CN101148311B - 气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺，属石英玻璃熔制技术领域。它由氢氧燃烧器、熔炉、环形格子砖排烟道、炉座和拉制机构成。熔炉内装有一熔池，熔池由圆柱和倒圆台形状构成，熔池的下部与成型口联接，成型口的形状可以制成圆形，也可以制成非圆形。其熔制工艺由准备工作；预热熔炉炉膛、熔池和成型口；给料；拉锭；及切锭五个步骤构成。它是采用在熔炉内设置熔池和成型口，原料先在熔池内熔化后再经成型口拉出成锭，既可以制造圆形或非圆形截面的成锭，又能实现连续生产。解决了现有气炼熔炉只能单个锭间断生产，且不能制造非圆形截面成锭的问题。大大地提高了熔炉的热效率，且成锭外观和内在质量均有显著提高。

Description

气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺

技术领域：

本发明涉及一种气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺，属石英玻璃熔制技术领域。

背景技术：

目前使用的气炼熔制透明石英玻璃锭的方法，是在一个下部开放的熔炉内用氢氧燃烧器加热底锭并向其送料，使原料沉积在底锭上，同时使底锭下降形成圆柱形熔锭(参见附图1)。采用此种熔制方法制成的熔锭其内在质量、外观表面和生产成本主要取决于熔炉和制锭机的结构，而目前所使用的熔炉存在如下缺点。1.存在熔锭内在质量和外观质量对熔炉成型条件的矛盾要求，若希望成锭内在质量好，主要是气泡少，就要求炉温高；然而，过高的炉温又会使成锭外观波纹加大，很不规则，为后面的加工增大工作量，增加生产成本。2.只能制造圆形截面的成锭，不能制造非圆形截面的成锭。3.只能一个锭一个锭地单个间断生产，但由于拆下成锭和放上底锭必须先降温再升温，使得能源浪费大。4.炉子是下部开放式的，锭与炉膛之间的环形空隙造成很大的辐射散热，也会浪费大量能源。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种克服现有气炼熔炉只能单个锭间断生产，且不能制造非圆形截面成锭的不足；采用在熔炉内设置熔池和成型口，原料在熔池内熔化后再经成型口拉出成锭；既可以制造圆形或非圆形截面的成锭，又能实现连续生产的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺。大大地提高熔炉的热效率，且成锭外观和内在质量均有显著提高。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备由熔炉、炉座和拉制机构成，所述的熔炉由炉膛、熔池、成型口、观察孔、环形格子砖排烟道、保温砖、保温毡和钢制炉壳制成；由保温砖、保温毡和钢制炉壳制成的炉体装在炉座上部，炉体内装有炉膛，炉膛的顶部装有氢氧燃烧器，观察孔装在炉膛的中部，炉膛的内表面呈抛物面形状，其特征在于：炉膛下部通过环形格子砖排烟道固定有一熔池，熔池的中部设置有成型口，成型口的上部设置有由圆柱和倒圆锥台构成的空腔，成型口的形状制成圆形，或制成非圆形，成型口的下部设置有圆锥台形出口。

上述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备的熔制工艺由下述的步骤构成：

第一步：准备工作；用拉制机上的上横臂和中横臂上的卡盘同时夹紧一个形状与熔池成型口的形状相符合的基础锭，并将基础锭升高到炉底板附近，同时将料仓内装满原料；

第二步：预热熔炉炉膛、熔池和成型口；首先向氢氧燃烧器通入少量氢氧气对炉子的炉膛、熔池和成型口进行预热，氢氧气总量由每小时3标准立方米逐步增加，增加的方法是观察炉温，先快速升温到800℃，然后按照每小时10-20℃的升温速度将炉温预热到1400℃，当炉温达到1400℃时迅速升温，使炉温最终稳定并控制为1700℃，总预热时间不少于50小时；最后稳定的氢氧气总量为每小时30标准立方米，氢氧气比例为2比0.9；预热期间，缓慢升起基础锭到成型口以上。

