气氛炉

1.本实用新型涉及电加热气氛炉领域，尤其涉及一种无需外界气源的氢氮气氛炉。


背景技术：

2.气氛炉广泛用于各类冶金、化工等领域，起到在特定气氛下对物料进行加热处理，避免物料在热状态下受空气损害，并实现特定气氛下对物料的化学处理目的。氢氮作为最常用的保护气氛，对工艺的正常、顺利进行和物料性状结果至关重要。然而，传统气氛炉(如箱式炉，钟罩炉，管式炉等等)都需要外接气源才能提供保护气氛。这增加了气体采购成本，并产生压力容器运输、储存、安放、使用、维护等一系列安全问题。特别是使用易燃易爆的氢气气氛时，使用气瓶等压力容器的安全隐患较大。


技术实现要素：

3.基于此，本实用新型提供一种气氛炉，包括：加热装置；气氛发生装置，用于产生保护气，所述气氛发生装置与所述加热装置连通，以将所述保护气送入所述加热装置；气氛调控装置，被配置为与所述气氛发生装置通过气体管路连通，以控制气氛发生装置送入所述加热装置的保护气的组分、流量及压力；抽真空装置，被配置为与所述加热装置通过气体管路连通，以对所述加热装置进行抽真空；排气装置，被配置为与所述加热装置连接，以检测所述加热装置内部的压力，并根据所述压力控制所述加热装置排气；监控装置，安装在所述加热装置上，所述监控装置适用于检测所述加热装置内外部环境中保护气的浓度；控制器，与所述加热装置、气氛发生装置、气氛调控装置、抽真空装置、排气装置及监控装置电连接，以控制各部件。
4.可选地，所述加热装置包括：炉膛及加热元件，其中，所述炉膛强度和气密性满足预设条件，所述加热元件设置在所述炉膛的内部，与炉膛内壁面通过耐热、保温材料隔离，以减少炉膛的漏热；所述炉膛上开设有保护气入口、排气口、抽真空口及传感器口，所述保护气入口连通至所述气氛发生装置，所述排气口连接至排气装置，所述真空口连接抽真空装置，所述传感器口用于与采集炉膛内的温度、压力、气氛等信息的传感器组相连，传感器组在监控装置内。
5.可选地，所述气氛发生装置包括氢气发生组件、去离子水发生机、氮气发生组件。所述氢气发生组件用于通过电解的方式产生氢气，所述氮气发生组件用于通过变压吸附的方式产生氮气，去离子水发生机与所述氢气发生组件连通，用于为所述氢气发生组件提供去离子水，以使所述氢气发生组件电解所述离子水产生所述氢气。
6.可选地，所述气氛调控装置包括：流量调节组件，包括手调玻璃转子流量计或手动阀或电动阀或气动阀，适用于调节所述气氛发生装置送入所述加热装置的保护气中各组分的流量；流量测量组件，包括体积流量计或质量流量计，适用于测量保护气中各组分的流量，并计算出混合保护气的组分、流量；压力调节组件，适用于调节所述保护气的压力。
7.可选地，所述抽真空装置包括旋转式真空泵或往复式真空泵或罗茨真空泵或分子
泵机组或油扩散泵。
8.可选地，所述排气装置包括：压力检测器及排气阀门，所述排气阀门与所述加热装置连通，所述压力检测器用于检测所述加热装置内部的压力，并根据所述压力控制所述排气阀门开启与关闭。
9.可选地，所述气氛炉还包括：支撑结构，所述加热装置、气氛发生装置、气氛调控装置、抽真空装置、排气装置、监控装置及控制器安装在所述支撑结构上。
10.可选地，所述气氛炉还包括：水冷装置，适用于对所述加热装置炉门上的密封套进行降温，以保证炉门和炉膛的气密性。
11.可选地，所述气氛炉还包括：炉膛加速冷却装置，适用于在加热装置停止加热后的降温阶段，对所述加热装置进行加速冷却，以解决传统自然冷却的降温速度慢的问题，提高气氛炉的使用效率。
12.可选地，所述炉膛加速冷却装置为安装在加热装置的外壳上冷却元件，所述冷却元件通过水冷方式冷却加热装置；或所述炉膛加速冷却装置包括：水冷换热器及内循环风机，所述水冷换热器通过耐高温的密封管道与所述加热装置外壳上的通孔连接；所述内循环风机被配置为将加热装置内部的保护气经过所述耐高温密封管道导出炉膛以送入所述水冷换热器进行冷却。
