连熔法生产大尺寸石英筒的装置的制作方法

本实用新型涉及石英筒生产设备技术领域，尤其涉及一种连熔法生产大尺寸石英筒的装置。

背景技术：

石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英。

作为一种重要的石英制品，石英筒的传统工艺是首先生产石英铸碇，再进行机加工生产石英筒。上述工艺材料利用率低，成本高，并且由于石英铸碇生成过程中内部会产生气泡，因此质量较差。尤其是大尺寸的石英玻璃筒，生产难度极大，质量也无法保证。

业内连熔法目前还没有成熟的生产大尺寸的石英筒，即石英大筒的先例。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种材料利用率高，节约生产成本，可确保产品质量的连熔法生产大尺寸石英筒的装置。

本实用新型提供的一种连熔法生产大尺寸石英筒的装置，包括炉体以及设置于所述炉体顶端的炉盖，所述炉体内设置有坩埚；所述坩埚内设置有中空的芯杆；所述芯杆的顶端伸出所述炉盖连接设置有控气装置；所述坩埚的底端设置有成型器；所述成型器上设置有圆形的出料口；所述炉盖的上方设置有加料口；所述坩埚的外壁上设置有加热机构；所述炉体的底端对应所述出料口设置有圆形的炉口，供成型的石英筒输出通过；设置于所述炉体下方的石英筒承接机构；设置于所述石英筒承接机构下方的裁切机构，所述裁切机构可随所述石英筒同速率下降。

优选的，所述石英筒承接机构包括对称的设置在所述石英筒两侧的安装架；所述安装架上设置有滚轮组；所述安装架远离所述石英筒的一侧设置有基板；所述安装架与所述基板之间设置有驱动机构，可驱动所述安装架沿靠近或远离所述石英筒的方向移动。

优选的，所述驱动机构包括固定设置于所述基板上的第一驱动气缸，所述第一驱动气缸的第一活塞杆与所述安装架固定连接，所述安装架上位于所述第一驱动气缸的两侧对称的固定连接有轨道杆，所述轨道杆远离所述安装架的一端可滑动的贯通所述基板，所述轨道杆的长度大于所述第一驱动气缸的第一活塞杆伸长后的最大长度。

优选的，所述滚轮组包括沿竖直方向设置于所述石英筒一侧的不少于两个的滚轮，相邻的所述滚轮之间通过齿轮组驱动连接，所述安装架上设置有驱动所述滚轮组转动的驱动电机。

优选的，所述滚轮的外轮面上沿周向内凹形成抱紧凹槽，所述抱紧凹槽的槽面上设置有一层防滑层。

优选的，所述石英筒承接机构还包括控制器和显示器，所述滚轮组内设置有压力传感器，所述第一驱动气缸、压力传感器及显示器均与所述控制器电连接。

优选的，所述裁切机构包括设置于所述石英筒一侧的两根竖直的滑杆，两根所述滑杆的顶端固定设置有支撑板，所述支撑板的顶面固定设置有第二驱动气缸，所述第二驱动气缸的第二活塞杆可滑动的贯通所述支撑板竖直向下设置，所述第二活塞杆的底端固定连接有水平的移动板，两根所述滑杆上均可滑动的套接有套筒，所述移动板的两端分别与位于其两侧的所述套筒固定连接，所述移动板靠近所述石英筒的一侧固定设置有连接板，所述连接板靠近所述石英筒的一侧固定设置有水平的第三驱动气缸，所述第三驱动气缸的第三活塞杆伸向所述石英筒设置，所述第三活塞杆靠近所述石英筒的一端固定连接有安装板，所述安装板靠近所述石英筒的板面上设置有锯盘架，所述锯盘架上通过电动转轴驱动安装有水平的切割锯盘。

优选的，所述裁切机构上设置有冷却机构，所述冷却机构包括设置于所述支撑板上的冷却水箱，所述冷却水箱的一侧底端连通的设置有出水管，所述出水管上设置有调节阀，所述锯盘架上位于所述切割锯盘的上方设置有出水孔，所述出水孔均通过伸缩水管与所述出水管相连通。

