CN105906191B - 玻璃微珠的生产方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了玻璃微珠的生产方法及其装置，所述生产方法包括步骤：a.在倒圆锥状的筒体中部设置成珠区；b.向所述成珠区导入玻璃微粉；c.使所述玻璃微粉在所述成型区做循环往复运动；d.对所述玻璃微粉用激光加热熔融形成玻璃微珠；e.将所述玻璃微珠导入产品收集装置。所述生产装置包括筒体、与所述筒体顶部连通的三通管、设置在所述筒体一侧的激光器、侧向风机和加料器、设置在所述筒体侧壁上的激光入射口、激光反射镜、侧向风进口和进料口，以及设置在所述三通管内部的阀板。本发明利用激光束照射玻璃微粉，使其快速、均匀、充分地加热熔融并成型并快速冷却定型，防止相互粘结成团和粘壁现象，节约能源并提高成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻质无机材料的生产方法及其装置，尤其涉及一种玻璃微珠的生产方法及其装置。
背景技术
目前，玻璃微珠的生产方法主要有火焰飘浮法、隔离剂法和喷吹法，其中采用较多的是火焰飘浮法。通常，火焰飘浮法的生产装置由成珠炉、燃烧器、加料器和成品收集装置组成，成珠炉为立式圆筒，燃烧器设置在筒体下部，成品收集装置设置在筒体顶部，工作时，加料器将所需粒度的玻璃微粉投入立式圆筒中，玻璃微粉漂浮在燃烧器产生的向上流动的高温气流中，在上升过程中被加热熔融形成微珠，微珠随高温气体从立筒顶部进入产品收集装置，经冷却、回收后最终得到玻璃微珠成品。该类装置通常采用气体燃料，如天然气、发生炉煤气等，大部分热能用于加热空气，热效率低，热能消耗较大，而且在形成微珠后，因燃烧气体热容量较大，造成微珠冷却固化速度较慢，易造成相互粘结成团和粘壁现象，使成品率降低。
发明内容
针对现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种玻璃微珠的生产方法及其装置，包括如下步骤：
a.在倒圆锥状的筒体中部设置成珠区，所述成珠区用于形成玻璃微珠；
b.将玻璃微粉导入到所述成珠区；
c.使所述玻璃微粉沿铅垂方向作往复运动以及沿所述筒体的圆周方向做圆周运动；
d.通过入射激光束以及所述入射激光束的反射光束照射处于所述成珠区的玻璃微粉，使所述玻璃微粉被加热熔融形成玻璃微珠；
e.将所述玻璃微珠导入产品收集装置。
优选地，沿铅垂方向所述成珠区相对于所述筒体中心截面对称分布，所述成珠区为倒圆台形状。
优选地，所述玻璃微粉通过铅垂方向气流从所述筒体底部导入所述成珠区，并使所述玻璃微粉沿铅垂方向作往复运动。
优选地，通过水平方向气流使所述玻璃微粉沿所述筒体的圆周方向做圆周运动。
优选地，所述入射激光束是波长为10.6微米的二氧化碳激光束。
优选地，所述反射光束沿两个方向分别射向位于所述入射激光束两侧的所述玻璃微粉。
根据本发明的另一个方面，提供一种玻璃微珠的生产装置，其用于执行上述任一种玻璃微珠的生产方法，包括筒体、三通管、激光器、侧向风机、加料器以及激光反射镜，所述三通管内部设置有阀板且所述三通管与所述筒体的顶部连通，所述激光器、侧向风机和加料器分别设置在所述筒体的一侧，所述激光器通过设置在筒体侧壁上的激光入射口将所述入射激光束发射到所述成型区，所述入射激光束通过设置在所述筒体内壁上的激光反射镜形成所述反射光束，所述侧向风机通过设置在筒体侧壁上的侧向风进口导入所述水平气流，所述加料器通过设置在筒体侧壁上的进料口导入所述玻璃微粉。
优选地，所述筒体为倒圆锥状，所述筒体设置有顶部出口以及底部进口，所述底部进口连通鼓风机，沿铅垂方向所述激光入射口、激光反射镜和侧向风进口设置在所述筒体侧壁的中部且距离所述底部进口的高度相同；
其中，所述激光反射镜相对所述激光入射口设置，且所述激光反射镜由形成夹角的两个平面激光反射镜组成，所述水平气流的导入方向与所述入射激光束的发射方向垂直，沿铅垂方向所述进料口位于所述激光入射口和所述底部进口之间。
优选地，所述三通管设置在所述筒体顶部，所述三通管的下端连通所述顶部开口，所述三通管的上端与外部空气区域连通，所述三通管的侧端连通所述产品收集装置。
优选地，所述激光器的发射口正对所述激光入射口，所述激光入射口通过能够透射二氧化碳激光束的窗口材料封闭。
优选地，所述阀板与转轴固接，并随着所述转轴的动作在水平状态和垂直状态两个工位之间切换，所述转轴设置在所述三通管的铅垂管道与水平管道的交汇处。
