專利名稱：一種泡沫陶瓷燃氣坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泡沫陶瓷加熱系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種熔點較高金屬的熔煉加工用的泡沫陶瓷燃氣坩堝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的坩堝種類很多，其結(jié)構(gòu)與性能各有特點，制作的材質(zhì)、使用場合也各異，如專利公開號為CN101256054A的一種陶瓷坩堝，坩堝體的俯視形狀為圓形，頂部開口，坩堝體指氧化物如氧化鋁、氧化鎂或氧化鋯陶瓷材料的坩堝體，在坩堝體的底部設(shè)有下開口，下開口的直徑與坩堝體上開口的直徑比例為1 5 15，坩堝體的底端面至坩堝體頂端面的高度尺寸與坩堝體上開口的直徑尺寸的比例為5 1 5，這種陶瓷坩堝不熔入所盛金屬或不與所盛金屬形成合金而影響納米金屬粉的產(chǎn)品質(zhì)量。又如專利公開號為CN102153086A 的石英陶瓷坩堝，其坩堝底部的應(yīng)力分散，坩堝的底部為圓弧面過渡，和專利公開號為 CN2310302Y的一種陶瓷坩堝，將陶瓷坩堝的形狀制成為口部小底部大的倒錐狀，這些都只是一種單坩堝簡易結(jié)構(gòu)。坩堝窯是將坩堝放置在間歇窯內(nèi)，利用窯內(nèi)的高溫，坩堝良好的耐火性能和高溫穩(wěn)定性，并在坩堝內(nèi)將物料熔融的一種熱工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于玻璃、冶金等行業(yè)。坩堝窯爐可使用電能作為熱源進行輻射加熱，也可使用氣體或液體燃料加熱。坩堝窯在采用氣體作為燃料時，通?；鹧嬷苯記_刷坩堝，局部受熱溫度不均勻，排煙溫度高，因此換熱效率低、能
耗尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的坩堝結(jié)構(gòu)單一、換熱效率低、能耗高的問題，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的泡沫陶瓷燃氣坩堝，利用泡沫陶瓷和坩堝各自的特殊性能，將兩者有效地組合為一體，實現(xiàn)對某些熔點較高金屬的熔煉加工過程，它以泡沫陶瓷作為燃燒系統(tǒng)的新型燃氣坩堝，以滿足多晶硅的熔煉溫度及氣氛的需求，即帶泡沫陶瓷加熱系統(tǒng)的坩堝窯爐。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，包括圓柱形單坩堝體，其特征是所述的單坩堝體的外部設(shè)有泡沫陶瓷層，泡沫陶瓷層的外部通過若干件側(cè)壁定位磚與窯墻相連；窯墻和泡沫陶瓷層之間形成密封空腔，該密封空腔的上端設(shè)有排煙系統(tǒng)，該密封空腔的下端設(shè)有燃氣火焰道；所述的燃氣火焰道中心線與單坩堝體底部一條相交的圓周直徑成一切向夾角，燃氣火焰道中心線與單坩堝體底面成一底部夾角。坩堝窯爐在冶金行業(yè)使用非常廣泛，碳化硅或碳化硅石墨坩堝能夠滿足常用金屬熔煉的高溫要求。泡沫陶瓷層采用新型的陶瓷材料制作，具有良好的耐高溫性能、良好的抗熱震性及足夠的強度、高孔隙率、高比表面積和較強的換熱特性，可以應(yīng)用于氣體燃燒器的設(shè)計。泡沫陶瓷孔徑一般為0. 4mm 5mm，孔隙率可達70% 90% ；泡沫陶瓷燃燒技術(shù)采用了與直燃技術(shù)完全不同的燃燒方式，克服了直燃技術(shù)的不足，預(yù)混氣體在泡沫陶瓷空隙中燃燒，增強了火焰的穩(wěn)定性，極大地改變了火焰結(jié)構(gòu)，火焰面厚度增大，燃燒室溫度分布均勻。泡沫陶瓷可根據(jù)實際需要變化其孔隙率、孔徑、材質(zhì)等，以保證抗熱沖擊性能、強度及導熱性能的需要。