一种真空炉内掺杂安全处理系统的制作方法

1.本实用新型属于拉晶炉技术领域，尤其是涉及一种真空炉内掺杂安全处理系统。


背景技术：

2.拉晶炉在生产过程中，会掺杂如磷、砷等多种微量元素，提高产品品质。生产工作状态下，磷，砷等元素经真空泵抽气后由排气管道排出。
3.1、杂质中的红磷、砷等可经吸入、食入和皮肤接触等途径进入人体。经常摄入红磷、砷粉尘，可引起中毒；
4.2、经过真空泵的抽空后在集中排气管道会有红磷，砷等残留，红磷的引燃温度为260℃，且对热、摩擦和冲击相当敏感，在使用中存在非常大的安全隐患.
5.3、生产的过程中，定期的清理残留物也在一定程度上浪费了人力增加了成本。
6.在生产过程中，真空炉即在炉腔这一特定空间内利用真空系统(由真空泵、真空测量装置、真空阀门等元件经过精心组装而成)将炉腔内部分物质排出，使炉腔内压强小于一个标准大气压，炉腔内空间从而实现真空状态，这就是真空炉。由于炉内所处环境需要真空状态，那就需要通过一台真空泵不间断的抽空，所抽废气通过真空泵的作用，经抽气管道，进入集中排气管道，最后进入处理系统。
7.而在产生过程中，因为产品的品质需要会掺杂如磷、砷等多种微量元素。而这些微量元素，有一部分在高温环境中或者投放过程中会有所挥发，而挥发部分由于真空泵的吸附性及排出性作用，通过管道，再经真空泵，最后由管道排出，这是目前的生产流程。
8.目前所处隐患：红磷会在排放出去过程中经管道，泵，尤其泵后集中排气管道经过并残留。由于生产炉过多，管路又过长，并且真空油泵在高温过程中，产生的油气及红磷，砷等元素，形成了油气混合物，这些因素由于红磷的易燃易爆特性，砷的毒性等，一个摩擦，一个高温，哪怕一点点火花，足以引起火灾及强烈的爆炸，毒气等危险隐患，严重影响人们的生命财产安全，必须加以防范，在生产过程中如何消除这些隐患成为当前生产的当务之急。
9.经过对所掺杂微量元素的特性及工作生产环境的分析，把控温度，分解微量元素这两方面控制住就可以安全生产了。
10.制定方案如下：
11.目前硅单晶的生产方法以直拉法(cz)和区熔法(fz)为主，世界上硅单晶的产量中70％～80％是用直拉法生产的。常用的直拉法生产硅单晶工艺是采用即像真空工艺又像流动气氛工艺的减压拉晶工艺。
12.减压拉晶工艺是在硅单晶拉制过程中，连续均匀地向单晶炉炉膛内通入惰性气体(一般采用高纯度的氩气)，同时真空泵不断地从炉膛向外抽气，保持炉膛内真空度稳定在(2.7～5.3)
×
103pa。这种工艺既有真空工艺的特点(炉膛内保持负压)，又有流动气氛工艺的特点(不断充气，不断排气)。
13.采用这种工艺可以在硅单晶生长过程中，使向炉膛内充入的高纯度氩气气流从上而下地贯穿整个硅单晶生长的区域，及时地带走由于高温而产生出来的硅氧化物和杂质挥
发物，确保硅单晶的品质。根据现在最常用的硅单晶直拉法减压拉晶工艺，真空系统一般都配备滑阀式真空泵。但随着大直径、重掺杂等特殊要求的硅单晶需求量的增加，对单晶炉设备的要求也越来越高，采用滑阀式真空泵的缺点也日益显现。
14.采用滑阀式真空泵直拉单晶炉真空系统的缺点，通过改造真空系统，将水环式真空泵应用在直拉单晶炉设备上，提高了直拉单晶炉的整体性能。


技术实现要素：

15.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种真空炉内掺杂安全处理系统，以解决拉晶炉在生产过程中利用真空泵抽出的气体直接排放，对人体造成损害的问题。
16.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
17.一种真空炉内掺杂安全处理系统，包括真空炉，用于抽真空炉内气体的第一抽真空子系统、第二抽真空子系统，用于对抽出的气体进行处理的水气分离器；
18.第一抽真空子系统与第二抽真空子系统的进气端通过第一三通管与真空炉出气端连接，第一抽真空子系统与第二抽真空子系统的出气端通过第二三通管与水气分离器连接；
