专利名称：碳化硅电热元件烧成用高温炉的制作方法
技术领域：
碳化硅电热元件烧成用高温炉，属电热元件烧成用窑炉。
目前，国内电热元件如碳化硅电热元件的烧成，是采用倒烟窑素烧，后在电阻炉二次高温烧成，利用反应烧结及再结晶机理烧成，高温烧成周期长，一般为10天，耗能高、产品合格率低，质量不稳定一直是困扰人们的大问题，但至今没有得到有效的解决。
本实用新型的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种烧成周期短30-80分钟、耗能低、温度自动控制、烧成参数可调的碳化硅电热元件烧成用高温炉，填补该领域的一项空白。
本实用新型的目的是采用如下方式来实现的该碳化硅电热元件烧成用高温炉，主要包括炉体，其特征在于，炉体29、工作管18、保护管17、工作管18、发热管5均为分体式，工作管18套在发热管5内，两端与中间螺纹联结，发热管5与保护管17间形成一定间隙，内充有保护气体，发热管5外有导电体4，导电体4与炉头电极3相连，发热管5中间为直管状，两端部直径大于中间直管的直径并与直管螺纹联结，发热管5与保护管17间形成一定间隙，内充有保护气体，工作管18进、出口处有保护气体封口。
本实用新型的目的还可采用如下方式来实现所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的炉体29、保护管17、发热管5、工作管18均为圆形。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的分体式工作管18分三段为最佳，中间段与两端螺纹或联结在一起。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的分体式工作管18两端部靠近出口端为台阶轴式，与发热管5内孔之间隙填充绝缘料20。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的发热管5为分体式，中间为直管状，两端部直径大于中间直管的直径并与直管螺纹联结，两端部发热管5外部套装导电体4，导电体4外设炉头电极3。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的炉体29上部设有测温器插孔、同时又是保护气体进入孔，两端设置炉体端盖10，炉体端盖10靠近发热管5部分为绝缘层，炉头电极3外设冷却水套与端盖10为一体，冷却水套6环绕炉头电极3外，冷却水从下端流进，上端流出。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的绝缘层13为两体，碳砖14装在耐火砖13内。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的高温炉还包括法兰1、22、六角头螺栓2、7、绝缘垫8、19、盖11、密封垫12、炉头定位装置21、保温碳黑23、炉体紧固钢带24、O形密封圈25、支架26、地脚螺栓27、测温器28、过滤纤维毡15、滤网16，冷却水套6用螺栓分别固定在炉体端盖10上，炉头电极3套入冷却水套6，炉体29与保护管17间填充保温碳黑23，端盖10用螺栓与炉体29相连，炉体29用可伸缩炉体紧固钢带24固定于支架26上，法兰1、22设置在炉体29进、出口。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的插入炉体29上部的测温孔内测温器28还包括镜片装置、气流调节装置、测温管装置，镜片装置、气流调节装置、测温管装置依次相连，测温管装置的测温管为带底式。
所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的镜片装置、气流调节装置、工作管装置还包括石墨螺母31、测温保护管32、测温管33、刚玉垫34、盖35、冷却水套36、气流调节器37、镜座38、氮气净化镜片装置39、镜片40、紧固套41、刚玉套42、刚玉垫43、垫片44、支座45，测温管33穿在测温保护管32内，镜座38装在水冷套36上，内设氮气净化镜片装置39，水冷套36内装气流调节器37。
