一種晶體合成爐及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)晶體的裝置，具體涉及一種晶體合成爐，以及這種晶體合成爐在生產(chǎn)人工合成氟金云母等人工合成晶體材料方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]人工合成氟金云母(KMg3 (AlSi3O10) F2,又稱(chēng)合成云母)，是由化工原料、優(yōu)質(zhì)的礦物原料經(jīng)高溫反應(yīng)、熔融、冷卻、析晶、生長(zhǎng)而成的層狀硅酸鹽化合物。人工合成氟金云母具有下述特點(diǎn):不含羥基，因此耐溫性更好；有很好的絕緣性；由化合物直接燒制而成，因此具有很高的純度和白度。人工合成氟金云母粉已廣泛應(yīng)用于云母鈦珠光顏料、化妝品粉體、塑料和陶瓷填充料等行業(yè)中，同時(shí)，人工合成氟金云母以其優(yōu)異的電氣絕緣性能，廣泛應(yīng)用于電氣絕緣、電子工業(yè)。
[0003]現(xiàn)階段生產(chǎn)人工合成氟金云母，普遍用耐火磚砌筑的圓形爐體，內(nèi)置電極，填入混合原料(混合原料通常由石英砂、氧化鋁粉、電熔鎂砂、氟硅酸鉀、碳酸鉀混合而成)，采用間歇式電內(nèi)熱法進(jìn)行高溫反應(yīng)，冷卻得到人工合成氟金云母片。用耐火磚砌筑的圓形爐體，采用間歇式電內(nèi)熱法生產(chǎn)人工合成氟金云母，存在下述缺陷:
(O生產(chǎn)操作繁瑣，沒(méi)能連續(xù)生產(chǎn)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高，產(chǎn)量低，原料容易受耐火磚碎肩污染；
(2)在生產(chǎn)過(guò)程中，爐體中各部位存在著極大的溫度梯度，熔體粘度差別很大，對(duì)晶體生長(zhǎng)極為不利，具體體現(xiàn)在:在電極之間及電極附近，能析出比較完整的大結(jié)晶片，而在遠(yuǎn)離電極的大部分區(qū)域，則析出“條形”或“三角形”的碎小晶片，從而大大降低了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；
(3)析晶溫度區(qū)間的溫度范圍窄(一般在1375- 1405°C)，由于在此區(qū)間溫度下降快，又無(wú)法通電進(jìn)行保溫，因此析晶速度太快、時(shí)間太短，一般在2 — 4小時(shí)就完成了析晶過(guò)程，以致在大部分區(qū)域析晶不完全，大量析出“三角”和“條形”小晶片，晶片缺陷多，產(chǎn)品質(zhì)量較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠連續(xù)生產(chǎn)晶體的晶體合成爐，以及應(yīng)用上述晶體合成爐生產(chǎn)人工合成氟金云母等人工合成晶體材料的方法，以提高產(chǎn)出的人工合成氟金云母等人工合成晶體材料的產(chǎn)量及質(zhì)量。采用的技術(shù)方案如下:
一種晶體合成爐，其特征在于包括爐體和電極車(chē)；所述爐體包括并排設(shè)置的兩個(gè)線(xiàn)形爐壁；線(xiàn)形爐壁由依次相連的多個(gè)爐壁板組成，相鄰兩個(gè)爐壁板之間可拆卸連接，爐壁板頂部設(shè)有軌道單元，各爐壁板頂部的軌道單元相連成軌道；兩線(xiàn)形爐壁之間的空間構(gòu)成爐腔；電極車(chē)包括車(chē)體、電極、輪子以及能夠驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子驅(qū)動(dòng)裝置，電極、輪子和輪子驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)于車(chē)體上，輪子與軌道配合，輪子在輪子驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)電極車(chē)沿軌道移動(dòng)，車(chē)體上的電極伸入爐腔中。