附图说明
13.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
14.图1示意性示出了本实用新型一实施例提供的气氛炉的结构框图。
15.图2示意性示出了本实用新型一实施例提供的加热装置的结构图。
16.图3示意性示出了本实用新型另一实施例提供的加热装置的结构图。
17.图4示意性示出了本实用新型实施例提供的气氛发生装置的结构图。
18.图5示意性示出了本实用新型实施例提供的气氛调控装置的结构图。
19.图6示意性示出了本实用新型实施例提供的抽真空装置的结构图。
20.图7示意性示出了本实用新型实施例提供的排气装置的结构图。
21.图8示意性示出了本实用新型又一实施例提供的气氛炉的结构图。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
27.类似地，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
29.鉴于现有技术的不足，本实用新型实施例提供一种结构简单、容易制造、使用方便安全的无需外界气源的氢氮气氛炉，该气氛炉包括加热装置1。
30.气氛发生装置2，用于产生保护气，气氛发生装置2与加热装置1连通，以将保护气送入所述加热装置1。气氛调控装置3，被配置为与气氛发生装置2通过气体管路连通，以控制气氛发生装置2送入加热装置1的保护气的组分、流量及压力。抽真空装置4，被配置为与加热装置1通过气体管路连通，以对加热装置1进行抽真空。监控装置5，安装在加热装置1外部，监控装置5适用于检测加热装置1外部环境中保护气的浓度。排气装置6，被配置为与加热装置1连接，以检测加热装置1内部的压力，并根据压力控制加热装置1排气。控制器7，与加热装置1、气氛发生装置2、气氛调控装置3、抽真空装置4、监控装置5及排气装置6电连接，以控制各部件。
31.该气氛炉设置了可以通过电解法产生氢气及通过变压吸附法产生氮气的气氛发生装置，使得不需要外界气源便可以自身产生氢气/氮气/氢氮混合保护气、实现惰性气体保护气氛或还原性气氛加热工艺的气氛炉，从而大大减少了气体采购成本，并避免了压力容器(如各种气体钢瓶、储罐)的使用风险，对环境要求小。并且，该装置结构简单，成本可控，容易制造，使用方便，安全可靠。
32.为了详细描述该气氛炉结构，下面结合附图进行进一步介绍。
33.图2示意性示出了本实用新型一实施例提供的加热装置的结构图。图3示意性示出
了本实用新型另一实施例提供的加热装置的结构图。
34.如图2及图3所示，加热装置例如可以包括：炉膛11及加热元件12，其中，加热元件12设置在炉膛11内部。加热元件12可以与炉膛11分隔开(图2)，也可以直接安装铺设在炉膛11内壁，与炉膛通过耐热、保温材料分离开，避免炉膛的漏热。炉膛11上开设有保护气入口13、排气口14、抽真空口15、传感器口16，保护气入口13连通至气氛发生装置2，排气口14连接至排气装置，真空口15连接抽真空装置4，传感器口16与采集炉膛内的温度、压力、气氛等信息的传感器组相连，传感器组在监控装置5内。
35.在本实用新型实施例中，炉膛11的材质可以是金属、石英等，形状可以是矩形、圆柱形、管形、球形等，可按需选材制作。炉膛内部有耐热、保温结构，可采用但不限于耐火砖、保温砖、保温棉、气凝胶毡、真空夹层等。与传感器口16相连的传感器组有温度、压力、气氛感应探头，用于测量炉膛温度、压力、气氛情况。炉膛的密封，可采用但不限于弹性垫/圈紧压密封、锥面密封、螺纹密封等。加热元件2可采用但不限于电阻丝、硅碳棒/硅钼棒、钼丝、钼带、电热管等各类加热元件。
36.图4示意性示出了本实用新型实施例提供的气氛发生装置的结构图。
37.如图4所示，气氛发生装置2包括氢气发生组件21、氮气发生组件22，氢气发生组件21用于通过电解的方式产生氢气，氮气发生组件21用于产生氮气。
