CN108409107A - 一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的名称一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法及装置。属于光学玻璃制造技术领域。它可明显提高光学玻璃的均匀性和一致性。它的主要特征是：熔化池底部设有鼓泡器；在熔化池与升温室之间设有均化池；均化池设有均化池电极、均化池燃烧器和搅拌棒；①按玻璃配方完成光学玻璃配合料的配制，混合均匀；②将配合料按埚次单独进行造粒，制成颗粒状配合料；③取不同埚次颗粒状配合料按重量比例再进行二次混合；④熔化池鼓泡强化熔化池的对流及化料；均化池内搅拌装置进行搅拌均化；经升温室、澄清室、降温室、工作室后，注入模具内成型为玻璃条料，再精密退火。本发明可实现一次熔制获得高均匀性高一致性光学玻璃，提升了玻璃熔制的效率。

Description

一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法及装置

技术领域

本发明属于光学玻璃制造技术领域，具体涉及一种用于高均匀性、高一致性光学玻璃的制造方法及装置。

背景技术

随着人脸识别、虚拟现实、增强现实、激光投影等技术的发展，对高清成像要求越来越高，因此对光学玻璃的技术指标要求也越来越加苛刻。不仅要求光学玻璃的内在质量如气泡、条纹要求高，还对透过率、批次产品折射率的一致性、产品的均匀性，都提出了更高的要求，尤其对产品的折射率一致性及产品高均匀性提出了严格要求。光学玻璃的高均匀性主要取决于两个方面：1.熔制高均匀性、高一致性的产品；2.精密退火。因此熔制高均匀性、高一致性产品是基础和前提，在产品具备高均匀性能的情况下，进行精密退火才可能获得高均匀性光学玻璃。

光学玻璃熔制是一个复杂的过程，光学玻璃的均匀性、一致性受熔制过程中多种因素制约，配合料的均匀性、熔制温度的波动、组分挥发、玻璃粘度与搅拌效率等对光学玻璃的均匀性、一致性都产生重要影响。对于高均匀性、高一致性光学玻璃产品，一般采用二次熔炼方法来解决高均匀性问题，即先将玻璃配合料熔制成玻璃渣，测定玻璃渣的折射率，再由折射率高、低不同的玻璃渣按重量比例进行调合后，混合成所需折射率的玻璃渣原料，再进行第二次熔炼，成型为玻璃块料。如专利申请号为CN104860509A高均匀性光学玻璃的生产制造方法。该方法主要解决了玻璃原料的均匀性，并未解决熔制条件带来的不均匀性，而且由于玻璃配合料中各组分的粒度、密度都不一致，混合工艺不合理及运送过程中都会发生配合料的分层而导致不均匀；其次，该方法生产周期长、单位能耗大导致产品成本高；其三，玻璃渣（熟料）处理环节多，易造成杂质污染，影响光学玻璃的透过率。

传统光学玻璃熔炉设备以瓷铂连熔炉为主，为了提高光学玻璃的均匀性和一致性，一般会适当增加熔化部位的体积来获得。但由于光学玻璃产品以牌号多，需求量小为特点，针对其产品特点，其熔炉出料量小，频繁更换牌号，因此限制了光学玻璃的熔炉体积。另外为了便于更换牌号，缩短更换周期，需要将玻璃液放空，因此熔炉需要增加火焰加热来提供玻璃放空后高温所需的热量。由于火焰燃烧的高挥发、高膛压及不稳定，导致光学玻璃的折射率波动大，折射率一致性差、光学均匀性变差。

