一种鳞式测温套管的制作方法

本实用新型涉及化工生产技术领域，具体涉及一种耐磨耐冲刷的鳞式测温套管。

背景技术：

目前，国内多晶硅行业价格处于低端徘徊期，“降低单产成本，提高产品质量”成为每一个企业的核心理念。三氯氢硅反应炉中安放有多晶硅生产中的原材料加工、生产装置，其关键设备反应炉运行时间的长短直接影响分公司多晶硅的正常生产。

反应炉自投用以来经常受到锥体温度的影响，主要存在的问题有：锥体测温套管被硅粉冲刷、腐蚀而损坏，锥体测温套管受高速气流冲击发生弯曲变形，从而导致测温元件无法正常测温；受反应炉长期高温影响而缩短测温套管的使用寿命；锥体测温套管发生故障后反应炉被迫停炉检修，影响反应炉长周期运行；测温套管被冲刷磨穿后会有物料泄漏，引发工艺或安全事故等，这些问题均是困扰多晶硅反应炉长周期稳定运行的一个技术性难题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够同时耐硅粉冲刷、耐高速气流冲击和耐反应炉长期高温的鳞式测温套管。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种鳞式测温套管，其包括中空的套管本体、至少多个陶瓷鳞片和密封部件，测温元件放置在金属材质的套管本体内部，所述套管本体的一端伸入至反应炉的炉体内部、另一端通过安装法兰固定在所述炉体上，且所述套管本体上与反应物料相接触的部分覆盖有陶瓷鳞片，所述密封部件设置在鳞式测温套管的远离所述安装法兰的端部，以实现套管本体的端部密封和陶瓷鳞片的固定。

可选地，所述套管本体依次划分为法兰固定段、中间段和鳞片固定段，所述法兰固定段的一端从所述安装法兰中部通孔向炉体外部伸出、另一端与所述安装法兰的靠近炉体的端面平齐并与中间段的一端相接，所述中间段的另一端与鳞片固定段的一端相接，所述鳞片固定段上覆盖有陶瓷鳞片，其另一端为自由端。

可选地，所述中间段的外径大于鳞片固定段的外径。

可选地，所述中间段的外径为25-32mm，所述鳞片固定段的外径为16-22mm。

可选地，所述中间段的长度为180-220mm，所述鳞片固定段的长度为450-550mm。

可选地，所述陶瓷鳞片采用具有一定长度的C形结构，且C形结构的开口朝上设置，各陶瓷鳞片依次套装在套管本体的与反应物料相接触的部分上，且内表面与套管本体的外表面贴合。

可选地，每个陶瓷鳞片的接近所述安装法兰的一端设有插接头、远离所述安装法兰的一端设有插接口，且相邻两个陶瓷鳞片的插接口与插接头相匹配以使得相邻两个陶瓷鳞片无缝插接，各个陶瓷鳞片依次插接后成为一体；所述套管本体的中间段与鳞片固定段相接的一端设有与中间段同心的环形凹槽，所述环形凹槽的内径与套管本体的鳞片固定段的外径相同，且距所述安装法兰最近的陶瓷鳞片能够伸入所述环形凹槽中并与其过盈配合。

可选地，每个陶瓷鳞片的长度为60-70mm、厚度为3-5mm、数量为6-8个，C形结构的开口角度为120-135°。

可选地，所述密封部件包括第一顶丝件和第二顶丝件，

所述第一顶丝件采用纵截面为T形的柱状结构，其较大端沿轴向设置有与一螺栓的螺杆相对应的螺孔，距所述安装法兰最远的陶瓷鳞片超出所述鳞片固定段的自由端一部分，所述第一顶丝件的较大端填充于所述鳞片固定段的自由端与所述陶瓷鳞片超出部分所限定的柱状腔体内，且第一顶丝件的较大端与较小端相接的端面固定在所述鳞片固定段的自由端上，而第一顶丝件的较小端伸入至所述鳞片固定段内部；

所述陶瓷鳞片上的插接头采用外倒角式结构、插接口采用内倒角式结构；

所述第二顶丝件采用圆台状结构，其沿轴向设置有与所述螺栓的头部相对应的通孔，第二顶丝件的较小端与第一顶丝件的较大端相接触，二者接触处的外径相同，且第二顶丝件填充于所述陶瓷鳞片上的内倒角式插接口所限定的圆台状腔体内。

可选地，所述套管本体的材质为哈氏合金、硬质合金、Incoloy800合金或表面喷涂有碳化钨的316L不锈钢；所述陶瓷鳞片的材质为氧化铝陶瓷、氮化物陶瓷、氧化锆陶瓷或金属陶瓷；所述密封部件的材质为碳钢、硬质合金、Incoloy800合金或表面喷涂有碳化钨的316L不锈钢。

