JP2009008357A - Cycle purge method of vaporizing chamber for metal vaporization - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱炉に設置された金属気化用気化室のサイクルパージ方法に関する。 The present invention relates to a cycle purge method for a vaporizing chamber for metal vaporization installed in a heating furnace.
特許文献1には、千数百℃まで加熱する炉としてアルミナ等のセラミックス気化室を使用した加熱炉が開示されているが、該気化室で金属を気化することについては何ら開示していない。
一般的に、金属(例えば亜鉛など)を溶解・気化させてガスを供給する装置においては、耐熱性や不純物混入の観点から、セラミックス製の容器内で溶融・気化を行うことが好ましいとされている。 In general, in an apparatus for supplying a gas by dissolving and vaporizing a metal (such as zinc), it is preferable to perform melting and vaporization in a ceramic container from the viewpoint of heat resistance and contamination with impurities. Yes.
しかしながら、本発明者らの検討の結果、セラミックス製の気化室を用いて加熱により金属(例えば、亜鉛)を溶融・気化させると、気化室であるセラミックス表面の微少穴に金属が入り込み、炉の運転停止後、気化室内が冷却されることにより金属が凝固してしまい、再度運転して昇温する際、この凝固した金属が膨張して微少穴を拡大することが明らかとなった。凝固・冷却を数回繰り返すと前記微少穴はクラックとなりセラミックスの破損に至る。
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、加熱炉に設置された金属気化用気化室を、クラックを発生させることなく長期に渡って維持する方法の提供を目的とする。
However, as a result of the study by the present inventors, when a metal (for example, zinc) is melted and vaporized by heating using a ceramic vaporization chamber, the metal enters a minute hole on the ceramic surface, which is the vaporization chamber, It became clear that after the operation was stopped, the metal was solidified by cooling the vaporization chamber, and when the temperature was raised again after operation, the solidified metal expanded and expanded the minute hole. If the solidification / cooling is repeated several times, the minute hole becomes a crack, which leads to breakage of the ceramic.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for maintaining a vaporizing chamber for metal vaporization installed in a heating furnace over a long period without generating cracks.
即ち、本発明は、加熱炉に設置された金属気化用気化室のサイクルパージ方法であって、
前記気化室がセラミックスで形成されており、
前記気化室内で金属を加熱により気化し、生成した前記金属の気化ガスを、前記気化室に接続され前記気化室と気化ガス消費装置とを結ぶ送出配管を通じて気化ガス消費装置へ送り出す工程を終えてから加熱炉を運転停止するまでの間に、
前記気化室を、前記気化室に接続され前記気化室にパージガスを供給するための供給配管と前記送出配管とからそれぞれ遮断する工程と、
前記気化室に接続され前記気化室と減圧装置とを結ぶ排出配管を通じて前記気化室を真空減圧した後、前記供給配管を通じて前記気化室にパージガスを供給する減圧およびパージガス供給工程と、をこの順に含み、
且つ、前記減圧およびパージガス供給工程を連続して複数回繰り返して行う金属気化用気化室のサイクルパージ方法を提供するものである。
That is, the present invention is a cycle purge method for a vaporizing chamber for metal vaporization installed in a heating furnace,
The vaporization chamber is formed of ceramics;
Finishing the process of vaporizing the metal in the vaporizing chamber by heating and sending the generated vaporized metal to the vaporized gas consuming device through a delivery pipe connected to the vaporized chamber and connecting the vaporized chamber and the vaporized gas consuming device. Until the furnace is shut down
Shutting off the vaporization chamber from a supply pipe connected to the vaporization chamber and supplying the purge gas to the vaporization chamber and the delivery pipe;
A pressure reducing and purging gas supplying step for supplying a purge gas to the vaporizing chamber through the supply pipe after vacuuming the vaporizing chamber through a discharge pipe connected to the vaporizing chamber and connecting the vaporizing chamber and the pressure reducing device in this order. ,
In addition, the present invention provides a cycle purging method for a vaporizing chamber for metal vaporization in which the depressurization and purge gas supply steps are continuously repeated a plurality of times.
