專利名稱：焙燒石英坩堝隧道窯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種生產(chǎn)太陽能多晶硅片所需的焙燒石英坩堝隧道窯，屬于無機(jī) 非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近幾年由于全球能源緊缺，開發(fā)新能源是各國解決能源危機(jī)的唯一出路。各國 正在把太陽能的開發(fā)利用作為能源革命的主要內(nèi)容和長期規(guī)劃。光伏產(chǎn)業(yè)已成為國際上快 速發(fā)展的行業(yè)。太陽能光伏電池的迅猛發(fā)展，造成全球太陽能多晶硅片持續(xù)緊張。多晶硅 產(chǎn)業(yè)已成為全球投資的一大熱點。在我國，多晶硅已成為新的產(chǎn)業(yè)區(qū)。多晶硅用石英坩堝， 要求化學(xué)純度高(Si02彡99. 5 % )，外形尺寸大(最大邊長1100mm)，成型和燒成難度高，目 前，生產(chǎn)多晶硅的企業(yè)和在建企業(yè)有400多家，焙燒工段都以間歇式窯爐(以梭式窯為主) 生產(chǎn)。間歇式窯爐嚴(yán)重制約了生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模，產(chǎn)品質(zhì)量也在每一次焙燒過程中產(chǎn)生差別， 影響產(chǎn)品合格率。同時，此種窯爐能耗也很大，給產(chǎn)業(yè)節(jié)能帶來很大困難。為了更好滿足光 伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石英坩堝生產(chǎn)企業(yè)需要在規(guī)模、質(zhì)量和節(jié)能上有一種產(chǎn)能大、質(zhì)量穩(wěn)定、能 耗低的窯爐。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種產(chǎn)能大、 能耗低、生產(chǎn)效率高的焙燒石英坩堝隧道窯，坩堝能夠連續(xù)地通過預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻 帶，燒成溫度均勻，產(chǎn)品不變形、燒結(jié)程度一致性好，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種焙燒石英坩堝隧道窯，包 括窯體和軌道，其特征在于窯體由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶順次連接而成，預(yù)熱帶與燒成 帶的連接處、燒成帶與冷卻帶的連接處均設(shè)有擋火板，預(yù)熱帶中設(shè)有排煙系統(tǒng)，預(yù)熱帶后半 段和燒成帶的兩側(cè)墻體上都設(shè)有燃燒器，燃燒器通過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，窯 體上設(shè)有與燃燒器位置相對的觀火孔，預(yù)熱帶和燒成帶上均勻設(shè)置熱電偶，熱電偶與溫度 顯示控制裝置相連，燒成帶內(nèi)均勻設(shè)置多組擋火板，冷卻帶中設(shè)有冷卻裝置。預(yù)熱帶中的排煙系統(tǒng)包括排煙口和排煙風(fēng)機(jī)，排煙口通過煙道連接排煙風(fēng)機(jī)。預(yù) 熱帶中還設(shè)有煙氣攪拌裝置，煙氣攪拌裝置包括煙氣攪拌氣幕和煙氣攪拌口，煙氣攪拌氣 幕設(shè)置在預(yù)熱帶的進(jìn)窯口處，煙氣攪拌口均勻設(shè)置在預(yù)熱帶的墻體上，煙氣攪拌氣幕和煙 氣攪拌口都通過管路連接到攪拌風(fēng)機(jī)。煙氣攪拌裝置也可以是其他可以完成煙氣攪拌動作 的裝置。煙氣攪拌裝置用于攪拌石英坩堝在預(yù)熱過程中產(chǎn)生的煙氣，從而加快煙氣從預(yù)熱 帶排出的速度，從而能有效調(diào)節(jié)窯內(nèi)的溫度差，煙氣最終通過排煙風(fēng)機(jī)從車間中排出。