优选的，所述加热机构包括包裹设置于所述坩埚外周上的加热网，所述加热网电连接有主电极；设置于所述坩埚底端的外周上的辅助加热环，所述辅助加热环电连接有辅助电极；所述加热机构用于进行加热区域的梯级加热。

优选的，所述炉体内位于所述加热机构的外周上设置有高温砖，所述高温砖与所述炉体的内壁之间填充有保温砂；所述炉体的底端位于所述炉口的外周上设置有冷却水装置，所述冷却水装置的下方设置有排烟装置。

相对于现有技术而言，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的装置对连熔炉生产普通石英筒的工艺进行了改革创新，通过连熔炉能够连续生产出大尺寸的石英筒，一次成型，突破了现有的二次加工成型，通过连续熔融生产，使得大尺寸石英筒的生产效率得到了极大的提高，节约了生产成本。

(2)本实用新型的装置通过设置单级或多级加热机构，使连熔炉内形成预热区，熔融区及成型区，并能够对各个区域的温度实现独立控制，使得大尺寸石英筒能够连续生产，成型过程中不会因为温度过高而变形，也不会因为温度过低，而造成大尺寸石英筒内产生缺陷，如气泡，孔洞等，确保了大尺寸石英筒的生产质量；

(3)大尺寸石英筒本身的自重比较大，为达到所需的管径，石英筒的拉制速度必须缓慢，而石英筒的自重大，很难控制其拔出的速度。本实用新型的装置在连熔炉的下方设置石英筒承接机构，通过滚轮组可抱住厚壁石英管，并使其随滚轮组的拔管速率缓慢下降，解决了超重石英管的拉制难题，保证了石英筒的连续生产，并且优化了石英筒的生产效率；

(4)本实用新型的装置在石英筒承接机构的下方设置裁切机构，在石英筒生产过程中，该裁切机构在对石英筒进行裁切的同时，可随石英筒保持相同的下降速度，确保了石英筒端部裁切整齐，保证了石英筒的加工质量。

应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本实用新型的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为炉体与石英筒承接机构的结构示意图；

图2为滚轮的结构示意图；

图3为裁切机构的结构示意图；

图4为裁切机构的侧视结构示意图；

图5为锯盘架的结构示意图。

图中标号：11、石英筒；12、炉体；13、加热机构；14、石英筒承接机构；15、裁切机构；16、冷却机构；17、冷却水装置；18、排烟装置；

21、炉盖；22、坩埚；23、芯杆；24、控气装置；25、成型器；26、加料口；27、炉口；28、高温砖；29、保温砂；

31、加热网；32、主电极；33、辅助加热环；34、辅助电极；

41、安装架；42、滚轮组；43、基板；44、第一驱动气缸；45、第一活塞杆；46、轨道杆；47、滚轮；48、抱紧凹槽；49、防滑层；

51、滑杆；52、支撑板；53、第二驱动气缸；54、第二活塞杆；55、移动板；56、套筒；57、连接板；58、第三驱动气缸；59、第三活塞杆；510、安装板；511、锯盘架；512、电动转轴；513、切割锯盘；

61、冷却水箱；62、出水管；63、调节阀；64、出水孔；65、伸缩水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

请参考图1～图5，本实用新型的实施例提供了一种连熔法生产大尺寸石英筒的装置，包括炉体12以及设置于炉体12顶端的炉盖21，炉体12内设置有坩埚22；坩埚22内设置有中空的芯杆23；芯杆23的顶端伸出炉盖21连接设置有控气装置24；坩埚22的底端设置有成型器25；成型器25上设置有圆形的出料口；炉盖21的上方设置有加料口26；坩埚22的外壁上设置有加热机构13；炉体12的底端对应出料口设置有圆形的炉口27，供成型的石英筒11输出通过；炉体12的下方设置有石英筒承接机构14；石英筒承接机构14的下方设置有可随石英筒11同速率下降的裁切机构15。

