CN107726866A - 高纯度氮化硅反应炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯度氮化硅反应炉，它包括炉壳、炉膛和炉盖，所述炉膛的两侧分别设置有侧加热管，所述侧加热管通过电极与外部电源连接，所述炉膛的下部设置有支柱和托板，所述托板上能够放置料盒，其特征是：所述托板和所述炉膛的底壁之间设置有下加热管，所述下加热管与所述电极连接。所述炉膛内设置有气体循环装置，所述气体循环装置包括轴流风扇和电机，所述轴流风扇设置在所述炉膛的下端，所述电机设置在炉壳外部，所述轴流风扇和所述电机通过磁耦合连接。本发明在炉膛的底部加入适量的加热体，使下部温度提高到和上部一样，降低甚至消除温差，并且通过轴流风扇的作用，使炉膛内的温度达到充分的均匀，保证了产品质量。

Description

高纯度氮化硅反应炉
技术领域：
本发明涉及一种氮化硅生产设备，特别是涉及一种高纯度氮化硅反应炉。
背景技术：
氮化硅具有良好的抗热冲击性、抗氧化性、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性高、强度高等一系列优异的热物理性能，是一种优良的高温结构材料。
氮化硅反应炉是在通入氮气、氩气、氢气的状态下把硅石烧制成氮化硅粉末，传统的氮化硅反应炉存在一些弊端：1、炉膛内加热体设置在两侧，造成炉膛内温度上高下低，温差较大，影响产品的质量。2、传统的耐热炉膛一般采用莫来砖或刚玉砖砌筑成形，这类砌筑方式的缺点是在高温下砖体会出现局部膨胀并吸收保护气体，导致耗气量大，另外，在重复加热和降温的过程中，耐火砖之间的缝隙变大，造成温差大，影响产品质量。3、炉壳温度是靠水冷却来控制的，水冷却机构是由水箱、和水泵组成的，炉温控制全靠一个手动阀门来调节的，通过水流量的变化，来实现炉温的调节，这种方式造成炉壳温差较大，使得炉内压力波动较大，对反应产生不利因素。4、长期以来，人们在生产氮化硅原料过程中，都是靠监控电柜控制仪表的温度来控制烧结温度，但是，炉内的温度与仪表的温度相差几十度，造成温度监控不准确。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、温控效果好、温度均匀且降低能耗的高纯度氮化硅反应炉。
本发明的技术方案是：
所述炉膛的两侧分别设置有侧加热管，所述侧加热管通过电极与外部电源连接，所述炉膛的下部设置有支柱和托板，所述托板上能够放置料盒，其特征是：所述托板和所述炉膛的底壁之间设置有下加热管，所述下加热管与所述电极连接。
所述立柱为两个以上，所述下加热管位于相邻所述立柱之间，或者，所述下加热管位于所述立柱和炉膛的侧壁之间，所述下加热管的数量为一个以上。
所述炉膛内设置有气体循环装置，所述气体循环装置包括轴流风扇和电机，所述轴流风扇设置在所述炉膛的下端，所述电机设置在炉壳外部，所述轴流风扇和所述电机通过磁耦合连接。
所述轴流风扇为陶瓷材料制成，并且，所述轴流风扇的数量为一个以上，所述轴流风扇位于相邻所述立柱之间，或者，所述轴流风扇位于所述立柱和炉膛的侧壁之间。
所述炉膛的内壁设置有内衬保温层，所述内衬保温层包括保温层和耐火层，所述耐火层位于所述炉膛的最里侧且直接与热源接触。
所述保温层为氧化铝保温板，所述耐火层为莫来石耐火纤维板，并且，所述氧化铝保温板和莫来石耐火纤维板为整板式结构。
所述炉盖上设置有透视镜，所述透视镜的位置与所述炉膛内设置的料盒相对应，所述透视镜的外端设置有红外测温仪。
所述炉壳内设置有至少两个水腔段，每个所述水腔段的下端通过进水电磁阀与进水管连通，每个所述水腔段的上端通过回水电磁阀与回水管连通，所述进水管和回水管与储水箱连通，所述进水管上设置有循环泵，每一所述水腔段上设置有温度传感器，所述温度传感器、进水电磁阀、回水电磁阀和循环泵均与控制器连接。
所述料盒由底板、侧板和盖板构成，并且，所述底板、侧板和盖板均由微孔陶瓷材料制成，所述底板、侧板和盖板之间自然放置，烧结时能相互粘接在一起。
