[发明专利]一种石英加工的打砣设备及其打砣方法

说明书

本申请提出一种石英加工的打砣设备及打砣的方法，在该石英加工的打砣设备中使用了全新的保护气体的流向，其从中心对称分布的两个通气管进入外环流室后，会产生均速转动的环形气流，环形气流之后从外环流室进入内环流室，其间因受到支撑片的阻挡的作用气流旋转能力变弱，在气流上升过程中进一步旋转能力变弱，当气流到达隔热套顶端向下进入平流室时，气流基本上变为均匀的平缓气流。从平流室供向坩埚的拉制嘴时，平缓均匀的气流有利于石英产品的外表面品质。

技术领域

本发明涉及石英加工设备领域，特别是一种石英加工的打砣设备及其打砣方法。

背景技术

大尺寸石英棒的生产常规用石英砣作原料。目前生产石英砣的方法是有使用气打砣方法的，即用燃烧的氢气熔化石英砂，熔融的石英流到接料盘中，形成了石英砣。缺点是此方法生产效率低，质量不稳定，成材率低，氢气燃烧给人身和设备带来安全隐患。还有用坩埚的外侧有电极及加热器用来对石英加热的，比如CN103121788A中公开的连熔打砣炉。

在进一步的发展中，电极加热的熔炼炉使用在用于生产具有任意的横断面轮廓的石英玻璃的圆柱形部件的炉拉制法中。横断面的形状由拉制喷嘴的形状来决定。粒状SiO₂物料从上面持续地供应给熔炼炉且在高温（大于2000度）时在起还原作用的保护气体(氢气)下软化，从而构成粘稠的石英玻璃物料，所述石英玻璃物料在熔炼炉的下面区域经由设在炉底部区域中的拉制嘴往下以石英玻璃管的形式拉出。CN102245518B用于在石英玻璃的坩埚拉制法中使用的熔炼坩埚就给出了这样的技术方案，其在石英打砣过程中使用了三种保护气体，第一路气体是直接与石英颗粒接触的，第二路气体在熔炼坩埚外侧，向下运动在拉制嘴处对拉出的熔融玻璃提供气体保护，而第三路气体流延隔离壁的外壁流动。可见，在现有技术中，已经意识到需要用保护气体，特别是用多路保护气体对石英打砣进行过程进行气保护。

但本领域技术人员没意识到或者难以解决以下两个技术问题：1、发明人发现，在石英玻璃的坩埚拉制法中，前述的第二路气体即在熔炼坩埚外侧，向下运动在拉制嘴处对拉出的熔融玻璃提供气体保护的保护气气流的平整性对拉出的熔融玻璃的表面品质至关重要，如果第二路气体在拉制嘴产生湍流气流或旋转气流，熔融玻璃的表面会发生不期望的变形，从而产生自身表面应力降低产品的品质。

2、在CN102245518B中第三路气体即延隔离壁的外壁流动的气体其在流动的同时，也会对位于外部的环状空间的内部设有用于加热熔炼坩埚的电阻加热装置进行强制冷却，在这个过程中，电阻加热装置的热量会被大量带走从而产生极大的能源浪费，更加严重的是，电阻加热装置本身为螺旋线圈式布置，在加热和冷却等无规律的高频变化下，电阻加热装置本身会产生热震效应，电阻加热装置将像弹簧一样在轴线方向上反复伸长和收缩，在径向上反复的扩张和回收，时间一长电阻加热装置将会被损坏。

在此需要强调的是，这两个技术问题的提出是发明人长期在生产实践过程中经过大的案例收集而总结的，该技术问题的提出已经体现了发明人的创造性贡献。

发明内容

本发明的一个目的在于提高石英产品表面的产品表面品质，第二个目的是有效的保护电阻加热装置。

一种用于石英加工的打砣设备，包括熔炼炉，熔炼炉内置使用坩埚拉制法的坩埚，所述坩埚具有用于容纳软化的石英玻璃颗粒的内部空间，坩埚内壁包括钨、钼、铌、钽元素，其中所述内壁限定了坩埚的内部空间，所述内壁覆盖有由不透气的氧化材料组成的保护层，所述氧化材料在20℃至1800℃的温度范围内不发生相变，且坩埚内部空间在石英玻璃颗粒上面具有气体容纳空间，且保护层被限定的设在坩埚内壁与气体容纳空间相应表面上；坩埚的顶部设有第一保护气入口和第一保护气出口，第一保护气入口和第一保护气出口均与气体容纳空间相连通，还包括第二保护气，第二保护气先与熔炼炉的电阻加热装置接触再在坩埚的拉制嘴处形成气体保护区。