在本实施例中，采用连熔法加工大尺寸的石英筒11，而大尺寸的石英筒11的管壁较厚，自重较大，加工过程中存在一些技术难点。

首先，大尺寸的石英筒11体积大，容易出现气泡等质量缺陷。本实施例中，提高连熔炉坩埚22内熔融区的温度，将熔融区的最大温度由2200℃提高到2450℃，使石英砂熔化后其内部的气体排出更加充分，避免了石英筒内出现微气泡的质量缺陷；

再有，大尺寸的石英筒11体积大、自重大，拉拔速率不好控制，拉制难度大。本实施例中，采用石英筒承接机构14控制石英筒11的输出速率，可连续拉拔出满足质量要求的大尺寸石英筒11。

大尺寸石英筒11加工时，通过加料口26连续的将石英砂原材料加入到，炉体12的坩埚22内。为使制作大尺寸石英筒11的原材料石英砂充分熔化，所需温度在1800-2450℃，因此坩埚22、芯杆23及成型器25等部件需承受超高温，可采用钨、钼或钨钼合金材料加工制成。

成型器25设置在坩埚22的底部，熔融的石英通过成型器25的出料口成型输出。针对生产大尺寸的石英筒11，将出料口的内径设置为500-650mm，可生产出外径为300-600mm、壁厚为20-100mm、10-2000mm长的大尺寸石英筒11。

生产外径为600mm、壁厚为60mm的大尺寸石英筒11时，通过石英筒承接机构14控制石英筒11以5-30mm/min的速度输出。生产石英筒11的尺寸减小时，可通过调节石英筒承接机构14，增加石英筒11的下拉速度。石英筒11的成型尺寸与拉出速度成反比关系。

石英筒11向下移动的速率为v＝(d²-d²)/(k*t)，其中v为石英筒11移动速率，单位为cm/min，d为石英筒11外径，单位为mm，d为石英筒11内径，单位为mm，t为成型区温度，单位为℃，k为系数，单位为(mm²*min)/(cm*℃)，其中k＝0.12-18。

进一步地，k(mm²*min)/(cm*℃)＝d²*s/q，其中d为石英筒外径，单位为mm，s为石英筒壁厚，单位为mm，q为平衡系数，等于1800000(cm*mm*℃/min)。

在一优选实施例中，如图1和图2所示，石英筒承接机构14包括对称的设置在石英筒11两侧的安装架41；安装架41上设置有滚轮组42；安装架42远离石英筒11的一侧设置有基板43，基板43可通过螺栓直接与周围设备固定，或通过设置架体固定；安装架41与基板43之间设置有驱动机构，可驱动安装架41沿靠近或远离石英筒11的方向移动。

驱动机构包括固定设置于基板43上的第一驱动气缸44，第一驱动气缸44的第一活塞杆45与安装架41固定连接，安装架41上位于第一驱动气缸44的两侧对称的固定连接有轨道杆46，轨道杆46远离安装架41的一端可滑动的贯通基板43，轨道杆46的长度大于第一驱动气缸44的第一活塞杆45伸长后的最大长度，可避免轨道杆46从基板43上滑脱。

滚轮组12包括沿竖直方向设置于石英筒11一侧的不少于两个的滚轮47，相邻的滚轮47之间通过齿轮组驱动连接，安装架41上设置有驱动滚轮组42转动的驱动电机。

滚轮47的外轮面上沿周向内凹形成抱紧凹槽48，增大了滚轮47与石英筒11的接触面积，提高了滚轮47的抱紧效果，抱紧凹槽48的槽面上设置有一层防滑层49，提高了滚轮47与石英筒11之间的摩擦力。

石英筒承接机构14还包括控制器和显示器，滚轮组42内设置有压力传感器，第一驱动气缸44、压力传感器及显示器均与控制器电连接。控制器通过压力传感器的压力监测，控制驱动机构带动滚轮组42移动，调节两组滚轮组42对石英筒11的抱裹力。

