CN213835023U - 一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉，包括：炉体，其底部设置有炉口，顶部设置有炉盖；坩埚，设置于炉体内，底端设置有料台，料台上设置有出料口；加料口，设置于炉盖上方，底端伸入坩埚内设置；半插入式芯杆，设置于坩埚内，长度为坩埚高度的20％‑30％；加热机构，设置于坩埚的外周上。本实用新型的连熔炉生产尺寸范围大，无气泡及黑芯现象，确保了产品质量。

Description

一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉

技术领域

本实用新型涉及石英玻璃棒生产技术领域，尤其涉及一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉。

背景技术

现有的用于生产石英棒的连熔炉主要有两种工艺，其一为在钨坩埚内安装有芯杆，以芯杆抽真空形成负压的方式使管变棒。此种工艺相对落后，只能生产小尺寸石英棒，并且石英棒内带有黑芯，无法生产高质量产品。而另一种工艺则是取消芯杆，靠钨埚底部的出料口装置成型，此种工艺虽然客服了尺寸小及带黑芯的问题，但是由于取消了芯杆，钨坩埚内部原料熔炼不再均匀，周边温度高，中心温度低，熔体的移动缺少了芯杆的导流作用容易导致料层不稳定，进而导致产品中气泡、气线的数量增多。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种生产尺寸范围大，无气泡及黑芯现象，确保了产品质量的生产石英玻璃棒的新型连熔炉。

本实用新型提供的一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉，包括炉体、坩埚、加料口、半插入式芯杆及加热机构；其中，

所述炉体，其底部设置有炉口，所述炉体的顶部设置有炉盖；

所述坩埚，设置于所述炉体内，所述坩埚的底端设置有料台，所述料台上位于所述炉口的上方设置有出料口；

所述加料口，设置于所述炉盖上方，所述加料口的底端伸入所述坩埚内设置；

所述半插入式芯杆，设置于所述坩埚内，位于所述出料口的上方竖直设置，所述半插入式芯杆的顶部与所述炉盖固定连接，所述半插入式芯杆的长度为所述坩埚高度的20％-30％；

所述加热机构，设置于所述坩埚的外周上，用于对所述坩埚进行加热。

优选的，所述半插入式芯杆包括上芯杆和下芯杆，所述上芯杆的顶端与所述炉盖固定连接，所述上芯杆的底端通过连接件与所述下芯杆可拆卸的固定连接。

优选的，所述连接件为套管，所述连接件的顶端与所述上芯杆的底端过盈配合固定连接，所述连接件的底端与所述下芯杆的顶端螺纹套接。

优选的，所述加热机构包括设置于所述坩埚外周上的加热网，所述加热网电连接有主电极，所述坩埚底端的外周上设置有辅助加热环，所述辅助加热环电连接有辅助电极。

优选的，所述炉体内位于所述加热机构的外周上设置有高温砖，所述高温砖与所述炉体的内壁之间填充有保温砂。

优选的，所述炉体的底端位于所述炉口的外周上设置有冷却水装置，所述冷却水装置的下方设置有排烟装置。

优选的，所述炉体的外壁上沿周向固定设置有支撑架。

相对于现有技术而言，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的连熔炉采用半插入式芯杆，芯杆在坩埚出料口的上方，距出料口有一定的距离。由于芯杆是半插入式的，一方面不会在石英棒内产生黑芯，另一方面又能起到稳定料层和导流熔体的作用，使产品中的气泡、气线降至最低。由于石英棒的成型，不受芯杆的影响，因此生产石英棒的尺寸范围更大，应用范围更广，可广泛应用于半导体、光伏和光通讯等行业。

应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本实用新型的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为生产石英玻璃棒的新型连熔炉的结构示意图。

图中标号：11、石英棒；12、炉体；13、坩埚；14、加料口；15、半插入式芯杆；16、加热机构；17、冷却水装置；18、排烟装置；19、支撑架；

21、炉口；22、炉盖；23、高温砖；24、保温砂；

31、料台；32、出料口；

51、上芯杆；52、下芯杆；53、连接件；

61、加热网；62、主电极；63、辅助加热环；64、辅助电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉，包括炉体12、坩埚13、加料口14、半插入式芯杆15及加热机构16；其中，

炉体12，其底部设置有炉口21，炉体12的顶部设置有炉盖22；

坩埚13，设置于炉体12内，坩埚13的底端设置有料台31，料台31上位于炉口21的上方设置有出料口32；

加料口14，设置于炉盖22上方，加料口14的底端伸入坩埚13内设置；

半插入式芯杆15，设置于坩埚13内，位于出料口32的上方竖直设置，半插入式芯杆15的顶部与炉盖22固定连接，半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的20％-30％；

