CN110818226A - 玻璃液导流装置、玻璃液导流通道及玻璃液质量改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种玻璃液导流装置,该装置可以有效解决玻璃液表层杂质、不均质等表层问题导致的玻璃缺陷,从而改善产品质量。玻璃液导流装置,包括下档板和上档板,所述上档板设置在下档板上,所述上档板的前面为前壁,上档板的后面为后壁,下档板的顶面为上壁,所述下档板的前面为前侧壁,下档板的底面为底壁。本发明通过在通道中设置玻璃液导流装置,有效降低了通道中玻璃液表面杂质层的流动阻力,并将玻璃液在通道中的流动分为上下两部分,使通道中玻璃液近表层杂质导流排除,并有效解决了通道中表面边部玻璃液停留时间长容易富集杂质形成玻璃不均质杂质层的问题,可以稳定提高玻璃产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃生产过程中连接熔化池至成型装置的玻璃液通道及通道上的导流装置,以及利用该导流装置排除通道中玻璃液中不均匀成分从而改善玻璃液质量的方法。
背景技术
目前在光学玻璃、浮法玻璃、瓶罐玻璃等常见玻璃生产工艺中,其生产主要包括熔窑玻璃液熔化、澄清、均化、成型、退火、包装等过程,玻璃液输送到成型工艺之前,需要将玻璃内部气泡排除,并使玻璃内部温度、成分均匀分布,从而有效控制成型后玻璃产品物化常数波动、产品气泡数量、结石缺陷等影响玻璃质量的指标。玻璃液从熔化池输送到成型装置过程中可以采取贵金属制成的通道、耐火材料通道、贵金属及耐火材料组合形成的通道等方式,其中采用贵金属管道输送玻璃液具有成本高、设计复杂、控制精度高等难点,因此该方式一般用于光学玻璃生产及其它高附加值玻璃的生产工艺中。在一般玻璃生产过程中主要还是采用耐火材料通道输送玻璃液,并在局部使用贵金属材料提高玻璃液质量。在采用耐火材料通道输送玻璃液时一般分为两种情况,满通道输送和通道内形成自由表面的输送方式,而在生产过程中由于工艺需求一般只有部分输送通道能做到满通道输送,大部分则是采用具有自由表面的输送方式。
玻璃液在从熔化池进入成型装置的过程中,如果局部采用具有自由表面的玻璃液输送方式,则通常流速较慢属于层流,因此通道内玻璃液呈有序流动,表层玻璃液只通过扩散进入玻璃液内部。玻璃液在通道中形成自由表面使得近表面层玻璃液与空气接触导致玻璃液中的易挥发成分,如碱金属(Na、K)氧化物、氟化物、硼化物等在高温下经玻璃液表面进入热空气中形成挥发物,挥发物遇顶部或侧壁较冷处时凝聚,形成固体小颗粒并附着在玻璃表面;同时在挥发过程中部分玻璃成分离子脱离玻璃液将导致玻璃液表层成分与中心玻璃液产生差异,使得两者在黏度、密度等物化性质上不相同。通过以上变化过程,玻璃液在表层容易形成一层富含杂质、不均质的玻璃液层,该层玻璃液一旦未及时处理将会在玻璃成型时形成条纹、结石等缺陷,影响玻璃生产质量。上述挥发过程在进行浮法特殊种类玻璃(如铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃)生产时、光学玻璃生产时、含硼低膨胀玻璃生产时尤为突出,而且玻璃液在开放式通道停留时间越长易挥发物挥发量越大,玻璃表层问题越严重。
CN203212450U提出了一种玻璃液导流装置,来解决浮法玻璃生产过程中大粘度玻璃液引起的玻筋问题,通过该导流装置将表层大粘度玻璃液导流到流道两侧,达到改善玻璃质量问题的效果,该方法适合于浮法成型方法,但当采用其它成型方法时,边部玻璃液依然存在问题。CN202543030U、CN203461950U、CN203429040U等专利中公开了采用通道内设置搅拌的方式对玻璃液进行均化处理,通过搅拌提高了玻璃液的均化性,但当玻璃液具有自由表面时,表层玻璃液在通道内停留时间远小于单位玻璃液均化所需的时间,因此在通道中采用搅拌方式解决表层玻璃液均匀性问题的效果是非常有限的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃液导流装置,该装置可以有效解决玻璃液表层杂质、不均质等表层问题导致的玻璃缺陷,从而改善产品质量。
