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1、用于无机熔体制备高温炉的研制Preparation of a High Temperature Furnace Used for theMelting of Inorganic MaterialsSong Tingshou Zhang Wei Liu Hui Liu ShiquanSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Jinan , Jinan Shangdong , 250022, China ):Concerning about the incovenience in the meting of inorganic
2、 materials in traditional high temperature furnaces , we have made some changes to the furnace After the reformations , the inside of the furnace can bereal-time visulizedIn, the batch chargingadditionworkcan be quick and convenient , so that the decrease in the furnace temperature upon opening the
3、furnace door becomes lessAIso , the labor intensity and the risks facing high temperature can be reduced.At the present , the reformation results have be authorized a national invention patentA high temperature furnace used for inorganicmaterials 'melting , No. 201210372392.5 )and a new real app
4、lication patent (A device for opening and closure of thedoor of a high temperature, No. 201420722515. 8).furnaces： 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 o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匀后，
5、置于耐火容器（圮埸）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 部从容器中漏岀2 o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的熔体（液）清
6、理岀来，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；熔体还会进步与炉膛粘连，并进步腐蚀炉膛材料，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，目前多是取岀容器加料后放回或从容器挑岀物料来观 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，若经常打开炉门观察，高温 情况下会使
7、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，一人取岀容器加料，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。在取岀或放回容器时，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，根据多年的经验与体会，采用以下解决方案。2. 1安装摄像头进行实时监控
8、在炉顶顶部设观察孔，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. 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，使炉底呈现岀原有的凹槽；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
9、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（塩埸）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）岀的物料会流 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 端卷绕在转轴4上，另一端固定在支
10、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 端卷绕在转轴4上，另一端与固定在炉门 17上方的支杆16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900，转轴6随着炉门17 起同 向转动90C,与转轴6和转轴14
11、连接的连杆7做向上 运动，使转轴14与 转轴6 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（贝占近炉体前面的壳体）。从而实现了三角形支撑架11与
12、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；对于实验过程中要多次 向容器中加料的，只需拉岀炉内的耐火托盘至炉门上，即可进行加料，一人 即可操作，并缩短了操作时间，解决炉内和 物料温度急剧降低的问题。此 外，由于增加了耐火托盘，也能很 好地保护炉膛。所述装置只需在普通硅钮 棒炉子上稍加改造即可实现，所用配件如炉膛、硅钳棒等都是通用的，不 需要单独定制，维护费用不会增加，却在很大程度上降低了实验者的操作强 度与危险性。