38.在本实用新型始实施例中，氢气可采用电解水法或koh溶液电解法；氮气可采用压缩空气变压吸附法。上述制气方法消耗原料少，原料容易取得、补充。例如，氢气采用电解水法，只需定期往氢气发生组件21补充去离子水，采用koh溶液电解法的还要半年更换一次koh溶液，如采用集成去离子水发生机34，可只需要定期给去离子水发生机34补充自来水，或将去离子水发生机34与自来水管路相连，以自动阀门控制自来水的输入/关闭，实现长时间不需补充制气原料；氮气采用变压吸附法，原料为周围空气。
39.图5示意性示出了本实用新型实施例提供的气氛调控装置的结构图。
40.如图5所示，气氛调控装置3包括：流量调节组件31，包括手调玻璃转子流量计或手动阀或电动阀或气动阀，适用于调节气氛发生装置2送入加热装置1的保护气中各组分的流量。流量测量组件32，包括体积流量计或质量流量计，适用于测量保护气中各组分的流量。压力调节组件33，适用于调节保护气的压力。
41.具体地，气氛调控装置3对气氛发生装置2产生的各种气体进行调配组合、控制流量和压力，形成特定组分、流量、压力的保护气流，送入炉膛。其中，保护气组分比例的调配，可采用但不限于手调玻璃转子流量计、手动阀、电动阀、气动阀；各组分流量显示可采用但不限于体积流量计、质量流量计，通过体积流量或质量流量来调控混合气体的组分。混合气输出压力的控制和监测可采用但不限于减压阀；混合气输出流量的控制可采用但不限于手调玻璃转子流量计、手动阀、电动阀、气动阀；混合气输出流量的显示可采用但不限于体积流量计、质量流量计。混合气的调配和输出控制可选用手动的，也可选用程序自动化控制的，其中自动化控制需具备手动控制方案作为备选，以提高系统安全性。另外，针对只采用单一保护气的情况，气氛调控装置3可简化为输出流量调节组件 输出流量测量组件 输出压力调节和测量组件。气氛调控装置3与气氛发生装置2之间的气体管路可采用但不限于金属、橡胶、硅胶、塑料等，要求与气体无反应，且具备足够的耐温耐热性能和使用寿命。管路采用严格密封，包括但不限于锥面密封、螺纹密封等。
42.图6示意性示出了本实用新型实施例提供的抽真空装置的结构图。
43.如图6所示，抽真空装置4可以采用泵，包括但不限于旋转式真空泵或往复式真空泵或罗茨真空泵或分子泵机组或油扩散泵。
44.具体地，抽真空装置4对炉膛11进行抽真空排出空气，避免保护气与炉内原有空气掺杂；或用于在加热工艺结束后抽出保护气，以便替换为空气，避免开炉造成保护气不可控地泄漏到环境中。其中抽真空组件可采用但不限于旋转式真空泵、往复式真空泵、罗茨真空泵、分子泵机组、油扩散泵等。根据用户需要的洗炉工艺真空度、混合气的物理化学性质等情况进行选配。泵的抽速根据炉膛体积、混合气的物理化学性质进行选配。通常选用成本低廉、真空度较高的旋转式真空泵。抽真空系统还应具备对真空泵机组内部空间恢复大气压的功能，避免机组长期处于负压状态。抽真空装置4与炉膛11之间的气体管路可采用但不限于金属、橡胶、硅胶、塑料等，要求与气体无反应，且具备足够的耐温耐热性能和使用寿命；管路采用严格密封，包括但不限于锥面密封、螺纹密封等。
45.在本实用新型实施例中，监控装置5用于监测炉膛11外环境的氢气/氮气浓度，以及炉膛11内的氢气/氮气/氧气浓度。当炉内气氛浓度出现偏差，该系统会进行报警(包括但不限于声光报警)，提醒工作人员注意现场勘查，必要时对气氛调控装置3进行自动调控，使得炉内气氛浓度恢复设定值。当环境中检测到氢气/氮气泄漏且浓度超过设定的报警值时，该系统会报警，严重时会自动采取断气措施，包括但不限于控制气氛发生装置2停止制气工作、控制气氛调控装置3关闭炉膛进气等。监控装置5应具备两套组件，其中一套备用，当一套发生故障时立即启用，以进一步提高设备安全性。
46.图7示意性示出了本实用新型实施例提供的排气装置的结构图。
