CN101907395A - 一种双炉膛高温熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双炉膛高温熔融炉，属电加热技术领域。其特点为一台炉体同时具有高温与超高温两个加热炉膛；其中，高温炉膛为底部可升降的箱式炉结构，超高温炉膛为底部可升降的井式炉结构；通过炉底升降和转动机构，可实现两个加热炉膛底部及加热物料的交换。两个加热炉膛可以分别单独使用，也可以同时使用。两个炉膛同时使用时，可在高温炉膛内的物料进行预热，或者进一步降温冷却，在超高温炉膛内将预热的物料进一步熔化，或者降温。本发明通过双炉膛结构，实现物料的梯级加热，保证了加热元件长期运行在最佳工作区，将批量物料超高温熔化效率提高一倍以上，大大缩短物料加热时间，提高操作安全性。

Description

一种双炉膛高温熔融炉

技术领域

本发明是一种高温熔融炉，属电加热技术领域。

背景技术

在科研和生产过程中，大量金属或者非金属物料的熔点高于1300℃，在对这类物料加热时，加热温度往往超过1300℃。目前，使用的加热炉一般是发热体为硅钼棒材质，温度可达1700℃的超高温熔融炉。但是，这类传统硅钼棒熔融炉为单一炉膛结构，在加热和冷却过程中存在以下固有弊端：

（1）加热、冷却时间过长。对于硅钼棒炉，其从室温加热到1300℃需要2~3个小时，从1300℃到1600℃又需要约2个小时；而从1600℃冷却到800℃以下，则需要2~3个小时。

（2）批量试验的效率极低。通常加热使用的装料容器为刚玉、氧化镁、氧化锆等材质坩埚，而这些耐火材质的坩埚抗热裂性差，在加热过程中必须从室温放入炉膛随炉加热，并且需要冷却到800℃甚至更低的温度才能从从炉膛中取出。因此，采用传统硅钼棒熔融炉，可能一天只能加热1~2批物料，科研或生产效率极低。

为了解决这一问题，通常采用一个1300℃高温炉（一般是电阻丝炉或硅碳棒加热）与传统硅钼棒熔融炉匹配使用的方法来提高效率，即在加热或冷却过程中，当高温炉将装有物料的坩埚预热到1000~1300℃或者硅钼棒炉冷却到1200~1400℃时，待两个炉子温度相近时，将坩埚及物料转移到硅钼棒超高温炉内继续加热。由于这种方式通常为人工操作，并且转移过程时间较长，因而，一方面坩埚会长时间的暴露于空气中，容易导致坩埚的温度剧烈下降，进而使坩埚破裂或产生微小的裂纹，在硅钼棒炉内继续加热过程中坩埚破裂，内部的物料溢流于炉膛内使炉膛遭受破坏；另一方面，在人为转移坩埚的操作过程中，容易由于操作不当引发事故，甚至灼伤人员，存在很高的危险性。

发明内容

本发明的目的是克服现有高温实验连续操作的不足，提供一种操作简单便捷、效率与安全性高，且能够连续使用的实验用高温熔融炉。

一种双炉膛高温熔融炉，炉体结构如图1所示，主要由高温（<1300℃）与超高温(<1700℃)两个加热炉膛、炉底升降与转动机构、以及电控装置等部分构成；包括控制箱1、箱式炉膛炉门2、箱式炉膛3、保温耐火材料隔板4、井式炉膛炉口5、井式炉膛6、炉底孔7、铰链8、炉底盘9、圆锥定位套管10、空心球耐火砖11、炉底托12、转动轴13、圆锥台定位销14。箱式炉膛3与井式炉膛6布置于炉子上端的同一高度处，中间由保温耐火材料隔板4隔开；同时箱式炉膛炉门2向前开，井式炉炉口5向上开，便于炉门的开动及加热过程中观测与取样。两个炉膛的炉底所用的耐火板材料厚度要相同，同时还要在炉底上分别预留了两个直径大小相同的炉底孔7，炉底孔用于坩埚在箱式炉膛3与井式炉膛6之间的互换；炉底盘9为长方形盘状，能升降。在炉底盘四角连接有铰链8，铰链与电葫芦相连，通过控制电葫芦来完成升降。在炉底盘底部的四个角处焊接了四个圆锥定位套管10，用于与转动炉底托相连。在炉底盘中部安置了两块大小相同的耐火材料板，耐火材料板周围用耐火棉进行填充，同时在耐火材料板上放置上圆台形空心球耐火砖11，两砖的中心距离与炉底两孔的中心距离相同，砖的厚度与炉底耐材厚度相同。坩埚被放置于空心球耐火砖上，通过炉底盘9的升降便能实现坩埚的进出炉膛；在升降炉底盘）正下方是炉底托12，炉底托12作用是实现箱式炉膛3和井式炉膛6中的坩埚互换，炉底托也呈长方形并在上表面焊接有四个圆锥台定位销14，大小正好与炉底盘下的四个圆锥定位套管10匹配定位，当炉底盘下降到炉底托12上时，圆锥台定位销正好插入到圆锥定位套管中，然后通过转动轴13下方的电机带动炉底盘前后转动，使放置于空心球耐火砖11上的坩埚能随意的被调放于任意一炉膛下，然后上升炉底盘9将坩埚送入炉膛内。通过这样的方式便可实现箱式炉膛和井式炉膛中的坩埚互换。

