CN110451774B - 特种玻璃传送系统的澄清装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可高效消除玻璃生产过程中的气泡和减少闪点的特种玻璃传送系统的澄清装置及其方法，第二加热控制装置通过第一电极片和第三电极片对筒体的前段加热区进行加热，第三加热控制装置通过第三电极片和第四电极片对筒体的后段加热区进行加热；多个隔板分别与筒体的中轴线垂直且设置在筒体内，隔板上方设置有保护气体通孔，下方设置有玻璃液通孔；保护气管设置在筒体的末端上部，排气管设置在筒体的前端上部，第一加热控制装置通过第二电极片和第一电极片直接对排气管加热区段进行加热。本发明采用分段直接加热模式，隔板能有效改善玻璃液的流动不均匀性现象，本发明生产的产品质量有明显的改善和提升，且装置使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及特种玻璃制造领域，具体涉及一种特种玻璃生产传送系统的澄清装置及其方法。
背景技术
零膨胀微晶玻璃由于其特殊的材料性能，除了对玻璃的膨胀一致性和光学均匀性要求高外，对玻璃工作面的微米级光滑质量要求也极高，而玻璃中的气泡和闪点将在工作表面形成微小的“凹点”，从而影响成像系统的性能。
随着液晶显示成像技术的不断发展，从传统的高清显示器发展到目前主流的2K、4K分辨率显示器，对所使用的TFT-LCD基板玻璃的质量要求也越来越苛刻，需要尽可能减少玻璃中气态和固态夹杂物等质量缺陷。而TFT-LCD基板玻璃常见的气态质量缺陷通常是指气泡(包括大小和数量)；固态夹杂物质量缺陷通常包括结石和闪点，固态夹杂物质量缺陷主要以闪点为主，而闪点结石是液晶显示面板最致命的缺陷，直接影响终端产品的良品率。
气泡的主要来源是玻璃液澄清工序之前的配制料在窑炉熔化过程中形成的，溶存于玻璃中；闪点的主要来源是玻璃生产传送系统所使用的贵金属制品材料在高温下的氧化挥发物由于“冷凝”作用而再次进入玻璃形成的。闪点通常是指在生产过程的检验工序中，用强光照射玻璃可观察到的具有金属光泽和特殊形态特征的结石，闪点成分测试结果与所使用的贵金属制品材料通常基本一致。
如何高效消除零膨胀微晶玻璃、TFT-LCD基板玻璃生产过程中的气泡和尽可能地减少闪点，是生产制造中的关键控制要素，而澄清装置及其使用工艺对以上两种质量缺陷起着最为直接的决定作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可高效消除玻璃生产过程中的气泡和减少闪点的特种玻璃传送系统的澄清装置及其方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：特种玻璃传送系统的澄清装置，包括筒体、多个隔板、第一电极片、第二电极片、第三电极片、第四电极片、排气管、保护气管、第一加热控制装置、第二加热控制装置、第三加热控制装置，第一电极片和第三电极片组成澄清装置筒体的前段加热区，第三电极片和第四电极片组成澄清装置筒体的后段加热区，第二加热控制装置通过第一电极片和第三电极片直接对筒体的前段加热区进行加热，第三加热控制装置通过第三电极片和第四电极片直接对筒体的后段加热区进行加热；多个隔板分别与筒体的中轴线垂直且设置在筒体内，隔板上方设置有保护气体通孔，下方设置有玻璃液通孔；保护气管设置在筒体的末端上部，用于向筒体内通入保护性气体；排气管设置在筒体的前端上部，用于通入的保护性气体的排出；在排气管上设置有第二电极片，第二电极片与第一电极片组成排气管加热区段，第一加热控制装置通过第二电极片和第一电极片直接对排气管加热区段进行加热。
进一步的，所述筒体的前后两段加热区的温度均单独可调。
进一步的，所述筒体由数段波纹管构成，所述波纹管的波纹高度为5-15mm，波纹宽度为10-30mm。
进一步的，所述多个隔板的形状相同且与筒体的内壁形状匹配。
进一步的，所述隔板下方的玻璃液通孔采用月牙型，所述玻璃液通孔与筒体之间形成下部的月牙型通道。
进一步的，所述玻璃液通孔的截面为筒体截面的40-70％，优选为50-60％。
