用于高温操作的感应电炉制造技术

一种可在超过３１００℃的温度下操作的感应电炉，具有一个冷却系统（６０），其可选择地安装于炉壁（７６）的上端。冷却系统包括一个圆顶（６２），其通过冷却水管（６８）主动冷却。在加热处理的冷却期间，最初通过电炉绝热层（５８）远离热区域的热传导，自然地进行冷却。一旦电炉热区域（２０）内的温度达到大约１５００℃，安装于圆顶的一个提升机构（８０）轻微提升电炉盖（１６），允许来自热区域的热气与圆顶内较冷的气体混合。这加速了热区域的冷却，大大减少了冷却时间，不需要定期更换的阀门或其他复杂冷却机件来阻塞电炉本身。通过用柔性石墨阻挡层（４０）包裹基座，提高了石墨电炉基座（１０）在高操作温度下的寿命；柔性石墨阻挡层（４０）抑制了石墨的蒸发。此外，位于基座内的证明盘（１５４）提供了热区域的精确温度分布。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种感应电炉，其适于在大约3000℃及以上的温度下操作。结合沥青纤维的石墨化和其他含碳纤维，其具有特殊的应用，将利用特殊参考对其进行描述。然而，应该认识到电炉也适合其他高温处理，例如去除金属杂质的石墨材料的卤素净化。
技术介绍
多年来，大量感应电炉用于纤维石墨化和其他高温操作。一个典型的感应电炉包括一个称为基座的导电容器。在感应加热线圈中流动的交流电(ac)产生一个随时间变化的电磁场。由线圈产生的磁场穿过基座。磁场在基座内感应出电流，基座产生热。待加热的材料包含在基座内，通常其被称为“热区域”，或电炉的最热部分。对于要求高达约3000℃高温的操作，石墨是一种形成基座的优选材料，因为其既具有导电性，又能经受非常高的温度。然而，石墨具有升华转而蒸发的趋向。当温度升高到大约3100℃时，升华明显加强。因为贯穿基座的温度变化，所以在大约3100℃的标准操作温度下，电炉寿命通常以周来计算。在3400℃下，寿命通常仅有几个小时。因此，在3000℃以上的温度下操作的电炉，往往经历相当长时间的停工期，以替换部件。含碳纤维石墨尤其得益于3000℃以上温度的处理。例如，在锂电池的构成中，锂的摄取依靠石墨的温度，当石墨温度升高时，摄取随之改善。在加热期间，通过使用高温计来测量电炉内不同部位的温度实现了整个基座的热分布的改进。根据所测量的温度，感应功率的不同密度随后沿基座长度传递到基座的若干部分。然而，随着时间的推移，高温计易于失灵，需要再校准。为增加基座寿命，一旦完成了高温加热操作，希望迅速冷却电炉。一般，冷却管环绕电炉载有水。然而，因为电炉通常是彻底绝热的，所以经常要花大约一周时间使电炉从其操作温度冷却下来。在一些应用中，使用热交换器来加速冷却。在这样的设计中，经由电炉绝热的热损失，电炉冷却到大约1500℃的温度。随后，热区域的上面和下面的阀门打开，经过外部热交换器的压力环流开始形成。对于极少在2800℃以上操作的电炉，此系统工作得很好。在那些通常在3000℃以上操作的电炉中，热区域部件的频繁更换使得这些设计对于操作来说是高价的。在其他设计中，从电炉上去除电炉上方的松散绝热材料，从而加速冷却。结果，在每一次加热处理后都需要更换绝热体。本专利技术提供了一种新的改进的感应电炉和使用方法，其克服了以上涉及的问题以及其他问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种电炉。该电炉包括一个容器，其形成了一个内部腔室，用于容纳待处理物品和一个加热所述容器的加热装置。一个盖子可选择地关闭容器内部腔室。冷却系统包括形成腔室的圆顶，以及提升机构，其可选择地提升盖子，允许热气从容器内部腔室流到圆顶。根据本专利技术的另一个方面，为电炉提供了一个冷却系统。冷却系统包括一个形成内部腔室的圆顶。冷却装置冷却该圆顶。系统包括在感应电炉热区域和圆顶之间选择性地提供流体连通的装置，以及包括一个装置，其根据热区域温度和内部腔室温度中的至少一个来控制连通装置。根据本专利技术的再一个方面，提供一种感应电炉。该电炉包括一个基座，其形成一个容纳待处理物品的内部腔室，基座由石墨制成。感应线圈在基座内感应出电流，以加热基座。基座外面的一层柔性石墨抑制了从基座升华的碳蒸汽逸出。根据本专利技术的再一个方面，提供了一种操作电炉的方法。此方法包括在含气体的第一腔室中加热待处理的物品，以及主动冷却含气体的第二腔室。第二腔室与第一腔室可选择地流体连接。