一种晶体合成炉及其应用_3

文档序号:8496673阅读:来源:国知局
度与炉体I的高度相对应)、长度为0.3 — 3.0米。前连接条1113、后连接条1114可采用工字钢构成。前连接条1113、后连接条1114 一方面用于相邻两炉壁板11之间的连接,另一方面可增加炉壁板11的强度。
[0037]本实施例中,轮子23可转动安装在车体21底部,车体21处于轨道12上方,轮子23与轨道12上表面接触并可沿轨道12上表面滚动。
[0038]上述轮子驱动装置可采用电动机(如伺服电动机),该电动机的动力输出轴通过减速器与轮子23的轮轴传动连接。
[0039]车体21上的电极通电后发热,并对炉腔13中的物料加热。电极22通过电缆连接至供电设备(供电设备可参照传统生产人工合成氟金云母的电内热法合成炉的供电设备进行设计),供电设备由供电线路、控制柜3、变压器4、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4 (采用的变压器输出功率范围可为400?700KVA,优选600KVA),由变压器4输出至少一组次级电源(如380V、220V、110V交流电源),变压器4输出的次级电源经开关柜再连入控制柜3,从控制柜3输出的电源经电缆5连接至电极2上,对炉腔13中的混合原料加热。控制柜3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。
[0040]电极22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。本实施例中,电极22包括电极板221和三个电极棒222,电极棒222安装在电极板221上。在电极棒222上端插接有副电极棒,副电极棒上端连接有起弧电极。电极板221水平放置,电极棒222与电极板221之间成100 — 105°的夹角;三个电极棒222用起弧电极以“ Δ ”型连接。电极棒222可采用石墨或碳化硅制成。
[0041]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。
[0042]实施例2晶体合成炉的应用
本实施例采用实施例1的晶体合成炉,应用于生产人工合成晶体材料(具体为人工合成氟金云母)。
[0043]参考图1 一图3,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111构成填料区la,再安装上电极车2并装填混合原料后,即可向电极22通电,使电极22发热并对混合原料6加热,随后该填料区Ia即成为熔制区lb,同时在电极车2前方继续安装炉壁板111以构成新的填料区Ia ;当熔制区Ib中的混合原料6都熔解成熔液时,启动电极车2匀速向填料区Ia方向向前行进(电极车2的行进方向如图1中的箭头所示),同时电极22的输入功率保持稳定;随着电极车2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Ib也依次成为析晶区lc、冷却区Id ;冷却完成后,原先的冷却区Id成为拆卸开炉区le,此时即可拆卸下拆卸开炉区Ie的炉壁板111,取出其中的晶体。这样,晶体合成炉的炉体I按电极车2行进方向依次分为填料区la、熔制区lb、析晶区lc、冷却区Id和拆卸开炉区le。随着电极车2的行进,炉体I的每一部分都从填料区Ia依次变成熔制区lb、析晶区lc、冷却区ld、拆卸开炉区le,而且在炉体I前端安装炉壁板111以构成新的填料区la,从而实现人工合成晶体材料的连续生产。从拆卸开炉区Ie拆卸下来的炉壁板111可重新安装到炉体I前端,以构成新的填料区la,实现炉壁板111的循环利用。而且,由于炉体I为弧形,两线形炉壁11处在两同心圆上,因此可实现场地的循环使用。
[0044]本实施例中,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111构成填料区la,并安装上电极车2,然后装填混合原料;
本步骤(I)中,采用下述方式装填混合原料6:在炉底及两线形炉壁内侧填入一层粉末料(该粉末料为-10目的合成云母粉料),其中炉底部位填入的粉末料厚度为40cm,两线形炉壁11内侧填入的粉末料厚度为30 cm,构成外保护层7 ;在外保护层7内侧填入一层回炉料(即先前生产中未熔制的烧结混合原料,其粒径< 20mm),其厚度为30cm,构成中间过渡层8 ;在中间过渡层8的内表面围成的腔体中填入要熔制的混合原料(要熔制的混合原料6装填在炉腔13的中心部分)。
