CN103058525B - 一种超低膨胀微晶玻璃生产线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超低膨胀微晶玻璃生产线。所述超低膨胀微晶玻璃生产线主要由熔化炉、成型机、退火炉、晶化炉、输送装置及轨道组成，其中，熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉依次布置在轨道的一侧，输送装置设置在轨道上，以在熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间运动。根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，能够生产高品质的大规格微晶玻璃产品，该产品特别适用于激光导航设备的需求。

Description

一种超低膨胀微晶玻璃生产线

技术领域

本发明属于烧成设备技术领域，具体地讲，本发明提供了一种超低膨胀微晶玻璃的连续工业生产线，其产品属于锂铝硅系超低膨胀微晶玻璃的一种，特别适用于制造激光导航设备。

背景技术

超低膨胀微晶玻璃是指以Li₂O、Al₂O₃和SiO₂为主要成分的玻璃，经过严格的熔化、均化、澄清、退火及晶化处理后形成的以β-石英固溶体为主晶相的透明微晶玻璃。对于超低膨胀微晶玻璃，其独特的化学结构中负膨胀的β-石英固溶体的体积分数与正膨胀的剩余玻璃液的体积分数可以较好地匹配，因此可以使微晶玻璃的热膨胀系数控制在极小的范围内，甚至可实现微晶玻璃在某一温度范围内达到零膨胀。

微晶玻璃生产过程由熔化、退火和微晶化热处理三大步骤组成，其中，熔化工序是在1600℃进行的。超低膨胀微晶玻璃的整个生产工艺对设备机械制造水平、设备内衬的耐高温性、耐侵蚀性及设备的升温速度、保温精度、温度均匀性等熔制工艺设备条件有着极为苛刻的要求。目前的生产均是在实验室以手动操作方式，只能间歇式生产出极少量的实验室产品，而生产大尺寸的微晶玻璃较为困难，因无法实现连续的稳定生产，其产品的次品率较高，产品质量不能得到保证。

例如，公开号分别为CN1944300A、CN1847182A、CN101659518A和CN101538118A的四件发明专利申请均涉及微晶玻璃，但它们的技术内容主要是微晶玻璃的原料配方参数和工艺参数。因此，至今尚未有能实现连续生产适用于精密光学器件和现代航空领域的微晶玻璃工业生产线的报导。

发明内容

现有技术中尚无涉及适用于精密光学器件和现代航空领域的微晶玻璃的工业生产线，为此，本发明提供了一种连续生产超低膨胀微晶玻璃的工业生产线，能够生产高品质的大规格微晶玻璃产品，该产品特别适用于激光导航设备的需求。

本发明的一方面在于提供一种超低膨胀微晶玻璃生产线，所述超低膨胀微晶玻璃生产线主要由熔化炉、成型机、退火炉、晶化炉、输送装置及轨道组成，其中，熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉依次布置在轨道的一侧，输送装置设置在轨道上，以在熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间运动。

根据本发明的一方面，所述熔化炉主要由炉壳、炉衬、炉底、炉顶和发热元件组成，其中，炉壳可以采用碳钢焊接结构，炉衬可以采用轻质和刚玉质复合耐火材料结构，炉顶可以为活动炉顶的结构，炉底可以为能够升降和旋转的活动炉底的结构，发热元件采用MoSi₂材质。

根据本发明的一方面，可以在所述熔化炉中设置材质为莫来石-刚玉质的大型熔化坩埚，其中，熔化坩埚能够重复使用。

根据本发明的一方面，可以在所述熔化炉的炉顶上安装搅拌机构，以分别在熔化炉的上、中、下三个工位进行搅拌。

根据本发明的一方面，熔化炉的炉膛使用温度为1500℃~1700℃。

根据本发明的一方面，所述熔化炉可以为顶加料和底出料方式，其中，出料时可以由炉底支撑熔化坩埚，炉底可以在驱动机构的作用下缓缓下降完成出炉过程。

根据本发明的一方面，所述成型机主要由高温压板机构、高温抱卡、平行移动机构、液压升降平台和翻转倒料机构组成。

根据本发明的一方面，所述成型机的高温抱卡的内衬可以设置耐火材料，并且在高温抱卡的外部可以设置有环形底托和侧面抱卡，翻转倒料机构能够在0~175°的范围内任意调节。

根据本发明的一方面，所述退火炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度为300℃~600℃。

根据本发明的一方面，所述晶化炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度为600℃~950℃。

根据本发明的一方面，退火炉和晶化炉中的至少一种可以为一台或多台。

根据本发明的一方面，输送装置可以为摆渡车。

本发明的另一方面在于提供一种连续生产超低膨胀微晶玻璃的方法，所述方法包括熔化工序、均化工序、澄清工序、成型工序、退火工序和微晶化热处理工序，其中，熔化工序、均化工序和澄清工序在熔化炉内完成，成型工序由成型机完成，退火工序由退火炉完成，微晶化热处理由晶化炉工序完成，各工序之间的连接由轨道上的输送装置完成。

因此，根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，所有工序均可连续、自动完成，能够进行工业化连续生产。

