專利名稱：一種人造晶體生產(chǎn)的新加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人造晶體生產(chǎn)的新加熱方法，它以燃料燃燒熱或煙氣余熱為熱源，以高溫載熱體為導(dǎo)熱介質(zhì)，加熱人造晶體高壓釜生產(chǎn)人造晶體。
背景技術(shù)：
人造晶體主要指石英晶體，又稱人造水晶。同時包括以水熱法生產(chǎn)的剛玉AI2O3、硼酸鋰LI3B4O7、氧化鋅ZnO、硫化鋅ZnS、磷酸鋁AIPO4等形成的優(yōu)質(zhì)塊狀單晶體。
在人造晶體水熱法生產(chǎn)工藝中，通常都用電加熱法加熱控制高壓釜的工藝溫度及溫差、壓力，由此控制晶體生長，其缺點(diǎn)是電耗大、成本高、加熱溫度不均勻、晶體生長條件差且調(diào)整溫度時易發(fā)生溫差波動，不利于晶體質(zhì)量的提高，因此很難生長大塊優(yōu)質(zhì)晶體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種生產(chǎn)人造晶體的新加熱方法，它可以克服上述的缺點(diǎn)。利用廉價的燃料(煤、油或可燃?xì)怏w)燃燒的熱量或工業(yè)煙氣的余熱，通過高溫載熱體來實(shí)現(xiàn)熱能的傳輸和交換，向高壓釜供熱，達(dá)到節(jié)能和降低成本、改善人造晶體的生產(chǎn)工藝條件，提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的A.高壓釜(1)上部為結(jié)晶區(qū)加熱器，下部為溶解區(qū)加熱器，由氣液分離器(2)和循環(huán)泵(3)、加熱爐(4)組成高溫循環(huán)加熱系統(tǒng)，將高溫載熱體加入爐中，用燃料燃燒加熱或用工業(yè)煙氣的余熱加熱，由循環(huán)泵(3)強(qiáng)制載熱體在系統(tǒng)中液相循環(huán)，經(jīng)加熱器向高壓釜溶解區(qū)供熱，載熱體釋放熱量后返回加熱爐重獲熱量，并循環(huán)加熱；低溫系統(tǒng)也由氣液分離器(13)、循環(huán)泵(14)和換熱器(15)組成，并按同樣方式循環(huán)加熱，向結(jié)晶區(qū)供熱，恒溫時又回收高壓釜結(jié)晶區(qū)釋放的熱量。B.高壓釜(1)下部為溶解區(qū)加熱器，由氣液分離器(2)、循環(huán)泵(3)、加熱爐(4)組成高溫循環(huán)加熱系統(tǒng)，將高溫載熱體加入爐中，用燃料燃燒熱或工業(yè)煙氣的余熱加熱，由循環(huán)泵(3)強(qiáng)制載熱體在系統(tǒng)中液相循環(huán)，經(jīng)加熱器向高壓釜溶解區(qū)供熱，載熱體釋放熱量后返回加熱爐重獲熱量，并循環(huán)加熱；但高壓釜結(jié)晶區(qū)加熱系統(tǒng)仍由原電加熱系統(tǒng)組成并向結(jié)晶區(qū)供熱。其載熱體是a.按KNO350～35％、NaNO230～65％、NaNO320～0％比例配制的，熔點(diǎn)120～200℃，沸點(diǎn)560～800℃，使用溫度300～500℃的導(dǎo)熱熔鹽。b.沸點(diǎn)340℃以上的高溫導(dǎo)熱油或道生油。c.熔點(diǎn)-20～270℃，沸點(diǎn)680℃以上的熔融金屬鉀、鈉或鋰鈉合金和鉀鈉合金的熔融合金。其高壓釜加熱器是a.整體夾套式加熱器，夾套內(nèi)圈(21)與夾套外圈(22)之間用上封頭(23)和下封頭(24)連接，加熱器有載熱體進(jìn)口(25)和載熱體出口(26)。b.組合夾套式加熱器，高壓釜與夾套外圈(27)的頂部和底部有組合蓋(28)及(29)連接，加熱器有載熱體進(jìn)口(30)和載熱體出口(31)。c.盤管式加熱器，盤管(32)盤旋成螺旋形，下端有一載熱體進(jìn)口(33)，上端有一載熱體出口(34)。d.鼠籠列管式加熱器，列管(35)豎直排列成鼠籠形，上、下部均有一連箱(36)連接，上部連箱有一載熱體出口(37)，下部有一載熱體進(jìn)口(38)。
在