高温炉膛采用电阻丝或者硅碳棒加热，超高温炉膛采用硅钼棒加热；高温炉膛炉底和超高温炉膛炉底具有相同的面积和形状，相互调换后对炉膛加热效果没有影响。

本发明的双炉膛高温熔融炉具体使用方法为可分为三种：                              

第一种为单独使用高温箱式炉膛，加热温度为1300℃以下，首先将炉底盘9下降，直到炉底盘9下方的圆锥定位套管10完全与炉底托上的圆锥台定位销14吻合，然后将装好物料的坩埚放置于箱式炉膛3下方的空心球耐火砖11上，上升炉底盘9将坩埚送入到箱式炉膛3内，其后与使用单体箱式炉一样，通过控制箱1设定好加热程序后开始加热。当加热结束后，可随炉冷却也可再将炉底盘9下降下来，然后用坩埚钳将坩埚夹出。

第二种为单独使用超高温井式炉膛，即从室温将坩埚在超高温井式炉膛内加热到1300℃~1650℃的高温，首先将炉底盘9下降，直到炉底盘下方的圆锥定位套管10完全与炉底托上的圆锥台定位销14吻合，然后将装好物料的坩埚放置于箱式炉膛下方的空心球耐火砖11上，再按动控制箱1上的转动按钮，炉底托12带动炉底盘9向后转动，将坩埚转到井式炉膛6下方，将炉底盘9上升到炉底处，其后与使用单体井式炉一样，通过控制箱1设定好加热程序后开始加热，当加热结束后可随炉冷却或将炉底盘9下降下来，再将炉底盘向前转动，然后用坩埚钳将坩埚夹出。

第三种为连续性使用超高温井式炉膛6（即：同时使用双炉），具体操作方式为，当超高温井式炉膛6从室温加热到高温第一次加热结束后，这时井式炉膛6内及其下方的空心球耐火砖11的温度都很高，由于坩埚抗热裂性差，因此无法直接将坩埚放到后端井式炉膛6下方的空心球耐火砖11上并将其送入到井式炉膛6内，同时通过自然降温井式炉膛内的温度冷却的室温会需要很长的时间，如井式炉膛6内的温度升高到1600℃左右时，降低到室温可能需要5~7小时，再加上升温所需的大约3小时，完成一次实验大约需要10小时，这样不仅增加了电量的消耗、实验费用及时间的浪费，同时降低了炉子的使用效率，更重要的是减缓了实验进度。

为了避免这些不足，每当井式炉膛6的温度从室温被加热到高温区后，应该将炉子的余温利用起来。因此在连续使用炉子时，操作顺序为当井式炉第一次加热结束后，停止井式炉膛6的加热，将炉底盘9降下来，这时前端箱式炉膛3下的空心球耐火砖11处于室温状态，因此可以直接将坩埚放于其上，然后再将坩埚上升到箱式炉膛3内，在大约1个小时内快速升温到1200℃，在这1个小时内井式炉膛6内的温度大约也降低到1200℃左右，这时将炉底盘9降到炉底托12上，然后按动操作箱1上的转动按钮使炉底盘9向后转动，将预热的坩埚转到后端井式炉膛6下方，最后上升炉底盘9将坩埚送入到井式炉膛6内继续加热，当加热结束后可随炉冷却或将炉底盘9降下来，为了方便的将坩埚取出，向前转动炉底盘9使坩埚转到前端的箱式炉膛3下方，然后用坩埚钳将坩埚夹出。同时在井式炉6加热及取放坩埚的这段时间内将箱式炉炉门2打开，由于箱式炉的炉门2较大散热速度较快，因此箱式炉膛3内的温度会降到室温，这样就可以按照上述操作继续进行实验，使实验能够连续进行。