本实用新型的碳化硅电热元件烧成用高温炉，主要发明点是设计的炉体结构，炉体29、工作管18、保护管17、保护气体，工作管18、发热管5均为分体式，该碳化硅电热元件烧成用高温炉，主要包括炉体，其特征在于，炉体29、工作管18、保护管17、工作管18、发热管5均为分体式，工作管18套在发热管5内，两端与中间螺纹联结，发热管5与保护管17间形成一定间隙，内充有保护气体，发热管5外有导电体4，导电体4与炉头电极3相连，发热管5中间为直管状，两端部直径大于中间直管的直径并与直管螺纹联结，工作管18进、出口处有保护气体封口。解决了现有技术高温烧成不稳定、产品易变形、合格率低、烧成周期长，耗能高的问题，与现有技术相比具有烧成周期短75～80分钟、质量稳定、可靠。产品合格率高达85％以上，耗能低、烧成参数可调、维修方便、投资少、生产效率高等优点，填补了该领域的一项空白。
图1是本实用新型碳化硅电热元件烧成用高温炉的结构剖视示意图2是本实用新型碳化硅电热元件烧成用高温炉B-B剖视示意图；图3是测温器结构剖视示意图；图4是高温炉控制原理框图；图5是高温炉超高温测控系统原理框图。
图1-3是本实用新型的碳化硅电热元件烧成用高温炉的最佳实施例，其中1、22法兰 2、7六角头螺栓 3炉头电极 4导电体 5发热碳管 6水冷套 8、19绝缘垫 9绝缘套 10端盖 11盖 12密封垫 13耐火砖 14碳砖 15过滤纤维毡 16滤网 17保护管 18工作管 20绝缘料 21炉头定位装置 23保温碳黑 24炉体紧固钢带 25O形密封圈 26支架 27地脚螺栓 28测温器 29炉体 30移进管 31石墨螺母 32测温保护管 33测温管 34刚玉垫 35盖 36冷却水套 37气流调节器 38镜座 39氮气净化镜片装置 40镜片 41紧固套 42刚玉套 43刚玉垫 44垫片 45支座 46三相交流电源 47进线电抗器 48晶闸管交流调压器 49整流变压器 50硅整流电路51光导纤维测温 52智能调节仪 53MC-1A控制单元 54电流取样电路 55光纤温度检测仪 56数字温度显示仪 57可控硅调压设备。
以下结合附图对本实用新型的碳化硅电热元件烧成用高温炉的工作原理及工作过程作进一步详细说明如
图1-3所示制作一台本实用新型的碳化硅电热元件烧成用高温炉工作原理及工作过程如下该碳化硅电热元件烧成用高温炉，主要是产生2500℃高温，棒坯内碳化硅再结晶烧成碳化硅电热元件。装有碳化硅电热元件棒坯的移进管30在高温炉石墨工作管18内移动，高温炉石墨工作管18安装于发热碳管5内，发热碳管5为高电阻率石墨碳管，用绝缘料20固定，绝缘料20为铝氧粉配成，绝缘料20上设氮气孔，以保护发热碳管5内壁和工作管18外壁，保护管17、工作管18为石墨制作，发热碳管5外套保护管17，碳砖14为圆形，耐火砖13为刚玉制作，耐火砖13安装在端盖10内。发热碳管5两端套入炉头电极3，炉头电极3穿在水冷套6孔内，水冷套6经绝缘垫用螺栓连接固定在端盖10上，发热碳管5与炉头电极3之间隙用导电料20填充捣实，用法兰1和法兰22经螺栓压紧。炉头电极3由水冷电缆与可控硅控制的三相整流变压器49输出端相连。端盖10用螺栓与炉体29相连，炉体29为圆形，其内填满保温碳黑23。炉体29用可伸缩炉体紧固钢带24固定于支架26上。
高纯氮气从炉体29上部盖11通过过滤纤维毡15和滤网16进入炉内，由炉底部排出。炉体29两侧高纯度氮气垂直炉轴线方向从法兰1、22进入，沿轴线方向两边排放，以保护发热碳管5和工作管18在高温下不被氧化，提高使用寿命。
测温器28装在炉体29上，主要包括镜片装置、气流调节装置、测温管装置，镜片装置、气流调节装置、测温管装置依次相连，测温管装置的测温管为带底式。
