CN112179130B - 一种高温均匀性的钟罩炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温均匀性的钟罩炉，该钟罩炉为方形或圆形钟罩式结构，壁体由外而内固定设为炉体外壳和炉体耐火内层，炉侧壁设有若干条含流量计、三通接头和进气管的独立进气通路，进气管经炉侧壁上的通气孔伸入炉腔内，伸入炉腔部分管壁周向均匀分布若干出气孔；硅钼棒均匀排布垂吊于炉腔边缘，长度略小于炉腔高度；炉门为自下而上固定设有炉门耐火内层和炉门外壳的升降式结构，炉门耐火内层为多层对称蛋糕式结构，单层面积自下而上依次减小，底层横截面大于炉腔横截面。本发明的钟罩炉炉门结构设计可改进硅钼棒弯曲底部加热温度低的问题，多分路和不同流量进气使炉内气体循环流动，有效工作区的温度差达到±1℃，提高炉内高温均匀性。

Description

一种高温均匀性的钟罩炉
技术领域
本发明涉及一种高温均匀性的钟罩炉。
背景技术
钟罩炉是用于很多材料烧结的常用设备，由于电加热高温钟罩炉具有高温和工艺操作的灵活性，在微波铁氧体和氧化锆、氧化铝等特种陶瓷行业被广泛地使用。随着市场需求的不断变化，对产品的性能、形状、尺寸精度等要求，对产品烧结温度的均匀性要求更高。现有1500℃以上的高温硅钼棒加热钟罩炉，一般为圆形或方形，U型硅钼棒加热，均匀排布垂吊在炉膛侧面。由于硅钼棒高温会伸长，选用硅钼棒的加热端长度比炉膛高度短一些，与下部保持一定的伸长间隙，如图1所示。这样容易形成上部温度高、下部温度低的现象，导致炉腔内部产生上下温差，温度越高的高温炉温差越大，有的高达几十度。通常高于1500℃的高温烧结炉，标称值大都是±5℃，对于一些对温度均匀性高的材料，难以满足其要求。
为改善上述情况，提高高温均匀性进行很多改进,如：为保证炉膛热场均匀，设计时保持炉膛四周热阻一致；炉膛顶部散热较大，顶部保温层一般适当加厚等。陈跃峰等(陈跃峰，齐建平，提高电加热高温钟罩炉温度均匀性方法及应用，陶瓷，2015年3月，P27)设计一种电加热高温钟罩炉炉膛的特殊温区——下部补偿独立温区，较好地缩小炉膛截面的上下温差。方法如下：在窑炉炉膛内增设一种特殊硅钼棒的加热元件，使加热元件总长度不变，缩短加热元件的热端，加大加热元件的冷端，即加热元件较长的冷端部分伸进炉膛，并在炉膛下端增设温度控制点，控制下部特殊温区温度。当特殊加热元件工作时，由于发热端位于炉膛截面下部，加热元件的主要功率在炉膛下部位置释放，相应的增加炉膛下部的加热功率，提高下部的实际温度。改进前，常规结构的钟罩炉内最大温差为20℃(最高1653℃，最低1633℃)，增加特殊温区后炉最大温差为±3℃(最高1652℃，最低1646℃)，钟罩炉的温度均匀性有明显提高。
欧阳建等(申请号201811277258.0的专利：一种钟罩炉)在活动炉门上设置进气口，保护气氛经过炉膛侧壁的进气口进入炉膛，基于现有钟罩炉的保护气氛通入装置都是仅在炉膛的侧壁上设置进气口设计。该进气方式虽然结构简单、维护便捷，但不利于温度均匀性和气氛场均匀性，在持续大进气量情况下，容易造成靠近炉膛内壁部位和进气点附近温度较低、保护气氛浓度较高，而炉膛中部位置和底部温度较高、保护气氛浓度较低，从而导致产品质量较差。上述钟罩炉侧壁进气量非常大导致底部和顶部温度较高时适用，但如果炉壁进气口进气量不大则不适用，因为炉门在最下面(即底部进气)，本来底部温度最低，再进气，使炉内底部温度更低，进一步增大温差。另外，炉门是活动装置，炉门上进气，增加设备的复杂性，降低设备的安全可靠性。