CN112777919A - 一种高世代基板玻璃熔化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在窖炉外侧加装空调恒温系统，实现窖炉外部的恒温状态，降低配合料在融化过程中，受外部温度变化引起的质量问题，配合窖炉内部燃枪通入氧气实现配合料上部的降温，降低配合料在融化过程中的结焦问题，同时从配合料的筛选控制和多级投料装置来料稳定性综合设计了一种符合高世代、大投料量基板玻璃稳定熔化的装置及方法，解决了大投料量带来的投料量波动及液位波动、投料口粉料结焦、料山顶部结块熔化效率低及料山堆积熔化效率低等问题；确保了高世代、超精细基板玻璃的稳定生产工艺。

Description

一种高世代基板玻璃熔化装置和方法
技术领域
本发明涉及到高世代基板玻璃熔化装置和工艺领域，具体为一种高世代基板玻璃熔化装置和方法。
背景技术
玻璃制品在显示领域一直有着广泛的应用，现有其它材料可以在部分使用场合替代玻璃材料，但仍然无法替代玻璃的卓越性能，从传统的彩色显象管工业到现在的平板显示行业，玻璃一直作为关键元器件在显示器件中起着关键作用，实际上是整个器件的框架和载体，也是光学元件，作为平板显示器件的上、下两个基板，都需要精细的微观半导体工艺加工制程，无疑，要满足高世代、高吨位、高引出量的基板玻璃稳定生产工艺体系，必然要设计出一种与长窑炉、多电极的全氧燃烧型气电混合窑炉相匹配的高效稳定的熔化装置及方法，来满足高世代大引出量的基板玻璃产业稳定生产的熔化工艺体系。
基板玻璃在制造过程中要先将玻璃料放在窑炉内熔融、澄清、均化，为下道工序提供合格均质的玻璃液。窑炉熔融的玻璃液为无碱高铝硼硅酸盐玻璃，此玻璃制品主要为平板显示用基板玻璃。
高世代、高吨位的基板玻璃的稳定生产制造必然需要高吨位的引出量来满足玻璃基板的连续生产需要，所以必须开发设计出高效稳定的熔化装置及方法。
发明内容
针对现有技术中对于窖炉中融化玻璃液原料的过程中，存在上下原料燃烧不均匀导致熔渣出现的问题，本发明提供一种高世代基板玻璃熔化装置和方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高世代基板玻璃熔化装置，包括窖炉和空调恒温检测系统；所述窖炉两侧上部设置若干组燃枪；所述窖炉两侧下部设置若干组电极；所述空调恒温检测系统包括空调机组、送风管道、空调风出口、空调软管、离心风机、鸭嘴风管、信号线、信号监测系统、回风口和窑炉围墙；所述窑炉围墙设置于窖炉外侧四周，其上设置有回风口，所述送风管道一端穿过窖炉围墙与空调机组连接，另一端呈C型设置于窑炉两侧，所述在窖炉两侧的送风管道设置有出风口；所述出风口一端依次连接空调软管、离心风机和鸭嘴风管；所述出风口设置温度检测探头，所述离心风机设置有风速检测探头；所述温度检测探头的输出端和风速检测探头的输出端通过信号线与信号监测系统的输入端连接，信号监测系统的输出端与空调机组连接。
进一步，所述鸭嘴风管与所述电极位置一一对应。
进一步，所述若干组燃枪和若干组电极在窖炉上一一对应。
进一步，所述窖炉(13)连接有多级螺旋投料机，所述多级螺旋投料机包括依次连接的一级螺旋输送机和二级螺旋输送机。
进一步，所述多级螺旋投料机包括在一级螺旋输送机(17)上部的称重装置(19)二级螺旋输送机(18)上部的上下限料位检测装置(20)。
进一步，所述窖炉包括两个投料口，所述投料口的斜坡砖的斜坡角度为135°～145°，斜坡长度为350～365mm。
一种高世代基板玻璃熔化方法，包括：当配合料从投料口进入窖炉后，对所述窖炉的投料口相邻一组燃枪通入氧气，同时降低其后一组燃枪的燃烧量；对所述窖炉投料口一端的前两组电极正常加电，电压为520～560V，功率为63～68KW，加大其后三组电极电压和对应燃枪的燃气量，使热点温度分别控制在1620℃～1635℃，末端电极对应的热点温度保持在1640℃；所述空调恒温监测系统对窖炉外表面温度以进行监控，通过鸭嘴风管实时对窖炉外表面进行升温或冷却。
进一步，所述配合料的含水率为3％～5％，杂质含量百分比要求小于100ppi，粒度的均匀性要求为800～900目。
