真空石墨化炉

设备结构与外观

设备简介

       本设备为卧式中频高温气氛炉,常用于人工合成石墨膜,石墨烯热处理,锂电池负极材料的石墨化处理,CNT提纯除铁,石墨提纯,碳纤维灯丝的定型石墨化,VGCF提纯,球形石墨提纯,以及其他可以在石墨热区(含碳环境)烧结和熔融的材料,兼有一般高温气氛炉使用功能。设备由炉体、炉门锁紧装置、加热系统、充放气系统、真空系统、电气控制系统、水冷却系统、变压器及联接电缆等组成。

主要技术参数

项目 内容
型式 卧式中频高温气氛炉,一拖二炉体(即一套真空系统\电源连接两台炉体)
总电源 AC380V±10% ,三相五线制,50Hz/60Hz
电力功率 约450kW
加热器总功率 反应区:450kW
有效工作区 反应区:Ø600*600*1600mm(坩埚内径*高度)
加热元件 石墨加热
保温材料 高强石墨纤维软毡+硬毡
设计最高温度 3000℃
连续工作温度 2850℃
控温精度 ±1℃
温度检测 红外
温度控制区 1区控制
温度控制方式 全量程精准控制功率输出,实现低温到高温的无感自动切换,全程可实现程序控制+手动控制两种模式
操作方式 触摸屏自动控制/现场手动操作。
升温速度 0~15℃/min
真空系统 配备压强控制仪,腔内压力可设定
冷态极限真空度 6.67Pa(冷态、空炉、加热除气后)
工作气氛 氮气或氩气
充气压力 ≤0.05MPa
压升率 ≤6.7Pa/h
冷却水耗量 ≤50m³/h
炉体外壁温度 ≤45℃

配置清单

电控部分配置表
组成部分 主要部件 数量/单位 结构特点与优势
外壳 机柜柜壳 1台 标准电控柜,结构结实,防尘效果好。
中频柜部分 主接触器 1台 主电气原件都预留25%的功率余量,提高设备稳定性。
中频部分采用品牌元件,中频部分更简单明了,稳定性更好,后期维护保养更方便简洁,水电尽量进行隔离。
IGBT 1套
主控板 1台
水冷电抗器 1台
低压电气部分 水温表 1个 低压部分采用正泰电气原件,柜内接线干净整洁,接线规范。
多功能仪表 1块
开关电源 1个
铜牌 2套
低压电器 2套
电线电缆 2套
其它附件 1套
自动化控制部分以及报警 PLC控制器 1台 采用汇川H3S型号PLC及10寸昆仑通泰屏TPC1031Kt触摸屏,控制画面简洁明了,
可实时显示并保存各项数据,历史数据可查看可导出。
PLC扩展模块 1台
触摸屏 1台
通讯电缆 1套
温控部分 测温 2台 采用美国进口雷泰品牌红外仪E1RHF2(1000-3200℃)低温(250-1400℃)
温控仪 2台 温控仪表采用英国进口欧陆品牌EPC3004
真空测量 真空计 1个 采用成都正华电阻真空计
连接电缆 1套  

炉体部分配置(2套)
组成部分 主要部件 规格型号 数量/单位 结构特点与优势
壳体 内壳 8mm304碳钢 2套 焊接精细,耐压能力强
外壳 6mm304碳钢 2套
法兰 Ø1900×50mm 4片 锻打法兰,法兰长时间使用不变形,可有效防止真空泄露
转轴 配套 2套 设计有轴承结构,转动灵活省力
内封头 8mm 2片 一体成型
外封头 6mm 2片
油漆 炉体:信号白色 1套 油漆附着力强,美观
平台:宝石蓝色
内部结构 石墨坩埚 Ø600*600*1600 2个 拼接坩埚
水冷铜电极 T2 4根 整铜棒制作无焊接,降低故障率
氮化硼缘件   4套 耐高温能力强(耐温1700℃)
石墨毡 10mm*1500mm 2套 软毡分为外层和内层两种规格,内8层为耐温3000摄氏度的高强石墨毡,外10层为耐温2500度石墨毡,
复合式的保温层提高了保温材料的使用寿命(远高于同类厂商使用的普通石墨毡)
感应器线圈 50*25mm 2套 采用耐温800摄氏度“志盛”牌绝缘涂料,涂料外包裹云母带。绝缘效果好,有效的避免了在使用过程中出现打火的现象
双层刚玉砖 整套 4套 感应线圈与石墨毡之间采用双层刚玉砖,厚度不小于50mm,氧化铝纯度>97%,
密封结构 炉门密封圈 φ16硅胶 4副 密封效果好(用2备2)
铜电极密封圈 60.95*5.7 2个 耐高温、耐腐蚀
真空接口密封圈 132*5.3 20个 耐高温、耐腐蚀
防爆口密封圈 120*6 2个 耐高温、耐腐蚀
水路 水管 DN15/DN20/DN25 2套 进出水管全部安装球阀,方便维护保养,所有水管都有标识,方便检修。
汇流排 3寸不锈钢管 2根 橡胶管耐腐蚀能力强,所有水管都采用螺纹锁紧结构,有效的防止突发情况下水管脱落
阀门 DN15/DN20/DN25 32个
水压检测 YX-100  0-0.4MPa 1个
水温检测 PT100 1个

