本发明专利技术公开了一种井式真空充气保护Ｎｂ３Ｓｎ线圈热处理炉系统，该系统分为机械部分和电气控制部分，其中机械部分主要由炉体、可升降炉盖、真空系统、工艺气源及进排气体管路、冷却水系统组成；所述的炉体、可升降炉盖均为双层水冷结构，外接冷却水系统；炉体与炉盖内壁采用反射屏；炉体内设有匀热筒，匀热筒四周开有进风孔，匀热筒内部设有导风筒，匀热筒底部设有工件支架；炉盖下方连接有匀热筒上盖，匀热筒上盖上安装有搅拌风机，所述的炉体上设有多个真空接口。整个井式真空充气保护Ｎｂ３Ｓｎ线圈热处理系统能够满足Ｎｂ３Ｓｎ超导线圈热处理工艺要求，可靠实用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Nb3Sn线圈热处理炉，是大型管内电缆超导导体Nb3Sn超导线圈研 制过程中必不可少的工艺设备。
技术介绍
随着科学技术的发展，一些大的科学研究平台，如高能加速器、受控热核聚变装置 以及核磁共振成像等，都将对超导磁体的技术参数磁场强度和口径提出很高的要求。同 时，随着我国的国民经济的加速发展，在国家大科学工程和国际合作项目的带动下，加速了 大型高场超导磁体及其相关关键技术研发。通常磁场超过IOT以上大口径超导磁体均采用 Nb3Sn CICC型超导线圈，而Nb3Sn超导线圈制作工艺必须对含有Nb、Sn等组分的导体绕成 线圈后经过固态扩散反应热处理才能形成超导Nb3SruNb3Sn超导线圈是由CICC超导导体绕制而成，而导体是由许多根超导线经多级绞 缆后封装在导管内制成的；Nb3Sn CICC型超导线圈的反应热处理工艺技术要求严格线圈 绕组匝间、层间包缠或垫的玻璃丝绝缘材料参与热处理，导体的温度均勻性如何是决定绕 组热处理制度的关键。此外，在热处理过程中对炉体和导体电缆区要求有惰性气体保护，对 惰性气氛的参数控制要求严格。Nb3Sn CICC型超导线圈热处理制度的两个基本参量是热反 应的最高温度和在这个温度下的持续时间，最高温度影响着Nb3Sn产物的平均晶粒度分布， 温度过高形成的晶粒粗大，导致体钉扎力密度下降；热处理的持续时间影响着Nb3Sn生成物 的厚度。为此，需要研制和建立一个能满足Nb3Sn CICC型超导线圈热处理要求的热处理炉 系统的重大科研设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，建立一套井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉 系统。该热处理炉系统在真空和保护气氛条件下炉体工作区的温度均勻性达到要求，能够 满足Nb3Sn线圈反应热处理的工艺要求。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉系统，该系统分为机械部分和电气控 制部分，其中机械部分主要由炉体、可升降炉盖、真空系统、工艺气源及进排气体管路、冷却 水系统组成；电气控制部分主要由电控柜、电源柜以及分布在炉子各部分的传感器、仪表和 联线组成；其特征在于所述的炉体、可升降炉盖均为双层水冷结构，外接冷却水系统；炉 体与炉盖内壁采用反射屏；炉体内设有勻热筒，勻热筒四周开有进风孔，勻热筒内部设有导 风筒，勻热筒底部设有工件支架；炉盖下方连接有勻热筒上盖，勻热筒上盖上安装有搅拌风 机，搅拌风机形成勻热筒与炉体之间的热气流流通，勻热筒内壁从上至下分区安装有功率 梯度改变的加热器；所述的炉体上设有多个真空接口。所述的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉系统，其特征在于所述的加热器采 用镍烙带加热器。所述的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉系统，其特征在于搅拌风机的转轴 从炉盖伸出，通过安装于炉盖上的电机驱动，转轴与炉盖之间通过磁流体密封。所述的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉系统，其特征在于勻热筒底部设有 底板，底板周边与勻热筒内壁之间具有间隙。所述的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理炉系统，其特征在于勻热筒壁体外设 了预加热段，进风孔处设有导流板。由于Nb3Sn超导线圈热处理制度的严格要求，需要保证热处理炉炉室有效工作区 (即放置Nb3Sn超导线圈区域)的温度均勻性，特别在温度210°C、40(TC和650°C台阶的温 度均勻性不大于士5°C (注=Nb3Sn超导线圈采用内锡法RRP工艺生产的Nb3Sn线作为基本 线材，其最佳性能的热处理制度由三个温度台阶及保温过程组成，每个台阶的升温速率为 50C /hr，三个典型的温度台阶和保温时间是210°C /48hr，400°C /48hr，650°C /50hr)。