一种用于还原反应腔室的内衬管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于还原反应腔室的内衬管，包括耐热合金管、耐热石墨管，其特征是：耐热石墨管内衬于耐热合金管中，构成只有一个端口的双层套管结构。其优点是：石墨管替代石英管，可以防止物料对石英管的侵蚀，可靠性提高，使用寿命延长达二年以上；在高温时石墨管可以作为还原剂对物料进行还原；在端口设有冷却水套，保温结束情况下可以进行有效的热消散。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种用于还原反应腔室的内衬管
本技术涉及一种用于还原反应腔室的内衬管，属于高温化学反应所用装置。
技术介绍
传统的还原炉，内衬管所选的材质是石英管，石英管具有耐高温、化学性质稳定 等优点，在较多领域都有广泛的应用。如常应用于化学气相沉积系统(Chemical Vapor D印osition，CVD)、气相外延生长系统、电浆沉积系统等领域。可以说，石英管是高温化学反 应系统的关键设备之一。还原炉主要采用将装有还原剂(如还原料和碳粉等)的刚玉瓷舟推入石英管中进 行加热的工作方式，这种工作方式主要存在的缺点是还原料对石英管有腐蚀作用，导致石 英管寿命骤减。如物料中含有碳酸盐或氟化物等，此类物质在高温下对石英管具有强腐蚀 性，强腐蚀导致石英管安全性下降，使石英管的使用寿命降低至1 2次。同时石英管是一 种脆性材料，其抗冲击及抗拉強度均很差，如不慎碰撞、跌落极易破碎。使得该装置的可靠 性、安全性下降。目前市场上销售的较大直径石英管售价昂贵，长期进行还原试验导致试验 成本大大增加。因此，现有的还原炉内衬管的材质尚需进一步改良。石墨是一种耐高温、耐氧化、耐腐蚀、使用寿命长的耐火材料，广泛应用在冶金工 业、铸造业、电气工业中的碳素电极、电极碳棒、电池，机械工业中用作飞机、轮船、火车等高 速运转机械的润滑剂；化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备；在核工业中用作原子 反应堆中的中子减速剂和防护材料等；在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬，火箭、导 弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外，石墨还是轻 工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。随 着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，它已成为高科技领域中新 型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用，具有广阔的发展空间。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中由于还原炉内衬石英管，容易受到还原 物料中强腐蚀物质的腐蚀作用以及抗冲击及抗拉強度差，导致石英管可靠性、安全性下降 等问题，提供一种具有良好的耐高温、耐氧化、耐腐蚀、使用寿命长的用于还原反应腔室的 内衬管。本技术的目的是用以下方式实现的本技术包括耐热合金管、耐热石墨管，其特征是耐热石墨管内衬于耐热合 金管中，构成只有一个端口的双层套管结构，在端口上套有一个冷却水套，水套两端设有输 入、输出通道，用于导入、导出冷却液，双层套管端口的压盖采用法兰盘。耐热合金管与耐 热石墨管间距为0 1. 5mm，保证了装置的密封性和导热性，提高装置的安全性。该装置 克服了常用设备采用石英管作为衬管的缺点。外壳的耐热合金管可采用铁碳系耐热钢，铁 基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金，(合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等)，可以有效提高衬里装置的安全性、可靠性。用耐热石墨管作衬 里结构使得耐热合金管里所含的铁、镍等物质接触不到物料，避免了物料被污染。由于石墨 结晶格子的原子层中排列紧密，热振动困难，因而石墨能耐高温并具特殊的热性能。石墨 的熔点为3850°C，沸点为4250°C，经高温电弧灼烧重量损失极小，热膨胀系数小(1. 2*10 6I/°C )，热导率为129W/m · K，温度骤变时其体积变化不大。