本発明では、高温状態のセラミックス製気化室(以下、単に「気化室」と略記することもある)を含む加熱炉を運転停止して気化室を冷却する前に、高温状態のまま、気化室を気化ガス消費装置やパージガス供給配管等と遮断し、気化室内を減圧装置による真空引きによって一気に減圧する。一定時間減圧状態を保持した後に減圧を止め、パージガス供給配管を通じて気化室内にパージガスを供給する。
このパージガス供給工程は、気化室内にパージガスを供給して気化室内を加圧する工程である。パージガス供給工程としては、一定時間減圧状態を保持してから減圧を止めた後、まずパージガスを気化室内に流して雰囲気ガスを排気し、その後、減圧装置と気化室とを結ぶ排気配管を遮断して、パージガス供給配管を通じてパージガスを供給することにより気化室内を加圧する工程であることが好ましい。
そして、パージガス供給工程後に、再度、減圧装置と気化室とを結ぶ排気配管を開放する。
このように、減圧、加圧、排気開放を一回のサイクルとして、好ましくは、減圧、パージ開放、パージ吹き流し、加圧および排気開放を一回のサイクルとして、複数回繰り返し行う。気化室内が減圧されることにより微少穴に入り込んだ残留金属がガス化され、それがパージガスを吹き流すことによって除去される。そして気化室内が加圧されることにより気化室の微少穴にパージガスが行き渡り、加圧状態から一気に真空減圧を行うことで、効率良く微少穴に入り込んだ残留亜鉛を除去できる。
係る工程を行ってから加熱炉を冷却・再加熱しても、微少穴を拡大する金属がセラミックス表面にほとんどなくなっているのでクラックは起きず、また、セラミックス気化室の交換も不要となりランニングコスト低減という効果を奏する。
In the present invention, the vaporization chamber is kept in the high temperature state before the heating furnace including the ceramic vaporization chamber in the high temperature state (hereinafter sometimes simply referred to as “vaporization chamber”) is shut down to cool the vaporization chamber. Is disconnected from the vaporized gas consuming device, the purge gas supply pipe, and the like, and the vaporized chamber is depressurized at once by evacuation by a depressurizing device. After maintaining the depressurized state for a certain time, the depressurization is stopped, and the purge gas is supplied into the vaporizing chamber through the purge gas supply pipe.
This purge gas supply process is a process of supplying a purge gas into the vaporization chamber and pressurizing the vaporization chamber. In the purge gas supply process, after the decompression state is maintained for a certain period of time and the decompression is stopped, the purge gas is first flowed into the vaporization chamber to exhaust the atmospheric gas, and then the exhaust pipe connecting the decompression device and the vaporization chamber is shut off. Thus, it is preferable that the vaporizing chamber is pressurized by supplying the purge gas through the purge gas supply pipe.
Then, after the purge gas supply step, the exhaust pipe connecting the decompression device and the vaporization chamber is opened again.
As described above, the decompression, pressurization, and exhaust opening are performed as a single cycle, preferably, the decompression, purge release, and purge blowing are performed repeatedly, and the pressurization and exhaust opening are performed as a single cycle. By reducing the pressure in the vaporizing chamber, the residual metal that has entered the minute hole is gasified, and is removed by blowing a purge gas. When the vaporizing chamber is pressurized, the purge gas spreads through the minute holes in the vaporizing chamber, and by performing vacuum decompression at once from the pressurized state, the residual zinc that has entered the minute holes can be efficiently removed.
Even if the heating furnace is cooled and reheated after such a process, the metal that expands the minute hole is almost free from the ceramic surface, so cracks do not occur, and there is no need to replace the ceramic vaporization chamber, reducing running costs. There is an effect.
また、減圧装置と気化室とを結ぶ排気配管の途中に冷却トラップを配置してもよい。気化除去された金属が冷却トラップ部で凝縮補集され、前記金属の回収が容易である。 Further, a cooling trap may be arranged in the middle of the exhaust pipe connecting the decompression device and the vaporizing chamber. The vaporized and removed metal is condensed and collected in the cooling trap portion, and the metal can be easily recovered.
本発明によれば、加熱炉に設置された金属気化用気化室を、クラックを発生させることなく長期に渡って維持できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vaporization chamber for metal vaporization installed in the heating furnace can be maintained over a long period, without generating a crack.
以下、本発明の金属気化用気化室のサイクルパージ方法(以下、「サイクルパージ方法」と略記する)の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下、被熱処理金属として亜鉛を使用した例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a cycle purge method for a metal vaporization chamber according to the present invention (hereinafter abbreviated as “cycle purge method”) will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, although the example which uses zinc as a metal to be heat treated is shown, the present invention is not limited to this.
図1は本発明に係るサイクルパージ方法を実施する、加熱炉に設置された気化室の実施態様例の概略構成図を示す縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration diagram of an embodiment example of a vaporization chamber installed in a heating furnace, which performs the cycle purge method according to the present invention.
