專利名稱：一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，屬于碳/碳復(fù)合材料制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
C/C制品高溫處理爐運(yùn)行時(shí)，要求在不同的溫度范圍內(nèi)，以不同的升溫速率進(jìn)行升溫，溫度的測(cè)量以及升降溫速率的控制對(duì)材料中各相界面結(jié)合狀態(tài)、材料中的應(yīng)力分布、裂紋分布等均有極為重要的影響，而這些特征會(huì)在后續(xù)材料制備工藝過程中遺傳和演變，進(jìn)而影響材料和產(chǎn)品的最終性能。因而，溫度的測(cè)量穩(wěn)定性和精確度是衡量C/C制品高溫處理爐性能優(yōu)劣的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。C/C制品高溫處理爐的溫度測(cè)量通常是采用直接測(cè)量和間接測(cè)量相結(jié)合的方法， 低溫區(qū)RT 1000°C用鉬銠熱電偶，1000°C 高溫段采用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量。一般來說，熱電偶測(cè)量比較簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高，可以用來測(cè)量升溫段的溫度及爐內(nèi)降溫時(shí)的開爐溫度，但測(cè)溫范圍有限；非接觸式測(cè)溫是通過被測(cè)物的熱輻射強(qiáng)度進(jìn)行溫度測(cè)定的， 測(cè)溫范圍廣，反應(yīng)速度也較快，但受物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙霧、粉塵和水蒸氣等外界因素的影響，因此測(cè)量誤差較大，特別是對(duì)于碳基復(fù)合材料制品來說，隨著溫度的升高，系統(tǒng)產(chǎn)生的游離碳煙氣(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量影響更大。 研究表面，大量煙塵的存在能造成溫度偏差高達(dá)500°c以上，這顯然是工藝規(guī)范所不允許的?，F(xiàn)有的碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)包括高溫測(cè)溫管和光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與記錄儀和光學(xué)測(cè)溫儀，高溫測(cè)溫管如圖1所示，包括石墨測(cè)溫管11、光學(xué)測(cè)溫孔12和金屬測(cè)溫管13，在碳基復(fù)合材料制品制備過程中，隨著溫度的升高，系統(tǒng)產(chǎn)生的游離碳煙氣(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)堆集在光學(xué)測(cè)溫孔12中，嚴(yán)重影響了光學(xué)測(cè)溫儀的溫度測(cè)量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型技術(shù)解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效消除光學(xué)測(cè)溫計(jì)測(cè)量過程中的游離碳煙氣(包括一氧化碳、二氧化碳、硫化物和煙塵等)，提高C/C 制品高溫處理爐高溫測(cè)量精度，從而實(shí)現(xiàn)C/C制品高溫處理爐的精確控溫的目的的碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，包括高溫測(cè)溫管和光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，還包括外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測(cè)溫管包括石墨測(cè)溫管、光學(xué)測(cè)溫孔和金屬測(cè)溫管，石墨測(cè)溫管下部的側(cè)壁加工煙塵排出孔，金屬測(cè)溫管上部的側(cè)壁加工氣體吹入孔，氣體吹入孔、煙塵排出孔與光學(xué)測(cè)溫孔內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔將惰性氣體吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)，將高溫測(cè)溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔排出。[0007]所述的氣體吹入孔中心線距離金屬測(cè)溫管頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為 45士 10°。所述的煙塵排出孔中心線距離石墨測(cè)溫管底部30 40mm，直徑小于5mm。所述的氣體吹入孔與煙塵排出孔直徑一致。所述的外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶和與之連接的輸氣管道。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本實(shí)用新型在金屬測(cè)溫管上部和石墨測(cè)溫管下部分別加工一個(gè)氣體吹入孔和煙塵排出孔，同時(shí)配備外部氣體吹入系統(tǒng)，把一定流量氣體通過氣體吹入孔引入測(cè)溫管中， 使煙氣和粉塵由底部排出孔排出到爐體內(nèi)部，惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除高溫測(cè)溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測(cè)溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測(cè)量和控制提供了重要保障；(2)本實(shí)用新型的氣體吹入孔的加工角度選擇，使吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)的惰氣體濺射到金屬測(cè)溫管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)的氣流，排除高溫測(cè)溫管中的煙霧和粉塵的效果最佳；(3)本實(shí)用新型的氣體吹入孔和煙塵排出孔的加工位置和尺寸選擇，有利于高溫測(cè)溫管中的煙霧和粉塵的排出，同時(shí)不會(huì)造成高溫爐內(nèi)的煙霧和粉塵更多進(jìn)入高溫測(cè)溫管影響溫度測(cè)量精度；(4)本實(shí)用新型在以內(nèi)的溫度范圍內(nèi)，測(cè)溫誤差不大于50°C ；(5)本實(shí)用新型為C/C制品高溫處理爐升溫及降溫過程中的高溫區(qū)(> 1000°C ) 的溫度準(zhǔn)確測(cè)量系統(tǒng)，也可用于其它高溫設(shè)備的精確溫度測(cè)量；(6)本實(shí)用新型適用于不同測(cè)溫部位的C/C制品高溫處理爐如頂部測(cè)溫式、側(cè)面測(cè)溫式和底部測(cè)溫式等。

