等離子弧汽相反應爐制造技術

一種主要由汽相反應室、爐體、陽極、陰極和側氣嘴套等構成的等離子弧汽化反應爐，運用等離子弧使金屬液迅速汽化并同時與氧瞬間化合制備納米級金屬氧化物。它克服了液相法的產品純度低、粒度大、比表面積小、工藝繁雜、耗能大、占地多、成本高、有污染等不足，可取代液相法的近十道工序。本發明專利技術可適用于汽化點３０００ｋ以下的納米級金屬氧化物制備，推廣應用價值大，社會經濟效益顯著，市場前景可觀。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及制備鉍、銻、鋅納米級金屬氧化物的一種等離子弧汽相反應爐。納米技術是當今世界各國都高度重視且投巨資研究開發的重大項目。納米級金屬氧化物的批量生產為我國電力避雷器和電壓敏電阻等行業納米技術的推廣應用創造了基礎條件。目前，國內一般采用液相法制備金屬氧化物，即用金屬鹽溶液通過沉淀、過濾、洗滌、真空干燥和熱解等工序最終獲得產品。其主要缺點是產品純度低、粒度不可能達到納米級，且能耗大、占地多、成本高、生產過程使用較多的化學原料污染環境、生產周期長等。針對上述液相法制備金屬氧化物的缺陷和不足，申請人采用等離子高溫汽相法制備納米級氧化鋅(ZnO)、氧化銻(Sb2O3)和氧化鉍(Bi2O3)均獲得成功。本專利技術的目的是提供一種等離子弧汽相反應爐，使相應金屬經該爐汽化后生成的氧化物產品純度高、粒度達到納米級，且設備耗能小、占地省、成本降低、不使用化學原料亦無污染、生產周期大大縮短和產業化生產易于實現。本專利技術的設計方案是先將金屬加熱呈液狀，陽極插入熱金屬液中；在直流電源的作用下，陽極與陰極間形成的等離子弧致使熱金屬液迅速汽化并同時與空氣中的氧瞬間化合而生成納米級金屬氧化物。附附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖。現結合附圖，對本專利技術的
技術實現思路
進行詳細描述。汽相反應室(1)與爐體(8)連為一體，填充層(9)、爐襯冷卻層(10)、爐襯(11)和金屬料槽(12)固定在爐體(8)內，爐襯冷卻層(10)中沒有爐襯水冷卻通道(21)。固定在爐體(8)上的陽極絕緣套(13)、陽極支撐柱(14)、陽極夾具(15)、陽極電纜(16)和陽極(17)連為一體，剛極(17)插入金屬料槽(12)中。固定在爐體(8)上的陰極(3)、陰極電纜(4)、陰極夾具(5)和陰極自動升降機構(7)連為一體，陰極(3)從固定在汽相反應室(1)上的陰極套(2)中插入汽相反應室(1)，并可垂直移動。汽相反應室(1)的側面設有幾個側氣嘴套(6)和觀察窗(18)。金屬料槽(12)的頂部設有溢流口(20)。本專利技術的工作原理是首先，將相應的金屬錠擊為小塊，在爐外或金屬料槽(12)內使金屬塊熔為金屬液，使液面接近或達到溢流口(20)為止。然后，接通爐襯水冷系統，空氣從側氣嘴套(6)中進入汽相反應室(1)；啟動電源，相應直流電分別輸送到陽極(17)和陰極(3)中；合理調整陰極(3)與金屬液面的距離致使等離子弧(19)產生，自控系統確保等離子弧(19)的穩定，從觀察窗(18)中可直觀等離子弧(19)的現狀。最后，金屬液在等離子弧(19)的劇溫作用下迅速汽化，且同時與空氣中的氧瞬間化合而生成納米級金屬氧化物。制備的納米級金屬氧化物被與汽相反應室(1)相連的回收系統不斷回收。在金屬液汽化的過程中，金屬料槽(12)的溫度已達到或接近金屬的沸點溫度，故而當金屬液少于一定量時只要將同類金屬小塊直接投入金屬料槽(12)中即可熔化。由于不同的金屬沸點不同，因而在制備不同的金屬氧化物時要施以不同的直流電壓和電流。本專利技術除能制備鋅(Zn)、銻(Sb)和鉍(Bi)的納米級金屬氧化物外，還可能用于制備沸點3000k以下的金屬納米級氧化物。側氣嘴套(6)的多少視金屬料槽(12)的體積而定，其作用是保證提供足夠的空氣與汽化金屬化合。爐襯水冷卻通道(21)是利用強迫水冷卻降低爐襯(11)溫度，延長其使用壽命。本專利技術的主要優點是①采用等離子汽化法制備納米級鋅、銻、鉍等金屬氧化物、產品純度高，粒度已達納米級且粒度分布均勻，比表面積大。納米級氧化鉍已進入日本，增強了企業國際競爭能力。②三種產品經過西安無線電二廠氧化鋅壓敏電阻器小批實驗，與非納米材料產品相比，具有添加物的添加比例大幅度下降，其中氧化鉍的有效添加量下降50％以上，氧化銻下降30％以上，氧化鋅添加后使瓷料梯度上升20％；添加納米材料后，瓷片的大電流通流能力顯著提高，限制電壓和泄露電流下降以及生產廠原料漿工藝無須調整等特點。