碳管炉的制作方法

本实用新型属于粉末冶金领域，具体而言，涉及碳管炉。

背景技术：

在粉末冶金行业中，碳化是碳化钨粉制备的主要工序之一。具有结构简单、升温快、工作温区范围宽等特点的碳管炉在碳化过程中得到了广泛的使用。碳管炉为卧式推舟式炉型，双炉管结构(外炉管、内炉管)，逆向通入保护气(氢气与氮气)。目前使用较多的为氢气，在碳化过程中由于温度较高，会使钨粉或炭黑自身携带的一些杂质以气态的形式挥发溢出，从而制备出高纯度的碳化钨粉。虽然该设备在碳化钨粉制备行业中使用较广，但其炉管存在粗而短，电阻小，易氧化、腐蚀，工作寿命短等缺陷，常规外炉管使用寿命一般为150天左右，时间较短，同时更换外炉管工程量较大，设备损耗大，维修成本高，大大增加了生产成本，不利于企业的降本增效。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出碳管炉，以克服现有碳管炉外炉管存在的缺陷，减少设备维护成本与生产成本，提高设备的使用效率以及生产效率。

本实用新型是基于以下问题提出的：在制备碳化钨的过程中，一般通入氢气作为保护气进行碳化，而氢气在高温下会与石墨管发生反应，温度越高反应越明显，从而导致石墨管出现损耗，变薄甚至烧穿，石墨内炉管外炉管均如此。而当石墨内炉管穿孔面积较小时，碳化反应仍可以顺利进行，并不影响正常生产，因此通常发现不了，直至穿孔面积较大影响生产时才会对石墨内炉管进行更换。但在石墨内炉管出现穿孔至对石墨内炉管进行更换的过程中，氢气会从内炉管逸出并与石墨外炉管继续反应，长此以往导致外炉管也变薄烧穿穿孔。石墨外炉管穿孔后碳化反应不能顺利进行，需要对外炉管进行替换，但由于炭黑保温层与炉壳和石墨外炉管紧密相连，对外炉管进行替换时几乎需要将整个碳管炉拆开，与替换内炉管相比，替换外炉管的操作不仅麻烦的多，而且成本也高。

为此，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提出了一种碳管炉。根据本实用新型的实施例，该碳管炉包括：

石墨内炉管；

石墨外炉管，所述石墨外炉管套设在所述石墨内炉管上且所述石墨外炉管的内壁与所述石墨内炉管的外壁之间形成有中空夹层，所述石墨外炉管上部的管壁厚度大于其下部的管壁厚度；

炭黑保温层，所述炭黑保温层包覆在所述石墨外炉管的外壁上；

炉壳，所述炉壳罩设在所述炭黑保温层外并与所述炭黑保温层贴合。

根据本实用新型上述实施例的碳管炉，发明人发现，由于氢气比较轻，因此炉管上部的温度相对更高且炉管上部的损耗速度更快；并且，由于石墨管的消耗很快，且内炉管的管壁相对较薄，内炉管损耗速度要比外炉管的损耗速度快的多。考虑到内炉管的更换比较方便，且若内炉管的管壁过厚，生产过程中需要的能耗也较高，更换成本也较高，本实用新型中通过对石墨外管炉的结构进行优化，使石墨外炉管上部的管壁厚度大于其下部的管壁厚度，即相当于在原有石墨外炉管的基础上在炉管外的上部再覆盖一层石墨层，由此可以在相同条件下，增加可供损耗的石墨外炉管，从而大大的延长石墨外炉管的使用寿命，显著降低外炉管的更换频率和维修次数，从而解决频繁更换外管炉造成的工程量较大、设备损耗大、维修成本高等的问题。综上，通过对石墨外炉管进行改进，不仅可以显著延长石墨外炉管的使用寿命，使其使用寿命可长达450天左右，同时也延长了碳管炉的使用寿命并减少了维修次数，能够达到降低维修成本和生产成本，提高生产效率并实现降本增效目的。

另外，根据本实用新型上述实施例的碳管炉还可以具有如下附加的技术特征：

任选地，所述石墨外炉管上部和下部的内径相同。

任选地，所述石墨外炉管上部的管壁厚度比其下部的管壁厚度大2～5cm。由此不仅可以显著延长石墨外炉管的使用寿命，还不会对碳管炉上部保温效果造成显著影响，确保生产能够正常进行。

任选地，所述石墨外炉管上部的管壁厚度与其下部的管壁厚度的比值为(1.2～1.5)：1。由此可以进一步确保石墨外炉管的使用寿命能够得到显著提升且不会对碳管炉上部保温效果造成显著影响。

任选地，所述炭黑保温层上部的厚度小于其下部的厚度。由此可以大大降低由于石墨外炉管上部长时间受力过大而导致炉管被破坏。

任选地，所述石墨外炉管上部的管壁厚度与所述炭黑保温层上部的厚度之和不大于所述石墨外炉管下部的管壁厚度与所述炭黑保温层下部的厚度之和。由此可以进一步避免由于石墨外炉管下部支撑结构较弱而导致炉管被破坏。

