CN112028453A - 一种光学玻璃的高效熔化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种光学玻璃的高效熔化装置及方法，属于光学玻璃制造技术领域。它主要是解决现有熔化装置存在熔化效率低的问题。它的主要特征在于：包括投料装置、原料通道、初熔池、流液洞和第二熔池；所述的初熔池为耐火材料围成的六方形空腔炉体，第二熔池为耐火材料围成的矩形空腔炉体，初熔池与第二熔池之间的底部通过由耐火材料围成的流液洞连通；所述投料装置位于初熔池的侧墙外；所述原料通道由耐火材料组成，呈外高内低状，原料出口突出于侧墙内壁。本发明具有无需提升熔化温度即可大幅提升玻璃配合料熔化效率、加速玻璃化反应和可分散玻璃液对耐火材料墙砖侵蚀的特点，主要用于光学玻璃的熔制。
Description
技术领域
本发明属于光学玻璃制造技术领域。具体涉及一种光学玻璃的高效熔化装置及方法。
背景技术
光学玻璃熔制过程主要包括熔化、澄清、均化、成型等工艺过程，光学玻璃的熔化阶段相对比较重要，熔化过程的好坏往往决定了玻璃质量的好坏。玻璃配合料熔化得比较均匀、透徹，产品中结石、气泡较少，光学均匀性越好。
传统光学玻璃的熔化都是表面化料，属于二维化料，二维化料主要通过配合料与玻璃液表面相接触，在接触面由高温玻璃液提供热量来熔化与之接触的配合料（粉料）。由于两者间接触面较少，只存在反应界面有效化料，因此存在熔化效率低的现象。同时这种化料方式为由上往下推进式化料，当配合料存在不均匀，或埚次间配合料差异或不均匀时，其玻璃的性能就存在层状差异，导致光学玻璃的光学性能存在波动，因而导致产品不稳定，影响了客户使用，推升产品成本。
另一方面，为了提升传统化料方式的熔化效率，往往需要提升熔化温度来实现，这就导致玻璃液温度过高，加快了玻璃熔炉墙砖的侵蚀，特别是配合料与玻璃液接触处的耐火材料，处于气、液、固三相反应处，侵蚀特别严重，大幅缩短了熔炉寿命。由于耐火材料中杂质含量较高，对于光学玻璃而言，过高的杂质会导致玻璃着色，影响光学玻璃的透过率。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种无需提升熔化温度即可显著提高熔化效率的光学玻璃高效熔化装置及方法。
本发明熔化装置的技术解决方案是：一种光学玻璃的高效熔化装置，包括投料装置、原料通道、初熔池、流液洞和第二熔池，其特征在于：所述的初熔池为耐火材料围成的六方形空腔炉体，第二熔池为耐火材料围成的矩形空腔炉体，初熔池与第二熔池之间的底部通过由耐火材料围成的流液洞连通；所述投料装置位于初熔池的侧墙外；所述原料通道由耐火材料组成，呈外高内低状，原料出口突出于侧墙内壁。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的投料装置包括料斗砖、料斗、推进机和给料机；所述料斗砖开有相通的顶部孔和外高内低的斜开孔，料斗装于顶部孔上，推进机装于斜开孔的外侧孔端，给料机装于料斗上部，斜开孔的内侧孔端与原料通道相连接。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的流液洞位于初熔池的一个边上；所述的投料装置为三组，分别位于初熔池相对的和斜相对的三个边上。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的初熔池的池内底砖靠近角部分别安装有底插电极；所述原料通道的原料出口下方的底砖分别开有鼓泡孔。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的原料通道由中间砖和带突出口的侧墙砖组成，中间砖和带突出口的侧墙砖内的圆孔呈直线相连通，原料出口位于侧墙突出面中部，原料出口高度为初熔池高度的一半；所述斜开孔的外侧孔端最低处高于初熔池高度。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的第二熔池顶部有炉顶及烟囱；所述第二熔池内设有底插或侧插安装的电极；所述流液洞对侧墙的上部设有流出口。
本发明熔化装置的技术解决方案中所述的初熔池上部有炉顶砖及烟囱。