在本实施例中，通过压力传感器与控制器的设置，可实现对滚轮组42对石英筒11之间压力的监测。根据实际生产中的经验数据，得到不同尺寸的石英筒11所对应的下拉速度。通过控制第一活塞杆45的伸缩，从而调节滚轮组42与石英筒11之间的压力，使石英筒11获得对应的下拉速度。

压力传感器可向控制器反馈滚轮组42与石英筒11之间的压力，在显示器上实时显示，进而调节第一活塞杆45的伸缩。有效实现了滚轮组42与石英筒11之间的压力控制。

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

在一优选实施例中，如图3～图5所示，裁切机构15包括设置于石英筒11一侧的两根竖直的滑杆51，两根滑杆51的顶端固定设置有支撑板52，支撑板52的顶面固定设置有第二驱动气缸53，第二驱动气缸53的第二活塞杆54可滑动的贯通支撑板52竖直向下设置，第二活塞杆54的底端固定连接有水平的移动板55，两根滑杆51上均可滑动的套接有套筒56，移动板55的两端分别与位于其两侧的套筒56固定连接，移动板55靠近石英筒11的一侧固定设置有连接板57，连接板57靠近石英筒11的一侧固定设置有水平的第三驱动气缸58，第三驱动气缸58的第三活塞杆59伸向石英筒11设置，第三活塞杆59靠近石英筒11的一端固定连接有安装板510，安装板510靠近石英筒11的板面上设置有锯盘架511，锯盘架511上通过电动转轴512驱动安装有水平的切割锯盘513。

在本实施例中，通过第二活塞杆54的伸长驱动，可控制移动板55沿滑杆51与石英筒11保持相同的速率向下移动。裁切机构15可设置控制系统用以控制其各个部件相互协同作业，优选与石英筒承接机构14共用一套控制系统，节约成本，且两机构之间的协同作业更加准确流畅。

通过第三活塞杆59的伸缩驱动，可完成对石英筒11的裁切。在裁切机构15下方设置承接与传输设备，将裁切下来的石英筒11接住，并翻转使其处于水平状态，然后传输走。

由于移动板55与石英筒11保持相同的速率向下移动，即切割锯盘513在竖直方向上与石英筒11是相对静止的，确保了裁切质量。

在一优选实施例中，如图3～图5所示，裁切机构15上设置有冷却机构16，冷却机构16包括设置于支撑板52上的冷却水箱61，冷却水箱61的一侧底端连通的设置有出水管62，出水管62上设置有调节阀63，锯盘架511上位于切割锯盘513的上方设置有出水孔64，出水孔64均通过伸缩水管65与出水管62相连通。

在本实施例中，为避免切割锯盘513长时间作业产生高温对石英筒11造成损坏，在裁切机构15上设置有冷却机构16，用以降低切割锯盘513的温度。设置在高处的冷却水箱61内的冷却水，经伸缩水管65和出水孔64滴在切割锯盘513上，实现对切割锯盘513的冷却。调节阀63可调节冷却水的流量，调整冷却机构16的冷却效果。

伸缩水管65可随着移动板55的移动及第三活塞杆59的伸缩而进行长短调节，避免被切割锯盘513割破。切割的石英筒11的长度较大时，伸缩水管65的长度相应的也会较长，可将伸缩水管65靠近锯盘的一端用卡扣固定到安装板510上或第三活塞杆59不影响其伸缩的端部，使伸缩水管65的活动部分远离切割锯盘513，避免其被切割锯盘513割破。

在一优选实施例中，如图1所示，加热机构13包括：包裹设置于坩埚22外周上的加热网31，加热网31电连接有主电极32；设置于辅助加热环坩埚22底端的外周上的辅助加热环33，辅助加热环33电连接有辅助电极34。