③制備過程簡便，產品一次性生成，本專利技術可取代液相法中的近十道工序。④能耗小，占地少，成本低，制備過程不采用任何化學原料，無污染，社會經濟效益顯著，推廣應用價值大，市場前景可觀。如以氧化鉍為便，液相法生產1kg微米級產品需耗電5.6度，而本專利技術只需耗電2.2度，節電率達60％以上。實施例一制備納米級氧化鉍時，在陽極和陰極間施以直流電壓32—37.8V、直流電流750—450A，穩定等離子弧弧長8—25mm。實施例二制備納米級氧化銻時，在陽極和陰極間施以直流電壓35.25—36V，直流電流650—450A，穩定等離子弧弧長8—20mm。實施例三制備納米級氧化鋅時，在陽極和陰極間施以直流電壓32.16—37.65V，直流電流680—500A，穩定等離子弧弧長7—23mm。權利要求1.一種等離子弧汽相反應爐，包括陰極電纜(4)和陽極電纜(16)，其特征是汽相反應室(1)和爐體(8)連為一體，爐襯(11)和金屬料槽(12)固定在爐體(8)內；陽極(17)、陽極電纜(16)和陽極夾具(15)連為一體，陰極(3)、陰極電纜(4)和陰極夾具(5)連為一體，陽極(17)插入金屬料槽(12)中，陰極(3)插入汽相反應室(1)中；汽相反應室(1)側面設有幾個側氣嘴套(6)。2.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是填充層(9)和爐襯冷卻層(1())固定在爐體(8)內。3.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是固定在爐體(8)上的陽極絕緣套(13)、陽極支撐柱(14)、陰極夾具(15)、陽極電纜(16)和陽極(17)連為一體。4.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是固定在爐體(8)上的陰極(3)、陰極電纜(4)、陰極夾具(5)和陰極自動升降機構(7)連為一體。5.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是汽相反應室(1)的側面設有觀察窗(18)。6.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是爐襯冷卻層(10)中設有爐襯水冷卻通道(21)。7.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是金屬料槽(12)的項部設有溢流口(20)。8.根據權利要求1所述的一種等離子弧汽相反應爐，其特征是陰極(3)從固定在汽相反應室(1)上的陰極套(2)中插入汽相反應室(1)。全文摘要一種主要由汽相反應室、爐體、陽極、陰極和側氣嘴套等構成的等離子弧汽化反應爐,運用等離子弧使金屬液迅速汽化并同時與氧瞬間化合制備納米級金屬氧化物。它克服了液相法的產品純度低、粒度大、比表面積小、工藝繁雜、耗能大、占地多、成本高、有污染等不足,可取代液相法的近十道工序。本專利技術可適用于汽化點3000k以下的納米級金屬氧化物制備,推廣應用價值大,社會經濟效益顯著,市場前景可觀。文檔編號B01J19/08GK1332033SQ0112850公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月18日 優先權日2001年7月18日專利技術者李錫牛, 張耀平, 李元福 申請人:張耀平本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子弧汽相反應爐，包括陰極電纜（４）和陽極電纜（１６），其特征是汽相反應室（１）和爐體（８）連為一體，爐襯（１１）和金屬料槽（１２）固定在爐體（８）內；陽極（１７）、陽極電纜（１６）和陽極夾具（１５）連為一體，陰極（３）、陰極電纜（４）和陰極夾具（５）連為一體，陽極（１７）插入金屬料槽（１２）中，陰極（３）插入汽相反應室（１２）中；汽相反應室（１）側面設有幾個側氣嘴套（６）。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李錫牛，張耀平，李元福，
申請(專利權)人：張耀平，
類型：發明
國別省市：43[中國|湖南]