專利名稱：雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，在所設定的工作溫度下，該裝置達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其工作室的溫度波動范圍彡rc。本實用新型所形成的產(chǎn)品，可用于要求精確控制加熱溫度、加熱時間和無氧化加熱條件下金屬材料的加熱及等溫冷卻、等溫退火與時效處理等方面的試驗研究。
背景技術：
在對金屬材料組織、性能的實驗研究中，往往既要保證樣件的無氧化加熱，又要對加熱時間及加熱溫度進行精確控制。為此，要求實驗電爐的工作室處于開放狀態(tài)，以便于樣件的迅速放入與取出，保證試樣在熱場中的停留時間滿足試驗的設定要求，即實現(xiàn)加熱時間的精確控制。但在工作室處于開放的狀態(tài)下，爐ロ的散熱較大，如果仍然采用傳統(tǒng)的外部加熱，工作室的溫度波動范國大，很難滿足某些實驗對加熱溫度精確控制要求。現(xiàn)有的真空加熱裝置和氣氛保護加熱裝置，雖然能夠滿足高控溫精度的要求，但試樣只能隨爐升溫加熱，且只有當爐溫降至某一溫度時，試樣才可以從加熱裝置中取出，在對加熱時間的控制上，無法嚴格滿足等溫退火、等溫回火、等溫冷卻、時效處理等方面的實驗要求，因為升、降溫過程溫度是連續(xù)變化的，很難將該過程的加熱時間換算成實驗所要求的等溫加熱時間或保溫時間。金屬材料熱處理技術是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關鍵技術，而傳統(tǒng)熱處理領域的未來發(fā)展方向是精確熱處理，因為這不僅關系到產(chǎn)品的質量，還關系到節(jié)能和生產(chǎn)效率的 提高。精確熱處理的エ藝制定和應用，離不開精確熱處理的實驗數(shù)據(jù)及實驗裝置，精確控溫實驗電爐就是在精確熱處理實驗要求的背景下發(fā)明的。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為了在必須使用浴爐對實驗材料進行等溫加熱、冷卻或保溫的條件下，最大限度地降低加熱裝置在保溫過程中的溫度波動，實現(xiàn)對試樣加熱溫度及其在熱場中停留時間的精確控制，同時有效避免加熱過程中試樣可能出現(xiàn)的氧化現(xiàn)象。一種雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，包括爐體、爐罐、調壓器、外部加熱系統(tǒng)與エ作室加熱系統(tǒng)，爐罐位于爐體內(nèi)部，外部加熱系統(tǒng)位于爐罐外側，工作室加熱系統(tǒng)位于爐罐內(nèi)，所述爐體由外向內(nèi)包括爐殼(3)、電熱絲支撐體(7)、耐火纖維(8)，爐體頂部和爐體底部緊靠電熱絲支撐體(X)均為輕質耐火型材；所述爐罐包括罐體(6)、液態(tài)加熱介質(5)，罐體(6)內(nèi)盛裝液態(tài)加熱介質(5)。所述的雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，所述外部加熱系統(tǒng)包括位于爐體中的電熱絲(4)、電熱絲支撐體(7)、爐體熱電偶(9)、電熱絲接線柱(11)和爐體溫控系統(tǒng)；電熱絲
