保温套的内径、外径和长度分别为24mm、180mm和130mm(两端各有1个热量补偿段)。
如图2所示，当加热功率为1.75kW(2V×200A)，石墨炉温度达630℃，均温区长度为50mm(见图3下方的曲线)；当加热功率为1.6kW(4V×400A)，石墨炉温度达1210℃，均温区长度为72mm(见图3上方的曲线)。
对比例1
在本对比例中，超高温均温石墨管式加热炉的参数如下：
石墨炉的内径16mm。夹持段外径23.8mm，长度38mm。没有热量补偿段。均匀发热段外径22mm，长度124mm。热量补偿段和均匀发热段的石墨保温套的内径、外径和长度分别为24mm、180mm和130mm。
如图4所示，当加热功率为0.4kW(2V×200A)，石墨炉温度达548℃左右，均温区长度为20mm(见图4最下方的曲线)；当加热功率为2.5kW(5V×500A)，石墨炉温度达1330℃，均温区长度为28mm(见图4由下至上第2条曲线)；当加热功率为6.4kW(8V×800A)，石墨炉温度达1840℃，均温区长度为36mm(见图4由下至上第3条曲线)；当加热功率为14.4kW(12V×1200A)，石墨炉温度达2380℃，均温区长度为40mm(见图4由下至上第4条曲线)。

Claims (8)

1.一种超高温均温石墨管式加热炉，所述加热炉中的石墨管从两侧到中间依次包括：夹持段(11)、热量补偿段(12)和均匀发热段(13)；其特征在于，所述热量补偿段处石墨管沿长度方向采用非均匀壁厚，补偿端部热损失，以增大均温区长度。
2.如权利要求1所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：所述热量补偿段(12)处石墨管的壁厚沿石墨管长度的两侧到中部方向逐渐变大。
3.如权利要求1所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：所述均匀发热段(13)处石墨管的壁厚保持不变，且均匀发热段(13)处石墨管的壁厚等于热量补偿段(12)处石墨管的最大壁厚。
4.如权利要求1所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：所述夹持段(11)由铜电极(4)夹持。
5.如权利要求4所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：上铜电极(42)和下铜电极(41)由螺钉(43)连接固定，夹持在石墨管的夹持段上。
6.如权利要求1所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：所述超高温均温石墨管式加热炉还包括其中充满碳纤维或氧化锆纤维的石墨保温套，所述石墨保温套完全包裹热量补偿段(12)和均匀发热段(13)。
7.如权利要求6所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：所述石墨保温套与石墨管之间存在间隙。
8.如权利要求6所述的超高温均温石墨管式加热炉，其特征在于：石墨保温套(2)包括石墨保温套端盖(21)、石墨保温套内套管(22)和石墨保温套外套管(23)，石墨保温套端盖(21)与石墨保温套外套管(23)通过螺纹连接，石墨保温套端盖(21)与石墨保温套内套管(22)直接接触，依靠石墨保温套端盖(21)与石墨保温套外套管(23)的连接而固定。
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