[发明专利]一种泡沫陶瓷燃气坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及泡沫陶瓷加热系统技术领域，尤其是一种熔点较高金属的熔炼加工用的泡沫陶瓷燃气坩埚。

背景技术

 现有的坩埚种类很多，其结构与性能各有特点，制作的材质、使用场合也各异，如专利公开号为CN101256054A的一种陶瓷坩埚，坩埚体的俯视形状为圆形，顶部开口，坩埚体指氧化物如氧化铝、氧化镁或氧化锆陶瓷材料的坩埚体，在坩埚体的底部设有下开口，下开口的直径与坩埚体上开口的直径比例为1∶5～15，坩埚体的底端面至坩埚体顶端面的高度尺寸与坩埚体上开口的直径尺寸的比例为5∶1～5，这种陶瓷坩埚不熔入所盛金属或不与所盛金属形成合金而影响纳米金属粉的产品质量。又如专利公开号为CN102153086A的石英陶瓷坩埚，其坩埚底部的应力分散，坩埚的底部为圆弧面过渡，和 专利公开号为CN2310302Y的一种陶瓷坩埚，将陶瓷坩埚的形状制成为口部小底部大的倒锥状，这些都只是一种单坩埚简易结构。

坩埚窑是将坩埚放置在间歇窑内，利用窑内的高温，坩埚良好的耐火性能和高温稳定性，并在坩埚内将物料熔融的一种热工设备，广泛应用于玻璃、冶金等行业。坩埚窑炉可使用电能作为热源进行辐射加热，也可使用气体或液体燃料加热。坩埚窑在采用气体作为燃料时，通常火焰直接冲刷坩埚，局部受热温度不均匀，排烟温度高，因此换热效率低、能耗高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的坩埚结构单一、换热效率低、能耗高的问题，提供一种结构设计合理的泡沫陶瓷燃气坩埚，利用泡沫陶瓷和坩埚各自的特殊性能，将两者有效地组合为一体，实现对某些熔点较高金属的熔炼加工过程，它以泡沫陶瓷作为燃烧系统的新型燃气坩埚，以满足多晶硅的熔炼温度及气氛的需求，即带泡沫陶瓷加热系统的坩埚窑炉。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种泡沫陶瓷燃气坩埚，包括圆柱形单坩埚体，其特征是所述的单坩埚体的外部设有泡沫陶瓷层，泡沫陶瓷层的外部通过若干件侧壁定位砖与窑墙相连；窑墙和泡沫陶瓷层之间形成密封空腔，该密封空腔的上端设有排烟系统，该密封空腔的下端设有燃气火焰道；所述的燃气火焰道中心线与单坩埚体底部一条相交的圆周直径成一切向夹角，燃气火焰道中心线与单坩埚体底面成一底部夹角。

坩埚窑炉在冶金行业使用非常广泛，碳化硅或碳化硅石墨坩埚能够满足常用金属熔炼的高温要求。泡沫陶瓷层采用新型的陶瓷材料制作，具有良好的耐高温性能、良好的抗热震性及足够的强度、高孔隙率、高比表面积和较强的换热特性，可以应用于气体燃烧器的设计。泡沫陶瓷孔径一般为0.4mm～5mm，孔隙率可达70%～90%；泡沫陶瓷燃烧技术采用了与直燃技术完全不同的燃烧方式，克服了直燃技术的不足，预混气体在泡沫陶瓷空隙中燃烧，增强了火焰的稳定性，极大地改变了火焰结构，火焰面厚度增大，燃烧室温度分布均匀。泡沫陶瓷可根据实际需要变化其孔隙率、孔径、材质等，以保证抗热冲击性能、强度及导热性能的需要。实际使用时，可以设若干个点火器穿过窑墙通向窑墙和泡沫陶瓷层之间形成的密封空腔。

燃气烧嘴喷出的火焰经燃气火焰道到达底部的泡沫陶瓷，预混气体在泡沫陶瓷内燃烧，产生高温烟气，高温烟气从底部向上部流动，加热泡沫陶瓷，泡沫陶瓷通过辐射、导热、对流将热量传给坩埚壁，燃烧废气汇总由排烟系统排出。通过底部布置烧嘴，将有一定长度的燃烧火焰喷入泡沫陶瓷，利用泡沫陶瓷的高孔隙率和换热特性，使泡沫陶瓷整体成为坩埚的热源，实现对坩埚的连续均匀加热。

作为优选，所述的单坩埚体的底部设有底部支撑砖，底部支撑砖上部穿过泡沫陶瓷层与单坩埚体的底部连接，下部与窑底连接。单坩埚体加入物料具有一定的重量，若干个底部支撑砖均匀设置在一个同心圆上，底部支撑砖采用碳化硅（SiC）材质制作。

作为优选，所述的燃气火焰道的入口部位装有烧嘴系统，所述的烧嘴系统包括助燃风、燃气量调节装置。燃气火焰道中包括一个预混室，烧嘴系统另可设置烧嘴工作状态控制器，以满足自动化作业的需要。

作为优选，所述的侧壁定位砖分设成若干层，每层侧壁定位砖包括若干件单砖，若干件单砖沿泡沫陶瓷层外壁均匀排列。单砖的大小根据单坩埚体的容积设定，侧壁定位砖采用高温耐火材料制作。

作为优选，所述的泡沫陶瓷层的顶部设有耐火棉或轻质耐火材料，耐火棉的上平面与单坩埚体的上沿口齐平。排烟系统的排烟口设置在耐火棉的下方，为了制作工艺的简单化，耐火棉辅设在单坩埚体上部位的外圆上，并压紧泡沫陶瓷层和窑墙的顶边，排烟口直接开设在窑墙的顶部边缘。