47.如图7所示，排气装置6例如可以包括压力检测器51及排气阀门52，排气阀门52与加热装置1连通，压力检测器51用于检测加热装置1内部的压力，并根据压力控制排气阀门51开启与关闭。
48.具体地，排气装置6用于保持炉膛的正压在所需的范围，以满足工艺的保护气氛压力需求，并防止炉膛压力过高出现漏气、炸膛等问题，或炉膛压力过低出现环境气体渗入炉膛(当炉膛存在密封问题而未被发现时)等问题。自动排气系统采用压力检测 阀门控制组合方案。通过检测炉膛压力，控制排气阀门的开闭，使得炉膛压力维持在所需范围内。其中压力检测可采用但不限于压力变送器、数显压力表、电接点压力表等；阀门动力可采用但不限于气动阀、电动阀、电磁阀等，阀门类型可采用但不限于针阀、球阀、蝶阀等。压力检测与阀门控制之间的联动，可采用但不限于接触器、plc等。
49.在本实用新型实施例中，控制器7用于控制对气氛炉的整体配电，各分部件(除支撑结构8)的显示和控制功能均可以集成在控制器中。
50.图8示意性示出了本实用新型又一实施例提供的气氛炉的结构图。
51.如图8所示，气氛炉还包括：
52.支撑结构8，加热装置1、气氛发生装置2、气氛调控装置3、抽真空装置4、监控装置5、排气装置6及控制器7安装在支撑结构8上。支撑结构8对设备整体及个分部件进行支撑固定，其组成元件可以采用包括但不限于钢结构、铝合金型材、钣金、地脚螺栓、水平仪、地脚轮、喷塑件等。
53.水冷装置9，适用于对加热装置1炉门上的密封套进行降温。该系统一般在炉膛11
采用弹性垫/圈紧压密封的情况下使用，对炉膛的炉门密封套进行水冷降温以避免密封件高温变性造成炉膛密封失效。
54.炉膛加速冷却装置10，适用于对加热装置进行冷却。用于在加热结束后，对炉膛进行加速冷却，提高工艺速度。该炉膛加速冷却装置10可采用风冷或水冷方式。其中风冷方案可采用但不限于对炉膛外壳进行吹风加速炉膛冷却、将炉内气体以密封风机内循环的方式导出到冷却设备(如水冷换热器)冷却、再送回炉膛以加速炉膛冷却。水冷方案可采用但不限于对炉膛外壳铺设水冷换热元件(如水冷管、冷板)以通水加速炉膛外壳冷却来加速炉膛冷却、在炉膛内部铺设水冷换热元件(如水冷管、冷板)直接加速炉膛冷却。炉膛加速冷却装置的冷源由水冷装置9分一支流供应。
55.应当理解，图中只给出了气氛炉分部件1-10的一种可能的空间分布组合方式，该空间分布方式并非唯一，而是可以根据具体的情况进行调整。此外，该装置中的结构支撑结构8、水冷装置9、炉膛加速冷却装置10非必须，可根据具体的气氛炉类型、结构、工况等要求进行删减。
56.此外，上述各分部件的加工方法例如可以为：
57.加热装置1的加工方法可以采用常见气氛炉的加工方法，具体取决于气氛炉的种类。如箱式气氛炉可采用炉膛加工及检漏，保温、耐火及电加热材料铺设，温控系统安装接线，传感器安装接线，外壳安装。
58.气氛发生装置2的加工方法可以采用常见氮气发生机、氢气发生机的加工方法。
59.气氛调控装置3的加工方法可以采用常见温度、压力、流量传感器及控制阀门的加工方法。
60.抽真空装置4的加工方法可以采用常见抽真空系统的加工方法。
61.监控装置5的加工方法可以采用常见的氢气/氮气/氧气气氛监测设备的加工方法。
62.排气装置6的加工方法可以采用常见的压力监测及阀门控制设备的加工方法。
63.控制器7的加工方法可以采用常见的的温度、压力、流量、电力、报警等相关显示或控制元件的加工方法。
64.支撑结构8的加工方法可以采用常见的支撑、结构、固定、外壳等零件的加工方法。
65.水冷装置9的加工方法可以采用常见的水冷机组的加工方法。
66.炉膛加速冷却装置10的加工方法可以采用常见的风冷或水冷系统的加工方法。
67.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。