宋廷壽　張偉　劉慧　劉世權(quán)

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)高溫爐在制備無機(jī)熔體時(shí)的不便之處，提出了改造方案。改造后的高溫爐具有對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能；并使實(shí)驗(yàn)過程中的加料方便、快捷，減少了爐內(nèi)和熔體溫度的降低，減少了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。目前，所述成果已獲國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)（用于無機(jī)熔體制備的高溫爐ZL201210372392.5），實(shí)用新型專利1項(xiàng)（高溫爐爐門開啟裝置ZL201420722515.8）。

關(guān)鍵詞：無機(jī)熔體 溢料 漏料 爐膛 可推拉抽屜式托盤 爐門

中圖分類號(hào)：TH873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0098-03

Preparation of a High Temperature Furnace Used for the Melting of Inorganic Materials

Song Tingshou Zhang Wei Liu Hui Liu Shiquan

（School of Materials Science and Engineering，University of Jinan，Jinan Shangdong，250022，China）

Abstract：Concerning about the incovenience in the meting of inorganic 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 work can be quick and convenient， so that the decrease in the furnace temperature upon opening 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 materialsmelting，No.201210372392.5）and a new real application patent（A device for opening and closure of the door of a high temperature furnace，No.201420722515.8）.

Key Words：Inorganic melts；Overflowing；Melt leaking；Drawable plates；Door

許多無機(jī)材料如陶瓷熔塊、玻璃、金屬等都是經(jīng)過高溫熔化制成熔體后，再采用水淬或固化成型技術(shù)而獲得的[1]。在無機(jī)熔體制備過程中，高溫爐是最常用的設(shè)備。高溫爐廣泛用于高校實(shí)驗(yàn)室及小型工廠小規(guī)模生產(chǎn)。

通常，原料按一定配比混合均勻后，置于耐火容器（坩堝）中，經(jīng)電加熱或火焰加熱到一定溫度并保溫后形成熔體。隨溫度升高、時(shí)間延長(zhǎng)，熔體成分均勻，粘度下降。在整個(gè)熔體制備過程中，配合料發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，形成成分均勻的熔體，最終用于成型制品或制備水淬料。

實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)常發(fā)生溢料、漏料等事故。漏料是指熔體與盛裝它的耐火容器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致容器被熔體腐蝕穿透，熔體將流入爐膛。經(jīng)常是人們準(zhǔn)備取熔體用于成型或進(jìn)行水淬時(shí)，才發(fā)現(xiàn)容器中熔體已大部分或全部從容器中漏出[2]。這一方面導(dǎo)致物料和人力、時(shí)間的巨大浪費(fèi)；另一方面，造成爐膛的嚴(yán)重污染。無論是上述哪種情況，都需要工作人員在高溫狀態(tài)下及時(shí)把流到爐膛中的熔體（液）清理出來，否則高溫熔體在冷卻后粘附在爐膛耐火材料上，嚴(yán)重影響以后的使用，如爐底不平，以后使用時(shí)極易造成容器傾覆；熔體還會(huì)進(jìn)一步與爐膛粘連，并進(jìn)一步腐蝕爐膛材料，導(dǎo)致爐膛直接報(bào)廢。如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢料和漏料事故，是解決處置上述問題的關(guān)鍵。

此外，很多實(shí)驗(yàn)過程中要多次向容器中加料或觀察熔體的熔化情況，目前多是取出容器加料后放回或從容器挑出物料來觀察，這些都是高溫操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，極易導(dǎo)致容器損壞及操作人員燙傷。

1 傳統(tǒng)高溫爐存在的不足

1.1 爐內(nèi)情況不易觀察

目前使用的高溫爐，在整個(gè)加熱（升溫、保溫）過程中都是封閉的，根本無法隨時(shí)知道物料在爐膛中發(fā)生的情況，若經(jīng)常打開爐門觀察，高溫情況下會(huì)使?fàn)t內(nèi)溫度急劇降低，影響正常的升溫及作業(yè)制度，同時(shí)也容易使?fàn)t膛的耐火材料產(chǎn)生裂紋，縮短爐膛的使用壽命。

1.2 向爐內(nèi)加料不方便

對(duì)于實(shí)驗(yàn)過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。由于目前實(shí)驗(yàn)室用高溫爐爐門通常采用左（右）開關(guān)手動(dòng)形式，一般需要兩人配合操作，一人取出容器加料，另一人要把爐門（或擋磚）關(guān)上，以防爐內(nèi)溫度降低太多，當(dāng)要把加完物料的容器重新放回爐內(nèi)時(shí)，另一人要再次把爐門打開。在取出或放回容器時(shí)，稍不小心，極易將容器摔落地面或側(cè)翻，具有一定的危險(xiǎn)性，操作也很不方便。

2 解決方案

針對(duì)上述的不足，根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，采用以下解決方案。

2.1 安裝攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

在爐頂頂部設(shè)觀察孔，在觀察孔上安裝上小下大的錐形耐火磚，錐形磚上端蓋石英玻璃板，上方安裝攝像頭（見圖1）。這樣，透過玻璃板和攝像頭即可遠(yuǎn)程監(jiān)視爐內(nèi)情況，并可觀察陶瓷熔塊或玻璃、金屬熔體的變化，一旦發(fā)生漏（溢）料，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置。該功能還可移植到其它高溫爐（如用于陶瓷、水泥等的燒結(jié)爐）上。