本发明还要提供一种利用上述玻璃液导流装置导流表层玻璃液的通道。
本发明还要提供一种玻璃液质量改进方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:玻璃液导流装置,包括下档板和上档板,所述上档板设置在下档板上,所述上档板的前面为前壁,上档板的后面为后壁,下档板的顶面为上壁,所述下档板的前面为前侧壁,下档板的底面为底壁。
进一步的,所述前壁为圆柱面、抛物面、样条曲线形成的面或多段面形成的凹形面,或平面以及凸曲面,优选前壁为圆柱面、抛物面及样条曲线形成的曲面。
进一步的,所述前壁由两个曲面构成,两个曲面相交的夹角θ为0-180°,优选为5-90°;两个曲面相交形成交线,所述交线进行倒角处理;两个曲面与交线对称。
进一步的,所述上壁分为三个区域,中心区域位于通道内,与所述前壁和前侧壁相邻,工作时完全浸入玻璃液中;左侧区域与左导流角相邻,并部分嵌入左侧壁,剩余部分由玻璃液浸没;右侧区域与右导流角相邻,部分嵌入右侧壁,剩余部分由玻璃液浸没。
玻璃液导流通道,包括通道,还包括排放池和上述的玻璃液导流装置,所述玻璃液导流装置的左右两端分别嵌入通道上的左侧壁和右侧壁中,所述玻璃液导流装置与排放池相连。
进一步的,所述通道包括左侧壁、右侧壁、玻璃液入口、玻璃液出口和底壁,在所述左侧壁和右侧壁上分别设置有左侧槽和右侧槽,并在左侧槽和右侧槽上分别设置有左导流角和右导流角。
进一步的,所述玻璃液导流装置表面包裹一层金属材料,金属材料包裹层的厚度为0.4mm-2.0mm,最佳厚度为0.5mm-1.0mm;所述玻璃液导流装置选择与金属材料包裹层热膨胀系数接近的耐火材料制成,优选的耐火材料的热膨胀系数为6Х10-6K-1~14Х10-6K-1,最优选的热膨胀系数为9.1Х10-6K-1~13.5Х10-6K-1。
进一步的,所述金属材料包裹层采用纯铂金属、铂铑合金或铂金合金制成,所述铂铑合金中铑的重量百分比含量为6%—14%,最佳重量百分比含量为8.5%-11.5%,所述铂金合金中金的重量百分比含量为2.5%-11.5%,最佳重量百分比含量为5.5%-7.5%。
进一步的,当以上壁为零标准高度时,玻璃液在上壁的液位高度控制在5mm-200mm,优选液位高度为10mm-100mm,最优选的液位高度为25mm-60mm。
进一步的,在所述玻璃液导流装置两侧分别设置有左排放池和右排放池,左排放池与上壁的左侧区域相连接;右排放池与上壁的右侧区域相连接。
进一步的,所述排放池包括排放侧壁、排放底壁和排放口,所述排放口是排放管或溢流口,所述排放管设置在所述排放底壁或排放侧壁上。
进一步的,所述玻璃液导流装置在竖直方向的变形量不超过玻璃液导流装置横跨玻璃液通道宽度的3%。
玻璃液质量改进方法,该方法包括以下步骤:
1)在导流排放开始前,玻璃液在通道中达到流动稳定状态,液位线标高高于上壁;
2)玻璃液在流动过程中与玻璃液导流装置的前壁、后壁、上壁、前侧壁、底壁、排放侧壁、排放底壁和排放口接触,其中所述上壁、前侧壁、底壁、排放底壁和排放口均浸没在玻璃液中;
3)在进行导流排放时,加热排放管或溢流口,使排放管或溢流口温度升高;
4)导流排放开始后,通道中玻璃液的流动被分为两部分,一部分玻璃液液位高于玻璃液导流装置的上壁,该部分玻璃液从通道中进入上壁的中心区域,然后在前壁的导流作用下,分别进入上壁的左侧区域和右侧区域,左侧区域的玻璃液在前壁的左侧、左导流角、左侧槽的侧壁的引导下进入左排放池入口,右侧区域的玻璃液在前壁的右侧、右导流角、右侧槽的侧壁的引导下进入右排放池入口;玻璃液进入排放池后受排放侧壁和排放底壁的引导从排放管或溢流口中排出,控制两侧排放管或溢流口温度,使排出的玻璃液流量在要求范围以内;
