一种大型立式高温旋转炉

技术领域

本申请涉及石英玻璃生产的技术领域，尤其是涉及一种大型立式高温旋转炉。

背景技术

石英玻璃以天然结晶石英或硅化合物为原料，在洁净环境中经高温熔制而成，具有一系列优良的物理化学性能，如良好的透光性、耐高温性、低膨胀系数、电真空性能、耐腐蚀等，被业内誉为“玻璃王”。石英玻璃是现代信息产业、光学、光伏、半导体等战略性新兴产业和航空航天等国防领域发展中不可或缺的重要基础性材料。

目前合成石英玻璃熔铸工艺技术流程中，大尺寸高性能合成石英板玻璃通常由大量尺寸较小的高纯度合成石英原料在高温惰性气体环境下熔融、变形、凝固而成。在熔融、变形、凝固过程中如果合成石英原料受热不匀、冷却不匀，会导致石英玻璃内部残留有脉纹，导致产品报废。

发明内容

为了解决石英原料在熔融过程中受热不均，以及玻璃化过程中冷却不匀的问题，本申请提供一种大型立式高温旋转炉。

本申请提供一种大型立式高温旋转炉，采用如下的技术方案：

一种大型立式高温旋转炉，包括：

热熔炉，所述热熔炉包括炉盖、炉体和炉底盘，所述炉盖连接于所述炉体一端，所述炉底盘被配置为可远离和靠近所述炉体；

加热件，所述加热件位于所述炉体内；

托盘，所述托盘转动设置于所述炉底盘上，且所述炉底盘上设置有用于驱动所述托盘转动的旋转机构；

快冷机构，所述快冷机构包括换热管道、水冷换热器和驱动件，所述换热管道的两端均与所述炉体连通，所述水冷换热器连通于所述换热管道的管段上，所述驱动件用于驱动气流在所述热熔炉和所述换热管道之间循环。

通过采用上述技术方案，炉底盘滑动设置于炉体一侧，当炉底盘远离炉体时，即可打开热熔炉，便于操作人员得以将原料置于托盘上；当炉底盘靠近炉体直至与炉体相抵时，即可关闭热熔炉，启动加热件，使得石英原料在热熔炉内进行热熔；托盘转动设置于炉底盘上，使得托盘上的原料得以与加热件均匀接触，以提高原料的受热均匀性，从而降低大尺寸合成石英玻璃的生产成本。待托盘上的石英原料热熔完毕后，启动驱动件，使得热熔炉内的热气流通过进入换热管道内，经由水冷换热器冷却后成为冷气流沿继续换热管道进入热熔炉内，使得热熔炉内形成快冷循环，与此同时，托盘继续旋转，使得冷气流与融化的石英原料均匀接触，以实现均匀冷却的效果。快冷机构将融化的石英原料冷却玻璃化从而得到合成石英玻璃。

可选的，还包括稳定撑杆，所述稳定撑杆包括支撑杆和转动设置于所述支撑杆一端的托轮；所述支撑杆固定连接于所述炉底盘上，所述托轮与所述托盘底部相抵；和/或

还包括升降机构，所述升降机构用于驱动所述炉体和所述炉底盘相靠近或远离。

通过采用上述技术方案，在托盘进行旋转时，托轮与托盘底部相抵，为托盘分担一部分轴向载荷，以提高托盘转动时的稳定性；托轮转动设置于支撑杆上，使得托轮与托盘之间的摩擦为滚动摩擦，以降低托轮对托盘的转动造成的阻碍；

当升降机构驱动炉底盘与炉体相远离移动时，即可使得热熔炉开启；当升降机构驱动炉底盘与炉体相靠近移动时，即可使得热熔炉关闭。

可选的，所述旋转机构包括转动连接于所述炉底盘上的转杆和驱动组件，所述转杆一端与所述托盘连接，所述转杆另一端穿出所述炉底盘，所述驱动组件用于驱动所述转杆旋转。

通过采用上述技术方案，驱动组件驱动转杆旋转，从而使得连接于转杆上的托盘发生旋转，以间接实现驱动托盘转动。

可选的，所述驱动组件包括第一带轮、第二带轮、驱动环带和驱动源，所述第一带轮固定于所述转杆穿过所述炉底盘的一端；

所述驱动源包括输出轴，所述第二带轮固定设置于所述输出轴上，所述驱动环带套设于所述第一带轮和所述第二带轮外。

通过采用上述技术方案，当需要驱动托盘进行旋转时，启动驱动源驱动第二带轮进行旋转，驱动环带在第二带轮的作用下进行移动从而带动第一带轮旋转；第一带轮与转杆固定连接，使得转杆随第一带轮进行旋转，进而带动连接于转杆一端的托盘转动。

