CN101267879B - 球化装置及其运转方法 - Google Patents
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Abstract
一种球化装置，包括球化炉、旋风器和袋滤器。所述球化炉，在顶部沿垂直方向向下设有球化燃烧器，在本体部形成有多个防附着用空气导入孔，在下部形成有传输用空气导入孔和传输用空气导出孔；所述防附着用空气导入孔和所述传输用空气导入孔通过第一管道与送风鼓风机连接；所述传输用空气导出孔通过第二管道与所述旋风器连接；所述旋风器通过第三管道与所述袋滤器连接；所述第三管道包括冷却用空气导入部；所述袋滤器通过第四管道与吸入式鼓风机连接；所述第一管道的一端与所述送风鼓风机的排出部连接，另一端分为两个分支，其中一个分支与所述传输用空气导入孔连接，另一个分支与集合所述多个防附着用空气导入孔的集合器连接；在所述两个分支中的一个上设置有节气阀。
Description
技术领域
本发明涉及向火焰中供给硅(Si)粉末等无机粉体原料(以下简称为“原料”)来制造无机球化粒子(以下简称为“粒子”)的无机球化粒子制造装置(以下简称为“球化装置”)的改进。
背景技术
作为现有球化装置的一个例子，日本专利第3331491号公报中记载的球化装置表示在图2中。该球化装置由球化炉10、旋风器20和袋滤器30构成。
球化炉10(以下简称为“炉10”)使原料在火焰中熔解而产生粒子。旋风器20获取炉10中产生的粒子进行分级，并只收集规定粒径以上的粒子。袋滤器30使用过滤布收集在旋风器20中没有被收集的微小粒子。在旋风器20中收集的粒子和袋滤器30中收集的微小粒子分别或适当混合后用于工业上。
在炉10的顶部，沿垂直方向向下设置有球化燃烧器11。原料、氧或空气等助燃性气体、以及丙烷气体等燃料气体被供给到球化燃烧器11中。通过从球化燃烧器11前端供给的助燃性气体和燃料气体的混合气体，向下形成火焰。原料供给到该火焰中并溶解，从而生成粒子。
生成的粒子在炉10内下降，进而供给到旋风器20中，但有时一部分刚生成的高温粒子会附着在炉10的内壁面。附着在内壁面的粒子成块状物，该块状物的表面形成高温，因此会进一步附着生成的粒子。当火焰中形成的粒子附着到炉10的内壁面时，供给到旋风器20的粒子数量减少，因此产品的生产效率降低。并且，当炉10的内壁面上形成块状物时，炉10内的温度上升，该温度上升导致在炉10内制造出的粒子的数量、粒径等与规定的粒子数量、粒径等相比发生变化。这样，在炉10的内壁面上的粒子附着、块状物的形成上存在问题。
因此，为了防止粒子附着在炉10的内壁面，在炉10上形成有多个防附着用空气导入孔12，12，......。图2中，在炉10的纵向上形成有一列五个防附着用空气导入孔12，12，......，该一列防附着用空气导入孔12，12，......沿着炉10的周围形成有多列。
这些防附着用空气导入孔12，12，......通过集合器(manifold)41与供给防附着用空气的送风鼓风机40a(以下简称为“鼓风机40a”)连接。来自鼓风机40a的空气从炉10的各防附着用空气导入孔12，12，......向炉10内喷出，防止生成的粒子附着在炉10的内壁面。
另外，在炉10的底部向上设置有观察窗(图中未示出)，可以观察整个炉10内部。从而，能够确认炉10内壁面上附着粒子的情况。
在炉10的下部，相向形成有传输用空气导入孔13和传输用空气导出孔14。供给传输用空气的送风鼓风机40b(以下简称为“鼓风机40b”)，通过管道42与传输用空气导入孔13连接。
如上所述，旋风器20分级收集规定粒径的粒子.为了使旋风器20的分级状态一定，将收集效率维持为最佳，需要将供给旋风器20的空气量Q(以下只标记为“Q”)维持为一定.
