用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法。所述启动熔化装置包括石墨棒以及与石墨棒相连的升降机构，所述石墨棒具有数个，每个石墨瓣下端连接有一个石墨瓣，数个石墨瓣组成多边形或圆环形。本发明专利技术提供的装置利用石墨瓣间隙弧光放电加热金属氧化物，石墨瓣不容易氧化，石墨瓣与金属氧化物粉末的接触面积较大，大大提高启动熔化速度，无需消耗额外能源，而且该装置结构简单可靠。

Used to start melting apparatus and method of high frequency cold crucible melting metal oxide

The invention discloses a device and a method for starting melting high frequency cold crucible melting metal oxide. The starting melting device comprises a graphite rod and is connected with the graphite rod lifting mechanism, the graphite rod is provided with a plurality of graphite, each valve is connected with the lower end of a graphite disc, a plurality of polygonal or circular graphite flap. The device uses graphite valve gap arc discharge heating metal oxide, graphite oxide valve is not easy, the contact area of the graphite disc and metal oxide powder is large, greatly improve the starting melting speed, no need to consume extra energy, and the device has the advantages of simple structure and reliable.

【技术实现步骤摘要】
用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法
本专利技术涉及冷坩埚制备高纯金属氧化物
，尤其涉及一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法。
技术介绍
高频冷坩埚中电磁感应加热熔炼高纯、高熔点金属氧化物是近年来熔炼高纯、高熔点金属氧化物的重点研究方向。冷坩埚由数十根水冷金属管(常用铜管)围成，冷坩埚外部的高频感应线圈产生感应电磁场，感应电磁场透过金属管间的间隙作用于冷坩埚内的原料。如果原料是导体，则可以感应出感应电流，从而对原料进行感应加热。对于大多数金属氧化物(如氧化铝、氧化镁、二氧化硅等)，其固态为非导体，无法直接进行感应加热，而这些金属氧化物在熔融状态下是导体，能够进行感应加热。因此采用冷坩埚熔炼这些金属氧化物时，需要通过某些方法产生少量的熔融金属氧化物，形成熔池，这些熔融的金属氧化物通过感应发热而不断熔化周围的物料，从而最终达到熔炼金属氧化物的目的，而最初形成金属氧化物熔池的过程称为启动熔化。常规的启动熔化方法是金属氧化物原料中加入少量的同种金属来实现。金属被感应加热熔化，当温度达到金属氧化物物料的熔点后，物料被熔化，熔化的物料能够被感应发热，而熔融的金属被空气中的氧所氧化，形成与原料相同成分的金属氧化物。理论上该方法可以实现，但实际应用过程中，金属难以被完全氧化，在原料中形成残留，使金属氧化物中含有单质金属。有文献报道采用等离子枪置于金属氧化物表面，等离子枪产生的高温等离子体使金属氧化物熔化形成熔池，从而达到启动熔化的目的。该方法需要额外的数十千瓦的射频或直流等离子电源，使得启动熔化能耗较高，同时，等离子枪须通入一定压力、流量的惰性气体以保持等离子炬的稳定，在启动熔化过程中，惰性气体会把物料粉末吹起而产生过多损耗。申请号为CN201210488971.6的中国专利公开了一种用于冷坩埚制备高纯金属氧化物的启动熔化装置和方法，该装置包括石墨棒、氧化铝陶瓷管和升降系统，所述氧化铝陶瓷管连接于升降系统上，所述石墨棒插入高纯氧化铝陶瓷管内，在氧化铝陶瓷管与石墨棒之间留有间隙，且二者通过氧化铝陶瓷螺栓连接。该装置的缺点是：由于石墨棒与金属氧化物粉体接触面积有限，故熔化时间长，由于熔化时间较长，石墨棒在高温下容易燃烧，导致石墨棒疏松，石墨粉会脱落到金属氧化物中产生污染；虽然石墨棒与氧化铝陶瓷管之间采用氩气进行保护，但是若氩气气流过小，保护能力有限，石墨还是会被氧化，氩气气流过大，容易将金属氧化物粉末吹起而产生过多损耗。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置及方法，本专利技术将石墨瓣拼成多边形或圆环形，置于金属氧化物粉末中用于启动熔化，接触面积大，大大节省熔化时间，同时保证避免金属氧化物中混入杂质。本专利技术的技术方案如下：一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，包括石墨棒4，所述石墨棒4具有数个，每个石墨棒4下端连接有一个石墨瓣5，数个石墨瓣5组成多边形或圆环形。所述启动熔化装置还包括带动石墨棒4和石墨瓣5旋转的转动机构6。所述启动熔化装置还包括带动石墨棒4和石墨瓣5升降的升降机构1，转动机构和升降机构可根据现有技术和公知常识进行设计。所述相邻石墨瓣5之间的间隙为2～5mm，保证石墨瓣间隙产生的强烈弧光放电。所述石墨棒4具有2～8个，石墨瓣5厚度为3～10mm，石墨棒个数以及石墨瓣的厚度可根据需要进行调整。所述石墨瓣及石墨棒均由高纯(4N)高密度石墨制成。