一种晶体合成炉及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及生产晶体的装置，具体涉及一种晶体合成炉，以及这种晶体合成炉在生产人工合成氟金云母等人工合成晶体材料方面的应用。
【背景技术】
[0002]人工合成氟金云母(KMg3 (AlSi3O10) F2,又称合成云母)，是由化工原料、优质的矿物原料经高温反应、熔融、冷却、析晶、生长而成的层状硅酸盐化合物。人工合成氟金云母具有下述特点:不含羟基，因此耐温性更好；有很好的绝缘性；由化合物直接烧制而成，因此具有很高的纯度和白度。人工合成氟金云母粉已广泛应用于云母钛珠光颜料、化妆品粉体、塑料和陶瓷填充料等行业中，同时，人工合成氟金云母以其优异的电气绝缘性能，广泛应用于电气绝缘、电子工业。
[0003]现阶段生产人工合成氟金云母，普遍用耐火砖砌筑的圆形炉体，内置电极，填入混合原料(混合原料通常由石英砂、氧化铝粉、电熔镁砂、氟硅酸钾、碳酸钾混合而成)，采用间歇式电内热法进行高温反应，冷却得到人工合成氟金云母片。用耐火砖砌筑的圆形炉体，采用间歇式电内热法生产人工合成氟金云母，存在下述缺陷:
(O生产操作繁琐，没能连续生产，工人劳动强度大，能耗高，产量低，原料容易受耐火砖碎肩污染；
(2)在生产过程中，炉体中各部位存在着极大的温度梯度，熔体粘度差别很大，对晶体生长极为不利，具体体现在:在电极之间及电极附近，能析出比较完整的大结晶片，而在远离电极的大部分区域，则析出“条形”或“三角形”的碎小晶片，从而大大降低了产品的质量和产量；
(3)析晶温度区间的温度范围窄(一般在1375- 1405°C)，由于在此区间温度下降快，又无法通电进行保温，因此析晶速度太快、时间太短，一般在2 — 4小时就完成了析晶过程，以致在大部分区域析晶不完全，大量析出“三角”和“条形”小晶片，晶片缺陷多，产品质量较差。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够连续生产晶体的晶体合成炉，以及应用上述晶体合成炉生产人工合成氟金云母等人工合成晶体材料的方法，以提高产出的人工合成氟金云母等人工合成晶体材料的产量及质量。采用的技术方案如下:
一种晶体合成炉，其特征在于包括炉体和电极车；所述炉体包括并排设置的两个线形炉壁；线形炉壁由依次相连的多个炉壁板组成，相邻两个炉壁板之间可拆卸连接，炉壁板顶部设有轨道单元，各炉壁板顶部的轨道单元相连成轨道；两线形炉壁之间的空间构成炉腔；电极车包括车体、电极、轮子以及能够驱动轮子转动的轮子驱动装置，电极、轮子和轮子驱动装置设于车体上，轮子与轨道配合，轮子在轮子驱动装置的驱动下转动并带动电极车沿轨道移动，车体上的电极伸入炉腔中。
[0005]优选方案中，上述炉壁板包括外层、内层、前连接条和后连接条，其中外层为钢板(钢板外侧面上可设置加强筋)，前连接条和后连接条分别设于外层的前边沿、后边沿(后一炉壁板上的前连接条与相邻的前一炉壁板上的后连接条可通过螺栓或者锁扣件连接，从而实现相邻两个炉壁板之间的可拆卸连接)，内层为保温层(保温层可采用高温纤维棉或高温纤维毯构成)，内层设于外层的内表面上。炉壁板的规格根据炉体的规格进行设计，炉壁板组装后形成线形炉壁，通常炉壁板高度为0.5 — 5米、长度为0.3 — 3.0米。上述前连接条、后连接条可采用工字钢构成。前连接条、后连接条一方面用于相邻两炉壁板之间的连接，另一方面可增加炉壁板的强度。
[0006]上述炉体可为弧形或直线形，相应的，线形炉壁呈弧形或直线形。炉体为弧形时，两线形炉壁处在两同心圆上，优选炉体的半径为10 - 50米(即半径较大的线形炉壁的半径为10 — 50米)，炉体的宽度为1.2 - 6米(即两线形炉壁外侧边缘之间的距离为1.2 — 6米)，炉体的高度为0.5 - 5米(即线形炉壁的高度为0.5 — 5米)。炉体为直线形时，两线形炉壁相平行，优选炉体的长度为10 - 200米(即线形炉壁的长度为10 - 200米)，炉体的宽度为1.2 - 6米(即两线形炉壁外侧边缘之间的距离为1.2 — 6米)，炉体的高度0.5 -5米(即线形炉壁的高度为0.5 — 5米)。炉体的规格可根据投资规模、产量规模、选用的变压器、控制电路等进行选择设计。
