制造硅粉的节能型高纯化球化炉的制作方法

本发明涉及球化炉，公开了制造硅粉的节能型高纯化球化炉。

背景技术：

1、在使用节能型高纯化球化炉制造过程中的效率与纯度挑战。球形硅微粉作为关键材料，广泛应用于高端电子产品的覆铜板制造中，其性能受到制备技术的直接影响。现有技术中，主要采用火焰法、直燃/vmc法和化学合成法生产球形硅微粉，其中火焰法通过高温火焰使硅微粉熔融再冷却成球形，但这一过程中存在能源效率和纯度控制的问题。具体而言，传统节能型高纯化球化炉在利用废气热量预热助燃空气以减少能耗的过程中，遭遇了助燃空气管道易积灰并影响热交换效率的难题。灰尘积累不仅阻碍了废气热量的有效传递，还可能导致换热系统效率下降，增加了维护成本和运营难度。因此，如何在确保生产高纯度硅粉的同时，实现更加高效且持久的节能换热机制，成为亟待解决的技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供制造硅粉的节能型高纯化球化炉，通过蛇形管进行换热同时较好的清洁蛇形管外部的灰尘，保证热量回收的效果。

2、制造硅粉的节能型高纯化球化炉，包括炉体和安装于其下方的冷却炉，所述炉体上方连通有插入其内部的加料管，所述炉体右侧设有旋风除尘器，所述炉体与旋风除尘器之间连通有位于加料管外部的烟气排放管；

3、所述炉体右侧下方安装有鼓风机，所述鼓风机与冷却炉之间连通有冷却管，所述冷却管上方连通有助燃气管，所述助燃气管上端插入烟气排放管内部并连通有蛇形管，所述蛇形管左端连通有与炉体连通的加气管一，所述蛇形管外部设有能够上下移动的移动板，所述移动板上开有若干个供蛇形管穿过的通孔，所述通孔内部连接有与蛇形管外壁贴合的刮板；

4、所述烟气排放管上方安装有plc控制器，所述plc控制器上方安装有显示屏，所述炉体左侧设有加料组件。

5、进一步地，所述助燃气管外部从下至上依次安装有流量计一和电磁阀一。

6、进一步地，所述加料组件包括加气管二、可燃气体管、流量计二、电磁阀二，所述可燃气体管位于炉体左侧，所述加气管二设有若干根并与可燃气体管连通，所述加气管二右端贯穿出相近的所述加气管一并与炉体相通。

7、进一步地，所述流量计二和电磁阀二从左至右依次安装于可燃气体管外部。

8、进一步地，所述烟气排放管上方左右端均安装有电动推杆，所述电动推杆动力输出端与移动板上端连接，所述电动推杆、显示屏、流量计一、电磁阀一、流量计二和电磁阀二均与plc控制器信号连接。

9、进一步地，对蛇形管参数优化：建立流体力学模型，模拟助燃气体在蛇形管内的流动，分析不同弯曲角度对气体流动特性的影响，选取弯曲角度范围，进行多组数值模拟，计算各角度下的换热系数和阻力损失，根据模拟结果，确定能使换热效率最佳且阻力损失较小的弯曲角度；

10、确定助燃气体在蛇形管内的设计流速，根据雷诺数(re)选择湍流模型进行流场模拟；

11、分别设置不同管径，模拟各管径下气体的流速分布、温度分布以及换热效率；评估各管径条件下换热系数、努塞尔数(nu)、对流传热系数参数，选取在满足换热要求的前提下，具有最小压降和阻力损失的最优管径；

12、设定蛇形管总长度的范围，以一定步长在该范围内进行长度变量模拟，分析不同长度下助燃气体与废气的接触时间、换热效率以及总的压降，选择在满足换热效率要求的前提下，总长度最短或压降最低的蛇形管设计；

13、根据蛇形管的弯曲角度、管径和长度优化结果，计算其表面积，确保在有限空间内获得较大的换热面积，通过模拟计算确定助燃气体在蛇形管内的平均停留时间，确保其与废气有足够的接触时间进行热交换，以提高换热效率；在蛇形管几何参数优化过程中，通过模拟计算得到各参数组合下的沿程阻力系数(f)、局部阻力系数(k)和总压降(δp)，确保所选参数组合下的总压降在设备允许范围内。

14、进一步地，配置电动推杆与plc控制器：

15、根据蛇形管外壁积灰情况、刮板材质特性及刮除效率，确定刮板每分钟或每小时往复次数，依据蛇形管外壁灰尘分布特点和刮板的有效刮除范围，确定单次往复的行程长度，基于蛇形管外壁灰尘积累速率、设备运行工况及维护需求，设定清洁周期；在plc程序中编写逻辑，根据设定的刮板单位时间内往复次数和行程长度，精确控制电动推杆的伸缩频率和幅度，确保刮板按预定速度平稳移动。