可选的，所述炉体内设置有保温套筒，所述炉盖一侧固定连接有第一保温门板，所述第一保温门板上开设有能够开启或关闭的第一过风口，所述炉底盘一侧固定连接有第二保温门板，所述第二保温门板上开设有能够开启或关闭的第二过风口；

所述保温套筒与所述第一保温门板和所述第二保温门板能够形成热熔腔，所述加热件和托盘均位于所述热熔腔内；

所述热熔腔外侧壁与所述热熔炉内侧壁之间能够形成换热夹层，所述换热管道的两端均与所述换热夹层相连通。

通过采用上述技术方案，当热熔炉处于关闭状态时，炉体内设置的保温套筒、炉盖上的第一保温门板和第二保温门板形成热熔腔，当热熔炉对原料进行加热时能够减少热熔炉内的热损失；当需要多融化后的原料进行冷却时，第一保温门板上的第一过风口和第二保温门板上的第二过风口处于开启状态，热熔腔与换热夹层连通，从而实现快冷机构与热熔腔之间的连通，使得快冷机构得以对热熔腔内部进行冷却。

可选的，所述第一过风口处滑动设置有第一可调风门，所述第一可调风门靠近所述托盘一端的横截面小于所述第一可调风门远离所述托盘一端的横截面，所述第一保温门板上设置有用于驱动所述第一可调风门滑动的第一调节件；

所述第二过风口处滑动设置有第二可调风门，所述第二可调风门靠近所述托盘一端的横截面小于所述第二可调风门远离所述托盘一端的横截面，所述第二保温门板上设置有用于驱动所述第二可调风门滑动的第二调节件。

通过采用上述技术方案，通过第一调节件驱动第一可调风门在第一过风口处进行滑动，由于第一可调风门靠近托盘一端的横截面小于第一可调风门远离所述托盘一端的横截面，若驱动第一可调风门朝远离托盘的方向滑动，第一可调风门外侧壁与第一过风口内侧壁之间的间距变大，以增大第一过风口处的气体流通量，若驱动第一可调风门朝远离托盘的方向滑动，第一可调风门外侧壁与第一过风口内侧壁之间的间距变小，即可减小第一过风口处的气体流通量，从而实现对第一过风口处的气体流通量的调节；同理，利用第二调节件驱动第二可调风门朝远离或靠近托盘的方向进行滑动，即可对第二过风口处的气体流通量进行调节。

可选的，所述第一调节件包括第一调节杆，所述第一调节杆穿过所述第一保温门板与所述第一保温门板螺纹连接，且所述第一调节杆穿过所述第一保温门板的一端与所述第一可调风门相抵。

通过采用上述技术方案，转动第一调节杆使得第一调节杆朝远离托盘的方向移动，第一调节杆移动过程中能够推动第一可调风门朝远离托盘的方向移动；转动第一调节杆使得第一调节杆朝远离第一可调风门的方向移动时，第一可调风门在自身重力作用下朝靠近托盘的方向移动。

可选的，所述第二调节件包括第二调节杆，所述第二调节杆依次穿过所述第二可调风门和所述第二保温门板，并与所述第二保温门板螺纹连接，所述第二调节杆穿过所述第二可调风门的一端设置有支撑块，所述支撑块用于与所述第二可调风门相抵。

通过采用上述技术方案，第二调节杆上的支撑块与第二可调风门相抵，为第二可调风门提供支撑，转动第二调节杆使得第二调节杆朝远离托盘的方向移动，第二可调风门随第二调节杆一同朝远离托盘的方向移动；转动第二调节杆使得第二调节杆朝靠近托盘的方向进行移动时，第二可调风门也随第二调节杆一同朝靠近托盘的方向移动。

可选的，所述换热夹层内设置有隔板，且所述隔板将所述换热夹层分隔为上夹层和下夹层，所述换热管道一端与所述上夹层相连通，所述换热管道另一端与所述下夹层相连通。

通过采用上述技术方案，通过隔板将换热夹层分隔为上夹层和下夹层，且换热管道一端与上夹层相连通，换热管道另一端与下夹层相连通，当快冷机构对热熔炉进行冷却时，热熔腔内的热气流沿第一保温门板上的第一过风口进入上夹层内，再从上夹层通过进入换热管道后经过冷却降温成为冷气流；冷气流从换热管道另一端进入下夹层内，随后沿第二保温门板的第二过风口进入热熔腔内，对融化的石英原料进行冷却处理，在整个热熔炉内部形成快冷循环，具有较好的冷却效果。

