CN103011552A - 一种石英棒连熔炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石英棒连熔炉，包括炉体、进气口、排气口。其中进气口处安装有导气盘。导气盘上包括有多个导气孔。导气孔包括有扩散倾斜角和旋流倾斜角，使得保护气体进入炉体产生扩散和旋流效果。使得保护气体对液态石英的作用均匀，避免了保护气体对液态石英作用不足的问题以及过还原问题，从而减少石英棒色芯问题。

Description

一种石英棒连熔炉

技术领域

本发明涉及生产石英棒的熔炉。

背景技术

随着新技术、新材料不断涌现，石英玻璃产品也越来越受到重视。在芯片行业，对石英棒的要求特别高，而高质量的石英棒的生产技术只有德美日等少数几个国家掌握和控制。目前我国生产的石英棒除了质量不够高以外，还存在产品质量也难以控制和稳定的问题。石英棒质量不高的原因很多，其中色芯问题是影响石英棒质量的关键因素。色芯问题降低了石英棒的透明度，对石英棒的色温产生影响，从而降低了石英棒的质量。石英棒色芯问题是高质量石英棒生产过程中的重大难题，原因在于色芯问题难以在生产中实时监控，色芯问题在生产时难以察觉，但在退火后，色芯问题就显露出来。石英棒连熔炉是生产石英棒的设备。水晶粉在石英棒连熔炉的保护气体环境下熔融成液态石英，液态石英冷却拉成石英棒。现有技术下，保护气体必须带有还原性，比如氢气、或氢氦混合气、或氢氮混合气，还原性的保护气体能够将由物料带入的微量氧或由潮气生成的氧还原成蒸气随着热气流排出炉外。而加入还原性的氢气后，液态石英在氢气气氛下会还原成一氧化硅或硅等其他杂物，从而导致色芯问题。一方面保护气体必须要带有还原性，一方面又必须控制保护气体的还原性，使得保护气体中还原性的氢气含量，以及保护气体与液态石英的接触控制都成为至关重要的因素。

发明内容

本发明所要解决的问题是石英棒生产的色芯问题。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种石英棒连熔炉，包括炉体、进气口、排气口。其中进气口处安装有导气盘。导气盘上包括有多个导气孔。导气盘上的导气孔，进一步包括扩散倾斜角，使得气体进入炉体产生扩散的效果或者并进一步在包括有旋流倾斜角，使得气体进入炉体后产生旋流效果。

本发明的技术效果包括：

1、      现有技术下，保护气体进入炉体后，分布严重不均，使得部分液态石英未得到应有的保护效果，而部分液态石英产生过度还原反应，而本发明的导气盘扩散了保护气进入炉体后的分布，使得保护气体对液态石英的作用均衡。

2、     导气盘上的气孔包括扩散倾斜角和旋流倾斜角，使得气体进入炉体产生扩散和旋流效果，使得保护气体与液态石英的接触更为均匀。

3、       气流的旋流的效果带动与液态石英表面相接触的保护气体的流动，使得保护气体与液态石英的接触更为均匀。

附图说明

图1是本发明基本结构示意图。

图2是本发明技术效果对比图。

图3是本发明圆形导气盘立体结构示意图。AB线表示的是导气孔中心切面。

图4是本发明导气盘安装在进气口处的剖视图。

图5是实施例3中沿着图3中AB线的剖视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种石英棒连熔炉，包括炉体1、进气口2、排气口3。其中进气口1包括导气盘4。导气盘4上包括有多个导气孔。进气口2和排气口3都位于炉体1的顶部。其中进气口2位于炉体1顶部的中心位置，而排气口3位于炉体顶部的边缘，导气盘的存在使得保护气体进入炉体后扩散，从而使得保护气体与液态石英的接触更为均匀。

如图2所示，图2显示了现有技术与本发明保护气体进入炉体后气流流向的对比。左图是现有技术下，保护气体进入炉体后气流流向；右图为本发明保护气体进入炉体后气流流向。图中带箭头的曲线表示炉体内的气流流向；波浪曲线表示液态石英的液面；带箭头的直线表示，保护气体通过进气口和排气口进出炉体的气流流向。由图2给出的图示可以非常清楚显示出，本发明导气盘的作用下，保护气体进入炉体后由点成面，扩散显著，从而使得保护气体与液态石英的接触更为均匀的技术效果。