5)通道中另一部分玻璃液液位低于玻璃液导流装置的上壁,该部分玻璃液继续沿着通道从玻璃液导流装置的前侧壁和底壁表面流过,通过玻璃液导流装置后进入到后续生产中。
进一步的,步骤4)所述的排出的玻璃液流量根据生产线出料量来进行计算,总流量不超过生产线出料量的15%,优选在10%以内。
本发明的有益效果是:通过在通道中设置玻璃液导流装置,有效降低了通道中玻璃液表面杂质层的流动阻力,并将玻璃液在通道中的流动分为上下两部分,使通道中玻璃液近表层杂质导流排除,从而改善了后续生产环节玻璃质量水平;采用双侧导流排放方式进一步降低了通道侧壁附近边部表面玻璃液的局部流动阻力并缩短流动路径,从而加速了表面临近壁面玻璃液的排出速度,有效解决了通道中表面边部玻璃液停留时间长容易富集杂质形成玻璃不均质杂质层的问题,可以稳定提高玻璃产品质量。
附图说明
图1是现有玻璃生产工艺示意图。
图2是现有另一种玻璃生产工艺示意图。
图3是本发明的玻璃液导流通道的结构示意图。
图4是本发明的通道的结构示意图。
图5是本发明的通道的另一种结构示意图。
图6是本发明的通道的第三种结构示意图。
图7是本发明的玻璃液导流装置的结构示意图。
图8是本发明的玻璃液导流装置的另一种结构示意图。
图9是本发明的玻璃液导流装置的第三种结构示意图。
图10是本发明的排放池的结构示意图。
图11是本发明的排放池的另一种结构示意图。
图12是本发明的排放池的第三种结构示意图。
具体实施方式
玻璃生产工艺过程主要分成两部分,热工工艺和冷加工工艺。其中热工工艺主要是将玻璃粉料在高温下转化为液态,通过熔化、澄清、均化、成型、退火形成玻璃产品,与以上工艺相对应的关键设备一般包括熔化池、澄清池、通道、均化池、成型装置和退火装置等,如图1和2所示。图中为配合工艺设置给出了两种玻璃液通道的工艺位置示意图,通道作为每个重要生产环节的过渡区域,可根据设计需要出现在不同的位置,可兼具澄清池、均化池等设备的部分作用,也可用于控制玻璃液的温度变化。根据玻璃流动动力差异可将通道的设计分为两类,分别是满管式玻璃液通道及具有自由表面的玻璃液通道。对于具有自由表面的通道,玻璃停留时间、空间气氛组成、气氛压力、玻璃成分组成等因素都将影响玻璃液临近自由表面的玻璃液密度、粘度等物理化学性质,从而具有自由表面的玻璃液表层容易形成相对于主体玻璃液而言的不均匀杂质缺陷层。
本发明的玻璃液导流通道如图3所示,包括通道1、玻璃液导流装置2和排放池3,其中,玻璃液导流装置2左右两端分别嵌入通道1上的左侧壁11和右侧壁12中,左侧壁11和右侧壁12支撑并固定玻璃导流装置2;玻璃液导流装置2与排放池3相连。玻璃液在通道中稳定流动时,通过玻璃液导流装置2将玻璃液分为两个区域,高于玻璃液导流装置2上底壁的玻璃液被导流进入排放池3,通过排放池3的排放管或溢流口排除;而低于玻璃液导流装置2上底壁的玻璃液继续沿着通道1进入下一个生产工序,从而将容易引起质量问题的表层玻璃液排除,留下优质玻璃液。
上述通道1包括左侧壁11、右侧壁12、玻璃液入口13、玻璃液出口14和底壁15,在左侧壁11和右侧壁12上分别设置有左侧槽16和右侧槽17,并在左侧槽16和右侧槽17上分别设置有左导流角18和右导流角19,如图4-5所示;上述通道1还可设置后侧壁20,玻璃液出口14设置在后侧壁20上,如图6所示;本发明的通道1可以是直角通道、圆角通道以及收口通道,分别如图4-6所示,玻璃液均从玻璃液入口13流进通道1,经过通道1各个结构后从玻璃液出口14流出通道1,进入下一个生产工序。