另外，根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，能够生产高品质的大规格微晶玻璃产品，该产品特别适用于激光导航设备的需求。

附图说明

图1是示意性地示出了根据本发明实施例的超低膨胀微晶玻璃生产线的平面布置图。

图2是示出了根据本发明实施例的超低膨胀微晶玻璃生产线中的熔化炉的剖视图。

具体实施方式

为了实现超低膨胀微晶玻璃的工业化生产，本发明提供了一种能够实现连续生产的成套工业化生产线，由熔化炉、成型机、退火炉、晶化炉、输送装置及轨道等设备组成，输送装置和轨道的作用在于连接熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间的工序，使生产能够连续进行。

另外，本发明还提供了一种超低膨胀微晶玻璃的生产方法，该生产方法由熔化工序、均化工序、澄清工序、玻璃成型工序、退火工序和微晶化热处理工序组成。根据本发明，熔化、均化、澄清工序均在熔化炉内完成，玻璃成型工序由成型机完成，退火工序由退火炉完成，微晶化热处理工序由晶化炉完成，各工序之间的连接由轨道上的输送装置完成。

下面将详细地描述根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线和通过该生产线生产超低膨胀微晶玻璃的方法。

根据本发明，超低膨胀微晶玻璃生产线主要由熔化炉、成型机、退火炉、晶化炉、输送装置及轨道组成，其中，熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉依次布置在轨道的一侧，输送装置设置在轨道上，以在熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间运动。因此，通过轨道和输送装置连接熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间的装出料工序，使生产线能够连续生产。

在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线中，熔化炉主要由炉壳、炉衬、炉底、炉顶和发热元件组成。具体地讲，熔化炉的炉壳采用碳钢焊接结构，炉衬采用轻质和刚玉质的复合耐火材料结构，炉底为活动炉底的结构，使得炉底能够升降和旋转。为了搅拌系统维修方便，采用活动炉顶的结构。熔化炉的发热元件采用MoSi₂材质。

另外，在熔化炉的炉顶上安装特殊搅拌机构，在熔化炉的上、中、下三个工位进行搅拌，从而能够彻底根除在熔制过程（亦可称为“熔化工序”）中产生出气泡而导致的产品缺陷。炉膛的使用温度范围为1500℃~1700℃。根据本发明的一个实施例，炉膛的使用温度为1650℃。

此外，在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线的熔化炉中，在熔化炉内设置大型熔化坩埚，熔化坩埚采用莫来石-刚玉质坩埚，该熔化坩埚可重复使用，从而能够大大降低生产成本。

另外，在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线的熔化炉中，熔化炉为顶加料和底出料方式，其中，出料时由炉底支撑的熔化坩埚，炉底在驱动机构的作用下缓缓下降，由成型机的高温抱卡将高温的熔化坩埚抱走后，炉底在驱动机构的作用下迅速上升封住熔化炉的底部。这里，在公告号为CN201311181Y的实用新型专利中充分地公开了此处描述的高温抱卡，本申请将该实用新型专利的全部内容包含于此，以资参考。

在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线中，成型机的作用是将熔化炉中熔化坩埚内的高温玻璃熔液向诸如摆渡车的输送装置内的模具浇注成型。成型机属于高温出料装置，主要由高温压板机构、高温抱卡、平行移动机构、液压升降平台和翻转倒料机构五部分组成。具体地讲，高温抱卡的内衬为耐火材料，并且在高温抱卡的外部设置有环形底托和侧面抱卡；翻转倒料机构可在0~175°的范围内任意调节。成型机通过平行移动机构、液压升降平台和翻转倒料机构能够将高温坩埚抱住进行水平、上下移动及翻转动作，可以自如地将高温坩埚中的玻璃熔液倒入模具中，并实现了生产线设备中最关键工序的连续运转。

因此，根据本发明，在熔化炉执行的工序完成后，通过炉底带动炉内的熔化坩埚下降出炉，由成型机抱紧熔化坩埚使其翻转倾倒，完成玻璃熔液的模具浇注过程。在成型机的抱卡内部设置耐火材料，以保护熔化坩埚并延长熔化坩埚的使用寿命。

在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线中，退火炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度范围300℃~600℃。根据本发明的一个实施例，退火炉的长期使用温度为500℃。这里，在本发明的教导下，本领域技术人员可以根据工艺需要选择适合的退火炉。根据工艺需要，退火炉可以设置一台或多台。根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，由成型机浇注好的带料模具由输送装置沿轨道送入退火炉内，按设定的工艺曲线进行退火。根据本发明的一个实施例，输送装置可以为工厂常用的摆渡车。

在根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线中，晶化炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度范围为600℃~950℃。根据本发明的一个实施例，晶化炉的长期使用温度为950℃。这里，在本发明的教导下，本领域技术人员可以根据工艺需要选择适合的晶化炉。根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，在利用退火炉执行完退火工序后，带料模具在输送装置（例如，摆渡车）的作用下继续沿轨道运行进入晶化炉内，按照设定的工艺曲线进行晶化。根据生产工艺需要，晶化炉可以设置一台或多台。晶化工序完成后带料模具出炉，将模具拆卸后即可得到所需超低膨胀微晶玻璃成品。

