[发明专利]一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉

权利要求书

1.一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、以及外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统，其特征在于:还包括有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱和第二蓄热箱，第一蓄热箱和第二蓄热箱分别通过第一气体通道和第二气体通道与炉膛相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一输入系统和第二输入系统分别设置在第一气体通道和第二气体通道上；

所述非金属催化剂输入系统将非金属催化剂送入炉膛并在金属表面堆积，天然气不充分燃烧在催化剂表面留有碳源前驱气体，碳源前驱气体在非金属催化剂表面分解沉积，沉积的碳析出生长成为多层石墨烯并且与外界隔离；关闭催化剂输入系统，在含石墨烯的高导热率复合耐火材料导热层的作用下，金属吸收热量的速度加快。

2.如权利要求1所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述第一输入系统和第二输入系统按程序交替开启输入非金属催化剂；非金属催化剂随蓄热燃烧系统主助燃风进入炉膛。

3.如权利要求1所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：天燃气管道从两个蓄热箱中间位置通入炉膛，以供应天然气；蓄热燃烧系统的空气过剩系数在点火后的设定时间T内为0.7-0.95，天燃气不充分燃烧形成炉膛内富碳源和无氧气氛，从而构成石墨烯的生成环境。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述的非金属催化剂为以AL₂O₃为基底的非金属催化剂，由催化剂输入系统送入炉膛。

5.如权利要求4所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述的第一气体通道和第二气体通道上还设置有第一辅助燃烧装置和第二辅助燃烧装置，设定时间T内开启将炉膛内未燃尽气体完全燃烧，设定时间T结束后关闭。

6.如权利要求4所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述的蓄热燃烧系统的空气过剩系数在点火后的设定时间T后调整为正常的充分燃尽空气过剩系数值，同时关闭催化剂输入系统和辅助燃烧装置。

7.一种自动生成石墨烯的金属冶炼炉使用方法，其包括两个阶段：

第一阶段生成石墨烯阶段，点火后的设定时间T内，非金属催化剂的输入系统将以AL₂O₃为基底的非金属催化剂匀速送入炉膛并缓慢地在金属表面堆积，同时蓄热燃烧系统的空气过剩系数为0.7-0.95，天燃气不充分燃烧在催化剂表面留有适当浓度的碳源前驱气体、温度为900-1200℃和无氧的气氛，碳源前驱气体在非金属催化剂表面分解沉积，当后续送入的非金属催化剂覆盖前面催化剂时，由于催化剂堆积在金属表面，前面的溶有碳原子的催化剂被新的催化剂覆盖后将热量传给金属而迅速降温，该催化剂层内沉积的碳析出生长成为多层石墨烯并且与外界隔绝；到设定时间T结束时，炉膛内金属表面形成一层以非金属催化剂为基体的富含石墨烯的高导热率复合耐火材料导热层；未燃尽的燃料被辅助燃烧装置燃尽后排入第一蓄热箱或第二蓄热箱；

第二阶段：设定时间T结束后，蓄热燃烧系统的空气过剩系数恢复为正常值，关闭催化剂输入系统和辅助燃烧装置，冶炼炉在含石墨烯的高导热率复合耐火材料导热层的作用下加快金属吸收热量的速度，进入快速金属熔炼的加热和升温阶段、进行熔炼。