第三步：给料；当炉温达到1400℃时逐渐向基础锭上给料，开始时给料量为每分钟8-15克，当从观察孔看到原料熔化情况良好，锭面光滑透明，无气泡时，结合炉温的继续升高，增加给料量达到每分钟20-25克；

第四步：拉锭；当原料被充分熔化并充满熔池时，让上横臂和中横臂开始下降，使熔体随基础锭被逐渐拉出成型口，形成成锭；当下降到设定距离时，上横臂上的卡盘松开，上横臂向上复位，而此时中横臂继续向下拉引；当上横臂复位达到起始点后，又将成锭夹紧并向下拉引时，中横臂上的卡盘松开，中横臂向上复位；复位达到起始点时又将成锭夹紧向下拉引，上横臂上的卡盘又再次松开，上横臂复位，如此反复拉引；

第五步：切锭；当反复拉引达到所需长度时，切割横臂上的卡盘将成锭夹紧，并与上横臂和中横臂同步向下运动，同时通过切割横臂上的切割装置将成锭切断，反复上述过程进行透明石英玻璃锭的连续熔制生产。

所述的炉座的一侧装有拉制机，拉制机上装有上横臂、中横臂和切割横臂，上横臂、中横臂和切割横臂的端部装有与炉体中心同心的卡盘，切割横臂上装有切割装置。

所述的环形格子砖排烟道通过管道与排风机相连，环形格子砖排烟道的中部设置有一圆台形的通孔；熔池的成型口周围设置有排气口。

所述的熔池和卡盘绕熔炉中心以同步速度旋转。

所述的拉制机上的上横臂、中横臂和切割横臂为独立的上下运动，但向下的拉制运动速度是同步的。

所述的氢氧燃烧器安装1-6个。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

本发明由于在炉膛内设置了熔池和成型口，迫使原料在熔池内熔化并经过成型口拉出成锭，克服了现有熔炉存在的上述不足，使成锭外观均匀，内在质量好，气泡少，熔炉的辐射热损失大大减少，热效率显著提高。成锭的形状与尺寸由成型口决定，不仅可以制造圆形截面的成锭，而且可以制造多边形，矩形等各种非圆形截面形状的成锭。拉制机下部设置有切割装置，可以将拉下的成锭以设定的长度切割下来，因此可以进行连续生产，大幅度提高生产效率，降低生产成本，且生产工艺简单。

附图说明：

图1为现有气炼熔制透明石英玻璃锭的熔炉的结构示意图；

图2为本发明气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备的结构示意图；

图3为熔池的结构示意图。

图2、3中：1、氢氧燃烧器，2、炉膛，3、观察孔，4、排气口，5、环形格子砖排烟道，6、上横臂，7、中横臂，8、切割横臂，9、切割装置，10、成型口，11、熔池，12、保温毡，13、保温砖，14、炉座，15、拉制机，16、卡盘，17、钢制炉壳，18、基础锭。

具体实施方式：

该气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备由氢氧燃烧器1、炉膛2、观察孔3、排气口4、环形格子砖排烟道5、上横臂6、中横臂7、切割横臂8、切割装置9、成型口10、熔池11、保温毡12、保温砖13、炉座14、拉制机15、卡盘16及钢制炉壳17构成(参见附图2-3)。保温砖13、保温毡12和钢制炉壳17制成的炉体装在炉座14的上部，其内装有炉膛2，炉膛2的顶部装有一个氢氧燃烧器1，炉膛2的中部装有观察孔3。炉膛2的内表面呈抛物面形状，炉膛2下部通过环形格子砖排烟道5固定有一用楔形锆砖砌筑的熔池11，熔池11中部开有一成型口10，成型口10周围制有排气口4，以便排出燃烧后的废气。炉座14的一侧装有拉制机15，拉制机15上装有上横臂6、中横臂7和切割横臂8，切割横臂8上装有切割装置9。三个横臂可以独立地上下运动，但运动速度是由控制程序统一控制的，向下拉制的运动速度由物料平衡确定，三个横臂向下的运动速度是同步的。环形格子砖排烟道5的中部开有圆台形的排废气通孔，并与排风机用管道相连，排风机采用变频调速电机驱动。上横臂6、中横臂7和切割横臂8的端部装有与炉体中心同心的卡盘16，卡盘16和熔池11可以绕炉体中心以相同的速度转动。