圖1中，高壓釜(1)上部為結(jié)晶區(qū)加熱器，下部為溶解區(qū)加熱器，由氣液分離器(2)、循環(huán)泵(3)、加熱爐(4)組成一主循環(huán)加熱系統(tǒng)。氣液分離器(2)以膨脹管(7)與膨脹槽(6)相連，它把載熱體的氣體排出通向膨脹槽(6)，而載熱體的液體通過循環(huán)泵(3)強(qiáng)制循環(huán)進(jìn)入加熱爐(4)，使載熱體在爐內(nèi)加熱獲得熱能，然后又通過高壓釜(1)的溶解區(qū)加熱器使高溫載熱體的熱量在溶解區(qū)釋放，以滿足溶解區(qū)的工藝溫度條件；高壓釜(1)的溶解區(qū)加熱器以排凈管(11)與排凈泵(12)連接，在降溫時可排凈加熱器內(nèi)的載熱體，排凈泵(12)另以排凈管(10)與加熱爐(4)和載熱體貯槽(5)連通，載熱體貯存與貯槽(5)中，貯槽(5)以補(bǔ)給管(9)與循環(huán)泵(3)連通，膨脹槽(6)主要起平衡穩(wěn)壓和排氣作用，它又以溢流管(8)與載熱體貯槽(5)連接。
結(jié)晶區(qū)低溫載熱體循環(huán)系統(tǒng)也由氣液分離器(13)和循環(huán)泵(14)及換熱器(15)組成，氣液分離器(13)有膨脹管(18)與膨脹槽(17)連接，膨脹槽(17)由溢流管(19)與載熱體貯槽(16)連接，換熱器(15)對載熱體溫度進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。
載熱體可選用下列一種或兩種兼用1.采用KNO350～35％、NaNO230～65％、NaNO320～0％，熔點(diǎn)為120～200℃，沸點(diǎn)500～800℃，使用溫度為300～500℃的導(dǎo)熱熔鹽(即上述三種的混合物)。
2.熔點(diǎn)為-20～275℃，沸點(diǎn)780℃以上的熔融金屬(鉀、鈉)或熔融合金(鋰鈉合金)和(鉀鈉合金)。
3.高溫導(dǎo)熱油及道生油。
由圖2，高壓釜加熱的第二個方案是高壓釜溶解區(qū)的加熱循環(huán)系統(tǒng)與圖1相同，不予復(fù)述；而結(jié)晶區(qū)的供熱采用原電加熱系統(tǒng)(40)直接供熱，該系統(tǒng)由于在結(jié)晶區(qū)恒溫運(yùn)行時不工作，耗電很少，因此仍予采用。
高壓釜加熱器有四種結(jié)構(gòu)形式可以選用。即整體夾套式加熱器，組合夾套式加熱器，盤管式加熱器，鼠籠列管式加熱器。
圖3是整體夾套式加熱器，夾套內(nèi)圈(21)與夾套外圈(22)之間用上封頭(23)和下封頭(24)連接，有載熱體進(jìn)口(25)載熱體出口(26)。
圖4是組合夾套式加熱器，高壓釜與夾套外圈(27)的頂部和底部有組合密封蓋(28)及(29)連接，加熱器有載熱體進(jìn)口(30)和載熱體出口(31)。
圖5是盤管式加熱器，盤管(32)盤旋成螺旋形，下端有一載熱體進(jìn)口(33)，上端有一載熱體出口(34)。
圖6是鼠籠列管式加熱器，列管(35)豎直排列成鼠籠形，上、下部均有一連箱(36)連接，上部連箱有一載熱體出口(37)，下部連箱有一載熱體進(jìn)口(38)。
上述四種高壓釜加熱器都是利用載熱體通過時進(jìn)行熱能的傳輸與交換實(shí)施例2高壓釜口徑為Φ180，配套整體夾套式加熱器，以21MJ/kg低位發(fā)熱值的煙煤作燃料，以NaNO243％、KNO352％、NaNO35％的比例的熔鹽為高溫載熱體，向高壓釜下部溶解器供熱，以管式爐為載熱體加熱爐，熔鹽入爐溫度385±5℃，出爐溫度400±2℃，高壓釜溶解區(qū)溫度385±1℃；結(jié)晶區(qū)保留原電加熱系統(tǒng)不變，控制結(jié)晶區(qū)溫度342±1℃；生產(chǎn)周期55天，生產(chǎn)Y棒40kg，耗煤1160kg，電230kwh，一級品率82％。
本加熱方法具有下列優(yōu)點(diǎn)1.每公斤水晶僅耗標(biāo)煤20kg，而電加熱法生產(chǎn)晶體，需耗電80kwh，電費(fèi)40～50元，相比之下，本加熱法能源費(fèi)用僅為電加熱法的21％左右，使成本大為降低。
2.原電加熱器是局部加熱，使加熱溫度不均勻，局部過熱或過冷，影響晶體生長條件，本加熱法對溶解區(qū)和結(jié)晶區(qū)采用不同溫度的兩套載熱體系統(tǒng)供熱，使工藝溫度極為均勻穩(wěn)定，改善了結(jié)晶條件，提高了晶體質(zhì)量。
3.向高壓釜供熱的載熱體以調(diào)控到接近工藝溫度，如輔以微機(jī)集散控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動化。
權(quán)利要求