圖1為現(xiàn)有高溫測(cè)溫管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型高溫測(cè)溫管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為采用本實(shí)用新型的頂部測(cè)溫式碳/碳制品高溫處理爐；圖4為采用本實(shí)用新型的側(cè)面測(cè)溫式碳/碳制品高溫處理爐；圖5為采用本實(shí)用新型的底部測(cè)溫式碳/碳制品高溫處理爐；其中圖3 圖5中，2-爐體，3-碳/碳試樣，4_儲(chǔ)氣瓶，5_高溫爐中的煙霧和粉塵， 6-數(shù)據(jù)采集與記錄儀，7-光學(xué)測(cè)溫儀，8-輸氣管道，21-爐蓋，22-保溫隔熱層，23-密封墊。
具體實(shí)施方式
C/C制品高溫處理爐的高溫段溫度測(cè)量是采用光學(xué)高溫計(jì)獲取的，具體來說是將一石墨管插入爐體試樣中間，使石墨測(cè)溫管與試樣同步感應(yīng)加熱，在通過爐體外部金屬測(cè)溫管和石墨測(cè)溫管連接，采用光學(xué)高溫計(jì)對(duì)石墨管底部輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，最后轉(zhuǎn)換為所需的溫度數(shù)據(jù)。然而，在高溫處理過程中，材料會(huì)釋放出大量的游離碳煙氣和粉塵，這些煙塵會(huì)通過保溫氈和密封墊進(jìn)入保溫氈與爐蓋之間，也會(huì)大量進(jìn)入光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量通道即石墨測(cè)溫管內(nèi)部，從而嚴(yán)重影響溫度的測(cè)量精度。本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，主要是通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)消除了測(cè)量過程中測(cè)量通道的煙霧和粉塵，從而保證測(cè)量通道潔凈、暢通。本實(shí)用新型如圖2 5所示，包括高溫測(cè)溫管、外部氣體吹入系統(tǒng)和光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)。高溫測(cè)溫管如圖2所示，包括石墨測(cè)溫管11、光學(xué)測(cè)溫孔12和金屬測(cè)溫管13，石墨測(cè)溫管11下部的側(cè)壁加工煙塵排出孔15，金屬測(cè)溫管13上部側(cè)壁加工氣體吹入孔14，氣體吹入孔14、煙塵排出孔15與光學(xué)測(cè)溫孔12內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔14將惰性氣體吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)，將高溫測(cè)溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔 15排出。外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶4和與之連接的輸氣管道8。光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)未改進(jìn)，與現(xiàn)有裝置相同，包括數(shù)據(jù)采集與記錄儀6和光學(xué)測(cè)溫儀7。氣體吹入孔14中心線距離金屬測(cè)溫管13頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為45士 10° ；煙塵排出孔15中心線距離石墨測(cè)溫管11底部30 40mm，直徑小于5mm，為水平孔。氣體吹入孔14開孔角度45士 10°的選擇是為了使吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)的惰氣體濺射到金屬測(cè)溫管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)的氣流，從而提高高溫測(cè)溫管中煙霧和粉塵的排除效果。煙塵排出孔15距離石墨測(cè)溫管底部30 40mm位置的確定主要有兩方面的考慮一是為了減少中頻爐中的煙霧和粉塵進(jìn)入高溫測(cè)溫管內(nèi)，所以煙塵排出孔15不能太靠近石墨測(cè)溫管底部；二是為了便于將高溫測(cè)溫管中的煙霧和粉塵排盡，使高溫測(cè)溫管內(nèi)部保持比較潔凈的測(cè)溫通道，從而提高了 C/C制品高溫處理爐的測(cè)溫精度。氣體吹入孔14與煙塵排出孔15直徑一致，這樣有利于使金屬測(cè)溫管和石墨測(cè)溫管內(nèi)保持穩(wěn)定的壓力，防止因壓力變化對(duì)測(cè)溫精度造成負(fù)面影響。本實(shí)用新型工作原理高溫處理過程中，通過外部氣體輸入系統(tǒng)，把一定流量惰性氣體通過氣體吹入孔引入高溫測(cè)溫管中，使煙氣和粉塵由煙塵排出孔排出到爐體內(nèi)部。惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除測(cè)溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測(cè)溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測(cè)量和控制提供了重要保障。實(shí)施例1如圖3所示為采用本實(shí)用新型的頂部測(cè)溫式C/C制品高溫處理爐系統(tǒng)。