本发明熔化方法的技术解决方案可以是：一种光学玻璃的高效熔化方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将玻璃配合料加入投料装置内，通过原料通道，进入初熔池，使投料装置初熔池正相对边：左斜相对边：右斜相对边的投量料比为（1.5~２）：1：1；
（2）进入初熔池内的玻璃配合料，与高温玻璃液相接触，发生剧烈反应，产生大量气体向上浮动，导致玻璃配合料的翻腾及玻璃化，玻璃液的对流将底部高温玻璃液带到原料出口处；
（3）初熔池内上部的玻璃液由于含有大量气泡，气泡在上升过程中带动玻璃液剧烈振荡、运动，使玻璃液与玻璃配合料的接触机率大幅提高，加快了玻璃配合料的熔化；
（4）初熔池内的玻璃液气体比含量较高，气体量由上向下呈减少趋势，下部接近流液洞处的玻璃液气体比较少，经由流液洞流入第二熔池，通过升温进一步进行熔化，完成玻璃液彻底熔化。
本发明熔化方法的技术解决方案还可以是：一种光学玻璃的高效熔化方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将玻璃配合料加入料斗内，通过给料机不断地挤压，将玻璃配合料压入原料通道内，通过推进机持续推进，将玻璃配合料推入初熔池，分别调节给料机及推进机的频率，使投料装置初熔池正相对边：左斜相对边：右斜相对边的投量料比为（1.5~２）：1：1；
（2）持续不断的玻璃配合料由原料出口处进入初熔池内，与高温玻璃液相接触，发生剧烈反应，产生大量气体向上浮动，导致玻璃配合料的翻腾及玻璃化，通过调节此处底插电极的电流，可控制出料口处玻璃液底部的温度，从而调控玻璃液的对流速度及化料速率，同时调节池底的鼓泡孔鼓入的气体流量大小，强化此处对流，更加快了玻璃液的对流，将底部高温玻璃液带到原料出口处；
（3）初熔池内上部的玻璃液由于含有大量气泡，气体在上升过程中带动玻璃液剧烈振荡、运动，使玻璃液与玻璃配合料的接触机率大幅提高，加快了玻璃配合料的熔化；
（4）初熔池内的玻璃液气体比含量较高，气体量由上向下呈减少趋势，下部接近流液洞处的玻璃液气体比较少，通过调节流液洞入口侧两支底插电极的电流，可控制初熔池熔化区域，并进一步减少流液洞入口处玻璃液的气体量；经由流液洞流入第二熔池，通过升温进一步进行熔化，完成玻璃液彻底熔化。
本发明的有益效果是：1、本发明将玻璃配合料（原料）加入方式由表面加入改为内部加入，从而改平面化料（二维）为立体化料（三维），大幅提升了玻璃配合料的熔化效率；2、玻璃配合料在初熔池内部熔化的同时会放出大量的气体并上浮，加剧了玻璃液对流及配合料与高温玻璃液的接触，从而加速玻璃化反应；3、本发明在每一个配合料加入通道的出口下方加入鼓泡装置，更进一步加速了玻璃液的对流，对玻璃液的熔化起了搅拌作用，促进了玻璃化的效率；4、本发明可分散玻璃液对耐火材料墙砖的侵蚀，使初熔池墙砖侵蚀比较均匀，可防止“木桶效应”导致的炉龄减短；5、本发明由于化料效果明显，在同等出料量的情况下，可降低玻璃液的熔化温度，从而减小玻璃液对耐火材料的侵蚀，减小光学玻璃中杂质含量，明显提升光学玻璃的内部透过率；6、本发明化料方式的改变，加剧了玻璃液在熔化阶段的对流及混合，起到了对玻璃液的搅拌作用，从而使玻璃液均匀性更高，因而玻璃的光学均匀性高、折射率波动性小，产品更加稳定；7、本发明加料方式为全封闭的加料方式，可避免传统表面法加料的粉料飞扬，明显改善作业场所的粉尘，提高玻璃配合料的利用率。
本发明具有无需提升熔化温度即可大幅提升玻璃配合料熔化效率、加速玻璃化反应和可分散玻璃液对耐火材料墙砖侵蚀的特点，主要用于光学玻璃的熔制。
附图说明
图1是本发明一种光学玻璃的高效熔化装置的主视结构示意图。
图2是本发明一种光学玻璃的高效熔化装置的俯视结构示意图。
图中：1. 料斗砖；2. 原料通道；3. 原料出口；4. 炉墙；5. 电极；6. 鼓泡孔；7.底砖；8. 推进机；9. 料斗；10. 玻璃配合料；11. 给料机；12. 炉顶砖；13. 初熔池；14. 烟囱；15. 第二熔池；16. 流出口；17. 流液洞。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示。本发明一种光学玻璃的高效熔化装置一个实施例的结构包括：料斗砖1、原料通道2、原料出口3、炉墙4、电极5、鼓泡孔6、底砖7、推进机8、料斗9、玻璃配合料10、给料机11、炉顶砖12、初熔池13、烟囱14、第二熔池15、流出口16和流液洞17。
