CN203298593U

CN203298593U - 高温氢气烧结电阻炉

Info

Publication number: CN203298593U
Application number: CN2013201848288U
Authority: CN
Inventors: 王士维; 岛井骏藏; 周国红; 邓先功; 金红波; 程田厚
Original assignee: Luoyang Cen Lon Ceramics Co ltd; Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Luoyang Cen Lon Ceramics Co ltd; Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-04-12

Abstract

本实用新型是有关于一种高温氢气烧结电阻炉，其包括炉架、炉体、炉膛、机械传动升降设备、水冷设备及充气控制设备；其中，该炉体安装在炉架上，其炉壳为双层水冷结构，内部设有冷却腔，该炉体的上下部分设有炉盖和炉底，同时该炉体与炉盖和炉底相接触的部位设有密封圈，同时形成环形冷却腔，该环形冷却腔位于密封圈内侧；该炉底上固设有物料台；该炉盖安装有进水口、出水口及进气口，该炉底安装有出气口；该炉膛位于炉体内，其内安装有加热元件，而加热元件与电极连接；该机械传动升降设备包括升降台和传动机构，传动机构两端固定在炉架上，升降台与炉底连接。借由本实用新型，能够实现在氢气气氛下常压高温的烧结，且设备简单，操作也很简易。

Description

高温氢气烧结电阻炉

技术领域

本实用新型涉及一种烧结设备，特别是涉及一种在氢气气氛下实现常压高温烧结的高温氢气烧结电阻炉。

背景技术

1959年，Coble R.L.研制出了第一块半透明氧化铝陶瓷，开创了透明陶瓷研究和应用的新纪元。透明陶瓷作为一种新兴材料除了具有透光性外，还具有高热导率、低电导率、低介电常数和介电损耗、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀性好等一系列优异的综合性能。与玻璃材料相比，透明陶瓷具有高强度、高硬度、高韧性以及更好的抗表面损坏性能；与单晶相比，透明陶瓷具有制备温度低、工艺简单和生产周期短的优点，而且在尺寸和结构上比单晶更容易控制。因此，透明陶瓷越来越受到世界各国的高度关注，并且在照明技术、光学、特种仪器制造、电子技术及高温技术、航空航天以及国防、军事工业等领域获得日益广泛的应用。目前研究的透明陶瓷包括氧化物透明陶瓷如Al₂O₃、Y₂O₃、YAG、MgO、TiO₂、ZrO₂、PLZT等和非氧化物陶瓷如CaF₂、AlN、AlON、Si₃N₄、Sialon等。

透明氧化铝陶瓷是目前研究及应用最为广泛的透明陶瓷材料。在高强度气体照明技术领域，利用它的透光性、耐高温以及耐腐蚀性能，成为高压钠灯的关键部件，每年世界上共生产7000万只透明氧化铝陶瓷管，主要用于广场、街道、机场等大空间照明。1993年以来，透明氧化铝陶瓷管又成为陶瓷金卤灯的关键部件，早期国际市场上主要有荷兰Philips、德国Osram、美国GE和日本的NGK能生产透明氧化铝陶瓷管。2005年以来，随着中国成为全球最大的电光源生产制造中心和市场销售中心，其中高压钠灯产量达到2400万只，占HID高强度气体放电灯产量的25%，透明氧化铝陶瓷管的产业化得到了飞速发展，生产厂家由80年代初的四家发展到现在的十几家，其中浙江中科天一照明、沈阳玻璃研究院、南京三乐、上海飞亚生产能力都已达到年产百万支规模。