2.2 采用下開式爐門

將傳統(tǒng)的側(cè)開式爐門改為下開式，當(dāng)爐門完全打開后，呈水平狀態(tài)；將爐底原有的墊板去掉，使?fàn)t底呈現(xiàn)出原有的凹槽；將整個(gè)爐膛抬高，使?fàn)t底與爐口下沿在一個(gè)平面上；制作一個(gè)可推拉抽屜式耐火托盤，前面中央有兩個(gè)未穿透孔，便于夾具推拉，長(zhǎng)度不超過爐膛長(zhǎng)（深）度的2/3，寬度小于爐門寬度，托盤左右側(cè)面有護(hù)沿，護(hù)沿高出底部2cm，后面護(hù)沿的高度略低于爐口上沿。將耐火容器（坩堝）放在托盤中。當(dāng)需要添加物料時(shí)，將托盤拉出至后沿到爐口的位置，使后沿?fù)踝t口，減少爐內(nèi)熱量的散失，防止?fàn)t內(nèi)溫度的急劇降低，如果實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生漏（溢）料，漏（溢）出的物料會(huì)流在耐火托盤中，起到了保護(hù)爐膛的作用。（見圖2）

2.3 用電動(dòng)開關(guān)爐門[3-4]

下開式爐門，可以設(shè)計(jì)成手動(dòng)，也可以設(shè)計(jì)成電動(dòng)的。具體裝置如圖3、圖4所示。

減速電機(jī)1與轉(zhuǎn)軸4固定在爐體側(cè)面，齒輪2固定在減速電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸上，齒輪3固定在轉(zhuǎn)軸4上，齒輪2與齒輪3嚙合。支桿16固定在爐門17的上方，纜繩5一端卷繞在轉(zhuǎn)軸4上，另一端固定在支桿16上。轉(zhuǎn)軸6固定在爐門17的下端，轉(zhuǎn)軸14、15固定在爐體前方的下端。錐齒輪9、10分別固定在轉(zhuǎn)軸14、15上，轉(zhuǎn)軸6與轉(zhuǎn)軸14通過連桿7連接在一起，連桿7上設(shè)置擋片8。三角形支撐板11固定在轉(zhuǎn)軸15上。其工作原理如下。

由減速電機(jī)1帶動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2與齒輪3嚙合，齒輪3帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，纜繩5一端卷繞在轉(zhuǎn)軸4上，另一端與固定在爐門17上方的支桿16連接，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，卷繞在轉(zhuǎn)軸4上的纜繩5被卷緊或松開，從而實(shí)現(xiàn)爐門17的自動(dòng)開關(guān)。

當(dāng)減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷繞在轉(zhuǎn)軸4上的纜繩被松開時(shí)，爐門17會(huì)打開。當(dāng)爐門完全打開時(shí)（轉(zhuǎn)動(dòng)90℃），轉(zhuǎn)軸6隨著爐門17一起同向轉(zhuǎn)動(dòng)90℃，與轉(zhuǎn)軸6和轉(zhuǎn)軸14連接的連桿7做向上運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸14與轉(zhuǎn)軸6一起作同向轉(zhuǎn)動(dòng)90℃。轉(zhuǎn)軸14帶動(dòng)2個(gè)錐齒輪9也同向轉(zhuǎn)動(dòng)90℃，錐齒輪9與錐齒輪10嚙合，從而帶動(dòng)2個(gè)錐齒輪10在垂直方向上轉(zhuǎn)動(dòng)90度，但轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。錐齒輪10帶動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)軸15及固定在轉(zhuǎn)軸上的三角形支撐架11，也相向轉(zhuǎn)動(dòng)90℃，從而實(shí)現(xiàn)三角形支撐架11的打開（垂直爐體前面殼體），起到支撐爐門的作用。相反地，當(dāng)減速電機(jī)1向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，纜繩5會(huì)被卷緊，爐門會(huì)關(guān)閉，整個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)做與爐門17打開時(shí)方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)爐門被完全關(guān)閉時(shí)，整個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)90℃，三角形支撐架11會(huì)收起（貼近爐體前面的殼體）。從而實(shí)現(xiàn)了三角形支撐架11與爐門17開關(guān)的聯(lián)動(dòng)。

通過控制柜上的開、關(guān)按鈕，控制減速電機(jī)1的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)爐門完全關(guān)閉時(shí)，通過連桿7上的擋片8觸動(dòng)限位開關(guān)13，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)爐門打開90℃時(shí)，通過連桿7上的擋片8觸動(dòng)限位開關(guān)12，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 結(jié)語

本方案實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)物料熔化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中要多次向容器中加料的，只需拉出爐內(nèi)的耐火托盤至爐門上，即可進(jìn)行加料，一人即可操作，并縮短了操作時(shí)間，解決爐內(nèi)和物料溫度急劇降低的問題。此外，由于增加了耐火托盤，也能很好地保護(hù)爐膛。所述裝置只需在普通硅鉬棒爐子上稍加改造即可實(shí)現(xiàn)，所用配件如爐膛、硅鉬棒等都是通用的，不需要單獨(dú)定制，維護(hù)費(fèi)用不會(huì)增加，卻在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)者的操作強(qiáng)度與危險(xiǎn)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 常鈞，黃世峰，劉世權(quán).無機(jī)非金屬材料工藝與性能測(cè)試[M].北京：化學(xué)工業(yè)工業(yè)出版社，2007.

[2] 西北輕工業(yè)學(xué)院.玻璃工藝學(xué)[M].北京：輕工業(yè)出版社，1982：292-294.

[3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4] 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1997.