其中，料斗砖1、料斗9、推进机8和给料机11构成投料装置，投料装置为三组。料斗砖1顶部有一开孔用于承接料斗9，料斗砖1侧部斜开一孔贯穿左右呈左高右低，斜开孔左侧与推进机8相衔接，斜开孔右侧与原料通道2相连接。料斗砖1顶部开孔与斜开孔相通，形成原料补给通道。料斗9上部安装有一给料机11。初熔池13为由耐火材料围成的六方形空腔，底砖7为耐火材料拼装而成，靠近池壁炉墙4的六个角部共安装有六支底插电极5，电极5在圆周方向等角度分布，流液洞17位于一侧墙的底部，流液洞17对侧及其左右两侧墙各有一个原料通道2，原料通道2的原料出口3突出于侧墙内壁，原料出口3下方的底砖7各开有一鼓泡孔6，初熔池13上部有炉顶砖12及烟囱14。流液洞17连接初熔池13与第二熔池15，起导通玻璃液及分隔初熔池13与第二熔池15作用。第二熔池15由耐火材料围成，呈长方体空腔，顶部有炉顶12及烟囱14，四支电极5为底插或侧插安装，玻璃的流出口16位于流液洞17对侧墙的上部。 流液洞17位于初熔池13的一个边上，三组投料装置分别位于初熔池13相对的和斜相对的三个边上。原料通道2由中间砖和带突出口的侧墙砖组成，中间砖和带突出口的侧墙砖内的圆孔呈直线相连通，原料出口3位于侧墙突出面中部，原料出口3高度为初熔池13高度的一半，斜开孔的外侧孔端最低处高于初熔池13高度。
本发明一种光学玻璃的高效熔化方法包括以下步骤：
（1）将玻璃配合料10加入料斗9内，通过给料机11不断地挤压，将玻璃配合料10压入原料通道2内，通过推进机8持续推进，将玻璃配合料10推入初熔池13，分别调节给料机11及推进机８的频率，使投料装置初熔池13正相对边：左斜相对边：右斜相对边的投量料比为（1.5~２）：1：1；
（2）持续不断的玻璃配合料由原料出口3处进入初熔池13内，与高温玻璃液相接触，发生剧烈反应，产生大量气体向上浮动，导致玻璃配合料的翻腾及玻璃化，通过调节此处底插电极5的电流，可控制出料口3处玻璃液底部的温度，从而调控玻璃液的对流速度及化料速率，同时调节池底的鼓泡孔6鼓入的气体流量大小，强化此处对流，更加快了玻璃液的对流，将底部高温玻璃液带到原料出口3处；
（3）初熔池13内上部的玻璃液由于含有大量气泡，气体在上升过程中带动玻璃液剧烈振荡、运动，使玻璃液与玻璃配合料的接触机率大幅提高，加快了玻璃配合料的熔化；
（4）初熔池13内的玻璃液气体比含量较高，气体量由上向下呈减少趋势，下部接近流液洞17处的玻璃液气体比较少，通过调节流液洞17入口侧两支底插电极5的电流，可控制初熔池13熔化区域，并进一步减少流液洞17入口处玻璃液的气体量。经由流液洞17流入第二熔池15，通过升温进一步进行熔化，完成玻璃液彻底熔化。
当玻璃配合料10装入料斗9中，启动给料机11将玻璃配合料10向下推动、挤压，玻璃配合料10由料斗9进入原料通道2内，位于料斗砖1左侧的推进机8持续推进，将料斗9中进入的玻璃配合料10向炉内方向推进，玻璃配合料10由原料出口3处进入初熔池13内。此时，玻璃配合料10与高温玻璃液接触，发生剧烈化学反应，玻璃配合料10快速分解产生大量的气泡，形成沸腾现象，会加剧玻璃配合料10的玻璃化反应，同时位于原料出口３底部的鼓泡孔6处鼓入的气体将带动玻璃配合料10向上浮动，导致初熔池13中上部玻璃液强烈对流、扩散，加速了玻璃配合料10的熔化及玻璃化。在六个角部分布的底插电极5则提供玻璃熔化所需的电能，且远离原料熔化区域，可减小电极侵蚀，从而减小杂质进入光学玻璃内。由于熔化所用的电极主要在初熔池13的下部做功，玻璃液的高温区在初熔池13中下部，初熔池13内玻璃液的温场分布为下高上低，玻璃液很容易产生对流、扩散，起到在初熔池13内进行玻璃液搅拌作用；同时，玻璃配合料10在初熔池13中部开始分解并向上浮动，会在玻璃液表面形成一个泡沫层，覆盖于初熔池13的上表面，能起保温隔热作用，从而减小了玻璃液初熔池内电极的功率，有利于电极保护及减少电极消耗。为更好地采用三维立体化料效果，可同时由三个投料装置进行作业，可将玻璃配合料10更均匀、更分散地投入初熔池内进行熔化，其熔化效率更高。
