一种高纯石英生产装置的制作方法

本发明涉及一种高纯石英的生产装置，尤其是涉及一种CVD法生成高纯石英的装置。

背景技术：

石英玻璃的工业生产技术主要包括电熔工艺，气炼工艺，合成石英玻璃制造工艺，高频等离子火焰熔制工艺。其中合成石英玻璃技术又包括化学气相沉积(CVD)工艺、气相轴向沉积(VAD)工艺、等离子化学气相沉积(PCVD)等。CVD工艺在生产大尺寸高纯度的石英玻璃方面较其他方法具有较大优势，目前大尺寸高纯度的石英玻璃生产一般使用CVD工艺生产。

CVD工艺生产大尺寸高纯度的石英玻璃设备主要由两大部分组成，一部分是提供高温反应环境的反应炉，一部分是固定、支撑、旋转、移动产品的塔体设备，炉膛安装于塔体设备上部分。大尺寸高纯石英产品因为直径、长度、重量都比较大，因此生产一般是由上往下进行，即喷灯安装在炉膛上部，产品不断沉积，不断变长，往下移动，为制作一定的形状，有时也进行左右或前后移动，产品在生长时同时需要不断地进行旋转，这些移动、旋转都是通过电机、导轨等配件来完成的，当然因为产品位于高处，还需要支撑、固定等装置。这些配件、装置等统称为塔体设备。

现有CVD法生产高纯石英反应炉体皆采用单层结构，隔热砖直接裸露于外部，很容易积尘，也不容易清洁。因此生产时粉尘很容易掉落进入炉膛内的产品中，操作人员需要频繁进行巡检，及时挑除产品内的粉尘杂质，无法挑除的颗粒直接导致产品报废，同时隔热砖材料直接裸露于室内不够整洁、美观。炉内高温热量通过喷灯缝隙直接散热进入车间环境内，会导致室内温度过高，增加降温成本。采用单层结构，同时为保持炉内高温，炉内的排风量要求保持很少的量，这样反应炉内生产产生的氯化氢废气及二氧化硅粉尘很容易溢出到车间内，对人身安全及公司财产产生较大危害。

CVD工艺生产的塔体设备皆为敞开式，没有形成密封的舱体及气体流场，塔体等装置所处的环境恶劣，高温及易腐蚀气体皆有存在，设备容易产生异常，同时环境中粉尘等比较多，影响到产品品质。目前传统的CVD工艺塔体设备主要有以下缺陷：(1)塔体内受炉膛温度辐射影响，温度比较高，各装置及配件寿命短，容易出现异常，同时运行不稳定，影响产品品质；(2)塔体内受炉膛溢出的氯化氢尾气影响，各装置及配件容易腐蚀，寿命短，容易出现异常，同时运行不稳定，影响产品品质；(3)为敞开环境，环境中的粉尘等颗粒容易进入到塔体中，进而进入到产品反应的炉膛室内，降低产品品质。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种降低粉尘干扰以及尾气污染的高纯石英生产装置。

本发明提供的技术方案为：一种高纯石英生产装置：包括用于提供高温反应环境的反应炉以及设置在反应炉下方的塔体：

所述反应炉为圆柱形，由内而外由炉膛、隔热层、保温层及金属材料制作而成的炉罩组成，所述炉罩包含包附在保温层外周表面的炉座、保温层上表面的炉盖以及炉顶，所述炉顶设置于所述反应炉的最顶部，与所述炉盖之间形成炉顶腔；所述炉膛设有至少1个炉膛排气口，所述炉膛排气口穿过隔热层、保温层及炉座；所述炉顶设有炉顶进气口、炉顶排气口；所述炉顶排气口位置等于或高于炉顶进气口位置，且位于炉顶的两侧，所述炉顶进气口内设置有空气过滤装置；所述隔热层、保温层及炉盖的顶部位置开设有联通炉膛和炉顶腔的通孔，所述通孔内设有喷灯，所述喷灯顶部为物料进口，底部为物料出口；所述炉膛排气口以及所述炉顶排气口分别连接到废气处理装置；

所述塔体设置在所述炉膛的底部；包括垂直设置在地面上的塔体支架，设置在塔体支架一侧的导轨，设置在导轨上的基座，所述基座能够在电机的作用下，沿所述导轨上下移动；所述基座上设有产品座，所述产品座能够在电机的作用下，在基座上移动和旋转。