1.一種人造晶體生產(chǎn)的新加熱方法，該方法是以燃料燃燒熱或工業(yè)煙氣余熱為熱源，以高溫載熱體為導(dǎo)熱介質(zhì)，加熱人造晶體高壓釜生產(chǎn)人造晶體；其特征在于高壓釜(1)上部為結(jié)晶區(qū)加熱器，下部為溶解區(qū)加熱器，由氣液分離器(2)和循環(huán)泵(3)、加熱爐(4)組成高溫循環(huán)加熱系統(tǒng)，將高溫載熱體加入爐中，用燃料燃燒熱或工業(yè)煙氣余熱加熱，用循環(huán)泵(3)強(qiáng)制載熱體在系統(tǒng)中液相循環(huán)，經(jīng)加熱器向高壓釜溶解區(qū)供熱，載熱體放熱后返回加熱爐重獲熱量并循環(huán)加熱；低溫系統(tǒng)也由氣液分離器(13)、循環(huán)泵(14)和換熱器(15)組成，并按同樣方式循環(huán)加熱，向結(jié)晶區(qū)供熱，恒溫時又回收高壓釜結(jié)晶區(qū)釋放的熱量。
2.一種人造晶體生產(chǎn)的新加熱方法，該方法是以燃料燃燒熱或工業(yè)煙氣余熱為熱源，以高溫載熱體為導(dǎo)熱介質(zhì)，加熱人造晶體高壓釜生產(chǎn)人造晶體；其特征在于高壓釜(1)下部為溶解區(qū)加熱器，由氣液分離器(2)、循環(huán)泵(3)、加熱爐(4)組成高溫循環(huán)加熱系統(tǒng)，將高溫載熱體加入爐中，用燃料燃燒熱或工業(yè)煙氣余熱加熱，用循環(huán)泵(3)強(qiáng)制載熱體在系統(tǒng)中液相循環(huán)，經(jīng)加熱器向高壓釜溶解區(qū)供熱，載熱體放熱后返回加熱爐重獲熱量，再循環(huán)供熱；高壓釜上部結(jié)晶區(qū)加熱系統(tǒng)仍由原電加熱系統(tǒng)組成，向結(jié)晶區(qū)供熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于載熱體是按KNO350～35％、NaNO230～65％、NaNO320～0％比例配制的導(dǎo)熱熔鹽，其熔點(diǎn)為120～200℃，沸點(diǎn)為560～800℃，使用溫度300～500℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于載熱體為沸點(diǎn)340℃以上的高溫導(dǎo)熱油或道生油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于載熱體為熔點(diǎn)-20～270℃，沸點(diǎn)680℃以上的熔融金屬鉀、鈉及鉀鈉、鋰鈉合金的熔融合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高壓釜加熱器是整體夾套式加熱器，夾套內(nèi)圈(21)與夾套外圈(22)用上封頭(23)和下封頭(24)連接，高壓釜加熱器有載熱體進(jìn)口(25)和載熱體出口(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高壓釜加熱器是組合夾套式加熱器，高壓釜與夾套外圈(27)的頂部和底部有組合密封蓋(28)及(29)連接，加熱器有載熱體進(jìn)口(30)和載熱體出口(31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于；高壓釜加熱器是盤管式加熱器，盤管(32)盤旋成螺旋形，下端有一載熱體進(jìn)口(33)，上端有一載熱體出口(34)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高壓釜加熱器是鼠籠列管式加熱器，列管(35)豎直排列成鼠籠形，上、下部各有一連箱(36)連接，上部連箱有一載熱體出口(37)，下部連箱有一載熱體進(jìn)口(38)。
全文摘要
一種人造晶體生產(chǎn)的新加熱方法,其高壓釜的溶解區(qū)和結(jié)晶區(qū)各有一個循環(huán)加熱系統(tǒng),該系統(tǒng)由氣液分離器,循環(huán)泵,加熱爐組成,爐中放置載熱體,氣液分離器使氣體經(jīng)膨脹管流入膨脹槽,經(jīng)流溢管返回貯槽,高壓釜裝有排凈泵,可排凈其載熱體,結(jié)晶區(qū)也有類似的加熱系統(tǒng),使用本加熱方法可實(shí)現(xiàn)以煤代電,降低成本,改善晶體生長工藝條件,提高產(chǎn)品質(zhì)量,制造大塊晶體,高壓釜加熱器有整體夾套式,組合夾套式,盤管式和鼠籠列管式四種結(jié)構(gòu)可供選用。
文檔編號C30B7/10GK1363729SQ01144478
公開日2002年8月14日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者尹克勝 申請人:尹克勝