CN101046353A - 平板材料的加热方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板材料(例如玻璃板)的加热方法和装置，以实现平板材料后续热处理工艺过程中(例如玻璃的成形、钢化)所必需的重要环节—平板材料的均匀加热。本发明装置中主要包括耐高温风机、加热器、主风管、吹风管、输送辊道、加热炉机架、保温材料、保温材料护板等。当平板材料在辊道的输送下进入加热炉炉膛后，耐高温风机将经过加热的热空气连续不断地吹向平板材料的上下表面，直至该平板材料达到所需要的温度后，将其输送出炉。整个加热过程中，平板材料一直处于单向或往复运动。本发明具有加热均匀，加热时间短，大大减小了加热过程对玻璃表面的损伤，控温容易，加热装置结构简单的优点。

Description

平板材料的加热方法和装置

技术领域

本发明涉及一种平板材料(例如玻璃板、其它非金属板或金属板)的加热方法和装置，以实现平板材料后续热处理工艺过程中(例如玻璃的成形、钢化)所必需的重要环节——平板材料的均匀加热。

背景技术

传统的对流加热炉有以下两种形式：

1)吹风管及其内腔处的加热元件沿纵向(与玻璃运动方向平行)均匀排布于玻璃的上下表面附近，热循环风机所产生的气流先流经这些加热元件，再从吹风管上的风眼上吹出，吹到玻璃表面上，每根吹风管吹出的气流温度取决于每个纵向排布的加热元件的温度大小。

2)还有一种对流加热炉是在辐射加热炉的基础上增加一排沿横向(与玻璃运动方向垂直)均匀排布的热风管道，热循环风机所吹出来的风不经过加热元件而直接吹向玻璃表面。加热元件与热风管相互独立地均匀排布于玻璃的上下表面附近。

上述两种加热炉可以简单描述为：均匀排布的加热元件对玻璃板进行辐射加热的同时，从吹风管吹出的热风也对玻璃板进行对流加热，因而可以称其为辐射对流加热炉。这种加热炉具有以下几方面的缺点：

1)上述加热炉是将均匀排布的加热元件分成很多小的区域，每个小的区域内均设置有一个或多个温度测控元件对其温度进行测控，由于测温点较多，整个温度测控系统变得较为复杂，要实现精确控温比较困难；

2)由于辐射与对流并存，玻璃所吸收的一部分热量是通过辐射传热所得，而辐射传热比对流传热的速度慢，因此在同等的加热元件温度下，要使玻璃达到同样的温度则需要较长的加热时间，而这种较长的加热时间则会使玻璃表面光学质量受到更多的损伤。

3)炉膛内既有均匀排布的加热元件、辐射元件，也有用于对流加热的管路系统，结构组成较为复杂，每一个组成件都有可能出现高温脱落或氧化掉渣现象，使得保持炉膛内腔清洁变得难于实现，而这种清洁程度会直接影响玻璃的表面光学质量。

发明内容

本发明的目的就是提供一种平板材料的加热方法和装置，以解决现有辐射对流炉加热需要较长的加热时间(在同等加热元件温度下)，而这种较长的加热时间则会使玻璃表面光学质量受到更多的损伤；并解决辐射对流炉控温点多、结构复杂，难于实现精确控温和保持炉膛内腔清洁的问题。

本发明的技术方案是：一种平板材料的加热方法，其特征在于：将欲加热的平板材料用输送辊道承载穿入一炉体，并使该平板材料在炉体内缓慢单向移动，或往复移动若干次；用风机将热风均匀地吹向所述的平板材料的上下表面，直至平板材料升温至预定值后，将其从所述的炉体内送出；所述的热风在风机的作用下形成循环；所述的输送辊道可以保证加热过程中，被加热的平板材料始终处于运动状态；在整个加热过程中，平板材料完全依靠强制对流方式或主要依靠强制对流方式被加热。

一种所述的平板材料的加热方法所使用的加热装置，包括炉体、输送辊道和加热器，多根输送辊道水平转动安装在炉体内并贯穿于炉体两侧，加热器设在炉体内，输送辊道配备有驱动装置，该驱动装置能够带动输送辊道转动，输送辊道的上面用于放置玻璃，并带动玻璃单向或往复运动，其特征在于：在所述的输送辊道的上下方的邻近处分别装有覆盖于整个输送辊道水平面的吹风头，在该吹风头朝向输送辊道上表面的一侧设有许多按一定规则排布的风眼，各个吹风头以等间距均匀排列于输送辊道的上下表面；在所述的炉体内部或外部装有风机，该风机出风口所吹出的风通过主管道分配到各吹风头，该风机的进风口与所述的炉体内部连通，形成循环风路；在该风机的出风口管道内或循环风路内集中安装有所述的加热器，风机将经过加热器加热的热气流强制压入吹风头，并通过风眼均匀地吹到输送辊道上的玻璃上下表面。

