发明内容
本发明的目的是提供一种实现四区域控温的真空烧结炉,以解决现有技术中炉内温度分布均匀性差,且温度不易调节控制从而造成的良品率低、生产成本高的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种实现四区域控温的真空烧结炉,所述真空烧结炉包括:密封箱、加热装置和隔热层;所述加热装置设置于所述隔热层和所述密封箱之间;所述加热装置包括两个加热体单元,所述两个加热体单元分别环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部和后部;所述两个加热体单元结构相同,每个所述加热体单元均包括加热棒、电极棒和连接片,每个所述加热体单元与两个三相变压器连接,用于为所述加热体单元对应的密封箱的待加热区域加热。
可选的,所述每个加热体单元具体包括:
第一加热棒、第二加热棒、第三加热棒、第四加热棒、第五加热棒、第六加热棒、第七加热棒、第八加热棒、第九加热棒、第十加热棒、第十一加热棒和第十二加热棒,还包括第一连接片、第二连接片、第三连接片、第四连接片、第五连接片和第六连接片,还包括第一电极棒、第二电极棒、第三电极棒、第四电极棒、第五电极棒和第六电极棒;
所述第一加热棒的首端与所述第二加热棒的首端通过所述第一连接片连接,所述第三加热棒的首端与所述第四加热棒的首端通过所述第二连接片连接,所述第五加热棒的首端与所述第六加热棒的首端通过所述第三连接片连接,所述第七加热棒的首端与所述第八加热棒的首端通过所述第四连接片连接,所述第九加热棒的首端与所述第十加热棒的首端通过所述第五连接片连接,所述第十一加热棒的首端与所述第十二加热棒的首端通过所述第六连接片连接;
所述第二加热棒的末端与所述第三加热棒的末端通过所述第二电极棒连接,所述第四加热棒的末端与所述第五加热棒的末端通过所述第三电极棒连接,所述第六加热棒的末端与所述第七加热棒的末端通过所述第四电极棒连接,所述第八加热棒的末端与所述第九加热棒的末端通过所述第五电极棒连接,所述第十加热棒的末端与所述第十一加热棒的末端通过所述第六电极棒连接,所述第十二加热棒的末端与所述第一加热棒的末端通过所述第一电极棒连接;
将所述第一电极棒连接至第二电极棒之间的加热棒与连接片定义为第一负载,将所述第二电极棒连接至所述第三电极棒之间的加热棒与连接片定义为第二负载,将所述第三电极棒连接至所述第四电极棒之间的加热棒与连接片定义为第三负载;
所述第一电极棒与所述第四电极棒通过导线短接,所述第一电极棒连接至第一三相变压器的第一接线端,所述第二电极棒连接至所述第一三相变压器的第二接线端,所述第三电极棒连接至所述第一三相变压器的第三连接端,使得所述第一三相变压器的第一接线端与第二接线端之间接入所述第一负载、第二接线端与第三接线端之间接入所述第二负载、第三接线端与第一接线端之间接入所述第三负载,构成第一组三角形连接的负载回路;当所述第一三相变压器通电工作时,便对所述密封箱侧面的上部待加热区域加热;
将所述第四电极棒连接至第五电极棒之间的加热棒与连接片定义为第四负载,将所述第五电极棒连接至所述第六电极棒之间的加热棒与连接片定义为第五负载,将所述第六电极棒连接至所述第一电极棒之间的加热棒与连接片定义为第六负载;所述第四电极棒连接至第二三相变压器的第一接线端,所述第五电极棒连接至所述第二三相变压器的第二接线端,所述第六电极棒连接至所述第二三相变压器的第三连接端,使得所述第二三相变压器的第一接线端与第二接线端之间接入所述第四负载、第二接线端与第三接线端之间接入所述第五负载、第三接线端与第一接线端之间接入所述第六负载,构成第二组三角形连接的负载回路;当所述第二三相变压器通电工作时,便对所述密封箱侧面的下部待加热区域加热。
可选的,所述每个加热体单元还包括:PID控制器、功率控制器和热电偶,所述每个加热体单元对应的上部待加热区域和下部待加热区域中,每个待加热区域对应一个PID控制器、一个功率控制器和一个热电偶;
对于每个待加热区域,所述热电偶设置于所述密封箱对应的待加热区域内,用于检测待加热区域的温度;所述热电偶的输出端与所述PID控制器的PV输入端连接,所述PID控制器的控制输出端与所述功率控制器的控制输入端连接,所述功率控制器的输出端与所述待加热区域对应的三相变压器的输入端连接,所述PID控制器根据所述热电偶传输的待加热区域的温度,通过控制所述功率控制器的输出功率从而控制所述待加热区域对应的三相变压器的输出功率,进而调节所述待加热区域的加热温度。