本发明的双炉膛高温熔融炉的特点是高温箱式炉膛3和超高温井式炉膛6不仅可以单独使用，更重要的是它们可以协调在一起使用，特别是在连续使用高温炉膛时，用高温箱式炉膛先将坩埚预热，然后在超高温井式炉膛内继续加热，这样不仅可以避免坩埚由于热裂性差无法直接在高温下加热，更可贵的是能够提高超高温井式炉膛的使用效率、加快实验进度、节约时间。同时通过炉底盘的升降和炉底托的转动，坩埚可以方便、安全、快捷的进出炉膛及在两个炉膛之间的调换，避免热坩埚长时间暴露在空气导致其破裂。

附图说明

图1 为本发明结构示意图

1—控制箱；2—箱式炉膛炉门；3—箱式炉膛；4—保温耐火材料隔板；5—井式炉膛炉口；6—井式炉膛；7—炉底孔；8—铰链；9—炉底盘；10—圆锥定位套管；11—空心球耐火砖；12—炉底托；13—转动轴；14—圆锥台定位销。

具体实施方式

根据图1以及以熔化转炉渣为例对本发明实施方式作进一步描述：

转炉钢渣的主要成分为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、MgO、FeO、Fe₂O₃及单质Fe，其熔点为1600℃左右，用氧化镁坩埚将其熔化进行实验。

首先将称量好的转炉钢渣装入坩埚内，将炉底盘9下将，由于是第一次升温，空心球耐火砖11及炉膛都处于室温，因此可直接将坩埚放置在箱式炉膛3下方的前端空心球耐火砖11上，然后按动控制箱1上的转到按钮炉底托12带动炉底盘9向后转动，使坩埚转到后端的井式炉膛6下方，这样可以避免将坩埚直接放到后端井式炉膛6下方空心球耐火砖上由于操作距离长导致的操作不便的弊端。接着按动控制箱1上的上升按钮，上升炉底盘9将坩埚送到井式炉膛6内后，按照2小时从室温升到1200℃，1小时从1200℃升到1600℃开始加热的升温制度开始加热，等到温度升到1600℃后，停止井式炉膛6加热后再将炉底盘9下降，然后再向前转动炉底托12将坩埚转到前端，用坩埚钳将坩埚夹出。

为了加快实验进度，提高实验效率，在完成一次转炉钢渣熔化后需继续熔化转炉钢渣进行实验。由于这时刚才在井式炉膛6内随坩埚一起加热的空心球耐火砖11的温度很高，而箱式炉膛3内的空心球耐火砖11由于没有加热其仍处于室温状态，因此只能将坩埚放置于处于室温的空心球耐火砖11上，而由于上次实验炉底盘9的转动，这时室温的空心球耐火砖11处于后端的井式炉膛的下方，高温的空心球耐火砖11处于前端的箱式炉膛3内下方，所以在上次操作结束后需要再向后转动炉底托12，将室温的空心球耐火砖11转到前端，然后将盛好料的坩埚放于其上，并上升炉底盘9将坩埚送到箱式炉膛3内，然后按照升温制度1个小时内从室温升到1200℃。在这1小时及先前取坩埚的时间内井式炉膛6内的温度也降到了1200℃左右。当箱式炉膛3温度达到1200℃后，将炉底盘9下降并向后转动炉底托12，将坩埚转到后端井式炉膛6下方然后再上升炉底盘9将预热的坩埚送入到井式炉膛6内，继续再加热到1600℃。同时在井式炉6加热及取放坩埚的这段时间内将箱式炉炉门2打开，由于箱式炉的炉门口2较大散热速度较快，因此箱式炉膛3内的温度就又会降到室温，如果要继续熔化转炉渣则再按照上述操作方法继续则可。

