專利名稱：碳化硅電熱元件燒成用高溫爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，屬電熱元件燒成用窯爐。
目前，國內(nèi)電熱元件如碳化硅電熱元件的燒成，是采用倒煙窯素燒，后在電阻爐二次高溫燒成，利用反應(yīng)燒結(jié)及再結(jié)晶機理燒成，高溫燒成周期長，一般為10天，耗能高、產(chǎn)品合格率低，質(zhì)量不穩(wěn)定一直是困擾人們的大問題，但至今沒有得到有效的解決。
本實用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燒成周期短30-80分鐘、耗能低、溫度自動控制、燒成參數(shù)可調(diào)的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，填補該領(lǐng)域的一項空白。
本實用新型的目的是采用如下方式來實現(xiàn)的該碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，主要包括爐體，其特征在于，爐體29、工作管18、保護管17、工作管18、發(fā)熱管5均為分體式，工作管18套在發(fā)熱管5內(nèi)，兩端與中間螺紋聯(lián)結(jié)，發(fā)熱管5與保護管17間形成一定間隙，內(nèi)充有保護氣體，發(fā)熱管5外有導(dǎo)電體4，導(dǎo)電體4與爐頭電極3相連，發(fā)熱管5中間為直管狀，兩端部直徑大于中間直管的直徑并與直管螺紋聯(lián)結(jié)，發(fā)熱管5與保護管17間形成一定間隙，內(nèi)充有保護氣體，工作管18進、出口處有保護氣體封口。
本實用新型的目的還可采用如下方式來實現(xiàn)所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的爐體29、保護管17、發(fā)熱管5、工作管18均為圓形。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的分體式工作管18分三段為最佳，中間段與兩端螺紋或聯(lián)結(jié)在一起。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的分體式工作管18兩端部靠近出口端為臺階軸式，與發(fā)熱管5內(nèi)孔之間隙填充絕緣料20。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的發(fā)熱管5為分體式，中間為直管狀，兩端部直徑大于中間直管的直徑并與直管螺紋聯(lián)結(jié)，兩端部發(fā)熱管5外部套裝導(dǎo)電體4，導(dǎo)電體4外設(shè)爐頭電極3。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的爐體29上部設(shè)有測溫器插孔、同時又是保護氣體進入孔，兩端設(shè)置爐體端蓋10，爐體端蓋10靠近發(fā)熱管5部分為絕緣層，爐頭電極3外設(shè)冷卻水套與端蓋10為一體，冷卻水套6環(huán)繞爐頭電極3外，冷卻水從下端流進，上端流出。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的絕緣層13為兩體，碳磚14裝在耐火磚13內(nèi)。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的高溫爐還包括法蘭1、22、六角頭螺栓2、7、絕緣墊8、19、蓋11、密封墊12、爐頭定位裝置21、保溫碳黑23、爐體緊固鋼帶24、O形密封圈25、支架26、地腳螺栓27、測溫器28、過濾纖維氈15、濾網(wǎng)16，冷卻水套6用螺栓分別固定在爐體端蓋10上，爐頭電極3套入冷卻水套6，爐體29與保護管17間填充保溫碳黑23，端蓋10用螺栓與爐體29相連，爐體29用可伸縮爐體緊固鋼帶24固定于支架26上，法蘭1、22設(shè)置在爐體29進、出口。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的插入爐體29上部的測溫孔內(nèi)測溫器28還包括鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置，鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置依次相連，測溫管裝置的測溫管為帶底式。
所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、工作管裝置還包括石墨螺母31、測溫保護管32、測溫管33、剛玉墊34、蓋35、冷卻水套36、氣流調(diào)節(jié)器37、鏡座38、氮氣凈化鏡片裝置39、鏡片40、緊固套41、剛玉套42、剛玉墊43、墊片44、支座45，測溫管33穿在測溫保護管32內(nèi)，鏡座38裝在水冷套36上，內(nèi)設(shè)氮氣凈化鏡片裝置39，水冷套36內(nèi)裝氣流調(diào)節(jié)器37。
