微正压控制合成石英玻璃反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种微正压控制合成石英玻璃反应器，包括一封闭炉体，置于炉体中的基础杆和基础杆端头的沉积砣面，炉体上部设向沉积砣面投料的燃烧器，下部设排风通道，其中，排风通道中设有闸板，排风通道连接排风风机；炉体上部还设一连通炉体内部和外界的测试管，测试管炉外端的一支通过阀门连通氮气管，另一支依次连通一过滤器和通过一软细气管连通一差压变送器，差压变送器电连接一控制单元，控制单元电控制排风风机。本发明专利技术能实时检测炉膛的微正压值，实时控制入口和出口气体的流量和流速，使炉膛气氛保持１．５－３ｍｍ水柱的微正压，从而提高沉积效率和沉积速率，减少料的损耗，提高合成石英玻璃锭的产品质量，降低能耗。

Micro positive pressure controlled synthesis of quartz glass reactor

The invention discloses a micro positive pressure control of synthetic quartz glass reactor, which comprises a sealed furnace body, is placed on the furnace body in the base rod and rod end weight based deposition head surface, the upper part of the furnace body is set to the deposition weight face burner feeding, is arranged on the lower part of the exhaust channel, the exhaust passage a gate, exhaust passage connecting the exhaust fan; the upper part of the furnace body is provided with a furnace body connected inside and outside the test tube, a test tube furnace at the outer end of the valve connected by a nitrogen pipe, the other is connected with a filter and a differential pressure transmitter connected by a soft pipe, connected to a differential control pressure transmitter unit electric control unit, electric control exhaust fan. The invention can detect the micro positive pressure, real-time control of the entrance and exit of gas flow and the flow velocity of the micro positive pressure to maintain the ambience of 1.5 3mm water column, so as to improve the deposition rate and deposition rate, reduce material consumption, improve the product quality of synthetic quartz glass ingot, reduce energy consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高性能石英玻璃的制备设备，特别涉及到制备III类和IV类高性能特种石英玻璃中的反应器。
技术介绍
透明石英玻璃在工业上有广泛的用途，主要有以下四种主要类型和制备方法I类以天然水晶或石英砂为原料，用电热法熔制的透明石英玻璃。熔制的气氛有惰性气氛、氢气气氛，也可以是真空。在真空或惰性气氛下熔制的石英玻璃中羟基(-OH)含量低于5ppm(ppm＝1×10-4％)；在氢气气氛下熔制的石英玻璃中羟基含量可达到150ppm。此类石英玻璃的杂质含量高，Al含量为30～100ppm，碱金属含量5～10ppm。主要应用于电光源，也应用于冶金、化工、半导体等行业。II类天然水晶原料在氢-氧火焰中熔制成的透明石英玻璃。此类石英玻璃中羟基含量达到180～250ppm。金属杂质含量低，Al含量少于20ppm，碱金属含量低于5ppm，软化温度较I类石英玻璃低50℃。主要用于半导体，光源行业，也用于化工、冶金等行业。III类四氯化硅气体原料在氢-氧火焰中水解、熔制成石英玻璃。此类石英玻璃的金属杂质含量低于1ppm，但羟基含量超过1000ppm，而且含100ppm以上的Cl。III类石英玻璃的软化点比前两类石英玻璃低50～100℃，但杂质含量低，光学均匀性好，透紫外，耐射线辐照，适用于光学材料。IV类以四氯化硅气体为原料用高频等离子体作为热源合成石英玻璃，该类石英玻璃中杂质含量低于1ppm，羟基含量低于5ppm，Cl含量200ppm，有较好的光学均匀性，透过光的波长范围宽(0.18～3.5μm)，适用于高质量石英摆片和特种光学材料，如空间技术用激光反射棱镜和光导纤维。但是，三十多年来，在四氯化硅汽相沉积合成III类和IV类石英玻璃中，采用卧式或立式沉积炉，如中国专利CN03244051.0介绍的一种立式合成石英玻璃沉积炉，包括炉体，设置于炉体中的基础杆，及基础杆端头的沉积砣面，还有置于炉体上向沉积砣面下料的燃烧器，以及用于排出炉体内烟气的烟囱。此类沉积炉，一般通过控制下料速度、下料点分布等手段提高石英玻璃的沉积效率，对于炉体内的环境气氛缺乏考虑和控制。