有益效果：

本实用新型所述鳞式测温套管采用组合式安装方式，其中陶瓷鳞片能够耐硅粉冲刷、耐反应炉长期高温，金属材质的套管本体能够耐高速气流冲击，从而有效延长了测温套管的使用寿命，实现了多晶硅合成车间内关键设备反应炉的长周期稳定运行。

本实用新型实施后，不仅降低了车间人员劳动强度，而且杜绝了反应炉在运行过程中因锥体测温套管被磨穿、熔融后导致的停车事故的发生以及在设备操作上面带来的安全隐患，直接为公司降低了生产成本，节约人、财、物等资源。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的鳞式测温套管的剖面图；

图2为图1中套管本体的剖面图；

图3a为图1中陶瓷鳞片的侧视图；

图3b为图3a的A-A向剖面图；

图4为图1中第一顶丝件的剖面图；

图5为图1中第二顶丝件的剖面图。

图中：1－安装法兰；2－鳞式测温套管；21－法兰固定段；22－中间段；23－鳞片固定段；3－套管本体；4－陶瓷鳞片；5－密封部件；51－第一顶丝件；52－第二顶丝件。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

为解决反应炉现有测温套管受硅粉冲刷磨穿、受高速气流冲击弯曲变形及受反应炉长期高温缩短使用寿命等问题，本实用新型提供一种在多晶硅原材料生产过程中涉及的反应炉椎体鳞式测温套管，其能够同时耐硅粉冲刷、耐高速气流冲击和耐反应炉长期高温。下面通过具体实施例进行详细描述。

如图1-5所示，本实施例提供一种鳞式测温套管2，包括中空的套管本体3、多个陶瓷鳞片4和密封部件5，其中，多个指的是至少两个。测温元件放置在金属材质的套管本体3内部的中空腔体内；所述套管本体3的一端伸入至反应炉的炉体内部、另一端通过安装法兰1固定(如焊接)在所述炉体上，具体地，套管本体3的另一端固定在安装法兰1上，安装法兰1与固定在炉体上的法兰相连接，从而将套管本体的另一端固定在炉体上；所述套管本体3上与反应物料相接触的部分覆盖有陶瓷鳞片4；所述密封部件5设置在鳞式测温套管2的远离所述安装法兰1的端部，以实现套管本体3的端部密封和陶瓷鳞片4的固定。

较优地，所述套管本体3的材质为哈氏合金、硬质合金、Incoloy800合金或表面喷涂有碳化钨的316L不锈钢；所述陶瓷鳞片4的材质为氧化铝陶瓷、氮化物陶瓷、氧化锆陶瓷或金属陶瓷；所述密封部件5的材质为碳钢、硬质合金、Incoloy800合金或表面喷涂有碳化钨的316L不锈钢。

如图2所示，所述套管本体3依次划分为法兰固定段A、中间段B和鳞片固定段C。所述法兰固定段A的一端从所述安装法兰1中部通孔向炉体外部伸出、另一端与所述安装法兰1的靠近炉体的端面平齐并与中间段B的一端相接，所述中间段B的另一端与鳞片固定段C的一端相接，所述鳞片固定段C上覆盖有陶瓷鳞片4，其另一端为自由端，主要用于为陶瓷鳞片提供支撑，以及实现陶瓷鳞片4的安装与固定。

其中，所述法兰固定段A从安装法兰1伸出部分的外表面与安装法兰1的远离炉体的端面相接触的位置处焊接，中间段B的外表面与安装法兰1的靠近炉体的端面相接触的位置处焊接，从而使得套管本体3焊接在安装法兰1上，焊点如图1所示。

较优地，所述中间段B的外径大于鳞片固定段C的外径，从而在满足套管长度的情况下增强套管根部强度，增加套管抗弯曲变形能力。所述中间段B的长度L1为180-220mm，所述鳞片固定段C的长度L2为450-550mm，至于法兰固定段A的长度，仅需比安装法兰1的厚度多一点即可，具体可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。

进一步地，所述中间段B的外径为25-32mm，所述鳞片固定段C的外径为16-22mm，至于法兰固定段A的外径，应与安装法兰1中部的通孔相匹配。此外，所述套管本体3的内径为6-10mm。

如图3a和图3b所示，所述陶瓷鳞片4采用具有一定长度的C形结构，且其C形结构的开口朝上设置，陶瓷鳞片4的结构具体为中空筒沿着纵向截掉一部分，使得横截面呈C字形。各陶瓷鳞片4依次套装在套管本体3的与反应物料相接触的部分上，且内表面还应与套管本体3的外表面贴合。

发明人经试验证明，C形结构的陶瓷鳞片更易于与套管本体的外表面贴合，还能有效防止其转动及窜动，但制造时需保证陶瓷鳞片能够卡在套管本体上而不掉落。

由于陶瓷鳞片本身具有一定的厚度，能够耐高温、耐硅粉长期冲刷，而金属材质的套管本体具有耐高速气流冲击的性能，而且在反应炉内，C形结构的陶瓷鳞片的开口朝上设置使得由自下而上的高速氯化氢气流携带的硅粉直接冲刷陶瓷鳞片，而不会冲刷套管本体，从而有效延长了测温套管的使用寿命，降低成本投入，使得反应炉长周期稳定运行。