[0005]優(yōu)選方案中，上述爐壁板包括外層、內(nèi)層、前連接條和后連接條，其中外層為鋼板(鋼板外側(cè)面上可設(shè)置加強(qiáng)筋)，前連接條和后連接條分別設(shè)于外層的前邊沿、后邊沿(后一爐壁板上的前連接條與相鄰的前一爐壁板上的后連接條可通過(guò)螺栓或者鎖扣件連接，從而實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)爐壁板之間的可拆卸連接)，內(nèi)層為保溫層(保溫層可采用高溫纖維棉或高溫纖維毯構(gòu)成)，內(nèi)層設(shè)于外層的內(nèi)表面上。爐壁板的規(guī)格根據(jù)爐體的規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，爐壁板組裝后形成線(xiàn)形爐壁，通常爐壁板高度為0.5 — 5米、長(zhǎng)度為0.3 — 3.0米。上述前連接條、后連接條可采用工字鋼構(gòu)成。前連接條、后連接條一方面用于相鄰兩爐壁板之間的連接，另一方面可增加爐壁板的強(qiáng)度。
[0006]上述爐體可為弧形或直線(xiàn)形，相應(yīng)的，線(xiàn)形爐壁呈弧形或直線(xiàn)形。爐體為弧形時(shí)，兩線(xiàn)形爐壁處在兩同心圓上，優(yōu)選爐體的半徑為10 - 50米(即半徑較大的線(xiàn)形爐壁的半徑為10 — 50米)，爐體的寬度為1.2 - 6米(即兩線(xiàn)形爐壁外側(cè)邊緣之間的距離為1.2 — 6米)，爐體的高度為0.5 - 5米(即線(xiàn)形爐壁的高度為0.5 — 5米)。爐體為直線(xiàn)形時(shí)，兩線(xiàn)形爐壁相平行，優(yōu)選爐體的長(zhǎng)度為10 - 200米(即線(xiàn)形爐壁的長(zhǎng)度為10 - 200米)，爐體的寬度為1.2 - 6米(即兩線(xiàn)形爐壁外側(cè)邊緣之間的距離為1.2 — 6米)，爐體的高度0.5 -5米(即線(xiàn)形爐壁的高度為0.5 — 5米)。爐體的規(guī)格可根據(jù)投資規(guī)模、產(chǎn)量規(guī)模、選用的變壓器、控制電路等進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。
[0007]通常，上述輪子可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在車(chē)體底部，車(chē)體處于軌道上方，輪子與軌道上表面接觸并可沿軌道上表面滾動(dòng)。
[0008]上述輪子驅(qū)動(dòng)裝置可采用電動(dòng)機(jī)(通常采用伺服電動(dòng)機(jī))，該電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過(guò)減速器與輪子的輪軸傳動(dòng)連接。
[0009]上述車(chē)體上的電極通電后發(fā)熱，并對(duì)爐腔中的物料加熱。電極通過(guò)電纜連接至供電設(shè)備，供電設(shè)備由供電線(xiàn)路、控制柜、變壓器、斷路器等組成，其規(guī)格可根據(jù)產(chǎn)量、爐體規(guī)格及電極的推進(jìn)速度等進(jìn)行選擇。本發(fā)明中，可采用1KV電源供電，1KV電源依次連接斷路器、變壓器(采用的變壓器輸出功率范圍可為400?700KVA，優(yōu)選600KVA)，由變壓器輸出至少一組次級(jí)電源(如380V、220V、I1V交流電源)，變壓器輸出的次級(jí)電源經(jīng)開(kāi)關(guān)柜再連入控制柜，從控制柜輸出的電源連接至電極上，對(duì)爐腔中的混合原料加熱?？刂乒裢ǔＳ纱蠊β示чl管及控制電路組成，在熔制過(guò)程中是調(diào)節(jié)輸入功率大小的主要控制部分。
[0010]上述電極可參照傳統(tǒng)生產(chǎn)人工合成氟金云母的電內(nèi)熱法合成爐進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)選上述電極包括電極板和三個(gè)電極棒，電極棒安裝在電極板上?？稍陔姌O棒上端插接有副電極棒，副電極棒上端連接有起弧電極。上述電極板水平放置，電極棒與電極板之間成100 -105°的夾角；三個(gè)電極棒可用起弧電極以“Δ”或“Y”型連接。上述電極棒可采用石墨或碳化娃制成。