實際使用時，可以設(shè)若干個點火器穿過窯墻通向窯墻和泡沫陶瓷層之間形成的密封空腔。燃氣燒嘴噴出的火焰經(jīng)燃氣火焰道到達底部的泡沫陶瓷，預(yù)混氣體在泡沫陶瓷內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫煙氣，高溫煙氣從底部向上部流動，加熱泡沫陶瓷，泡沫陶瓷通過輻射、導熱、對流將熱量傳給坩堝壁，燃燒廢氣匯總由排煙系統(tǒng)排出。通過底部布置燒嘴，將有一定長度的燃燒火焰噴入泡沫陶瓷，利用泡沫陶瓷的高孔隙率和換熱特性，使泡沫陶瓷整體成為坩堝的熱源，實現(xiàn)對坩堝的連續(xù)均勻加熱。作為優(yōu)選，所述的單坩堝體的底部設(shè)有底部支撐磚，底部支撐磚上部穿過泡沫陶瓷層與單坩堝體的底部連接，下部與窯底連接。單坩堝體加入物料具有一定的重量，若干個底部支撐磚均勻設(shè)置在一個同心圓上，底部支撐磚采用碳化硅(SiC)材質(zhì)制作。作為優(yōu)選，所述的燃氣火焰道的入口部位裝有燒嘴系統(tǒng)，所述的燒嘴系統(tǒng)包括助燃風、燃氣量調(diào)節(jié)裝置。燃氣火焰道中包括一個預(yù)混室，燒嘴系統(tǒng)另可設(shè)置燒嘴工作狀態(tài)控制器，以滿足自動化作業(yè)的需要。作為優(yōu)選，所述的側(cè)壁定位磚分設(shè)成若干層，每層側(cè)壁定位磚包括若干件單磚，若干件單磚沿泡沫陶瓷層外壁均勻排列。單磚的大小根據(jù)單坩堝體的容積設(shè)定，側(cè)壁定位磚采用高溫耐火材料制作。作為優(yōu)選，所述的泡沫陶瓷層的頂部設(shè)有耐火棉或輕質(zhì)耐火材料，耐火棉的上平面與單坩堝體的上沿口齊平。排煙系統(tǒng)的排煙口設(shè)置在耐火棉的下方，為了制作工藝的簡單化，耐火棉輔設(shè)在單坩堝體上部位的外圓上，并壓緊泡沫陶瓷層和窯墻的頂邊，排煙口直接開設(shè)在窯墻的頂部邊緣。作為優(yōu)選，所述的耐火棉的內(nèi)徑與單坩堝體的外徑配合，耐火棉的外徑與窯墻外徑相等。耐火棉與單坩堝體成密封狀，耐火棉與泡沫陶瓷層、窯墻的頂部密封配合。作為優(yōu)選，所述的窯墻的立墻面與窯底之間設(shè)有倒角，燃氣火焰道(6)的入口設(shè)計在該倒角平面中。窯墻與窯底制作時制成一體，窯底可作為窯墻的一部分，倒角平面的設(shè)計方便燃氣火焰道的加工以及燒嘴系統(tǒng)的安裝。作為優(yōu)選，所述的泡沫陶瓷層采用的泡沫陶瓷材料為碳化硅(SiC)和三氧化二鋁 (A1203)混合物；泡沫陶瓷層的厚度為單坩堝體直徑的五分之一至十分之一，泡沫陶瓷孔隙率為70% 90%，孔徑為2mm 5mm。泡沫陶瓷層的材質(zhì)、厚度、孔隙率的設(shè)定目的是使坩堝作業(yè)時達到產(chǎn)量最佳、節(jié)能最佳的效果。作為優(yōu)選，所述的燃氣火焰道中心線與單坩堝體底面之間的夾角的取值范圍為 15° 45°?；鹧鎳娚浣嵌葘釄宓氖軣峋鶆蛐杂绊戄^大，單坩堝體外形是圓柱面，泡沫陶瓷層的外形也為圓柱面，而底部為平面，燃氣火焰道通向泡沫陶瓷層和單坩堝體底部位置。作為優(yōu)選，所述的燃氣火焰道中心線與單坩堝體底部一條相交的圓周直徑形成的切向夾角(β)的取值范圍為0 90°。燃氣火焰道噴射口不僅朝單坩堝體上方傾斜一個角度，而且朝著單坩堝體外圓切線方向選擇一個最佳角度。本發(fā)明的有效效果是充分滿足多晶硅的熔煉溫度及氣氛的需求，利用泡沫陶瓷
