一种基于电极控制的高温热工装置及电极控制方法与流程

本发明涉及高温热工装备与材料制备，具体的，涉及一种基于电极控制的高温热工装置及电极控制方法。

背景技术：

1、超快速高温烧结技术(uhs，ultrafast high-temperature sintering)于2020年首次公开(高温烧结系统和方法，申请公布号：cn114206802a)，该方法将样品放置于两层导电碳元件之间，通过电流焦耳热原理将所述导电碳元件迅速加热，进而使样品快速升温，实现材料的超快速合成、烧结以及反应等。该方法虽然对样品材料的化学组成与物理性能没有特殊要求，但受限于导电碳元件的层状结构以及样品摆放位置，其无法实现对厚度超过1厘米的大尺寸样品的高温制备。在此基础上，“超快加热烧结装置及超快升温反应釜”(专利号：202122655653.1)公开了一种基于高熔点导电粉末的超快加热方法，通过将样品埋入高熔点导电粉末形成良好包覆，实现大尺寸复杂结构样品的超快速升温与制备。然而，由于导电粉末对样品的三维堆埋包覆，热电偶、红外等测温仪器无法获取样品的实时温度；并且由于导电粉末电导率与热导率随温度变化，使得整个热过程无法精准控制且温度场分布不稳定，最终导致该工艺方法可操作性差，工程化应用困难。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种可实现温度场实时监测与精准调控的，基于电极位置控制的高温热工装置及电极控制方法，包括炉体、测温装置、发热及保温结构单元以及联动控制单元；

2、所述测温装置设置于炉体外部，用于测量发热及保温结构单元的实时温度数据；

3、所述发热及保温结构单元位于炉体内，包括用于形成导电粉床的导电粉末，以及用于对导电粉床施加电流负载的上电极与下电极；

4、所述联动控制单元包括与上电极和下电极相连的联动控制机构，以及与测温装置和联动控制机构相连的计算机控制系统，联动控制单元用于从测温装置处接收实时温度数据，并根据实时温度数据调控上电极和下电极极板间距的大小，以及调控上电极和下电极对导电粉末施加的电流负载大小。

5、进一步的，所述发热及保温结构单元还包括设置在炉体内的金属容器以及设置在炉体内下表面中心位置的定位底座；所述金属容器设置在定位底座之上，所述上电极、下电极以及导电粉末设置于金属容器内。

6、进一步的，所述联动控制机构包括程控电源和程控电机；

7、所述程控电源设置在炉体外围，分别与上电极和下电极连接；

8、所述程控电机设置在炉体上，程控电机下端设置有传动机构，传动机构通过电极夹持装置夹持上电极；

9、进一步的，所述上电极极板上均匀分布有小孔，所述上电极沿轴向中心位置设置有中间通路。

10、进一步的，所述测温装置为双色红外测温仪。

11、进一步的，所述炉体上壁中心位置还设置有红外测温仪支架以及测温窗。

12、进一步的，所述炉体上还设置有炉门，所述炉门上设置有观察窗。

13、本发明还提出了一种高温热工装置电极控制方法，使用如以上所述的高温热工装置，包括如下步骤：

14、步骤(1)，测温装置测量发热及保温结构单元实时温度数据

15、步骤(2)，测温装置将测得的实时温度数据发送给联动控制单元；

16、步骤(3)，联动控制单元将实时温度数据与预设的时间-温度程序曲线进行实时对比，获得二者间偏差，根据偏差调控上极板与下极板之间温度。

17、进一步的，步骤(3)中还包括根据偏差生成控制指令，并根据控制指令调控上电极位移和/或上下极板上的电流负载，进而调控上极板与下极板之间温度。

18、进一步的，步骤(3)中调控上电极位移和/或上下极板上的电流负载的方法为：

19、若发热及保温结构单元的温度低于预设的下极限温度，则联动控制单元下达增大电流输出或/和增大上电极与下电极极板间距的指令；

20、若发热及保温结构单元的温度高于预设的上极限温度，则联动控制单元下达减小甚至关闭电流输出或/和减小上电极与下电极极板间距的指令；

21、若发热及保温结构单元的需求电压或电流量值等于或大于预设的电压或电流区间上极限时，则联动控制单元下达增大上电极与下电极极板间距的指令；

22、若发热及保温结构单元的需求电压或电流量值小于预设的电压或电流区间下极限时，则联动控制单元下达减小上电极与下电极极板间距甚至关闭电流输出的指令；

23、当系统出现故障，联动控制单元无法从测温装置接收数据，或者操作人员认为需要进行手动控制时，可手动从联动控制单元输入指令。

24、本发明的有益效果如下：

25、1.通过发热及保温结构单元、测温装置以及联动控制单元的配合工作，实现对高温烧结、反应、合成、熔炼、焊接等热工过程进行实时温度数据监测以及温度与工艺的精准调控。

26、2.通过控制电极位移及其几何结构，使得导电粉末在电极极板间和相对于电极极板间以外的区域堆积状态不同，获得极高的发热效率与可控升温速度，以及可调节的温度场范围与分布形式。

技术特征：

1.一种基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，包括炉体、测温装置、发热及保温结构单元以及联动控制单元；

2.根据权利要求1所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述发热及保温结构单元还包括设置在炉体内的金属容器以及设置在炉体内下表面中心位置的定位底座；所述金属容器设置在定位底座之上，所述上电极、下电极以及导电粉末设置于金属容器内。

3.根据权利要求1所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述联动控制机构包括程控电源和程控电机；

4.根据权利要求1所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述上电极极板上均匀分布有小孔，所述上电极沿轴向中心位置设置有中间通路。

5.根据权利要求1所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述测温装置为双色红外测温仪。

6.根据权利要求5所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述炉体上壁中心位置还设置有红外测温仪支架以及测温窗。

7.根据权利要求1所述的基于电极控制的高温热工装置，其特征在于，所述炉体上还设置有炉门，所述炉门上设置有观察窗。

8.一种高温热工装置电极控制方法，使用如权利要求1-7任一项所述的高温热工装置，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的高温热工装置电极控制方法，其特征在于，步骤(3)中还包括根据偏差生成控制指令，并根据控制指令调控上电极位移和/或上下极板上的电流负载，进而调控上极板与下极板之间温度。

10.根据权利要求9所述的高温热工装置电极控制方法，其特征在于，步骤(3)中调控上电极位移和/或上下极板上的电流负载的方法为：

技术总结本发明提供了一种基于电极控制的高温热工装置及电极控制方法，属于高温热工装备与材料制备技术领域。本发明包括炉体、测温装置、发热及保温结构单元以及联动控制单元，发热及保温结构单元位于炉体单元内，包括导电粉末以及一对可位移电极；测温装置实时监测所述发热及保温结构单元的温度，并将数据传输给联动控制单元，根据与预设时间温度曲线的对比结果控制电极位移，实现对升温速度、发热效率、温度场范围及分布形式的精准调控；同时，对电极几何结构的控制，可以诱导电流在导电粉末内形成不同的通过路径，实现对温度场范围及分布形式的调控。技术研发人员：萨尔瓦多·格拉索,左飞,王立国,林华泰受保护的技术使用者：深圳市国创新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9