专利技术创造内容本专利技术的目的是提供一种用于提高合成石英玻璃过程中的沉积速率和效率的设备，具体提供一种在四氯化硅汽相沉积合成石英玻璃时能够准确测试和控制炉膛内气体与大气压力差压的微正压控制合成石英玻璃反应器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种微正压控制合成石英玻璃反应器，包括一封闭炉体，置于炉体中的基础杆和基础杆端头的沉积砣面，所述炉体上部设向沉积砣面投料的燃烧器，下部设排风通道，其中，所述排风通道中设有闸板，排风通道连接排风风机；所述炉体上部还设一连通炉体内部和外界的测试管，所述测试管炉外端的一支通过阀门连通氮气管，另一支依次连通一过滤器和通过一软细气管连通一差压变送器，所述差压变送器电连接一控制单元，控制单元电控制所述排风风机。上述反应器中，所述控制单元包括依次电连接的信号调理箱一、控制计算机、信号调理箱二、以及一电控柜，差压变送器接收三通导管的压力信号，经其中的传感元件把压力差转换成电流信号传送至信号调理箱一，信号调理箱一将调理信号输入控制计算机，经控制计算机计算得到一数字信号再输出给信号调理箱二，再由信号调理箱二将数字信号转变为电流信号传送给电控柜，由电控柜控制排风风机转速从而控制闸板开口的大小来保持炉膛内恒定的差压。上述反应器中，所述排风通道、闸板、和排风风机为多个，并分别用电控柜控制。上述反应器中，所述排风通道在炉体下部间隔排列，所有排风通道风口保持在同一水平面；上述反应器中，所述排风通道在炉体下部分层间隔排列，并且上下排风通道的风口依次错开。本专利技术采用上述技术方案，其优点如下能实时检测炉膛的微正压值，并且能根据工艺需要实时控制入口和出口气体的流量和流速，使炉膛内能保持一个相对恒定的微正压值。使炉膛气氛保持微正压，用于提供氢气和氧气流量的准确控制的依据，提高热能的使用效率，以提高沉积效率和沉积速率，减少料的损耗，提高合成石英玻璃锭的产品质量，降低能耗。附图说明图1为本专利技术反应器结构和工作示意图。图2为本专利技术控制单元工作程序框图。图3A为本专利技术反应器中排风通道一种排列示意图；图3B为本专利技术反应器中排风通道另一种排列示意图。具体实施例方式本专利技术发现，在四氯化硅汽相沉积合成石英玻璃过程中，炉膛内的环境气氛对于石英玻璃的沉积有一定影响，其中，当炉膛中保持微正压(1.5-3mm水柱)时，能提高石英玻璃沉积的效率和速率，并且能更好的稳定炉膛中的气流场，温度场和浓度场。基于此，专利技术人设计了一种可以使炉膛气氛保持微正压的反应器。参见图1，本专利技术提供的微正压控制合成石英玻璃反应器，包括一封闭炉体4，在该炉体4中，垂直设有基础杆和基础杆端头的沉积砣面5，(基础杆随炉体4外设的电机转动)炉体4外侧设保温层6，在炉体4上部还设有向沉积砣面5投料的燃烧器3，在炉体4下部设有排风通道10，以上几大部件和现有石英玻璃沉积炉结构相似，工作时，由燃烧器3从炉体4顶部向旋转状态的沉积砣面5上端投料，分散在炉腔内的二氧化硅颗粒在高温下逐渐沉积到沉积砣面5上形成使用玻璃，炉腔内的烟气通过排风通道10排出炉体4。本专利技术中，为了随时监控炉体4内的压力情况，在炉体4靠近沉积砣面5的部位设一连通炉体4内部和外界的测试管2，该测试管2为耐高温耐腐蚀的石英玻璃管，该测试管另一端其中一支通过一氮气截止阀17连通一氮气管，另一支依次连通一过滤器15和通过一软细气管连接到一差压变送器16，差压变送器16的另一个口保持与大气连通；差压变送器16有一差压传感元件，该元件可以将测得的炉膛内的压力信号转变为电信号输出给置于炉体4外部的控制单元；另外，在排风通道10中设有可调节开口尺寸的闸板8，在排风通道10端部设排风风机7，排风风机7与一电控柜11电连接。参见图1，在本专利技术中，控制单元包括依次电连接的信号调理箱一14、控制计算机12、信号调理箱二14’、以及一电控柜11，差压变送器接收测试2的压力信号，经其中的传感元件把压力差转换成电流信号传送至信号调理箱一14，信号调理箱一14再将电流信号转为计算机可接受的数字信号输入控制计算机12，经控制计算机12将该数值与计算机内设置的微正压值进行比较，将比较结果以数字信号的形式输出给信号调理箱二14’，由信号调理箱二14’将该数字信号转换为模拟电流信号后传送给电控柜11；由电控柜11控制排风风机7的转速从而控制闸板8开口的大小来保持炉体4内恒定的差压。参见图1和图2，上述结构的反应器工作流程如下关闭原料流量控制器1，开启氮气截止阀17往测试管2中的一支通入氮气，冲洗管路中的二氧化硅粉末，然后关闭截至阀17；开始打开原料流量控制器1，往炉体4中通入氧气、氢气和四氯化硅蒸汽，氢氧气在燃烧器3口燃烧，从炉体4上部投料，形成的二氧化硅微粒随炉体4内气流沉积到沉积砣面5上；炉膛内反应进行过程中，炉膛内气体进入测试管2中，该气体的气氛与炉膛内气氛相同，气氛中的HCl气体被过滤吸收器15吸收，二氧化硅粉尘被过滤吸收器15过滤(保护差压变送器16不受腐蚀)，气流经过过滤吸收器15后没有差压，气流压力作用于差压变送器16，差压变送器16将炉膛的气体压力和外界大气的压力进行计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微正压控制合成石英玻璃反应器，包括一封闭炉体，置于炉体中的基础杆和基础杆端头的沉积砣面，所述炉体上部设向沉积砣面投料的燃烧器，下部设排风通道，其特征在于，所述排风通道中设有闸板，排风通道连接排风风机；所述炉体上部还设一连通炉体内部和外界的测试管，所述测试管炉外端的一支通过阀门连通氮气管，另一支依次连通一过滤器和通过一软细气管连通一差压变送器，所述差压变送器电连接一控制单元，控制单元电控制所述排风风机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾真安，张向锋，饶传东，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]