可选的,所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第三加热棒、所述第四加热棒、所述第五加热棒、所述第六加热棒、所述第七加热棒、所述第八加热棒、所述第九加热棒、所述第十加热棒、所述第十一加热棒和所述第十二加热棒结构均相同;所述第一连接片、所述第二连接片、所述第三连接片、所述第四连接片、所述第五连接片和所述第六连接片结构均相同;所述第一电极棒、所述第二电极棒、所述第三电极棒、第四电极棒、所述第五电极棒和所述第六电极棒结构均相同。
可选的,所述加热装置中环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部的加热体单元,用于为所述密封箱的侧面前部的上部待加热区域和下部待加热区域两个待加热区域加热;所述加热装置中环绕在密封箱轴线方向的侧面的后部的加热体单元,用于为所述密封箱的侧面后部的上部待加热区域和下部待加热区域两个待加热区域加热。
可选的,所述密封箱为长方体形密封箱或者为圆柱形密封箱。
可选的,所述真空烧结炉还包括绝缘材料,用于将所述加热装置与所述真空烧结炉内其他零部件隔离。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
通过将电极棒之间相互连接,每个加热体单元构成两组三角形连接的负载回路,使设计结构简单,成本较低,更换方便。将加热体单元应用至真空烧结炉时,安装两个加热体单元,每个加热体单元内的两组三角形连接的负载回路分别对应一个单独的加热区域,通过对每个待加热区域设定不同的SV值,利用PID独立调整控制各区温度,实现四区控温保持各区域温度一致性。弥补了现有的保温材自身温度偏差的缺陷,而且相比于传统技术,同样体积的真空烧结炉,不同区域的温度差值大幅度缩小。提高了炉良率,降低成本。解决之前部分区域因温度偏差造成的产品尺寸、外观和密度不达标的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明真空烧结炉的截面示意图。如图1所示,其特征在于,所述真空烧结炉包括:密封箱1、加热装置2和隔热层3,4为炉体,隔热层3由隔热材料制成。所述加热装置包括两个加热体单元,所述两个加热体单元分别环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部和后部;所述两个加热体单元结构相同,每个所述加热体单元均包括加热棒、电极棒和连接片,每个所述加热体单元与两个三相变压器连接,用于为所述加热体单元对应的密封箱的待加热区域加热。
所述加热装置2设置于所述隔热层3和所述密封箱1之间;所述加热装置2包括两个加热体单元,所述两个加热体单元分别环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部和后部;所述两个加热体单元结构相同,每个所述加热体单元均包括加热棒、电极棒和连接片,每个所述加热体单元与两个三相变压器连接,用于为所述加热体单元对应的密封箱的待加热区域加热。图中A1、A2、A3、B1、B2、B3为电极棒。
加热装置2的结构如图2所示,图2为本发明真空烧结炉中加热装置的结构示意图,加热装置中包括两个加热体单元,所述两个加热体单元分别环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部和后部;所述两个加热体单元结构相同,每个所述加热体单元均包括加热棒、电极棒和连接片,图中A1、A2、A3、B1、B2和B3为位于密封箱轴线方向侧面前部的加热体单元的6个电极棒;C1、C2、C3、D1、D2和D3为位于密封箱轴线防线侧面后部的加热体单元的6个电极棒。每个加热体单元与两个三相变压器连接,由短接线短接,构成两组三角形连接的负载回路,用于为所述加热体单元对应的密封箱侧面的上部待加热区域和下部待加热区域加热。具体的,所述加热装置中环绕在密封箱轴线方向的侧面的前部的加热体单元,用于为所述密封箱的侧面前部的上部待加热区域和下部待加热区域两个待加热区域加热;所述加热装置中环绕在密封箱轴线方向的侧面的后部的加热体单元,用于为所述密封箱的侧面后部的上部待加热区域和下部待加热区域两个待加热区域加热。
图3为本发明真空烧结炉中加热装置的展开示意图,结合图2,可以更好的表述加热装置的结构。环绕于密封箱轴线方向的前部和后部的两个加热体单元结构相同,因此,以其中一个加热体单元为例进行说明。
