CN207210273U - 一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备 - Google Patents

Abstract

一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备，涉及陶瓷棉制备技术领域。包括高温陶瓷熔融装置和陶瓷棉喷吹装置，高温陶瓷熔融装置包括高频电源(1)、高频感应线圈(2)、水冷坩埚(3)、耐热绝缘底座(4)、导流管(5)、点火环及循环冷却组件，陶瓷棉喷吹装置包括喷嘴(6)、配气系统和陶瓷棉收集桶(7)。本实用新型采用高频电源，水冷铜坩埚石墨电极点火熔炼，雾化喷吹，实现了高纯陶瓷的熔化及纤维棉喷吹制备，可以连续加料、连续喷吹、熔化温度高、原料损耗少、坩埚使用寿命长且不会与物料产生反应，设备成本低廉，制得的陶瓷棉纯度高、耐热性好。

Description

一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备

技术领域

本实用新型涉及陶瓷棉制备技术领域，具体涉及一种利用高频冷坩埚熔炼喷吹制备陶瓷棉的设备。

背景技术

陶瓷棉由于导热率、加热收缩率和热容都较低，耐热温度高，同时具有极高的化学稳定性，可在酸性环境、氧化气氛、还原气氛和真空条件下使用，对碱性环境也有一定耐蚀性，主要用作绝热耐火材料，在冶金炉、陶瓷烧结炉或其它高温炉中作护身衬里的隔热材料。由于其耐高温、密度小，绝热性好、热容量小，不仅可以减轻炉体质量，而且可以提高控温精度，节能效果显著。

目前制备陶瓷棉的方法主要包括淤浆法、焰熔法、溶胶-凝胶法、预聚合法、卡内门法、浸渍法、熔融抽丝法等，其中以淤浆法、溶胶-凝胶法、卡内门法为主，其制备的陶瓷棉使用温度均能达到1000℃以上，高的可到1600℃，满足了大部分高温领域的应用。但随着科学技术的发展，在一些特殊领域要求使用温度越来越高，如蓝宝石单晶制备领域要求耐温超过2200℃，航天领域隔热材料要求耐温1800℃以上，高温合金制备领域的隔热保温材料均要求高于1600℃，现有方法制备的陶瓷棉由于制备过程中均需添加低熔点的粘接剂、稳定剂等物质，致使陶瓷棉中高温陶瓷含量降低，普遍低于95％，导致陶瓷棉使用温度难以提高。现有方法为提高陶瓷棉的使用温度，需要提高陶瓷棉中陶瓷的含量，这样又导致后续工艺难以实现。

高温陶瓷一方面由于熔化温度较高，常规熔炼方法难以达到熔化温度，且耐高温坩埚的选择困难，使用寿命较低。另一方面陶瓷材料为绝缘材料，无法采用常规高频感应熔炼。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本、可制备耐高温高纯陶瓷棉的设备。

所采取的技术方案是：一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备，包括高温陶瓷熔融装置和陶瓷棉喷吹装置。

高温陶瓷熔融装置包括高频电源、高频感应线圈、水冷坩埚、耐热绝缘底座、导流管、点火环及循环冷却组件。高频电源频率为400～1000kHz。高频感应线圈采用紫铜管制成，线圈两端分别与冷却循环水进出水口相连。水冷坩埚主体由坩埚壁、固定绝缘圈、底部圆盘组成；将外径8-20mm、壁厚1-3mm和长度300-1000mm的紫铜管对折，使铜管管壁间距为1-3mm，紫铜管两端插入聚四氟乙烯或耐温胶合绝缘圈(绝缘圈厚度为10-30mm，内径和外径根据坩埚直径而定)上圆周均布的圆孔内组成坩埚壁；紫铜管端部伸出绝缘圈50～100mm，向外弯折固定于绝缘圈上，端口分别与进水分水器和出水集水器相连；坩埚底部采用带中心孔的圆环铜板(铜板厚度为2～5mm，外径及中心孔直径与坩埚内径及导流管外径匹配)制成，铜板底部焊接水冷盘管(水冷盘管外径为6～12mm)，水冷盘管的进出水管穿过聚四氟乙烯圆盘并置于之上，分别与进水分水器和出水集水器相连。在坩埚下面有耐热绝缘底座，用于将坩埚和金属工作平台分开，厚度为30-50mm，外径尺寸根据坩埚尺寸而定。导流管穿过坩埚底部中心孔置于下部喷嘴中。

由于固态高纯陶瓷不能实现高频感应加热，故该装置使用过程中匹配有石墨或金属铱电极点火环，以实现启动熔池的形成和后续的高纯陶瓷感应加热、熔化过程。根据需要，通过采用不同的铜管数量进行组合来实现坩埚直径的变化。坩埚壁水冷铜管端口分别与进水分水器和出水集水器相连，分、集水器分别连接外部的进、出水管，进出水管连接循环冷却水系统，实现坩埚本身的循环冷却和温度控制，从而减少坩埚工作中的自损耗和对被加热物质的污染，同时延长坩埚使用寿命。坩埚底部圆盘的中间开有内径为10-20mm的圆孔，用于放置导流管使熔融液导入喷嘴中部。另外，在底部圆盘铜板的下面焊接有圆盘形环绕的铜管，铜管两端连接进水和出水，以冷却底部铜板和保护坩埚底。

陶瓷棉喷吹装置包括喷嘴、配气系统和陶瓷棉收集桶。喷嘴与配气系统相连，根据不同材料工艺要求可以使用压缩空气、惰性气体等；喷嘴喷气的角度根据工艺要求可调(范围角度30°-75°)。喷嘴与陶瓷棉收集桶连接。收集桶采用双层水冷结构，用于陶瓷棉的冷却；收集桶底部为出料口；收集桶下部与支架相连，支架装有轮子，便于收集桶的清理操作。