任选地，所述炉壳为圆柱形。

任选地，所述中空夹层的厚度为5～15cm。

任选地，所述炭黑保温层的厚度为40～60cm。

任选地，所述碳管炉进一步包括测温仪，所述测温仪穿过所述炉壳、所述炭黑保温层和所述石墨外炉管并延伸至所述中空夹层。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的碳管炉的侧视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提出了一种碳管炉。根据本实用新型的实施例，如图1所示，该碳管炉包括：石墨内炉管10、石墨外炉管20、炭黑保温层30和炉壳40。其中，石墨外炉管20套设在石墨内炉管10上且石墨外炉管20的内壁与石墨内炉管10的外壁之间形成有中空夹层50，石墨外炉管20上部的管壁厚度大于其下部的管壁厚度；炭黑保温层30包覆在石墨外炉管20的外壁上；炉壳40罩设在炭黑保温层30外并与炭黑保温层30贴合。发明人发现，由于氢气比较轻，因此炉管上部的温度相对更高且炉管上部的损耗速度更快；并且，由于石墨管的消耗很快，且内炉管的管壁相对较薄，内炉管损耗速度要比外炉管的损耗速度快的多。考虑到内炉管的更换比较方便，且若内炉管的管壁过厚，生产过程中需要的能耗也较高，更换成本也较高，本实用新型中通过对石墨外管炉的结构进行优化，使石墨外炉管上部的管壁厚度大于其下部的管壁厚度，即相当于在原有石墨外炉管的基础上在炉管外的上部再覆盖一层石墨层，由此可以在相同条件下，增加可供损耗的石墨外炉管，从而大大的延长石墨外炉管的使用寿命，显著降低外炉管的更换频率和维修次数，从而解决频繁更换外管炉造成的工程量较大、设备损耗大、维修成本高等的问题。综上，通过对石墨外炉管进行改进，不仅可以显著延长石墨外炉管的使用寿命，使其使用寿命可长达450天左右，同时也延长了碳管炉的使用寿命并减少了维修次数，能够达到降低维修成本和生产成本，提高生产效率并实现降本增效目的。需要说明的是，本实用新型中所述的“上部”和“下部”均是基于碳管炉的高度方向而言的。

下面参考图1对本实用新型上述实施例的碳管炉进行详细描述。

根据本实用新型的一个具体实施例，石墨外炉管20上部和下部的内径可以相同，在实际生产过程中，石墨炉管通常由石墨柱体制备得到的，相对于在石墨柱体内部切削，在石墨柱体外部切削控制炉管的厚度的方式更容易实现；并且，由于石墨内炉管的消耗速度更快且更换更频繁，若石墨外炉管的内径不均一，还会增加更换内炉管的操作难度。由此，本实用新型中采用上述设置不仅有利于石墨外炉管的制备，还不会影响石墨内炉管的更换。

根据本实用新型的再一个具体实施例，石墨外炉管20上部的管壁厚度可以比其下部的管壁厚度大2～5cm，例如可以大2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm或5cm。发明人发现，若石墨外炉管上部的管壁厚度增加幅度过小，对延长石墨外炉管使用寿命的效果并不明显；而由于碳管炉的炉体结构通常是固定配制，若石墨外炉管上部的管壁厚度增加幅度过大，则会显著降低石墨外管炉上部炭黑保温层的的厚度，从而显著降低碳管炉上部的保温效果，由此不仅会显著增加能耗还会严重影响产品的正常生产。本实用新型中通过控制石墨外炉管上部的管壁厚度比其下部的管壁厚度大2～5cm，不仅可以显著延长石墨外炉管的使用寿命，例如可以使石墨外炉管的使用寿命可延长至450天左右，还不会对碳管炉上部保温效果造成显著影响，确保生产的正常进行。进一步地，石墨外炉管20上部的管壁厚度与其下部的管壁厚度的比值可以为(1.2～1.5)：1，由此可以进一步确保石墨外炉管的使用寿命能够得到显著提升且不会对碳管炉上部保温效果造成显著影响。

根据本实用新型的又一个具体实施例，炭黑保温层30上部的厚度小于其下部的厚度，由于石墨外炉管上部的管壁厚度大于其下部的管壁厚度，若位于石墨外炉管上部和下部的炭黑保温层厚度相同，受长期高温和重力的影响会使石墨外管炉上层的保温层碳黑由开始的松散变得更加紧实，增加外炉管的受力，同时受石墨外炉管本身材质的影响，会导致石墨外管上部长时间受力过大，极易对炉管造成损坏，本实用新型中通过使炭黑保温层上部的厚度小于其下部的厚度，可以显著改善该技术问题。优选地，石墨外炉管上部的管壁厚度与炭黑保温层上部的厚度之和不大于石墨外炉管下部的管壁厚度与炭黑保温层下部的厚度之和，由此可以进一步避免由于石墨外炉管上部长时间受力过大而导致炉管被破坏。

根据本实用新型的又一个具体实施例，炉壳40可以为圆柱形，现有的碳管炉结构中，炉壳多为卧式圆柱形壳体，采用该炉壳无需对现有碳管炉整体结构进行改进，且能确保石墨外炉管上部的管壁厚度与炭黑保温层上部的厚度之和不大于石墨外炉管下部的管壁厚度与炭黑保温层下部的厚度之和，从而能够更有利于提高石墨外炉管的稳定性，避免由于石墨外炉管下部支撑结构较弱而导致炉管被破坏的风险。

根据本实用新型的又一个具体实施例，碳管炉可以进一步包括测温仪60，测温仪60穿过炉壳40、炭黑保温层30和石墨外炉管20并延伸至中空夹层50，由此可以利用测温仪测量石墨内炉管10的温度。

根据本实用新型的又一个具体实施例，本实用新型中中空夹层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，中空夹层50的厚度可以为5～15cm，如5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或15cm等，由此不仅有利于内炉管的更换，还可以进一步提高保温效果。

根据本实用新型的又一个具体实施例，本实用新型中炭黑保温层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，炭黑保温层30的厚度可以为40～60cm，由此可以达到较好的保温效果，确保生产的顺利进行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。