真空系统配置
组成部分 主要部件 类型 数量/单位 结构特点
旋片泵 2XZ-70 1台 抽速强,真空好,震动小,故障率低。
罗茨泵 ZJP-300  
油漆 灰色 1套
阀门 压差阀 DYC-JQ100 1台 真空泵外置,所有炉体共用真空机组,哪台炉体需要抽真空时,就打开哪台炉体的控制阀门。
主真空阀 GID-150 2台
排气阀 DN25 1台
管道 真空管道 DN150 1套 用户根据泵摆放位置连接炉体预留真空口。
波纹管 DN100 2个
密封件 440*8.6 1个

设备结构及功能说明

       整套设备采用全套设备采用中频感应方式加热,一拖二式设计,即两台炉体共用一台电源控制系统控制两台炉体,并共用一套真空系统。使用时采用切换的方式,一台加热的同时,另外一台可以完成装料(收料)等准备工作,第一台加热完成后冷却的同时,第二台可以加热,如此循环的方式可有效提高电源的使用频率。整个设备采用立式中频感应的方式加热,在低真空或Ar环境下,感应线圈对立面的石墨坩埚进行加热。设备由高温炉体、炉盖开启装置、热场、真空系统、充放气系统及水冷系统构成;
       (1)炉体
       炉体由炉盖、炉体及炉架组成。
       炉盖采用带水冷却的双层结构,与法兰组焊成一个整体,采用碳钢材质,内表面精密抛光处理,外表面喷漆处理。炉门上设有冷却水进出口、观察窗、测温视窗及防爆泄压阀口等。防爆泄压阀的泄阀压力一般设置在0.03MPa,当炉内压力大于该值时,自动进行泄压。
       炉体采用双层水夹层结构,底部为封头焊接,上部为法兰焊接成筒形结构,法兰平面上开设有燕尾型密封槽,采用O型硅橡胶密封圈密封。炉体采用碳钢材质,内表面精密抛光处理,外表面喷漆处理。炉体侧面设有冷却水进出口、真空抽气口、电极安装口、热电偶安装口、自动充放气接口等。
       炉盖与炉体在焊接完成后通常需要拍摄X光片检查焊缝焊接牢靠性,所有涉及水冷的地方以不小于0.3MPa的水压进行检测,确保不会因焊接导致性能下降。
       炉盖与炉体采用连接轴连接,随着气缸升降,可带动炉盖顶升或关闭。
       炉架平台采用碳钢型材及板材焊接,表面喷漆,上面有护栏环绕,可在上面行走,取放物料等,整个平台安全牢固。
       (2)炉盖开启装置
       炉盖与炉体均焊有镶套,中间采用连接轴连接,连接轴下方为升降用气缸,连接轴上安装有轴承,连接轴与炉体可上下直线运行,与上炉盖可圆周旋转运行,当气缸运行时可带动炉盖升起或下降。
       (3)热场
       热场采用IGBT新式中频电源通过感应器感应内部高纯石墨坩埚作发热体,感应器为方周式排布,通过立柱固定在炉体内部,感应器内选用双层刚玉砖作为绝缘体,刚玉砖的氧化铝含量≥96%,石墨坩埚采用细质高纯石墨加工,纯度高,无挥发,有效保证炉腔内的清洁度。石墨坩埚与刚玉砖中间采用高强高纯石墨软毡和石墨硬毡结合的方式,耐温效果好,耐冲击性好,可实现耐受3000度的高温。整个保温层包裹着石墨坩埚放置在刚玉砖中,与外围铜质线圈隔离绝缘,刚玉砖分里外2圈,每层厚度不小于20mm,隔温及绝缘性能较好。
       中频电源采用IGBT新式电源系统,相较传统的KGPS电源节能10%左右,电效率高,一般可达百分之95以上,高次谐波少,对电网污染少,不会干扰电子设备运行;
       温度控制系统采用低温+高温全程控制系统,其中控制仪表为欧陆温控仪表,低温采集为低温红外测温仪)高温为E1RHF2红外测温仪(1000-3200℃),均具有可靠性高、适用范围广、使用寿命长等特点,可实现低温至高温的无感自动切换。
       (4)真空系统
       真空系统采用二级泵配置,由一台旋片式机械泵、气动高真空挡板阀、压差阀等组成,可实现快速抽真空。真空管道与泵的联接采用金属波纹管减缓震动,为方便真空切换,每台炉体口均安装有高真空气动阀,炉内的真空度由压强控制仪来控制,可实现微证压/微负压的使用范围。
       (5)充放气系统
       本设备配置一路自动充放气系统,由流量计、电磁阀、手阀、压力传感器、接头等组成。由压力传感器及电磁阀形成闭环控制系统,可对炉内气氛压力进行控制。当炉压超过设定值时,排气阀自动打开,进行泄压。手阀可以根据实际情况,适当调整气体流量。同时,充入适量的惰性气体可以调节炉内真空氛围。
       (6)电气控制系统
       电气控制系统有触摸屏、电气柜、接触器、互感器、可控硅模块、温控表、指示灯、PLC等元件组成。主要品牌为正泰或同等级品牌,温控表采用欧陆品牌可编程智能温度调节仪表,控温精度±1℃,具有PID调节、超温报警、断偶指示、温度补偿等功能。触摸屏采用10寸TPC1031Kt型号,具有工艺编写、保存、操作、记录等功能,并具有历史曲线查看等功能,可以记录加热电流、电压、温度、设备炉压、进排气流量等工况参数。为防止误操作,在屏上操作时,每一步骤均设置确认键与返回键,确保无误后方可进行下一步骤操作,并根据不同操作人员设置不同的操作权限,输入密码后方可进一步修改参数。
       (7)水冷却系统(冷却水源自备)
       水冷系统由进出水总管道、阀门及各支路组成。冷却水由进水总管进入后,经过各支管送到炉门、炉体、炉底、水冷电极、水冷电缆、真空泵等需要冷却水的地方,然后汇总到出水总管排出。总进水管路设有电接点压力表,部分支水管带具有断水声光报警并切断电源功能。各支路水管采用透明塑胶软管和金属波纹管,通过不锈钢接头联接进出水总管道及设备各进出水口。每路冷却水进水管都装有手动阀门,可手动调节水流量大小。为保障设备操作安全,建议每台设备均需配置一路应急水源,放置因停电或水压不足导致设备的停机或损毁。
       (8)联接电缆
       选用与使用功率相匹配的水冷电缆或铜排。含有保护罩和警示标志,起到保护作用。

