CN110156301A - 一种石英管生产用连熔装置及生产方法 - Google Patents

一种石英管生产用连熔装置及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种石英管生产用连熔装置，涉及石英管生产设备技术领域，包括连熔炉，连熔炉的顶部安装有上盖，在连熔炉的炉腔中设有坩埚，在上盖上设有加料管，加料管包括上部直管段和下部折弯管段，上部直管段转动安装在上盖上，下部折弯管段设置在坩埚中，在下部折弯管段上开设有若干布料孔，布料孔的孔径呈逐渐增大的渐变设置；在上盖上安装有驱动上部直管段转动的驱动机构。本发明通过加料管的布料孔将石英砂均匀地抛洒进连熔炉中，利用连熔炉能够快速地将石英砂加工成石英管，其布料均匀、加工高效、运行稳定可靠。本发明还提供了一种石英管的生产方法，其减少了石英管中存在大量的气泡、气线等问题，提高了产品的质量。

Description

一种石英管生产用连熔装置及生产方法
技术领域
本发明涉及石英管生产设备技术领域，特别是一种石英管生产用连熔装置。本发明还提供了一种石英管的生产方法。
背景技术
石英管是采用二氧化硅制造的特种工业技术玻璃，是一种非常优良的基础材料，被广泛运用在各种不同的领域之中，特别是半导体和光伏领域。半导体和光伏领域对石英管有较高的要求，要求管壁的均匀度高、无气泡气线、无色线等。现有技术中石英管一般通过连熔炉熔融石英砂进行生产制造，连熔炉上设置有单一孔口或多孔口用于石英砂下料，采用单孔下料、多孔下料易造成石英砂堆积，石英砂堆积会造成石英堆料上层半熔成盖，无法达到均匀熔融的效果，这会造成石英管中存在大量气泡、气线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种运行稳定可靠、石英砂布料均匀且能够减少石英管中夹杂气泡、气线的石英管生产用连熔装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了一种采用前述石英管生产用连熔装置的石英管的生产方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种石英管生产用连熔装置，其特点是：包括连熔炉，连熔炉的顶部安装有上盖，在连熔炉的炉腔中设有坩埚，坩埚的底部设有下料台，在下料台的中心处固定设有成型器，成型器与下料台之间设有环形间隙构成下料口，在上盖上固定安装有竖向设置的吹气管，吹气管的下端与成型器固定相连接，在成型器的底端设有与吹气管相连通的吹气口；
在上盖上设有加料管，加料管包括上部直管段和下部折弯管段，上部直管段呈竖向设置，上部直管段转动安装在上盖上，上部直管段的顶部设置有进料口，下部折弯管段设置在坩埚中，在下部折弯管段位于下侧的管壁上开设有若干布料孔，布料孔的孔径由下部折弯管段顶端至下部折弯管段底端呈逐渐增大的渐变设置；
在上盖上安装有驱动上部直管段转动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机，驱动电机与上部直管段之间通过传动机构相连接。
为了使石英砂进料方便，可设置一段进料管，将进料管的下端活动插接在加料管的进料口中，石英砂从进料管下落后进入加料管中完成加料工作。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述加料管的直径为2-4cm。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述上部直管段与下部折弯管段所夹钝角为110°—135°。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：相邻两个布料孔孔径的变化范围为3mm—6mm。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述布料孔之间呈均匀间隔排列设置，相邻布料孔之间的竖向投影间距为5mm。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：在连熔炉的上盖上安装有1-4个加料管，每个加料管均配套有驱动机构。