进一步，所述投料口相邻一组燃枪通入氧气的氧气含量为5～8m3/h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一种高世代基板玻璃熔化装置，本结构通过在窖炉外侧设置空调恒温检测系统，即窑炉围墙设置于窖炉外侧四周，其上设置有回风口，送风管道一端穿过窖炉围墙与空调机组连接，另一端呈C型设置于窑炉两侧，在窖炉两侧的送风管道设置有出风口；出风口一端依次连接空调软管、离心风机和鸭嘴风管；出风口设置温度检测探头，离心风机设置有风速检测探头；温度检测探头的输出端和风速检测探头的输出端通过信号线与信号监测系统的输入端连接，信号监测系统的输出端与空调机组连接，形成完整回路。信号监测系统通过风速和温度体检测探头对风速和温度进行实时调控，鸭嘴风管具有调温面积大、耐高温和绝缘的功能；该恒温系统具空调风温度、空调风量及空调风速控制的特点，有效解决了在基板玻璃生产中窑炉炉体受环境温度及昼夜温差、季节变化或天气变化等带来的窑炉温度波动及炉压波动等问题，对基板玻璃窑炉的安全运行及窑炉工艺的稳定，以及生产质量的提高起到了积极作用，实现窖炉围墙内部空间的恒温，解决了窖炉内部玻璃液收外部冷暖空气的影响。
进一步，本结构的鸭嘴风管与电极一一对应，可以实现针对窖炉外侧每一个加温段的精确温度把控，降低窖炉内的干扰因素。
进一步，本结构通过设置多级螺旋投料机，在一级螺旋输送机设置称重装置和二级螺旋结构内部设置限料位的检测装置，上下限料位的检测装置包括光感限位和机械限位，光感限位主要作用是使二级料仓粉料投料量及高度达到光感限位高度，机械限位主要是限制粉料进入投料机螺旋轴的量，保证了对配合料精确稳定的供给质量和速度的同时，解决了大投料量带来的投料量波动及液位波动。
进一步，通过设置两个以上窑炉投料口，增加了投料的速度，提高了生产效率。同时将斜坡角度设置为135°～145°，斜坡长度设置为350～365mm，这样使得投料口粉料的滞留时间最短，为6.2S，且滞留熔融结焦堵塞的粉料量最少。
一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，当原料进入窖炉内后，首先对窖炉的投料口相邻一组燃枪通入氧气，同时降低其后一组燃枪的燃烧量，通过加入氧气的含量，使得原料上端的温度较低，解决原料结焦的问题；之后，对所述窖炉的投料口一端的前两组电极正常加电，电压为520～560V，功率为63～68KW，加大其后三组电极电压和对应燃枪的燃气量，使热点温度分别控制在1620℃～1635℃，末端电极对应的热点温度保持在1640℃，这样的池底温度分布可以有效解决大投料量带来的料山堆积及结块问题，提升粉料熔化效率，通过离线实验测得粉料的转换效率由0.86提升到0.9038；与此同时，窖炉外部的空调恒温系统实时对对窖炉外表面温度以进行监控，通过鸭嘴风管实时对窖炉外表面进行升温或冷却，保证窖炉外表面的温度一致，提高窖炉工作的稳定性。
一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，本方法首先对配合料进行干燥、磁选和筛选，配合料的含水率为3％～5％，对配合料含水率的控制可以使各种原料混合均匀，防止配合料在运送中发生飞料和投料过程中扬尘，杂质含量百分比要求＜100ppi，可以有效减少基板玻璃中的铁质结石等缺陷的发生率，粒度的均匀性要求为800～900目之间，可以使粉料颗粒的表面活化能降低有效提升熔化效率。
进一步，本方法对所述窖炉的投料口相邻一组燃枪通入氧气，通入氧气的速度为5～8m3/h，同时降低其后相邻一组燃枪的燃烧量和对与投料口相邻的两组电极及性能正常加电，电压为520～560V，功率为63～68KW，如此，预熔区上部的温度低，底部温度高，堆积的粉料未产生结块就塌陷下来从而及时有序进行熔化，解决料山顶部结块难熔问题。
附图说明
图1为本发明实例中所述空调恒温监测系统；
图2A为本发明实例中所述投料口结构示意图；
图2B为本发明实例中所述投料口结构细节图；
图3为本发明实例中所述窖炉底部示意图；
图4为本发明实例中所述窖炉侧面示意图；
图5A为本发明实例中所述预熔区未通入氧气温控技术示意图；
图5B为本发明实例中所述预熔区通入氧气温控技术示意图；
图6为本发明实例中所述多级螺旋投料机示意图；
图中：1调机组、2送风管道、3空调风出口、4空调软管、5离心风机、6鸭嘴风管、7信号线、8信号监测系统、9回风口、10窑炉围墙、11温度检测探头、12风速检测探头、13窖炉、14投料口、15配合料落入点、16电极、17一级螺旋输送机、18二级螺旋输送机、19称重装置、20上下限料位检测装置、21燃枪口。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