发明内容

本发明目的就是针对上述情况，提出的一种高均匀性、高一致性光学玻璃的制造方法及装置。

本发明制造方法的技术解决方案是：一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

①按玻璃配方完成光学玻璃配合料的配制，在混料机中进行充分混合，确保配合料均匀；

②将上述混合均匀的配合料按埚次单独进行造粒，制成颗粒状配合料；

③取不同埚次造粒后的颗粒状配合料按重量比例再汇合，进行二次混合；

④将二次混合料投入熔化池，熔化池内设置多个鼓泡装置，强化熔化池内玻璃液的对流及加速化料；

在熔化池与升温室之间增加一个均化池，均化池内安装机械式搅拌装置，搅拌装置以一定的转速旋转，使玻璃液充分均化；

由均化池流出的玻璃液经升温室、澄清室、降温室、工作室后，再由漏料管注入模具内，拉制成型为玻璃条料，再精密退火获得高均匀性、高一致性的光学玻璃。

本发明制造方法的技术解决方案第①步骤中的混料机优先选用附着内衬有机耐磨材料的V型混料，其次为内衬有机耐磨材料的双锥混料机，但不局限于上述两种混料机。

本发明制造方法的技术解决方案第②步骤中的造粒为干法造粒，是利用压力将配合料压制成球体或椭圆体，阻止配合料中不同组分因粒径不同在二次混合时产生分层；造粒等效直径为φ0.5mm~5mm，直径过小，在熔化池的火焰作用下会引起粉尘飞扬，造成玻璃组分损失，引起折射率的波动；直径过大，不利于配合料的熔化，影响玻璃熔化效率。

本发明制造方法的技术解决方案第②步骤中的造粒，也可以为添加少量水的干法造粒，水的添加量为配合料重量的0.5%~3%。

本发明制造方法的技术解决方案第③步骤中的二次混合，是将完成配合料造粒的连续多埚次原料，按重量比例要求依次称取，再汇合成新批次原料，投入混料机中进行充分混合。

本发明制造方法的技术解决方案第④步骤中鼓泡装置，是以投入配合料为中心，熔炉宽度的1/6~1/3为半径的圆周上对称分布。

本发明制造方法的技术解决方案第④步骤中鼓泡装置由铂金或铂合金制成，鼓入的气体为空气或氧气，气体鼓入量可调节，鼓泡方式为脉冲式或连续式。

本发明制造方法的技术解决方案第步骤中所述的均化池由耐火材料与电极筑成，上部空间加热采用燃气加热；均化池内设置搅拌棒，搅拌转速可调，搅拌棒转动方向可周期性顺时针、逆时针互换。

本发明制造方法的技术解决方案第步骤中的均化池，其容积为熔化池容积的1/3~2倍；玻璃液由熔化池经流液洞流入，经铂金管道流出。

本发明制造装置的技术解决方案是：一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造装置，其特征在于：包括熔化池、升温室，所述熔化池设有熔化池电极和熔化池燃烧器，其特征在于：所述的熔化池底部设有鼓泡器；在熔化池与升温室之间设有均化池，均化池通过流液洞与熔化池连接，通过铂金管与升温室连接；所述均化池设有均化池电极、均化池燃烧器和搅拌棒。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的鼓泡器在以投入配合料为中心、以熔化池宽度的1/6~1/3为半径的圆周上对称分布排列。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的均化池由耐火材料与均化池电极筑成，均化池燃烧器设置在上部空间。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的均化池容积为熔化池容积的1/3~2倍。

本发明制造装置的技术解决方案中鼓泡器由铂金或铂合金制成。

本发明的有益效果是：引入配合料造粒工艺和颗粒状配合料的二次混合，消除了因配合料中各组分原料粒度、密度不同导致的混合不均及混合料的再分层，从源头解决了玻璃配合料的均匀化料问题。在熔化池化料阶段，引入了以配合料加入点为中心的环形鼓泡方式，在强化对流加快化料速度的同时，有效地将生料层与流液洞处玻璃液隔开，有助于玻璃液进一步均化。增加的专用均化池，容积较大，包容性强，可大幅提高折射率批次一致性。通过搅拌棒周期性顺、逆时针转动的切换，明显提升均化效率。应用本发明的装置及制造方法，不需要通过二次熔制即可获得高均匀性的光学玻璃，节省了光学玻璃熔制费用，缩短了光学玻璃的生产周期。