该Q是防附着用空气量Qa(以下只标记为“Qa”)和传输用空气量Qb(以下只标记为“Qb”)之和。即，下式(1)成立。
Qa+Qb＝Q ......(1)
因而，为了维持Q为一定，需要使Qa的变化量(以下标记为“ΔQa”)和Qb的变化量(以下标记为“ΔQb”)一致。即，需要满足下式(2)。
ΔQa＝ΔQb(但，ΔQa，ΔQb＞0)......(2)
但是，存在难于使ΔQa和ΔQb一致的问题。
以下对产生上述问题的原因进行详述。
例如，当炉10的内壁面开始附着粒子时，为了防止附着，增大鼓风机40a的转速，将当前的Qa增加为Qa+ΔQa。则，鼓风机40a的排出压力上升，炉10内的压力随之上升。结果，鼓风机40b和炉10之间产生压力差，该压力差使得Qb减少。因而，调整Qb时，需要考虑鼓风机40b和炉10之间的压力差引起的Qb的减少量。
另一方面，为了满足式(2)，减小鼓风机40b的转速，将当前的Qb减少为Qb-ΔQb。则，鼓风机40b的排出压力减小，炉10内的压力降低。结果，鼓风机40a和炉10之间产生压力差，该压力差使得Qa+ΔQa增加。因而，为了满足式(2)，需要对ΔQa和ΔQb进行微调。
向炉10内导入防附着用空气具有降低炉10内温度的效果。因此，为了维持一般运转时的温度范围，优选在炉10的内壁面上没有粒子附着时，在粒子不会附着的范围内减少Qa。
因此，当炉10的内壁面上没有附着粒子时，需要减少Qa。但是，减少Qa时，与上述增加Qa时一样，会产生炉10内压力的变化和由此带来的Qb的变化。
综上所述，Qa和Qb的增加和减少，使得炉10内的压力产生变化，因此难以将Q总是维持为一定。并且，即使随着Qa和Qb的增加和减少同时调整鼓风机40a、40b的转速，也很难使增加和减少的时机一致，出现了由于Q的变化造成旋风器20的收集效率不得不降低的问题。
另一方面，球化装置通常连续运转数日乃至数月，因此炉10内的温度和压力由于外部空气温度的昼夜变化等原因而发生变化，结果，出现了粒子品质和生产效率发生恶化的问题。
专利文献1：日本专利3331491号公报
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种球化装置，将吸入旋风器内的空气量Q总是维持为一定，将收集效率维持在最佳状态的同时，能够简便地调整防附着用空气量Qa和传输用空气量Qb。并且，本发明的另一目的在于提供一种球化装置及其运转方法，通过将炉内温度和压力维持为最佳，能够以高生产效率生产高品质无机球化粒子。
为了解决上述问题，本发明的第一形态为一种球化装置，包括球化炉、旋风器和袋滤器.所述球化炉，在顶部沿垂直方向向下设有球化燃烧器，在本体部形成有多个防附着用空气导入孔，在下部形成有传输用空气导入孔和传输用空气导出孔；所述防附着用空气导入孔和所述传输用空气导入孔通过第一管道与送风鼓风机连接；所述传输用空气导出孔通过第二管道与所述旋风器连接；所述旋风器通过第三管道与所述袋滤器连接；所述第三管道包括冷却用空气导入部；所述袋滤器通过第四管道与吸入式鼓风机连接；所述第一管道的一端与所述送风鼓风机的排出部连接，另一端分为两个分支，其中一个分支与所述传输用空气导入孔连接，另一个分支与集合所述多个防附着用空气导入孔的集合器连接；在所述两个分支中的一个上设置有第一节气阀(damper)；所述第一节气阀能够任意调节防附着用空气量Qa和传输用空气量Qb的比例，能够将吸入旋风器内的空气量Q总是维持为一定，所述空气量Q是空气量Qa和空气量Qb的合计.