加热机构16，设置于坩埚13的外周上，用于对坩埚13进行加热。

在本实施例中，石英棒11的原材料石英砂，通过加料口14连续的加入到坩埚13内。为使石英砂充分熔化，所需温度在1900-2350℃，因此坩埚13及半插入式芯杆15等部件需承受超高温，采用钨或钨合金材料加工制成。

熔化的石英熔体从料台31流至出料口32，流下的石英熔体通过牵引设备牵引形成石英棒11。通过控制牵引设备的牵引速度可调整石英玻璃棒的直径尺寸，牵引的速度越快石英玻璃棒的直径越小。为控制熔体的流速料台31可由外侧至出料口32方向向下倾斜设置，形成漏斗形的料台31。

本申请采用了半插入式芯杆15，其低端远离出料口32，扩大了石英棒11的生产尺寸。既具有无芯杆式连熔炉的石英棒11生产尺寸大的优点，同时半插入式芯杆15还可起到稳定料层和导流熔体的作用，使产品中的气泡、气线降至最低。确保了产品的质量。

半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的20％-30％，优选的为23％-28％，使半插入式芯杆15插入的位置位于料层处(即未熔化原料与熔化原料的交界处)，从而解决了石英棒11出现黑芯的问题，又能起到引导优化料层减少气泡、气线的作用。

在一优选实施例中，如图1所示，半插入式芯杆15包括上芯杆51和下芯杆52，上芯杆51的顶端与炉盖22固定连接，上芯杆51的底端通过连接件53与下芯杆52可拆卸的固定连接。

在本实施例中，将半插入式芯杆15分成两部分，可方便的对其受氧化相对严重的下部进行更换。本申请的下芯杆52可设置多种长度尺寸，通过更换下芯杆52还可微调半插入式芯杆15的总长度，以适应拉制不同尺寸的石英棒11。使半插入式芯杆15既可以起到较好的稳定料层和导流熔体的作用，又避免了石英棒11黑芯的问题。

在一优选实施例中，如图1所示，连接件53为套管，连接件53的顶端与上芯杆51的底端过盈配合固定连接，连接件53的底端与下芯杆52的顶端螺纹套接。

在本实施例中，提供了一种连接件53的连接方式，连接牢固、稳定。连接件53还可以采用其他的连接形式，如在上芯杆51的底端设置卡接槽，下芯杆52的顶端配合的设置卡接凸起，通过卡接的方式实现上芯杆51和下芯杆52的可拆卸固定连接。还可以采用管箍等组件对上芯杆51和下芯杆52进行固定连接。

在一优选实施例中，如图1所示，加热机构16包括设置于坩埚13外周上的加热网61，加热网61电连接有主电极62，坩埚13底端的外周上设置有辅助加热环63，辅助加热环63电连接有辅助电极64。

在本实施例中，将加热机构16设置成相互独立的双加热结构，呈梯级加热的加热机构16将坩埚13内的加热区域划分成预热区、熔融区和成型区，可对各个区域的温度分别控制调整，使石英棒11的成型效果更佳。石英砂经预热后，进入熔融区熔化，熔化更加充分，经成型区降温后，利于产品的成型。

加热机构16的加热网61所覆盖的区域的上方形成预热区，对经加料口14进入坩埚13内的石英砂进行预热；加热网61所覆盖的区域形成熔融区，对进入该区域的石英砂进行熔化，通过调整主电极62的输出功率，控制熔融区的温度在1900-2350℃，相应的预热区的温度为1500-1750℃；辅助加热环63所覆盖的区域形成成型区，通过调整辅助电极64的输出功率，控制熔融区的温度在1800-1900℃，熔化后的石英熔体进入成型区后有一定的降温，调整熔体的粘度，使其可以成型被拉出，确保了产品的均匀性。

在一优选实施例中，如图1所示，炉体12内位于加热机构16的外周上设置有高温砖23，高温砖23与炉体12的内壁之间填充有保温砂24。对炉体12内进行保温，减少热量损失，增强加热机构16的加热效果。

在一优选实施例中，如图1所示，炉体12的底端位于炉口21的外周上设置有冷却水装置17，冷却水装置17的下方设置有排烟装置18。

在本实施例中，冷却水装置18可以是水套，设置在炉口21处，防止炉口21被氧化，同时可在炉口21处形成一个相对低温的区域，对输出的石英棒11进行适当的降温，有利于石英棒11的成型；