図1に示すように、加熱炉1にはセラミックス製気化室2が設置され、該セラミックス製気化室2は、セラミックス製気化室2と気化ガス消費装置3とを結ぶ送出配管4、セラミックス製気化室2と減圧装置である真空ポンプ5とを結ぶ排気配管6、セラミックス製気化室2とパージガス供給部7とを結ぶ供給配管8を有する構成となっている。加熱炉1におけるセラミックス製気化室2の設置位置および設置形態は特に限定されない。また、送出配管4、排気配管6、および供給配管8にはそれぞれ開閉弁9、10、11が設けられている。
さらに、図1では排気配管6の途中の真空ポンプ5と開閉弁10との間に冷却トラップ12を設けた構成となっている。
As shown in FIG. 1, a ceramic vaporizing
Further, in FIG. 1, a
次に、本発明に係るサイクルパージ方法について説明する。
本実施形態のサイクルパージ方法は、加熱炉1内に設置されたセラミックス製気化室2内に被熱処理金属として亜鉛13をセラミックス製のボート14に導入し、気化室内の温度を950℃程度として、亜鉛を溶解・気化させる。また、加熱によって亜鉛を溶解・気化させている間は供給配管8を通じてセラミックス製気化室2内にキャリアガスを供給する。キャリアガスとしては不活性気体であれば特に限定されず、N2ガス、Heガス、Arガス等が挙げられる。熱源15は高温用カンタルヒータ(サンドビック社製)などが使用できる。
Next, the cycle purge method according to the present invention will be described.
In the cycle purge method of the present embodiment,
亜鉛の気化中は開閉弁9を開け、セラミックス製気化室2内で気化された亜鉛ガスは、送出配管4を通して気体ガス消費装置3へと送り出される。
前記セラミックス製気化室2内の亜鉛の気化終了後、開閉弁9、11を閉じ、セラミックス製気化室2を送出配管4および供給配管8から遮断する。
During the vaporization of zinc, the on-off
After the vaporization of zinc in the ceramic vaporizing
次いで、開閉弁10を開放し排出配管6を通じて、送出配管4および供給配管8から遮断されたセラミックス製気化室2内を真空減圧する。この時、セラミックス製気化室2内は1000℃程度の高温とする。その状態であるためセラミックス炉壁の微小穴に詰まった残留亜鉛は気化されている。溶融状態となって微少穴に付着している亜鉛があっても、真空減圧を行うことによって、微少穴内の残留亜鉛は気化されて除去される。
Next, the on-off
一定時間減圧状態を維持した後に減圧を止め、開閉弁11を開放してセラミックス製気化室2にパージガスを供給し、気化室2内の雰囲気ガスを排気する。この時、真空減圧によって気化され気化室内に残留した亜鉛ガスが、パージガスを吹き流すことによって除去される。パージガスとしては不活性気体であれば特に限定されず、N2ガス、Heガス、Arガス等が挙げられる。その後、開閉弁10を閉じ、セラミックス製気化室2内を加圧する。加圧後、開閉弁11を閉じ、次いで開閉弁10を開放して、再度、加圧状態から一気に真空減圧を行う。
本実施形態では、セラミックス製気化室2内の亜鉛の消費後の高温状態(例えば907〜950℃が好ましく、950〜1000℃がより好ましい)で、真空減圧(減圧圧力:好ましくは100Pa以下)と次いで行われる、パージ開放、パージ吹流しおよび加圧(加圧圧力:好ましくは0.2MPa)からなるパージガス供給と、排気開放とを一回のサイクルとして複数回繰り返し行う。高温状態で上記の真空減圧およびパージガス供給を複数回行うことにより、炉内の微少穴を拡大する残留亜鉛が効率よく除去されセラミックス表面の微少穴にほとんどなくなり、加熱炉を冷却・再加熱してもクラックは起きない。
After maintaining the depressurized state for a certain time, the depressurization is stopped, the on-off
In this embodiment, in a high-temperature state after consumption of zinc in the ceramic vaporization chamber 2 (for example, 907 to 950 ° C. is preferable, and 950 to 1000 ° C. is more preferable), vacuum reduced pressure (reduced pressure: preferably 100 Pa or less) Next, a purge gas supply consisting of purge opening, purge blowing and pressurization (pressurizing pressure: preferably 0.2 MPa) and exhaust opening are repeated a plurality of times as one cycle. By performing the above vacuum depressurization and purge gas supply multiple times in a high temperature state, the residual zinc that expands the minute holes in the furnace is efficiently removed and almost no minute holes on the ceramic surface, and the heating furnace is cooled and reheated. No cracks.
