一种坩埚罩、其制造方法和装有坩埚罩的坩埚炉

摘要

本发明提供一种用于对材料或物质进行加热处理的坩埚罩、其制造方法和装有坩埚罩的坩埚炉，由高温耐火材料压制烧结制成，坩埚罩为鼓形的无拼缝整体结构，高温耐火材料是包含50～70％重量的碳化硅和50～30％重量的石墨的碳化硅石墨烧结材料。坩埚炉包含坩埚炉体和置于坩埚炉体外围的线圈，坩埚炉体的上方的坩埚罩下端面与坩埚炉体的上端面紧密接触，坩埚罩下端面的外围与坩埚炉体上端面的外围平齐。坩埚罩采用鼓形整体结构，可以避免坩埚罩与坩埚炉线圈之间发生闪络放电效应，提高线圈和坩埚炉的使用寿命，降低成本。坩埚炉采用整体烧结成型的坩埚罩，产品使用寿命长，维修更换方便，安全可靠，提高设备利用率和生产效率、降低维修成本。

权利要求

1.一种用于坩埚炉的坩埚罩，置于坩埚炉体的上方，用于隔开坩埚炉体的温度，防止坩埚内部高温火焰和金属溶液直接烧灼或飞溅到坩埚炉上部的坩埚盖和外层炉盖，所述的坩埚罩由高温耐火材料制成，其特征在于所述的坩埚罩为鼓形的无拼缝整体结构；所述的坩埚罩的下端面与坩埚炉体的上端面紧密接触，坩埚罩下端面的外围与坩埚炉体上端面的外围平齐；所述的高温耐火材料是包含50～70%重量的碳化硅和50～30%重量的石墨的碳化硅石墨烧结材料。

2.根据权利要求1所述的坩埚罩，其特征在于所述的碳化硅石墨烧结材料包含60%重量的碳化硅和40%重量的石墨。

3.权利要求1所述的坩埚罩的制造方法，其特征在于包含以下步骤：a)将经过粉碎的碳化硅和石墨按组成称重并混合均匀；

b)再加入适量的结合剂并混合均匀，形成符合压制成型要求的碳化硅石墨混合物；

c)将所述的碳化硅石墨混合物置入模具，压制成鼓形的无拼缝整体结构坩埚罩坯体；

d)将压制成型的坩埚罩坯体放入真空高温炉中，在氮气或氩气保护气氛中高温烧结成型。

4.根据权利要求3所述的坩埚罩的制造方法，其特征在于所述的结合剂是聚乙烯醇、糊精或其它水溶性粘结剂的水溶液。

5.根据权利要求3所述的坩埚罩的制造方法，其特征在于所述的结合剂是耐火粘土和水混合而成的粘土浆。

6.一种坩埚炉，包含坩埚炉体和置于坩埚炉体外围的线圈，其特征在于，所述的坩埚炉体的上方设有权利要求1所述的坩埚罩。

说明书

一种坩埚罩、其制造方法和装有坩埚罩的坩埚炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于对材料或物质进行加热处理的设备及其零部件，尤其适用于电加热的坩埚炉及其坩埚罩。

背景技术

[0002] 坩埚炉是冶金行业、石油化工和电化学工业的熔炼、裂解、电解等各种高温窑炉的常用炉具。中国实用新型专利“真空中频感应炉”（公开号CN201628472，中国实用新型专利号ZL201020125464.2）公开了一种炉体内设有坩埚的真空中频感应炉,专供特殊钢,高温合金,精密合金等在真空或保护气氛下进行熔炼和铸锭。在熔炼过程中，坩埚炉体长期处于高温的状态下，为了减少坩埚炉体内部的高温散失，防止坩埚炉内的火焰窜出直接烧到外层的炉盖，并防止高温金属熔液飞溅到坩埚炉体的外部，通常需要在坩埚炉体上配置坩埚盖。坩埚盖置于坩埚炉体的上方，直接受到坩埚内部高温火焰的烧灼和飞溅金属熔液的侵袭，很容易烧蚀损毁。为了隔绝坩埚内部的高温火焰，延长坩埚盖的使用寿命，目前的做法是在坩埚炉体的上端坩埚口周边使用刚玉砖拼砌的坩埚罩。坩埚罩是多块刚玉砖拼砌连接的环状结构，受刚玉砖拼砌的结构特征限制，坩埚罩下端面的外围需要超出坩埚炉体的上端面的外围。刚玉材质的坩埚罩热震稳定性比较差，在使用过程中，受到坩埚炉温的急剧变化的影响，坩埚罩的组织结构发生变化，产生大量的细微裂纹，这些裂纹一方面会造成坩埚罩自身破裂损毁，另一方面会导致其表面容易积聚污秽，闪络电压急剧降低。坩埚罩下端面外围突出的部分靠近坩埚炉线圈，突出部分的裂纹如同指向线圈的放电针，在线圈的中高频电场的作用下，极易发生闪络放电效应，使线圈绝缘材料发黑碳化，绝缘性能下降，造成线圈和坩埚炉的使用寿命大大降低，甚至导致安全生产事故。除此之外，多块刚玉砖之间的拼缝有时也会导致闪络放电效应。由于坩埚罩置于坩埚炉的高温环境中，拼砌结构的坩埚罩损毁之后必须停炉冷却之后才能重新进行拼砌更换，坩埚罩容易损毁又不便维修，导致了坩埚炉设备利用率降低，生产效率降低，维修成本上升。