设计制作标准

       本真空高温烧结炉的设计、加工、供货除了遵守相应的国家和行业规范外,还符合以下标准要求:
序号 标准号 标准名称
1 GB150-1998 钢制压力容器
2 GB/T25198-2010 压力容器封头
3 GB/T6070-2007 真空法兰
4 JB919-75 焊接钢法兰
5 GB/T16709-1996 真空技术/管路配件/装配尺寸
6 GB/T25295-2010 电气设备安全设计导则
7 GB5959.1-2005 电热设备的安全第一部分通用要求
8 GB5959.4-2008 电热设备的安全第四部分对电阻加热装置的特殊要求

现场安装条件

       设备必须安装在洁净的场所,地势平坦,室内无较大的空气对流、无腐蚀性气体、无扬尘,环境温度控制在40℃以下。
       1、电源
       所需电源:AC380V±10%,三相,50Hz±1Hz功率:450kW,电压:380V
       2、设备占地面积:约6(L)×4.8(B)×3(H)m;
       3、设备重量:约8吨
       4、环境温度:5~35℃
       5、安装的房屋高度最小为3.5米,门:2米宽,2.5米高
       6、供水水源水质为软化水,压力不低于0.15MPa,亦不大于0.25MPa,出水压差不低于0.2MPa,流量50m3/小时,建议冷却水入口温度低于20℃,入口和排水管的集成连接为2英寸内螺纹的螺帽连接。

随机材料

       1、标注轮廓尺寸的平面布置图
       2、设备总图
       3、电气原理图
       4、设备维护使用说明书
       5、主要配套产品使用说明书及合格证
       6、气路及水路原理图
       7、备品备件

安装调试

       1、合同生效1个月内,我方向用户提供设备基础施工图和设备安装接口条件。
       2、设备到达用户安装场地后,我方于5个工作日内派安装工程师到现场进行安装调试,直至设备完全满足技术指标要求,保证产品达到相关技术要求。
       3、设备安装:设备安装人员在对设备进行组装时,对设备的各部件进行必要的清洁,以保证设备性能,降低返修率。
       4、设备调试:设备调试人员在对设备进行调试时,严格遵照技术规范,直至设备的各项指标全部达到设计要求。

服务内容

       1、培训及安装调试
       我方对使用人员进行设备的使用和日常维修维护培训。鉴于设备的特殊性,建议专人用,专人负责,对新手严格实行用前培训、用后检查、操作使用要有记录等设备使用规定。
       2、质保期
       质保期为出厂之日起12个月。
       3、售后服务
       我方承诺提供终生的售后服务,包括设备维护和维修、备品备件的提供等内容。我方技术人员在收到用户的维修书面通知要求的8小时内(工作日内)做出相应。如果需要赶赴用户工作现场,我方技术人员在收到书面通知的48小时内携带相应的零部件到达用户工作场地。
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