[發明專利]坩堝加熱設備及方法

有效

• 申請號: 201310476481.9
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103557704A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 張鑫狄;李冠政
• 申請（專利權）人: 深圳市華星光電技術有限公司
• 主分類號: F27B14/20
• 分類號: F27B14/20;G05D23/30
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及一種坩堝加熱設備及方法，其具有改善的溫控功能。

背景技術

坩堝是用極耐火的材料（如粘土、石墨、瓷土、石英或較難熔化的金屬鐵等）所制作的器皿或熔化罐。坩堝通常為一陶瓷深底的碗狀容器。當有固體需要以大火加熱時，就必須使用坩堝。因為它比玻璃器皿更能承受高溫。在使用坩堝時，通常會將坩堝蓋斜放在坩堝上，以防止受熱物跳出，并讓空氣能自由進出以進行可能的氧化反應。坩堝因其底部很小，一般需要架在泥三角上才能以火直接加熱。坩堝在鐵三角架上用正放或斜放皆可，視實驗的需求可以自行安置。坩堝加熱后不可立刻將其置于冷的金屬桌面上，以避免它因急劇冷卻而破裂。

圖1顯示了現有技術中的具有坩堝的鋅爐。所述鋅爐包括爐體1，爐體1內設有爐膛2，爐體1上部設有爐盆6，所述爐膛2底部設有電爐盤3，爐膛2內腔設有發熱絲4，爐膛2內的坩堝5下部與發熱絲4接觸，坩堝5上部位于爐盆6底部，爐膛2外部的爐體1處設有保溫層7，電熱耦8貫穿保溫層7和爐膛2壁，電熱耦8的一端置于爐膛2內，電熱耦8的另一端與控制箱9相連接。

使用坩堝進行加熱時，材料會蒸發直至消耗完畢，材料的放置量由坩堝的容量決定，但是現有技術中使用的坩堝加熱設備通常為一體式加熱，坩堝內的溫差是固定的，坩堝越大（縱向長度越長），溫差越難控制；同時，用坩堝做蒸鍍時，容易出現坩堝粗度引起的融化不均、坩堝長度引起的突沸所造成的速率不穩以及材料內部導熱慢所導致的材料裂解等缺陷。

因此，現有技術中的相關加熱設備和方法雖然能夠通過監測元件對爐內（坩堝）的溫度進行監測，并通過外部控制器對溫度進行調節，但是其溫控裝置較為簡陋，只能整體上大致調節坩堝內的溫度，對坩堝內熱量傳遞不均及其所導致的溫度不均現象無法解決。而且，對于現有技術中溫控裝置整體式控制坩堝內溫度的方式而言，無法精細地控制整個坩堝各個區域的溫度，由于采樣點有限，局部的溫度異常很可能會使溫控裝置產生誤判，引發加熱處理失敗，甚至是危險的事故。

發明內容

如上所述，現有技術中存在如下缺陷：即現有技術中的相關加熱設備和方法溫控裝置較為簡陋，溫控方法也較為簡單，其只能整體上大致調節坩堝內的溫度，對坩堝內熱量傳遞不均及其所導致的溫度不均現象無法解決。而且，對于現有技術中溫控裝置整體式控制坩堝內溫度的方式而言，無法精細地控制整個坩堝各個區域的溫度，由于采樣點有限，局部的溫度異常很可能會使溫控裝置造成誤判，引發加熱處理失敗，甚至是危險的事故。

使用坩堝進行加熱時，材料會蒸發直至消耗完畢，材料的放置量由坩堝的容量決定，但是坩堝越大（縱向長度越長），溫差越難控制；同時，用坩堝做蒸鍍時，容易出現坩堝粗度引起的融化不均、坩堝長度引起的突沸所造成的速率不穩以及材料內部導熱慢所導致的材料裂解等缺陷。

為了解決現有技術中的問題，需考慮下列因素：

第一，坩堝不能太粗，因為靠近坩堝壁部分的材料溫度高，遠離坩堝壁部分的材料溫度低，會導致融化不均；

第二，材料融化時，熔融部位不能離液面太遠，否則材料中的氣泡很難短時間排出，導致突沸；

第三，坩堝內橫向或縱向的溫差不能太大，否則遇到起蒸溫度和裂解溫度較低的材料，很容易裂解。

因此，

據此，本發明提出了一種坩堝加熱設備及相應的方法。本發明設置了多個獨立的溫控區域，通過特定的方式對每個獨立的溫控區域進行單獨控制，調控更加精確，且大大降低了事故概率。

本發明提出了一種坩堝加熱設備，在實施方案1中，所述設備包括坩堝、圍繞在所述坩堝外部的金屬筒、纏繞在所述金屬筒和所述坩堝之間的電熱絲、用于測量坩堝內材料液位位置的測量單元以及控制器，其特征在于，所述電熱絲包括沿縱向方向設置的至少兩個分段，所述控制器分別控制各個分段的發熱功率，從而將所述坩堝分為至少兩個相應的溫控區域。以此方式，通過設置多個電熱絲的分段和相應的坩堝的溫控區域，精確地控制坩堝每個位置上的溫度，可以有效避免現有技術中無法解決的材料融化不均、突沸甚至是材料裂解等缺陷，從而加大坩堝的材料填充量，減少開腔次數，提高了機臺使用率。

在根據實施方案1所改進的實施方案2中，所述電熱絲的線圈密度在縱向方向上平均分布。這樣可以方便控制器的軟件統一程序，以免出現程序漏洞。

在根據實施方案1或2所改進的實施方案3中，在所述金屬筒的第一端部處布置有金屬覆蓋件，在所述金屬筒的第二端部處布置有金屬層或絕熱層。這是為了有效防止坩堝內的熱量流失到周圍環境中。