上述左侧槽16和右侧槽17分别在左侧壁11和右侧壁12上的位置与大小由玻璃液导流装置2与排放池3的位置与大小决定。上述左导流角18和右导流角19在设计加工时可选择倒角和圆角,优选圆角;倒角时控制倒角半径小于通道1在玻璃流动方向的长度;左导流角18和右导流角19的设计是根据数值分析计算与现场实际生产中玻璃液流动状态得出的,表层边部玻璃液由于受壁面阻力影响,流动速度远低于中心表面玻璃液流动速度,因此采用左导流角18和右导流角19可以降低表面边部玻璃液局部流动阻力,缩短流动路径,从而有效加速表面临近壁面玻璃液的排出速度,防止表面边部玻璃液集聚形成玻璃不均质杂质层。
上述通道1在形状设计上除了可以设计为上述直角通道、圆角通道和收口通道外,还可以设计为圆形截面、椭圆形截面、多边形截面等截面形状的结构,通道1的形状主要取决于玻璃生产工艺的需求。当通道中玻璃液处于未完全充满状态时,玻璃液在通道中具有自由表面,并在通道1的左侧壁11和右侧壁12形成气液固三相交界的液位线。通道1的尺寸设计可以依据现场施工条件、工艺上玻璃液停留时间、玻璃液流量、横向截面温差等工艺参数来设计通道1的长度、宽度以及高度。
如图7-9所示,上述玻璃液导流装置2包括下档板21和上档板22,上档板22设置在下档板21上,其中,上档板22的前面为前壁23,上档板22的后面为后壁24,下档板21的顶面为上壁25,下档板21的前面为前侧壁26,下档板21的底面为底壁27。上壁25分为三个区域,中心区域28位于通道1内,与前壁23和前侧壁26相邻,工作时完全浸入玻璃液中;左侧区域29与左导流角18相邻,并部分嵌入左侧壁11,剩余部分由玻璃液浸没;右侧区域30与右导流角19相邻,部分嵌入右侧壁12,剩余部分由玻璃液浸没。前侧壁26同样也分为三个区域,左侧区域和右侧区域分别置于左侧槽11和右侧槽12中,中间区域完全浸没在玻璃液中。前壁23只有部分浸入玻璃液中,并与玻璃液液面形成交界线,因此,前壁23的高度必须高于玻璃液的液位高度,且前壁23的设计高度不超过玻璃液的最高液位高度的2倍,此时以上壁25为零标准高度位置。
玻璃液导流装置2的材料可根据玻璃成分、所处位置使用温度来进行选择,通常可选择镁铝尖晶石材质的耐火砖、电熔刚玉砖、高锆砖、熔石英等耐火材料制成,也可直接选择金属材料制成,但在选择金属制作时应选择对玻璃液无污染的材质。另外,在采用耐火材料制作玻璃液导流装置2时,也可将玻璃液导流装置2表面包裹一层金属材料,金属材料包裹层的高度不低于玻璃液与玻璃液导流装置2相交形成的液位线。金属材料包裹层的主要作用是用于抵抗玻璃液对玻璃液导流装置2的侵蚀,保持玻璃液导流装置2形状及受力结构在使用过程中不发生变化,保持对玻璃液的导流效果,并延长玻璃液导流装置2的使用寿命。金属材料包裹层的厚度为0.4mm-2.0mm,最佳厚度为0.5mm-1.0mm。金属材料包裹层可采用高温性能稳定的纯铂金属制成,也可采用强度更优异且高温性能稳定的铂铑合金,其中,铂铑合金中铑的含量为6%—14%(重量百分比含量,以下同),最佳含量为8.5%-11.5%。金属材料包裹层还可使用强度优异、高温性能稳定并且可提高玻璃液对金属材料包裹层浸润角的铂金合金制成,其中,铂金合金中金的含量为2.5%-11.5%,最佳含量为5.5%-7.5%,提高浸润角有助于减少玻璃液在包裹层上的粘附量,防止结晶现象。
在采用金属包裹玻璃液导流装置2时,考虑到玻璃液导流装置2的本体与金属材料包裹层之间的结合间隙,防止两种材料因热膨胀系数差异较大,导致鼓包、破裂等问题,玻璃液导流装置2的本体最好选择与金属材料包裹层热膨胀系数接近的耐火材料制成,优选的耐火材料的热膨胀系数为6Х10-6K-1~14Х10-6K-1,最优选的热膨胀系数为9.1Х10-6K-1~13.5Х10-6K-1。