19.第一抽真空子系统包括第一真空泵；
20.第二抽真空子系统包括水环式真空泵。
21.进一步的，第一抽真空子系统还包括集中排气管道、第二真空泵，第一真空泵进气端连接有第一气动阀，第一气动阀进气端与第一三通管连接，第一气动阀的出气端与第一真空泵的进气端连接，第一真空泵的出气端连接集中排气管道的进气口，排气管道的出气口与第二真空泵进气端连接，第二真空泵的出气端连接有第二气动阀，第二气动阀另一端与第二三通管一端连接。
22.进一步的，水环式中空泵进气端连接有第三气动阀，第三气动阀进气端与第一三通管连接，第三气动阀出气端与水环式真空泵进气端连接，水环式真空泵出气端连接有第四气动阀，第四气动阀的进气端与水环式真空泵出气端连接，第四气动阀的出气端与第二三通管连接。
23.进一步的，水气分离器的出液口连接有污水处理槽。
24.进一步的，水气分离器的出气口连接有气体过滤装置。
25.进一步的，气体过滤装置包括：箱体，可拆卸安装在箱体内的过滤板、紫外线消毒灯；
26.箱体内设有第一空腔，第一空腔顶部设有安装槽，安装槽内设有插槽，插槽的宽度与过滤板厚度相对应，过滤板安装在插槽内；
27.第一空腔顶部还设有矩形开孔，紫外线消毒灯安装在矩形开口处延伸至第一空腔内。
28.进一步的，安装槽一端铰接安装有密封盖，密封盖的厚度与安装槽深度相对应，安装槽另一端设有第一安装板，密封盖一端设有与第一安装板相对应的第二安装板，第一安装板与第二安装板，通过螺栓固定，密封盖将过滤板密封在第一空腔内。
29.进一步的，矩形开孔内设有多个第一螺栓孔，紫外线消毒灯上设有多个与第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔，紫外线消毒灯通过螺栓固定在箱体上。
30.进一步的，箱体内还设有第二空腔、第三空腔、第四空腔，第二空腔内安装有第一鼓风机，第一鼓风机进气口延伸至第一空腔内，第一鼓风机的出气口延伸至第三空腔内；
31.第三空腔内安装有多个喷头，第三腔顶部安装有剂液配置箱，剂液配置箱与对个喷头连接；
32.第四空腔内安装有第二鼓风机，第二鼓风机的进气口延伸至第三空腔内，第二鼓风机的出气口与箱体的出气口连接。
33.相对于现有技术，本实用新型所述的一种真空炉内掺杂安全处理系统具有以下有益效果：
34.(1)本实用新型所述的一种真空炉内掺杂安全处理系统，抽真空控制系统有两套，两套处理系统的存在，能够用较小的成本完成生产所需；并且在突发情况下能够两个机组快速切换，即使有一个机组因特殊情况不能够保证生产，切换另一个机组就能保证设备生产的正常运行，这样就有双层保险，对生产提供安全的两套系统保障。
35.(2)本实用新型所述的一种真空炉内掺杂安全处理系统，第一抽真空子系统将抽出带有毒气的气体经过水气分离后通过气体过滤装置将气体进行过滤，使空气更清新，减少了对人体造成的伤害。
36.(3)本实用新型所述的一种真空炉内掺杂安全处理系统，第二抽真空子系统通过水环式真空泵对气体进行了一次反应，消毒，然后通过水气分离器分离后，在通过过滤装置进行一次过滤，对有毒气体进行了双层过滤，气体处理更加妥善。
附图说明
37.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
38.图1为本实用新型实施例所述的一种真空炉内掺杂安全处理系统示意图；
39.图2为本实用新型实施例所述的气体过滤装置结构示意图一；
40.图3为本实用新型实施例所述的气体过滤装置结构示意图二；
41.图4为本实用新型实施例所述的气体过滤装置箱体结构图。
42.附图标记说明：