经过初步熔化的玻璃液在初熔池13内整体为上部气体含量高、下部气体含量低，投料侧气体含量高、流液洞17侧气体含量低。较低气体含量的玻璃液经由流液洞17流入第二熔池15，再进行升温熔化，其玻璃液中气体含量更低，玻璃液更进一步均化，得到完成熔化的高温玻璃液，再经由流出口16流入下一个功能区进行澄清、搅拌。
Claims (10)
1.一种光学玻璃的高效熔化装置，包括投料装置、原料通道（2）、初熔池（13）、流液洞（17）和第二熔池（15），其特征在于：所述的初熔池（13）为耐火材料围成的六方形空腔炉体，第二熔池（15）为耐火材料围成的矩形空腔炉体，初熔池（13）与第二熔池（15）之间的底部通过由耐火材料围成的流液洞连通；所述投料装置位于初熔池（13）的侧墙外；所述原料通道（2）由耐火材料组成，呈外高内低状，原料出口（3）突出于侧墙内壁。
2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的投料装置包括料斗砖（1）、料斗（9）、推进机（8）和给料机（11）；所述料斗砖（1）开有相通的顶部孔和外高内低的斜开孔，料斗（9）装于顶部孔上，推进机（8）装于斜开孔的外侧孔端，给料机（11）装于料斗（9）上部，斜开孔的内侧孔端与原料通道（2）相连接。
3.根据权利要求2所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的流液洞（17）位于初熔池（13）的一个边上；所述的投料装置为三组，分别位于初熔池（13）相对的和斜相对的三个边上。
4.根据权利要求3所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的初熔池（13）的池内底砖（7）靠近角部分别安装有底插电极（5）；所述原料通道（2）的原料出口（3）下方的底砖（7）分别开有鼓泡孔（6）。
5.根据权利要求3所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的原料通道（2）由中间砖和带突出口的侧墙砖组成，中间砖和带突出口的侧墙砖内的圆孔呈直线相连通，原料出口（3）位于侧墙突出面中部，原料出口（3）高度为初熔池（13）高度的一半；所述斜开孔的外侧孔端最低处高于初熔池（13）高度。
6.根据权利要求3所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的第二熔池（15）顶部有炉顶及烟囱；所述第二熔池（15）内设有底插或侧插安装的电极（5）；所述流液洞（17）对侧墙的上部设有流出口（16）。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种光学玻璃的高效熔化装置，其特征在于：所述的初熔池（13）上部有炉顶砖及烟囱。
8.一种采用权利要求1所述的一种光学玻璃的高效熔化装置的高效熔化方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将玻璃配合料加入投料装置内，通过原料通道（2），进入初熔池（13），使投料装置初熔池（13）正相对边：左斜相对边：右斜相对边的投量料比为（1.5~２）：1：1；
（2）进入初熔池（13）内的玻璃配合料，与高温玻璃液相接触，发生剧烈反应，产生大量气体向上浮动，导致玻璃配合料的翻腾及玻璃化，玻璃液的对流将底部高温玻璃液带到原料出口（3）处；
（3）初熔池（13）内上部的玻璃液由于含有大量气泡，气泡在上升过程中带动玻璃液剧烈振荡、运动，使玻璃液与玻璃配合料的接触机率大幅提高，加快了玻璃配合料的熔化；
（4）初熔池（13）内的玻璃液气体比含量较高，气体量由上向下呈减少趋势，下部接近流液洞（17）处的玻璃液气体比较少，经由流液洞（17）流入第二熔池（15），通过升温进一步进行熔化，完成玻璃液彻底熔化。
9.一种采用权利要求4所述的一种光学玻璃的高效熔化装置的高效熔化方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将玻璃配合料加入料斗（9）内，通过给料机（11）不断地挤压，将玻璃配合料压入原料通道（2）内，通过推进机（8）持续推进，将玻璃配合料推入初熔池（13），分别调节给料机（11）及推进机（８）的频率，使投料装置初熔池（13）正相对边：左斜相对边：右斜相对边的投量料比为（1.5~２）：1：1；