(4)固定在電熱絲支撐體(7)上并與電熱絲接線柱(11)連接，電熱絲接線柱(11)和爐體熱電偶(9)與爐體溫控系統(tǒng)中位式溫度調節(jié)儀的相應接ロ連接；爐體熱電偶(9)的工作端置于電熱絲⑷之間的電熱絲支撐體⑵的小孔內(nèi)。[0007]所述的雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，所述工作室加熱系統(tǒng)包括工作室熱電偶(12)、內(nèi)置式加熱器(I)、液態(tài)加熱介質(5)和工作室溫控系統(tǒng)；內(nèi)置式加熱器(I)由金屬外套(101)、陶瓷電熱絕緣材料(102)和電熱絲(103)構成，內(nèi)置式加熱器可做成螺旋形或盤形置于罐體(6)底部；工作室熱電偶(12)的工作端處于試樣所在的位置附近；工作室熱電偶(12)及內(nèi)置式加熱器(I)與工作室溫控系統(tǒng)中PID溫度調節(jié)儀的相應接ロ連接。本實用新型的效果是I、將傳統(tǒng)的、通過罐體外加熱的坩堝式浴爐，改為在罐體內(nèi)、外分別加熱與控溫的雙溫、雙控、內(nèi)置式加熱系統(tǒng)。2、傳統(tǒng)的、単一加熱源的試驗用坩堝式浴爐，無論將溫度傳感器置于罐內(nèi)或罐外，當罐體內(nèi)(工作室)的溫度達到設定溫度時，由于罐外加熱元件及耐火材料的溫度已遠高于工作室的溫度，即使溫度調節(jié)儀表立即關斷電源，由于罐外加熱元件和耐火材料的巨大 蓄熱所帯來的熱慣性，會使工作室的溫度繼續(xù)上行；反之，當工作室的溫度降至設定溫度時，即使溫度調節(jié)儀表立即接通電源，由于加熱元件所產(chǎn)生的熱量來不及補充爐ロ及爐體的繼續(xù)散熱，工作室的溫度會繼續(xù)慣性下降。因此，単一加熱源的坩堝式浴爐在使用過程中存在著很大的溫度波動，當環(huán)境溫度較低和工作溫度較高時，這種波動尤為明顯。3、改為雙溫、雙控、內(nèi)置式加熱系統(tǒng)后的坩堝式浴爐，由于可以設定爐罐外加熱源的溫度始終低于罐內(nèi)(工作室)的溫度，因此，罐外加熱源所產(chǎn)生的熱量主要用于補充爐體的散熱，其作用相當于既保證了爐罐外部溫度的恒定，又避免了外加熱源向罐內(nèi)輸送熱能；而處于爐罐內(nèi)底部的內(nèi)置式加熱器，ー是對工作室的液態(tài)介質直接加熱，ニ是其質量遠小于罐體和加熱介質的質量，這兩方面的原因使系統(tǒng)的熱慣性大大降低；另外，罐體內(nèi)的溫度控制采用PID溫度調節(jié)儀表，保證了加熱室的工作溫度極小波動，從而實現(xiàn)對爐溫的精確控制。4、由于爐罐外加熱系統(tǒng)的溫度設定始終略低于工作室的溫度，所以罐外加熱系統(tǒng)在10°C以內(nèi)的溫度變化所帯來的熱慣性不會對工作室的溫度波動產(chǎn)生影響。因此，爐體(罐外)加熱系統(tǒng)的溫度控制選用價格低廉的調壓器與位式溫度調節(jié)儀表配合使用，即可滿足要求。

圖I為本實用新型實施例的爐體結構示意圖。圖2為本實用新型實施例的內(nèi)置式加熱器示意圖。圖3為圖2的A-A剖面圖。圖4為本實用新型實施例的電氣控制原理圖。(a)爐體控溫系統(tǒng)；(b)工作室控溫系統(tǒng)。I.內(nèi)置式加熱器，2.輕質耐火型材，3.爐殼，4.電熱絲，5.液態(tài)加熱介質，6.罐體，7.電熱絲支撐體，8.耐火纖維，9.爐體熱電偶，10.輕質耐火型材，11.電熱絲接線柱，12.工作室熱電偶。
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。[0019]參考圖I本實用新型雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐的爐體結構示意圖，包括爐體、爐罐、調壓器、外部加熱系統(tǒng)與工作室加熱系統(tǒng)，爐罐位于爐體內(nèi)部，外部加熱系統(tǒng)位于爐罐外側，工作室加熱系統(tǒng)位于爐罐內(nèi)，調壓器可根據(jù)工作室加熱系統(tǒng)的溫度設定來調整外部加熱系統(tǒng)的加熱功率；一般來說，外部加熱系統(tǒng)的溫度設定比工作室加熱系統(tǒng)所設定的溫度低10°C 20°C。