所述底板和盖板上设置有凹槽，所述侧板的上下两端分别位于所述底板和盖板上设置的所述凹槽中。
本发明的有益效果是：
1、本发明在炉膛的底部加入适量的加热体，使下部温度提高到和上部一样，降低甚至消除温差，提高产品质量，并且，加热体采用温度可调式结构，便于调控温度。
2、本发明在炉膛内腔的托板下方设置轴流风扇，轴流风扇与外部的电机通过磁耦合连接，通过轴流风扇的作用，使炉膛内的温度达到充分的均匀，保证了产品质量。
3、本发明炉膛的内衬采用板材结构，拆装容易，并且板材可以采用整体式结构，没有间隙，杜绝耗费保护气体，既降低能耗又提高产品质量。
4、本发明在炉盖上设置一个红外观察口，通过红外温度仪直接测得料盒的温度，从而控制电柜的温度控制，使生产温度数据更精确。
5、本发明采用分段式炉壳温度监控，通过控制器控制自动调节阀的启闭，进而调节通过炉壳的水流量，保证炉壳温度误差在2%之内，使得炉内反应压力相对平稳，有助于生产好的产品。
6、本发明采用微孔陶瓷作为料盒，透气性好，氮气能够充分包住硅粉颗粒，保证在反应过程中有充足的氮气供应，合成时间可缩短6小时以上，既提高生产效率又节约能源。
7、本发明结构设计合理，温控效果好、温度均匀且降低能耗，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明：
图1为高纯度氮化硅反应炉的结构示意图；
图2为高纯度氮化硅反应炉的炉壳冷却水温度控制装置的结构示意图；
图3为高纯度氮化硅反应炉的反应温度监控装置的结构示意图；
图4为高纯度氮化硅反应炉的多空陶瓷料盒的结构示意图。
具体实施方式：
实施例：参见图1-图4，图中，1-支腿，2-炉壳，3-支架，4-炉膛，5-支柱，6-下加热管，7-托板，8-料盒，9-侧加热管，10-电极，11-上端口，12-气管，13-氧化铝保温板，14-莫来石耐火纤维板，15-轴流风扇，16-储水箱，17-回水管，18-回水电磁阀，19-温度传感器，20-进水管，21-进水电磁阀，22-循环泵，23-控制器，24-炉盖，25-透视镜，26-红外测温仪，27-转动臂，28-底板，29-侧板，30-盖板。
高纯度氮化硅反应炉包括炉壳2、炉膛4和炉盖24，炉膛24的两侧分别设置有侧加热管9，侧加热管9通过电极10与外部电源连接，炉膛4的下部设置有支柱5和托板7，托板7上能够放置料盒8，其中：托板7和炉膛4的底壁之间设置有下加热管6，下加热管6与电极10连接。在炉膛4的底部加入适量的加热体，使下部温度提高到和上部一样，降低甚至消除温差，提高产品质量，并且，加热体采用温度可调式结构，便于调控温度。
立柱5为两个以上，下加热管6位于相邻立柱5之间，或者，下加热管6位于立柱5和炉膛4的侧壁之间，下加热管6的数量为一个以上。
优选方案：炉膛4内设置有气体循环装置，气体循环装置包括轴流风扇15和电机，轴流风扇15设置在炉膛4的下端，电机设置在炉壳2外部（图中未画出），轴流风扇15和电机通过磁耦合连接，实现无线联动。
轴流风扇15为陶瓷材料制成，耐高温，寿命长，并且，轴流风扇15的数量为一个以上，轴流风扇15位于相邻立柱5之间，或者，轴流风扇15位于立柱5和炉膛4的侧壁之间。
炉膛4的内壁设置有内衬保温层，内衬保温层包括保温层和耐火层，耐火层位于炉膛4的最里侧且直接与热源接触。保温层为氧化铝保温板13，耐火层为莫来石耐火纤维板14，并且，氧化铝保温板13和莫来石耐火纤维板14为整板式结构，尤其是在长度方向采用整板结构，四个侧壁均采用整板握成，或者，四个侧壁分别由一个整板构成，相邻侧壁的端头交叉连接。
炉盖24上设置有透视镜25，透视镜15的位置与炉膛4内设置的料盒8相对应，透视镜25的外端设置有红外测温仪26，炉盖24通过转动臂27与炉壳2转动式连接。
炉壳2内设置有至少两个水腔段（图中是三段，当然也可以是两端、四段、五段等，不一一详述），每个水腔段的下端通过进水电磁阀21与进水管20连通，每个水腔段的上端通过回水电磁阀18与回水管17连通，进水管20和回水管17与储水箱16连通，进水管20上设置有循环泵22，每一水腔段上设置有温度传感器19，温度传感器19、进水电磁阀21、回水电磁阀18和循环泵22均与控制器23连接。