[0045]所述混合原料6由石英砂、氧化铝粉、电熔镁砂、氟硅酸钾和碳酸钾混合而成。本实施例中,混合原料由下述重量百分比的原料组成:石英砂36%,氧化铝12%,电熔镁砂29%,氟硅酸钾19%,碳酸钾4%。
[0046]三个电极棒222埋入混合原料6的深度为0.5 — I米。
[0047](2)向电极22通电,使电极22发热并对混合原料6加热,电极22所在区域构成熔制区lb,同时在电极车2前方继续安装炉壁板111以构成新的填料区Ia ;
电极22发热并对混合原料6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Ib中的混合原料6都熔解成熔液时,启动电极车2匀速向填料区Ia方向向前行进(电极车的行进速度根据混合原料的熔解情况确定,本实施例中电极车的行进速度约为30cm/hr),同时电极22的输入功率保持稳定(输入功率为480KW),实现连续熔制(熔液温度控制在 1540 - 1580°C);
熔制过程中,应使全部混合原料熔解,部分回炉料也可溶解,但不能溶解到粉末料及炉壁板111的内层1112。
[0048]熔制过的炉面必须加盖回炉料和粉末料(该粉末料为-10目的合成云母粉料),对熔液进行保温。
[0049](3)随着电极车2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;
熔液进入澄清阶段时,熔液中比重低于2.75的高温杂质、熔制分解出来的残存在熔液内的C02等气体上升至熔液液面。
[0050](4)随着电极车2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(该区域成为析晶区Ic);
本步骤(4 )中,仍有部分小电流通过熔液,并产生微弱的热量,可以有效延缓温度的下降速度(该析晶阶段的温度下降过程可延长至7 - 12小时)。
[0051](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(该区域成为冷却区Id);
冷却阶段的时间为7 — 8天。
[0052](6)开炉:当冷却至炉壁温度低于70°C时(此时该区域成为拆卸开炉区le),拆卸下该区域的炉壁板,取出其中的晶体。
[0053]本步骤(6)中,拆卸下炉壁板之后,当晶体冷却部分的温度降至100°C以下,即可扒去晶体周围未熔融烧结的回炉料、粉末料(即外保护层和中间过渡层),再分段打孔,用液压劈裂机分段劈开晶体或者用挖机炮头分段打开晶体。开炉取出晶体后,后续的镐破选矿、破碎筛分、包装入库等操作可参照现有技术进行。例如:(1)镐破选矿:用挖机炮头打开整块晶体,用电镐剔除回炉料,选出块状晶体(直径约40 - 60cm的块状),而碎晶体与回炉料则由人工拣选分离;(2)破碎筛分:用颚试破碎机、对辊机对拣选出来的晶体进行破碎,再进行筛分,级别分为,-10目为保温粉末,+10 — -4目为2 — 3级晶片,+4目为合格的I级晶片、厚片和三角料,厚片、三角料进入第二次破碎筛分;(3)包装入库:I级晶片和2 — 3级晶片分别称重包装,即可入库,整个生产完成。
[0054]步骤(6)卸下的炉壁板、外保护层粉料、中间过渡层粉料可以再次在填料部位使用。
[0055]上述步骤(2)中,电极安装及连接方式,以及起弧阶段和熔制阶段的功率控制、熔液温度等工艺参数,参照现有的电内热法熔制人工合成氟金云母工艺。例如:(1)电极为三相电极,可采用“ Δ ”或“Y”型连接(三个电极棒用起弧电极以“ Λ ”型连接),并埋入混合原料中;(2)在起弧阶段,调节至高电压低电流档,使电极周围的混合原料熔解导电、发热,并且混合原料熔解的范围逐渐扩大,熔液不断增加;随着熔液不断增加,输入功率逐渐增大,可从5KW逐渐增大至240KW ; (3)在熔制阶段,切换至低电压高电流档,输入功率控制在240 - 500KW之间,熔液温度控制在1495 — 1695°C之间;熔制过程
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