以上所述的本发明一种石英管生产用连熔装置，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述传动机构包括主动齿轮，主动齿轮固定安装在驱动电机的输出轴上，在上部直管段上固定套装有与主动齿轮配合使用的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合设置用以传动。
本发明还提供了一种石英管的生产方法，生产时采用前述的石英管生产用连熔装置，其步骤如下：
（1）原料准备：准备高纯度石英砂备用，高纯度石英砂中的二氧化硅含量大于99.99％；
（2）石英砂加料：启动驱动电机带动加料管转动，将步骤（1）中的石英砂送入加料管中，通过加料管折弯管段上的布料孔使石英砂均匀撒布到连熔炉的坩埚中；
（3）熔融成型：连熔炉底部的石英砂被坩埚熔融后从下料口流出，利用成型器底端的吹气口对流出的石英进行吹塑成型，成型后经冷却得到石英管。
以上所述的本发明一种石英管的生产方法，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述的高纯度石英砂的制备方法为：石英砂经物理、化学提纯后进行氯化处理而获得。
物理提纯步骤为：将石英砂粉碎后取D50值为150µm的石英砂颗粒，水洗脱泥后石英砂和去离子水按照1:1.2-1.5的质量比配成料浆；筛选石英砂颗粒的筛网目数为50-150目。
化学提纯步骤为：向料浆中加入质量分数为15-22%的硫酸，搅拌浸泡2-3小时后，将物料送至压滤机内进行脱水，其中硫酸和料浆的体积比为1:0.8-1.2；将脱水后石英砂再次和去离子水按照1:1.8-2.2的质量比配成料浆，用氨水调节料浆至中性，然后向料浆中加入石英砂质量0.3-0.8%的EDTA，搅拌混合1-2小时后脱水，用去离子水冲洗至中性并烘干；
氯化处理步骤为：将烘干的石英砂放入温度为1100-1200℃氯化炉进行氯化处理10-15分钟后即得到高纯度石英砂。
以上所述的本发明一种石英管的生产方法，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述高纯度石英砂中二氧化硅的含量大于99.998％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的石英管生产用连熔装置，能够通过连熔炉快速地将高纯度石英砂熔塑成石英管，且通过转动的加料管能够将高纯度石英砂从布料孔均匀抛洒进连熔炉的坩埚中，从而避免高纯度石英砂下料时堆积，使得石英砂在坩埚中能够更加快速、均匀地熔化，这提高了石英管的生产效率；综上，本发明的连熔装置具有结构稳定可靠、布料均匀、加工高效等优点。
（2）本发明的石英管的生产方法，能够通过物理和化学方法处理石英砂得到二氧化硅含量大于99.99％的高纯度石英砂原料，高纯度石英砂原料有利于提高产品质量；并利用前述石英管生产用下料装置将高纯度石英砂均匀地抛洒进连熔炉底部，避免了石英砂堆积，使石英砂能够更加快速、均匀的熔化，且减少了石英砂堆积造成的石英砂熔体中杂质大量气泡、气线的现象，这提高了石英管的质量，且本发明的石英管的生产方法利用连熔炉可连续生产石英管，生产效率高。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为图1中A处局部放大图；
图3为加料管的结构示意图；
图中，1为连熔炉，2为上盖，3为坩埚，4为下料台，5为成型器，6为吹气管，7为加料管，8为布料孔，9为驱动电机，10为主动齿轮，11为从动齿轮，12为推力轴承，13为限位挡环。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1、参照图1，一种石英管生产用连熔装置，包括连熔炉1，连熔炉1的顶部安装有上盖2，在连熔炉1的炉腔中设有坩埚3，坩埚3的底部设有下料台4，在下料台4的中心处固定设有成型器5，成型器5与下料台4之间设有环形间隙构成下料口，在上盖2上固定安装有竖向设置的吹气管6，吹气管6的下端与成型器5固定相连接，在成型器5的底端设有与吹气管6相连通的吹气口；