在采用玻璃液导流装置2对玻璃液进行导流并以上壁25为零标准高度时,当玻璃液在上壁25以上的液位平均高度低于5mm,由于受上壁25的壁面摩擦力,将使导流效果大幅降低;而当上述液位大于200mm时,上壁25上的玻璃液过多,导致大量优质玻璃被导流排放,同时还将导致单位时间内表层杂质玻璃液的排除量大幅下降。因此,当以上壁25为零标准高度时,玻璃液在上壁25的液位高度应控制在5mm-200mm,优选液位高度为10mm-100mm,最优选的液位高度为25mm-60mm。
前侧壁26应根据玻璃液导流装置2所采用的材料来确定。当采用贵金属包裹玻璃液导流装置2时,前侧壁26高度最低可以设计为零,优选的前侧壁26高度为0-100mm;当采用耐火材料直接制作玻璃液导流装置2时,前侧壁26高度为上壁25到底壁27距离的任意值,优选前侧壁26高度为上壁25到底壁27距离的最小间距。
前壁23的作用是将平行于通道1流动的玻璃液导流至垂直于通道1,并使其向上壁25的左侧区域29与右侧区域30流动。前壁23可由两个曲面构成,两个曲面相交形成交线,可以将交线进行倒角处理。为了达到最佳导流效果,前壁23可以选择圆柱面、抛物面、样条曲线形成的面等凹型曲面或多段面形成的凹形面形状,也可以选择平面以及凸曲面,图7-9中分别给出了两个圆柱凹形曲面、两个平面、两个样条曲线形成的曲面所构成的前壁23的实施方式。发明人通过实际测试,优选的前壁23为圆柱面、抛物面及样条曲线形成的曲面。在进行曲面设计时,前壁23的两个曲面相交的夹角θ在0-360°以内取值均可实现导流作用,夹角θ优选在0-180°范围内时玻璃液在玻璃液导流装置2上受前壁23外部形状导流作用可快速调整流动方向,通过实验测试,夹角θ的最优选范围是5-90°,此时导流效果最佳。
在前壁23的设计上,两个曲面优选设计为与交线对称,可使两侧玻璃液流动具有对称性,从而最大程度发挥导流效果。两个曲面也可以与交线不对称,而通过控制玻璃液流量来改善导流效果。前壁23的两侧在一般情况下为平面,如图7-9所示,也可配合前壁23的曲线形状,作为前壁23曲面的形状延伸。
为了保持玻璃液导流装置2的流线型结构,前壁23、后壁24、上壁25、前侧壁26和底壁27的相交处,且相交处浸没在玻璃液中时均可对相交交线进行倒角或倒圆角,降低交线附近玻璃液流动阻力,同时降低玻璃液导流装置2在长期使用中,因玻璃液冲刷导致边角处本体材料脱落影响玻璃液质量。根据玻璃液导流装置2局部厚度,一般将此类倒角控制在半径0-100mm以内。
底壁27设计时,可任意调整靠近玻璃入口侧的壁面标高与靠近玻璃出口侧的壁面标高,优选靠近玻璃入口侧的壁面标高低于靠近玻璃出口侧的壁面标高,从而使通道内低于底壁27的玻璃液在流过时入口截面小于出口截面,防止底壁27在与玻璃液长期接触时形成气泡,进而加速底壁27的侵蚀。
在设计上壁25到底壁27的间距时,应根据所选材料密度、弹性模量、泊松比等参数计算玻璃液导流装置2的受力与变形量,控制玻璃液导流装置2在竖直方向的变形量不超过玻璃液导流装置2横跨玻璃液通道宽度的3%。在采用耐火材料为玻璃液导流装置2主体且玻璃液导流装置2横跨玻璃液通道宽度不超过1200mm时,优选上壁25到底壁27平均间距为20mm-300mm,最优选平均间距为35mm-150mm。通道1宽度超过1200mm时,上壁25到底壁27平均间距应根据玻璃液导流装置2竖直方向的变形量进行调整。
为了配合玻璃液导流装置2双侧导流设计,在玻璃液导流装置2两侧设置有排放池3,排放池3由左排放池和右排放池组成,如图3所示。左排放池与上壁25的左侧区域29相连接;右排放池与上壁25的右侧区域30相连接。排放池3包括排放侧壁31、排放底壁32和排放口,排放口可以是排放管33,如图10-11所示,排放口也可以采用溢流口34,通过设置溢流挡坎35控制玻璃液排除,如图12所示。溢流口34可设置在溢流挡坎35的上方或下方,图12中显示的是溢流口34设置在溢流挡坎35的上方。
排放底壁3可与上壁25在一个平面上,优选是排放底壁3低于上壁25。
