可控气氛管式炉系统的制作方法

本发明属于材料制备及气氛热处理的设备技术领域，涉及一种管式炉，具体为可控气氛管式炉系统。

背景技术：

气氛炉系统在材料制备、材料的气氛热处理等领域被广泛使用。然而，在实验室材料研究过程中，由于材料种类繁多，不同的材料其化学性质、形态、样品尺寸等存在多变性，不同的材料所需采用的气氛热处理工艺也往往有较大差异，常见的商用气氛炉系统因受炉腔有效空间的限制、温度范围的限制或者受处理气氛的适用范围限制，难以满足众多不同材料制备和气氛热处理的使用需求。当材料所需处理气氛为腐蚀气氛时，若用一般气氛炉，可能会对炉体产生腐蚀，造成永久性损坏。此外，由于常见的商用气氛炉系统价格较高，当材料在制备、处理过程中对控温精度要求不高时，或者材料制备、处理过程对炉体损伤较大时，选用这种商用装置系统将会大幅增加科研成本。

技术实现要素：

解决的技术问题：本发明的目的是针对常见商用气氛炉系统因实验室所研究的材料的化学性质、形态与样品尺寸多变性以及不同材料所需执行的气氛热处理工艺差异大，受本身炉腔有效空间大小、控温范围或者处理气氛的适用范围限制，以及高精度商用气氛炉系统价格昂贵，难以应用以满足实验室材料在制备、气氛处理过程中要求的问题，提供了一种可控气氛管式炉系统，该系统能够实现气体保护和特定气氛控制，能根据需要及时调节炉内加热温度、升温速率和气体流量，能方便的通过更换炉体和气氛管改变炉腔有效空间，炉体与处理气氛不直接接触，寿命长，结构简单、制作维护简便、使用和移动方便、加热均匀迅速、适应性强、电耗低、成本低廉。

技术方案：可控气氛管式炉系统，所述系统包括置于底座上的电热丝炉体，炉体内穿设有气氛管，气氛管两端分别由进气端密封塞和出气端密封塞密封；进气端密封塞一端通过进气管与气源相连接的流量计减压阀调节器相连；出气端密封塞一端设有出气导管和热电偶，热电偶由陶瓷套包覆，且其感温端伸入气氛管中部，输出端连接有温度显示仪；电热丝炉体和温度显示仪均通过导线与电源相连，且电热丝炉体与电源之间设有调压器。

优选的，气氛管两端均伸出电热丝炉体外。

优选的，出气导管出气一端穿过橡胶塞伸入集气瓶内的集气溶液液面以下；橡胶塞上设有排气导管，且排气导管位于集气溶液液面以上。

优选的，电热丝炉体由炉膛和电热丝组成，且电热丝在炉膛内沿内壁槽沟呈螺旋状布置。

优选的，炉膛的材质为轻质耐高温隔热陶瓷纤维。

优选的，所述轻质耐高温隔热陶瓷纤维为多晶莫来石纤维或高铝纤维。

优选的，热电偶感温端位于气氛管内靠上顶部位置处，且伸入深度达到电热丝炉体一半长度处。

优选的，底座上部中间位置设有半圆弧凹形通槽。

有益效果：(1)本发明所述可控气氛管式炉系统结构简单、制作和组装简便，电热丝炉体、底座、密封塞、橡胶塞可通过简单的机械加工方法制得，气氛管可手动插入电热丝炉体的炉膛孔中；(2)炉膛采用轻质耐高温隔热陶瓷纤维制作，可有效降低电耗，电热丝沿管式炉膛内壁槽沟呈螺旋型布置，加热均匀，加热温度范围及升温速率可根据需要通过改变电热丝的直径或调压器输出电压在宽范围内进行调节；(3)气氛管内的气氛可通过流量计减压阀调节器进行调控，气氛管内排出的气体为有害气体时，可通过与合适的集气溶液反应，将其变为无害物质，避免直接排放造成污染，同时集气溶液具有降低废气温度的作用；(4)炉膛和气氛管大小可根据使用场合的不同、样品尺寸的变化等做相应改变，移动及使用方便，适应于多种实验室材料样品制备与材料气氛热处理；(5)所述系统的电热丝和炉膛耐高温，且不与气氛管内处理气氛直接接触，使用寿命长，电热丝、炉膛、气氛管和热电偶损坏后可直接进行更换，与同类常见商用气氛炉系统相比，该可控气氛管式炉系统的成本较前者降低约一半以上。

附图说明

图1是本发明所述可控气氛管式炉系统的结构示意图；

图2是本发明所述电热丝炉体内部结构示意图；

图3是本发明所述底座结构示意图，其中(a)为底座正视图，(b)为底座侧视图；

其中，1为底座，2为电热丝炉体，3为气氛管，4为进气端密封塞，5为进气管，6为流量计减压阀调节器，7为气源，8为调压器，9为电源，10为导线，11为温度显示仪，12为热电偶，13为陶瓷套，14为出气导管，15为排气导管，16为出气端密封塞，17为橡胶塞，18为集气瓶，19为集气溶液，20为炉膛，21为电热丝。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