为了解决Nb3Sn超导线圈热处理工艺要求的这个关键问题，本专利技术的井式真空充 气保护热处理炉系统在充气条件下进行热处理时，其加热器设计为炉体内圆周纵向四区对 勻热筒进行多分区的加热，通气管道在勻热筒外壁盘绕预热段，使勻热筒的温度达到均勻； 同时，勻热筒与最内层反射屏形成热风风道，勻热筒上盖上的风机驱动炉内保护气体流过 加热器，加热后的气体经勻热筒壁上的进风孔流入工作区。在各进风孔处设有导流板，保证 风量的分配。气流由炉盖反射屏流出工作区，被风机吹回热风风道。如此循环，最终使勻热 筒内工作区的温度达到均勻。此外，在炉体内有效工作区增设导风筒，可加速热风的流动， 减少了工作区底部与上部的温差，同时管道预热段能使进入的气体与导体温度一致，大大 改善了炉体充氩气保护气氛的工作模式下工作区的温度均勻性。本专利技术的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理系统可通过多个真空接口，分别连 接炉体真空系统与CICC超导导体真空系统或保护性气体充气系统，可采用真空和充气两 种工作模式；在真空下进行也可在充气条件下(指炉体内部)进行工作，热处理工件-Nb3Sn 线圈CICC超导导体内始终通以保护性气体。鉴于Nb3Sn线圈热处理工艺的严格要求， 在充有保护性气体下进行热处理时，需要对通入炉体和导体电缆区的惰性气体纯度(即 99. 9995%高纯氩气)进行控制。为了对热处理工艺气(氩气)的杂质成分达到可控，在系 统的氩气纯化机输出端接入了露点仪、氧分析仪；在炉体真空接口和热处理工件(Nb3Sn线 圈CICC超导导体)的排气口接入了露点仪、氧分析仪和总碳氢含量分析仪，用于监测炉体 内和CICC超导导体进、排气口的氩气杂质成分。为了防止CICC导体铠甲和内部导线(超导线和分离铜线)在650°C高温热处理 过程中与工艺气中的杂质成分发生化学作用而改变材料和导线表面的性质，降低铠甲表面 与VPI (真空压力浸渍)工艺环氧树脂粘结力及改变导线之间的横向电阻率，影响磁体的整 体机械性能和超导性能，热处理炉系统对工艺气(氩)中的几种主要杂质成分(O2，H2O，CH) 含量进行多点实时监测。对工艺气杂质成分及含量的限制为A < ioppm, H2O < IOppm, CH < 2ppm，针对CICC导体铠甲常用不锈钢316LN材料，对氩气源除了限制仏和H2O含量外， 增加了对N2成分含量的限制(<2ppm)，通过氩气纯化机选型来保证。为了确保热处理在 纯净的气氛下进行，严格监测炉室和导体排出气体的杂质含量，系统配置了在线监测仪表。本专利技术的井式真空充气保护Nb3Sn线圈热处理系统，在所述的自动化程度高。整 个系统工作以自动运行为主关闭炉门后无异常情况下，启动自动运行可以自动按照设定的Nb3Sn线圈热处理制度完成热处理过程。此外，手动状态下也可对各泵、阀及加热分别操 作，具有能够满足工艺(安全)要求的互锁保护功能，手动状态下可选择用温控器控温还是 手调电位器控温。自动与手动可以转换，处理异常情况方便。升温过程中真空度和加热过 程互锁。整个控制系统采用总线通讯方式，实现数据采集和操作的高度集成化。同时，具有 强大的计算分析、数据处理能力。能够及时的判断设备的工作状态，可以根据设备的各项参 数，准确判断工艺执行状况，如可以根据工件各段的进气、出气流量计算各段工件中的工艺 气流量等。针对热处理制度的两个最重要参数，本专利技术热处理炉设计的最高温度可达700°C， 无故障持续时间>30天，为便于热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井式真空充气保护Ｎｂ↓［３］Ｓｎ线圈热处理炉系统，该系统分为机械部分和电气控制部分，其中机械部分主要由炉体、可升降炉盖、真空系统、工艺气源及进排气体管路、冷却水系统组成；电气控制部分主要由电控柜、电源柜以及分布在炉子各部分的传感器、仪表和联线组成；其特征在于：所述的炉体、可升降炉盖均为双层水冷结构，外接冷却水系统；炉体与炉盖内壁采用反射屏；炉体内设有匀热筒，匀热筒四周开有进风孔，匀热筒内部设有导风筒，匀热筒底部设有工件支架；炉盖下方连接有匀热筒上盖，匀热筒上盖上安装有搅拌风机，搅拌风机形成匀热筒与炉体之间的热气流流通，匀热筒内壁从上至下分区安装有功率梯度改变的加热器；所述的炉体上设有多个真空接口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：匡光力，陈文革，陈灼民，陈治友，何鹏，黄鹏程，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[]
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