关键部件透明氧化铝陶瓷管的制备技术中，高温氢气烧结是关键工艺之一，能有效地排除素坯中的气孔、促进陶瓷的致密化，并保证产品的透光度。现有的高温氢气烧结设备，往往采用了钨、钼和304耐热不锈钢作为保温隔热层，存在以下几个方面的问题：一、钨、钼贵金属价格高；二、多层挡热屏之间连接工艺繁琐，而且由于金属的刚性中间筒壁、上盖和下底之间很难实现无缝连接，隔热效果不佳；三、长时间高温使用钨、钼发生热变形、变脆导致整块挡热屏报废。此外，为了保证加热区域的均匀性，普遍采用了钨丝编织成的网作为发热元件，制作过程中需要氩弧焊设备，工艺复杂，发热元件造价昂贵。因此，带来的结果是真空氢气炉烧结设备造价和单位产品能耗居高不下，不利于透明陶瓷材料的产业化发展。

由此可见，上述现有的烧结电阻炉在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决烧结电阻炉存在的问题,相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是在提供一种高温氢气烧结电阻炉,其能够实现在氢气气氛下常压高温的烧结，且设备简单，操作也很简易。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。本实用新型一种高温氢气烧结电阻炉，其包括炉架、炉体、炉膛、机械传动升降设备、水冷设备及充气控制设备；其中，该炉体安装在炉架上，其炉壳为双层水冷结构，内部设有冷却腔，该炉体的上下部分设有炉盖和炉底，同时该炉体与炉盖和炉底相接触的部位设有密封圈，同时形成环形冷却腔，该环形冷却腔位于密封圈内侧；该炉底上固设有物料台；该炉盖上安装有进水口、出水口及进气口，该炉底上安装有出气口；该炉膛位于炉体内，其内安装有加热元件，而加热元件与电极连接；该机械传动升降设备包括升降台和传动机构，传动机构两端固定在炉架上，升降台与炉底连接；水冷设备的进水管道与该进水口相连接，水冷设备的出水管道与该出水口相连接；充气控制设备的进气管道与该进气口相连接，充气控制设备的排气管道与该出气口相连接。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的所述高温氢气烧结电阻炉，其中该炉膛采用高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料。

较佳的，前述的所述高温氢气烧结电阻炉，其中该高温氢气烧结电阻炉还包括电控和温控设备。

较佳的，前述的所述高温氢气烧结电阻炉，其中该炉体与炉底之间设有锁紧装置。

较佳的，前述的所述高温氢气烧结电阻炉，其中该炉膛采用单块加工分层砌筑而成的圆形炉膛，同时其顶部采用拱形结构。

较佳的，前述的所述高温氢气烧结电阻炉，其中该加热元件采用并联钨丝。

借由上述技术方案，本实用新型高温氢气烧结电阻炉至少具有下列优点及有益效果：

1、本实用新型主要应用于透明陶瓷的常压烧结，在透明陶瓷的烧结过程中充分利用氢气的物理和化学特性，有利于透明陶瓷内部气孔的消除，使得烧结体中的气孔率得到接近理论密度的透明陶瓷。

2、本实用新型采用高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料建造炉膛，实现保温隔热，相对于传统的采用多层钨、钼以及304耐热不锈钢作为挡热屏的设计，它更纯净、蓄热量小和节能，易于加工而且成本更低，能实现工业化上规模生产。

3、本实用新型采用并联绕制的钨丝作为加热元件,替代了制作工艺复杂的钨丝网编织体等加热元件，具有制备工艺简单及成本低的特点，且节能效果显著。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型高温氢气烧结电阻炉的主视剖面图。

图2为本实用新型高温氢气烧结电阻炉的侧视剖面图。

图3为本实用新型高温氢气烧结电阻炉的俯视图。

图4为本实用新型的充气控制设备的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种高温氢气烧结电阻炉其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参阅图1、图2及图3所示，为本实用新型高温氢气烧结电阻炉的主视剖面图、侧视剖面图及俯视图。本实用新型高温氢气烧结电阻炉为单室烧结炉，包括炉架1、炉体2、炉膛3、机械传动升降设备4、水冷设备5及充气控制设备6。