将炉膛内的热源集中在几个加热器之中，由布置在炉膛内的热循环风机将通过加热器的热气流源源不断地吹向玻璃上下表面，从而实现对玻璃的加热。加热元件集中在几个体积相对较小的加热器之中，加热器布置在离玻璃表面相对较远的位置，吹风管采用导热系数很低的材料(例如陶瓷)制成，因而加热元件及吹风管对于玻璃的辐射传热作用非常微弱。

本发明的有益效果是：依靠吹向玻璃表面的热气流实限对玻璃的加热。具有加热均匀，加热时间短，大大减小了加热过程对玻璃表面的损伤，控温容易，炉内装置结构简单的优点。

本发明主要用于加热玻璃，亦可用于加热其它平板材料。下面以加热玻璃为例，结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明加热装置的横截面(即剖切面与被加热件移动方向垂直)剖视结构示意图；

图2为加热炉内部结构示意图(图2与图1相同，只是标记不同)；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是本发明装置的热风循环示意图(图1的局部)；

图5是玻璃加热原理示意图。

附图标记说明：炉体B、主风管1、加热器2、风机3、风机进风口31、风机动力装置固定架4、加热炉机架5、保温材料护板6、保温材料层7、侧壁纵梁8、吹风头9、平板玻璃10、输送辊道11、侧部拉杆12、上下部拉杆13、加热元件14、蜗壳固定杆件15、叶轮16、动力装置(电机)17、主轴18、蜗壳19、主风管进风口20、机架横梁21、风眼22；图1、图4和图5中的小箭头表示炉膛内热风的流动方向。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明的加热方法是：将欲加热的平板玻璃10用输送辊道11承载穿入一炉体B，并使该平板玻璃在炉体内缓慢单向或往复移动若干次；用风机3将热风均匀地吹向所述的平板玻璃10的两侧，直至平板玻璃10升温至预定值后，将其从所述的炉体B内送出；热风在所述的风机3的作用下在炉体内形成内部循环；所述的输送辊道11可以保证加热过程中，被加热的平板玻璃10始终处于运动状态。玻璃10可以从另一端输出(也可从进入口输出)。

所述的炉体B由外壁、内壁表面的保温材料保护板6以及夹在该外壁与内壁保护板之间的保温材料层7构成。所述的内壁表面的保护板是一层在高温气流冲刷下抗氧化、不脱落的保温材料护板，例如耐热钢板。

本发明装置中主要包括耐高温风机3、加热器2、主风管1、吹风头9、输送辊道11、加热炉机架5、保温材料7、保温材料护板6等。当平板玻璃10在辊道的输送下进入炉体B的炉膛后，耐高温风机3将经过加热的热空气连续不断地吹向平板玻璃10的上下表面，直至该平板玻璃达到所需要的温度后，将其输送出炉。

整个加热过程中，平板材料一直处于运动状态之中(单向或往复运动)。

本发明的加热方法和装置中玻璃10的吸热是通过两种热传递方式实现的：一种是玻璃的支撑辊道11对玻璃下表面的接触传热，即热传导，这种热传递方式在玻璃进炉后很短时间内便已完成，之后支撑辊道11的温度急剧下降，热传导作用逐渐减弱，直至完全消失。玻璃10通过热传导方式所吸取的热量占总热量的比例很小。另一种是具有一定风压的热气流喷射到玻璃上下表面所产生的对流加热，这种加热方式贯穿于从玻璃进炉到加热完毕后的全过程之中，是玻璃加热过程中的主要传热方式。

由于加热元件集中在几个体积相对很小的加热器2之中，加热器2布置在离玻璃表面相对较远的位置，因而加热元件对于玻璃的辐射传热作用非常微弱。

耐高温风机3是一种离心式风机，其中叶轮16、蜗壳19、主轴18、蜗壳固定杆件15均暴露在炉膛之内，主轴18穿过铺设在炉膛内部的保温材料7与布置在炉膛外部的动力装置(电机)17相联，主轴18与保温材料7孔之间的间隙很小，因此通过主轴与其周围的间隙向外散失的热量很小。蜗壳19则是通过几根固定杆件15与外部相联并固定，通过这些固定杆件15向外部的热量散失也很小。因此，耐高温风机3的安装并不影响加热炉的保温性能。