当采用排放管33设计时,排放管33可以设置在排放底壁32上,如图10所示,排放管33也可设置在排放侧壁31上,如图11所示。排放管33的长度可以根据现场空间进行设计,排放管33内径可根据流体力学公式,按照层流时液位差、玻璃粘度、密度、管长、预计流量等参数进行计算。排放管33可以采用耐火材料制成,也可选用金属制成,优选为金属材料制成,更优选铂及其合金制成。通过在排放管33和溢流口34上设置加热回路、测温设备,可以控制排放管33和溢流口34内部玻璃液温度,从而控制玻璃液在排放管33中的流速和溢流口34处玻璃液流速。
排放池入口与玻璃液导流装置2相连,玻璃液从上壁25的左侧区域29与右侧区域30分别进入左排放池入口及右排放池入口。
本发明通过采用具有以上结构的玻璃液导流通道及玻璃液导流装置2,可以提供以下玻璃液质量改进方法。
玻璃液质量改进方法,该方法包括以下步骤:
1)在导流排放开始前,玻璃液在通道1中达到流动稳定状态,液位线标高高于上壁25;
2)玻璃液在流动过程中与玻璃液导流装置2的前壁23、后壁24、上壁25、前侧壁26和底壁27接触,其中上壁25、前侧壁26和底壁27均浸没在玻璃液内部;玻璃液在流动过程中还与排放池3的排放侧壁31、排放底壁32和排放口接触,其中排放底壁32和排放口浸没在玻璃液中;
3)在进行导流排放时,加热排放池3的排放管33或溢流口34,使排放管33或溢流口34温度升高,此时排放管33或溢流口34处玻璃液因温度升高,粘度降低,具有流动性,排放管33或溢流口34中的玻璃液在液位高差、重力等作用下开始流动;
4)导流排放开始后,在液位差、出料量、两侧排放流量的作用下,通道中玻璃液的流动被分为两部分,一部分玻璃液液位高于玻璃液导流装置2的上壁25,该部分玻璃液从通道1中进入上壁25的中心区域28,然后在前壁23的导流作用下,分别进入上壁25的左侧区域29和右侧区域30,左侧区域29的玻璃液在前壁23的左侧、左导流角18、左侧槽16的侧壁的引导下进入左排放池入口,右侧区域30的玻璃液在前壁23的右侧、右导流角19、右侧槽17的侧壁的引导下进入右排放池入口。玻璃液进入排放池3后受排放侧壁31和排放底壁32的引导从排放管33或溢流口34中排出,在此过程中排放底壁32完全浸没在玻璃液中;根据现场玻璃排放流量要求,控制两侧排放管33或溢流口34温度,使排放管33或溢流口34排出的玻璃液流量在要求范围以内;
5)通道1中另一部分玻璃液液位低于玻璃液导流装置2的上壁25,该部分玻璃液继续沿着通道1从玻璃液导流装置2的前侧壁26和底壁27表面流过,通过玻璃液导流装置2后进入到后续生产中。
采用如上所述玻璃液质量改进方法,有效降低了通道中玻璃液表面杂质层的流动阻力,通过排放管流量控制使液位高于上壁25的玻璃液从两侧排放管排除,从而使通道中近表层杂质问题玻璃液随导流排放排除,有效防止表层玻璃液对后续生产的影响,改善了后续生产环节玻璃质量水平。同时,双侧导流排放方式进一步降低了通道侧壁附近边部表面玻璃液的局部流动阻力并缩短流动路径,有效解决了通道中侧壁附近表面玻璃液的质量问题。
在采用上述玻璃液质量改进方法中,排放口流量可根据生产线出料量来进行计算,排放口的总流量不超过生产线出料量的15%,优选在10%以内。超过此排放量时,玻璃液导流装置2也可正常工作,只是生产线产量将明显降低,生产成本也将大幅上升。
在采用上述玻璃液质量改进方法中,为保障玻璃液导流装置2及排放池中玻璃液流动性,应控制玻璃液导流装置2及排放池玻璃液与通道内玻璃液导流装置2的前侧壁26处截面上玻璃液平均温度差异不超250℃,优选的平均温度差异不超100℃。
在采用上述玻璃液质量改进方法中,为了防止导流后的玻璃液表层再次形成杂质层,影响玻璃液质量,通道上的玻璃液导流装置2位置应尽量设置在通道玻璃液出口位置附近,优选的位置为玻璃液导流装置2的后壁24到通道玻璃液出口距离为0-2500mm。此处后壁24到通道玻璃液出口距离应理解为该距离内没有均化、流量控制、通道截面变化、成型等常规工艺过程。