进一步的，每个所述隔板的间距为100-400mm，优选为200-300mm。
进一步的，所述排气管的管口水平或管口略朝下。
进一步的，所述筒体外周表面上设置有保护涂层，所述保护涂层外还设置有外部保温层。
特种玻璃传送系统的澄清方法，筒体内分为前段加热区和后段加热区，所述前段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略高于玻璃液澄清温度；所述后段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略低于玻璃液澄清温度；排气管温度略低于玻璃液澄清温度。
进一步的，若玻璃液在进入装置时温度较低，前段加热区和后段加热区的温度设定为相同温度。
特种玻璃传送系统的澄清方法，从窑炉流出的熔融玻璃液进入筒体后，第一加热控制装置、第二加热控制装置和第三加热控制装置通过第一电极片、第二电极片、第三电极片和第四电极片对筒体内的前段加热区、后段加热区、排气管加热区段进行分别加热，各加热区段温度由第一加热控制装置、第二加热控制装置和第三加热控制装置单独控制和调节；所述筒体内数个具有一定间距且与玻璃液流动方向垂直设置的隔板将筒体分隔形成若干流动区，所述隔板下方的玻璃液通孔用于玻璃液通过隔板，所述隔板上方的保护气体通孔用于保护性气体在筒体内的玻璃液上方流动；排气管用于排出装置内从玻璃液澄清出的气体以及排出通过保护气管通入的保护性气体，所述第一加热控制装置对排气管加热区段进行温度控制和调节。
进一步的，所述保护性气体在进入保护气管前进行充分预热，预热温度在500℃以上。
进一步的，所述保护性气体经多个隔板上部的保护气体通孔依次通过，并经前端的排气管排出。
本发明的有益效果是：本发明澄清装置筒体采用分段直接加热模式，工艺上可实现三种调整模式，工艺调节手段增加，澄清效果更好；结合玻璃液在管内的流动状况设计的隔板能有效改善玻璃液的流动不均匀性现象，即减缓中部流速、增加边部流速，增加最快玻璃液流动粒子在澄清装置的停留时间，提升装置的澄清能力；保护性气体的通入，能有效保护筒体材料内表面在高温下不被氧化以及由此形成的挥发，这种氧化挥发物是玻璃内闪点产生的直接来源；可加热排气管的管口水平或管口略朝下，可避免玻璃液挥发物和筒体材料挥发物在管口由于发生“冷凝”现象而形成冷凝物再次回流进入玻璃液的发生，有效减少了闪点的形成条件；筒体表面采用波纹管结构，能有效吸收筒体材料在高温下的膨胀，避免筒体因膨胀而发生挤压变形和拉裂等情况的发生；筒体表面进行保护性喷涂，这种喷涂层可增加筒体在高温状态下的强度，并可起到保护隔离的作用，即防止筒体外层表面所使用的铂、铑及其合金材料在高温下发生氧化和挥发现象。本发明装置使用效果显著，所生产的产品质量有明显的改善和提升，且装置使用寿命延长。
附图说明
图1是本发明装置的主视图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明装置的隔板的结构示意图。
图4是未使用隔板玻璃液在装置筒体内的流动数学模拟示意图。
图5是使用隔板后玻璃液在装置筒体内的流动数学模拟示意图。
图6是玻璃液在隔板前后的流动数学模拟示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，针对零膨胀微晶玻璃、TFT基板玻璃等高品质特种玻璃生产中现有存在的澄清能力不足、闪点不可控、装置使用寿命不长等实际问题，本发明的特种玻璃传送系统的澄清装置包括筒体1、多个隔板2、第一电极片3、第二电极片5、第三电极片6、第四电极片8、排气管4、保护气管7、第一加热控制装置9、第二加热控制装置10、第三加热控制装置11。其中，筒体1由前后两段加热区组成，第一电极片3和第三电极片6组成澄清装置筒体1的前段加热区，第三电极片6和第四电极片8组成澄清装置筒体1的后段加热区，第二加热控制装置10通过第一电极片3和第三电极片6直接对筒体1的前段加热区进行加热，第三加热控制装置11通过第三电极片6和第四电极片8直接对筒体1的后段加热区进行加热；多个隔板2分别与筒体1的中轴线垂直设置在筒体1内，与玻璃液流动方向垂直，隔板2上方设置有保护气体通孔14，下方设置有玻璃液通孔15；保护气管7设置在筒体1的末端上部，用于向筒体1内通入保护性气体；排气管4设置在筒体1的前端上部，用于通入的保护性气体的排出；在排气管4上设置有第二电极片5，第二电极片5与第一电极片3组成排气管加热区段，第一加热控制装置9通过第二电极片5和第一电极片3直接对排气管加热区段进行加热。