本实用新型的有益效果是：启动本设备之前，应先将高纯陶瓷粉末与去离子水混合制团后均匀涂布在水冷坩埚外壁，经预热后成壳，壳层材料即为熔炼材料，熔炼过程中不会对熔融陶瓷造成污染，保障了陶瓷熔液的高纯度，从而使喷吹制备的陶瓷棉纯度接近原料纯度，且壳层可以多次重复使用。采用400kHz以上高频电源，水冷铜坩埚石墨电极点火熔炼，并与雾化喷吹系统连接，实现了高纯陶瓷的熔化及纤维棉喷吹制备，可以连续加料、连续喷吹、熔化温度高、原料损耗少、坩埚使用寿命长且不会与物料产生反应，应用本实用新型的技术方案，坩埚制造成本低廉，制备工艺简单，制得的陶瓷棉纯度高、耐热性好，在高纯陶瓷棉制备领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为突出本实用新型特点，附图中仅表示出了与本实用新型内容密切相关的必要组件，而略去了例如循环冷却组件、配气系统等其他组件。

图1为本实用新型耐高温高纯陶瓷棉制备设备示意图

图2为本实用新型高温陶瓷熔融装置示意图

图3为本实用新型陶瓷棉喷吹装置示意图

具体实施方式

下面，参照附图对对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备，包括高温陶瓷熔融装置和陶瓷棉喷吹装置。

如图2所示，高温陶瓷熔融装置包括高频电源1、高频感应线圈2、水冷坩埚3、耐热绝缘底座4、导流管5及循环冷却组件。高频电源1频率为450kHz。高频感应线圈2采用外径10mm、壁厚1.5mm紫铜管制成，线圈内径为120mm，线圈匝数为3匝，线圈两端采用内径为10mm的橡胶管分别与冷却循环水进出水口相连。水冷坩埚3主体由坩埚壁、固定绝缘圈、底部圆盘组成；将外径8mm、壁厚1mm和长度400mm的紫铜管对折，使铜管管壁间距为1.5mm，紫铜管两端插入聚四氟乙烯绝缘圈上圆周均布的24个直径8mm的圆孔内组成坩埚壁，绝缘圈外径为150mm，内径为100mm，厚度为10mm；紫铜管端部伸出绝缘圈50mm，向外弯折固定于绝缘圈上，端口分别与进水分水器和出水集水器相连；坩埚底部采用带中心孔的圆环铜板制成，铜板厚度为3mm，外径为98mm，中心孔直径为10mm，铜板底部焊接水冷盘管，水冷盘管外径为6mm，壁厚为1mm，圆环铜板与水冷盘管采用黄铜焊条氧乙炔火焰焊接，水冷盘管的两端折弯成90℃穿过聚四氟乙烯圆盘，水冷盘管的进出水管采用乳胶管分别与进水分水器和出水集水器相连。导流管5为钨管，外径为10mm，内径为4mm，长度为50mm，穿过坩埚底部中心孔置于下部喷嘴6中。

如图3所示，陶瓷棉喷吹装置包括喷嘴6、配气系统和陶瓷棉收集桶7。喷嘴6材质为304不锈钢，外径为150mm，内径为20mm，进气口为4个，进气管内径10mm，喷嘴喷口角度为60℃。喷嘴6与陶瓷棉收集桶7通过螺丝连接。陶瓷棉收集桶7采用304不锈钢制作，为带水冷夹层结构，筒体直径600mm，高度1400mm，上下均为锥形，中段为圆筒形，上锥口与喷嘴6相连，下锥口底部的出料口8与陶瓷棉收集袋连接，收集桶7下部与支架9相连，支架9装有轮子，便于收集桶7的清理操作。

采用本实例进行高纯氧化铝棉的制备，已经使用了20多炉次，制得的耐高温高纯氧化铝棉纤维平均长度100mm，平均直径10um，使用温度达到1800℃，产品纯度达到99％，所得产品无二次污染现象，质量稳定。

Claims (4)

1.一种耐高温高纯陶瓷棉制备设备，其特征在于包括高温陶瓷熔融装置和陶瓷棉喷吹装置，高温陶瓷熔融装置包括高频电源(1)、高频感应线圈(2)、水冷坩埚(3)、耐热绝缘底座(4)、导流管(5)、点火环及循环冷却组件，陶瓷棉喷吹装置包括喷嘴(6)、配气系统和陶瓷棉收集桶(7)，所述水冷坩埚(3)主体由坩埚壁、固定绝缘圈、底部圆盘组成，坩埚壁由一定数量的水冷铜管组合，坩埚底部采用带中心孔的圆环铜板制成，铜板底部焊接水冷盘管，坩埚壁和坩埚底部水冷盘管端口与循环冷却组件连接，所述导流管(5)穿过坩埚底部中心孔置于喷嘴(6)中，导流管(5)匹配有塞棒堵头，所述喷嘴(6)与配气系统相连。

2.如权利要求1所述的制备设备，其特征在于：所述点火环为石墨或金属铱点火环，所使用石墨材料纯度≥99.9％，金属铱纯度≥99.95％。

3.如权利要求2所述的制备设备，其特征在于：喷嘴(6)的喷气角度可调，范围为30°-75°。

4.如权利要求1～3中任一项所述的制备设备，其特征在于：收集桶(7)采用双层水冷结构，收集桶(7)下部与支架(9)相连，支架(9)装有轮子。