料盒8由底板28、侧板29和盖板30构成，并且，底板28、侧板29和盖板30均由微孔陶瓷材料制成，底板28、侧板29和盖板30之间自然放置，烧结时能相互粘接在一起，烧结结束，还可以将三者分开，以便重复利用。
根据需要，可以在底板28和盖板30上设置有凹槽（图中未画出），侧板29的上下两端分别位于底板28和盖板30上设置的凹槽中，定位更准确。
本发明通过对现有传统氮化硅反应炉的改进，能够使炉膛内的温度更加均匀，减小温差，另外通过微孔陶瓷做成的料盒8，增加透气性，能够使氮气包住氮化硅，保证在反应过程中有充足的氮气供应，合成时间可缩短6小时以上，既提高生产效率又节约能源。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高纯度氮化硅反应炉，包括炉壳、炉膛和炉盖，所述炉膛的两侧分别设置有侧加热管，所述侧加热管通过电极与外部电源连接，所述炉膛的下部设置有支柱和托板，所述托板上能够放置料盒，其特征是：所述托板和所述炉膛的底壁之间设置有下加热管，所述下加热管与所述电极连接。
2.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述立柱为两个以上，所述下加热管位于相邻所述立柱之间，或者，所述下加热管位于所述立柱和炉膛的侧壁之间，所述下加热管的数量为一个以上。
3.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述炉膛内设置有气体循环装置，所述气体循环装置包括轴流风扇和电机，所述轴流风扇设置在所述炉膛的下端，所述电机设置在炉壳外部，所述轴流风扇和所述电机通过磁耦合连接。
4.根据权利要求3所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述轴流风扇为陶瓷材料制成，并且，所述轴流风扇的数量为一个以上，所述轴流风扇位于相邻所述立柱之间，或者，所述轴流风扇位于所述立柱和炉膛的侧壁之间。
5.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述炉膛的内壁设置有内衬保温层，所述内衬保温层包括保温层和耐火层，所述耐火层位于所述炉膛的最里侧且直接与热源接触。
6.根据权利要求5所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述保温层为氧化铝保温板，所述耐火层为莫来石耐火纤维板，并且，所述氧化铝保温板和莫来石耐火纤维板为整板式结构。
7.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述炉盖上设置有透视镜，所述透视镜的位置与所述炉膛内设置的料盒相对应，所述透视镜的外端设置有红外测温仪。
8.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述炉壳内设置有至少两个水腔段，每个所述水腔段的下端通过进水电磁阀与进水管连通，每个所述水腔段的上端通过回水电磁阀与回水管连通，所述进水管和回水管与储水箱连通，所述进水管上设置有循环泵，每一所述水腔段上设置有温度传感器，所述温度传感器、进水电磁阀、回水电磁阀和循环泵均与控制器连接。
9.根据权利要求1所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述料盒由底板、侧板和盖板构成，并且，所述底板、侧板和盖板均由微孔陶瓷材料制成，所述底板、侧板和盖板之间自然放置，烧结时能相互粘接在一起。
10.根据权利要求9所述的高纯度氮化硅反应炉，其特征是：所述底板和盖板上设置有凹槽，所述侧板的上下两端分别位于所述底板和盖板上设置的所述凹槽中。
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