爐體由外向內(nèi)包括爐殼3、電熱絲支撐體7、耐火纖維8，爐體頂部和爐體底部緊靠電熱絲支撐體7均為輕質耐火型材。外部加熱系統(tǒng)包括位于爐體中的電熱絲4、電熱絲支撐體7、爐體熱電偶9、電熱絲接線柱11和爐體溫控系統(tǒng)(圖4中a)。電熱絲4固定在電熱絲支撐體7上并與電熱絲接線柱11連接，電熱絲接線柱11和爐體熱電偶9與爐體溫控系統(tǒng)(圖4中a)中位式溫度調 節(jié)儀的相應接ロ連接；為進ー步提高對爐體的測控溫精度，爐體熱電偶9的工作端應置于電熱絲4之間的電熱絲支撐體7的小孔內(nèi)(如圖I所示)。當精確控溫實驗電爐正常工作時，外部加熱系統(tǒng)的溫度設定始終比爐罐內(nèi)工作室所設定的溫度低10°C 20で。這樣，夕卜部加熱系統(tǒng)既滿足了爐體散熱所需的補償要求，又避免了外部加熱系統(tǒng)的熱慣性所造成的爐罐內(nèi)工作室溫度的波動。爐體溫控系統(tǒng)中的調壓器是為了根據(jù)爐罐內(nèi)工作室的溫度設定來調整外部加熱系統(tǒng)的加熱功率。當工作室液態(tài)加熱介質5的設定溫度較高時，外部加熱系統(tǒng)的設定溫度也須相應提高，外部加熱系統(tǒng)所需的加熱功率就要求増加；反之，當工作室所需的設定溫度較低時，外部加熱系統(tǒng)的設定溫度也須相應降低，外熱源所需的加熱功率就要相應減少，這種匹配要求可有效降低外部加熱系統(tǒng)的溫度波動。因此，通過調壓器可根據(jù)工作室的不同溫度設定來調整外部加熱系統(tǒng)的加熱功率，而調壓器與位式溫度調節(jié)儀的配合使用，能有效保證爐體加熱區(qū)的溫度始終比工作室的溫度略低。爐罐包括罐體6、液態(tài)加熱介質5，罐體6內(nèi)盛裝液態(tài)加熱介質5。罐體6可以是耐熱鋼等金屬材料，也可以是氧化鋁等陶瓷材料；液態(tài)加熱介質5可以是礦物油、鹽浴、堿浴或低熔點金屬；進行加熱試驗時，試樣懸掛于工作室的加熱介質5中。工作室加熱系統(tǒng)包括工作室熱電偶12、內(nèi)置式加熱器I、液態(tài)加熱介質5和工作室溫控系統(tǒng)(圖4中b)。內(nèi)置式加熱器I的結構如圖2所示，由金屬外套101、陶瓷電熱絕緣材料102和電熱絲103等部分構成，內(nèi)置式加熱器可做成螺旋形或盤形置于罐體6底部。為保證對實驗溫度的測控精度，工作室熱電偶12的工作端應盡量處于試樣所在的位置附近。工作室熱電偶12及內(nèi)置式加熱器I與工作室溫控系統(tǒng)(圖4中b)中PID溫度調節(jié)儀的相應接ロ連接。雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐在達到設定溫度并處于穩(wěn)態(tài)時，工作室的溫度波動范圍可長時間、精確控制在設定溫度的-1 0°c以內(nèi)，其主要原因有以下幾點1、當工作室中的加熱介質5達到設定溫度并進入穩(wěn)定狀態(tài)后，內(nèi)置式加熱器I產(chǎn)生的熱量主要用于補償爐ロ的散熱，正常工作時的耗散功率小且相對穩(wěn)定，因此內(nèi)置式加熱器I具有較小的體積和尺寸；2、由于內(nèi)置式加熱器I的質量僅為加熱介質5與罐體6質量的1/10 1/20與外置加熱方式相比，熱慣性極小；3、內(nèi)置式加熱器I處于液態(tài)加熱介質5的底層，在工作溫度較低時，內(nèi)置式加熱器I與液態(tài)加熱介質5的熱交換主要通過直接傳導和對流來實現(xiàn)，在工作溫度較高時，輻射、傳導和對流三種熱交換方式同時存在，熱交換過程的滯后效應??；