在上盖2上设有1个加料管7，加料管7包括上部直管段和下部折弯管段，上部直管段呈竖向设置，上部直管段转动安装在上盖2上，参照图2，加料管7的上部直管段可通过推力轴承12转动安装在上盖2上，在上部直管段上固定连接限位挡环13，通过限位挡环13防止上部直管段从推力轴承12中脱落。上部直管段的顶部设置有进料口，下部折弯管段设置在坩埚3中，参照图3，在下部折弯管段位于下侧的管壁上开设有6个布料孔8，6个布料孔8设置成一排，布料孔8的孔径由下部折弯管段顶端至下部折弯管段底端呈逐渐增大的渐变设置；使相邻两个布料孔8孔径的变化大小为6mm，所述加料管7的直径为4cm，可将位于最上端的布料孔8的孔径设置为0.4cm。所述上部直管段与下部折弯管段所夹钝角为135°。
在上盖2上安装有驱动上部直管段转动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机9，驱动电机9与上部直管段之间通过传动机构相连接。
实施例2、实施例1所述的一种石英管生产用连熔装置中：在连熔炉1的上盖2上安装有2个加料管7，每个加料管7均配套有驱动机构，将两个加料管7对称安装在连熔炉1的上盖2上，并且使加料管7的上部直管段靠近连熔炉1的坩埚3内壁设置。驱动机构的驱动电机9选用伺服电机，伺服电机通过配套的伺服控制器控制，通过伺服电机带动加料管7的上部直管段转动，从而使下部折弯管段在坩埚3中做弧形往复摆动，以将石英砂均匀洒落进连熔炉的坩埚中。在下部折弯管段上开设有4个布料孔8，所述加料管7的直径为3cm。相邻两个布料孔8孔径的变化大小为4mm。
实施例3、实施例1或2所述的一种石英管生产用连熔装置中：所述上部直管段与下部折弯管段所夹钝角为120°。
实施例4、实施例1或2或3所述的一种石英管生产用连熔装置中：所述上部直管段与下部折弯管段所夹钝角为110°。相邻两个布料孔8孔径的变化大小为3mm。
实施例5、实施例1-4中任何一项所述的一种石英管生产用连熔装置中：在连熔炉1的上盖2上安装有3个加料管7，每个加料管7均配套有驱动机构。所述布料孔8之间呈均匀间隔排列设置，相邻布料孔8之间的竖向投影间距为5mm。
实施例6、实施例1-5中任何一项所述的一种石英管生产用连熔装置中：在连熔炉1的上盖2上安装有4个加料管7，每个加料管7均配套有驱动机构。
实施例7、实施例1-6中任何一项所述的一种石英管生产用连熔装置中：所述传动机构包括主动齿轮10，主动齿轮10固定安装在驱动电机9的输出轴上，在上部直管段上固定套装有与主动齿轮10配合使用的从动齿轮11，主动齿轮10与从动齿轮11啮合设置用以传动。驱动电机9通过支架安装。
实施例8、一种石英管的生产方法，生产时采用实施例1-7中任何一项所述的石英管生产用连熔装置，其步骤如下：
（1）原料准备：准备高纯度石英砂备用，高纯度石英砂中的二氧化硅含量大于99.99％；
（2）石英砂加料：启动驱动电机9带动加料管7转动，将步骤（1）中的石英砂送入加料管7中，通过加料管7的折弯管段上的布料孔8使石英砂均匀撒布到连熔炉1的坩埚3中；
（3）熔融成型：连熔炉1底部的石英砂被坩埚3熔融后从下料口流出，利用成型器5底端的吹气口对流出的石英进行吹塑成型，成型后经冷却得到石英管。
实施例9、实施例8所述的一种石英管的生产方法中：所述的高纯度石英砂的制备方法为：石英砂经物理、化学提纯后进行氯化处理而获得。
物理提纯步骤为：将石英砂粉碎后取D50值为150µm的石英砂颗粒，水洗脱泥后石英砂和去离子水按照1:1.2-1.5的质量比配成料浆；
化学提纯步骤为：向料浆中加入质量分数为15-22%的硫酸，搅拌浸泡2-3小时后，将物料送至压滤机内进行脱水，其中硫酸和料浆的体积比为1:0.8-1.2；将脱水后石英砂再次和去离子水按照1:1.8-2.2的质量比配成料浆，用氨水调节料浆至中性，然后向料浆中加入石英砂质量0.3-0.8%的EDTA，搅拌混合1-2小时后脱水，用去离子水冲洗至中性并烘干；
氯化处理步骤为：将烘干的石英砂放入温度为1100-1200℃氯化炉进行氯化处理10-15分钟后即得到高纯度石英砂。
