[发明专利]一种碳碳复合材料高温连续加热炉

说明书

本发明公开了一种碳碳复合材料高温连续加热炉，带有保护气氛密封腔的、多层全碳碳复合材料结构的高温连续加热炉，该加热炉由保护气氛密封腔和加热炉体两部分组成，其中加热炉体包括马弗结构、电热元件、耐火层、保温层、炉壳五个主体部分，加热炉体的主要组成部分全由碳碳复合材料或碳素材料制备以保证整个加热设备的耐温性和稳定性，该高温连续加热炉的最高加热温度可达到2800℃，可实现高纯含碳量碳素制备的连续生产制备。

技术领域

本发明涉及一种加热炉，具体涉及一种碳碳复合材料高温连续加热炉。

背景技术

加热炉设备是各种金属、陶瓷以及碳素样品及工件加工处理的主要生产和实验设备，主要用于化工、冶金、石油、机械、电子、材料合成等各个领域。在高纯度难熔金属碳化物或高纯度碳素制品的加工过程中，对炉腔内高温环境的要求尤为关键，这就要求整个炉体有较好的保温性和高温持续性，同时密封性的要求也非常重要，面对2000℃以上的高温工作要求，普通金属材质的加热设备无论从密封保温性、加热持续性方面均存在不足，而高纯度碳素制备或难熔金属碳化物的加工又要求2000℃以上的持续高温加热处理，目前的加热炉很难实现2000℃以上的持续高温加热处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳碳复合材料高温连续加热炉，该加热炉的最高加热温度可达到2800℃，可实现高纯度碳素制品的连续生产制备。

一种碳碳复合材料高温连续加热炉，包括惰性气体密封腔和主体加热炉体；所述主体加热炉体的两端分别设置惰性气体密封腔；所述主体加热炉体由内到外设置马弗结构、电热元件、耐火层、保温层、炉壳；所述马弗结构为由碳纤维增强碳基体的复合材料制备得到的腔体，体密度在1.8-2.0g/cm³(该体密度的优点：致密性高，强度大)；优选：方形腔体。

所述马弗结构腔体内部与所述惰性气体密封腔连通；所述马弗结构腔体内部直接接入惰性气氛管路，所用的惰性气体为氮气、氩气中的任意一种，其纯度为99.999％以上。所述惰性气体密封腔与主体加热炉构成完全密封的稳定循环体系，实现工件加热过程中的气体保护，同时也保证了高纯度石墨样品制件等在连续化制备中进出料的气体保护。

所述马弗结构外壁排布笼式环状结构的碳碳复合材料电热元件，所述电热元件采用棒状或扁带状结构(优点：辐射加热面积大)紧密环绕在马弗结构外壁，环绕在马弗结构外壁的电热元件沿着炉体长度方向依次排布构成笼型结构，电热元件的引出端之间采用并联形式连入铜电极；优选：所述电极内带夹层，所述电极夹层可通入冷却水以避免加热过程中电极温度过高造成损伤。

所述马弗结构、电热元件、耐火层、保温层之间采用碳碳复合材料支撑体连接固定，通过石墨螺栓连接，优点：以保证整体的稳定性和密封性。

所述耐火层采用碳素纤维毡或短切碳纤维增强的碳基体复合材料制备，所述碳素纤维毡的体密度在0.1-0.3g/cm³(优点：密度低，孔隙率大，保温效果好)，优选：所述短切碳纤维的类型为T300或T700，短切长度为1cm-5cm，所述碳基体为沥青碳或醛树脂碳。耐火层的厚度根据炉体尺寸规格任意灵活调整。

所述保温层采用软质碳素纤维毡或硬质碳素纤维毡制备，所述软质碳素纤维毡的体密度为0.05-0.3g/cm³，所述硬质碳素纤维毡在所述软质碳素纤维毡基础上采用复合酚醛树脂碳化制备，所述复合酚醛树脂含量为所述硬质碳素纤维毡质量的5-20％。保温层的厚度根据炉体尺寸规格任意灵活调整。

所述炉壳采用碳纤维增强石墨复合材料制备，所述碳纤维增强石墨复合材料中碳纤维的含量为50-70％，炉壳采用中空夹层结构，夹层结构内埋入冷却水管路，以保证炉壁较低的热量损失和运行安全性。

所述主体加热炉的进出料采用机械推拉装置实现，优选：手动机械推拉装置，可灵活控制工件进出料以保证连续化生产需要。