CN109879581B - 一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置及方法，属于光学玻璃制造技术领域。它主要是提供氟磷酸盐光学玻璃的专用制造装置及方法，该装置包括熔化室、升温室、澄清室、降温室和工作室；所述的降温室通过第一隔热板分隔成降温室上腔和降温室下腔，降温埚的上端口位于降温室上腔内；所述的工作室通过第二隔热板分隔成工作室上腔和工作室下腔，工作埚的上端口位于工作室上腔内；所述的降温室上腔、降温室下腔、工作室上腔和工作室下腔内设有由独立的加热控制系统控制的加热棒。本发明通过设定特定的工艺参数来解决氟磷酸盐玻璃的条纹与结石问题。

Description

一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置及方法

技术领域

本发明属于光学玻璃制造技术领域，具体涉及一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置及方法。

背景技术

随着高清成像技术的发展，低折射低色散光学玻璃应用越来越多。低折射低色散光学玻璃主要为含氟磷酸盐玻璃，由于其配方的特殊性，导致该类光学玻璃制造困难。该类光学玻璃配方中存在大量氟化物，在玻璃熔制的过程中，熔炉各功能部位都存在氟化物挥发及凝固。在玻璃的澄清工序前，由于存在高温，氟化物的挥发物不易凝固，不会因凝固物掉落对玻璃的内在品质产生影响。而在玻璃的澄清工序后的降温、均化工序，氟化物的挥发、凝固会导致玻璃的内在品质严重下降，造成产品报废。这是由于①氟化物的挥发会改变玻璃的组分，从而造成折射率的不同，形成严重的挥发条纹；②挥发的氟化物会凝结在铂金器皿表面，并不断沉积，由于该部位温度低，挥发冷凝物极易结晶，在机械作用、液位波动、重力作用等状况下，会落入玻璃液中，形成大量结石且不易消除，导致玻璃内存在大量结石而报废。

发明内容

本发明的目的就是针对上述情况提出的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置及方法。

本发明制造装置的技术解决方案是：

一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，包括熔化室、升温室、澄清室、降温室、工作室、及其之间连接的连通管，所述降温室内设有降温埚及加热棒，工作室内设有工作埚及加热棒，其特征在于：所述的降温室通过第一隔热板分隔成降温室上腔和降温室下腔，降温埚的上端口位于降温室上腔内；所述的工作室通过第二隔热板分隔成工作室上腔和工作室下腔，工作埚的上端口位于工作室上腔内。降温室上腔与降温室下腔间用第一隔热板完全隔开，工作室上腔与工作室下腔间用第二隔热板完全隔开。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的降温埚为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于降温室下腔内，细长瓶颈口穿过第一隔热板伸入降温室上腔内，降温埚主体部分处于降温室下腔空间内，降温埚内瓶颈口处有一将降温埚主体与细长瓶颈口分隔开的隔板，隔板中心处开有一个导通孔，用于降温埚主体与细长瓶颈处玻璃液的上下连通；所述的工作埚为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于工作室下腔内，细长瓶颈口穿过第二隔热板伸入工作室上腔内，工作埚瓶颈口内壁设计有减缓挥发物掉落的挥发物挡环，处于玻璃液面以下。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的降温埚内设置一竖直方向的导流板，将降温埚分隔成左右两部分，延长玻璃液在降温埚内的路径及滞留时间；所述的工作埚内安装有搅拌器，工作埚内瓶颈口下侧处设有搅拌器挡盘。

本发明降温埚内的隔板主要用于减少玻璃液的上下对流量，以防止瓶颈口处玻璃中的杂质进入降温埚主体内，影响玻璃液的品质。

本发明降温埚内隔板中心处的导通孔用于平衡玻璃液液位，便于降温埚上部空间的液位测定仪能真实地测定熔炉内玻璃液的真实液位，方便玻璃液位的有效控制。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的降温室上腔、降温室下腔、工作室上腔和工作室下腔内设有由独立的加热控制系统控制的加热棒。降温室上、下腔空间由各自独立的加热控制系统控制，由加热棒提供必要的功率以维持空间温度。工作室上、下腔空间由各自独立的加热控制系统控制，由加热棒提供必要的功率以维持空间温度。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的第一隔热板相对于降温埚的底面向上内凹，使降温埚主体上端部位于该内凹的槽内；所述的第二隔热板相对于工作埚的底面向上内凹，使工作埚主体上端部位于该内凹的槽内。