为适应TFT基板玻璃、零膨胀微晶玻璃等特种玻璃品种的生产温度高的特点，本发明的筒体1设计最高工作温度为1680℃，正常生产工艺温度为1400℃-1650℃，因此，筒体1优选采用铂、铑及其合金材料制成，筒体1的厚度为1.0-2.0mm；筒体1的前后两段加热区的温度均单独可调，第二加热控制装置10、第三加热控制装置11的功率范围为40-80KW，变压器工作特征为低电压(小于10V)高电流(1000A以上)状态；第一电极片3、第三电极片6、第四电极片8优选采用铂、铑及其合金材料制成；筒体1由数段波纹管构成，可有效吸收筒体材料在升温后的尺寸膨胀，避免由材料膨胀问题造成筒体1的挤压变形，甚至拉裂现象的发生，有效保护装置的使用寿命和可靠性。波纹管的波纹高度为5-15mm，波纹宽度为10-30mm，筒体1的截面形状优选为圆形或椭圆形。
多个隔板2的形状相同且与筒体1的内壁形状匹配，隔板2下方的玻璃液通孔15采用月牙型，如图3所示。因为未使用隔板2时玻璃液在筒体1内的流动呈现中心部流动快、边部流动慢、上部流动快、下部流动慢的特点，如图4所示，选择月牙型通孔的隔板就是根据流体在管内的这种流动特点来设计的,这种形状的隔板能阻挡中部流动最快的部分和加速边部流动慢的部分。另外，气泡澄清效率的一个重要参数就是澄清时间，也即玻璃液在装置内的停留时间，减缓中部区域流动最快的流体的速度，也就增加了流体的停留时间，增加了澄清时间，提升了玻璃的澄清效率。隔板2下方的玻璃液通孔15与筒体1之间形成下部的月牙型通道，玻璃液经月牙型通道流过，通道截面一般为筒体截面的40-70％，优选50-60％；每个隔板2的间距一般为100-400mm，优选为200-300mm。
保护性气体采用N2、惰性气体等，优选N2；保护性气体在进入保护气管7前需进行充分预热，温度在500℃以上；保护性气体经多个隔板2上部的保护气体通孔14依次通过，并经前端的排气管4排出，排气管4的管口水平或管口略朝下；第一加热控制装置9对排气管4进行温度控制和调节，阻止“冷凝”现象在排气管4管口的发生，排气管4的管口横向水平或略低于水平线的设计，可避免高温下的玻璃液的挥发物与筒体材料内表面(即在玻璃液面上方暴露在空气中的表面)在高温下的挥发物在排气管4管口由于发生“冷凝”现象而形成冷凝物回流进入筒体1内的玻璃液中。
筒体1外周表面上设置有保护涂层12，保护涂层12通常采用等离子喷涂工艺，在筒体1表面上喷涂形成一层保护层，喷涂材料优选ZrO2以及其它氧化物陶瓷材料，如Al2O3、TiO2，保护涂层12能增加筒体1在高温状态下的强度和避免筒体1外层表面所使用的铂、铑及其合金材料在高温下发生氧化和挥发现象，可增加装置的使用寿命；保护涂层12外还设置有外部保温层13。
本发明的澄清装置前后两段加热区段及排气管工艺温度设定为：前段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略高于玻璃液澄清温度；后段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略低于玻璃液澄清温度；排气管温度略低于玻璃液澄清温度。若玻璃液在进入本发明装置时温度较低，前后段加热区的温度设定为相同温度。本发明装置的筒体1前后两段加热区温度可独立调整，两个区段的工艺温度的设定可形成3种匹配模式，即前高后低、前后相同、前低后高，增加了澄清装置工艺调整的手段和有效性。