所述石墨棒4的上端固定连接在绝缘板3上，绝缘板3上设有连接杆2，连接杆2上设有升降机构1和转动机构6，绝缘板的材料可以采用绝缘树脂、木板或绝缘电木。作为优选，所述石墨瓣5呈扇形或花瓣形，数个石墨瓣拼成圆环形，由于冷坩埚以及感性线圈一般均为圆形，石墨瓣拼成圆环形，与冷坩埚的接触面积较大，有利于提高熔化速度。本专利技术的机理如下：如果采用现有技术中的石墨棒进行启动熔化，由于金属氧化物的熔点较高，例如氧化铝的熔点高达2054℃，石墨棒导电启动熔化过程中容易被氧化变蓬松，导致石墨粉脱落到金属氧化物内，严重影响高纯氧化物(≥99.999％)的纯度；虽然采用氩气进行保护石墨不被氧化，但氩气的气流速度难以控制。本专利技术采用具有一定形状和厚度的石墨瓣拼成多边形或圆环形，将拼接好的石墨瓣置于金属氧化物粉末中用于启动熔化，由于相邻石墨瓣之间存在空隙，开启感应线圈的电源后，石墨瓣间隙会产生强烈的弧光放电，间隙中的气体击穿，发出强烈光辉，产生高温使石墨瓣周围的金属氧化物粉末熔化，该过程比较迅速，石墨瓣自身温度还没有达到燃点，金属氧化物已经熔化，同时石墨瓣的转动使金属氧化物快速熔化形成环形熔池，而且石墨瓣拼接的多边形或圆环形与金属氧化物的接触面积比较大，故大大加快了金属氧化物的启动熔化速度，且石墨瓣不容易燃烧而造成污染，能够多次循环使用。本专利技术还提供一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化方法，所述方法包括以下步骤：步骤(1)将高频冷坩埚内装填金属氧化物粉体，金属氧化物粉体高度超过电磁感应线圈下沿高度；步骤(2)启动熔化装置通过升降机构，石墨瓣放入坩埚中，石墨瓣上沿不超过感应圈上沿；步骤(3)继续装填金属氧化物粉体，金属氧化物粉体高度超过石墨瓣上沿高度；步骤(4)开启感应线圈的电源，石墨瓣间隙产生强烈弧光放电，开启转动机构带动石墨瓣转动；步骤(5)石墨瓣周围形成熔体时，石墨瓣停止转动，启动升降机构把石墨瓣上提移出冷坩埚，启动熔化完毕，按需要继续向坩埚中加入原料。步骤(1)金属氧化物粉体高度超过电磁感应线圈下沿高度1～3mm；步骤(3)金属氧化物粉体高度超过石墨瓣上沿高度1～3mm。步骤(4)转动速度为2～20rpm，作为优选，转动速度为10～20rpm(转/分)。所述金属氧化物为氧化镁、氧化硅或氧化铝。本专利技术的方法把装配好的多等分圆的石墨瓣放置于冷坩埚中，与外部的感应线圈同平面，在冷坩埚中加入高纯金属氧化物粉末，粉末刚好覆盖石墨瓣平面。启动高频电源，石墨瓣间隙产生强烈的弧光放电，放电产生的高温使金属氧化物熔化，同时石墨瓣的转动使金属氧化物快速熔化形成环形熔池，之后升降机构把石墨瓣提出冷坩埚，实现快速启动熔化。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的装置利用石墨瓣间隙弧光放电加热金属氧化物，石墨瓣与金属氧化物接触很短时间内就能使金属氧化物熔化，且石墨瓣与金属氧化物粉末的接触面积较大，大大提高启动熔化速度，无需消耗额外能源，该装置结构简单可靠，能够多次利用。另外，在启动熔化过程中，石墨瓣不会长时间通电，避免了石墨粉脱落到金属氧化物中产生污染。附图说明图1为本专利技术提供的启动熔化装置的平面结构示意图；图2为石墨瓣拼接成圆环形的俯视图；图3为本专利技术提供的启动熔化装置的立体结构示意图；图4为启动熔化装置的使用状态示意图；图中标记：1-升降机构，2-连接杆，3-绝缘板，4-石墨棒，5-石墨瓣，6-转动机构，7-感应线圈，8-冷坩埚，9-金属氧化物粉末。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明，但本专利技术并不局限于以下方案。实施例1如图1～图2所示，用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，包括连接杆2，绝缘板3，石墨棒4，石墨瓣5以及转动机构6，其中，石墨棒设置6个，每个石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，包括石墨棒(4)，其特征在于，所述石墨棒(4)具有数个，每个石墨棒(4)下端连接有一个石墨瓣(5)，数个石墨瓣(5)组成多边形或圆环形。

【技术特征摘要】
1.一种用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，包括石墨棒(4)，其特征在于，所述石墨棒(4)具有数个，每个石墨棒(4)下端连接有一个石墨瓣(5)，数个石墨瓣(5)组成多边形或圆环形。2.如权利要求1所述的用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，其特征在于，所述启动熔化装置还包括带动石墨棒(4)和石墨瓣(5)旋转的转动机构(6)。3.如权利要求1所述的用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，其特征在于，所述启动熔化装置还包括带动石墨棒(4)和石墨瓣(5)升降的升降机构(1)。4.如权利要求1所述的用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，其特征在于，所述相邻石墨瓣(5)之间的间隙为2～5mm。5.如权利要求1所述的用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，其特征在于，所述石墨棒(4)具有2～8个。6.如权利要求1所述的用于高频冷坩埚熔炼金属氧化物的启动熔化装置，其特征在于，所述石墨棒(4)的上端固定连接在绝缘板(3)上，绝缘板(3)上设有连接杆(2)，连接杆(2)上设有升降机构(1)和转动机构(6)。7.如权利要求1～6任一所述的用于高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀东，胡劲，王玉天，王开军，苏林，赵彦杰，赵娜，
申请(专利权)人：昆明铂生金属材料加工有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53