优选地，本发明的球化装置进一步包括：压力传感器和第一温度传感器，设置于所述球化炉上，所述压力传感器监视炉内压力，所述第一温度传感器监视炉内温度；第二节气阀，设置于所述冷却用空气导入部，调节冷却用空气的供给量；第二温度传感器，设置于所述第三管道，监视流入所述袋滤器的气体温度；第三节气阀，设置于所述第四管道，调节所述吸入式鼓风机的吸入量；以及控制装置，与所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀以能够通信的方式连接，所述控制装置利用所述压力传感器计测的压力值、所述第一温度传感器计测的温度值、所述第二温度传感器计测的温度值进行运算，向第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀发送开度控制信号。
并且，在本发明的球化装置中，压力传感器和第一温度传感器优选形成在所述球化炉的上部。
本发明的第二形态为一种球化装置的运转方法。该球化装置包括：球化炉，在本体部形成有多个防附着用空气导入孔，在下部形成有传输用空气导入孔和传输用空气导出孔；送风鼓风机，向该球化炉供给防附着用空气和传输用空气；第一管道，一端与所述送风鼓风机的排出部连接，另一端分为两个分支，其中一个分支与所述传输用空气导入孔连接，另一个分支与集合所述多个防附着用空气导入孔的集合器连接；第一节气阀，设置于所述两个分支中的一个上；旋风器，通过第二管道与所述传输用空气导出孔连接；袋滤器，通过第三管道与所述旋风器连接；压力传感器和第一温度传感器，设置于所述球化炉上，所述压力传感器监视炉内压力，所述第一温度传感器监视炉内温度；冷却用空气导入部，设置于所述第三管道；第二节气阀，设置于该冷却用空气导入部，调节冷却用空气的供给量；第二温度传感器，设置于所述第三管道，监视流入所述袋滤器的气体温度；吸入式鼓风机，通过第四管道与所述袋滤器连接；第三节气阀，设置于该第四管道，调节所述吸入式鼓风机的吸入量；以及控制装置，与所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀以能够通信的方式连接。该球化装置的运转方法包括：将所述压力传感器计测的压力值、所述第一温度传感器计测的温度值、所述第二温度传感器计测的温度值以及预先设定的压力值和温度值输入到所述控制装置中进行运算，根据该运算结果向第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀发送开度控制信号，控制它们的开度。
根据本发明，使用一个送风鼓风机和第一节气阀同时调整防附着用空气量Qa和传输用空气量Qb，因此能够将供给到球化炉的防附着用空气量Qa和传输用空气量Qb的合计、即吸入旋风器内的空气量Q总是维持为一定.从而，能够将旋风器的收集效率维持在最佳状态.并且，由于只使用第一节气阀进行调整，因此操作变得很简便.
并且，根据本发明，通过使用控制装置，可以将炉内温度和压力维持为最佳，能够以高生产效率生产高品质粒子。
附图说明
图1为表示本发明球化装置的一个例子的概略图；
图2为表示现有球化装置的一个例子的概略图。
符号说明
10 球化炉 24 第二温度传感器
11 球化燃烧器 30 袋滤器
12 防附着用空气导入孔 31 第四管道
13 传输用空气导入孔 32 吸入式鼓风机
14 传输用空气导出孔 33 第三节气阀
15 力传感器 40c 送风鼓风机
16 第一温度传感器 41 集合器
17 第二管道 42 第一管道
20 旋风器 42a 第一管道的一个分支
21 第三管道 42b 第一管道的另一个分支
22 冷却用空气导入部 43 第一节气阀
23 第二节气阀 50 控制装置
具体实施方式
下面参照附图对本发明的球化装置的一个实施方式进行说明。图1为本发明的球化装置的一个例子，对于与图2中的现有装置同样的构成单元，付之以同样的符号，并省略或简化其说明。
在图1的球化装置中，与现有装置的主要不同点在于以下几点：第一管道42分为两个分支，其中一个分支42a与集合器41连接；另一个分支42b上设置有第一节气阀43；包括控制装置50。
在本发明球化装置的炉10上只设有一台送风鼓风机40c(以下简称为“鼓风机40c”)。该鼓风机40c的排出部与第一管道42的一端连接。而且，第一管道42的另一端分为两个分支，其中一个分支42a与集合器41的一端连接，另一个分支42b与传输用空气导入孔13连接。集合器41的多个其余端集合多个防附着用空气导入孔12，12，......。并且，在第一管道42的另一个分支42b上设置有调节Qa和Qb比例的第一节气阀43。
通过使用这样的结构，可以将防附着用空气和传输用空气都从一个鼓风机40c供给到炉10内。并且，通过使用第一节气阀43，能够任意调节Qa和Qb的比例。此时，Qa和Qb的合计不随比例的调整而变化，因此可以将吸入旋风器内的空气量Q总是维持为一定，能够将收集效率维持为最佳。
