专利名称：气炼法生产不透明乳白石英玻璃的制作方法
技术领域：
本发明提供一种生产不透明乳白石英玻璃的新方法，属石英玻璃材料生产技术领域。
目前生产不透明乳白石英玻璃的方法多采用真空电阻炉熔融法和单棒法，其共同特点是直接以电为能源，以石墨为发热体。真空电阻炉熔融法使用真空电阻炉，以筒形石墨为发热体，水晶或硅石为原料，经高温熔融，用拉管机或人工拉制成一定规格的乳白石英管材。这种石英管在加热过程中，普遍存在一种疵病-崩落，严重的可导致断裂，它们一般用着远红外加热材料。单棒法使用棒式电阻炉，不抽真空，用石墨棒做发热体，硅砂为原料，经高温熔化成石英玻璃，然后拨出石墨发热棒，将熔化好的石英玻璃料块夹出放在模型内吹制成不透明石英玻璃管材(毛坯)。这种毛坯外表面有浮砂，壁厚不易均匀，热稳定性较差，急冷急热易炸裂，它们主要用着绝缘和耐火材料。上述方法尚不能生产出电阻渗碳工艺中所需和不透明乳白石英管。至今国内外未见有采用气炼法生产不透明乳白石英玻璃管材的报道。
本发明的目的是提供一种生产不透明乳白石英玻璃的新方法，以提高产品质量，扩大产品适用范围，从而克服现有技术的不足。
本发明的要点是采用自动气炼机(也可用手动机)为生产设备，以高热值可燃气体为热源，以白硅石或白硅石与水晶的混合粉料为原料，通过逐层熔化、逐层加料的气炼生产工艺生产出各种不透明石英玻璃管材或其它不透明乳白石英玻璃材料。上述自动气炼机是指本申请人的89212180·7号专利申请技术。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的工艺流程框图;
图2是本发明中所使用的自动气炼机整体结构示意图;
图3是本发明实施例的微电控制系统原理框图;
图4是本发明实施例的气体控制原理框图。
图中1-双轨床体，2-走车机构，3-退车机构，4-托轮升降机构，5-螺旋加料机构，6-石英喷灯，7-耐火保温炉膛，8-支架，9-石英管产品，10-升降托杆。
参照图2，该自动气炼机是由双轨床体(1)、带有夹具并可在双轨床体水平移动的走车机构(2)、控制走车机构水平移动的退车机构(3)、固定在双轨床体一端的托轮升降机构(4)、把粉料送进高温火焰的螺旋加料机构(5)，其下方是置于支架(8)上的耐火保温炉膛(7)，炉膛里设有燃烧可燃气体的石英喷灯(6)，其燃烧产生的高温火焰对着石英管产品(9)的头部。其中，托轮升降机构(4)包括一根受步进电机控制能上、下移动的升降托杆(10)，在托杆上部固定有一至二个托轮用以控制石英管产品(9)的外径，在托轮一端对应于石英管(9)的位置设有由限位块、偏心支块、金属杠杆、金属触板等组成的限位发讯器，所述限位块及金属杠杆固定于偏心支块的支点上，而金属触板则固定于托轮支架上，平时该装置借助于自身重量，使得金属杠杆与金属触板不相接触。但是当石英管(9)触动限位块时，金属杠杆就会产生一定偏移从而和金属触板相触产生开关量，微电控制系统立即发出退车指令。该自动气炼机床各部份的具体结构已在89212180·7申请中所详述，故这里不再赘述。
参照图1，本发明包括加料、透烧、托升、成型、退车、托降、预烧等七个工艺程序。当过程处于动态平衡时，沿图1中虚线方向进行工艺循环。如果由于随机因素破坏了过程的动态平衡，则按实线方向进行工艺循环，直至新的平衡状态的建立。下面将对各个工艺程序作详细介绍。
首先开机预热炉膛，炉膛里的石英喷灯燃烧高热值可燃气体，如氢、氧气体，炉温急剧上升，当炉温上升到2000℃左右时，再按下控制系统的工作开关，进行自动对位后，系统即进入工作程序。每一个正常状态下的工艺循环从加料开始。所谓加料，是借助于螺旋加料器将40-140目的石英粉料送入炉膛里的高温火焰，喷射到石英管管头。加料动作是间歇式进行的，实现逐层熔化、逐层加料，并可提高石英粉料的利用率。加料量则根据产品的规格由微机系统进行定量控制，加料时间一般控制在20～80秒范围。
透烧是将沾附并熔化在石英管头的石英粉料，进一步在2000℃左右的高温下烧透变成玻璃态，透烧时间一般控制在5～30秒内。
经过透烧以后，升降机构中的升降托杆在步进电机的控制下，将托轮装置从炉膛下部送入高温炉膛，直至托轮与石英管接触，并带动托轮转动。同时，当托轮进入到炉膛的某个位置时，炉膛内的石英喷灯自动熄灭，以保护托轮装置的安全。托升时间一般控制5～15秒内。
成型当托轮装置上升到额定高度以后，再从石英母管尾端有节奏地送入高压氧气，氧气压力一般为1.5～3.5kg/cm2。由于石英管头受到托轮的限制，在高压氧气的作用下，熔融态的石英管头只能沿轴向不断延伸，使石英管(产品)不断加长。在石英管尾端应有输送高压氧气的装置，如电磁阀。成型时间一般控制在5～10秒范围。
退车是指当向前延伸的石英管头，一旦触及限位发讯器中的限位块(即到位)时，控制系统即发出退车指令，使走车机构携带石英管向后移动某个长度。每次退车距离一般控制在5～15毫米，退车时间一般控制在3～8秒。
托降退车以后，托轮装置在升降机构的控制下，回复到初始位置，托降时间一般控制在5～15秒内。当托轮装置下降到某个位置时，炉膛内的石英喷灯自动开火。
预烧其目的是为下一个工艺循环作准备，使石英管头在2000℃左右高温下基本烧熔，为加料粘附创造条件。