具体地，每个陶瓷鳞片4的接近所述安装法兰1的一端设有插接头、远离所述安装法兰1的一端设有插接口，且相邻两个陶瓷鳞片4的插接口与插接头相匹配以使得相邻两个陶瓷鳞片4无缝插接，各个陶瓷鳞片4依次插接后成为一体。如图1所示，所述套管本体3的中间段B与鳞片固定段C相接的一端设有与中间段B同心的环形凹槽，所述环形凹槽的内径与套管本体3的鳞片固定段C的外径相同，且距所述安装法兰1最近的陶瓷鳞片4能够伸入所述环形凹槽中并与其过盈配合，从而使得靠近安装法兰1的陶瓷鳞片4卡在套管本体3的中间段B内的环形凹槽中。

较优地，每个陶瓷鳞片4的长度为60-70mm、厚度为3-5mm、数量为6-8个，C形结构的开口角度α为120-135°。

如图1、图4和图5所示，所述密封部件5包括第一顶丝件51和第二顶丝件52。

如图4所示，所述第一顶丝件51采用纵截面为T形的柱状结构，其较大端沿轴向设置有与一螺栓的螺杆的形状和尺寸相对应的螺孔，所述螺孔中内螺纹的尺寸可以为M16-20*1.5mm，距安装法兰1最远的陶瓷鳞片4超出所述鳞片固定段C的自由端一部分，所述第一顶丝件51的较大端填充于所述鳞片固定段C的自由端与所述陶瓷鳞片4超出部分所限定的柱状腔体内，且第一顶丝件51的较大端与较小端相接的端面固定(如焊接，焊点如图1所示)在所述鳞片固定段C的自由端上，而第一顶丝件51的较小端伸入至所述鳞片固定段C内部的中空腔体内。

如图3b所示，所述陶瓷鳞片4上的插接头采用外倒角式结构、插接口采用内倒角式结构。所述第二顶丝件52采用圆台状结构，其沿轴向设置有与所述螺栓的头部的形状和尺寸相对应的通孔，该通孔的直径可以为16-20mm，第二顶丝件52的较小端与第一顶丝件51的较大端相接触，二者接触处的外径相同，且第二顶丝件52填充于所述陶瓷鳞片4上的内倒角式插接口所限定的圆台状腔体内。

所述螺栓的螺杆旋入第一顶丝件51的螺孔内，而头部卡在第二顶丝件52的通孔中，从而将第一顶丝件51和第二顶丝件52连接为一个整体，同时实现套管本体3的端部密封和陶瓷鳞片4的固定，防止陶瓷鳞片4发生位移。

本实用新型提供的鳞式测温套管采用组合式安装方式，具体为，首先，对套管本体3、陶瓷鳞片4、第一顶丝件51和第二顶丝件52分别进行加工；然后，把套管本体3的一端焊接在安装法兰1上，安装法兰1两侧均要进行满焊；再将已加工好的各陶瓷鳞片4顺序地安装至套管本体3的鳞片固定段C上，直到比鳞片固定段C的自由端略长一点即可停止安装陶瓷鳞片4；最后，将密封部件5安装在鳞式测温套管2的远离安装法兰1的端部，具体地，先将第一顶丝件51焊接在套管本体3的鳞片固定段C的自由端，再使第二顶丝件52的较小端与第一顶丝件51的较大端接触，然后用螺栓穿过第二顶丝件52的通孔并紧在第一顶丝件51的内螺纹中，就完成了鳞式测温套管的安装工作。

本实用新型所述套管本身直径大、长度长，且套管上不同位置体现不同的功能，最终实现套管耐冲刷、耐高温、耐高速气流冲击的良好性能。其中套管本体的材质采用耐高速气流冲击的金属材质，可有效提高测温套管在反应炉内长期高温环境下的使用寿命，同时又具备一定的耐高速气流冲击的性能；陶瓷鳞片具有耐高温和耐硅粉冲刷的良好性能，故而在套管本体上最容易被硅粉冲刷的位置(即与反应物料相接触的部分，也指鳞片固定段)覆盖陶瓷鳞片，可有效提高测温套管的耐硅粉冲刷性能；在套管本体上硅粉冲刷较少的位置(即中间段)进行加粗设计，可在满足套管长度的前提下提高套管本体的根部强度，增强套管抗弯曲变形的能力，提高套管耐高速气流冲击的水平，避免测温套管在长期受硅粉冲刷及在高温情况下出现弯曲变形现象。可见，套管所采用的材质能够长时间耐反应炉高温环境，本身不会发生脆化、熔融现象，有很强的耐高温性能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。