冷卻帶中的冷卻裝置包括在冷卻帶兩側(cè)墻體上依次設(shè)置的急冷風(fēng)口、抽熱風(fēng)口、 緩冷風(fēng)口和窯體冷卻風(fēng)機(jī)，急冷風(fēng)口由管路連接到急冷風(fēng)機(jī)，使用空氣對制品進(jìn)行快速降 溫，抽熱風(fēng)口由管路連接到抽熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，把窯爐熱風(fēng)用于燃?xì)庵己蛙囬g采暖，緩冷風(fēng)口由 管路連接到緩冷風(fēng)機(jī)，使用空氣降低制品出窯溫度，調(diào)節(jié)制品晶型轉(zhuǎn)變，窯體冷卻風(fēng)機(jī)加速制品冷卻，方便制品裝卸。冷卻帶的前段還可以設(shè)有急冷氣幕，急冷氣幕通過管路連接急冷 風(fēng)機(jī)。窯體中設(shè)有自動報警裝置，對燃?xì)夤庀到y(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象時報 警裝置報警，提示安全危險，達(dá)到一定濃度后強(qiáng)制切斷氣源，保障生產(chǎn)安全，而且燃燒器自 動點火失敗后，報警裝置也會報警，切斷燃燒器氣源。此外，窯體全周設(shè)有加固的鋼框架，使 窯體更加牢固。工作原理及過程窯車在動力控制器的控制下在軌道上運行，窯車上制品坯體按尺寸分單層或雙層 裝載，預(yù)熱帶后半段以及燒成帶兩側(cè)墻體的燃燒器都是分上下兩層交叉均勻設(shè)置，燃燒器 通過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，從而能夠根據(jù)窯車上裝載的制品坯體選擇上下層的 燃燒器，在燃燒器對面設(shè)置對應(yīng)的觀火孔，通過觀火孔對燃燒器的燃燒溫度和燃燒情況進(jìn) 行觀察。預(yù)熱帶后半段的兩側(cè)墻體設(shè)置燃燒器，預(yù)熱帶頂部設(shè)置熱電偶，熱電偶與溫度顯示 控制裝置相連，從而控制制品坯體溫度從室溫升到800°C。預(yù)熱帶與燒成帶的連接處設(shè)置擋 火板，可以防止燒成帶中熱氣流往預(yù)熱帶的速度過快。燒成帶的兩側(cè)墻體上設(shè)置燃燒器，燒 成帶頂部及兩側(cè)墻壁上都設(shè)有熱電偶，從而控制制品坯體溫度從800°C升到1200°C，燒成 帶最高使用溫度可達(dá)到1350°C。在燒成帶與冷卻帶相連處的窯體內(nèi)設(shè)置擋火板，擋火板要 低于窯頂一定尺寸，防止燒成帶和冷卻帶冷氣流相互流通，并且減緩燒成帶內(nèi)氣體流動速 度，降低窯內(nèi)溫差。當(dāng)窯車經(jīng)過冷卻帶前段時，急冷氣幕和急冷風(fēng)口的急冷風(fēng)使制品急速降 溫至800°C左右，制品經(jīng)過抽熱風(fēng)口繼續(xù)降溫，抽熱風(fēng)風(fēng)機(jī)將熱氣抽出并用于原料干燥和車 間采暖，再然后制品在緩冷風(fēng)口的緩冷風(fēng)作用下降至500°C左右，當(dāng)經(jīng)過冷卻帶末端時，窯 體冷卻風(fēng)機(jī)對制品進(jìn)行強(qiáng)冷，從而有利于制品出窯后進(jìn)行裝卸。成型制品出窯后由窯車輸 送到下一工序加工，窯車的動作由動力控制器控制。本實用新型所述隧道窯加熱所用燃料為液化石油氣或天然氣，在預(yù)熱帶通過窯內(nèi) 熱氣流和燃燒器把制品石英坩堝坯體加熱，緩慢完成573°c晶型轉(zhuǎn)變，并且充分預(yù)熱，使坯 體在燒成帶加熱均勻，達(dá)到燒成溫度得到高質(zhì)量制品。制品合格率達(dá)到90%以上，燃料消耗 成本與現(xiàn)有間歇式窯爐相比可降低15% 20%，節(jié)約能源。本實用新型所述隧道窯為長距離 直線貫通連續(xù)式隧道窯，它可以實現(xiàn)制品規(guī)格從1100X IlOOmm(或Φ 1000mm)以下所有制品 從裝窯車、預(yù)熱、加熱、冷卻和出窯循環(huán)作業(yè)生產(chǎn)石英坩堝，年產(chǎn)量達(dá)到30000只以上，其生產(chǎn) 效率比現(xiàn)有梭式窯爐提高5倍以上，且勞動強(qiáng)度低，作業(yè)環(huán)境好，并有得于環(huán)境保護(hù)。