风机3的动力装置(电机)17固定在一个独立的固定架4上，这个固定架跨过炉体顶部或底部固定在炉体的侧壁纵架8上，而风机的蜗壳19则是通过固定杆件15固定在顶部或底部，这样避免了蜗壳19与动力装置17及主轴18的直接关联，使得风机3在运行过程中所产生的振动不能直接传递到蜗壳19及内部风路管道上，进而有效地抑制了由于振动所引起的内部掉渣现象。

风机的动力装置17采用自动控制器(例如电机变频器)对其转速进行控制，这样可以方便地控制炉膛内各个区域的温度，有效地满足不同品种玻璃或其它平板材料的加热要求。

风机3的进风口31与炉膛空间相联，在对玻璃10进行加热的时候，风机3会吸入炉膛内的低温空气，再对这些低温空气进行增压后输送至加热器2及后续的管路之中。

耐高温风机3暴露在炉膛内的各组成件均采用抗变形、抗氧化脱落的材料(例如高温合金)制成，因而有效的解决了风机3本身产生振动及氧化掉渣的问题。

上述风机3的固定方式及其结构性能特点只是众多形式中的一种，实际设计当中还可以采用许多不同的方式来实现，例如风机不是放置在顶部和底部，而放置在侧部；或者直接放置在炉膛外部；风机不采用离心风机而采用轴流风机，风机的动力装置与风机蜗壳直接联成一体，而将壳体与管路之间采用软联接或弹性联接，均可消除或减弱内部管路的振动现象。但不管采用上述何种方式的风机，只要是为了实现平板材料的纯对流加热或以对流为主的加热均属于本发明技术的特征之列。

本发明装置中的热源是由一组体积相对较小的加热器2组成，每个加热器均安装在所对应的耐高温风机的出口管路之中，通过风机增压的低温气流在流经加热器2的时候，会吸收加热器所产生的热量而变成高温气流，这种增压的高温气流进而通过后续的管路喷向玻璃板，从而对其加热。

加热器2由许多加热元件14组成，每个加热元件14的几何轴线与风机3出口的气流方向垂直，每个加热元件14之间在气体的流动方向呈相邻错位排列，这样可以保证气流在通过加热器2的时候，能够流经每一个加热元件，而每一个加热元件均能以尽可能大的面积与气流相接触。

加热器2的外壳前端与风机3的出口相联，后端与主风管1相联。

加热器2的结构形式还可以采用其它的方式实现，例如布置在风机3的进风口风道中或布置在炉膛外部。而只要是集中加热，采用通过该加热器的热空气对平板材料特别是玻璃板进行加热，均属本装置的技术特征之列。

如图1所示，主管道1布置在炉膛两侧，其进风口与加热器相联，出风口与各吹风头9相联，通过加热器2的热气流通过主管道1分配到各吹风头9。为了保证分配到各个吹风头9的气体流量的均匀性，主管道1的容积应设计的足够大，从理论上来说，主管道1的容积越大越好，但由于实际结构所限，只要取一个合适的值即可满足生产要求。

实际设计中主风管1也可以设置在炉膛内的其它位置(例如炉膛中部)，甚至可以设置在炉膛外部，均可实现上述功能，因而也包含在本装置的技术特征之中。

如图3所示，吹风头9布置在玻璃10的上下表面附近，中间布置有输送玻璃用的辊道11。在炉膛的长度方向，各个吹风头以等间距均匀排列于玻璃10的上下表面；在炉膛的宽度方向，各个吹风头9均呈横向于玻璃行进方向排列于玻璃10的上下表面。各个吹风头9配有许多按一定规则排布的风眼22(参照图5)，实际生产过程中，热气流通过这些风眼22喷射到玻璃的上下表面，由于玻璃10是在运动状态下被热气流加热，因而玻璃10表面上各个点都会均匀吸热。

实际设计当中吹风头9的排布也可以采用其它方式来实现，例如可以沿着平行于玻璃10的行进方向排列，或者沿着既不垂直于玻璃10行进方向也不平行于玻璃10行进方向的倾斜方向排布，均属该装置的技术特征之列。

输送辊道11在其传动机构及驱动装置(未图示)的驱动下按预先设定的速度单向旋转或变换旋向运转，承载于其上的玻璃10可以实现单向运行或往复运行。

上述布置在炉膛内的各组成件均采用抗氧化、不脱落材料制成，因此有效地避免了炉膛内部掉渣现象。炉膛内腔表面的保温材料护板6可以选用抗气流冲刷、不脱落掉渣的优质保温材料，也可以选用抗高温氧化的金属材料贴附在内膛表面。