另外，第一节气阀43不限于设在第一管道42的分支点和传输用空气导入孔13之间，也可以设在该分支点和集合器41之间。
在炉10上设置有压力传感器15和第一温度传感器16。从而，可以确认炉10内的压力是否保持为适当的压力、温度是否足够用来熔融原料。另外，为了调查作为粒子生成场所的球化燃烧器11的火焰附近，优选将压力传感器15和第一温度传感器16设置在炉10的上部。
第二管道17的一端与炉10的传输用空气导出孔14连接，其另一端与旋风器20的入口部连接。第三管道21的一端与旋风器20的出口部连接，另一端与袋滤器30的入口部连接。
在第三管道21上设置有冷却用空气导入部22。该冷却用空气导入部22向第三管道21供给冷却用空气。从而，能够降低从旋风器20流向袋滤器30的气体温度。并且，在冷却用空气导入部22上设置有第二节气阀23，由此可以调节冷却用空气量。并且，在第三管道21上袋滤器30的入口附近设置有第二温度传感器24，由此能够确认流入袋滤器30的气体是否合适。
这样，通过在冷却用空气导入部22上设置第二节气阀23，可以将气体量的增加抑制在最小限度，同时将流入袋滤器30的气体温度调节到通常的袋滤器30的过滤布的耐热温度即180℃以下、且气体中的水分不会结露而附着在过滤布上的100℃以上的范围。另外，冷却用空气导入部22的设置位置优选设置在第三管道21上旋风器30的出口附近，以使高温气体和冷却用空气充分混合而降低温度之后流入袋滤器30。
第四管道31的一端与袋滤器30的出口部连接，另一端与吸入式鼓风机32连接。该吸入式鼓风机32吸入在球化装置内部流通的气体。
并且，在第四管道31上设置有用于调节吸入式鼓风机32的吸入量的第三节气阀33，由此能够调节在球化装置内部流通的气体的吸入量。
另外，炉10内的压力优选设定为若干负压。此时，通过调整第二节气阀23的开度，能够调节旋风器20的上游吸入量，调整炉10内的压力。从而，在与上述防附着用空气的效果合在一起防止炉10的内壁面上附着粒子的同时，有效地从炉10排出粒子。
控制装置50控制球化装置内部的气体压力和温度，该控制装置50包括：压力指示调节器(PIC)51，温度指示调节器(TIC)52、52和运算器(Y)53。该控制装置50通过通信电缆与上述的压力传感器15、第一温度传感器16、第二温度传感器24、第一节气阀43、第二节气阀23和第三节气阀33连接。另外，控制装置50与各构成单元的连接方法不限于上述通信电缆，也可以使用无线通信。
下面说明使用控制装置50的球化装置运转方法的一个例子。
压力传感器15、第一温度传感器16和第二温度传感器24中计测的压力值和温度值，发送到控制装置50，输入到运算器53中。在该运算器53中，根据输入的压力值和温度值，以及压力指示调节器51和温度指示调节器52、52中设定的压力值和温度值进行运算。于是，为使计测的压力值和温度值与设定的温度和压力相同而从运算器53发送开度控制信号到第一节气阀43、第二节气阀23和第三节气阀33，控制它们的开度。
另外，上述控制自动且连续地进行。
各节气阀的开度与炉10内上部温度和压力之间的关系表示在表1中。
| 操作 | 炉内上部温度 | 炉内上部压力 | |
| (1) | 第一节气阀开度：大 | 上升 | 下降 |
| (2) | 第一节气阀开度：小 | 下降 | 上升 |
| (3) | 第二节气阀开度：大 | 变化小 | 上升 |
| (4) | 第二节气阀开度：小 | 变化小 | 下降 |
| (5) | 第三节气阀开度：大 | 变化小 | 下降 |
| (6) | 第三节气阀开度：小 | 变化小 | 上升 |
表1
例如，要使炉10内的上部温度上升时，进行(1)的操作，但其结果使得炉10内的上部压力下降，因此需要进行(3)或(6)的操作。
另外，第三节气阀33与第二节气阀23相比，对炉10内的上部压力的效果更显著。因此，通过均衡控制两个节气阀的开度，能够将炉10内的温度和压力维持为最佳。
这样，通过采用控制装置50和使用该控制装置50的球化装置的运转方法，可以将炉10内的温度和压力维持为最佳，能够以高生产效率生产高品质粒子。
实施例一
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。本发明并不受下述实施例的任何限制。
[实施例一]
在实施例一中，使用图1所示的本发明球化装置和图2所示的现有装置，进行粒子制造试验，对两者进行比较。
所使用的炉10的内径为600mm、高度(长度)为3000mm，炉10的内壁面设有防附着用空气导入孔12，12，......，该防附着用空气导入孔12，12，......在圆周方向上为4列，在垂直方向上为5层。从各防附着用空气导入孔12，12，......分别以100Nm3/h喷出防附着用空气，使炉10的内壁面上到处遍布防附着用空气。
原料粉体使用二氧化硅粉体。