加热机构13设置有双层加热体制，分别通过主电极32和辅助电极34提供能源，可分别进行输出控制，通过调节各自的输出功率，实现了加热区域的梯级加热。呈梯级加热的加热机构13将坩埚22内的加热区域划分成预热区、熔融区和成型区，石英砂经预热区预热后，进入熔融区熔化，熔融区温度控制在1800-2450℃，使石英砂熔化更加充分，将其内部空气充分排出。熔融石英经成型区适度降温，成型区温度控制在1750-2150℃，有利于产品的成型，分级的加热机构13的加热成型效果更好。

加热机构13的加热网31所覆盖的区域的上方形成预热区，对经加料口26进入坩埚22内的石英砂进行预热；加热网31所覆盖的区域形成熔融区，对进入该区域的石英砂进行熔化；辅助加热环33所覆盖的区域形成成型区，熔化后的石英玻璃熔体进入成型区后有一定的降温，调整熔体的粘度，使其可以成形被拉出，确保了产品的均匀性。

在一优选实施例中，如图1所示，炉体12内位于加热机构13的外周上设置有高温砖28，高温砖28与炉体12的内壁之间填充有保温砂29，对炉体12内进行保温，减少热量损失，增强加热效果。炉体12的底端位于炉口27的外周上设置有冷却水装置17，冷却水装置17的下方设置有排烟装置18。

在本实施例中，冷却水装置17可以是水套，设置在炉口27处，防止炉口27被氧化，同时可在炉口27出形成一个相对低温的区域，对输出的石英筒11进行适当的降温，有利于石英筒11的成型；

排烟装置18可以是高温引风机，设置于炉口27处，可将石英筒11生产过程中产生的杂质通过抽风排出。

实施例1

生产直径为600mm，壁厚为60mm的石英筒。

梯级的加热区域是指在连熔炉内形成由上到下形成三个区域，分别为预热区，熔融区和成型区，预热区温度为1650℃，熔融区温度为2200℃，成型区温度为1800℃。

选择k＝d²*s/1800000＝600²*60/1800000＝12。

石英筒向下移动速率为v＝(600²-480²)/(12*1800)＝6.3cm/min。

上述温度，速率可连续生产直径为600mm，壁厚为60mm石英筒。生产出的石英筒连续以10cm取样取10个小样，进行横截面测量，均未产生偏心，并且10个小样的内径和外径进行比较，偏差在0.01％以内。

实施例2

生产直径为300mm，壁厚为30mm的石英筒。

梯级的加热区域是指在连熔炉内形成由上到下形成三个区域，分别为预热区，熔融区和成型区，预热区温度为1720℃，熔融区温度为2250℃，成型区温度为1780℃。

k＝d²*s/1800000＝300²*30/1800000＝1

石英筒向下移动的速率为v＝(300²-260²)/(1*1780)＝12.58cm/min。

上述温度，速率可连续生产直径为300mm，壁厚为30mm石英筒。生产出的石英筒连续以10cm取样取10个小样，进行横截面测量，均未产生偏心，并且10个小样的内径和外径进行比较，偏差在0.01％以内。

实施例3

石英筒的直径为500mm，壁厚为60mm。

梯级的加热区域是指在连熔炉内形成由上到下形成三个区域，分别为预热区，熔融区和成型区，预热区温度为1730℃，熔融区温度为2150℃，成型区温度为1795℃。

k＝d²*s/1800000＝500²*40/1800000＝5.55

石英筒向下移动的速率为v＝(500²-420²)/(5.55*1795)＝7.38cm/min。

上述温度，速率可连续生产直径为500mm，壁厚为60mm石英筒。生产出的石英筒连续以10cm取样取10个小样，进行横截面测量，均未产生偏心，并且10个小样的内径和外径进行比较，偏差在0.01％以内。

从实施例1-3可以看出，本申请开拓性的连熔法生产大尺寸石英筒的装置对原有的普通石英管连熔炉进行了优化和披露，同时通过设定速度，温度，尺寸之间的对应关系，保证了大尺寸石英筒生产的连续性。生产的产品效率相比二次成型大大提高，同时质量得到了保证，并且不会产生其他材料损耗，节约了成本。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。