本发明提供的生产方法及其装置利用激光束直接加热在成珠区内作循环往复运动的玻璃微粉，可使玻璃微粉被快速、均匀、充分地加热熔融，快速形成玻璃微珠，并且成珠后能快速冷却定型，减少了相互粘结成团和粘壁现象，既节约了能源又提高了成品率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本发明的具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产方法的流程图；
图2示出了本发明的具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产方法的应用场景示意图；
图3示出了本发明的具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产方法的应用场景示意图；
图4示出了本发明的另一具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产装置的结构示意图；以及
图5示出了本发明的另一具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产装置的A—A截面示意图。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰地表示出来，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1示出了本发明的一个具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产方法的流程图，图2、图3分别示出了所述生产方法的应用场景示意图。结合图1、图2以及图3所示，本领域技术人员可以更清晰的理解并实现本发明的技术方案。在这样的实施例中，首先执行步骤S101，在倒圆锥状的筒体1的中部设置成珠区22，所述成珠区22用于形成玻璃微珠。具体地，参考图2所示实施例，优选地，所述成珠区沿铅垂方向的底部边界以及上部边界到所述筒体1中心截面距离相等，即所述成珠区沿铅垂方向位于所述筒体的中部，所述底部边界、上部边界以及所述筒体侧壁围成的所述成珠区为倒圆台形状。
然后执行步骤S102，将玻璃微粉42导入到所述成珠区22，具体地，如图2所示，上升气流33沿铅垂方向向上流动，所述玻璃微粉42被从所述筒体1的底部进入的上升气流33携带进入所述成珠区22，所述玻璃微粉42通过设置在所述筒体1侧壁的进料口进入所述筒体1，所述进料口在铅垂方向位于所述上升气流33的进风口和所述成珠区22之间。
进一步地，通过步骤S103，使所述玻璃微粉42沿铅垂方向作往复运动以及沿所述筒体1的圆周方向做圆周运动。具体地，通过调整所述上升气流33的流速，达到使所述玻璃微粉42在所述成珠区22内作上下往复运动，乏气从所述筒体1顶部的乏气开口81排出。进一步地，如图4所示，从所述成珠区22的侧面通入水平方向气流41，使所述玻璃微粉42沿所述筒体1的圆周方向做圆周运动。在所述上升气流33和所述水平气流41的共同作用下，所述成珠区22中的玻璃微粉42在作上下往复运动的同时还作圆周运动，即通过所述上升气流33和所述水平气流41使所述玻璃微粉42在所述成珠区22中翻滚。
接下来执行步骤S104，通过入射激光束以及所述入射激光束的反射光束照射处于所述成珠区22的玻璃微粉，使所述玻璃微粉被加热熔融形成玻璃微珠。所述入射激光束优选为波长为10.6微米的二氧化碳激光束。参见图2以及图3，从所述成珠区22的侧面通入二氧化碳激光束31照射所述玻璃微粉42，同时，把到达成珠区尽头的部分激光束31a分两个方向反射回成珠区形成反射光束31b，反射光束31b分别射向位于所述成珠区22内的、处于入射激光束31两侧的玻璃微粉。所述玻璃微粉42被激光快速、均匀、充分地加热熔融，经过极短的时间后，使所述玻璃微粉42形成玻璃微珠。
最后，执行步骤S105，将所述玻璃微珠导入产品收集装置。具体地，如图2所示，关闭所述乏气开口81并打开产品收集装置进口71，利用产品收集装置产生的负压将所述玻璃微珠吸入产品收集装置。
图4以及图5分别示出了本发明的另一具体实施方式的，一种玻璃微珠的生产装置的结构示意图和所述玻璃微珠的生产装置的A—A截面示意图。结合图4、图5所示实施例，所述玻璃微珠的生产装置包括筒体1、三通管2、激光器3、侧向风机4、加料器5以及激光反射镜7。具体地，所述三通管2内部还设置有阀板10，所述三通管2与所述筒体1的顶部相连通；所述激光器3、侧向风机4以及加料器5分别设置在所述筒体1的一侧。