如图3所示,每个加热体单元包括第一加热棒、第二加热棒、第三加热棒、第四加热棒、第五加热棒、第六加热棒、第七加热棒、第八加热棒、第九加热棒、第十加热棒、第十一加热棒和第十二加热棒,共有十二根加热棒;还包括第一连接片、第二连接片、第三连接片、第四连接片、第五连接片和第六连接片,共有六个连接片,如图3中所示,位于加热棒的首端位置;还包括第一电极棒、第二电极棒、第三电极棒、第四电极棒、第五电极棒和第六电极棒,共有六个电极棒,如图3所示,位于加热棒的末端位置,对应于图2中的A1、A2、A3、B1、B2和B3六个电极棒或C1、C2、C3、D1、D2和D3六个电极棒;
所述第一加热棒的首端与所述第二加热棒的首端通过所述第一连接片连接,所述第三加热棒的首端与所述第四加热棒的首端通过所述第二连接片连接,所述第五加热棒的首端与所述第六加热棒的首端通过所述第三连接片连接,所述第七加热棒的首端与所述第八加热棒的首端通过所述第四连接片连接,所述第九加热棒的首端与所述第十加热棒的首端通过所述第五连接片连接,所述第十一加热棒的首端与所述第十二加热棒的首端通过所述第六连接片连接;
所述第二加热棒的末端与所述第三加热棒的末端通过所述第二电极棒连接,所述第四加热棒的末端与所述第五加热棒的末端通过所述第三电极棒连接,所述第六加热棒的末端与所述第七加热棒的末端通过所述第四电极棒连接,所述第八加热棒的末端与所述第九加热棒的末端通过所述第五电极棒连接,所述第十加热棒的末端与所述第十一加热棒的末端通过所述第六电极棒连接,所述第十二加热棒的末端与所述第一加热棒的末端通过所述第一电极棒连接;
将所述第一电极棒连接至第二电极棒之间的加热棒与连接片定义为第一负载,将所述第二电极棒连接至所述第三电极棒之间的加热棒与连接片定义为第二负载,将所述第三电极棒连接至所述第四电极棒之间的加热棒与连接片定义为第三负载;
所述第一电极棒与所述第四电极棒通过导线短接,所述第一电极棒连接至第一三相变压器的第一接线端,所述第二电极棒连接至所述第一三相变压器的第二接线端,所述第三电极棒连接至所述第一三相变压器的第三连接端,使得所述第一三相变压器的第一接线端与第二接线端之间接入所述第一负载、第二接线端与第三接线端之间接入所述第二负载、第三接线端与第一接线端之间接入所述第三负载,构成第一组三角形连接的负载回路;当所述第一三相变压器通电工作时,便对所述密封箱侧面的上部待加热区域加热;
将所述第四电极棒连接至第五电极棒之间的加热棒与连接片定义为第四负载,将所述第五电极棒连接至所述第六电极棒之间的加热棒与连接片定义为第五负载,将所述第六电极棒连接至所述第一电极棒之间的加热棒与连接片定义为第六负载;所述第四电极棒连接至第二三相变压器的第一接线端,所述第五电极棒连接至所述第二三相变压器的第二接线端,所述第六电极棒连接至所述第二三相变压器的第三连接端,使得所述第二三相变压器的第一接线端与第二接线端之间接入所述第四负载、第二接线端与第三接线端之间接入所述第五负载、第三接线端与第一接线端之间接入所述第六负载,构成第二组三角形连接的负载回路;当所述第二三相变压器通电工作时,便对所述密封箱侧面的下部待加热区域加热。通过第一电极棒与第四电极棒通过导线短接,使得每个加热体单元分成两组三角形连接的负载回路。此时,两个加热体单元构成四组三角形连接的负载回路,分别为整个密封箱的前上部区域、前下部区域、后上部区域和后下部区域加热。对应于图2中,将电极棒A3与B3短接,通过电极棒A1、A2、A3与第一个三相变压器的三个接线端连接,构成第一组三角形连接的负载回路,为整个密封箱的前下部区域加热;通过B1、B2、B3与第二个三相变压器的三个接线端连接,构成第二组三角形连接的负载回路,为整个密封箱的前上部区域加热。将电极棒C3和D3短接,通过电极棒C1、C2、C3与第三个三相变压器的三个接线端连接,构成第三组三角形连接的负载回路,为整个密封箱的后下部区域加热;通过电极棒D1、D2、D3与第四个三相变压器的三个接线端连接,构成第四组三角形连接的负载回路,为整个密封箱的后上部区域加热。
所述每个加热体单元还包括:PID控制器、功率控制器和热电偶,所述每个加热体单元对应的上部待加热区域和下部待加热区域中,每个待加热区域对应一个PID控制器、一个功率控制器和一个热电偶。
对于每个待加热区域,所述热电偶设置于所述密封箱对应的待加热区域内,用于检测待加热区域的温度;所述热电偶的输出端与所述PID控制器的PV输入端连接,所述PID控制器的控制输出端与所述功率控制器的控制输入端连接,所述功率控制器的输出端与所述待加热区域对应的三相变压器的输入端连接,所述PID控制器根据所述热电偶传输的待加热区域的温度,通过控制所述功率控制器的输出功率从而控制所述待加热区域对应的三相变压器的输出功率,进而调节所述待加热区域的加热温度。