本发明是用氢氧气为能源的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其上安装的氢氧燃烧器1带有送料管和料仓，将二氧化硅或其他含硅原料送入燃烧的火焰中，喷吹到基础锭18上。当熔制直径大于300mm的熔锭时，最好安装3个以上的氢氧燃烧器1同时加热。炉膛2和熔池11部分均采用耐高温的氧化锆砖制成，外面装有轻质氧化铝材料制成的保温砖13和硅酸铝纤维毡制成的保温毡12，最外层装有钢制炉壳17。

该气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备的熔制工艺按照如下步骤进行：

第一步准备工作；用拉制机15上的上横臂6和中横臂7上的卡盘16同时夹紧一个基础锭18，基础锭18的形状应该与熔池11的成型口10的形状相符合。并将基础锭18升高到炉底板附近。同时将料仓(图中未画出)内装满原料。

第二步预热熔炉炉膛2、熔池11和成型口10；首先向氢氧燃烧器1通入少量氢氧气对炉子进行预热，氢氧气总量由每小时3标准立方米逐步增加，增加的方法是观察炉温，先快速升温到800℃，然后按照每小时10-20℃的升温速度将炉温预热到1400℃。当炉温达到1400℃时就可以迅速升温，使炉温最终稳定并控制为1700℃，总预热时间应不少于50小时。最后稳定的氢氧气总量为每小时30标准立方米。氢氧比例为2比0.9。预热期间，缓慢升起基础锭18到成型口10以上。

第三步给料；当炉温达到1400℃时就逐渐向基础锭18上给料，开始时给料量为每分钟8-15克，当从观察孔看到原料熔化情况良好，锭面光滑透明，无气泡时，结合炉温的继续升高增加给料量到每分钟20-25克。稳定的炉温应该达到并控制为1700℃。

第四步拉锭；当原料被充分熔化并充满熔池11时，让上横臂6和中横臂7开始下降，熔体就被逐渐拉出成型口10，形成成锭。横臂的下降速度是根据物料平衡原则确定的。

横臂的下降速度按照下式计算：

V＝G/Aρ

式中，V——下降速度(厘米/分)

G——给料速度(克/分)

A——成锭截面积(平方厘米)

ρ——石英玻璃密度(克/立方厘米)

当下降到设定距离时，控制程序命令上横臂6上的卡盘16松开，并向上复位，而此时中横臂7继续向下拉引。当上横臂6复位达到起始点后，又将成锭夹紧并向下拉引时，控制程序命令中横臂7上的卡盘16松开，中横臂7向上复位。同样，复位达到起始点时又将成锭夹紧向下拉引。上横臂6上的卡盘16又再次松开，上横臂6复位，如此反复拉引。

第五步切锭；当反复拉引达到所需长度时，控制程序命令切割横臂8上的卡盘16将成锭夹紧，并同步向下运动，同时启动切割程序，通过切割横臂8上的切割装置9将成锭切断。

如此反复上述过程就可以进行透明石英玻璃锭的连续熔制生产。

Claims (8)