进一步的,本发明还对图3的玻璃液通道开展了实验分析,并通过玻璃液流场分析,记录下2000个平均分布在通道玻璃液入口处不同表层深度的粒子运动轨迹,然后统计不同深度粒子的出口位置,得到如表1所示的实验结果。在实验过程中,以通道宽度为400mm,玻璃液深度为400mm,玻璃入口与前侧壁26距离为1000mm为几何条件,分析了玻璃液表层以下5mm、15mm、25mm、40mm深度玻璃液粒子的流动轨迹及最终出口。
表1不同液位深度粒子示踪结果
在表1的统计中,入口处释放的总粒子数大于所有出口粒子数之和,导致该现象的原因是部分粒子在通道侧壁附近停留时间过长,导致粒子示踪时统计不到这部分粒子流出计算域的情况。但该现象在数量占比上并不影响结果的分析。通过粒子示踪实验可以看出在25mm以内深度的粒子均通过导流排放,而当示踪粒子深度大于上壁25上玻璃液位时,大量粒子均出现在通道玻璃液出口,只有少数粒子通过导流排放。实验证实应用图3所示的玻璃液通道的玻璃液导流装置2可以通过导流近表层玻璃液粒子的流向,使其在玻璃液导流装置2的作用下,沿着导流上底壁向两侧的排放池流动,最终通过排放管将近表层的示踪粒子排出。由此可见采用本发明的玻璃液通道的玻璃液导流装置2改进玻璃液质量的方法是行之有效的。
本发明方法尤其适用于玻璃生产过程中设置有自由液面玻璃液通道的生产线,特别适用于光学玻璃、低膨胀硼硅酸盐玻璃、高铝浮法玻璃的质量改进。进而,本发明特别适用于熔化量在3t/d及以上生产线的玻璃液质量改进。
Claims (14)
1.玻璃液导流装置,其特征在于,包括下档板(21)和上档板(22),所述上档板(22)设置在下档板(21)上,所述上档板(22)的前面为前壁(23),上档板(22)的后面为后壁(24),下档板(21)的顶面为上壁(25),所述下档板(21)的前面为前侧壁(26),下档板(21)的底面为底壁(27)。
2.如权利要求1所述的玻璃液导流装置,其特征在于,所述前壁(23)为圆柱面、抛物面、样条曲线形成的面或多段面形成的凹形面,或平面以及凸曲面,优选前壁(23)为圆柱面、抛物面及样条曲线形成的曲面。
3.如权利要求1所述的玻璃液导流装置,其特征在于,所述前壁(23)由两个曲面构成,两个曲面相交的夹角θ为0-180°,优选为5-90°;两个曲面相交形成交线,所述交线进行倒角处理;两个曲面与交线对称。
4.如权利要求1所述的玻璃液导流装置,其特征在于,所述上壁(25)分为三个区域,中心区域(28)位于通道(1)内,与所述前壁(23)和前侧壁(26)相邻,工作时完全浸入玻璃液中;左侧区域(29)与左导流角(18)相邻,并部分嵌入左侧壁(11),剩余部分由玻璃液浸没;右侧区域(30)与右导流角(19)相邻,部分嵌入右侧壁(12),剩余部分由玻璃液浸没。
5.玻璃液导流通道,包括通道(1),其特征在于,还包括排放池(3)和权利要求1所述的玻璃液导流装置(2),所述玻璃液导流装置(2)的左右两端分别嵌入通道(1)上的左侧壁(11)和右侧壁(12)中,所述玻璃液导流装置(2)与排放池(3)相连。
6.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,所述通道(1)包括左侧壁(11)、右侧壁(12)、玻璃液入口(13)、玻璃液出口(14)和底壁(15),在所述左侧壁(11)和右侧壁(12)上分别设置有左侧槽(16)和右侧槽(17),并在左侧槽(16)和右侧槽(17)上分别设置有左导流角(18)和右导流角(19)。