通过以上这组连续的操作，将箱式炉膛3内的坩埚转移到井式炉膛6内大约只需要30秒，比人工用坩埚钳夹着预热的坩埚从一个单体箱式炉膛转移到一个井式炉膛内所用时间大幅减少，避免了由于热坩埚长时间的暴露于空气中导致热裂破碎，同时安全性也大大提高，减少了由于转移坩埚过程中事故的发生。

与单体超高温井式炉相比，如果单独使用井式炉将转炉钢渣从室温升到1600℃熔化需要3小时，使炉膛从1600℃降到室温大约需要7~8小时，因此熔融一次转炉钢渣大约需要10小时左右。而本发明在连续熔融转炉钢渣时只需1小时将钢渣在箱式炉膛内预热到1200℃，再需1小时在井式炉膛内从1200℃加热到1600℃，因而熔化一次转炉渣只需2小时，因此极大的提高了炉子的使用效率，缩短了实验周期、节约了大量时间。

Claims (4)

1.一种双炉膛高温熔融炉，其特征由<1300℃的高温与<1700℃的超高温两个加热炉膛、炉底升降与转动机构、以及电控装置部分构成；包括控制箱（1）、箱式炉膛炉门（2）、箱式炉膛（3）、保温耐火材料隔板（4）、井式炉膛炉口（5）、井式炉膛（6）、炉底孔（7）、铰链（8）、炉底盘（9）、圆锥定位套管（10）、空心球耐火砖（11）、炉底托（12）、转动轴（13）、圆锥台定位销(14)；箱式炉膛（3）与井式炉膛（6）布置于炉子上端的同一高度处，中间由保温耐火材料隔板（4）隔开；同时箱式炉膛炉门（2）向前开，井式炉炉口（5）向上开；两个炉膛的炉底所用的耐火板材料厚度要相同，同时还要在炉底上分别预留了两个直径大小相同的炉底孔（7），炉底孔用于坩埚在箱式炉膛（3）与井式炉膛（6）之间的互换；炉底盘（9）为长方形盘状，能升降；在炉底盘四角连接有铰链（8），铰链与电葫芦相连，通过控制电葫芦来完成升降；在炉底盘底部的四个角处焊接了四个圆锥定位套管（10），用于与转动炉底托相连；在炉底盘中部安置了两块大小相同的耐火材料板，耐火材料板周围用耐火棉进行填充，同时在耐火材料板上放置上圆台形空心球耐火砖（11），两砖的中心距离与炉底两孔的中心距离相同，砖的厚度与炉底耐材厚度相同；坩埚被放置于空心球耐火砖上，通过炉底盘（9）的升降便能实现坩埚的进出炉膛；在升降炉底盘（9）正下方是炉底托（12），炉底托（12）能实现箱式炉膛（3）和井式炉膛（6）中的坩埚互换，炉底托也呈长方形并在上表面焊接有四个圆锥台定位销（14），圆锥台定位销大小正好与炉底盘下的四个圆锥定位套管（10）匹配定位，当炉底盘下降到炉底托（12）上时，圆锥台定位销正好插入到圆锥定位套管中，然后通过转动轴（13）下方的电机带动炉底盘前后转动，使放置于空心球耐火砖（11）上的坩埚能随意的被调放于任意一炉膛下，然后上升炉底盘（9）将坩埚送入炉膛内。

2.如权利要求1所述的双炉膛高温熔融炉，其特征在于高温炉膛采用电阻丝或者硅碳棒加热，超高温炉膛采用硅钼棒加热；高温炉膛炉底和超高温炉膛炉底具有相同的面积和形状，相互调换后对炉膛加热效果没有影响。

3.如权利要求1或2所述的双炉膛高温熔融炉，其特征在于两个炉膛炉底部分固定在同一个炉底盘上，控制炉底盘升降同时实现两个炉膛底部升降台的升降；炉底盘底部有1-8个定位孔。

4.如权利要求3所述的双炉膛高温熔融炉，其特征在于在炉底盘下方有一个与炉底盘相平行的炉底托，炉底托顶部有接触传感器、1-8个定位销，在炉底盘中心位置垂线方向上有旋转轴；当炉底盘下降到炉底托上时，炉底盘底部定位孔与炉底托上的定位销实现匹配定位，并通过传感器控制停止下降；然后通过控制炉底托旋转，使炉底托和炉底盘共同快速旋转180°。 

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