采用上述技术方案炉膛位于设备内部中心，为800℃-2000℃的高温腔体，是高纯石英生产的反应釜，为生产反应提供环境。炉膛由隔热砖砌成形成隔热层，隔热层使炉膛与外界隔离，保持炉膛高温环境。靠近隔热砖外层安装保温层，保温层为内层隔热砖与外层炉罩缓冲区，起到缓冲隔热作用。炉罩安装在最外侧，为金属材质，其中炉座安装于四周，炉盖安装于保温层顶部，炉座及炉盖通过法兰进行连接、固定。顶盖安装于整个炉体最顶部，使与炉盖之间形成一个独立的腔体。顶盖上安装有进气孔、排气孔、观察窗等，其中进气孔安装有过滤器，对进入腔体的空气进行过滤，保持内部整洁，排气孔连接企业尾气处理装置，对炉罩腔体内进行抽气，使炉罩腔体保持负压，这样炉罩腔体内就会形成自进气孔至排气孔的风场。同时炉膛底部亦安装有排气孔。在炉顶正顶部安装喷灯，喷灯顶部为气体、原料进口，底部为出口，原料及气体经过喷灯调控分流后进入炉膛内进行反应，生成高纯石英产品。

进一步的，所述塔体还包括设置在塔体支架的导轨一侧的上塔门、下塔门、塔门连接件，所述上塔门、塔门连接件以及塔体支架之间形成上塔腔，所述下塔门、塔门连接件以及塔体支架之间形成下塔腔；所述塔体支架上设有通往上塔腔的上塔腔进气口，所述塔门连接件上设有通往下塔腔的下塔腔进气口，所述上塔门设有上塔门排气口、所述下塔门设有下塔门排气口，所述上塔门排气口连接到废气处理装置，所述下塔门排气口直接与空气相连，所述塔体支架、上塔门、下塔门及塔门连接件相互之间的连接部位安装有密封件，所述上塔腔进气口以及下塔腔进气口由风机供风，给所述上塔腔以及下塔腔提供正压。

进一步的，所述上塔门排气口设置在上塔门的上段，所述下塔门排气口设置在下塔门的下段。

进一步的，塔门连接件由上下两层板组成，形成塔门连接件空腔，其中塔门连接件下板均匀分布有若干小孔，所述下塔腔进气口与塔门连接件空腔连通。

进一步的，所述炉顶设有炉顶观察窗，所述上塔门设有上塔门观察窗。

风机安装在塔体支架外部，风机进风部分安装有送风过滤器，送风过滤器能够过滤0.1μm及以上颗粒，过滤后则形成洁净风，送风机出风口通过管道与塔体支架正面上部分和塔门连接件相连。这样送风机通过环境抽风，过滤后输送至塔体支架上部分及塔门连接件中。塔门连接件进风孔与下塔腔相通，塔门连接件底部开有下塔腔的连接件出风孔，洁净风自塔门连接件出来后进入下塔腔中，然后往下流动，最后从下塔门的两个排风口排放至环境中，这样下塔腔中就形成了自上往下的风场，形成了气封的下塔腔，能够有效防止外部空气进入腔体中，保持腔体洁净度，同时能持续带走炉膛及产品辐射出来的热量，保持腔体内处于低温环境，保护配件。

另一路洁净风从塔体支架上半部分出来，进入到上塔腔中，因为顶部有吸风装置，其中大半部分往上流动，然后通过上塔门顶部开的排废孔排放至尾气处理装置中，这样上塔腔即形成了自下往上的风场。装置顶部，由于炉膛内温度高，上塔腔与炉膛相通，会有大量的热辐射从炉膛进入上塔腔中，同时由于炉膛内工艺要求负压设计得比较小，会有部分的氯化氢尾气进入到上塔腔中。这样因为上塔腔中存在自下往上的风场，当炉膛辐射出来的热量和溢出来的氯化氢尾气进入腔体顶部时立即会随着风场流动，最终通过排废孔进入到尾气处理设备中，不会扩散至腔体的中的其它部位。这样能够保持腔体内的低温及洁净环境，保护设备及配件，保障设备正常运行，排放出去的热量及尾气进入到厂区尾气处理系统中处理合格后再排放到大气中，保护环境。另一少部分洁净气体则通过塔门连接件进入下塔腔中，与塔门连接件出来的洁净风共同形成下塔腔风场。

下塔腔内进行送风，因而保持正压，比炉门外气压高，保证炉门外气体不进入腔体中。上塔腔中下部送风，顶部吸风，使中下部保持正压，顶部保持负压，这样保证腔体外部气体不进入腔体内，同时能够及时排出顶部炉膛溢出的氯化氢气体及辐射的热量。