43.1、真空炉；2、第一真空泵；3、集中排气管道；4、污水处理槽；5、水气分离器；6、水环式真空泵；7、第二真空泵；8、空气过滤装置；11、第一三通管；12、第一气动阀；13、第三气动阀；61、第四气动阀；62、第二三通管；71、第二气动阀；81、箱体；82、密封盖；83、过滤板；84、紫外线消毒灯；85、剂液配置箱；86、第二鼓风机；87、第一鼓风机；88、喷头；831、拉环；801、第一空腔；802、第二空腔；803、第三空腔；804、第四空腔；821、凹槽；841、灯芯；811、观察口；812、箱体进气口；813、安装槽；814、矩形槽；815、矩形开孔；816、第一安装板。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、
“
前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
46.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
48.如图1至图4所示，一种真空炉内掺杂安全处理系统，包括真空炉1，用于抽真空炉1内气体的第一抽真空子系统、第二抽真空子系统，用于对抽出的气体进行处理的水气分离器5；
49.第一抽真空子系统与第二抽真空子系统的进气端通过第一三通管11与真空炉1出气端连接，第一抽真空子系统与第二抽真空子系统的出气端通过第二三通管62与水气分离器5连接；
50.第一抽真空子系统包括第一真空泵2；
51.第二抽真空子系统包括水环式真空泵6。
52.如图1所示，第一抽真空子系统还包括集中排气管道3、第二真空泵7，第一真空泵2进气端连接有第一气动阀12，第一气动阀12进气端与第一三通管11连接，第一气动阀12的出气端与第一真空泵2的进气端连接，第一真空泵2的出气端连接集中排气管道3的进气口，排气管道的出气口与第二真空泵7进气端连接，第二真空泵7的出气端连接有第二气动阀71，第二气动阀71另一端与第二三通管62一端连接；
53.水环式中空泵进气端连接有第三气动阀13，第三气动阀13进气端与第一三通管11连接，第三气动阀13出气端与水环式真空泵6进气端连接，水环式真空泵6出气端连接有第四气动阀61，第四气动阀61的进气端与水环式真空泵6出气端连接，第四气动阀61的出气端与第二三通管62连接。
54.水环式中空泵采用2bw系列液环式真空泵，第一真空泵2、第二真空泵7采用滑阀式真空泵。
55.第一抽真空子系统与第二抽真空子系统可通过第一气动阀12、第三气动阀13的开关选择第一抽真空子系统还是选择第二抽真空子系统，当第一气动阀12打开时，第三气动阀13关闭，则第一抽真空子系统进行工作，第一真空泵2吸取真空炉1内的气体，使真空炉1内的真空值达到要求后关闭第一气动阀12即可，第一真空泵2将抽取的气体传送至集中排气管道3内，通过第二真空泵7抽取集中排管道内的气体传送至水气分离器5中进行分离处理。
56.当第一气动阀12关闭时，第三气动阀13打开，第二抽真空子系统打开，水环式真空
泵6内装入制剂，水环式真空泵6吸入真空炉1内的气体在泵内进行反应，反应后的气体传送至水气分离器5中进行水气分离。
57.制剂：是一种特殊特制的针对红磷及砷调制的制剂，品名：阻燃剂(磷化物消解液)，产品特性：能够分解单质磷及磷化物，使其发生氧化分解，变成偏磷酸等，产品化学性质：呈弱酸性，不燃不爆。使用注意事项：勿与皮肤眼睛直接接触，如不慎接触可用大量清水冲洗后用肥皂清洗干净或送医救治。产品用碳水中和后，可直接作为树木的肥料。药剂能够将炉内挥发的红磷及砷安全的消解，并经特制管道进入集中特制处理循环系统，所处理系统制剂可循环使用，大大节省成本，而且维护简洁安全，只要按照时间定期调节浓度即可。