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种高温均匀性的钟罩炉，通过对现有钟罩炉炉门进行设计改进，使钟罩炉的工作区域在加热棒竖直部分，同时通过进气气路分布、不同流量的控制，调节炉内温度的均匀性。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种高温均匀性的钟罩炉，包括：流量计、三通接头、进气管、炉体外壳、炉体耐火内层、硅钼棒和炉门，所述钟罩炉为方形或圆形钟罩式结构，其壁体由外而内固定设置为炉体外壳和炉体耐火内层，炉侧壁设有若干条含有流量计、三通接头和进气管的独立进气通路，所述进气管经炉侧壁上均匀分布的通气孔伸入炉腔内，伸入炉腔部分管壁周向均匀分布若干出气孔；硅钼棒，均匀排布垂吊于所述钟罩炉的炉腔边缘，其长度略小于炉腔高度；
炉门，为自下而上固定设有炉门耐火内层和炉门外壳的升降式结构，所述炉门耐火内层为多层对称蛋糕式结构，单层面积自下而上依次减小，底层横截面大于所述钟罩炉的炉腔横截面，在炉腔内形成梯度加热工作区。
进一步，所述进气通路的进气同源且可经所述流量计分别控制进气流量。
进一步，所述炉门耐火内层为不低于三层的对称蛋糕式结构，单层厚度为1-10cm，单层内径自下而上依次减小4-10cm，自下而上第二层的横截面与炉腔横截面相同。
进一步，所述进气通路自上而下设为三路，进气流量比为2：3：5。
进一步，所述进气管的材质选自氧化锆或刚玉。
进一步，所述炉体耐火内层和炉门耐火内层的材质选自陶瓷纤维、刚玉砖、刚玉莫来石砖、氧化铝纤维压缩棉中的一种。
进一步，所述硅钼棒为U型硅钼棒，沿所述钟罩炉炉腔边缘均匀分布且可伸入其底部加热区。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)炉门采用多层蛋糕式结构，可以改进U型硅钼棒弯曲底部加热温度低的问题，提高炉内温度均匀性。
(2)采用多分路进气和不同流量控制进气，让炉内气体循环流动，提高炉内的温度均匀性，使炉内有效工作区的温度差达到±1℃。
(3)通过将进气管进气端伸入炉腔内，并且伸入部分管壁周向分布出气孔，在炉内形成周向气体微扰动，提高炉内的温度均匀性。
附图说明
图1是现有钟罩炉的结构示意图；
图2是本发明中钟罩炉的结构示意图；
图3是图2中A部位的局部放大图；
图4是现有钟罩炉炉门的结构示意图；
图5是本发明中钟罩炉炉门的结构示意图；
附图说明如下：
1-流量计、2-三通接头、3-进气管、4-炉体外壳、5-炉体耐火内层、6-硅钼棒、7-通气孔、8-炉门、10-炉门耐火内层、9-炉门外壳、11-出气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细、完整的说明：
如图1所示，现有钟罩炉的炉体由炉门8、炉体外壳4、炉体耐火内层5、硅钼棒6和通气孔7构成，进气通道同源，且由一个流量计1控制多条进气通道，炉门8的打开和关闭是升降方式。通气孔7有三排，每排有四个孔，均匀分布，共有12个，该通气孔7通常用于赶走炉内的原有气体，实现气氛保护。硅钼棒6是加热棒，根据炉腔大小，设定其数目。耐火内层是根据炉温和环保要求选择适用材料，实现保温功能。