镜片装置、气流调节装置、测温管装置还包括石墨螺母31、测温保护管32、测温管33采用大电阻率碳素材料制成，刚玉垫34、盖35、冷却水套36、气流调节器37、镜座38、氮气净化镜片装置39、镜片40、紧固套41、刚玉套42、刚玉垫43、垫片44、支座45，测温管33为带底式，装在测温保护管32内，测温保护管32通过刚玉垫43、下经石墨螺母31支在石墨保护管17外壁。冷却水套36内设氮气气流调节器37，镜座38内设氮气净化镜片装置39，以降低氮气流速，刚玉垫34、43，刚玉套42由盖35、垫片44及支座45固定在炉体29上方，冷却水套36装在盖35上部，水套36上设测温镜，其由镜座38、氮气净化镜片装置39、镜片40、紧固套41组成，镜座38内置有氮气净化镜片装置39，高纯氮气从镜座38水平孔进入，经氮气净化镜片装置39的斜孔直吹镜片40底平面，然后往下经气流调节器37减速，从测温管33及测温保护管32壁厚处渐渐入炉内。光纤测温头装在紧固套41上进行非接触式测温。
高温炉控制电路原理框图如图4所示主要由三相交流电源46、进线电抗器47、晶闸管交流调压器48、整流变压器49、硅整流电路50、发热碳管5、光导纤维测温51、智能调节仪52、MC-1A控制单元53、电流取样电路54组成。三相交流电源46、进线电抗器47、晶闸管交流调压器48、整流变压器49、硅整流电路50、发热碳管5、光导纤维测温51、智能调节仪52、MC-1A控制单元53依次相连，MC-1A控制单元53输出一端与晶闸管交流调压器48相连，三相交流电源46输出另一端通过电流取样电路54与MC-1A控制单元53相连。主回路采用了晶闸管交流调压电路，调压后送至整流变压器，变压后送至双反星整流电路，变换成直流输出5～20V、5000A连续可调。并且在整流变压器一次侧留有中间抽头，以满足调压的需求。直流输出的调节由MC-1A控制单元对晶闸管交流调压器进行调压控制，可实现全数字控制，智能PI调节，电流电压双闭环调节，控制器具有过流、过载、断相、失同步、参数错误等保护电路。当水压、氮气、液化气、推料、卸料等发生故障时，设备面板声光报警，在设备过流、快熔熔断和硅整流管过热时，设备声光报警，并切断主回路。
图5是高温炉超高温测控系统电路原理框图如图所示主要包括依次相连的光纤温度检测仪55、数字温度显示仪56、智能调节仪52、可控硅调压设备57、高温炉发热碳管5组成，可控硅调压设备57通过高温炉发热碳管5与光纤温度检测仪55相连。
其他部分仪表高温炉采用红外测温，配以高精智能数字调节仪度智能数字调节仪，控制可控硅调压设备，进而控制石墨发热碳管的功率，其特点光纤测温适用超高温测量，温度范围1400～3000℃，抗干扰性强、温度数显直观清晰、高精度智能数字调节仪采用先进的人工智能网络，自整定技术，零控制精度高。抗干扰性强，控制更加稳定、控制精度大于0.15％、使用可控硅调压系统、零调节平滑、功率因数高。
高纯度氮气输送系统瓶装纯氮气经减压阀及低压减压阀二级减压，通过氮气纯化装置纯化成高纯度氮气经流量计输入高温炉两侧及炉内、测温器、保护石墨管。
冷却水循环系统设有冷却塔的水池循环水经水泵抽送至高温炉、冷却带及纯化装置进行冷却。回水返回水池，水输送管道设工业磁化水装置。防结水垢。
本实用新型的碳化硅电热元件烧成用高温炉，烧成参数、炉内气氛、各部分结构功能均能满足碳化硅电热元件超高温一次烧成的要求，可每间隔30～80分钟烧成例如φ14碳化硅电热元件15支，碳化硅电热元件电阻在正常范围，红热均匀度超过现有工艺，抗折强度达到标准的合格碳化硅电热元件成品率为85％以上，且部分为一等品及优等品。
由于测温器内设置高纯度氮气净化镜片装置及气流调节器，炉内通高纯度氮气置换空气，实现炉内中性或弱还原性气氛，满足碳化硅电热元件工艺烧成要求，且延长发热碳管的寿命，预计寿命2～3个月。
权利要求1.碳化硅电热元件烧成用高温炉，主要包括炉体，其特征在于，炉体(29)、工作管(18)、保护管(17)、工作管(18)、发热管(5)均为分体式，工作管(18)装在发热管(5)内，两端与中间螺纹联结，发热管(5)与保护管(17)间形成一定间隙，内充有保护气体，发热管(5)外有导电体(4)，导电体(4)与炉头电极(3)相连，工作管(18)进、出口处有保护气体封口。