本发明工作埚瓶颈口内壁设计的挡环由一组呈喇叭口状的圆环组成，大喇叭口朝下，焊接于工作埚瓶颈口内壁，用以减缓瓶颈内壁附着的挥发物掉落。

本发明搅拌器挡盘位于工作埚主体内，靠近瓶颈口下侧，可将瓶颈处玻璃液与工作埚主体内玻璃液分隔，减少玻璃液上下对流，阻止或减缓瓶颈口内玻璃液进入工作埚主体内。

本发明搅拌器搅框位于工作埚主体内，由多支横杆与主杆焊接组成，靠近工作埚主体下部，由电机驱动旋转，切割工作埚主体内的玻璃液，用于削除条纹。

本发明降温埚、工作埚都采用细瓶颈结构，主要目的是减少与空气的接触表面积，以减少氟化物的挥发量和凝结物的量。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的导流板上端与隔板接触或连接，导流板位于导通孔靠玻璃液流出方向的一侧。

本发明制造装置的技术解决方案中所述的降温埚的入口管位于降温埚的上部，降温埚与工作埚之间的连通管位于降温埚和工作埚的上部。

本发明制造方法的技术解决方案是：一种氟磷酸盐光学玻璃的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

①将降温室上腔、下腔空间温度设定为低于玻璃液的析晶温度200～600℃，使玻璃液在降温埚内能快速降温，且设定的降温室上腔空间温度比降温室下腔空间温度低50～100℃，确保降温埚瓶颈处玻璃液温度比降温埚主体内玻璃液温度低。高温澄清完毕的玻璃液由入口管流入带有瓶颈状的降温埚内，玻璃液能快速降温至工艺要求温度（玻璃液温度必须高于析晶温度）；

②经快速降温的玻璃液在连通管内流动时继续降温，调节降温室、工作室空间温度，使流入工作埚主体内的玻璃液温度高于析晶温度50～100℃，保证流入工作埚内的玻璃液不产生析晶或晶核；

③将工作室上腔空间、下腔空间温度设定为高于玻璃液的析晶温度0～150℃，且工作室上腔空间温度比工作室下腔空间温度高20～50℃。由连通管流入的玻璃液在带有瓶颈状的工作埚内搅拌，获得无条纹的玻璃液，经工作埚底部的漏料管注入成型模具内；

④控制工作室上腔空间温度高于瓶颈内玻璃液温度10～30℃，使工作埚瓶颈处铂金始终处于加热状态，防止及减少玻璃液挥发物在瓶颈内壁不冷凝附着；

玻璃液在成型模具内冷却并固化，拉制成玻璃板料，经牵引、退火，获得光学玻璃块状毛坯。

本发明的有益效果是：本发明将降温室上、下腔空间温度设定为比析晶温度低200～600℃，有利于澄清池流入的高温玻璃液快速降温，有利于玻璃液快速越过玻璃液析晶区，阻止晶核的产生及长大；将降温室设置为上下独立的两个空间，可满足降温室上、下腔空间温度的单独控制。而降温室上腔温度比降落温室下腔温度更低，有利于减少瓶颈口内玻璃液中氟化物的挥发及冷凝量，从而减少冷凝物落入玻璃液中形成异物缺陷的可能。同时，由于氟化物挥发量的减少，激光液位测定仪光束的穿透性大幅提升，提高了液位仪的测定准确性和使用寿命。本发明将工作室上、下腔空间温度设定为比析晶温度高30～150℃，有利于工作埚内玻璃液在此温度下长期滞留而不析晶；将工作室设置为上下独立的两个空间，可满足降温室上、下腔空间温度的单独控制，而工作室上腔温度比工作室下腔温度高，从而保证工作埚瓶颈处的铂金处于加热状态，使铂金埚壁的温度高于玻璃液温度，因此挥发的氟化物不会因冷却而凝固在铂金壁上，从而防止瓶颈口内氟化物的冷凝，达到减少冷凝物落入玻璃液的目的。