7.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,所述玻璃液导流装置(2)表面包裹一层金属材料,金属材料包裹层的厚度为0.4mm-2.0mm,最佳厚度为0.5mm-1.0mm;所述玻璃液导流装置(2)选择与金属材料包裹层热膨胀系数接近的耐火材料制成,优选的耐火材料的热膨胀系数为6Х10-6K-1~14Х10-6K-1,最优选的热膨胀系数为9.1Х10-6K-1~13.5Х10-6K-1。
8.如权利要求7所述的玻璃液导流通道,其特征在于,所述金属材料包裹层采用纯铂金属、铂铑合金或铂金合金制成,所述铂铑合金中铑的重量百分比含量为6%—14%,最佳重量百分比含量为8.5%-11.5%,所述铂金合金中金的重量百分比含量为2.5%-11.5%,最佳重量百分比含量为5.5%-7.5%。
9.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,当以上壁(25)为零标准高度时,玻璃液在上壁(25)的液位高度控制在5mm-200mm,优选液位高度为10mm-100mm,最优选的液位高度为25mm-60mm。
10.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,在所述玻璃液导流装置(2)两侧分别设置有左排放池和右排放池,左排放池与上壁(25)的左侧区域(29)相连接;右排放池与上壁(25)的右侧区域(30)相连接。
11.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,所述排放池(3)包括排放侧壁(31)、排放底壁(32)和排放口,所述排放口是排放管(33)或溢流口(34),所述排放管(33)设置在所述排放底壁(32)或排放侧壁(31)上。
12.如权利要求5所述的玻璃液导流通道,其特征在于,所述玻璃液导流装置(2)在竖直方向的变形量不超过玻璃液导流装置(2)横跨玻璃液通道宽度的3%。
13.玻璃液质量改进方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)在导流排放开始前,玻璃液在通道(1)中达到流动稳定状态,液位线标高高于上壁(25);
2)玻璃液在流动过程中与玻璃液导流装置(2)的前壁(23)、后壁(24)、上壁(25)、前侧壁(26)、底壁(27)、排放侧壁(31)、排放底壁(32)和排放口接触,其中所述上壁(25)、前侧壁(26)、底壁(27)、排放底壁(32)和排放口均浸没在玻璃液中;
3)在进行导流排放时,加热排放管(33)或溢流口(34),使排放管(33)或溢流口(34)温度升高;
4)导流排放开始后,通道中玻璃液的流动被分为两部分,一部分玻璃液液位高于玻璃液导流装置(2)的上壁(25),该部分玻璃液从通道(1)中进入上壁(25)的中心区域(28),然后在前壁(23)的导流作用下,分别进入上壁(25)的左侧区域(29)和右侧区域(30),左侧区域(29)的玻璃液在前壁(23)的左侧、左导流角(18)、左侧槽(16)的侧壁的引导下进入左排放池入口,右侧区域(30)的玻璃液在前壁(23)的右侧、右导流角(19)、右侧槽(17)的侧壁的引导下进入右排放池入口;玻璃液进入排放池(3)后受排放侧壁(31)和排放底壁(32)的引导从排放管(33)或溢流口(34)中排出,控制两侧排放管(33)或溢流口(34)温度,使排出的玻璃液流量在要求范围以内;
5)通道(1)中另一部分玻璃液液位低于玻璃液导流装置(2)的上壁(25),该部分玻璃液继续沿着通道(1)从玻璃液导流装置(2)的前侧壁(26)和底壁(27)表面流过,通过玻璃液导流装置(2)后进入到后续生产中。
14.如权利要求13所述的玻璃液质量改进方法,其特征在于,步骤4)所述的排出的玻璃液流量根据生产线出料量来进行计算,总流量不超过生产线出料量的15%,优选在10%以内。
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