16、进一步地，对刮板参数设计：

17、通过有限元分析或实验测试，确定既能保证刮板结构强度、抵抗高温蠕变，又能有效刮除灰尘且与蛇形管接触阻力最小的适宜厚度范围，刮板边缘与蛇形管接触部分设计倾斜角度，形成锐利但平滑的刮削面，在刮板表面涂覆一层高温润滑涂层，高温润滑涂层包括二硫化钼涂层、石墨涂层，进一步降低刮板与蛇形管间的摩擦系数。

18、本发明的有益效果：

19、蛇形管的蛇形结构能够使得助燃气体能够更好的与烟气排放管内部的废气中的热量进行充分接触，助燃气管外部的电磁阀一开度在保证可燃气体和助燃气体比例的同时尽量调节至较小开度，保证助燃气体的流速尽量慢，助燃气体与废气中的热量更加充分的接触，从而达到较好的回收热量的效果；

20、在使用者需要对蛇形管外部进行清洁时，在plc控制器内部设置电动推杆伸缩往返的行程，保证电动推杆伸缩往返时刮板与其他部件发生撞击损坏，将电动推杆接通外部电源，电动推杆便能够带动移动板上下移动，移动板内部的刮板便能够上下移动将蛇形管外部的灰尘刮下，避免蛇形管粘上较多的灰尘影响换热，被刮下的灰尘能够随着废气被吸入旋风除尘器内部收集箱收集。同时优化蛇形管的几何参数(如弯曲角度、管径、长度)以最大化换热面积和接触时间，确保在低阻力下实现高效换热。通过plc控制器与电动推杆的集成，实现了对蛇形管外壁自动清洁的智能化控制。根据积灰情况与设备运行状态，自动调节刮板的移动速度与周期，有效清除灰尘，保障了换热效果，延长了设备维护周期。刮板设计考虑了耐磨性、耐高温性及减阻特性，通过特定材质选择与形状优化(如边缘倾斜角度设计、表面润滑涂层处理)，在确保有效清灰的同时，降低了刮板与蛇形管之间的摩擦损耗，提升了整体系统的稳定性和寿命。

技术特征：

1.制造硅粉的节能型高纯化球化炉，包括炉体(1)和安装于其下方的冷却炉(6)，所述炉体(1)上方连通有插入其内部的加料管(2)，所述炉体(1)右侧设有旋风除尘器(5)，所述炉体(1)与旋风除尘器(5)之间连通有位于加料管(2)外部的烟气排放管(3)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：所述助燃气管(8)外部从下至上依次安装有流量计一(13)和电磁阀一(14)。

3.根据权利要求2所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：所述加料组件包括加气管二(16)、可燃气体管(17)、流量计二(18)、电磁阀二(19)，所述可燃气体管(17)位于炉体(1)左侧，所述加气管二(16)设有若干根并与可燃气体管(17)连通，所述加气管二(16)右端贯穿出相近的所述加气管一(15)并与炉体(1)相通。

4.根据权利要求3所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：所述流量计二(18)和电磁阀二(19)从左至右依次安装于可燃气体管(17)外部。

5.根据权利要求4所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：所述烟气排放管(3)上方左右端均安装有电动推杆(10)，所述电动推杆(10)动力输出端与移动板(11)上端连接，所述电动推杆(10)、显示屏(4)、流量计一(13)、电磁阀一(14)、流量计二(18)和电磁阀二(19)均与plc控制器(20)信号连接。

6.根据权利要求5所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：对蛇形管(21)参数优化：建立流体力学模型，模拟助燃气体在蛇形管内的流动，分析不同弯曲角度对气体流动特性的影响，选取弯曲角度范围，进行多组数值模拟，计算各角度下的换热系数和阻力损失，根据模拟结果，确定能使换热效率最佳且阻力损失较小的弯曲角度；

7.根据权利要求6所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的制造硅粉的节能型高纯化球化炉，其特征在于：对刮板(12)参数设计：

技术总结本发明涉及球化炉技术领域，特别涉及制造硅粉的节能型高纯化球化炉，包括炉体和安装于其下方的冷却炉，炉体上方连通有插入其内部的加料管，炉体右侧设有旋风除尘器，炉体与旋风除尘器之间连通有位于加料管外部的烟气排放管，炉体右侧下方安装有鼓风机，鼓风机与冷却炉之间连通有冷却管，冷却管上方连通有助燃气管，助燃气管上端插入烟气排放管内部并连通有蛇形管，蛇形管左端连通有与炉体连通的加气管一，蛇形管外部设有能够上下移动的移动板，移动板上开有若干个供蛇形管穿过的通孔，通孔内部连接有与蛇形管外壁贴合的刮板；本发明通过蛇形管进行换热同时较好的清洁蛇形管外部的灰尘，保证热量回收的效果。技术研发人员：张光辉,汤浩,黄旭华,周蔚,徐亚新受保护的技术使用者：广州豫顺新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5