石墨晶体中存在容易流动的电 子，因此其导电、导热性能不亚于金属、化学稳定性好，不受酸、碱及有机溶剂的侵蚀，是一 种耐高温、耐氧化、耐腐蚀、使用寿命长的耐火材料层，耐热石墨管衬里可以保 护耐热合金 钢管不受CO等气氛侵蚀，避免了物料被耐热合金管中挥发的铁、镍等物质污染，同时能够 提供碳气氛以便物料充分还原。耐热合金管和耐热石墨管的外形尺寸可根据生产所需进行 调整。并且在保温结束情况下，端口上还设有冷却水套，采用冷却水套的输入通道，导入冷 却液。本技术进一步改进在于是替代石英管的装置，防止物料对石英管的侵蚀，提高 内衬管的抗冲击及抗拉推度，而且石墨管端口上所设的冷却水套，可供冷却水流通，起到降 温作用，可降低密封垫片表面的温度，避免密封垫片因温度过高而软化或加速老化，确保密 封性，可靠性、安全性提高，延长使用寿命。所述耐热合金管的制做材料是铁碳系耐热钢、铁基高温合金、镍基高温合金或钴 基高温合金中的一种。本技术的优点是1、石墨管替代石英管，可以防止物料对石英管的侵蚀，可靠性提高，使用寿命延长 达二年以上。2、在高温时石墨管可以作为还原剂直接对物料进行还原。3、在端口设有冷却水套，保温结束情况下可以进行有效的热消散。附图说明图1为本技术在碳还原反应中的结构示意图。具体实施方式参照附图1，本技术包括耐热合金管5与耐热石墨管6，耐热合金管5与耐热 石墨管6之间为只有一个端口 12的双层套管结构，其间距为0 1.5mm，端口 12上套有冷 却水套7，冷却水套7上有一个冷却输入口 8和一个冷却输出口 11，保温结束可以有效的进 行热消散，端口采用法兰盘9、控制阀门10进行密封，可以提高装置的密封性。实施例一如图1所示，本实施例中的内衬管是由耐热合金管5、耐热石墨管6、带有冷却输入 口 8和冷却输出口 11的冷却水套7组成。端口 12利用法兰盘9、阀门10来进行密封。耐 热合金管5选用材料为铁碳系耐热钢，铁碳系耐热钢管5可以提高装置的可靠性、安全性。 内径为50 200mm，长度为800 2000mm，厚度3 10mm，形状为圆管状。内衬耐热石墨管 6，耐热石墨管6不受还原料挥发的影响。还原时不需要加任何还原剂，耐热石墨管6在加 热的条件下就可以提供还原气氛。厚度3 10mm，直径50 200mm，长度为800 2000mm， 耐热合金管5与耐热石墨管6间距为0 1. 5mm。在温度骤变时耐热石墨管6体积变化不 大，导热性能也不亚于金属、化学稳定性好，这样就保证了耐热合金管5与耐热石墨管6之 间的间距基本不变。耐热合金管5插入高温加热炉内耐火材料1的中空处，其外围是发热 体2，并且内衬管的一端伸出高温加热炉外面，耐热合金管5可固定于高温加热炉内，也可相对高温加热炉移动。装有待反应的物料的坩埚3及反应舟4可由内衬管开口端的端口 12 放入，并移动至中心，设备在保温结束后，端口还设有冷却水套7，利用导入的冷却液可以有 效的进行热消散，降低温度。反应完成之后可由端口 12取出。设备工作结束后关闭阀门 10，可以防止物料被氧化，造成浪费。在整个过程中，其耐热石墨管6不仅可以使设备使用 寿命延长达两年以上，而且可以很好的密封装置，提高设备的可靠性、安全性。实施例二所用的耐热合金管材料为铁基高温合金，其他同实施例一。实施例三所用的耐热合金管材料为镍基高温合金，其他同实施例一。实施例四所用的耐热合金管材料为钴基高温合金，其他同实施例一。权利要求一种用于还原反应腔室的内衬管，包括耐热合金管、耐热石墨管，其特征是耐热石墨管内衬于耐热合金管中，构成只有一个端口的双层套管结构。2.根据权利要求1所述的用于还原反应腔室的内衬管，其特征是在内衬管的端口上 套有一个冷却水套，水套两端设有输入、输出通道。3.根据权利要求1所述的用于还原反应腔室的内衬管，其特征是耐热合金管的制做 材料是铁碳系耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于还原反应腔室的内衬管，包括耐热合金管、耐热石墨管，其特征是：耐热石墨管内衬于耐热合金管中，构成只有一个端口的双层套管结构。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈雷军，高乐乐，李波，周永勃，王忠志，孙广杰，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：实用新型
国别省市：15[中国|内蒙]