这里，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以根据实际的生产需要选择适合尺寸的熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉。

根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，所有工序均可自动完成，能够满足连续工业化生产需求。

在下文中，将参照附图结合具体的实施例来描述根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线和使用其的生产方法。

图1是示意性地示出了根据本发明实施例的超低膨胀微晶玻璃生产线的平面布置图。图2是示出了根据本发明实施例的超低膨胀微晶玻璃生产线中的熔化炉的剖视图。

如图1所示，根据本发明该实施例的超低膨胀微晶玻璃的连续生产线由一台熔化炉1、一台成型机2、两台退火炉3和4、两台晶化炉5和6、轨道7及输送装置8组成，这里，输送装置8为摆渡车。熔化炉1的炉膛尺寸为Ф480mm×350mm，成型机2的尺寸为Ф600mm×540mm，退火炉3、4的炉膛尺寸均为650mm×550mm×350mm，晶化炉5、6的炉膛尺寸均为1500mm×1000mm×600mm。

在图1中虽然示出的退火炉和晶化炉均为两台，但是本发明不限于此。在本发明的教导下，本领域技术人员可以根据实际的生产工艺需要灵活地设置退火炉和晶化炉的数量。

下面将结合图1详细地描述利用根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线生产超低膨胀微晶玻璃的过程。

参照图1和图2，将制备好的原料从熔化炉1的炉顶加入到熔化炉1的熔化坩埚内，在熔化炉内完成熔化、均化、澄清及搅拌工序后，炉底10在驱动机构11的作用下缓慢下降，使熔化坩埚9出炉。此时，由成型机2的高温抱卡将熔化炉1的炉底上的熔化坩埚抱走并装入到成型机2中，然后，炉底在驱动机构的作用下迅速返回到熔化炉1以封住熔化炉1的底部，并且在成型机2的液压升降平台的作用下将熔化坩埚放置在成型机2内。

接着，通过成型机2使熔化坩埚内的玻璃溶液成型。成型完毕后，利用成型机2的平行移动机构、液压升降平台和翻转倒料机构的协同作用将熔化坩埚内的高温玻璃溶液倒入到预先停放在成型机2旁边的摆渡车8中的模具内。然后，摆渡车8装载着带料模具沿轨道7进入退火炉3或4（或者先后进入不同温度的退火炉3和4），并按照设定的退火工艺曲线进行退火。

在完成退火工艺后，摆渡车8装载着退火完成后的带料模具沿轨道7进入晶化炉5或6，按照设定的晶化工艺曲线完成晶化工艺后，摆渡车8装载着带料模具出炉，将模具拆卸后即可得到所需超低膨胀微晶玻璃成品。

因此，根据本发明，超低膨胀微晶生产线的所有工序均可自动完成，从而能够满足连续工业化生产需求，弥补了现有技术中尚无适用于精密光学器件和现代航空领域的微晶玻璃工业生产线的空白。

此外，根据本发明的超低膨胀微晶玻璃生产线，能够生产高品质的大规格微晶玻璃产品，该产品属于锂铝硅系超低膨胀微晶玻璃的一种，特别适用于激光导航设备的需求。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出各种形式和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述超低膨胀微晶玻璃生产线主要由熔化炉、成型机、退火炉、晶化炉、输送装置及轨道组成，其中，熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉依次布置在轨道的一侧，输送装置设置在轨道上，以在熔化炉、成型机、退火炉和晶化炉之间运动，

其中，熔化炉主要由炉壳、炉衬、炉底、炉顶和发热元件组成，炉壳采用碳钢焊接结构，炉衬采用轻质和刚玉质复合耐火材料结构，炉顶为活动炉顶的结构，炉底为能够升降和旋转的活动炉底的结构，发热元件采用MoSi₂材质，并且熔化炉为顶加料和底出料方式，出料时由炉底支撑熔化坩埚，炉底在驱动机构的作用下缓缓下降完成出炉过程。

2.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于在所述熔化炉中设置材质为莫来石-刚玉质的大型熔化坩埚，其中，熔化坩埚能够重复使用。

3.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于在所述熔化炉的炉顶上安装搅拌机构，以分别在熔化炉的上、中、下三个工位进行搅拌。

4.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于熔化炉的炉膛使用温度为1500℃～1700℃。

5.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述成型机主要由高温压板机构、高温抱卡、平行移动机构、液压升降平台和翻转倒料机构组成。

6.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述成型机的高温抱卡的内衬设置耐火材料，并且在高温抱卡的外部设置有环形底托和侧面抱卡，翻转倒料机构能够在0～175°的范围内任意调节。

7.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述退火炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度为300℃～600℃ 。

8.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述晶化炉主要由炉壳、炉衬、活动炉底和发热元件组成，长期使用温度为600℃～950℃。

9.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于退火炉和晶化炉中的至少一种为一台或多台。

10.根据权利要求1所述的超低膨胀微晶玻璃生产线，其特征在于所述输送装置为摆渡车。