进一步地，参见图4、图5，在所述筒体1的侧壁上设置有激光入射口6、激光反射镜7、侧向风进口8以及进料口9。具体地，所述激光器3通过所述激光入射口6将入射激光束31发射进入所述筒体1内部，所述入射激光束31在所述筒体1中的照射区域形成所述实心微珠玻璃的成型区。进一步地，所述激光反射镜7安装并固定在所述筒体1的内壁上，当所述入射激光束31通过所述激光入射口6进入所述筒体1，之后进入所述筒体1中的入射激光束31照射在所述激光反射镜7的镜面经反射后形成反射光束，能够有效减少入射激光束的能量损失。更进一步地，所述侧向风进口8的开口方向水平设置，所述侧向风机4通过所述侧向风进口8向所述筒体1中导入水平气流。所述加料器5通过设置在筒体侧壁上的进料口9向所述筒体1内部导入玻璃微粉，所述进料口9设置在所述筒体1侧壁的下部。
具体地，如图4所示，所述筒体1的形状为倒圆锥状筒体，所述筒体1优选地通过耐热合金钢材料制备，使得所述筒体1具有很好的耐高温性以及机械强度。进一步地，所述筒体1分别设置有位于所述筒体1顶部的出口11和底部的进口12，其中，所述底部进口12与设置在其下部的鼓风机13连通。
进一步地，所述激光入射口6、激光反射镜7以及侧向进风口8沿铅垂方向分别设置在距离所述底部进口12相同高度的所述筒体1的侧壁上，在一个优选地实施例中，所述激光入射口6、激光反射镜7以及侧向进风口8分别设置在所述筒体1侧壁中部的同一水平高度上。本领域技术人员理解，当所述激光入射口6、激光反射镜7以及侧向进风口8距离底部进口12的高度过低，则所述成型区面积过小，同时距离鼓风机13太近，在高速气流的影响下不利于玻璃微粉均匀混合，从影响所述玻璃微粉的熔融、成型；当所述激光入射口6、激光反射镜7以及侧向进风口8距离底部进口12的高度过高，成珠的玻璃微珠距离顶部出口11过近，不利于产品的冷却成型。
进一步地，参考图5所示实施例，所述激光反射镜7设置在所述激光入射口6正对的所述筒体1的侧壁内壁，具体地，所述激光反射镜7优选采用金属钼制成，使得所述激光反射镜7持久耐用，不易磨损。更进一步地，所述激光反射镜7由对称设置的两个平面激光反射镜组成，两个所述平面激光反射镜镜面形成一定夹角，在这样的实施例中，一部分到达激光反射镜7的激光束31a经两个所述平面激光反射镜形成两个方向的反射光束31b，从而有效减少了入射激光束的能量损失并扩大了照射区域。
进一步地，所述侧向进风口8设置在所述激光反射镜7旁边，所述侧向进风口8的方向与所述入射激光束31的方向垂直，所述侧向风机4与所述侧向风进口8连通。具体地，通过这样的设置，所述侧向风机4通过所述侧向风进口8向所述筒体1提供水平方向气流，从而使该区域的气流产生水平圆周运动，使所有玻璃微粉都能通过入射激光束31的直射区域。本领域技术人员理解，所述进料口9沿铅垂方向位于所述激光入射口6和所述底部进口12之间，进一步地，所述实心微珠玻璃的生产装置还设置有加料器5，所述加料器5连通进料口9。
进一步地，所述三通管2设置在所述筒体1的顶部，具体地，所述三通管2的下端连通所述顶部开口11，所述三通管2的上端与外部空气区域连通，所述三通管2的侧端连通产品收集装置，生产获得的所述玻璃微珠通过所述三通管2的侧端开口进入产品收集装置。
进一步地，所述激光器3优选地采用二氧化碳激光器，所述二氧化碳激光器能根据生产需要调整激光束的能量密度。更进一步的，所述激光器3的发射口正对所述激光入射口6，所述激光入射口6通过能够透射二氧化碳激光束的窗口材料封闭，所述窗口材料优选地采用ZnSe材料。
进一步地，本领域技术人员理解，在所述三通管2的铅垂管道与水平管道的交汇处还设置有转轴14，在这样的实施例中，所述阀板10与所述转轴14固接，所述阀板10随着所述转轴14的动作在水平状态和垂直状态两个工位之间切换。
具体地，结合图2至图4所示具体实施方式，运行所述玻璃微珠的生产装置进入工作状态。当所述阀板10处于垂直状态工位时，所述三通管2的上端开口与外部空气连通，而侧端开口处于闭合状态。启动鼓风机13后，通过所述加料器5向所述筒体1下部投入需要的粒径以及质量的所述玻璃微粉，在所述鼓风机13的气流作用下所述玻璃微粉在所述筒体1内向上运动，本领域技术人员理解，所述筒体1为倒置的圆锥形筒体，随着自下而上筒体横截面积的扩大，上升气流扩散，风速降低，所述玻璃微粉在重力的作用下向下沉降，当下降到所述筒体1下部横截面积较小的部位时，在向上的强气流作用下再次上升，当再次上升达到所述筒体1上部横截面积较大的部位时，则再次下降，并循环往复的上升、下降。