如图2和3所示，本发明的钟罩炉为圆形钟罩式结构，其壁体由外而内固定设置为炉体外壳4和炉体耐火内层5，炉侧壁设有若干条含有流量计1、三通接头2和进气管3的独立进气通路，进气管3经炉侧壁上均匀分布的通气孔7伸入炉腔内，伸入炉腔部分管壁周向均匀分布若干出气孔11；硅钼棒6均匀排布垂吊于所述钟罩炉的炉腔边缘，其长度略小于炉腔高度；炉门8为自下而上固定设有炉门耐火内层10和炉门外壳9的升降式结构，炉门耐火内层10为多层对称蛋糕式结构，单层面积自下而上依次减小，在炉腔内形成梯度加热工作区，炉门耐火内层10的底层横截面大于炉腔横截面。
如图4所示，为现有技术中的钟罩炉炉门结构，其炉门耐火内层10为两层结构，上层横截面与钟罩炉横截面相同。如图5所示，本发明的圆形钟罩炉中，炉门结构的炉门耐火内层10可为三层对称蛋糕式结构，单层厚度为5cm，单层内径自下而上依次减小5cm，第二层横截面与炉腔横截面相同。
在一实施方式中，硅钼棒为U型硅钼棒，沿钟罩炉炉腔边缘均匀分布且可伸入其底部加热区，炉腔内有梯度分布的耐火内层保温，辐射温度场均匀。
在一实施方式中，进气通路设为三路，进气同源且可经流量计1分别控制进气流量。采用多气路不同流量通气，通气孔7有三排，每排有四个孔，均匀分布，该通气孔7通常用于赶走炉内的原有气体，实现气氛保护，根据通气前炉内温度情况，设定不同流量的进气流量组合，通过气体的流动降低炉内温度差，使整个炉内温度均匀。
在一实施方式中，进气管3的材质选自氧化锆或刚玉。
在一实施方式中，炉体耐火内层5和炉门耐火内层10的材质均为陶瓷纤维，实现保温功能。
采用如图2所示的钟罩炉体结构进行加热，以3排进气口为例，炉腔有效加热区域为300mm×300mm，烧结温度为1550℃，流量计自上而下依次标记为：
1号、2号和3号，且1号、2号和3号流量计的进气流量分别为2、3和5(单
位为L/min)，在上述有效加热区域内放置15个测温环，测量上、中、下三层，每层5个测温环(分布于四周边缘+中间)，保温3小时，得到炉内最大温差为±1℃(最高1551℃，最低1549℃)。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温均匀性的钟罩炉，包括：流量计、三通接头、进气管、炉体外壳、炉体耐火内层、硅钼棒和炉门，其特征在于，
所述钟罩炉为方形或圆形钟罩式结构，其壁体由外而内固定设置为炉体外壳和炉体耐火内层，炉侧壁设有若干条含有流量计、三通接头和进气管的独立进气通路；
所述进气管经炉侧壁上均匀分布的通气孔伸入炉腔内，伸入炉腔部分管壁周向均匀分布若干出气孔；
硅钼棒，均匀排布垂吊于所述钟罩炉的炉腔边缘，其长度略小于炉腔高度；
炉门，为自下而上固定设有炉门耐火内层和炉门外壳的升降式结构，所述炉门耐火内层为多层对称蛋糕式结构，单层面积自下而上依次减小，底层横截面大于所述钟罩炉的炉腔横截面，在炉腔内形成梯度加热工作区；
所述进气通路的进气同源，可经所述流量计分别控制进气流量；
所述进气通路自上而下设为三路，且进气流量比为2：3：5。
2.根据权利要求1所述的钟罩炉，其特征在于，所述炉门耐火内层为不低于三层的对称蛋糕式结构，单层厚度为1-10cm，单层内径自下而上依次减小4-10cm，且自下而上第二层的横截面与炉腔横截面相同。
3.根据权利要求1所述的钟罩炉，其特征在于，所述进气管的材质选自氧化锆或刚玉。
4.根据权利要求1所述的钟罩炉，其特征在于，所述炉体耐火内层和炉门耐火内层的材质选自陶瓷纤维、刚玉砖、刚玉莫来石砖、氧化铝纤维压缩棉中的一种。
5.根据权利要求1所述的钟罩炉，其特征在于，所述硅钼棒为U型硅钼棒，沿所述钟罩炉炉腔边缘均匀分布且可伸入其底部加热区。
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