本實用新型的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，主要發(fā)明點是設(shè)計的爐體結(jié)構(gòu)，爐體29、工作管18、保護管17、保護氣體，工作管18、發(fā)熱管5均為分體式，該碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，主要包括爐體，其特征在于，爐體29、工作管18、保護管17、工作管18、發(fā)熱管5均為分體式，工作管18套在發(fā)熱管5內(nèi)，兩端與中間螺紋聯(lián)結(jié)，發(fā)熱管5與保護管17間形成一定間隙，內(nèi)充有保護氣體，發(fā)熱管5外有導(dǎo)電體4，導(dǎo)電體4與爐頭電極3相連，發(fā)熱管5中間為直管狀，兩端部直徑大于中間直管的直徑并與直管螺紋聯(lián)結(jié)，工作管18進、出口處有保護氣體封口。解決了現(xiàn)有技術(shù)高溫燒成不穩(wěn)定、產(chǎn)品易變形、合格率低、燒成周期長，耗能高的問題，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有燒成周期短75～80分鐘、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。產(chǎn)品合格率高達85％以上，耗能低、燒成參數(shù)可調(diào)、維修方便、投資少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，填補了該領(lǐng)域的一項空白。


圖1是本實用新型碳化硅電熱元件燒成用高溫爐的結(jié)構(gòu)剖視示意圖2是本實用新型碳化硅電熱元件燒成用高溫爐B-B剖視示意圖；圖3是測溫器結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖4是高溫爐控制原理框圖；圖5是高溫爐超高溫測控系統(tǒng)原理框圖。
圖1-3是本實用新型的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐的最佳實施例，其中1、22法蘭 2、7六角頭螺栓 3爐頭電極 4導(dǎo)電體 5發(fā)熱碳管 6水冷套 8、19絕緣墊 9絕緣套 10端蓋 11蓋 12密封墊 13耐火磚 14碳磚 15過濾纖維氈 16濾網(wǎng) 17保護管 18工作管 20絕緣料 21爐頭定位裝置 23保溫碳黑 24爐體緊固鋼帶 25O形密封圈 26支架 27地腳螺栓 28測溫器 29爐體 30移進管 31石墨螺母 32測溫保護管 33測溫管 34剛玉墊 35蓋 36冷卻水套 37氣流調(diào)節(jié)器 38鏡座 39氮氣凈化鏡片裝置 40鏡片 41緊固套 42剛玉套 43剛玉墊 44墊片 45支座 46三相交流電源 47進線電抗器 48晶閘管交流調(diào)壓器 49整流變壓器 50硅整流電路51光導(dǎo)纖維測溫 52智能調(diào)節(jié)儀 53MC-1A控制單元 54電流取樣電路 55光纖溫度檢測儀 56數(shù)字溫度顯示儀 57可控硅調(diào)壓設(shè)備。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐的工作原理及工作過程作進一步詳細說明如
圖1-3所示制作一臺本實用新型的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐工作原理及工作過程如下該碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，主要是產(chǎn)生2500℃高溫，棒坯內(nèi)碳化硅再結(jié)晶燒成碳化硅電熱元件。裝有碳化硅電熱元件棒坯的移進管30在高溫爐石墨工作管18內(nèi)移動，高溫爐石墨工作管18安裝于發(fā)熱碳管5內(nèi)，發(fā)熱碳管5為高電阻率石墨碳管，用絕緣料20固定，絕緣料20為鋁氧粉配成，絕緣料20上設(shè)氮氣孔，以保護發(fā)熱碳管5內(nèi)壁和工作管18外壁，保護管17、工作管18為石墨制作，發(fā)熱碳管5外套保護管17，碳磚14為圓形，耐火磚13為剛玉制作，耐火磚13安裝在端蓋10內(nèi)。發(fā)熱碳管5兩端套入爐頭電極3，爐頭電極3穿在水冷套6孔內(nèi)，水冷套6經(jīng)絕緣墊用螺栓連接固定在端蓋10上，發(fā)熱碳管5與爐頭電極3之間隙用導(dǎo)電料20填充搗實，用法蘭1和法蘭22經(jīng)螺栓壓緊。爐頭電極3由水冷電纜與可控硅控制的三相整流變壓器49輸出端相連。端蓋10用螺栓與爐體29相連，爐體29為圓形，其內(nèi)填滿保溫碳黑23。爐體29用可伸縮爐體緊固鋼帶24固定于支架26上。
高純氮氣從爐體29上部蓋11通過過濾纖維氈15和濾網(wǎng)16進入爐內(nèi)，由爐底部排出。爐體29兩側(cè)高純度氮氣垂直爐軸線方向從法蘭1、22進入，沿軸線方向兩邊排放，以保護發(fā)熱碳管5和工作管18在高溫下不被氧化，提高使用壽命。
測溫器28裝在爐體29上，主要包括鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置，鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置依次相連，測溫管裝置的測溫管為帶底式。
鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置還包括石墨螺母31、測溫保護管32、測溫管33采用大電阻率碳素材料制成，剛玉墊34、蓋35、冷卻水套36、氣流調(diào)節(jié)器37、鏡座38、氮氣凈化鏡片裝置39、鏡片40、緊固套41、剛玉套42、剛玉墊43、墊片44、支座45，測溫管33為帶底式，裝在測溫保護管32內(nèi)，測溫保護管32通過剛玉墊43、下經(jīng)石墨螺母31支在石墨保護管17外壁。冷卻水套36內(nèi)設(shè)氮氣氣流調(diào)節(jié)器37，鏡座38內(nèi)設(shè)氮氣凈化鏡片裝置39，以降低氮氣流速，剛玉墊34、43，剛玉套42由蓋35、墊片44及支座45固定在爐體29上方，冷卻水套36裝在蓋35上部，水套36上設(shè)測溫鏡，其由鏡座38、氮氣凈化鏡片裝置39、鏡片40、緊固套41組成，鏡座38內(nèi)置有氮氣凈化鏡片裝置39，高純氮氣從鏡座38水平孔進入，經(jīng)氮氣凈化鏡片裝置39的斜孔直吹鏡片40底平面，然后往下經(jīng)氣流調(diào)節(jié)器37減速，從測溫管33及測溫保護管32壁厚處漸漸入爐內(nèi)。光纖測溫頭裝在緊固套41上進行非接觸式測溫。
高溫爐控制電路原理框圖如圖4所示主要由三相交流電源46、進線電抗器47、晶閘管交流調(diào)壓器48、整流變壓器49、硅整流電路50、發(fā)熱碳管5、光導(dǎo)纖維測溫51、智能調(diào)節(jié)儀52、MC-1A控制單元53、電流取樣電路54組成。三相交流電源46、進線電抗器47、晶閘管交流調(diào)壓器48、整流變壓器49、硅整流電路50、發(fā)熱碳管5、光導(dǎo)纖維測溫51、智能調(diào)節(jié)儀52、MC-1A控制單元53依次相連，MC-1A控制單元53輸出一端與晶閘管交流調(diào)壓器48相連，三相交流電源46輸出另一端通過電流取樣電路54與MC-1A控制單元53相連。主回路采用了晶閘管交流調(diào)壓電路，調(diào)壓后送至整流變壓器，變壓后送至雙反星整流電路，變換成直流輸出5～20V、5000A連續(xù)可調(diào)。并且在整流變壓器一次側(cè)留有中間抽頭，以滿足調(diào)壓的需求。直流輸出的調(diào)節(jié)由MC-1A控制單元對晶閘管交流調(diào)壓器進行調(diào)壓控制，可實現(xiàn)全數(shù)字控制，智能PI調(diào)節(jié)，電流電壓雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制器具有過流、過載、斷相、失同步、參數(shù)錯誤等保護電路。當水壓、氮氣、液化氣、推料、卸料等發(fā)生故障時，設(shè)備面板聲光報警，在設(shè)備過流、快熔熔斷和硅整流管過熱時，設(shè)備聲光報警，并切斷主回路。
圖5是高溫爐超高溫測控系統(tǒng)電路原理框圖如圖所示主要包括依次相連的光纖溫度檢測儀55、數(shù)字溫度顯示儀56、智能調(diào)節(jié)儀52、可控硅調(diào)壓設(shè)備57、高溫爐發(fā)熱碳管5組成，可控硅調(diào)壓設(shè)備57通過高溫爐發(fā)熱碳管5與光纖溫度檢測儀55相連。
其他部分儀表高溫爐采用紅外測溫，配以高精智能數(shù)字調(diào)節(jié)儀度智能數(shù)字調(diào)節(jié)儀，控制可控硅調(diào)壓設(shè)備，進而控制石墨發(fā)熱碳管的功率，其特點光纖測溫適用超高溫測量，溫度范圍1400～3000℃，抗干擾性強、溫度數(shù)顯直觀清晰、高精度智能數(shù)字調(diào)節(jié)儀采用先進的人工智能網(wǎng)絡(luò)，自整定技術(shù)，零控制精度高?？垢蓴_性強，控制更加穩(wěn)定、控制精度大于0.15％、使用可控硅調(diào)壓系統(tǒng)、零調(diào)節(jié)平滑、功率因數(shù)高。
高純度氮氣輸送系統(tǒng)瓶裝純氮氣經(jīng)減壓閥及低壓減壓閥二級減壓，通過氮氣純化裝置純化成高純度氮氣經(jīng)流量計輸入高溫爐兩側(cè)及爐內(nèi)、測溫器、保護石墨管。
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有冷卻塔的水池循環(huán)水經(jīng)水泵抽送至高溫爐、冷卻帶及純化裝置進行冷卻?；厮祷厮?，水輸送管道設(shè)工業(yè)磁化水裝置。防結(jié)水垢。
本實用新型的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，燒成參數(shù)、爐內(nèi)氣氛、各部分結(jié)構(gòu)功能均能滿足碳化硅電熱元件超高溫一次燒成的要求，可每間隔30～80分鐘燒成例如φ14碳化硅電熱元件15支，碳化硅電熱元件電阻在正常范圍，紅熱均勻度超過現(xiàn)有工藝，抗折強度達到標準的合格碳化硅電熱元件成品率為85％以上，且部分為一等品及優(yōu)等品。
由于測溫器內(nèi)設(shè)置高純度氮氣凈化鏡片裝置及氣流調(diào)節(jié)器，爐內(nèi)通高純度氮氣置換空氣，實現(xiàn)爐內(nèi)中性或弱還原性氣氛，滿足碳化硅電熱元件工藝燒成要求，且延長發(fā)熱碳管的壽命，預(yù)計壽命2～3個月。