通常，使用球化装置制造二氧化硅球化粒子时，炉10内上部合适的温度范围和压力范围是1500～1600℃、-1.0～-0.8kPa(G)。因而，将温度指示调节器的设定温度设为1550℃、压力指示调节器的设定压力设为-0.9kPa(G)。另外，压力是以大气压为基准的值。
另一方面，对于现有装置，手动调节供给防附着用空气的送风鼓风机40a和供给传输用空气的送风鼓风机40b，使炉10内的上部温度和压力保持在上述合适的温度范围和压力范围。
实验结果表示在表2中。
| 炉内上部温度 | 炉内上部压力 | 产品成品率 | |
| 合适的温度/压力 | 1500～1600℃ | -1.0～-0.8kPa(G) | - |
| 现有装置(2台鼓风机) | 1450～1650℃ | -1.2～-0.7kPa(G) | 70％ |
| 本发明(1台鼓风机+节气阀) | 1550～1600℃ | -1.0～-0.9kPa(G) | 95％ |
表2
从实验结果可知，当使用本发明的球化装置时，炉10内的上部温度范围和压力范围落入合适的范围内，同时，获得95％的高产品成品率。并且，得到的粒子是具有良好球状形态的高品质粒子。
显然，与此相对，当使用现有装置时，炉10内的上部温度范围和压力范围脱离合适的范围，产品成品率也只能获得70％。
另外，本实施例中产品成品率是指相对于原料投入量的产品回收量。
根据本发明的球化装置，将旋风器的收集效率维持在最佳状态，同时将炉内温度和压力维持为最佳，从而能够以高生产效率生产高品质粒子，因此在工业上是有用的。
Claims (3)
1.一种球化装置，包括球化炉、旋风器和袋滤器，其中，
所述球化炉，在顶部沿垂直方向向下设有球化燃烧器，在本体部形成有多个防附着用空气导入孔，在下部形成有传输用空气导入孔和传输用空气导出孔；
所述防附着用空气导入孔和所述传输用空气导入孔通过第一管道与送风鼓风机连接；
所述传输用空气导出孔通过第二管道与所述旋风器连接；
所述旋风器通过第三管道与所述袋滤器连接；
所述第三管道包括冷却用空气导入部；
所述袋滤器通过第四管道与吸入式鼓风机连接；
所述第一管道的一端与所述送风鼓风机的排出部连接，另一端分为两个分支，其中一个分支与所述传输用空气导入孔连接，另一个分支与集合所述多个防附着用空气导入孔的集合器连接；
在所述两个分支中的一个上设置有第一节气阀；
所述第一节气阀能够任意调节防附着用空气量Qa和传输用空气量Qb的比例，能够将吸入旋风器内的空气量Q总是维持为一定，所述空气量Q是空气量Qa和空气量Qb的合计。
2.根据权利要求1所述的球化装置，该球化装置进一步包括：
压力传感器和第一温度传感器，设置于所述球化炉上，所述压力传感器监视炉内压力，所述第一温度传感器监视炉内温度；
第二节气阀，设置于所述冷却用空气导入部，调节冷却用空气的供给量；
第二温度传感器，设置于所述第三管道，监视流入所述袋滤器的气体温度；
第三节气阀，设置于所述第四管道，调节所述吸入式鼓风机的吸入量；以及
控制装置，与所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀以能够通信的方式连接，
所述控制装置，利用所述压力传感器计测的压力值、所述第一温度传感器计测的温度值、所述第二温度传感器计测的温度值进行运算，向第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀发送开度控制信号。
3.一种球化装置的运转方法，该球化装置包括：
球化炉，在本体部形成有多个防附着用空气导入孔，在下部形成有传输用空气导入孔和传输用空气导出孔；
送风鼓风机，向该球化炉供给防附着用空气和传输用空气；
第一管道，一端与所述送风鼓风机的排出部连接，另一端分为两个分支，其中一个分支与所述传输用空气导入孔连接，另一个分支与集合所述多个防附着用空气导入孔的集合器连接；
第一节气阀，设置于所述两个分支中的一个上；
旋风器，通过第二管道与所述传输用空气导出孔连接；
袋滤器，通过第三管道与所述旋风器连接；
压力传感器和第一温度传感器，设置于所述球化炉上，所述压力传感器监视炉内压力，所述第一温度传感器监视炉内温度；
冷却用空气导入部，设置于所述第三管道；
第二节气阀，设置于该冷却用空气导入部，调节冷却用空气的供给量；
第二温度传感器，设置于所述第三管道，监视流入所述袋滤器的气体温度；
吸入式鼓风机，通过第四管道与所述袋滤器连接；
第三节气阀，设置于该第四管道，调节所述吸入式鼓风机的吸入量；以及
控制装置，与所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀以能够通信的方式连接，
将所述压力传感器计测的压力值、所述第一温度传感器计测的温度值、所述第二温度传感器计测的温度值以及预先设定的压力值和温度值输入到所述控制装置中进行运算，根据该运算结果向第一节气阀、第二节气阀和第三节气阀发送开度控制信号，控制它们的开度。
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