排烟装置18可以是高温引风机，设置于炉口21处，可将石英棒11生产过程中产生的杂质通过抽风排出。

在一优选实施例中，如图1所示，炉体12的外壁上沿周向固定设置有支撑架19，用于固定安装炉体12。

实施例1

通过更换下芯杆52，调整半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的15％，控制加热机构在熔融区的温度为2000℃，在成型区的温度为1850℃。进行石英棒11的连续生产。检查并记录气泡、黑芯情况。

实施例2

通过更换下芯杆52，调整半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的20％，控制加热机构在熔融区的温度为2000℃，在成型区的温度为1850℃。进行石英棒11的连续生产。检查并记录气泡、黑芯情况。

实施例3

通过更换下芯杆52，调整半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的25％，控制加热机构在熔融区的温度为2000℃，在成型区的温度为1850℃。进行石英棒11的连续生产。检查并记录气泡、黑芯情况。

实施例4

通过更换下芯杆52，调整半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的30％，控制加热机构在熔融区的温度为2000℃，在成型区的温度为1850℃。进行石英棒11的连续生产。检查并记录气泡、黑芯情况。

实施例5

通过更换下芯杆52，调整半插入式芯杆15的长度为坩埚13高度的35％，控制加热机构在熔融区的温度为2000℃，在成型区的温度为1850℃。进行石英棒11的连续生产。检查并记录气泡、黑芯情况。

实施例1-5的产品气泡、黑芯情况见下表所示。

	气泡含量(％)	黑芯情况
			实施例1	0.05	无黑芯
实施例2	0.02	无黑芯
			实施例3	＜0.01	无黑芯
实施例4	＜0.01	极少产品出现轻微黑芯
			实施例5	＜0.01	部分产品出现明显黑芯

根据上表中各实施例的产品检查情况对比可知，芯杆的设置会对石英棒11的气泡、黑芯等质量参数产生影响。芯杆越长产品的气泡含量越低，当其长度到达一定值后，气泡含量趋于稳定；而芯杆越短产品的黑芯情况越轻微，当其长度缩短到一定值后，无黑芯问题。

生产人员进过大量的生产验证，得出了半插入式芯杆15的合理化使用长度，为坩埚13高度的20％-30％；其中，最优选的为23％-28％，气泡含量极低，无黑芯质量问题。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生产石英玻璃棒的新型连熔炉，其特征在于，包括炉体、坩埚、加料口、半插入式芯杆及加热机构；其中，

所述炉体，其底部设置有炉口，所述炉体的顶部设置有炉盖；

所述坩埚，设置于所述炉体内，所述坩埚的底端设置有料台，所述料台上位于所述炉口的上方设置有出料口；

所述加料口，设置于所述炉盖上方，所述加料口的底端伸入所述坩埚内设置；

所述半插入式芯杆，设置于所述坩埚内，位于所述出料口的上方竖直设置，所述半插入式芯杆的顶部与所述炉盖固定连接，所述半插入式芯杆的长度为所述坩埚高度的20％-30％；

所述加热机构，设置于所述坩埚的外周上，用于对所述坩埚进行加热。

2.根据权利要求1所述的连熔炉，其特征在于，所述半插入式芯杆包括上芯杆和下芯杆，所述上芯杆的顶端与所述炉盖固定连接，所述上芯杆的底端通过连接件与所述下芯杆可拆卸的固定连接。

3.根据权利要求2所述的连熔炉，其特征在于，所述连接件为套管，所述连接件的顶端与所述上芯杆的底端过盈配合固定连接，所述连接件的底端与所述下芯杆的顶端螺纹套接。

4.根据权利要求3所述的连熔炉，其特征在于，所述加热机构包括设置于所述坩埚外周上的加热网，所述加热网电连接有主电极，所述坩埚底端的外周上设置有辅助加热环，所述辅助加热环电连接有辅助电极。

5.根据权利要求4所述的连熔炉，其特征在于，所述炉体内位于所述加热机构的外周上设置有高温砖，所述高温砖与所述炉体的内壁之间填充有保温砂。

6.根据权利要求5所述的连熔炉，其特征在于，所述炉体的底端位于所述炉口的外周上设置有冷却水装置，所述冷却水装置的下方设置有排烟装置。

7.根据权利要求6所述的连熔炉，其特征在于，所述炉体的外壁上沿周向固定设置有支撑架。

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