可选的，所述换热管道靠近所述下夹层的一端为出风口，所述出风口一侧设置有挡风板，所述挡风板固定于所述炉体内侧壁上。

通过采用上述技术方案，气流经过冷却后从出风口进入换热夹层内，挡风板的设置用于阻碍冷气流直接吹拂保温套筒，以实现对保温套筒的防护。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.在本申请的热熔炉内设有可旋转的托盘，托盘转动设置于炉底盘上，使得托盘上的石英原料得以与加热件均匀接触，以提高石英原料的受热均匀性，提高良品率，从而降低大尺寸合成石英玻璃的生产成本；

2.在本申请的炉底盘上设置有稳定撑杆，在托盘进行旋转时，稳定撑杆内的托轮与托盘底部相抵，为托盘的提供支撑、分担一部分轴向载荷，以提高托盘转动时的稳定性；

3.在本申请在换热夹层内设置有隔板，且隔板将换热夹层分隔为上夹层和下夹层，换热管道一端与上夹层相连通，换热管道另一端与下夹层相连通，当快冷机构对热熔炉进行冷却时，热熔炉内气流不易仅在换热管道两端的端口处进行换热，而是在整个热熔炉内部形成快冷循环，具有较好的换热效果。

附图说明

图1是本申请实施例一种大型立式高温旋转炉的整体结构示意图；

图2是本申请实施例热熔炉的剖视结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大结构示意图；

图4是图2中B处的局部放大结构示意图；

图5是图2中C处的局部放大结构示意图。

附图标记说明：1、热熔炉；11、炉盖；12、炉体；121、保温套筒；1211、第一容纳槽；1212、第二容纳槽；13、炉底盘；14、稳定撑杆；141、支撑杆；142、托轮；15、第一保温门板；151、第一过风口；152、第一可调风门；1521、第一卡接槽；153、第一调节杆；1531、顶撑块；16、第二保温门板；161、第二过风口；162、第二可调风门；1621、第二卡接槽；163、第二调节杆；1631、支撑块；17、热熔腔；18、换热夹层；181、上夹层；182、下夹层；2、石墨加热器；21、加热棒；22、安装条；23、导电支座；24、导通接头；3、托盘；31、定位底盘；32、坩埚；4、旋转机构；41、转杆；411、托杆；412、坩转磁流体；413、传动轴；42、驱动组件；421、第一带轮；422、第二带轮；423、驱动环带；424、伺服电机；425、输出轴；5、快冷机构；51、换热管道；511、水冷进风法兰；512、水冷出风法兰；52、水冷换热器；521、连通管；522、冷却管道；53、水冷真空鼓风机；6、升降机构；61、升降支架；7、隔板；8、挡风板；9、炉架；10、真空机构；101、抽气管道；102、真空泵。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例提供一种大型立式高温旋转炉。

参考图1，一种大型立式高温旋转炉包括炉架9和设置于炉架9上的热熔炉1，热熔炉1由上至下依次包括炉盖11、炉体12和炉底盘13，炉盖11通过螺栓实现与炉体12之间的固定连接，炉体12固定连接于炉架9上，炉底盘13位于炉体12下方。在本实施例中，炉体12具体设置为圆筒状。

参考图1，炉底盘13下方设置有升降机构6，以实现炉底盘13在炉体12下方的滑动。当升降机构6驱动炉底盘13竖直下移时，炉底盘13与炉体12分离，热熔炉1处于开启状态；当升降机构6驱动炉底盘13竖直上移，直至炉底盘13与炉体12相抵时，热熔炉1处于封闭状态。升降机构6的移动端上固定连接有升降支架61，以驱动升降支架61沿竖直方向滑动。升降支架61一端与承载架固定连接，以驱动炉底盘13沿竖直方向移动。

升降机构6在本实施例中具体采用丝杆升降机设备，升降支架61与在其他实施例中还可选用其他种类的升降设备。

参考图1和图2，热熔炉1内设置有加热件，加热件具体设置为石墨加热器2，石墨加热器2包括若干加热棒21和弧形的安装条22，安装条22绕炉体12内侧壁间隔设置有若干条，加热棒21固定连接于安装条22上且加热棒21在安装条22上等间隔分布，使得石墨加热器2对炉体12内部进行均匀加热。