炉体2安装在炉架1上，其中炉壳为双层水冷结构，其内设有冷却腔21，该炉体2的上下部分设有炉盖22和炉底23，同时该炉体2与炉盖22和炉底23相接触的部位设有密封圈，同时形成环形冷却腔，该环形冷却腔位于密封圈内侧，以便于氢气炉工作时通冷却水，降低炉体中该密封圈的温度，避免密封圈因高温炭化而失去密封作用；而炉体2与炉底23之间设有锁紧装置，来实现炉体2与炉底23的锁紧，使炉体2密封；该炉底23上固设有物料台，用于将待烧结物送进该高温氢气烧结电阻炉。其中，该炉盖22上安装有进水口7、出水口8及进气口9，该炉底23上安装有出气口10。氢气从进气口9进入炉膛3，由出气口10排出，实现氢气在炉膛3内部的循环流通，实现氢气的烧结环境。

炉膛3是本实用新型的保温隔热层，位于炉体2内，其采用高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料加工而成，该高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料的密度为1.2～1.6g/cm3，Al2O3≥99.5％，热导率为1～2W/m·K；该炉膛3内安装有加热元件31，加热元件31与电极32连接，靠法兰固定。在本实施例中，该加热元件31是由几根直径相同的钨丝并联绕制而成的，该电极32采用铜丝，但并不以此为限。在本实施例中，该炉膛3采用单块加工分层砌筑而成的圆形炉膛，同时该炉膛3的顶部采用拱形结构，能够保证炉膛3在高温条件下长期使用时不会出现炉顶坍塌、炉壁歪斜等，增强了稳定性。

机械传动升降设备4包括升降台41和传动机构42。其中，该升降台41与炉底23连接，传动机构42两端固定在炉架上，升降台41在传动机构42的作用下上下移动，从而带动炉底23和物料台进出炉膛3，即采用底部进料方式，物料台与炉膛3之间采用凸凹结构相互衔接，从而减少热量流失。升降台41带有缓冲装置，可减少下炉盖关闭时的冲击，可以平稳地升降及方便装卸料。传动机构42由电机、减速机、梯形丝杠、导向柱及支承架等组成，以带动升降台41上下移动。另外，该机械传动升降设备4还包括限位安全装置，借由该限位安全装置，可实现自动停止，又能防止误操作造成设备损坏。

水冷设备5主要为炉壳、电极以及炉体的密封件提供冷却，防止温度过高和炉体过热而造成意外。该水冷设备5由水泵、不锈钢回水箱、压力表、水压传感器、管道过滤器、温度传感器、进水管道及出水管道等组成，其中进水管道与进水口7相连接，出水管道与出水口8相连接。在该水冷设备5中，水泵提供动力为炉体进行冷却，冷却水会从进水口7进，从出水口8出，再通过管道汇集到不锈钢回水箱，保证该高温氢气烧结电阻炉的正常工作。

该充气控制设备6的结构如图4所示，是由进气管道、排气管道、电动进气阀、泄压阀、压力传感器、防爆电磁阀、流量计等组成双路充气系统。参阅图4，气体进气管道50与进气口9焊接连通，管道上安装专用流量计51和专用防爆电磁阀52，在炉底上安装出气口10处，安装有专用防爆电磁阀54用于停炉后排净炉膛3内的残留气体。出气口10焊接排气管道55，并安装专用防爆电磁阀56；在管道出口处安装专用阻火器57防止氢气排出燃烧过程中回火造成事故。在专用防爆电磁阀56前安装保护气体管道60和61，并安装专用流量计62、专用防爆电磁阀63和64。每次烧结前，首先打开专用防爆电磁阀63，通过保护气体管道60向炉膛3通入氮气排出炉内空气，再关闭专用防爆电磁阀63；然后打开专用防爆电磁阀52，通过进气管道50向炉内通入氢气，打开专用防爆电磁阀56，通过管道55将氢气排出炉膛，在阻火器57燃烧。在烧结过程中出现紧急情况下，打开专用防爆电磁阀64，关闭专用防爆电磁阀52，向炉内大量通入保护气体氮气，防止危险事故发生。