上述工艺程序是在动态平衡时的工艺过程。如果某种随机因素，破坏了这个平衡状态，将造成石英管头向前延伸的长度不够，触不到限位块，即不到位，这时，到额定的时间以后，托轮装置将自动下降，回复到初始状态，石英喷灯自动开火预烧。而这时的预烧则相当于“透烧”，托轮再次上升，继续下面的工艺程序，直至完成退车、托降、预烧，而后进行新的工艺循环，又从加料开始。
为保持炉温基本恒定，石英喷灯所燃烧的可燃气体压力与流量必须稳定，因此工艺中必须要有气体控制装置，图4便是本发明实施例中采用的气体控制装置原理框图，它包括二极控制第一级为气体压力控制装置，第二级为气体流量及其自动开关装置。气体压力控制装置是由压力变送器、电动调节器、Q型操作器、电气转换器和气动薄膜调节阀等定型仪表组成，完成对气体压力的控制;气体流量控制装置是由二至四台流量计、四至六台电磁阀和多个阀门及三通组成，用于完成对气体的自动开关和流量控制。经过二级控制的气体供给石英喷灯燃烧，实现基本恒定的炉膛温度，满足动态平衡的要求。
本发明采用天然白硅石粉料为原料，但最好采用白硅石与水晶的混合粉料为原料。水晶所占比例最好是10～50%(重量)，原料粒径均为40～140目。
微电控制系采用微机为主体的控制系统，如TP801单板机(也可采用数字控制)，图3便是本发明实施例中采用TP801单板机的控制系统原理框图，系统软件是由初始化程序、主程序和若干子程序构成的，采用模块结构，调试修改灵活方便，简单易读，软件具有点动功能、工艺参数的线性变化功能、工艺参数的可调功能和闭环控制，其特点是程序控制和驱动系统组成一个紧凑的整体，根据气炼自动化工艺流程进行编程。源程序用磁带保存，使用时将程序输入到单板机的随机存贮器RAM中，只需将预定的工艺参数通过键盘写入到数据库即可生产出各种任意直径与壁厚的优质石英坯管，然后通过机械化二次整形即可得到优质石英管材及其制品。
利用本发明方法生产的不透明乳白石英管材，其化学纯度、硬度、热稳定性和使用寿命等主要性能指标，均达到或超过进口石英的水平，已在全国渗碳生产线得到了广泛推广应用，并可望开拓国外市场，创造外汇收入。此外，本发明产品还可用于电子、化工、冶金、科研等领域，具有显著的社会效益与经济效益。
实施例实施例1以40～140目、100%的白硅石粉料为原料，以氢、氧气体为热源，氢∶氧＝2.5∶1(体积，下同)，氢气压力≥1.0kg/cm2，氧气压力≥3.0kg/cm2，炉温为2000℃左右。工艺参数为加料时间25秒左右，透烧10秒左右，托升8秒左右，成型6秒左右，退车4秒左右，托降8秒左右，予烧8秒左右，得优质石英坯管(必要时再经整形)。产品规格为φ70mm，壁厚5mm，不透明乳白石英管，其主要技术性能指标为1、使用温度正常使用温度1100℃，最高可达1200℃;2、热稳定性好，耐急冷急热;3、化学成分SiO2含量≥99.5%，这种不透明乳白石英管可广泛应用于电子、化工、冶金、科研等领域。
实施例2采用40～140目的混合粉料为原料，其中，白硅石为60%，水晶为40%(重量)，氢、氧气体为热源，氢∶氧＝2.2∶1，炉温2000℃左右。工艺参数如下加料时间60秒，透烧20秒，托升10秒，成型7秒，退车5秒，托降10秒，予烧15秒。产品规格为φ103mm，壁厚8mm，不透明乳白石英管，其两头空管，内表面光滑，外表面呈自然粗糙面，两端口裁齐磨平并内外倒角。其主要性能指标与例1产品基本一致，它们主要用作被碳工艺生产线及彩色显像管生产线用炉管，同时也可用于其它领域。
权利要求
1.一种不透明乳白石英玻璃的生产方法，其特征是以高热值可燃气体为热源，以40-140目白硅石粉料为原料，并采用申请号为89212180.7的自动气炼机为生产设备，通过逐层熔化、逐层加料的气炼生产工艺生产各种不透明乳白石英玻璃材料。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于以白硅石与水晶的混合粉料为原料。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于水晶在混合料中的比例为10～50%(重量)。
4.根据权利要求1或2或3所述的生产方法，其特征在于采用氢、氧气体为热源。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于氢气压力≥1.0kg/cm2，氧气压力≥3.0kg/cm2。
全文摘要
本发明提供了一种生产不透明乳白石英玻璃材料的新方法，其特点是以高热值可燃气体为能源，以白硅石或白硅石与水晶的混合粉料为原料，采用自动气炼机，通过逐层熔化、逐层加料的气炼生产工艺生产各种不透明乳白石英玻璃材料，如电阻瓷基体表面渗碳用不透明乳白石英玻璃炉管，其主要性能指标均达到或超过同类进口石英管的水平，还广泛适用于电阻瓷基体表面渗碳、彩色显像管荧光粉料烧结以及电子、化工、冶金、科研等领域。
文档编号C03B20/00GK1045758SQ8910568
公开日1990年10月3日 申请日期1989年3月22日 优先权日1989年3月22日
发明者谢裕安 申请人:长沙市电子材料二厂