可控气氛管式炉系统，所述系统包括置于底座1上的电热丝炉体2，炉体内穿设有气氛管3，气氛管3两端分别由进气端密封塞4和出气端密封塞16密封；进气端密封塞4一端通过进气管5与气源7相连接的流量计减压阀调节器6相连；出气端密封塞16一端设有出气导管14和热电偶12，热电偶12由陶瓷套13包覆，且其感温端伸入气氛管3中部，输出端连接有温度显示仪11；电热丝炉体2和温度显示仪11均通过导线10与电源9相连，且电热丝炉体2与电源9之间设有调压器8。

气氛管3两端均伸出电热丝炉体2外。

出气导管14出气一端穿过橡胶塞17伸入集气瓶18内的集气溶液19液面以下；橡胶塞17上设有排气导管15，且排气导管15位于集气溶液19液面以上。

电热丝炉体2由炉膛20和电热丝21组成，且电热丝21在炉膛20内沿内壁槽沟呈螺旋状布置。

炉膛20的材质为轻质耐高温隔热陶瓷纤维。

所述轻质耐高温隔热陶瓷纤维为多晶莫来石纤维或高铝纤维。

热电偶12感温端位于气氛管3内靠上顶部位置处，且伸入深度达到电热丝炉体2一半长度处。

底座1上部中间位置设有半圆弧凹形通槽。

其中：

①采用多晶莫来石纤维加工炉膛，炉膛的外径、内径和长度分别为和180mm，电热丝采用0cr27al7mo2，施加220v直流电压时电热丝炉体的功率为2kw；用莫来石纤维块加工底座，底座外形尺寸(长×宽×高)为160mm×160mm×200mm，底座上部中间位置加工有半圆弧凹形通槽，圆弧半径为40mm。

②用石英管作为气氛管，石英管外径为壁厚2.5mm、管长700mm；进气端密封塞和出气端密封塞所用材质为硅胶，密封塞大端口径为小端口径为高度为38mm，进气端密封塞上以其中心线为中心加工有一直径为的通孔，用于插入进气管，出气端密封塞上加工有两个通孔，两通孔中心线相平行且相距17mm，其中一孔中心线与出气端密封塞中心线重合，该孔的直径为用于插入出气导管，另一通孔直径为用于放置热电偶，出气端密封塞安装在气氛管中时使其上面的两孔位于水平面正上方。

③用直角玻璃管作为出气导管和排气导管，两个导管的外径和内径分别相同，即为和其中出气导管与出气端密封塞相连的直角边长为100mm，另一直角边长220mm，且端口没入集气溶液液面之下，排气导管两直角边长均为60mm；采用500ml的宽口径三角烧瓶作为集气瓶，其口径为内装450ml水作为集气溶液；橡胶塞的大端口径为小端口径为高度为30mm，橡胶塞上对称加工有两个直径为的通孔，通孔中心线与橡胶塞中心线相平行，且通孔中心线与橡胶塞中心线相距8mm。

④流量计减压阀调节器选用输出最大流量为25l/min的氮气流量计减压阀调节器，选用透明硅胶管作进气管，其外径为内径为长度为1500mm。

⑤热电偶为k型镍铬-镍硅热电偶，长为500mm，丝径为1.5mm，热电偶采用陶瓷套进行保护，陶瓷套带有直径为的双孔，外径为

在室温为25℃时，通过调节调压器的输出电压(0～220v)，该可控气氛管式炉系统的加热温度可在25℃～1100℃之间连续可调，位于电热丝炉体中间100mm长度区域的气氛管内腔温度均匀，且升温速率可由输入电压进行调控。气氛管内导入的氮气流量可通过流量计减压阀调节器进行控制，流量可在0～25l/min范围内变化。与同类常见商用气氛炉系统相比，该可控气氛管式炉系统结构简单，组装、使用、维护以及移动方便易行，使用寿命长，性价比高，可广泛用于实验室材料制备和材料氮气气氛处理。

实施例2

可控气氛管式炉系统，结构同实施例1。

其中：

①采用高铝纤维加工炉膛，炉膛的外径、内径和长度分别为300mm，电热丝采用0cr21al6nb，施加220v直流电压时电热丝炉体的功率为1.5kw；用莫来石纤维块加工底座，底座外形尺寸(长×宽×高)为160mm×160mm×200mm，底座上部中间位置加工有半圆弧凹形通槽，圆弧半径为40mm。

②用刚玉管作为气氛管，刚玉管外径为壁厚4mm、管长1000mm；进气端密封塞和出气端密封塞所用材质为硅胶，密封塞大端口径为小端口径为高度为29mm，进气端密封塞上以其中心线为中心加工有一直径为的通孔，用于插入进气管，出气端密封塞上加工有两个通孔，两通孔中心线相平行且相距7.75mm，其中一孔中心线与出气端密封塞中心线重合，该孔的直径为用于插入出气导管，另一通孔直径也为用于放置热电偶，出气端密封塞安装在气氛管中时使其上面的两孔位于水平面正上方。

