用于无机熔体制备高温炉的研制

1、用于无机熔体制备高温炉的研制Preparation of a High Temperature Furnace Used for the Melting of Inorganic MaterialsSong Tingshou Zhang Wei Liu Hui Liu Shiquan(School of Materials Science and Engineering，University of Jinan ，Jinan Shangdong ，250022，China ) ：Concerning about the incovenience in the meting of inorgani

2、c materials in traditional high temperature furnaces ，we have made some changes to the furnace. After the reformations ， the inside of the furnace can be real-time visulized.In addition，the batch charging workcan be quick and convenient ， so that the decrease in the furnace temperature upon opening

3、the furnace door becomes less.Also ，the labor intensity and the risks facing high temperature can be reduced.At the present ， the reformation results have be authorized a national invention patent ( A high temperature furnace used for inorganic materials melting ， No.201210372392.5 )and a new real a

4、pplication patent (A device for opening and closure of the door of a high temperature furnace， No.201420722515.8 ) .s：Inorganic melts ；Overflowing ；Melt leaking ；Drawableplates ； Door许多无机材料如陶瓷熔块、 玻璃、 金属等都是经过高温熔化 制成熔体后，再采用水淬或固化成型技术而获得的 1 。在无机 熔体制备过程中， 高温炉是最常用的设备。 高温炉广泛用于高校 实验室及小型工厂小规模生产。通常，原料按一定配比混合均

5、匀后，置于耐火容器（坩埚） 中，经电加热或火焰加热到一定温度并保温后形成熔体。 随温度 升高、时间延长，熔体成分均匀，粘度下降。在整个熔体制备过 程中，配合料发生一系列物理化学变化，形成成分均匀的熔体， 最终用于成型制品或制备水淬料。实验过程中，经常发生溢料、漏料等事故。漏料是指熔体与 盛装它的耐火容器发生化学反应， 导致容器被熔体腐蚀穿透， 熔 体将流入炉膛。经常是人们准备取熔体用于成型或进行水淬时， 才发现容器中熔体已大部分或全部从容器中漏出 2 。这一方面 导致物料和人力、时间的巨大浪费；另一方面，造成炉膛的严重 污染。 无论是上述哪种情况， 都需要工作人员在高温状态下及时 把流到炉膛中

6、的熔体（液）清理出来，否则高温熔体在冷却后粘 附在炉膛耐火材料上，严重影响以后的使用，如炉底不平，以后 使用时极易造成容器倾覆； 熔体还会进一步与炉膛粘连， 并进一 步腐蚀炉膛材料， 导致炉膛直接报废。 如何及时发现溢料和漏料 事故，是解决处置上述问题的关键。此外，很多实验过程中要多次向容器中加料或观察熔体的熔化情况，目前多是取出容器加料后放回或从容器挑出物料来观 察，这些都是高温操作，劳动强度大，工作环境差，极易导致容 器损坏及操作人员烫伤。1 传统高温炉存在的不足1.1 炉内情况不易观察 目前使用的高温炉，在整个加热（升温、保温）过程中都是 封闭的， 根本无法随时知道物料在炉膛中发生的情况

7、， 若经常打 开炉门观察， 高温情况下会使炉内温度急剧降低， 影响正常的升 温及作业制度， 同时也容易使炉膛的耐火材料产生裂纹， 缩短炉 膛的使用寿命。1.2 向炉内加料不方便 对于实验过程中要多次向容器中加料的， 目前多是取出容器 加料后放回。由于目前实验室用高温炉炉门通常采用左（右）开 关手动形式，一般需要两人配合操作，一人取出容器加料，另一 人要把炉门（或挡砖）关上，以防炉内温度降低太多，当要把加 完物料的容器重新放回炉内时， 另一人要再次把炉门打开。 在取 出或放回容器时，稍不小心，极易将容器摔落地面或侧翻，具有 一定的危险性，操作也很不方便。2 解决方案针对上述的不足， 根据多年的经