参考图2，为了降低热熔炉1中产生的热量损失，在炉体12内固定有保温套筒121，炉盖11内固定有第一保温门板15，炉底盘13内固定有第二保温门板16；保温套筒121一端开设有供第一保温门板15卡接的第一容纳槽1211，另一端开设有供第二保温门板16卡接的第二容纳槽1212；当第一保温门板15卡接于第一容纳槽1211内，且第二保温门板16位于第二容纳槽1212时，第一保温门板15、保温套筒121和第二保温门板16之间形成热熔腔17。各个加热棒21均位于热熔腔17内，各个安装条22靠近炉体12的一侧固定连接有导电支座23，导电支座23穿过保温套筒121后与炉体12固定连接，以实现石墨加热器2在炉体12上的安装固定。导电支座23远离安装条22的一段连接有导通接头24，导通接头24一端穿出炉体12，便于与外部电路连通。保温套筒121、第一保温门板15和第二保温门板16的厚度范围均为160-200mm，在本实施例中，具体选用170mm。

参考图2和图3，热熔炉1内侧壁与热熔腔17外侧壁之间形成换热夹层18，第一保温门板15上开设有能够开启或关闭的第一过风口151，第二保温门板16上开设有能够开启或关闭的第二过风口161，以控制热熔腔17与换热夹层18之间的连通。第一保温门板15的第一过风口151处滑动设置有第一可调风门152，第一可调风门152在滑动过程中能够卡接至第一过风口151内。第一可调风门152靠近炉盖11一端的横截面积大于自身远离炉盖11一端的横截面积，在本实施例中，第一可调风门152具体设置为三层阶梯状。在其他实施例中，第一可调风门152还可设置为锥台状。

参考图3，第一保温门板15上设置有驱动第一可调风门152滑动的第一调节件，第一调节件具体设置为第一调节杆153，第一调节杆153一端穿过第一保温门板15后穿入第一可调风门152端部后连接有顶撑块1531；第一可调风门152端部开设有第一卡接槽1521，顶撑块1531卡接于第一卡接槽1521内，第一调节杆153与第一保温门板15螺纹连接。当需要开启第一过风口151时，转动第一调节杆153使得第一调节杆153朝靠近炉盖11的方向进行移动，第一调节杆153移动时推动第一可调风门152向上移动。还可通过调节第一可调风门152向上移动的距离来控制第一过风口151处的气体流通量，以满足不同需求。在本实施例中，第一保温门板15上具体设置有三个第一调节杆153，且三个第一调节杆153均匀分布于第一可调风门152周侧。

参考图4，第二保温门板16的第二过风口161处滑动设置有第二可调风门162，第二可调风门162在滑动过程中能够卡接至第二过风口161内。第二可调风门162靠近炉盖11一端的横截面积大于自身远离炉盖11一端的横截面积，在本实施例中，第二可调风门162的形状与第一可调风门152的形状相同。

参考图4，第二保温门板16上设置有驱动第一可调风门152滑动的第二调节件，第二调节件具体设置为第二调节杆163，第二调节杆163一端依次穿过第二保温门板16和第二可调风门162，且第一调节杆153与第一保温门螺纹连接；第二调节杆163穿过第二可调风门162的一端一体成型有支撑块1631，第二可调风门162端部开设有供支撑块1631卡接的第二卡接槽1621。当需要开启第二过风口161时，转动第二调节杆163使得第二调节调节杆朝靠近炉底盘13的方向进行移动，第二调节杆163移动时，第二可调风门162随第二调节杆163向下移动，以开启第二过风口161。第二调节杆163靠近第二保温门板16的一端还螺纹连接有紧固螺母，当转动第二调节杆163使得第二可调风门162滑动至合适位置后，转动紧固螺母使紧固螺母与第二保温门板16相抵，以阻碍第二调节杆163的位置发生偏移。