附图说明

图1是本发明一种高均匀性、高一致性光学玻璃的制造装置示意图。

图中：1. 玻璃液；2. 熔化池；3. 熔化池电极；4. 鼓泡器；5. 流液洞；6. 均化池；7. 铂金管；8. 搅拌棒；9. 熔化池燃烧器；10. 料堆；11. 投料口；12. 均化池电极；13. 均化池燃烧器。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造装置，包括熔化池2、均化池6和升温室。熔化池2设有熔化池电极3、熔化池燃烧器9和鼓泡器4。鼓泡器4设置在熔化池2底部，以投入配合料为中心、以熔化池2宽度的1/6~1/3为半径的圆周上对称分布排列，鼓泡器4由铂金或铂合金制成，鼓入的气体为纯净的空气或氧气，气体鼓入量可调节，鼓泡方式为脉冲式或连续式。均化池6设置在熔化池2与升温室之间，均化池6通过流液洞5与熔化池2连接，通过铂金管7与升温室连接。均化池6设有均化池电极12、均化池燃烧器13和搅拌棒8。均化池6由耐火材料与均化池电极12筑成，均化池燃烧器13设置在上部空间。均化池6容积为熔化池2容积的1/3~2倍。搅拌棒8搅拌转速可调，搅拌棒转动方向可周期性顺时针、逆时针互换。

一种采用上述制造装置制造高均匀性、高一致性光学玻璃的方法包括以下步骤：

①按玻璃配方完成光学玻璃原料的计算并打出算料单，按算料单称量各种原料的重量，依次吸入混料机中，启动混料机进行配合料的混合；按工艺要求的时间混合，完成玻璃配合料的均匀混合；

②将上述混合均匀的配合料按埚次单独进行造粒，制成颗粒状配合料，盛放在专用料箱内，编制埚次号；

③重复上述步骤①、②，完成12小时或24小时投入量的玻璃配合料造粒；按埚次顺序排列料箱，依埚次顺序从料箱上称取相同重量粒状配合料，投入混料机中进行第二次混合，编制二次混料埚次号，运送至炉前待用；

④将粒状配合料从投料口11投入至熔化池2中心部位，配合料形成料堆10浮于玻璃液1上表面，由于鼓泡器4的作用，玻璃液1上下翻腾，在燃烧器9和电极3作用的高温状态下，配合料快速熔化为玻璃液1。由于鼓泡器4以加料中心环形对称分布，配合料被圈定在中心部位熔化，外层玻璃液熔化彻底，流液洞5处的玻璃液均匀性较高；

熔化池2内经初步均化的玻璃液1由流液洞5流入均化池6内，在搅拌棒8的作用下与均化池6内原玻璃液1充分混合，当搅拌棒8转动方向周期性顺时针、逆时针互换的搅拌作用下，高温玻璃液1混合更均匀；由于均化池6容积大，玻璃液1的包容性强，在搅拌棒8的作用下，光学玻璃的折射率一致性高，光学均匀性高；

高均匀性、高一致性的玻璃液由铂金管7流出，在升温室、澄清室、降温室、工作室内完成玻璃液的澄清、降温、再均化后，由漏料管注入模具内，拉制成型为具有高均匀性性质的光学玻璃条料，经过精密退火，即可获得高均匀性、高一致性的光学玻璃。

结合实施例1、实施例2对本发明进行更详细的说明，但是本发明不限于这些实施例。

实施例1：

选取H-ZK21玻璃（折射率n_d标准值:1.62299）的生产作为实施对象，进行本发明实施前、后数据进行对比，将本发明前、后某一个生产周期内玻璃折射率值进行统计分析，取样规则：按生产工艺要求每2小时取一个样，样品按-25℃/H淬火速率进行淬火，然后测定样品的折射率n_d值，以相邻两个样品的折射率差进行统计，为了评价折射率的一致性，引入Δn_d（Δn_d＝n_d后-n_d前）的制程能力cpk指数来进行评价。光学玻璃的均匀性以单块产品精退火后均匀性测定值的最大值来标定。其实施例结果对比如下表所示：