8、验与体会， 采用以下解决方 孔，在观察孔上安装上小下大的锥形耐火砖， 锥形砖上端盖石英 玻璃板，上方安装摄像头（见图 1）。这样，透过玻璃板和摄像 头即可远程监视炉内情况， 并可观察陶瓷熔块或玻璃、 金属熔体 的变化，一旦发生漏（溢）料，可及时发现并处置。该功能还可 移植到其它高温炉（如用于陶瓷、水泥等的烧结炉）上。2.1 安装摄像头进行实时监控在炉顶顶部设观察2.2 采用下开式炉门将传统的侧开式炉门改为下开式， 当炉门完全打开后， 呈水 平状态；将炉底原有的垫板去掉，使炉底呈现出原有的凹槽；将 整个炉膛抬高， 使炉底与炉口下沿在一个平面上； 制作一个可推 拉抽屉式耐火托盘，前面中央有两个未穿

9、透孔，便于夹具推拉， 长度不超过炉膛长（深）度的 2/3 ，宽度小于炉门宽度，托盘左 右侧面有护沿，护沿高出底部 2cm后面护沿的高度略低于炉口 上沿。将耐火容器（坩埚）放在托盘中。当需要添加物料时，将 托盘拉出至后沿到炉口的位置， 使后沿挡住炉口， 减少炉内热量 的散失，防止炉内温度的急剧降低， 如果实验过程中发生漏 （溢） 料，漏（溢）出的物料会流在耐火托盘中，起到了保护炉膛的作 用。（见图 2）2.3 用电动开关炉门 3-4 下开式炉门，可以设计成手动，也可以设计成电动的。具体 装置如图 3、图 4 所示。减速电机 1 与转轴 4 固定在炉体侧面， 齿轮 2 固定在减速电 机 1 的转轴

10、上，齿轮 3 固定在转轴 4 上，齿轮 2 与齿轮 3 啮合。 支杆 16 固定在炉门 17 的上方， 缆绳 5 一端卷绕在转轴 4 上，另 一端固定在支杆 16 上。转轴 6 固定在炉门 17 的下端，转轴 14、 15 固定在炉体前方的下端。锥齿轮 9、10 分别固定在转轴 14、 15上，转轴 6 与转轴 14通过连杆 7连接在一起，连杆 7 上设置 挡片 8。三角形支撑板 11 固定在转轴 15 上。其工作原理如下。由减速电机 1 带动齿轮 2 转动， 齿轮 2 与齿轮 3 啮合，齿轮3 带动转轴 4 转动，缆绳 5 一端卷绕在转轴 4 上，另一端与固定 在炉门 17 上方的支杆 16

11、 连接，通过电机的正反转， 卷绕在转轴 4 上的缆绳 5 被卷紧或松开，从而实现炉门 17 的自动开关。当减速电机转动，卷绕在转轴 4 上的缆绳被松开时，炉门17会打开。当炉门完全打开时（转动90C），转轴6随着炉门17 一起同向转动90C,与转轴6和转轴14连接的连杆7做向上 运动，使转轴14与转轴6 一起作同向转动 90C。转轴14带动2 个锥齿轮9也同向转动90C，锥齿轮9与锥齿轮10啮合，从而 带动 2个锥齿轮 10在垂直方向上转动 90度，但转动方向相反。 锥齿轮 10带动两个转轴 15及固定在转轴上的三角形支撑架 11， 也相向转动90C，从而实现三角形支撑架 11的打开（垂直炉体 前面壳体），起到支撑炉门的作用。相反地，当减速电机 1 向相 反方向转动时，缆绳 5 会被卷紧，炉门会关闭，整个联动机构会 做与炉门 17打开时方向相反的转动。当炉门被完全关闭时，整 个联动机构会向相反方向转动 90C,三角形支撑架11会收起（贴 近炉体前面的壳体） 。从而实现了三角形支撑架 11 与炉门 17开关的联动。通过控制柜上的开、关按钮，控制减速电机 1 的正反转。当 炉门完全关闭时，通过连杆 7 上的挡片 8 触动限位开关 13，使 电机停止转动。当炉门打开 90C时，通过连杆7上的挡片8触 动限位开关 12，使电机停止转动。3 结语本方案实现了炉内物料熔化情况的实时监控； 对