附图说明

图1是本发明一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置示意图。

图中：1. 降温室上腔；2. 第一隔热板；3. 入口管；4. 隔板；5. 降温室下腔；6.加热棒；7. 降温埚；8. 连通管；9. 搅拌器；10. 漏料管；11. 工作埚；12. 工作室下腔；13.搅拌器挡盘；14. 工作室上腔；15. 液面；16. 挥发物挡环；17.导流板；18. 导通孔；19. 玻璃板；20. 第二隔热板。

具体实施方式

如图1所示。本发明一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置结构包括熔化室、升温室、澄清室、降温室、工作室、及其之间连接的连通管，其中，熔化室、升温室、澄清室与现有制造装置中的对应结构相同。降温室通过第一隔热板2分隔成降温室上腔1和降温室下腔5。降温埚7为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于降温室下腔5内，细长瓶颈口穿过第一隔热板2伸入降温室上腔1内，第一隔热板2相对于降温埚7的底面向上内凹，形成凹槽，使降温埚主体上端部位于该内凹的槽内。降温埚7内瓶颈口处有一将降温埚主体与细长瓶颈口分隔开的隔板4，隔板4位于第一隔热板2的凹槽内，隔板4中心处开有一个导通孔18，用于降温埚主体与细长瓶颈处玻璃液的上下连通。隔板4主要用于减少玻璃液的上下对流量，以防止瓶颈口处玻璃中的杂质进入降温埚主体内，影响玻璃液的品质。隔板4中心处的导通孔18用于平衡玻璃液液位，便于降温埚7上部空间的液位测定仪能真实地测定熔炉内玻璃液的真实液位，方便玻璃液位的有效控制。降温埚7内设置一竖直方向的导流板17，延长玻璃液在降温埚7内的路径及滞留时间。导流板17上端与隔板4接触或连接，导流板17位于导通孔18靠玻璃液流出方向的一侧，将降温埚7分隔成左右两部分，以延长玻璃液在降温埚内的路径及滞留时间。降温埚7的入口管3位于降温埚7的上部，降温埚7与工作埚11之间的连通管8位于降温埚7和工作埚11的上部。工作室通过第二隔热板20分隔成工作室上腔14和工作室下腔12。工作埚11为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于工作室下腔12内，细长瓶颈口穿过第二隔热板20伸入工作室上腔14内，工作埚主体部分处于工作室下腔12空间内，工作埚11瓶颈口内壁设计有减缓挥发物掉落的挥发物挡环16，挥发物挡环16处于玻璃液面以下。挥发物挡环16由一组呈喇叭口状的圆环组成，大喇叭口朝下，焊接于工作埚瓶颈口内壁，用以减缓瓶颈内壁附着的挥发物掉落。第二隔热板20相对于工作埚11的底面向上内凹，使工作埚主体上端部位于该内凹的槽内。工作埚11内安装有搅拌器9，工作埚11内瓶颈口下侧处设有搅拌器挡盘13。挡盘13位于工作埚主体内，靠近瓶颈口下侧，可将瓶颈处玻璃液与工作埚主体内玻璃液分隔，减少玻璃液上下对流，阻止或减缓瓶颈口内玻璃液进入工作埚主体内。搅拌器9搅框位于工作埚主体内，由多支横杆与主杆焊接组成，靠近工作埚主体下部，由电机驱动旋转，切割工作埚主体内的玻璃液，用于削除条纹。降温室上腔1、降温室下腔5、工作室上腔14和工作室下腔12内设有由独立的加热控制系统控制的加热棒6，由加热棒提供必要的功率以维持空间温度。