本實用新型所具有的有益效果是提供一種焙燒石英坩堝隧道窯，長距離直線貫 通連續(xù)式的窯體可以實現(xiàn)制品從裝窯車、預(yù)熱、加熱、冷卻和出窯的循環(huán)作業(yè)生產(chǎn)，勞動強(qiáng) 度低且生產(chǎn)效率高；通過燒結(jié)前充分預(yù)熱，使坯體在燒成帶加熱均勻，產(chǎn)品的燒結(jié)程度一致 性好，燒結(jié)后通過多道工序?qū)ε黧w進(jìn)行冷卻，使產(chǎn)品不易變形，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性； 預(yù)熱帶中的煙氣攪拌裝置能夠加快煙氣從預(yù)熱帶排出的速度，從而能有效調(diào)節(jié)窯內(nèi)的溫度 差；冷卻帶中設(shè)置的抽熱風(fēng)風(fēng)機(jī)將抽出的熱氣抽出并用于原料干燥和車間采暖，使熱能得 到充分利用，節(jié)約了能源。

圖1是本實用新型中預(yù)熱帶的剖視圖；[0013]圖2是本實用新型中燒成帶的剖視圖；圖3是本實用新型中冷卻帶的剖視圖；圖4是圖1的A-A剖面圖；圖5是圖2的B-B剖面圖；圖6是圖3的C-C剖面圖。圖中1、鋼框架；2、制品；3、窯車；4、軌道；5、煙氣攪拌口 ；6、排煙口 ；7、熱電偶； 8、窯體；9、燃燒器；10、擋火板；11、急冷風(fēng)口 ；12、抽熱風(fēng)口 ；13、緩冷風(fēng)口 ；14、窯體冷卻風(fēng) 機(jī)；15、觀火孔
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例做進(jìn)一步描述如圖1 6所示，焙燒石英坩堝隧道窯包括窯體8和軌道4，裝有制品2 (即坩堝坯 體)的窯車3在軌道4上運行，窯體8由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶順次連接而成，窯體8全 周用鋼框架1加固。圖1、4為預(yù)熱帶的結(jié)構(gòu)示意圖，預(yù)熱帶中設(shè)有排煙系統(tǒng)和煙氣攪拌裝置，排煙系 統(tǒng)包括排煙口 6和排煙風(fēng)機(jī)，排煙口 6通過煙道連接排煙風(fēng)機(jī)，煙氣攪拌裝置包括煙氣攪拌 氣幕和煙氣攪拌口 5，煙氣攪拌氣幕設(shè)置在預(yù)熱帶的進(jìn)窯口處，煙氣攪拌口 5均勻設(shè)置在預(yù) 熱帶的墻體上，煙氣攪拌氣幕和煙氣攪拌口 5都通過管路連接到攪拌風(fēng)機(jī)，預(yù)熱帶的后半 段上設(shè)有燃燒器9，燃燒器9通過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，窯體8上設(shè)有與燃燒器 9位置相對的觀火孔15，預(yù)熱帶上均勻設(shè)置熱電偶7，熱電偶7與溫度顯示控制裝置相連，預(yù) 熱帶與燒成帶的連接處設(shè)有擋火板10。煙氣攪拌裝置用于攪拌石英坩堝在預(yù)熱過程中產(chǎn)生 的煙氣，從而加快煙氣從預(yù)熱帶排出的速度，有效調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫差，煙氣最終通過排煙風(fēng)機(jī)從 車間中排出。預(yù)熱帶可設(shè)計為14節(jié)，從1節(jié)起到10節(jié)中共設(shè)置16個排煙口 6，從11節(jié)起 到14節(jié)的兩側(cè)墻體上分別交叉設(shè)置8個燃燒器9，燃燒器9位置高于窯車3臺面，預(yù)熱帶頂 部設(shè)置7支熱電偶7。圖2、5為燒成帶的結(jié)構(gòu)示意圖，燒成帶的兩側(cè)墻體上都設(shè)有燃燒器9，燃燒器9通 過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，窯體上設(shè)有與燃燒器9位置相對的觀火孔，燒成帶上 均勻設(shè)置熱電偶7，熱電偶7與溫度顯示控制裝置相連，燒成帶中均勻設(shè)置多組擋火板10， 燒成帶與冷卻帶的連接處也設(shè)有擋火板10。燒成帶可設(shè)計為16節(jié)，預(yù)熱帶的兩側(cè)墻體分上 下兩層交叉設(shè)置48個燃燒器9，燃燒器9位置高于窯車3臺面，燒成帶頂部設(shè)置8支熱電偶 7，同時兩側(cè)墻壁上設(shè)置8對熱電偶7，燒成帶中均勻設(shè)置5組擋火板10。