また、本実施形態では、冷却トラップ12を排気配管6中に設置している。真空減圧によってセラミックス製気化室2から除去した残留金属を冷却トラップ12でトラップし、トラップされた金属を適宜回収する。配管途中にトラップを設置するので、トラップよりも下流に金属が流れず、金属の回収が容易にできる。回収された金属は不純物等を除去されて再利用される。
In the present embodiment, the
本発明に係るサイクルパージ方法では、セラミックス製気化室2のセラミックス組成は特に限定されるものではなく、アルミナ等を使用することができる。
In the cycle purge method according to the present invention, the ceramic composition of the ceramic vaporizing
本発明に係るサイクルパージ方法では、被熱処理金属としては特に限定されないが、1200℃以下で気化する金属であれば応用可能であり、亜鉛に最適である。 In the cycle purge method according to the present invention, the metal to be heat-treated is not particularly limited, but any metal that can be vaporized at 1200 ° C. or less is applicable, and is optimal for zinc.
本発明に係るサイクルパージ方法では、加熱炉1としては特に限定されず、気化室内温度を600〜1000℃に調整できるものであれば良い。加熱炉1としては、例えば、電気炉、ガス炉、重油炉等を用いることができる。 In the cycle purge method according to the present invention, the heating furnace 1 is not particularly limited as long as the temperature in the vaporization chamber can be adjusted to 600 to 1000 ° C. As the heating furnace 1, for example, an electric furnace, a gas furnace, a heavy oil furnace, or the like can be used.
気体ガス消費装置3としては特に限定されないが、例えば四塩化珪素ガスと亜鉛ガスとを反応させてシリコンを形成させるための反応炉等が挙げられる。気体ガス消費装置3を当該反応炉とする場合、加熱炉1で生成した亜鉛ガスを前記反応炉内に送出し、反応炉内で、前記亜鉛ガスと、同様に反応炉に送出された四塩化珪素ガスとを反応させることで、シリコンを形成できる。
Although it does not specifically limit as the gas
1.加熱炉
2.セラミックス製気化室
3.ガス消費装置
4.送出配管
5.真空ポンプ
6.排気配管
7.パージガス供給部
8.供給配管
9.開閉弁
10.開閉弁
11.開閉弁
12.冷却トラップ
13.亜鉛
14.セラミックス製ボート
15.熱源
1. Heating furnace
Claims (2)
前記気化室がセラミックスで形成されており、
前記気化室内で金属を加熱により気化し、生成した前記金属の気化ガスを、前記気化室に接続され前記気化室と気化ガス消費装置とを結ぶ送出配管を通じて気化ガス消費装置へ送り出す工程を終えてから前記加熱炉を運転停止するまでの間に、
前記気化室を、前記気化室に接続され前記気化室にパージガスを供給するための供給配管と前記送出配管とからそれぞれ遮断する工程と、
前記気化室に接続され前記気化室と減圧装置とを結ぶ排出配管を通じて前記気化室を真空減圧した後、前記供給配管を通じて前記気化室にパージガスを供給する減圧およびパージガス供給工程と、をこの順に含み、
且つ、前記減圧およびパージガス供給工程を連続して複数回繰り返して行うことを特徴とする金属気化用気化室のサイクルパージ方法。 A cycle purge method for a vaporization chamber for metal vaporization installed in a heating furnace,
The vaporization chamber is formed of ceramics;
Finishing the process of vaporizing the metal in the vaporizing chamber by heating and sending the generated vaporized metal to the vaporized gas consuming device through a delivery pipe connected to the vaporized chamber and connecting the vaporized chamber and the vaporized gas consuming device. Until the furnace is shut down,
Shutting off the vaporization chamber from a supply pipe connected to the vaporization chamber and supplying the purge gas to the vaporization chamber and the delivery pipe;
A pressure reducing and purging gas supplying step for supplying a purge gas to the vaporizing chamber through the supply pipe after vacuuming the vaporizing chamber through a discharge pipe connected to the vaporizing chamber and connecting the vaporizing chamber and the pressure reducing device in this order. ,
A cycle purge method for a vaporizing chamber for metal vaporization, wherein the pressure reduction and purge gas supply steps are continuously repeated a plurality of times.
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JP2007171982A JP2009008357A (en) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Cycle purge method of vaporizing chamber for metal vaporization |
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