实施例2：

选取H-F4玻璃（折射率n_d标准值:1.62005）的生产作为实施对象，进行本发明实施前、后数据进行对比。将本发明前、后某一个生产周期内玻璃折射率进行统计分析，取样规则：按生产工艺要求每2小时取一个样，样品按-25℃/H淬火速率进行淬火，然后测定样品的折射率n_d值，以相邻两个样品的折射率差进行统计。为了评价折射率的一致性，引入Δn_d（Δn_d＝n_d后-n_d前）的制程能力cpk指数来进行评价。光学玻璃的均匀性以单块产品精退火后均匀性测定值的最大值来标定。其实施例结果对比如下表所示：

从本发明所举两个实施例可见，通过本发明，其制程能力CPK值在明显提高，折射率波动的工程控制能力明显提升，玻璃批次的折射率一致性明显改善，玻璃的均匀性变好。

Claims (10)

1.一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

①按玻璃配方完成光学玻璃配合料的配制，在混料机中进行充分混合，确保配合料均匀；

②将上述混合均匀的配合料按埚次单独进行造粒，制成颗粒状配合料；

③取不同埚次造粒后的颗粒状配合料按重量比例再汇合，进行二次混合；

④将二次混合料投入熔化池，熔化池内设置多个鼓泡装置，强化熔化池内玻璃液的对流及加速化料；

在熔化池与升温室之间增加一个均化池，均化池内安装机械式搅拌装置，搅拌装置以一定的转速旋转，使玻璃液充分均化；

由均化池流出的玻璃液经升温室、澄清室、降温室、工作室后，再由漏料管注入模具内，拉制成型为玻璃条料，再精密退火获得高均匀性、高一致性的光学玻璃。

2.根据权利要求1所述的一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于：第①步骤中的混料机选用附着内衬有机耐磨材料的V型混料机或内衬有机耐磨材料的双锥混料机。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于：第②步骤中的造粒为干法造粒，是利用压力将配合料压制成球体或椭圆体；或者为添加少量水的干法造粒，水的添加量为配合料重量的0.5%~3%；造粒等效直径为φ0.5mm~5mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于：第③步骤中的二次混合，是将完成配合料造粒的连续多埚次原料，按重量比例要求依次称取，再汇合成新批次原料，投入混料机中进行充分混合。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于：第④步骤中鼓泡装置，是以投入配合料为中心，熔炉宽度的1/6~1/3为半径的圆周上对称分布；鼓泡装置由铂金或铂合金制成，鼓入的气体为空气或氧气，气体鼓入量可调节，鼓泡方式为脉冲式或连续式。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法，其特征在于：第步骤中所述的均化池由耐火材料与电极筑成，上部空间加热采用燃气加热；均化池内设置搅拌棒，搅拌转速可调，搅拌棒转动方向可周期性顺时针、逆时针互换；均化池的容积为熔化池容积的1/3~2倍；玻璃液由熔化池经流液洞流入，经铂金管道流出。

7.一种用于权利要求1至6中任一种高均匀性高一致性光学玻璃制造方法的制造装置，包括熔化池（2）、升温室，所述熔化池（2）设有熔化池电极（3）和熔化池燃烧器（9），其特征在于：所述的熔化池（2）底部设有鼓泡器（4）；在熔化池（2）与升温室之间设有均化池（6），均化池（6）通过流液洞（5）与熔化池（2）连接，通过铂金管（7）与升温室连接；所述均化池（6）设有均化池电极（12）、均化池燃烧器（13）和搅拌棒（8）。

8.根据权利要求7所述的用于权利要求1至6中任一种高均匀性高一致性光学玻璃制造方法的制造装置，其特征在于：所述的鼓泡器（4）在以投入配合料为中心、以熔化池（2）宽度的1/6~1/3为半径的圆周上对称分布排列。

9.根据权利要求7所述的用于权利要求1至6中任一种高均匀性高一致性光学玻璃制造方法的制造装置，其特征在于：所述的均化池（6）由耐火材料与均化池电极（12）筑成，均化池燃烧器（13）设置在上部空间；所述的均化池（6）容积为熔化池（2）容积的1/3~2倍。

10.根据权利要求7所述的用于权利要求1至6中任一种高均匀性高一致性光学玻璃制造方法的制造装置，其特征在于：所述的鼓泡器（4）由铂金或铂合金制成。