通过调节所述鼓风机13的风速使所述玻璃微粉在所述筒体1中的循环往复运动区域正好处于所述激光器3发射的激光束的照射范围内。进一步地，打开所述激光器3以及所述侧向风机4，在所述侧向风机4提供的横向微气流的作用下，该区域的气流产生水平圆周运动，使所有所述玻璃微粉都能通过入射激光束31的直射区域。进一步地，一部分到达激光反射镜7的激光束31a被反射后，形成两个方向的反射光束31b，所述反射光述31b可以加热不在所述激光束31直射区域的玻璃微粉，所述玻璃微粉强烈吸收波长为10.6微米的二氧化碳激光，可在极短的时间内被加热熔融，达到预定的时间后，使所有悬浮的玻璃微粉都变成玻璃微珠。
进一步地，关闭所述激光器3，使所述阀板10从垂直位置切换到水平位置，此时，所述三通管2的上端开口关闭，侧端开口打开。进一步地，提高所述鼓风机13的风速，使成形的玻璃微珠进入产品收集装置，经过预定的时间后，产品收集完成，从而完成一个生产循环。
进一步地，本领域技术人员理解，通过循环重复上述操作以继续后续的生产循环，可以实现所述生产装置的持续、多次作业完成所需数量的所述玻璃微珠的生产过程，在此不予赘述。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种玻璃微珠的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在倒圆锥状的筒体中部设置成珠区，所述成珠区用于形成玻璃微珠；
b.将玻璃微粉导入到所述成珠区；
c.使所述玻璃微粉在成珠区内沿铅垂方向作往复运动以及沿所述筒体的圆周方向做圆周运动；
d.通过入射激光束以及所述入射激光束的反射光束照射处于所述成珠区的玻璃微粉，使所述玻璃微粉被加热熔融形成玻璃微珠；所述反射光束沿两个方向分别射向位于所述入射激光束两侧的所述玻璃微粉；
e.将所述玻璃微珠导入产品收集装置。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，沿铅垂方向所述成珠区相对于所述筒体中心截面对称分布，所述成珠区为倒圆台形状。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述玻璃微粉通过铅垂方向气流从所述筒体底部导入所述成珠区，并使所述玻璃微粉沿铅垂方向作往复运动。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，通过水平方向气流使所述玻璃微粉沿所述筒体的圆周方向做圆周运动。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述入射激光束是波长为10.6微米的二氧化碳激光束。
6.一种玻璃微珠的生产装置，用于执行权利要求1至5中任一项所述的生产方法，其特征在于，包括筒体、三通管、激光器、侧向风机、加料器以及激光反射镜，所述三通管内部设置有阀板且所述三通管与所述筒体的顶部连通，所述激光器、侧向风机和加料器分别设置在所述筒体的一侧，所述激光反射镜设置在所述筒体的内壁上，
所述筒体的中部设置成珠区，所述成珠区用于形成玻璃微珠；
所述加料器通过设置在筒体侧壁上的进料口导入玻璃微粉，所述玻璃微粉被导入到所述成珠区；所述侧向风机通过设置在筒体侧壁上的侧向风进口从所述成珠区的侧面导入水平气流；
所述激光器通过设置在筒体侧壁上的激光入射口将入射激光束发射到所述成珠区，所述入射激光束通过设置在所述筒体的内壁上的激光反射镜形成反射光束，所述入射激光束以及所述入射激光束的反射光束照射处于所述成珠区的玻璃微粉，使所述玻璃微粉被加热熔融形成玻璃微珠。
7.根据权利要求6所述的生产装置，其特征在于，所述筒体为倒圆锥状，所述筒体设置有顶部出口以及底部进口，所述底部进口连通鼓风机，沿铅垂方向所述激光入射口、激光反射镜和侧向风进口设置在所述筒体侧壁的中部且距离所述底部进口的高度相同；
其中，所述激光反射镜相对所述激光入射口设置，且所述激光反射镜由形成夹角的两个平面激光反射镜组成，所述水平气流的导入方向与所述入射激光束的发射方向垂直，沿铅垂方向所述进料口位于所述激光入射口和所述底部进口之间。
8.根据权利要求7所述的生产装置，其特征在于，所述三通管设置在所述筒体的顶部，所述三通管的下端连通所述顶部出口，所述三通管的上端与外部空气区域连通，所述三通管的侧端连通所述产品收集装置；所述激光反射镜采用金属钼制成。
9.根据权利要求8所述的生产装置，其特征在于，所述激光器的发射口正对所述激光入射口，所述激光入射口通过能够透射二氧化碳激光束的窗口材料封闭。
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