圖3、6為冷卻帶的結(jié)構(gòu)示意圖，冷卻帶中設(shè)有冷卻裝置，冷卻裝置包括在冷卻帶 兩側(cè)墻體上依次設(shè)置的急冷風(fēng)口 11、抽熱風(fēng)口 12、緩冷風(fēng)口 13和窯體冷卻風(fēng)機(jī)14，急冷風(fēng) 口 11由管路連接到急冷風(fēng)機(jī)，使用空氣對制品進(jìn)行快速降溫，抽熱風(fēng)口 12由管路連接到抽 熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，把窯爐熱風(fēng)用于燃?xì)庵己蛙囬g采暖，緩冷風(fēng)口 13由管路連接到緩冷風(fēng)機(jī)，使 用空氣降低制品出窯溫度，調(diào)節(jié)制品晶型轉(zhuǎn)變，窯體冷卻風(fēng)機(jī)14加速制品冷卻，方便制品 裝卸。冷卻帶的前段還可以設(shè)有急冷氣幕，急冷氣幕通過管路連接急冷風(fēng)機(jī)。冷卻帶可設(shè) 計為20節(jié)，從1節(jié)起到5節(jié)的窯體兩側(cè)墻體設(shè)置1組急冷氣幕和32個急冷風(fēng)口 11，急冷風(fēng) 口 11分上下兩層交叉設(shè)置，急冷風(fēng)口 11的高度與燃燒器9相同，從6節(jié)起到12節(jié)在兩側(cè)
5墻體均勻設(shè)置13個抽熱風(fēng)口 12，其位置高度與排煙口 6相同，從13節(jié)起到17節(jié)在兩側(cè)墻 體上下兩層分別交叉設(shè)置36個緩冷風(fēng)口 13，其位置高度與燃燒器9相同，在19和20節(jié)側(cè) 墻設(shè)置6臺窯體冷卻風(fēng)機(jī)14。此外，窯體中還設(shè)有自動報警裝置，對燃?xì)夤庀到y(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)漏氣現(xiàn) 象時報警裝置報警，提示安全危險，達(dá)到一定濃度后強(qiáng)制切斷氣源，保障生產(chǎn)安全，而且燃 燒器自動點火失敗后，報警裝置也會報警，切斷燃燒器氣源。此外，窯體全周設(shè)有加固的鋼 框架，使窯體更加牢固。工作原理及過程窯車3在動力控制器的控制下在軌道4上運行，窯車3上制品坯體按尺寸分單層 或雙層裝載，預(yù)熱帶后半段以及燒成帶兩側(cè)墻體的燃燒器9都是分上下兩層交叉均勻設(shè) 置，燃燒器9通過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，從而能夠根據(jù)窯車3上裝載的制品坯體 選擇上下層的燃燒器9，在燃燒器9對面設(shè)置對應(yīng)的觀火孔15，通過觀火孔15對燃燒器的 燃燒溫度和燃燒情況進(jìn)行觀察。預(yù)熱帶后半段的兩側(cè)墻體設(shè)置燃燒器9，預(yù)熱帶頂部設(shè)置熱 電偶7，熱電偶7與溫度顯示控制裝置相連，從而控制制品坯體溫度從室溫升到800°C。預(yù) 熱帶與燒成帶的連接處設(shè)置擋火板10，可以防止燒成帶中熱氣流往預(yù)熱帶的速度過快。燒 成帶的兩側(cè)墻體上設(shè)置燃燒器9，燒成帶頂部及兩側(cè)墻壁上都設(shè)有熱電偶7，從而控制制品 坯體溫度從800°C升到1200°C，燒成帶最高使用溫度可達(dá)到1350°C。在燒成帶與冷卻帶相 連處的窯體內(nèi)設(shè)置擋火板10，擋火板10要低于窯頂一定尺寸，防止燒成帶和冷卻帶冷氣流 相互流通，并且減緩燒成帶內(nèi)氣體流動速度，降低窯內(nèi)溫差。當(dāng)窯車3經(jīng)過冷卻帶前段時， 急冷氣幕和急冷風(fēng)口 11的急冷風(fēng)使制品急速降溫至800°C左右，制品經(jīng)過抽熱風(fēng)口 12繼續(xù) 降溫，抽熱風(fēng)風(fēng)機(jī)將熱氣抽出并用于原料干燥和車間采暖，再然后制品在緩冷風(fēng)口 13的緩 冷風(fēng)作用下降至500°C左右，當(dāng)經(jīng)過冷卻帶末端時，窯體冷卻風(fēng)機(jī)14對制品進(jìn)行強(qiáng)冷，從而 有利于制品出窯后進(jìn)行裝卸。成型制品出窯后由窯車3輸送到下一工序加工，窯車3的動 作由動力控制器控制。