附图说明

图1是本发明高纯石英生成装置示意图；

图2是本发明反应炉结构示意图

图3是本发明塔体外部侧视图；

图4是图3的A-A部分的仰视图；

图5是塔体基座位于底部时的轴测图；

图6是塔体基座位于顶部时的轴测图。

图7是塔体内部风场示意图；

图中：1-反应炉、2-塔体、101-炉膛、102-隔热层、103-保温层、104-炉座、105-炉盖、106-炉顶、107-炉顶腔、108-炉膛排气口、109-炉顶进气口、110-炉顶排气口、111-炉顶观察窗、112-喷灯、201-塔体支架、202-导轨、203-基座、204-电机、205-产品座、206-上塔门、207-下塔门、208-塔门连接件、209-上塔腔、210-下塔腔、211-上塔腔进气口、212-下塔腔进气口、213-上塔门排气口、214-下塔门排气口、215-塔门连接件空腔、216-小孔、217-上塔门观察窗、218-风机。

具体实施方式

下面结合附图1-7进一步描述本发明：

如图1所示，本发明高纯石英生产装置包括反应炉1和塔体2，其中反应炉结构如图2所示：反应炉1为圆柱形，由内而外由炉膛101、隔热层102、保温层103及金属材料制作而成的炉罩组成，炉罩包含包附在保温层103外周表面的炉座104、保温层103上表面的炉盖105以及炉顶106，炉顶106设置于反应炉1的最顶部，与炉盖105之间形成炉顶腔107；炉膛101设有至少1个炉膛排气口108，炉膛排气口108穿过隔热层102、保温层103及炉座104；炉顶106设有炉顶进气口109、炉顶排气口110；炉顶排气口110位置等于或高于炉顶进气口109位置，且位于炉顶106的两侧，炉顶进气口109内设置有空气过滤装置；隔热层102、保温层103及炉盖105的顶部中心位置开设有连通炉膛101和炉顶腔107的通孔，通孔内设有喷灯112，喷灯112顶部为物料进口，底部为物料出口；炉膛排气口108以及炉顶排气口110分别连接到废气处理装置；炉顶106设有炉顶观察窗111。

如图3-7所示：塔体2设置在炉膛101的底部；包括垂直设置在地面上的塔体支架201，设置在塔体支架201一侧的导轨202，设置在导轨202上的基座203，基座203能够在电机204的作用下，沿所述导轨202上下移动；基座203上设有产品座205，产品座205能够在电机204的作用下，在基座203上移动和旋转。

塔体2还包括设置在塔体支架201的导轨202一侧的上塔门206、下塔门207、塔门连接件208，上塔门206、塔门连接件208以及塔体支架201之间形成上塔腔209，下塔门207、塔门连接件208以及塔体支架201之间形成下塔腔210；塔体支架201上设有通往上塔腔209的上塔腔进气口211，塔门连接件上设有通往下塔腔210的下塔腔进气口212，上塔门206设有上塔门排气口213、下塔门207设有下塔门排气口214，上塔门排气口213连接到废气处理装置，下塔门排气口214直接与空气相连；塔体支架201、上塔门206、下塔门207及塔门连接件208相互之间的连接部位安装有密封件，上塔腔进气口211以及下塔腔进气口212由风机218供风，给上塔腔209以及下塔腔210提供正压。其中，上塔门排气口213设置在上塔门206的上段，下塔门排气口214设置在下塔门207的下段。塔门连接件208由上下两层板组成，形成塔门连接件空腔215，其中塔门连接件下板均匀分布有若干小孔216，下塔腔进气口212与塔门连接件空腔215连通。上塔门206设有上塔门观察窗217。

塔体安装于高纯石英生产炉膛的底部(炉膛内部800-2000℃)，当产品刚开始生产时，如图6所示，基座203位于塔体顶部，使产品座205深入炉膛101内。生产后产品不断沉积于产品座205上，当产品达到设计直径要求后基座203开始持续往下移动，这样产品不断增长，当产品达到设计长度要求后，则炉膛内停止沉积，然后基座203移动至最底部，取出产品，则产品沉积生产完成。

导轨、丝杆、基座203也都是安装在塔体支架的正前面，固定在塔体支架上，同时也都是安装在下塔门及上塔门腔体中。其中基座203受电机204控制，可以通过丝杆沿着导轨在下塔门腔体及上塔门舱腔体间上下移动。基座203上部分安装产品座205，产品座205的上面则直接进行产品生产，产品的旋转及移动皆通过产品座205进行传动。基座203下部分安装旋转及移动电机204。

上述实施案例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。