58.抽真空控制系统有两套，一是正常的抽真空子系统，能够将炉内气体抽到所需生产真空值，保证正常生产；二是切换到水循环系统，确保生产过程中产生的危险源能够安全处理，分解掉；这也说明生产中有两套抽真空子系统，能够快速将炉内抽到所需生产真空值，阀门切断与管道的连接，关闭真空油泵，然后水循环系统启动，打开单向阀，再打开机组阀门，就完成了机组的切换，水循环系统正常生产，如果直接用水循环机组抽空较慢，并且要独立完成，需要庞大水循环机组，那样成本过高不利于生产成本控制，而两套机组存在，能够用较小的成本完成生产所需。最重要的是在突发情况下能够两个机组快速切换，即使有一个机组因特殊情况不能够保证生产，切换另一个机组就能保证设备生产的正常运行，这样就有双层保险，对生产提供安全的两套系统保障。
59.因液环真空泵/压缩机的选型需根据详细的工况条件进行计算，2bw系列液环式真空泵闭路循环系统是由2bv型水环式真空泵6或2be系列液环真空泵及汽水分离器、换热器及各类管路附件组成的成套设备。其相对于单台液环真空泵而言，安装更加方便。因工作液可循环使用，该系统大大减小了工作液的消耗和对环境的污染，因此在所抽除气体中有毒，所抽除气体含有有机溶剂等各种场合具有明显优越性。在大多使用场合均可采用液环真空泵闭路循环系统。
60.液环真空泵闭路循环系统工作液可采用多种介质：水，甲醇、乙醇、二甲苯、苯胺、丙酮等有机溶剂，变压器油等。
61.2bv型水环式真空泵6用途：
62.2bv型水环式真空泵6是用来抽吸空气和其它无腐蚀性、不溶于水、不含有固体颗粒的气体，以使在密闭容器中形成真空，吸入气体中允许含少量液体。由于在2bv型水环式真空泵6工作过程中气体的压缩过程是等温的，所以在压缩和抽吸易燃易爆气体时，不易发生爆炸，所以其应用更加广泛。2bv型水环式真空泵6亦可用于大型水泵的引水。作为压缩机使用时，其压力最大至0.26mpa(绝压)，可以完全取代往复式真空泵，所以经研究决定选用2bv型水环式真空泵6。
63.如图1所示，水气分离器5的出液口连接有污水处理槽4；污水处理槽4采用现有的污水处理设备，此处不再详细介绍。
64.水气分离器5的出气口连接有气体过滤装置；其中水气分离器5采用现有的水气分离器5，此处不再详细介绍。
65.如图2至图4所示，气体过滤装置包括：箱体81，可拆卸安装在箱体81内的过滤板83、紫外线消毒灯84；
66.箱体81内设有第一空腔801，第一空腔801顶部设有安装槽813，安装槽813内设有
插槽，插槽的宽度与过滤板83厚度相对应，过滤板83安装在插槽内；
67.第一空腔801顶部还设有矩形开孔815，紫外线消毒灯84安装在矩形开口处延伸至第一空腔801内。
68.安装槽813一端铰接安装有密封盖82，密封盖82的厚度与安装槽813深度相对应，安装槽813另一端设有第一安装板816，密封盖82一端设有与第一安装板816相对应的第二安装板，第一安装板816与第二安装板，通过螺栓固定，密封盖82将过滤板83密封在第一空腔801内。
69.过滤板83顶部设有拉环831，拉环831便于取出过滤板83，密封盖82底部设有与拉环831相对应的凹槽821，当密封盖82盖上时，拉环831位于凹槽821内，防止由于拉环831的支撑造成密封盖82的密封性差，以及过滤板83与密封盖82之间留有缝隙不利于气体的过滤；
70.此处的密封盖82底部设有橡胶密封，与过滤板83顶部紧密贴合，防止气体从顶部飞出。
71.矩形开孔815内设有多个第一螺栓孔，紫外线消毒灯84上设有多个与第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔，紫外线消毒灯84通过螺栓固定在箱体81上。
72.紫外线消毒灯84为集成的消毒灯，只是形状为矩形，矩形可根据实际使用，制造相关的磨具即可，均采用现有技术，以及紫外线消毒灯84的内部结构均采用现有技术；
73.紫外线消毒灯84顶部设有把手，便于紫外线消毒灯84的拆卸。
74.箱体81内还设有第二空腔802、第三空腔803、第四空腔804，第二空腔802内安装有第一鼓风机87，第一鼓风机87进气口延伸至第一空腔801内，第一鼓风机87的出气口延伸至第三空腔803内；