③用直角玻璃管作为出气导管和排气导管，两个导管的外径和内径分别相同，即为和其中出气导管与出气端密封塞相连的直角边长为100mm，另一直角边长190mm，且端口没入集气溶液液面之下，排气导管两直角边长均为60mm；采用500ml的宽口径三角烧瓶作为集气瓶，其口径为内装450ml集气溶液；橡胶塞的大端口径为小端口径为高度为30mm，橡胶塞上对称加工有两个直径为的通孔，通孔中心线与橡胶塞中心线相平行，且通孔中心线与橡胶塞中心线相距8mm。

④流量计减压阀调节器选用输出最大流量为25l/min的氧气流量计减压阀调节器，选用透明硅胶管作进气管，其外径为内径为长度为1500mm。

⑤热电偶为k型镍铬-镍硅热电偶，长为600mm，丝径为1.5mm，热电偶采用陶瓷套进行保护，陶瓷套带有直径为的双孔，外径为

在室温为25℃时，通过调节调压器的输出电压(0～220v)，该可控气氛炉系统的加热温度可在25℃～1050℃之间连续可调，位于电热丝炉体中间160mm长度区域的气氛管内腔温度均匀，且升温速率可由输入电压进行调控。气氛管内导入的氧气流量可通过流量计减压阀调节器进行控制，流量可在0～25l/min范围内变化。利用该可控气氛管式炉系统制备或处理材料时，从出气导管排出的气体无毒害，则集气溶液选用水，若出气导管排出的气体有毒害，如在氧气气氛下对硝酸盐类材料进行分解处理，排出的气体中含有no2，则选用naoh作为集气溶液，no2能与naoh反应，从而避免有毒的no2被直接排入大气。与同类常见商用气氛炉系统相比，该可控气氛管式炉系统结构简单，组装、使用、维护以及移动方便易行，且兼顾了环保要求，使用寿命长，性价比高，可广泛用于实验室材料制备和材料的氧气气氛处理。

实施例3

可控气氛管式炉系统，结构同实施例1。

其中：

①采用多晶莫来石纤维加工炉膛，炉膛的外径、内径和长度分别为和160mm，电热丝采用0cr27al7mo2，施加220v直流电压时电热丝炉体的功率为1.5kw；用莫来石纤维块加工底座，底座外形尺寸(长×宽×高)为160mm×160mm×200mm，底座上部中间位置加工有半圆弧凹形通槽，圆弧半径为40mm。

②用石英管作为气氛管，石英管外径为壁厚2.5mm、管长700mm；进气端密封塞和出气端密封塞所用材质为硅胶，密封塞大端口径为小端口径为高度为42mm，进气端密封塞上以其中心线为中心加工有一直径为的通孔，用于插入进气管，出气端密封塞上加工有两个通孔，两通孔中心线相平行且相距28mm，其中一孔中心线与出气端密封塞中心线重合，该孔的直径为用于插入出气导管，另一通孔直径为用于放置热电偶，出气端密封塞安装在气氛管中时使其上面的两孔位于水平面正上方。

③用直角玻璃管作为出气导管和排气导管，两个导管的外径和内径分别相同，即为和其中出气导管与出气端密封塞相连的直角边长为100mm，另一直角边长230mm，且端口没入集气溶液液面之下，排气导管两直角边长均为60mm；采用500ml的宽口径三角烧瓶作为集气瓶，其口径为内装450ml水作为集气溶液；橡胶塞的大端口径为小端口径为高度为30mm，橡胶塞上对称加工有两个直径为的通孔，通孔中心线与橡胶塞中心线相平行，且通孔中心线与橡胶塞中心线相距8mm。

④流量计减压阀调节器选用输出最大流量为25l/min的氩气流量计减压阀调节器，选用透明硅胶管作进气管，其外径为内径为长度为1500mm。

⑤热电偶为k型镍铬-镍硅热电偶，长为500mm，丝径为1.5mm，热电偶采用陶瓷套进行保护，陶瓷套带有直径为的双孔，外径为

在室温为25℃时，通过调节调压器的输出电压(0～220v)，该可控气氛炉系统的加热温度可在25℃～1050℃之间连续可调，位于电热丝炉体中间80mm长度区域的气氛管内腔温度均匀，且升温速率可由输入电压进行调控。气氛管内导入的氩气流量可通过流量计减压阀调节器进行控制，流量可在0～25l/min范围内变化。与同类常见商用气氛炉系统相比，该可控气氛管式炉系统结构简单，组装、使用、维护以及移动方便易行，使用寿命长，性价比高，可广泛用于实验室材料制备和保护气氛处理。