本发明澄清装置中，隔板2的使用可显著改变玻璃液在筒体1内的流速不均的现象。图4是未使用隔板2前,玻璃液在筒体1内的流动数学模拟示意图，显示了玻璃液在筒体截面上的流速分布，呈现出边部区域流动缓慢(区域面积大)、中心区域流速快(区域面积小)的特点，且边部和中心部流速差大；图5是使用隔板2后,玻璃液在筒体1内的流动数学模拟示意图，显示了隔板处的玻璃液的流动状态，有效压缩了边部流速慢的区域，玻璃液流速差显著改善和缩小了流动缓慢区。这种改善能有效提升玻璃液在澄清装置中的停留时间，即增加了澄清装置的澄清能力，对玻璃液中的气泡的消除是积极有利的。
同时，根据Stokes定律，气泡在玻璃液的澄清过程是气泡逐渐上浮于玻璃表面直至破裂的一个动态过程，由于玻璃液表面张力和大气压等影响因素，气泡的破裂需要一定的时间，也即气泡会在玻璃液表面随着玻璃液流动。本发明的隔板2由于采用月牙型结构，玻璃液只能从隔板2与筒体1形成的下部的通道流过，隔板2起到了有效阻挡玻璃液面气泡随玻璃液流动的作用，这对玻璃液的澄清是积极有利的。
本发明的隔板2在筒体1的分布间距有一定的要求，发明人研究发现，玻璃液在流经隔板2一定距离后，流动状态将发生改变，出现类似于图4未使用隔板2时玻璃液在筒体1内的流动状况，如图6所示，因此本发明需要在一定的间距内设置隔板2，并在筒体1内依次排列。
本发明装置的保护气管7通入预热温度500℃以上的保护性气体，如N2，可有效隔离筒体1内玻璃液面以上的空气，筒体1所使用的铂、铑及其合金材料内表面在高温下不易发生氧化、挥发现象；保护气体还可有效带走高温下玻璃液的挥发物和筒体材料的挥发物，并从管口水平或管口略朝下的排气管4排出，有效避免高温下玻璃液的挥发物和筒体材料的挥发物在排气管4管口由于发生“冷凝”现象而形成冷凝物再次回流进入筒体1内的玻璃液，这种冷凝物进入玻璃液后，基本都以闪点的形式存在于玻璃液内，直接影响终端产品的良品率。
本发明装置可广泛应用于各类玻璃的生产中，如TFT-LCD基板玻璃、微晶玻璃、光学玻璃、电子玻璃、药用玻璃等。
工作时，从窑炉流出的熔融玻璃液进入本发明澄清装置的筒体1后，第一加热控制装置9、第二加热控制装置10和第三加热控制装置11通过第一电极片3、第二电极片5、第三电极片6和第四电极片8对筒体1内的前段加热区、后段加热区、排气管加热区段进行加热，各加热区段温度由第一加热控制装置9、第二加热控制装置10和第三加热控制装置11单独控制和调节；澄清装置筒体1内数个具有一定间距且与玻璃液流动方向垂直设置的隔板2将筒体1分隔形成若干流动区，隔板2下方的玻璃液通孔15用于玻璃液通过隔板2，隔板2上方的保护气体通孔14便于保护性气体在筒体1内的玻璃液上方流动；排气管4用于排出装置内从玻璃液澄清出的气体以及排出通过保护气管7通入的保护性气体，第一加热控制装置9对排气管加热区段进行温度控制和调节。
Claims (14)
1.特种玻璃传送系统的澄清装置，包括筒体（1），其特征在于：还包括多个隔板（2）、第一电极片（3）、第二电极片（5）、第三电极片（6）、第四电极片（8）、排气管（4）、保护气管（7）、第一加热控制装置（9）、第二加热控制装置（10）和第三加热控制装置（11），所述第一电极片（3）和第三电极片（6）组成筒体（1）的前段加热区，所述第三电极片（6）和第四电极片（8）组成筒体（1）的后段加热区，所述第二加热控制装置（10）通过第一电极片（3）和第三电极片（6）对筒体（1）的前段加热区进行加热，所述第三加热控制装置（11）通过第三电极片（6）和第四电极片（8）对筒体（1）的后段加热区进行加热；所述多个隔板（2）分别与筒体（1）的中轴线垂直设置在筒体（1）内，所述隔板（2）上方设置有保护气体通孔（14），下方设置有玻璃液通孔（15），所述玻璃液通孔（15）采用月牙型；所述保护气管（7）设置在筒体（1）的末端上部，用于向筒体（1）内通入保护性气体；所述排气管（4）设置在筒体（1）的前端上部，用于通入的保护性气体的排出；在所述排气管（4）上设置有第二电极片（5），所述第二电极片（5）与第一电极片（3）组成排气管加热区段，所述第一加热控制装置（9）通过第二电极片（5）和第一电极片（3）对排气管加热区段进行加热，所述多个隔板（2）的形状相同且与筒体（1）的内壁形状匹配，每个所述隔板（2）的间距为100-400mm。