导气盘可以是圆形或多边形，或其他形状。本发明优先采用圆形或正多边形，比如正八边形结构。圆形导气盘如图3所示，导气盘4底下分布有多个导气孔41。

导气盘在进气口处的安装，如图4所示，导气盘4安装在炉体顶部，炉体的顶壁11包括有进气口2，其中导气盘4包括边板42和底板43，底板43包括有多个导气孔41。边板42和底板以及炉体的顶壁11之间构成导气腔44。由进气口2进入的保护气体通过导气腔44后进入导气孔41再进入炉体内。

导气孔在导气盘上的分布，可以按圆周排列，也可以按网格排列。导气盘的大小、导气孔在导气盘上的分布的密度数量、导气孔直径等参数根据炉体大小、保护气体流速以及导气盘与液态石英液面的距离等参数确定。由于炉体内是封闭空间，保护气体的气体流速是一个非常重要的参数，如果速度小了，气体流无法到达液态石英液面就从排气口排出了；如果气流速度大了，除了流动气流带走大量的热量造成能耗浪费，还导致保护气体和液态石英接触严重不均。另外保护气体从导气孔进入炉体后，产生气流柱，由于气体粘滞效果，带动周围气体的流动使得气流柱直径扩大，导气盘多个导气孔，产生的气流柱最终合并成一体，形成面向气流。一方面，面向气流的形成需要有一定的距离，这一距离受导气盘与液态石英液面的距离限制。另一方面，面向气流的形成与保护气体的流速相关，如果保护气体的流速过大，则面向气流形成的距离较大。再者，保护气体气流速度又与导气孔直径的大小、导气盘导气孔数量以及进气口进气压有关。由此可见，确定导气盘的大小、导气孔在导气盘上的分布的密度数量、导气孔直径等参数是非常复杂的。在实际的应用中，可以通过测试获得最佳效果的导气孔在导气盘上的分布的密度数量、导气孔直径的数据。

实施例2

在实施例1的基础上，导气盘的大小，由于受到排气口以及物料进口等装置的限制。为了尽量扩散由进气口进入的保护气体，导气孔可以包括扩散倾斜角。导气孔包括有扩散倾斜角是指以导气盘中心为中心，导气孔自上而下向外倾斜。如图4所示，图4为经过导气盘中心的剖面图，其中Z为导气盘中心线，导气孔41自上而下向相反于导气盘中心线Z的角度向外倾斜，形成扩散倾斜角。导气孔扩散倾斜角的存在使得由经导气盘导出保护气体的气流形成气流扇面。实现了前述的扩散保护气体的目的。这使得导气盘不需要太大。扩散倾斜角的大小需要根据导气盘的大小以及炉体大小、导气盘与液态石英液面的距离等参数确定。

实施例3

在实施例1的基础上，导气孔可以包括旋流倾斜角。旋流倾斜角是指导气孔中心切面上存在一定的倾斜角。如图3所示，AB线表示的导气孔中心切面是指与导气孔和导气盘中心相垂直，且与导气盘中心线平行的平面。旋流倾斜角如图5所示，图5为沿着图3中AB线表示的导气孔中心切面的剖视图。导气孔41包括有旋流倾斜角C。所有导气孔的倾斜方向一致，即以导气盘的中心为中心按顺时针倾斜或者按逆时针倾斜。导气孔旋流倾斜角的存在使得从导气孔进入炉体的气流沿与导气盘中心线相切的方向运动，从而使得气流围绕导气盘中心线做旋流运动。一方面，保护气体在炉体内的旋流运动延长了气流至液态石英液面的距离，导气孔进入的气流合并效果更好，与液态石英液面的接触更为均匀；另一方面，气流与液态石英液面之间存在相对流动，从而带动与液态石英表面相接触的保护气体的流动，造成对液态石英上面未熔水晶粉料搅动的效果，避免保护气体只作用于液态石英液面，从而更好地达到保护气体保护的作用。

旋流倾斜角的角度在5-15度之间。

需要说明的是：

1、导气孔上的扩散倾斜角与旋流倾斜角可以并存。

2、 本发明的关键点在于进气口处的导气盘。本领域技术人员理解，炉体其他的部分，如加热装置、保温设计、进料口和出料口的设计等等不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种石英棒连熔炉，包括炉体、进气口、排气口；其特征在于，所述的进气口处安装有导气盘，导气盘上包括有多个导气孔。

2.如权利要求1所述的石英棒连熔炉，其特征在于，所述的导气孔包括扩散倾斜角。

3.如权利要求1所述的石英棒连熔炉，其特征在于，所述的导气孔包括旋流倾斜角。

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