发明内容

[0003] 本发明的目的是要提供一种坩埚罩，解决现有的坩埚罩热震稳定性差，容易产生闪络放电效应的技术问题。

[0004] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 一种用于坩埚炉的坩埚罩，置于坩埚炉体的上方，用于隔开坩埚炉体的温度，防止坩埚内部高温火焰和金属溶液直接烧灼或飞溅到坩埚炉上部的坩埚盖和外层炉盖，所述的坩埚罩由高温耐火材料制成，其特征在于所述的坩埚罩为鼓形的无拼缝整体结构；所述的坩埚罩的下端面与坩埚炉体的上端面紧密接触，坩埚罩下端面的外围与坩埚炉体上端面的外围平齐；所述的高温耐火材料是包含50～70%重量的碳化硅和50～30%重量的石墨的碳化硅石墨烧结材料。

[0006] 本发明的坩埚罩的一种较佳的技术方案是所述的碳化硅石墨烧结材料包含60%重量的碳化硅和40%重量的石墨。

[0007] 本发明的另一个目的是要提供一种制作本发明的无拼缝整体结构的坩埚罩的方法，所采用的技术方案是：

[0008] 一种坩埚罩的制造方法，其特征在于包含以下步骤：

[0009] a)将经过粉碎的碳化硅和石墨按组成称重并混合均匀；

[0010] b)再加入适量的结合剂并混合均匀，形成符合压制成型要求的碳化硅石墨混合物；

[0011] c)将所述的碳化硅石墨混合物置入模具，压制成鼓形的无拼缝整体结构坩埚罩坯体；

[0012] d)将压制成型的坩埚罩坯体放入真空高温炉中，在氮气或氩气保护气氛中高温烧结成型。

[0013] 本发明的坩埚罩的制造方法的一种较佳的技术方案是所述的结合剂是聚乙烯醇、糊精或其它水溶性粘结剂的水溶液。

[0014] 本发明的坩埚罩的制造方法的一种更好的技术方案是所述的结合剂是耐火粘土和水混合而成的粘土浆。

[0015] 本发明的第三个目的是要提供一种使用上述坩埚罩的坩埚炉，解决现有的坩埚炉故障率高、设备利用率低，维修成本高的技术问题。

[0016] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0017] 一种坩埚炉，包含坩埚炉体和置于坩埚炉体外围的线圈，其特征在于，所述的坩埚炉体的上方设有无拼缝整体结构的坩埚罩，所述的坩埚罩的下端面与坩埚炉体的上端面紧密接触，坩埚罩下端面的外围与坩埚炉体上端面的外围平齐。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 1、本发明的坩埚罩采用鼓形无拼缝整体结构，可以避免坩埚罩与坩埚炉线圈之间发生闪络放电效应，提高线圈和坩埚炉的使用寿命，降低成本。

[0020] 2、本发明的坩埚炉采用热震稳定性好的耐火材料整体烧结成型的坩埚罩，产品使用寿命长，维修更换方便，安全可靠，可以大大提高设备利用率和生产效率、降低维修成本。