2.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的炉体(29)、保护管(17)、发热管(5)、工作管(18)均为圆形。
3.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的分体式工作管(18)分三段为最佳，中间段与两端螺纹或联结在一起。
4.根据权利要求1、3所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的分体式工作管(18)两端部靠近出口端为台阶轴式，与发热管(5)内孔之间隙填充绝缘料(20)。
5.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的发热管(5)为分体式，中间为直管状，两端部直径大于中间直管的直径并与直管螺纹联结，两端发热管(5)外部套装导电体(4)，导电体(4)外设炉头电极(3)。
6.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的炉体(29)上部设有测温器插孔、同时又是保护气体进入孔，两端设置炉体端盖(10)，炉体端盖(10)靠近发热管(5)部分为绝缘层，炉头电极(3)外设冷却水套与端盖(6)为一体，冷却水套(6)环绕炉头电极(3)外，冷却水从下端流进，上端流出。
7.根据权利要求6所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的保护管(17)为两体，支承在碳砖(14)内，碳砖(14)装在耐火砖(13)内。
8.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的高温炉还包括法兰(1)、(22)、六角头螺栓(2)、(7)、绝缘垫(8)、(19)、盖(11)、密封垫(12)、炉头定位装置(21)、保温碳黑(23)、炉体紧固钢带(24)、O形密封圈(25)、支架(26)、地脚螺栓(27)、测温器(28)、过滤纤维毡(15)、滤网(16)，冷却水套(6)用螺栓分别固定在炉体端盖(10)上，炉头电极(3)套入冷却水套(6)，炉体(29)与保护管(17)间填充保温碳黑(23)，端盖(10)用螺栓与炉体(29)相连，炉体(29)用可伸缩炉体紧固钢带(24)固定于支架(26)上，法兰(1)、(22)设置在炉体(29)进、出口。
9.根据权利要求1所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的插入炉体(29)上部的测温孔内测温器(28)还包括镜片装置、气流调节装置、测温管装置，镜片装置、气流调节装置、测温管装置依次相连，测温管装置的测温管为带底式。
10.根据权利要求9所述的碳化硅电热元件烧成用高温炉，其特征在于所述的镜片装置、气流调节装置、测温管装置还包括石墨螺母(31)、测温保护管(32)、测温管(33)、刚玉垫(34)、盖(35)、冷却水套(36)、气流调节器(37)、镜座(38)、氮气净化镜片装置(39)、镜片(40)、紧固套(41)、刚玉套(42)、刚玉垫(43)、垫片(44)、支座(45)，测温管(33)穿在测温保护管(32)内，镜座(38)装在水冷套(36)上，内设氮气净化镜片装置(39)，水冷套(36)内装气流调节器(37)。
专利摘要碳化硅电热元件烧成用高温炉，属电热元件烧成用窑炉，主要包括炉体、自动控制装置，其特征在于炉体为分体式，预热带(2)、高温炉(3)、冷却带(4)，预热带(2)、高温炉(3)、冷却带(4)依次活动式相连，实现了自动进、出料，快速连续式一次烧成、温度自动调节、烧成周期短30～80分钟、耗能低、烧成参数可调、维修方便、投资少、生产效率高等优点，填补了该领域的一项空白。
文档编号F27B5/04GK2475984SQ01216470
公开日2002年2月6日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者沈智中, 范崇远, 刘振林, 鲁燕和, 宋维进, 王胜芸, 潘劭华, 姚光杰, 郭茂欣 申请人:四砂股份有限公司