2.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述筒体（1）的前后两段加热区的温度均单独可调。
3.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述筒体（1）由数段波纹管构成，所述波纹管的波纹高度为5-15mm，波纹宽度为10-30mm。
4.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述玻璃液通孔（15）与筒体（1）之间形成下部的月牙型通道。
5.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述玻璃液通孔（15）的截面为筒体（1）截面的40-70%。
6.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述玻璃液通孔（15）的截面为筒体（1）截面的50-60%。
7.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：每个所述隔板（2）的间距为200-300mm。
8.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述排气管（4）的管口水平或管口略朝下。
9.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置，其特征在于：所述筒体（1）外周表面上设置有保护涂层（12），所述保护涂层（12）外还设置有外部保温层（13）。
10.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置的澄清方法，其特征在于：筒体（1）内分为前段加热区和后段加热区，所述前段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略高于玻璃液澄清温度；所述后段加热区的温度为玻璃液澄清温度或略低于玻璃液澄清温度；排气管温度略低于玻璃液澄清温度，玻璃液通孔（15）采用月牙型。
11.如权利要求10所述的特种玻璃传送系统的澄清装置的澄清方法，其特征在于：若玻璃液在进入装置时温度较低，前段加热区和后段加热区的温度设定为相同温度。
12.如权利要求1所述的特种玻璃传送系统的澄清装置的澄清方法，其特征在于：从窑炉流出的熔融玻璃液进入筒体（1）后，第一加热控制装置（9）、第二加热控制装置（10）和第三加热控制装置（11）通过第一电极片（3）、第二电极片（5）、第三电极片（6）和第四电极片（8）对筒体（1）内的前段加热区、后段加热区、排气管加热区段进行分别加热，各加热区段温度由第一加热控制装置（9）、第二加热控制装置（10）和第三加热控制装置（11）单独控制和调节；所述筒体（1）内数个具有一定间距且与玻璃液流动方向垂直设置的隔板（2）将筒体（1）分隔形成若干流动区，所述隔板（2）下方的玻璃液通孔（15）用于玻璃液通过隔板（2），所述玻璃液通孔（15）采用月牙型，所述隔板（2）上方的保护气体通孔（14）用于保护性气体在筒体（1）内的玻璃液上方流动；排气管（4）用于排出装置内从玻璃液澄清出的气体以及排出通过保护气管（7）通入的保护性气体，所述第一加热控制装置（9）对排气管加热区段进行温度控制和调节。
13.如权利要求12所述的特种玻璃传送系统的澄清装置的澄清方法，其特征在于：所述保护性气体在进入保护气管（7）前进行充分预热，预热温度在500℃以上。
14.如权利要求12所述的特种玻璃传送系统的澄清装置的澄清方法，其特征在于：所述保护性气体经多个隔板（2）上部的保护气体通孔（14）依次通过，并经前端的排气管（4）排出。
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