在加热步骤后，通过可选择地流体连接第一腔室与第二腔室，来冷却第一腔室，因此允许热量从第一腔室内的气体流动到第二腔室内的气体。本专利技术的至少一个实施例的优势在于有效增加了电炉寿命。本专利技术的至少一个实施例的另一个优势在于减小了冷却时间。本专利技术的至少一个实施例的另一个优势在于冷却系统易于从电炉上拆卸，简化了基座和其他热区域部件的拆卸和替换。本专利技术的至少一个实施例的其他优势来自于在监控整个电炉的电炉温度变化方面的更高精度。当读到以下内容以及看到附图时，对于本领域普通技术人员来说，本专利技术的进一步优势将是显而易见的。附图说明图1是根据本专利技术的一个分批感应电炉的侧面剖视图，显示了处于闭合位置的电炉盖；图2是图1的批量感应电炉的侧面剖视图，显示了处于开启位置的电炉盖；图3是沿图2中A-A的电炉壁的放大剖视图，显示了一个安装在其中的高温计；图4是图1和图2的电炉壁的放大的侧面剖视图，显示了一个安装在其中的高温计；图5是图1的冷却系统的侧面剖视图；图6是一个曲线图，说明了随着时间的推移，冷却系统对电炉温度的影响；图7是图5的执行部件的放大侧面剖视图；图8是图5的密封和引导机构的放大的侧面剖视图；图9是图5的圆顶的侧面正视图，显示了安装在外部的冷却管；图10是图5的圆顶的俯视图，显示了安装在外部的冷却管；以及图11是图5的夹紧机构的侧面剖视图。具体实施例方式参考图1和图2，一个适合在3000℃以上温度下操作的感应电炉包括一个由如石墨的导电材料制成的基座10。基座包括一个圆柱侧面壁12，在其下端由基底14封闭。可拆卸的绝热盖16封闭基座的上开口端部18，以形成一个内部腔室20，此腔室提供了容纳待处理物品的热区域。盖16包括一个由石墨制成的盖子部分22，其位于一个由基座在邻近上端部18处形成的隔板24之上。盖子部分22附着于一个扩大的绝热塞子26的下表面上，塞子最好由刚性绝热材料制成，例如石墨刚性绝热材料。塞子26在其上端部具有向外延伸的外围凸缘。在感应电炉操作周期的加热阶段，盖16封闭内部腔室20，允许电炉在例如氩等惰性气体的微小正压力下工作。惰性气体是这样的气体在部件和产品暴露的温度范围内，其不与电炉部件或进行热处理的产品发生反应。这防止了碳以及石墨电炉部件和热处理产品的氧化。在低于大约1900℃的工作温度下，可以使用氮作为惰性气体，随后当温度到达该水平时，用氩替换氮。正压力最好至大约20千克/平方米。由感应线圈30感应加热基座10，由交流电源(未示出)提供动力。线圈30产生一个交变磁场，其穿过基座，在基座中感应出电流，并且导致基座发热。待热处理的物品，例如用于形成石墨的沥青纤维，位于罐32内，该罐最好由石墨制成。在加热处理前，将罐32装载到基座腔室20中。热通过辐射从基座传递到纤维中。在整个基座截面中，流过基座10的感应电流是不均匀的。在外表面34的电流密度最大，并且朝着内表面36按指数规律下降。选择基座厚度，以实现经过基座的相对均匀的电流分布，并且感应出一些电流，并在电炉内的石墨罐32中直接生成热。电炉合适的厚度大约为5厘米。经过基座截面的温度分布给出了从外表面34提升温度到基座内的一个最大值，随后降到内表面36的较低值。如在图3和4中的最佳所示，基座的外表面34用柔性石墨板材的阻挡层40包裹。可以获得从俄亥俄州Lakewood，OH.的Graftech公司出品的名称为Grafoil的商品的合适石墨板材。柔性石墨板材最好由在添加溶液中添加石墨片来构成，该溶液含有酸，例如硫磺和硝酸的化合物，随后利用热量将添加的微粒分层。当暴露在足够的温度下，通常大约为700℃或700℃以上，微粒以可折叠方式膨胀，从而生成具有蠕虫状外形的颗粒。此“蠕虫”可以在一起压缩成柔韧或完整的膨胀石墨板材，通常称为“柔性石墨”，无需粘合剂。通过控制压缩率，可以改变用于阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电炉，包括：容器，其形成了一个内部腔室，用于容纳待处理物品；加热该容器的装置；可选择地关闭容器内部腔室的盖子；以及冷却系统，其包括：形成腔室的圆顶，以及提升机构，其可选择地提升盖子，允许热气从容器内部腔室流入圆顶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ米勒，WH罗夫，AW因特米尔，TR托曼，邵理璋，SL斯特隆，
申请(专利权)人：格拉弗技术国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]