1.一种气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，它由熔炉、炉座(14)和拉制机(15)构成，所述的熔炉由炉膛(2)、熔池(11)、成型口(10)、观察孔(3)、环形格子砖排烟道(5)、保温砖(13)、保温毡(12)和钢制炉壳(17)制成；由保温砖(13)、保温毡(12)和钢制炉壳(17)制成的炉体装在炉座(14)的上部，炉体内装有炉膛(2)，炉膛(2)的顶部装有氢氧燃烧器(1)，观察孔(3)装在炉膛(2)的中部，炉膛(2)的内表面呈抛物面形状，其特征在于：炉膛(2)下部通过环形格子砖排烟道(5)固定有一熔池(11)，熔池(11)的中部设置有成型口(10)，成型口(10)的形状制成圆形，或制成非圆形。

2.一种用于权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备的熔制工艺，其特征在于：它由下述的步骤构成：

第一步：准备工作；用拉制机(15)上的上横臂(6)和中横臂(7)上的卡盘(16)同时夹紧一个形状与熔池(11)的成型口(10)的形状相符合的基础锭(18)，并将基础锭(18)升高到炉底板附近，同时将料仓内装满原料；

第二步：预热熔炉炉膛(2)、熔池(11)和成型口(10)；首先向氢氧燃烧器(1)通入少量氢氧气对炉子的炉膛(2)、熔池(11)和成型口(10)进行预热，氢氧气总量由每小时3标准立方米逐步增加，增加的方法是观察炉温，先快速升温到800℃，然后按照每小时10-20℃的升温速度将炉温预热到1400℃，当炉温达到1400℃时迅速升温，使炉温最终稳定并控制为1700℃，总预热时间不少于50小时；最后稳定的氢氧气总量为每小时30标准立方米，氢氧气比例为2比0.9；预热期间，缓慢升起基础锭(18)到成型口(10)以上；

第三步：给料；当炉温达到1400℃时逐渐向基础锭(18)上给料，开始时给料量为每分钟8-15克，当从观察孔(3)看到原料熔化情况良好，锭面光滑透明，无气泡时，结合炉温的继续升高增加给料量达到每分钟20-25克；

第四步：拉锭；当原料被充分熔化并充满熔池(11)时，让上横臂(6)和中横臂(7)开始下降，使熔体随基础锭(18)被逐渐拉出成型口(10)，形成成锭；当下降到设定距离时，上横臂(6)上的卡盘(16)松开，上横臂(6)向上复位，中横臂(7)继续向下拉引；当上横臂(6)复位达到起始点后，又将成锭夹紧并向下拉引时，中横臂(7)上的卡盘(16)松开，中横臂(7)向上复位；复位达到起始点时又将成锭夹紧向下拉引，上横臂(6)上的卡盘(16)又再次松开，上横臂(6)复位，如此反复拉引；

第四步：切锭；当反复拉引达到所需长度时，切割横臂(8)上的卡盘(16)将成锭夹紧，并与上横臂(6)和中横臂(7)同步向下运动，同时通过切割横臂(8)上的切割装置(9)将成锭切断，反复上述过程进行透明石英玻璃锭的连续熔制生产。

3.根据权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的炉座的一侧装有拉制机(15)，拉制机(15)上装有上横臂(6)、中横臂(7)和切割横臂(8)，上横臂(6)、中横臂(7)和切割横臂(8)的端部装有与炉体中心同心的卡盘(16)，切割横臂(8)上装有切割装置(9)。

4.根据权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的环形格子砖排烟道(5)通过管道与排风机相连，环形格子砖排烟道(5)的中部设置有一圆台形的通孔；熔池(11)的成型口(10)周围设置有排气口(4)。

5.根据权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的熔池(11)和卡盘(16)绕熔炉中心以同步速度旋转。

6.根据权利要求3所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的拉制机(15)上的上横臂(6)、中横臂(7)和切割横臂(8)为独立的上下运动，但向下的拉制运动速度是同步的。

7.根据权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的熔池(11)的成型口(10)的上部设置有由圆柱和倒圆锥台构成的空腔，成型口(10)的下部设置有圆锥台形出口。

8.根据权利要求1所述的气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备，其特征在于：所述的氢氧燃烧器(1)安装1-6个。

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