本发明的加热原理可以简单地描述如下：耐高温风机将通过加热器的热空气输送至主风管，再由主风管分配到各个吹风头，通过吹风头上的小风眼喷射到玻璃表面上，由于各个小风眼吹出的空气温度基本相同，流量大小相近，玻璃又处于连续不断的运动中，因而实现了对玻璃的均匀加热，参照图4、图5。

本发明还具有以下特点：

1、这种方法可以有效地满足平板玻璃材料的后续热处理工艺要求。

2、本发明的加热装置可以有效地满足平板玻璃弯曲钢化工艺过程中的加热要求，可以实现在同等加热元件温度和同等玻璃出炉温度下比以往更短的加热时间。加热时间的缩短不仅仅提高了钢化玻璃的生产效率，更主要的是减轻了玻璃表面损伤程度，提高了玻璃表面光学质量。

3、本发明的加热装置可以以较低的加热器温度对玻璃进行加热，因而降低了玻璃表面损伤程度，提高了玻璃表面光学性能。

4、本发明的加热装置结构较为简单，炉膛内的温度控制只需要对几个加热器的温度及几台风机的转速进行控制即可，因而温度控制简单，精确控制温度易于实现。

5、本发明的加热装置可以简单有效地实现低辐射镀膜玻璃的均匀加热，消除传统加热炉容易产生的白雾、翘曲、波浪等缺陷。

6、本发明的加热装置可实现生产的自动化控制，以低成本生产钢化玻璃。

Claims (8)

1、一种平板材料的加热方法，其特征在于：将欲加热的平板材料用输送辊道承载穿入一炉体，并使该平板材料在炉体内缓慢单向移动，或往复移动若干次；用风机将热风均匀地吹向所述的平板材料的上下表面，直至平板材料升温至预定值后，将其从所述的炉体内送出；所述的热风在风机的作用下形成循环；所述的输送辊道可以保证加热过程中，被加热的平板材料始终处于运动状态；在整个加热过程中，平板材料完全依靠强制对流方式或主要依靠强制对流方式被加热。

2、一种权利要求1所述的平板材料的加热方法所使用的加热装置，包括炉体、输送辊道和加热器，多根输送辊道水平转动安装在炉体内并贯穿于炉体两侧，加热器设在炉体内，输送辊道配备有驱动装置，该驱动装置能够带动输送辊道转动，输送辊道的上面用于放置玻璃，并带动玻璃单向或往复运动，其特征在于：在所述的输送辊道的上下方的邻近处分别装有覆盖于整个输送辊道水平面的吹风头，在该吹风头朝向输送辊道上表面的一侧设有许多按一定规则排布的风眼，各个吹风头以等间距均匀排列于输送辊道的上下表面；在所述的炉体内部或外部装有风机，该风机出风口所吹出的风通过主管道分配到各吹风头，该风机的进风口与所述的炉体内部连通，形成循环风路；在该风机的出风口管道内或循环风路内集中安装有所述的加热器，风机将经过加热器加热的热气流强制压入吹风头，并通过风眼均匀地吹到输送辊道上的玻璃上下表面。

3、根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于：所述的炉体由外壁、内壁表面的保护板以及夹在该外壁与内壁保护板之间的保温材料层构成；所述的内壁表面的保护板是一层在高温气流冲刷下抗氧化、不脱落的保温材料护板。

4、根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于：所述的风机采用耐高温的离心式风机(3)，由叶轮(16)、蜗壳(19)、动力装置(17)、和主轴(18)构成，蜗壳通过固定杆件(15)与所述的炉体固定，主轴穿过炉体与布置在炉体外部的动力装置(17)相联；所述的动力装置为电机，固定在一个独立的固定架(4)上，该固定架跨过炉体顶部或底部固定在炉体的侧壁纵梁(8)上。

5、根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于：所述的风机也可采用为轴流风机。

6、根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于：所述的加热器是由一组按一定规则排列的加热元件组成，每一个加热元件的几何轴线均与气流方向垂直，前后相邻的加热元件错位排列。

7、根据权利要求4、5或6所述的加热装置，其特征在于：所述的炉体内的温度控制通过控制所述的加热器的温度及各个风机的转速来实现。

8、根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于：所述的风机的动力装置与风机蜗壳分体安装固定或风机壳体与管路采用软连接或弹性连接，使得耐高温风机高速旋转所产生的振动不能直接传递到炉膛内部的管路之中。

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