同理，可通过调节第二可调风门162向下移动的距离来控制第二过风口161处的气体流通量。在本实施例中，第二保温门板16上具体设置有四个第二调节杆163。

参考图1和图2，换热夹层18内设置有环形的隔板7，且隔板7将换热夹层18分隔为上夹层181和下夹层182。在本实施例中，隔板7间隔设置有两个，一个隔板7外侧壁与炉体12内侧壁固定连接，另一个隔板7外侧壁与炉体12外侧壁固定连接。换热夹层18连通有快冷机构5，快冷机构5包括换热管道51、连通于换热管道51管段上的水冷换热器52，以及与换热管道51相连通的驱动件。换热管道51一端连通有水冷进风法兰511，水冷进风法兰511与上夹层181相连通；换热管另一端连通有水冷出风法兰512，水冷出风法兰512靠近炉体12的一端设置为出风口，出风口使得水冷出风法兰512与下夹层182相连通。水冷换热器52包括连通管521和穿设于连通管521内的冷却管道522，冷却管道522与外界向连通，连通管521连接于换热管道51靠近水冷进风法兰511设置的管段上，驱动件具体设置为水冷真空鼓风机53。

参考图1和图2，当需要对热熔炉1内部进行冷却时，启动水冷真空鼓风机53，驱动热熔腔17内的热气流沿第一过风口151逐渐流向水冷进风法兰511，位于水冷进风法兰511处的热气流向水冷换热器52内流动，使得水冷换热器52对热气流进行冷却；冷却后得到的冷气流沿换热管道51一端的水冷出风法兰512流入下夹层182内，随后沿第二过风口161继续流向热熔腔17中，使得热熔炉1内部形成冷却循环，对热熔炉1内部实现充分冷却。

参考图2，为了对保温套筒121进行防护，在水冷出风法兰512靠近保温套筒121的一侧固定有挡风板8，使得从水冷出风法兰512流入的冷气流不易直接吹拂至保温套筒121上。

参考图2和图5，为了提高石英原料的受热均匀性，在炉底盘13还上设置旋转机构4，旋转机构4包括转杆41和驱动组件42，转杆41转动连接于炉底盘13上；炉底盘13底部固定连接有承载架，驱动组件42设置于承载架上。转杆41靠近炉体12的一端设置有托盘3，转杆41由上至下依次包括相互连接的托杆411、坩转磁流体412和传动轴413，托杆411一端穿过第二可调风门162与托盘3固定连接，传动轴413远离托杆411的一端穿过炉底盘13后穿设于承载架上并与承载架转动连接。驱动组件42包括第一带轮421、第二带轮422、驱动环带423，以及驱动源。驱动源包括输出轴425，输出轴425位于传动轴413一侧，且输出轴425转动连接于承载架上。第一带轮421同轴固定于传动轴413上，第二带轮422同轴固定于输出轴425上，驱动环带423套设于第一带轮421和第二带轮422外；驱动源具体设置为伺服电机424，启动伺服电机424，即可驱动传动轴413旋转，从而带动托盘3转动。

参考图2，托盘3包括定位底盘31和卡接于定位底盘31上的坩埚32，在热熔石英原料时，将石英原料置于坩埚32内即可。为了提高托盘3转动时的稳定性，在炉底盘13内侧壁上固定有稳定撑杆14；稳定撑杆14包括支撑杆141和转动连接于支撑杆141一端的托轮142，支撑杆141一端穿过第二保温门板16后与托轮142连接；托轮142的轴线平行于定位底盘31设置，且托轮142与定位底盘31底部相抵。当托盘3进行旋转时，稳定撑杆14能够为托盘3分担部分轴向载荷；若托杆411发生断裂，稳定撑杆14还能够阻碍托盘3发生倾覆。

参考图1，为了提高得到的合成石英玻璃的纯度，在热熔炉1一侧还设置有真空机构10，真空机构10包括抽气管道101和连通于抽气管道101一端的真空泵102。在对热熔炉1内的石英原料进行加热时，需要先通过真空机构10将热熔炉1内的气体杂质去除，使得石英原料在进行热熔的过程中不易发生氧化。

本申请实施例一种大型立式高温旋转炉的实施原理为：令升降机构6驱动炉底盘13向下移动以开启热熔炉1，将石英原料置于托盘3中的坩埚32内；依次转动第一调节杆153和第二调节杆163令第一过风口151和第二过风口161均处于开启状态，再启动升降机构6，令升降机构6向上移动，以关闭热熔炉1。启动真空泵102对热熔炉1内部进行抽真空处理，随后启动启动石墨加热器2和伺服电机424，使得托盘3上石英原料在旋转的同时被加热。待石英原料完全融化后，关停石墨加热器2，等待热熔炉1内温度逐渐下降。当热熔炉1内温度下降至600℃时，启动快冷机构5对热熔炉1内部进行冷却，使得热熔炉1内的液态石英原料冷却玻璃化得到石英玻璃。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。