1200度管式炉是一种可在高温(最高达1200℃)下对样品进行加热处理的设备,广泛应用于材料科学、化学化工、电子工业等领域。以下从炉体结构、加热系统、测温与控温系统、气氛控制系统、炉管及密封结构等方面详细介绍其结构:
炉体结构
外壳:通常由金属板材制成,如不锈钢或碳钢,具有良好的机械强度和耐腐蚀性。外壳的主要作用是保护内部部件,同时起到隔热和安全防护的作用。其表面一般会进行喷漆或喷塑处理,以提高外观质量和防锈能力。
隔热层:位于外壳与加热元件之间,是管式炉实现高温保温的关键部分。常见的隔热材料有氧化铝纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维等,这些材料具有低热导率、高耐热性和良好的隔热性能,能够有效减少热量散失,降低能耗,并保证炉内温度的均匀性和稳定性。
炉膛:是放置炉管和样品的空间,一般由耐火材料制成,如刚玉砖、莫来石砖等。炉膛的设计要考虑到温度分布的均匀性、加热效率以及与炉管的匹配性等因素。
加热系统
加热元件:常用的加热元件有电阻丝(如铁铬铝丝、镍铬丝)、硅碳棒、硅钼棒等。在1200度管式炉中,硅钼棒较为常用,它具有高温强度高、抗氧化性能好、使用寿命长等优点,能够在高温环境下稳定工作。加热元件通常均匀分布在炉膛周围或缠绕在炉管上,以确保炉内温度的均匀性。
电极与接线端子:电极用于将电源引入加热元件,一般采用耐高温、导电性能好的材料制成,如石墨电极或金属电极。接线端子则用于连接电极和外部电源线,要求具有良好的导电性和密封性,以防止漏电和热量散失。
测温与控温系统
测温元件:热电偶是常用的测温元件,它基于热电效应原理工作,能够将温度信号转换为电信号。在1200度管式炉中,常用的热电偶类型有S型(铂铑10 - 铂)、B型(铂铑30 - 铂铑6)等,这些热电偶具有较高的测温精度和稳定性,能够在高温环境下准确测量温度。测温元件一般安装在炉膛内的关键位置,如炉管附近或温度均匀性要求较高的区域。
温控仪表:温控仪表是管式炉的“大脑",它接收测温元件传来的温度信号,并与设定的温度值进行比较,然后根据比较结果控制加热元件的功率输出,以实现对炉内温度的精确控制。温控仪表通常具有PID调节功能,能够根据温度变化自动调整加热功率,使炉内温度快速、稳定地达到设定值,并保持恒定。
温度传感器保护管:为了保护测温元件免受炉内气氛和样品的侵蚀,通常会将其安装在温度传感器保护管内。保护管一般采用耐高温、耐腐蚀的材料制成,如刚玉管、石英管等。
气氛控制系统
进气口与出气口:进气口用于向炉内通入所需的气氛气体,如氮气、氩气、氢气等,以满足不同实验或生产过程的要求。出气口则用于排出炉内的废气,保持炉内气氛的稳定和压力的平衡。进气口和出气口一般设置在炉体的适当位置,并配备有阀门和流量计,以便控制气体的流量和通断。
气体净化装置:在某些对气氛纯度要求较高的实验中,需要在气体进入炉内之前进行净化处理,以去除气体中的杂质和水分。常见的气体净化装置有干燥器、过滤器、脱氧器等,它们能够有效地提高气体的纯度,保证实验结果的准确性。
真空系统(可选):对于一些需要在真空环境下进行的实验或生产过程,管式炉还可以配备真空系统。真空系统一般由真空泵、真空计、真空阀门等组成,能够将炉内的空气抽出,形成所需的真空度。
炉管及密封结构
炉管:炉管是放置样品的容器,一般由耐高温、耐腐蚀的材料制成,如石英管、刚玉管、不锈钢管等。在1200度管式炉中,石英管和刚玉管较为常用,它们具有良好的化学稳定性和热稳定性,能够承受高温和气氛的侵蚀。炉管的尺寸和形状应根据实验或生产的要求进行选择,同时要考虑与炉膛和密封结构的匹配性。
密封结构:密封结构的作用是防止炉内气氛泄漏和外界空气进入炉内,保证炉内气氛的稳定和温度的均匀性。常见的密封方式有橡胶密封圈密封、金属密封圈密封、真空脂密封等。对于高温和高压环境,通常采用金属密封圈密封,如铜密封圈、银密封圈等,它们具有较好的密封性能和耐高温性能。
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