[0011]上述晶體合成爐可用于生產(chǎn)人工合成晶體材料，例如:(1)各種人工合成云母，特別是人工合成氟金云母；(2)各種電內(nèi)熱法熔制合成的人工合成石材；(3)其它電內(nèi)熱法熔制合成的晶體材料。
[0012]上述晶體合成爐應(yīng)用于生產(chǎn)人工合成晶體材料的方法，其特征在于:首先，安裝爐壁板構(gòu)成填料區(qū)，再安裝上電極車(chē)并裝填混合原料后，即可向電極通電，使電極發(fā)熱并對(duì)混合原料加熱，隨后該填料區(qū)即成為熔制區(qū)，同時(shí)在電極車(chē)前方繼續(xù)安裝爐壁板以構(gòu)成新的填料區(qū)；當(dāng)熔制區(qū)中的混合原料都熔解成熔液時(shí)，啟動(dòng)電極車(chē)勻速向填料區(qū)方向向前行進(jìn)，同時(shí)電極的輸入功率保持穩(wěn)定；隨著電極車(chē)的向前行進(jìn)，已熔解的熔液依次進(jìn)入析晶階段和冷卻階段，原先的熔制區(qū)也依次成為析晶區(qū)、冷卻區(qū)；冷卻完成后，原先的冷卻區(qū)成為拆卸開(kāi)爐區(qū)，此時(shí)即可拆卸下拆卸開(kāi)爐區(qū)的爐壁板，取出其中的晶體。這樣，晶體合成爐的爐體按電極車(chē)行進(jìn)方向依次分為填料區(qū)、熔制區(qū)、析晶區(qū)、冷卻區(qū)和拆卸開(kāi)爐區(qū)。隨著電極車(chē)的行進(jìn)，爐體的每一部分都從填料區(qū)依次變成熔制區(qū)、析晶區(qū)、冷卻區(qū)、拆卸開(kāi)爐區(qū)，而且在爐體前端安裝爐壁板以構(gòu)成新的填料區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)人工合成晶體材料的連續(xù)生產(chǎn)。從拆卸開(kāi)爐區(qū)拆卸下來(lái)的爐壁板可重新安裝到爐體前端，以構(gòu)成新的填料區(qū)，實(shí)現(xiàn)爐壁板的循環(huán)利用。
[0013]一種具體方案中，上述晶體合成爐應(yīng)用于生產(chǎn)人工合成氟金云母，包括下述步驟:
(O安裝爐壁板構(gòu)成填料區(qū)，并安裝上電極車(chē)，然后裝填混合原料；
所述混合原料由石英砂、氧化鋁粉、電熔鎂砂、氟硅酸鉀和碳酸鉀混合而成；
(2)向電極通電，使電極發(fā)熱并對(duì)混合原料加熱，電極所在區(qū)域構(gòu)成熔制區(qū)，同時(shí)在電極車(chē)前方繼續(xù)安裝爐壁板以構(gòu)成新的填料區(qū)；
電極發(fā)熱并對(duì)混合原料加熱的過(guò)程依次包括起弧和熔制兩個(gè)階段；進(jìn)入熔制階段后，當(dāng)熔制區(qū)中的混合原料都熔解成熔液時(shí)，啟動(dòng)電極車(chē)勻速向填料區(qū)方向向前行進(jìn)，同時(shí)電極的輸入功率保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)連續(xù)熔制；
(3)隨著電極車(chē)的向前推進(jìn)，已熔解的熔液?jiǎn)挝幻娣e通過(guò)的電流減少，熔液降溫并進(jìn)入澄清階段；
(4)隨著電極車(chē)的向前推進(jìn)，此時(shí)熔液?jiǎn)挝幻娣e通過(guò)的電流進(jìn)一步減少，經(jīng)過(guò)澄清的熔液進(jìn)一步降溫至析晶溫度區(qū)(如1405 - 1375°C)，進(jìn)入析晶階段；
(5)熔液結(jié)晶后即為絕緣材料，無(wú)法導(dǎo)電，隨后晶體進(jìn)入自然的冷卻階段；
(6)開(kāi)爐:當(dāng)冷卻至爐壁溫度低于70°C時(shí)，拆卸下該區(qū)域的爐壁板，取出其中的晶體。
[0014]步驟(I)中的混合原料中，石英砂、氧化鋁粉、電熔鎂砂、氟硅酸鉀、碳酸鉀的配比可參照現(xiàn)有技術(shù)。優(yōu)選步驟(I)中的混合原料中所含的S12 ,MgO ,Al2O3.K2CO3和K2SiF6的重量百分比為:S1 2 36.08 — 37.4%，MgO 28.