4、內(nèi)置式加熱器I中使用導熱性能良好的陶瓷電熱絕緣材料102，有效降低了內(nèi)置式加熱器I的內(nèi)外溫差，減少了內(nèi)置式加熱器I自身的熱慣性；5、工作室熱電偶12與液態(tài)加熱介質5直接接觸，對工作室的溫度變化反應迅速，減小了工作室熱電偶12在溫度感知環(huán)節(jié)的 滯后效應；6、采用了 PID溫度調節(jié)儀，實現(xiàn)了溫度控制調節(jié)的智能化。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，其特征在于，包括爐體、爐罐、調壓器、外部加熱系統(tǒng)與工作室加熱系統(tǒng)，爐罐位于爐體內(nèi)部，外部加熱系統(tǒng)位于爐罐外側，工作室加熱系統(tǒng)位于爐罐內(nèi)，所述爐體由外向內(nèi)包括爐殼(3)、電熱絲支撐體(7)、耐火纖維(8)，爐體頂部和爐體底部緊靠電熱絲支撐體(X)均為輕質耐火型材；所述爐罐包括罐體出)、液態(tài)加熱介質(5),罐體(6)內(nèi)盛裝液態(tài)加熱介質(5)。
2.根據(jù)權利要求I所述的雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，其特征在于，所述外部加熱系統(tǒng)包括位于爐體中的電熱絲(4)、電熱絲支撐體(7)、爐體熱電偶(9)、電熱絲接線柱(11)和爐體溫控系統(tǒng)；電熱絲(4)固定在電熱絲支撐體(7)上并與電熱絲接線柱(11)連接，電熱絲接線柱(11)和爐體熱電偶(9)與爐體溫控系統(tǒng)中位式溫度調節(jié)儀的相應接ロ連接；爐體熱電偶(9)的工作端置于電熱絲(4)之間的電熱絲支撐體(7)的小孔內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求I所述的雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，其特征在于，所述工作室加熱系統(tǒng)包括工作室熱電偶(12)、內(nèi)置式加熱器(I)、液態(tài)加熱介質(5)和工作室溫控系統(tǒng)；內(nèi)置式加熱器⑴由金屬外套(101)、陶瓷電熱絕緣材料(102)和電熱絲(103)構成，內(nèi)置式加熱器可做成螺旋形或盤形置于罐體(6)底部；工作室熱電偶(12)的工作端處于試樣所 在的位置附近；工作室熱電偶(12)及內(nèi)置式加熱器(I)與工作室溫控系統(tǒng)中PID溫度調節(jié)儀的相應接ロ連接。
專利摘要本實用新型公開了一種雙溫雙控內(nèi)置式加熱實驗電爐，包括爐體、爐罐、調壓器、外部加熱系統(tǒng)與工作室加熱系統(tǒng)，爐罐位于爐體內(nèi)部，外部加熱系統(tǒng)位于爐罐外側，工作室加熱系統(tǒng)位于爐罐內(nèi)，所述爐體由外向內(nèi)包括爐殼(3)、電熱絲支撐體(7)、耐火纖維(8)，爐體頂部和爐體底部緊靠電熱絲支撐體(7)均為輕質耐火型材；所述爐罐包括罐體(6)、液態(tài)加熱介質(5)，罐體(6)內(nèi)盛裝液態(tài)加熱介質(5)。在必須使用浴爐對實驗材料進行等溫加熱、冷卻或保溫的條件下，最大限度地降低加熱裝置在保溫過程中的溫度波動，實現(xiàn)對試樣加熱溫度及其在熱場中停留時間的精確控制，同時有效避免加熱過程中試樣可能出現(xiàn)的氧化現(xiàn)象。
文檔編號F27B17/02GK202485432SQ20122001694
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權日2012年1月16日
發(fā)明者孛海娃, 郭從盛, 龍姝明 申請人:陜西理工學院