本实用新型还包括电控和温控设备，其中该电控和温控设备由控制柜、晶闸管调压器、复合真空计、双色红外测温仪、FP23温控仪，接口模块等组成，其中，电控设备与电极32相连接，温控设备与炉膛内测温元件（热电偶）相连接。温度控制由热电偶或双色红外测温仪将信号传送给FP23温控仪，按事先设定好的曲线控制升温、保温、降温等过程，控温精度可达到±0.1%FS。

下表1中高温氢气烧结电阻炉A为6层钨、5层钼和1层304耐热不锈钢组成的挡热层，发热元件为钨丝网编织体；高温氢气烧结电阻炉B则是高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料形成的保温隔热层，发热元件为并联钨丝。这两种高温氢气烧结电阻炉具有相同的有效加热区域（直径400mm*500mm），但A的额定功率为150KW，B的额定功率为50KW，对烧结过程中的能耗进行了对比试验，结果见表1中数据。表明：同样温度下保温，B的能耗只有A的1/2～1/3，具有显著的节能效果。

表1两种高温氢气烧结电阻炉的能耗比较

高温氢气烧结电阻炉	A	B	B/A
				额定功率（KW）	150	50	1/3
500℃	32.7	7.8	＜1/4
				1000℃	42.8	15.8	1/2＞0.37＞1/3
1300℃	52.1	20.3	1/2＞0.39＞1/3
				1500℃	62.9	28.5	1/2＞0.45＞1/3
1600℃	66.3	28.8	1/2＞0.43＞1/3
				1750℃	77.3	29.9	1/2＞0.39＞1/3
1800℃	81.8	30.6	1/2＞0.37＞1/3
				1820℃	85.1	31.3	1/2＞0.37＞1/3
1850℃	86.3	33.9	1/2＞0.39＞1/3

经过实践证明：本实用新型高温氢气烧结电阻炉，采用高纯多孔氧化铝陶瓷材料作为炉膛建造材料实用性很高，完全替代了其他的材料很大程度上降低了生产成本。在常压氢气气氛下烧结充分利用氢气原子半径小易于扩散和而有利于气孔消除的物理和气氛条件气孔内气体被置换而很快扩散易于气孔消除的化学特性烧结得到接近理论密度的透明陶瓷。解决了常用真空烧结在高温下保持高真空度的技术性难题。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其包括炉架、炉体、炉膛、机械传动升降设备、水冷设备及充气控制设备；

其中，该炉体安装在炉架上，其炉壳为双层水冷结构，内部设有冷却腔，该炉体的上下部分设有炉盖和炉底，同时该炉体与炉盖和炉底相接触的部位设有密封圈，同时形成环形冷却腔，该环形冷却腔位于密封圈内侧；该炉底上固设有物料台；该炉盖上安装有进水口、出水口及进气口，该炉底上安装有出气口；该炉膛位于炉体内，其内安装有加热元件，而加热元件与电极连接；该机械传动升降设备包括升降台和传动机构，传动机构两端固定在炉架上，升降台与炉底连接；

水冷设备的进水管道与该进水口相连接，水冷设备的出水管道与该出水口相连接；充气控制设备的进气管道与该进气口相连接，充气控制设备的排气管道与该出气口相连接。

2.根据权利要求1所述的高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其中该炉膛采用高纯多孔氧化铝陶瓷隔热材料。

3.根据权利要求1所述的高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其中该高温氢气烧结电阻炉还包括电控和温控设备。

4.根据权利要求1所述的高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其中该炉体与炉底之间设有锁紧装置。

5.根据权利要求1所述的高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其中该炉膛采用单块加工分层砌筑而成的圆形炉膛，同时其顶部采用拱形结构。

6.根据权利要求1所述的高温氢气烧结电阻炉，其特征在于其中该加热元件采用并联钨丝。