当澄清完毕的高温玻璃液由入口管3进入降温埚主体内，由于降温室下腔5空间温度极低（析晶温度以下200～600℃），降温埚主体内玻璃液完全处于散热状态，玻璃液快速冷却，通过调节降温室下腔5空间温度，可以调节降温埚7内的玻璃液温度高于析晶温度，确保玻璃液在降温埚7内不析晶或析出晶核。由于降温室下腔5与降温室上腔1之间有第一隔热板2完全隔开，降温室上腔1空间温度不受降温室下腔5空间温度影响，可独立进行温度控制。由于降温埚主体与降温埚瓶颈相连，其玻璃液是相互连通的，处于降温室下腔5内玻璃液热量会经过铂金传导及玻璃液对流，传递至瓶颈处的玻璃液，使瓶颈口处的玻璃液温度升高，不利于减少玻璃液中氟化物的挥发。为使瓶颈口内的玻璃液不易挥发，因此将降温室上腔1空间温度设定比降温室下腔空间5温度更低，使瓶颈口内的玻璃液在不析晶的情况下且有一定的流动性，以保证可靠监测玻璃液的液位。同时为减少瓶颈口处玻璃液（含异物）与降温埚主体内的玻璃液混合，在降温埚主体与瓶颈口交接处焊接有一块中心开有一小的导通孔18铂金的隔板4，既减少玻璃液的上下流动量又保证了玻璃液连通及玻璃液位的真实。

降温埚7内的导流板17将降温埚主体分为左右两部分，可延长玻璃液流动路径，阻止由入口管3处流入的高温玻璃液直接流入连通管8内，可有效提升降温埚7的降温效率。

经降温埚7内降温的玻璃液在连通管8内继续降温，流入工作埚11内。此处的玻璃液比工作埚11内任意点的玻璃液温度都高，因此先进入的玻璃液处于工作埚主体的上部。由于搅拌器挡盘13作用，这部分高温玻璃液被阻挡于此处，不能向上流入工作埚瓶颈口处，保证工作埚瓶颈口处的玻璃液相对静止，不产生玻璃液的上下窜流。由于漏料管10玻璃液不断地向下流出，玻璃液整体向下流动。在搅拌器9旋转作用下，流经搅拌器横杆的玻璃液被不断地切割、搅动，工作埚主体内玻璃液组分相互渗透扩散，组分趋向一致，形成无条纹的玻璃液。

将工作室上腔14空间、工作室下腔12空间温度设定为玻璃液的析晶温度高0～150℃，且工作室上腔14空间温度比工作室下腔12空间温度高20～50℃。可以使工作埚11内的玻璃液处于加热状态且保证玻璃液在工作埚11内不产生晶核或析出晶体，从而使玻璃液在流经漏料管10时，快速越过析晶区域，来不及析出晶体，注入成型模具内。

控制工作室上腔14空间温度高于瓶颈内玻璃液温度10～30℃，使工作埚瓶颈口外部温度高于瓶颈处铂金温度，保证了铂金一直处于加热状态，防止及减少玻璃液挥发物在瓶颈口处铂金内壁冷凝、附着，以阻止附着物积聚后落入玻璃液中形成结石缺陷。

玻璃液在成型模具内冷却并固化，拉制成玻璃板19，经牵引、退火，获得光学玻璃块状毛坯。

Claims (8)

1.一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，包括熔化室、升温室、澄清室、降温室、工作室、及其之间连接的连通管，所述降温室内设有降温埚（7）及加热棒（6），工作室内设有工作埚（11）及加热棒（6），其特征在于：所述的降温室通过第一隔热板（2）分隔成降温室上腔（1）和降温室下腔（5），降温埚（7）的上端口位于降温室上腔（1）内；所述降温室上腔（1）、降温室下腔（5）空间温度设定为低于玻璃液的析晶温度200～600℃，使玻璃液在降温埚（7）内能快速降温，且设定的降温室上腔（1）空间温度比降温室下腔（5）空间温度低50～100℃；所述的工作室通过第二隔热板（20）分隔成工作室上腔（14）和工作室下腔（12），工作埚（11）的上端口位于工作室上腔（14）内；