75.第三空腔803内安装有多个喷头88，第三腔顶部安装有剂液配置箱85，剂液配置箱85与对个喷头88连接；
76.第四空腔804内安装有第二鼓风机86，第二鼓风机86的进气口延伸至第三空腔803内，第二鼓风机86的出气口与箱体81的出气口连接。
77.当气体在箱体81进气口进入后，经过过滤网进行过滤后紫外线消毒灯84对气体进行消毒，然后第一鼓风机87将消毒后的气体吸入第三空腔803内，第三空腔803内的喷头88打开，喷雾内含有制剂，与气体进行反应后，第二鼓风机86将反应后的气体吸走排出箱体81外，此过程已将气体进行完全消毒，排出的气体为净化后的气体；
78.第三空腔803底部设有排水孔，图中并未画出，喷雾落入第三腔内的制剂通过排水孔排出。
79.对红磷及砷的特性的介绍，以便于制剂的配置，制定解决方案：
80.砷理化特性：理化性质砷(as)元素有灰、黄和黑色三种同素异形体，质脆而硬，具有金属性。原子量74.92，密度5.73g/cm3(14℃)，熔点817℃，沸点615℃，可升华，不溶于水。砷在潮湿的空气中易被氧化生成三氧化二砷(as2o3)，易升华(193℃)。空气中加热后会氧化，产生剧毒的三氧化二砷(砒霜)，为白色粉末，微溶于水，致死量0.1g。
81.砷与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂，与许多种的合金中。尤其化合物三氧化二砷被称为砒霜，是种毒性很强的物质，综上所述
82.砷及砷化合物被列入有毒有害水污染物名录。所以对砷的防护及处理非常重要。
83.2.2.2红磷理化特性：
84.红磷(phosphorus red)又名赤磷。
85.外观与性状：紫红色无定形粉末，无臭，具有金属光泽，暗处不发光。
86.熔点(℃)：590(4357kpa)
87.沸点(℃)：280
88.相对密度(水＝1)：2.34
89.相对蒸气密度(空气＝1)：4.77饱和蒸气压(kpa)：4357(590℃)
90.临界压力(mpa)：8.1
91.辛醇/水分配系数的对数值：
‑
0.27
92.引燃温度(℃)：260
93.爆炸上限％(v/v)：无资料
94.爆炸下限％(v/v)：48～64mg/m3
95.溶解性：不溶于水、二硫化碳，微溶于无水乙醇，溶于碱液。
96.2.2.3主要用途：红磷可用于半导体工业作扩散源、有机合成和制造火柴，也用作杀虫剂、杀鼠剂、焰火和烟幕弹等。
97.了解了这些特性，对于针对性的解决危害源头，及时处理，消除隐患起到决定性作用。如何将这些危险源消除或者分解，变成安全无危险的液态或固态才是最终的目的。
98.具体处理过程如下：
99.工作时，当第一气动阀12打开时，第三气动阀13关闭，则第一抽真空子系统进行工作，第一真空泵2吸取真空炉1内的气体，使真空炉1内的真空值达到要求后关闭第一气动阀12即可，第一真空泵2将抽取的气体传送至集中排气管道3内，通过第二真空泵7抽取集中排管道内的气体传送至水气分离器5中进行分离处理。
100.当第一气动阀12关闭时，第三气动阀13打开，第二抽真空子系统打开，水环式真空泵6内装入制剂，水环式真空泵6吸入真空炉1内的气体在泵内进行反应，反应后的气体传送至水气分离器5中进行水气分离；
101.气体进入水气分离器5后进行水气分离，水分通过水气分离器5底部的出水口流出至污水处理槽4内进行处理，气体通过水气分离器5的出气口进入气体过滤装置进行过滤，气体通过箱体81进气口进入箱体81内，经过过滤板83进入第一空腔801内，紫外线消毒灯84对气体进行消毒后，通过第一鼓风机87将过滤的气体吸入第三空腔803，喷雾与气体进行反应后，滴落的水滴通过第三空腔803的底部排水口排出，气体通过第二鼓风机86吸走排出。
102.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。