權(quán)利要求1.一種焙燒石英坩堝隧道窯，包括窯體和軌道，其特征在于窯體由預(yù)熱帶、燒成帶和 冷卻帶順次連接而成，預(yù)熱帶與燒成帶的連接處、燒成帶與冷卻帶的連接處均設(shè)有擋火板， 預(yù)熱帶中設(shè)有排煙系統(tǒng)，預(yù)熱帶后半段和燒成帶的兩側(cè)墻體上都設(shè)有燃燒器，燃燒器通過 閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，窯體上設(shè)有與燃燒器位置相對的觀火孔，預(yù)熱帶和燒成 帶上均勻設(shè)置熱電偶，熱電偶與溫度顯示控制裝置相連，燒成帶中均勻設(shè)置多組擋火板，冷 卻帶中設(shè)有冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述的排煙系統(tǒng)包括排 煙口和排煙風(fēng)機(jī)，排煙口通過煙道連接排煙風(fēng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述預(yù)熱帶中設(shè)有煙氣 攪拌裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述的煙氣攪拌裝置包 括煙氣攪拌氣幕和煙氣攪拌口，煙氣攪拌氣幕設(shè)置在預(yù)熱帶的進(jìn)窯口處，煙氣攪拌口均勻 設(shè)置在預(yù)熱帶的墻體上，煙氣攪拌氣幕和煙氣攪拌口都通過管路連接風(fēng)機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述的冷卻裝置包括在 冷卻帶兩側(cè)墻體上依次設(shè)置的急冷風(fēng)口、抽熱風(fēng)口、緩冷風(fēng)口和窯體冷卻風(fēng)機(jī)，急冷風(fēng)口、 抽熱風(fēng)口、緩冷風(fēng)口分別通過管路連接急冷風(fēng)機(jī)、抽熱風(fēng)風(fēng)機(jī)、緩冷風(fēng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述冷卻帶的前段設(shè)有 急冷氣幕，急冷氣幕通過管路連接急冷風(fēng)機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于所述的燃燒器分上下兩 層交叉均勻的設(shè)置在預(yù)熱帶后半段以及燒成帶的兩側(cè)墻體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于窯體全周設(shè)有加固的鋼 框架。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焙燒石英坩堝隧道窯，其特征在于窯體中設(shè)有自動報警裝置。
專利摘要一種焙燒石英坩堝隧道窯，包括窯體和軌道，其特征在于窯體由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶順次連接而成，預(yù)熱帶與燒成帶的連接處、燒成帶與冷卻帶的連接處均設(shè)有擋火板，預(yù)熱帶中設(shè)有排煙系統(tǒng)，預(yù)熱帶后半段和燒成帶的兩側(cè)墻體上都設(shè)有燃燒器，燃燒器通過閥門與燃?xì)夤庀到y(tǒng)的管道相連，窯體上設(shè)有與燃燒器位置相對的觀火孔，預(yù)熱帶和燒成帶上均勻設(shè)置熱電偶，熱電偶與溫度顯示控制裝置相連，燒成帶中均勻設(shè)置多組擋火板，冷卻帶中設(shè)有冷卻裝置。長距離直線貫通連續(xù)式的窯體可以實現(xiàn)制品從裝窯車、預(yù)熱、加熱、冷卻和出窯的循環(huán)作業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)能大、能耗低且生產(chǎn)效率高，所得制品的燒結(jié)程度一致性好且不易變形，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
文檔編號F27B9/12GK201867043SQ20102060477
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者習(xí)小青, 宗瑜婷, 崔海波, 楊先平, 楊實 申請人:中材高新材料股份有限公司, 山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司