4的高孔隙率和換熱特性，使泡沫陶瓷整體成為坩堝的輻射及導熱的熱源，實現(xiàn)對坩堝的連續(xù)均勻加熱。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的一種雙燃氣火焰道結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的一種四燃氣火焰道結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的一種加設(shè)預(yù)混室、點火器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.窯墻，2.泡沫陶瓷層，3.單坩堝體，4.排煙系統(tǒng)，5.燒嘴系統(tǒng)，6.燃氣火焰道，7.窯底，8.側(cè)壁定位磚，9.底部支撐磚，10.耐火棉，11.點火器，12.預(yù)混室， α.底部夾角，β.切向夾角。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例一，參見圖1，本實施例一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，最里層的芯部為圓柱形單坩堝體3，單坩堝體3的外部包裹一層采用碳化硅和三氧化二鋁混合物制作的泡沫陶瓷層 2，泡沫陶瓷層2的外部通過側(cè)壁定位磚8與窯墻1相連，如圖2所示，側(cè)壁定位磚8設(shè)有兩層，每層側(cè)壁定位磚8包括6件單磚，6單磚沿泡沫陶瓷層2外壁均勻排列。這樣，在窯墻1和泡沫陶瓷層2之間就形成了密封空腔，該密封空腔包括底部的泡沫陶瓷層2和窯底7之間的空間，該密封空腔的上端設(shè)有排煙系統(tǒng)4，排煙系統(tǒng)4的排煙口設(shè)置在窯墻1的頂邊，泡沫陶瓷層2的頂部設(shè)有耐火棉10，耐火棉10的上平面與單坩堝體 3的上沿口齊平，耐火棉10為圓環(huán)形，耐火棉10的內(nèi)徑與單坩堝體3的外徑密封，耐火棉 10的下環(huán)形面與窯墻1、泡沫陶瓷層2的頂面同時密封。在單坩堝體3的底部設(shè)有4件均勻分布的底部支撐磚9，底部支撐磚9上端與單坩堝體3底部相接，下端與窯底7連接。在窯墻1和泡沫陶瓷層2之間密封空腔的下端設(shè)有圓形燃氣火焰道6，其中窯墻1 的立墻面與窯底7之間設(shè)有倒角，燃氣火焰道6的入口設(shè)計在該倒角平面中，燃氣火焰道6 設(shè)兩個，如圖3所示，燃氣火焰道6上裝有燒嘴系統(tǒng)5。燃氣火焰道6的中心線與單坩堝體 3底部一條相交的圓周直徑形成的切向夾角β為90°，燃氣火焰道6中心線與單坩堝體3 底面成一底部夾角α=40°。圖中的R是泡沫陶瓷層2的外徑，r是單坩堝體3的內(nèi)徑，rO 是單坩堝體3底部直徑的1/2同心圓，由圖中可見，燃氣火焰道6的中心線與坩堝體3底部直徑的1/2同心圓相切。實施例二，主體結(jié)構(gòu)與實施例一相同，燃氣火焰道6設(shè)四個，如圖4所示，燃氣火焰道6的中心線與單坩堝體3底部一條相交的圓周直徑形成的切向夾角β為45°，燃氣火焰道6中心線與單坩堝體3底面成一底部夾角α =40°。圖中r是單坩堝體3的內(nèi)徑，rO是單坩堝體3底部直徑的1/2同心圓，由圖中可見，燃氣火焰道6的中心線與坩堝體3底部直徑的1/2同心圓相切。實施例三，如圖5所示，基本結(jié)構(gòu)與實施例一相同，在燃氣火焰道6中加設(shè)一個預(yù)混室12，對燃氣進行充分混合，并在設(shè)四個點火器11穿過窯墻1通向窯墻1和泡沫陶瓷層2之間形成的密封空腔中，以更加充分地燃燒氣體，達到節(jié)能的目的。 上述實施例是對本發(fā)明的說明，不是對本發(fā)明的限定，任何對本發(fā)明的簡單變換