權(quán)利要求1.碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，主要包括爐體，其特征在于，爐體(29)、工作管(18)、保護管(17)、工作管(18)、發(fā)熱管(5)均為分體式，工作管(18)裝在發(fā)熱管(5)內(nèi)，兩端與中間螺紋聯(lián)結(jié)，發(fā)熱管(5)與保護管(17)間形成一定間隙，內(nèi)充有保護氣體，發(fā)熱管(5)外有導(dǎo)電體(4)，導(dǎo)電體(4)與爐頭電極(3)相連，工作管(18)進、出口處有保護氣體封口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的爐體(29)、保護管(17)、發(fā)熱管(5)、工作管(18)均為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的分體式工作管(18)分三段為最佳，中間段與兩端螺紋或聯(lián)結(jié)在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的分體式工作管(18)兩端部靠近出口端為臺階軸式，與發(fā)熱管(5)內(nèi)孔之間隙填充絕緣料(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的發(fā)熱管(5)為分體式，中間為直管狀，兩端部直徑大于中間直管的直徑并與直管螺紋聯(lián)結(jié)，兩端發(fā)熱管(5)外部套裝導(dǎo)電體(4)，導(dǎo)電體(4)外設(shè)爐頭電極(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的爐體(29)上部設(shè)有測溫器插孔、同時又是保護氣體進入孔，兩端設(shè)置爐體端蓋(10)，爐體端蓋(10)靠近發(fā)熱管(5)部分為絕緣層，爐頭電極(3)外設(shè)冷卻水套與端蓋(6)為一體，冷卻水套(6)環(huán)繞爐頭電極(3)外，冷卻水從下端流進，上端流出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的保護管(17)為兩體，支承在碳磚(14)內(nèi)，碳磚(14)裝在耐火磚(13)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的高溫爐還包括法蘭(1)、(22)、六角頭螺栓(2)、(7)、絕緣墊(8)、(19)、蓋(11)、密封墊(12)、爐頭定位裝置(21)、保溫碳黑(23)、爐體緊固鋼帶(24)、O形密封圈(25)、支架(26)、地腳螺栓(27)、測溫器(28)、過濾纖維氈(15)、濾網(wǎng)(16)，冷卻水套(6)用螺栓分別固定在爐體端蓋(10)上，爐頭電極(3)套入冷卻水套(6)，爐體(29)與保護管(17)間填充保溫碳黑(23)，端蓋(10)用螺栓與爐體(29)相連，爐體(29)用可伸縮爐體緊固鋼帶(24)固定于支架(26)上，法蘭(1)、(22)設(shè)置在爐體(29)進、出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的插入爐體(29)上部的測溫孔內(nèi)測溫器(28)還包括鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置，鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置依次相連，測溫管裝置的測溫管為帶底式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，其特征在于所述的鏡片裝置、氣流調(diào)節(jié)裝置、測溫管裝置還包括石墨螺母(31)、測溫保護管(32)、測溫管(33)、剛玉墊(34)、蓋(35)、冷卻水套(36)、氣流調(diào)節(jié)器(37)、鏡座(38)、氮氣凈化鏡片裝置(39)、鏡片(40)、緊固套(41)、剛玉套(42)、剛玉墊(43)、墊片(44)、支座(45)，測溫管(33)穿在測溫保護管(32)內(nèi)，鏡座(38)裝在水冷套(36)上，內(nèi)設(shè)氮氣凈化鏡片裝置(39)，水冷套(36)內(nèi)裝氣流調(diào)節(jié)器(37)。
專利摘要碳化硅電熱元件燒成用高溫爐，屬電熱元件燒成用窯爐，主要包括爐體、自動控制裝置，其特征在于爐體為分體式，預(yù)熱帶(2)、高溫爐(3)、冷卻帶(4)，預(yù)熱帶(2)、高溫爐(3)、冷卻帶(4)依次活動式相連，實現(xiàn)了自動進、出料，快速連續(xù)式一次燒成、溫度自動調(diào)節(jié)、燒成周期短30～80分鐘、耗能低、燒成參數(shù)可調(diào)、維修方便、投資少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，填補了該領(lǐng)域的一項空白。
文檔編號F27B5/04GK2475984SQ01216470
公開日2002年2月6日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者沈智中, 范崇遠, 劉振林, 魯燕和, 宋維進, 王勝蕓, 潘劭華, 姚光杰, 郭茂欣 申請人:四砂股份有限公司