实施例10、实施例8或9所述的一种石英管的生产方法中：所述高纯度石英砂中二氧化硅的含量大于99.998％。

Claims (10)

1.一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：包括连熔炉，连熔炉的顶部安装有上盖，在连熔炉的炉腔中设有坩埚，坩埚的底部设有下料台，在下料台的中心处固定设有成型器，成型器与下料台之间设有环形间隙构成下料口，在上盖上固定安装有竖向设置的吹气管，吹气管的下端与成型器固定相连接，在成型器的底端设有与吹气管相连通的吹气口；
在上盖上设有加料管，加料管包括上部直管段和下部折弯管段，上部直管段呈竖向设置，上部直管段转动安装在上盖上，上部直管段的顶部设置有进料口，下部折弯管段设置在坩埚中，在下部折弯管段位于下侧的管壁上开设有若干布料孔，布料孔的孔径由下部折弯管段顶端至下部折弯管段底端呈逐渐增大的渐变设置；
在上盖上安装有驱动上部直管段转动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机，驱动电机与上部直管段之间通过传动机构相连接。
2.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：所述加料管的直径为2-4cm。
3.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：所述上部直管段与下部折弯管段所夹钝角为110°—135°。
4.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：相邻两个布料孔孔径的变化范围为3mm—6mm。
5.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：所述布料孔之间呈均匀间隔排列设置，相邻布料孔之间的竖向投影间距为5mm。
6.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：在连熔炉的上盖上安装有1-4个加料管，每个加料管均配套有驱动机构。
7.根据权利要求1所述的一种石英管生产用连熔装置，其特征在于：所述传动机构包括主动齿轮，主动齿轮固定安装在驱动电机的输出轴上，在上部直管段上固定套装有与主动齿轮配合使用的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合设置用以传动。
8.一种石英管的生产方法，其特征在于：制备时采用权利要求1-7中任何一项所述的石英管生产用连熔装置，其步骤如下：
（1）原料准备：准备高纯度石英砂备用，高纯度石英砂中的二氧化硅含量大于99.99％；
（2）石英砂加料：启动驱动电机带动加料管转动，将步骤（1）中的石英砂送入加料管中，通过加料管折弯管段上的布料孔使石英砂均匀撒布到连熔炉的坩埚中；
（3）熔融成型：连熔炉底部的石英砂被坩埚熔融后从下料口流出，利用成型器底端的吹气口对流出的石英进行吹塑成型，成型后经冷却得到石英管。
9.根据权利要求8所述的一种石英管的生产方法，其特征在于：所述的高纯度石英砂的制备方法为：石英砂经物理、化学提纯后进行氯化处理而获得；
物理提纯步骤为：将石英砂粉碎后取D50值为150µm的石英砂颗粒，水洗脱泥后石英砂和去离子水按照1:1.2-1.5的质量比配成料浆；
化学提纯步骤为：向料浆中加入质量分数为15-22%的硫酸，搅拌浸泡2-3小时后，将物料送至压滤机内进行脱水，其中硫酸和料浆的体积比为1:0.8-1.2；将脱水后石英砂再次和去离子水按照1:1.8-2.2的质量比配成料浆，用氨水调节料浆至中性，然后向料浆中加入石英砂质量0.3-0.8%的EDTA，搅拌混合1-2小时后脱水，用去离子水冲洗至中性并烘干；
氯化处理步骤为：将烘干的石英砂放入温度为1100-1200℃氯化炉进行氯化处理10-15分钟后即得到高纯度石英砂。
10.根据权利要求9所述的一种石英管的生产方法，其特征在于：所述高纯度石英砂中二氧化硅的含量大于99.998％。
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