将降温室上腔（1）、降温室下腔（5）空间温度设定为低于玻璃液的析晶温度200～600℃，使玻璃液在降温埚（7）内能快速降温，且设定的降温室上腔（1）空间温度比降温室下腔（5）空间温度低50～100℃，确保降温埚瓶颈处玻璃液温度比降温埚主体内玻璃液温度低；高温澄清完毕的玻璃液由入口管（3）流入带有瓶颈状的降温埚（7）内，玻璃液能快速降温至工艺要求温度。

2.根据权利要求1所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的降温埚（7）为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于降温室下腔（5）内，细长瓶颈口穿过第一隔热板（2）伸入降温室上腔（1）内，降温埚（7）内瓶颈口处有一将降温埚主体与细长瓶颈口分隔开的隔板（4），隔板（4）中心处开有一个导通孔（18）；所述的工作埚（11）为带有细长瓶颈口的铂金埚，安装于工作室下腔（12）内，细长瓶颈口穿过第二隔热板（20）伸入工作室上腔（14）内，工作埚（11）瓶颈口内壁设计有减缓挥发物掉落的挥发物挡环（16）。

3.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的降温埚（7）内设置一竖直方向的导流板（17），将降温埚（7）分隔成左右两部分，延长玻璃液在降温埚（7）内的路径及滞留时间；所述的工作埚（11）内安装有搅拌器（9），工作埚（11）内瓶颈口下侧处设有搅拌器挡盘（13）。

4.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的降温室上腔（1）、降温室下腔（5）、工作室上腔（14）和工作室下腔（12）内设有由独立的加热控制系统控制的加热棒（6）。

5.根据权利要求2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的第一隔热板（2）相对于降温埚（7）的底面向上内凹，使降温埚主体上端部位于该内凹的槽内；所述的第二隔热板（20）相对于工作埚（11）的底面向上内凹，使工作埚主体上端部位于该内凹的槽内。

6.根据权利要求3所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的导流板（17）上端与隔板（4）接触或连接，导流板（17）位于导通孔（18）靠玻璃液流出方向的一侧。

7.根据权利要求1或2所述的一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置，其特征在于：所述的降温埚（7）的入口管（3）位于降温埚（7）的上部，降温埚（7）与工作埚（11）之间的连通管（8）位于降温埚（7）和工作埚（11）的上部。

8.一种采用权利要求1至7中任一种氟磷酸盐光学玻璃的制造装置制造氟磷酸盐光学玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：

①将降温室上腔（1）、降温室下腔（5）空间温度设定为低于玻璃液的析晶温度200～600℃，使玻璃液在降温埚（7）内能快速降温，且设定的降温室上腔（1）空间温度比降温室下腔（5）空间温度低50～100℃，确保降温埚瓶颈处玻璃液温度比降温埚主体内玻璃液温度低；高温澄清完毕的玻璃液由入口管（3）流入带有瓶颈状的降温埚（7）内，玻璃液能快速降温至工艺要求温度；

②经快速降温的玻璃液在连通管（8）内流动时继续降温，调节降温室、工作室空间温度，使流入工作埚主体内的玻璃液温度高于析晶温度50～100℃，保证流入工作埚（11）内的玻璃液不产生析晶或晶核；

③将工作室上腔（14）空间、工作室下腔（12）空间温度设定为高于玻璃液的析晶温度0～150℃，且工作室上腔（14）空间温度比工作室下腔（12）空间温度高20～50℃；由连通管（8）流入的玻璃液在带有瓶颈状的工作埚（11）内搅拌，获得无条纹的玻璃液，经工作埚（11）底部的漏料管（10）注入成型模具内；

④控制工作室上腔（14）空间温度高于瓶颈内玻璃液温度10～30℃，使工作埚（11）瓶颈处铂金始终处于加热状态，防止及减少玻璃液挥发物在瓶颈内壁不冷凝附着；

玻璃液在成型模具内冷却并固化，拉制成玻璃板（19），经牵引、退火，获得光学玻璃块状毛坯。

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