后的結(jié)構(gòu)均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，包括圓柱形單坩堝體(3)，其特征是所述的單坩堝體(3)的外部設(shè)有泡沫陶瓷層(2)，泡沫陶瓷層(2)的外部通過若干件側(cè)壁定位磚(8)與窯墻(1)相連；窯墻(1)和泡沫陶瓷層(2)之間形成密封空腔，該密封空腔的上端設(shè)有排煙系統(tǒng)(4)，該密封空腔的下端設(shè)有燃氣火焰道(6);所述的燃氣火焰道(6)中心線與單坩堝體(3)底部一條相交的圓周直徑成一切向夾角(β )，燃氣火焰道(6)中心線與單坩堝體(3)底面成一底部夾角(α )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的單坩堝體(3)的底部設(shè)有底部支撐磚(9)，底部支撐磚(9)上部穿過泡沫陶瓷層(2)與單坩堝體(3)的底部連接，下部與窯底(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的燃氣火焰道 (6)的入口部位裝有燒嘴系統(tǒng)(5)，所述的燒嘴系統(tǒng)(5)包括助燃風、燃氣量調(diào)節(jié)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的側(cè)壁定位磚(8) 分設(shè)成若干層，每層側(cè)壁定位磚(8 )包括若干件單磚，若干件單磚沿泡沫陶瓷層(2 )外壁均勻排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的泡沫陶瓷層(2)的頂部設(shè)有耐火棉(10)或輕質(zhì)耐火材料，耐火棉(10)的上平面與單坩堝體(3)的上沿口齊平。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的耐火棉(10)的內(nèi)徑與單坩堝體(3)的外徑配合，耐火棉(10)的外徑與窯墻(1)外徑相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的窯墻(1)的立墻面與窯底(7)之間設(shè)有倒角，燃氣火焰道(6)的入口設(shè)計在該倒角平面中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的泡沫陶瓷層(2)采用的泡沫陶瓷材料為碳化硅(SiC)和三氧化二鋁(Α1203)混合物；泡沫陶瓷層 (2)的厚度為單坩堝體(3)直徑的五分之一至十分之一，泡沫陶瓷孔隙率為70% 90%，孔徑為2mm 5mm0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的燃氣火焰道(6) 中心線與單坩堝體(3)底面之間的底部夾角(α)的取值范圍為15° 45°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，其特征在于所述的燃氣火焰道(6) 中心線與單坩堝體(3)底部一條相交的圓周直徑形成的切向夾角(β )的取值范圍為0 90° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及泡沫陶瓷加熱系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種泡沫陶瓷燃氣坩堝，解決現(xiàn)有的坩堝結(jié)構(gòu)單一、換熱效率低、能耗高的問題，包括圓柱形單坩堝體，其特征是所述的單坩堝體的外部設(shè)有泡沫陶瓷層，泡沫陶瓷層的外部通過若干件側(cè)壁定位磚與窯墻相連；窯墻和泡沫陶瓷層之間形成密封空腔，該密封空腔的上端設(shè)有排煙系統(tǒng)，該密封空腔的下端設(shè)有燃氣火焰道；所述的燃氣火焰道中心線與單坩堝體底部一條相交的圓周直徑成一切向夾角，燃氣火焰道中心線與單坩堝體底面成一底部夾角。充分滿足多晶硅的熔煉溫度及氣氛的需求，使泡沫陶瓷整體成為坩堝的輻射及導熱的熱源，實現(xiàn)對坩堝的連續(xù)均勻加熱。
文檔編號F27B14/10GK102338561SQ20111026712
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者劉小稚, 方來仁, 方立峰, 王子延 申請人:寧波國鈺光伏材料有限公司