（2）持续不断的玻璃配合料由原料出口（3）处进入初熔池（13）内，与高温玻璃液相接触，发生剧烈反应，产生大量气体向上浮动，导致玻璃配合料的翻腾及玻璃化，通过调节此处底插电极（5）的电流，可控制出料口（3）处玻璃液底部的温度，从而调控玻璃液的对流速度及化料速率，同时调节池底的鼓泡孔（6）鼓入的气体流量大小，强化此处对流，更加快了玻璃液的对流，将底部高温玻璃液带到原料出口（3）处；
（3）初熔池（13）内上部的玻璃液由于含有大量气泡，气泡在上升过程中带动玻璃液剧烈振荡、运动，使玻璃液与玻璃配合料的接触机率大幅提高，加快了玻璃配合料的熔化；
（4）初熔池（13）内的玻璃液气体比含量较高，气体量由上向下呈减少趋势，下部接近流液洞（17）处的玻璃液气体比较少，通过调节流液洞（17）入口侧两支底插电极（5）的电流，可控制初熔池（13）熔化区域，并进一步减少流液洞（17）入口处玻璃液的气体量。
10.经由流液洞（17）流入第二熔池（15），通过升温进一步进行熔化，完成玻璃液彻底熔化。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010858120.0A Pending CN112028453A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种光学玻璃的高效熔化装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112028453A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6532768B1 (en) * | 1997-06-20 | 2003-03-18 | Europlasma | Process for the vitrification of a pulverulent material and apparatus for implementing the process |
| CN107686226A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-13 | 中国建材国际工程集团有限公司 | 用于硼硅酸盐玻璃的熔窑 |
| CN108409107A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-17 | 湖北新华光信息材料有限公司 | 一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法及装置 |
-
2020
- 2020-08-24 CN CN202010858120.0A patent/CN112028453A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6532768B1 (en) * | 1997-06-20 | 2003-03-18 | Europlasma | Process for the vitrification of a pulverulent material and apparatus for implementing the process |
| CN107686226A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-13 | 中国建材国际工程集团有限公司 | 用于硼硅酸盐玻璃的熔窑 |
| CN108409107A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-17 | 湖北新华光信息材料有限公司 | 一种高均匀性高一致性光学玻璃的制造方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 方荣利: "《硅酸盐反应工程学》", 31 January 1998, 成都科技大学出版社 * |
| 李恒德主编: "《现代材料科学与工程辞典》", 31 August 2001, 山东科学技术出版社 * |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |