[發明專利]一種坩堝夾具及應用其的管式爐加熱裝置

有效

• 申請號: 201610380094.9
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN106091691B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 牟中飛;楊億斌;肖也;招瑜;吳福根;李京波
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: F27B17/02
• 分類號: F27B17/02;F27D3/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及材料制備技術領域，具體涉及一種坩堝夾具及應用其的管式爐加熱裝置。

背景技術

使用管式爐加熱是一種常用的材料制備方法，它是把一種或幾種原材料放入爐管內適宜的加熱區位置，使原材料在較高的溫度下發生物理或化學反應，從而生成新的材料。除原材料外，還可能通入一些具有特定功能的氣體。這些氣體可能起到保護或還原作用，也可能直接參與反應。爐管內不同位置有不同的加熱溫度，一般中心部位溫度最高，距離爐管中心越遠溫度越低。管式爐爐體一般不透明，將盛有原材料的坩堝推進爐管時，坩堝位置只能通過測量推進桿進入爐管的長度以及爐管露出爐體的長度等進行估算。在很多情況下，材料在爐管內的加熱區位置及在豎直面內的角度需要視反應進行的不同階段而改變，同時又不能在高溫下停止通入氣體，也就是不能打開爐管兩側的封閉端。現有的解決方法是將爐管在爐膛內向一側抽拉或在豎直面內旋轉。

綜上所述，現有技術對于坩堝在爐管內所處位置以及在豎直面內角度的確定是很粗略的，存在許多弊端。第一，坩堝定位精度低，多次實驗很難保證各次實驗坩堝處于相同的加熱區位置，實驗的可重復性差。第二，推進、抽拉或旋轉爐管過程中坩堝在豎直方向的角度會發生無規律的改變，甚至造成坩堝傾覆，實驗者對此卻很難發現。第三，抽拉爐管操作將改變爐管內所有坩堝的位置，只能適應簡單情況，對于爐管內有多個處于不同加熱區位置的坩堝，它們的加熱區位置改變量又不盡相同時，此種操作不能滿足要求。第四，經常性將爐管推進拉出，容易造成爐管與爐膛之間的過度摩擦而損壞爐膛。

發明內容

鑒于以上所述，為了克服至少一個上述問題，本發明有必要提供一種管式爐加熱的坩堝夾具。根據本發明的另一個方面，還提供了一種使用該坩堝夾具的管式爐加熱裝置。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種坩堝夾具，坩堝夾具包括固定設置于爐管內的管內裝置、可移動地設置于爐管外的管外裝置、帶有軸向長度刻度的連接桿以及用于夾持坩堝的夾持裝置，連接桿固定連接管內裝置和夾持裝置，管內裝置包括管內條形磁鐵以及管內環形磁鐵，管外裝置包括管外條形磁鐵以及管外環形磁鐵，管外環形磁鐵可沿連接桿的軸向方向左右平移，從而驅動管內環形磁鐵進行相同方向的平移進而驅使連接桿進行軸向上的移動；管外條形磁鐵可驅動管內條形磁鐵進行旋轉，進而驅動連接桿進行徑向旋轉。

進一步的，管內裝置還包括角度指針，爐管的正上方設置有水平指示刻線，通過角度指針與水平指示刻線的夾角，判斷坩堝夾具是否處于水平狀態。

進一步的，管內裝置還包括定位金屬片，管內條形磁鐵以及管內環形磁鐵分別通過一個定位金屬片固定在爐管內，角度指針與管內條形磁鐵緊密連接從而同步旋轉或靜止。

進一步的，夾持裝置以及連接桿均采用熔點高、剛度大、熱膨脹系數小、化學性質不活潑，在高溫下不會揮發出氣相物質與原材料發生反應的材料制成。

本發明的另一個方面還提供一種管式爐加熱裝置，包括爐管、爐體以及坩堝夾具，坩堝夾具為如前述任一項的坩堝夾具，爐管為透明的石英爐管，爐體為不透明爐體，爐體可用于固相反應以及氣相反應。

進一步的，管內條形磁鐵以及管內環形磁鐵的居里溫度至少高于爐管的最高承受溫度200度。

進一步的，管外環形磁鐵為軸向充磁，管外環形磁鐵的內徑比爐管外徑大1－3毫米，表面光滑處理；

管外條形磁鐵為長度方向充磁，使其磁場強度足以引導管內裝置在爐管內豎直平面內旋轉。

進一步的，管式爐加熱裝置還包括坩堝，坩堝的長度方向沿爐管被坩堝夾具所夾持，坩堝的長度為L，爐體長度為M，夾持裝置以及夾持裝置與管內條形磁鐵之間的連接桿的長度之和為N，則：N≥M/2－L/2。

進一步的，手持管外條形磁鐵，與管內條形磁鐵的一端相吸引或者相斥，可驅動坩堝夾具進行旋轉。

進一步的，坩堝夾具還包括鐵環，鐵環在管式爐加熱裝置完成反應過程以后，套設在爐管上，接近管內環形磁鐵，依靠吸引作用，吸引管內環形磁鐵做軸向平移，從而使坩堝夾具將坩堝從爐體中撤出。

相較于現有技術，本發明的坩堝夾具，通過設置磁性的管內裝置以及管外裝置，管外裝置包括管外條形磁鐵以及管外環形磁鐵，管外環形磁鐵可沿連接桿的軸向方向左右平移，從而驅動管內環形磁鐵進行相同方向的平移進而驅使連接桿進行軸向上的移動；管外條形磁鐵可驅動管內條形磁鐵進行旋轉，進而驅動連接桿進行徑向旋轉。因此，本發明提供的坩堝夾具可以使得坩堝在軸向以及徑向進行移動，從而獲得需要的加熱區域，以更好地適應實驗條件。