附图说明

[0021] 图1是现有技术的坩埚炉发生闪络放电的示意图；

[0022] 图2是现有技术的坩埚炉的A-A剖视图；

[0023] 图3是本发明的坩埚罩的结构示意图；

[0024] 图4是本发明的坩埚罩的仰视图；

[0025] 图5是本发明的坩埚炉的结构示意图；

[0026] 图6是本发明的坩埚炉的B-B剖视图。

具体实施方式

[0027] 为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

[0028] 图1是现有技术的坩埚炉发生闪络放电的示意图，图2是图1所示的坩埚炉的A-A剖视图。图中，坩埚炉体1的外围有两组线圈2，坩埚炉体1的上部是坩埚罩3，图中省略了置于坩埚罩之上的坩埚盖。坩埚罩3是多块刚玉砖拼砌连接的环状结构，受刚玉砖拼砌的结构特征限制，坩埚罩3下端面的外围超出坩埚炉体1的上端面的外围。由于刚玉材质的坩埚罩3热震稳定性比较差，在使用过程中，受到坩埚炉温的急剧变化的影响，坩埚罩3的组织结构发生变化，产生大量的细微裂纹，见图1中所示的多条不规则裂纹32。这些裂纹一方面会造成坩埚罩自身破裂损毁，另一方面裂纹使坩埚罩表面容易积聚污秽，进而导致闪络电压急剧降低，坩埚罩3下端面外围突出的部分靠近坩埚炉线圈2，突出部分的裂纹32如同指向线圈的放电尖端，在线圈的中高频电场的作用下，发生闪络放电效应，见图1所示的闪络放电23。闪络放电效应使线圈绝缘材料发黑碳化，绝缘性能下降，造成线圈和坩埚炉的使用寿命大大降低，甚至导致安全生产事故。除此之外，多块刚玉砖之间的的拼缝（图中省略）有时也会造成闪络放电效应。

[0029] 图3是本发明的坩埚罩的结构示意图，图4是本发明的坩埚罩的仰视图。坩埚罩30为无拼缝整体结构，形状为鼓形。坩埚罩30的下端面31的外径与坩埚炉体1的上端面的外径相同，坩埚罩30的内径与坩埚炉体1的内径相适应。本发明的坩埚罩采用的高温耐火材料为碳化硅石墨烧结材料，包含50～70%重量的碳化硅和50～30%重量的石墨。

[0030] 实施例1

[0031] 碳化硅石墨烧结材料为60%重量的碳化硅和40%重量的石墨，结合剂为糊精水溶液。

[0032] 实施例2

[0033] 碳化硅石墨烧结材料为70%重量的碳化硅和30%重量的石墨，结合剂为聚乙烯醇水溶液。

[0034] 实施例3

[0035] 碳化硅石墨烧结材料为50%重量的碳化硅和50%重量的石墨，结合剂为耐火粘土和水混合而成的粘土浆。

[0036] 本发明的实施例经过如下步骤制成：

[0037] a)将经过粉碎的碳化硅和石墨按组成比例称重，并充分混合均匀；

[0038] b)再加入适量的结合剂，结合剂的用量以能够压制成型为准，充分并混合均匀，形成符合压制成型要求的碳化硅石墨混合物；

[0039] c)将所述的碳化硅石墨混合物置入模具，压制成鼓形的无拼缝整体结构坩埚罩坯体；

[0040] d)将压制成型的坩埚罩坯体放入真空高温炉中，在氮气或氩气保护气氛中高温烧结成型。

[0041] 图5是本发明的坩埚炉的结构示意图，图6是图5所示的坩埚炉的B-B剖视图。在本实施例中，坩埚炉体1的上方设有本发明提供的坩埚罩30，坩埚罩30的下端面31与坩埚炉体1的上端面紧密接触，坩埚罩30的下端面31的外围，正对坩埚炉体1的上端面，两者的外围互相平齐。坩埚炉体30外围绕有一至多组线圈2，当坩埚炉工作时，线圈2通电给坩埚炉体1加热，坩埚罩30用于隔开坩埚炉体的温度，防止坩埚内部高温火焰和金属溶液直接烧灼或飞溅到上部的坩埚盖和外层炉盖（坩埚盖和外层炉盖图中均未画出）。从图5可见，由于坩埚罩30的下端面31与坩埚炉体平齐，没有图2所示的突出的部分，鼓形整体结构坩埚罩30的下端面31与坩埚线圈2之间的距离较大，加之碳化硅石墨材料的高热震稳定性，坩埚罩不易出现裂纹，坩埚罩与线圈之间不存在由裂缝或拼缝形成的放电尖端，可以有效地防止了闪络放电效应。

[0042] 实验数据

[0043] 现有技术的刚玉拼砌坩埚罩

[0044] 一般情况下，一台坩埚炉在生产10～20炉产品，坩埚罩就会产生裂纹，发生闪络放电效应或者破裂损毁。情况严重时，仅生产1～2炉产品之后，坩埚罩与线圈之间就会由于刚玉砖的拼缝的存在而发生闪络放电效应。无论是发生闪络放电效应还是破裂损坏，都需要更换坩埚罩。

[0045] 由于更换刚玉拼砌坩埚罩需要停炉冷却后才能进行人工拼砌操作，换一次坩埚罩通常需要6～8个小时。

[0046] 本发明的坩埚罩

[0047] 由于本发明的坩埚罩与线圈之间不易产生闪络放电效应，加之碳化硅石墨材料的高热震稳定性，坩埚罩不易出现裂纹破损，一台坩埚炉通常在生产了30-40炉产品之后，才需要更换坩埚罩。

[0048] 本发明的坩埚罩为无拼缝整体结构，可以在两炉之间换料操作期间直接吊装更换，不需要停炉冷却，换一次坩埚罩只需要20～30分钟时间。

[0049] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。