具體使用方法如下1、低溫段(RT 100°C )，采用鉬銠熱電偶直接測(cè)量，惰性氣體輸入系統(tǒng)關(guān)閉；2、當(dāng)溫度升至1000°C以上時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)切換為光學(xué)高溫計(jì)間接式測(cè)量，惰性氣體輸入系統(tǒng)打開，惰性氣體由輸氣管道輸入金屬測(cè)溫管、石墨測(cè)溫管，并由石墨測(cè)溫管底部進(jìn)入中頻爐內(nèi)部，最后由中頻爐過濾裝置吸收和釋放，從而形成一種循環(huán)式排氣系統(tǒng)，保證了測(cè)溫管內(nèi)部產(chǎn)生的煙霧和粉塵被及時(shí)排出，使得測(cè)溫通道暢通、潔凈，因而可以獲得精確度較高的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)；3、降溫過程中，當(dāng)溫度降至1000°C以下時(shí)，惰性氣體輸入系統(tǒng)繼續(xù)工作1 2小時(shí)，保證消除余氣影響，再關(guān)閉輸氣管道，測(cè)溫系統(tǒng)切換為鉬銠測(cè)溫，最后通過測(cè)溫結(jié)構(gòu)控制停爐和開爐時(shí)間。實(shí)施例2本實(shí)用新型專利也可用于側(cè)面測(cè)溫式C/C制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，如圖4， 具體使用方法同實(shí)施例1。實(shí)施例3本實(shí)用新型專利也可用于底部測(cè)溫式C/C制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，如圖5，具體使用方法同實(shí)施例1。 采用本實(shí)用新型對(duì)C/C材料制品高溫石墨化處理中的溫度測(cè)量進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。 具體試驗(yàn)條件和方法如下材料:C/C 材料，300Kg ；溫度范圍RT 2800°C ；處理時(shí)間50h ；升溫過程中，選取了不同溫度點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，以測(cè)試本實(shí)用新型的測(cè)溫效果。具體測(cè)試結(jié)果如下
設(shè)定溫度普通測(cè)溫系統(tǒng)本實(shí)用新型測(cè)溫溫度差^
(0C)(0C)系統(tǒng)(°C)(0C)
1000952 οδ 49~ 150012131490277
200017401985245
220018782190312
250019312485554由測(cè)試結(jié)果可以看出，在不同的設(shè)定溫度，普通測(cè)溫系統(tǒng)和本實(shí)用新型測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)不一，隨著溫度的升高，兩者測(cè)試溫差表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，在2500°C時(shí)，溫度差高達(dá)554°C。這也證實(shí)了煙霧和粉塵對(duì)溫度測(cè)量準(zhǔn)確性，隨著溫度的升高煙塵越積越多，嚴(yán)重影響了溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本實(shí)用新型的準(zhǔn)確性與有效性。本實(shí)用新型未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求1.一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，包括高溫測(cè)溫管和光學(xué)測(cè)溫、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，其特征在于還包括外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測(cè)溫管包括石墨測(cè)溫管 (11)、光學(xué)測(cè)溫孔(1 和金屬測(cè)溫管(13)，石墨測(cè)溫管(11)下部的側(cè)壁加工煙塵排出孔 (15)，金屬測(cè)溫管(13)上部的側(cè)壁加工氣體吹入孔(14)，氣體吹入孔(14)、煙塵排出孔 (15)與光學(xué)測(cè)溫孔(12)內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔(14)將惰性氣體吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)，將高溫測(cè)溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔(1 排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體吹入孔(14)中心線距離金屬測(cè)溫管(13)頂部30 60mm，直徑小于5mm，開孔角度為 45士 10°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于所述的煙塵排出孔(15)中心線距離石墨測(cè)溫管(11)底部30 40mm，直徑小于5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體吹入孔(14)與煙塵排出孔(1 直徑一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于所述的外部氣體吹入系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶(4)和與之連接的輸氣管道(8)。
專利摘要一種碳/碳制品高溫處理爐高溫測(cè)溫系統(tǒng)，包括高溫測(cè)溫管和外部氣體吹入系統(tǒng)，所述的高溫測(cè)溫管包括石墨測(cè)溫管、光學(xué)測(cè)溫孔和金屬測(cè)溫管，石墨測(cè)溫管側(cè)壁底部加工煙塵排出孔，金屬測(cè)溫管側(cè)壁頂部加工氣體吹入孔，氣體吹入孔、煙塵排出孔與光學(xué)測(cè)溫孔內(nèi)部貫通，外部氣體吹入系統(tǒng)通過氣體吹入孔將惰性氣體吹入高溫測(cè)溫管內(nèi)，將高溫測(cè)溫管內(nèi)的煙塵通過煙塵排出孔排出。本實(shí)用新型在金屬測(cè)溫管上部和石墨測(cè)溫管下部分別加工一個(gè)氣體吹入孔和煙塵排出孔，同時(shí)配備外部氣體吹入系統(tǒng)，把一定流量氣體通過氣體吹入孔引入測(cè)溫管中，使煙氣和粉塵由煙塵排出孔排出到爐體內(nèi)部。惰性氣體的持續(xù)引入能夠消除測(cè)溫管中的煙霧和粉塵，使內(nèi)部一直保持比較潔凈的測(cè)溫通道，從而為C/C制品高溫處理爐溫度的精確測(cè)量和控制提供了重要保障。
文檔編號(hào)G01J5/02GK202018339SQ201120085228
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者周星明, 房學(xué)良, 王正軍, 許正輝, 趙高文, 鐘建新 申請(qǐng)人:航天材料及工藝研究所