[0007]通常，上述轮子可转动安装在车体底部，车体处于轨道上方，轮子与轨道上表面接触并可沿轨道上表面滚动。
[0008]上述轮子驱动装置可采用电动机(通常采用伺服电动机)，该电动机的动力输出轴通过减速器与轮子的轮轴传动连接。
[0009]上述车体上的电极通电后发热，并对炉腔中的物料加热。电极通过电缆连接至供电设备，供电设备由供电线路、控制柜、变压器、断路器等组成，其规格可根据产量、炉体规格及电极的推进速度等进行选择。本发明中，可采用1KV电源供电，1KV电源依次连接断路器、变压器(采用的变压器输出功率范围可为400?700KVA，优选600KVA)，由变压器输出至少一组次级电源(如380V、220V、I1V交流电源)，变压器输出的次级电源经开关柜再连入控制柜，从控制柜输出的电源连接至电极上，对炉腔中的混合原料加热。控制柜通常由大功率晶闸管及控制电路组成，在熔制过程中是调节输入功率大小的主要控制部分。
[0010]上述电极可参照传统生产人工合成氟金云母的电内热法合成炉进行设计。优选上述电极包括电极板和三个电极棒，电极棒安装在电极板上。可在电极棒上端插接有副电极棒，副电极棒上端连接有起弧电极。上述电极板水平放置，电极棒与电极板之间成100 -105°的夹角；三个电极棒可用起弧电极以“Δ”或“Y”型连接。上述电极棒可采用石墨或碳化娃制成。
[0011]上述晶体合成炉可用于生产人工合成晶体材料，例如:(1)各种人工合成云母，特别是人工合成氟金云母；(2)各种电内热法熔制合成的人工合成石材；(3)其它电内热法熔制合成的晶体材料。
[0012]上述晶体合成炉应用于生产人工合成晶体材料的方法，其特征在于:首先，安装炉壁板构成填料区，再安装上电极车并装填混合原料后，即可向电极通电，使电极发热并对混合原料加热，随后该填料区即成为熔制区，同时在电极车前方继续安装炉壁板以构成新的填料区；当熔制区中的混合原料都熔解成熔液时，启动电极车匀速向填料区方向向前行进，同时电极的输入功率保持稳定；随着电极车的向前行进，已熔解的熔液依次进入析晶阶段和冷却阶段，原先的熔制区也依次成为析晶区、冷却区；冷却完成后，原先的冷却区成为拆卸开炉区，此时即可拆卸下拆卸开炉区的炉壁板，取出其中的晶体。这样，晶体合成炉的炉体按电极车行进方向依次分为填料区、熔制区、析晶区、冷却区和拆卸开炉区。随着电极车的行进，炉体的每一部分都从填料区依次变成熔制区、析晶区、冷却区、拆卸开炉区，而且在炉体前端安装炉壁板以构成新的填料区，从而实现人工合成晶体材料的连续生产。从拆卸开炉区拆卸下来的炉壁板可重新安装到炉体前端，以构成新的填料区，实现炉壁板的循环利用。
[0013]一种具体方案中，上述晶体合成炉应用于生产人工合成氟金云母，包括下述步骤:
(O安装炉壁板构成填料区，并安装上电极车，然后装填混合原料；
所述混合原料由石英砂、氧化铝粉、电熔镁砂、氟硅酸钾和碳酸钾混合而成；
(2)向电极通电，使电极发热并对混合原料加热，电极所在区域构成熔制区，同时在电极车前方继续安装炉壁板以构成新的填料区；
电极发热并对混合原料加热的过程依次包括起弧和熔制两个阶段；进入熔制阶段后，当熔制区中的混合原料都熔解成熔液时，启动电极车匀速向填料区方向向前行进，同时电极的输入功率保持稳定，实现连续熔制；
(3)随着电极车的向前推进，已熔解的熔液单位面积通过的电流减少，熔液降温并进入澄清阶段；
(4)随着电极车的向前推进，此时熔液单位面积通过的电流进一步减少，经过澄清的熔液进一步降温至析晶温度区(如1405 - 1375°C)，进入析晶阶段；
(5)熔液结晶后即为绝缘材料，无法导电，随后晶体进入自然的冷却阶段；
(6)开炉:当冷却至炉壁温度低于70°C时，拆卸下该区域的炉壁板，取出其中的晶体。
[0014]步骤(I)中的混合原料中，石英砂、氧化铝粉、电熔镁砂、氟硅酸钾、碳酸钾的配比可参照现有技术。优选步骤(I)中的混合原料中所含的S12 ,MgO ,Al2O3.K2CO3和K2SiF6的重量百分比为:S1 2 36.08 — 37.4%，MgO 28.