因此,整体加热装置2由四个三相变压器供电,通过对应功率控制器控制加热,每个区域有单独的热电偶Thc来反馈温度PV值给PID控制器,PID控制器根据当前设定温度SV值计算出MV值输出给功率控制器,来调节功率控制器的输出功率,使PV值无限接近当前设定的SV值。
所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第三加热棒、所述第四加热棒、所述第五加热棒、所述第六加热棒、所述第七加热棒、所述第八加热棒、所述第九加热棒、所述第十加热棒、所述第十一加热棒和所述第十二加热棒结构均相同;所述第一连接片、所述第二连接片、所述第三连接片、所述第四连接片、所述第五连接片和所述第六连接片结构均相同;所述第一电极棒、所述第二电极棒、所述第三电极棒、第四电极棒、所述第五电极棒和所述第六电极棒结构均相同。这样能够降低加热温度不均匀的可能,从而实现加热区域加热温度均匀的效果。在具体应用时,根据炉体的具体结构,可以适当改变加热棒、电极棒和连接片的具体形状,也可以设置部分加热棒、电极棒或连接片的形状不同于其他加热棒、电极棒或连接片的形状。
所述真空烧结炉的密封箱为长方体形密封箱或者为圆柱形密封箱。所述真空烧结炉还包括绝缘材料,用于将所述加热装置与所述真空烧结炉内其他零部件隔离。
图4为本发明真空烧结炉中加热装置内部线路示意图,对于一个加热体单元,在炉体外部用电缆设置短接线a-a1,使U1和U2连接在一起,将由加热棒构成的六边形加热体巧妙地分隔成两组三角形连接的负载回路,分别是:a-b-c-a1-a为一组三角形连接的负载回路,a1-b1-c1-a-a1为另一组三角形连接的负载回路。具体结合图5所示,图5a-5b为本发明真空烧结炉中加热装置中一个加热体单元的接线示意图,其中图5a为加热体单元第一组三角形连接的负载回路的接线示意图,图5b为加热体单元第二组三角形连接的负载回路的接线示意图。如图5a所示,第一组三角形连接的负载回路中三相电压分别为U1-V1,V1-W1,W1-U1,其对应线电流为Ih1,Ih2,Ih3。如图5b所示,第二组三角形连接的负载回路中三相电压分别为U2-V2,V2-W2,W2-U2,其对应线电流为Ih4,Ih5,Ih6。两组三角形连接的负载回路即将炉内分为两个加热区,分别是图中所示的前上、下两区,所示前下部区:U2-V2-W2(H4,H5,H6),前上部区:U1-V1-W1(H1,H2,H3),其中短接线路a-a1上电流矢量Id=Ih3+Ih6。同理,对于另一个加热体单元,在炉体外部用电缆设置短接线a'-a1',使U3和U4连接在一起,形成另两组三角形连接的负载回路,即后上、后下两区。从而结合第一个加热体单元,实现炉内4区控温。
下面通过与现有技术对比来说明本发明的优点:
现有技术中较多的为单区加热。
影响温度分布均匀的因素:
1.和设计有关,比如炉体体积的大小,体积越大,均匀性越不好。炉体上联接口位置,比如泵口处热散失较大等。或者某处有冷却器热散失较大等。
2.保温材自身保温的均匀性的出入。
3.加热均匀性,发热体本身也有均匀性的出入,石墨件相同材质不一定电阻值相同。
4.不同区域的气流影响,如热气流往上,一般上部温度会比下部温度高。还有气流流向因素。
关于加热炉体的温度的均匀性:
1.通过调节发热材的电阻,如前后温度相差较大时,需要调节电阻值。(这要跟实际设计的发热材形状来调整,调整难度较大)
2.减小炉型。通过减小加热范围,可以提高温度的均匀性。
结论:
通过上述的方法,目前较小炉型温度的均一性可以控制在±5℃。但是,上述方法的成本较高,调整难度较大。
本发明:
1.通过三角形接法,使设计结构简单,成本较低,更换方便。
2.四区控温,通过四区控温实现各区域温度一致性。
3.设定不同的SV值,通过PID独立调整控制各区温度一致性。
效果:
1.弥补保温材自身温度偏差的缺陷,对保温材的要求降低。
2.不再采用调整电阻的方式来调整温差,通过系统自动调节加热温度,以调节温差。
3.对于体积较大的炉型也可以实现温度的均匀性。
4.同样体积的炉子,不同区域的温度差值也大幅度缩小。(在体积相同的炉子,独立控温的区域越多,炉内空间内的温度就越均匀)
5.满炉良率提高,降低成本。解决之前部分区域因温度偏差造成的产品尺寸、外观和密度不达标的问题。
6.加压炉型中气体对流较明显,会造成区域明显温差。可解决此问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。