为了解决环境风对窑炉池壁带来的窑炉温度波动及炉压波动问题，本发明设计了空调恒温监测系统，如图1所示，本结构通过在窖炉13外侧设置空调恒温检测系统，即空调恒温检测系统包括空调机组1、送风管道2、空调风出口3、空调软管4、离心风机5、鸭嘴风管6、信号线7、信号监测系统8、回风口9和窑炉围墙10；所述窑炉围墙10设置于窖炉13外侧四周，其上设置有回风口9，所述送风管道2一端穿过窖炉围墙10与空调机组1连接，另一端呈C型设置于窑炉两侧，所述在窖炉两侧的送风管道2设置有出风口3；所述出风口3一端依次连接空调软管4、离心风机5和鸭嘴风管6；所述出风口3设置温度检测探头11，所述离心风机5设置有风速检测探头12；所述温度检测探头11的输出端和风速检测探头12的输出端通过信号线7与信号监测系统8的输入端连接，信号监测系统8的输出端与空调机组1连接。
在窖炉13外侧搭建窖炉围墙10形成恒温区域，送风管道2通过鸭嘴风管6将空调机组1传输的冷暖风流入，同时在送风管道设置有风速检测探头12和温度检测探头11，通过信号监测系统8对风速和温度进行实时调控，鸭嘴风管6具有调温面积大、耐高温和绝缘的功能；该恒温系统具空调风温度、空调风量及空调风速控制的特点，有效解决了在基板玻璃生产中窑炉炉体受环境温度及昼夜温差、季节变化或天气变化等带来的窑炉13温度波动及炉压波动等问题，对窑炉13的安全运行及窑炉工艺的稳定，以及生产质量的提高起到了积极作用，实现窖炉13围墙内部空间的恒温，解决了窖炉13内部玻璃液收外部冷暖空气的影响。
为了解决大投料量带来的投料量波动及液位波动，本发明设计了多级螺旋投料机构，如图6所示具体如一级料仓、一级螺旋机构17、二级料仓、二级螺旋机18等装置来稳定来料量，具体如图6所示，二级螺旋输送机的输出口与窑炉投料口14连接，其输入口与第二支撑平台的二级料仓下端连接；二级料仓的上端与一级螺旋输送机的出口连接，一级螺旋输送机的进口与第三支撑平台的一级料仓的下端连接，一级料仓的上端为加料的操作平台，同时，一级料仓设置有控制窑炉单位时间投料量的称重装置19，二级料仓设置有上下限料位的检测装置20，精确稳定的确保了大投料量带来的投料量及液位波动问题。
进一步的，为了降低投料口粉料的结焦问题，本发明重新设计了投料口14结构，具体如图2A和图2B所示，设计了投料口14的斜坡砖及斜坡的角度及长度进行了设计，通过仿真模拟设置边界条件，模拟结果斜坡角度在135°～145°之间，斜坡长度设计在350～365mm之间，投料口14粉料的滞留时间最短，为6.2S，且滞留熔融结焦堵塞的粉料量最少。
一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，为了解决料山顶部结块熔化效率低等问题，如图3和图4所示，当配合料进入窖炉13内，形成配合料落入点15，窖炉13的两侧上部为若干与电极位置对应的燃枪口21，燃枪口21内设置若干个燃枪，窖炉13两侧的下部为多组电极16，本方法通过仿真模拟，重新设计了预熔区温控技术，通过给窖炉13投料口14相邻一组燃枪通入氧气，氧气量控制在5～8m3/h,对窑炉料山顶部进行冷却；同时降低相邻一组燃枪的燃烧量，使天然气和氧气比控制在1:2.7，同时对所述窖炉13投料口一端的前两组电极正常加电，使电压稳定在520～560V之间，功率稳定在63～68KW之间，根据仿真模拟结果可以得出，如图5A和图5B所示，图5A为窖炉13内与投料口14相邻一组燃枪在未通入氧气时，配合料的融化状态，图5B为窖炉13内与投料口14相邻一组燃枪在通入氧气时，配合料的融化状态，在燃枪通入氧气后，窑炉左右两侧的料山均较之前变长了，且预熔区上部温度低，底部温度高，堆积的粉料未产生结块就塌陷下来从而及时有序进行熔化，解决料山顶部结块难熔问题。
一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，对配合料含水率的控制在3％～5％之间，水在玻璃液中的主要存在形式是以OH离子的形式进入玻璃的网络结构，成为玻璃结构中的一部分。在窑炉内高温条件下，水蒸气与玻璃液之间发生的主要反应为：≡Si－O－Si≡+H 2O→2≡Si－OH，对配合料含水率的控制可以使各种原料混合均匀，防止配合料在运送中发生飞料和投料过程中扬尘；对配合料进行磁选去除杂质，杂质含量百分比要求＜100ppi，可以有效减少基板玻璃中的铁质结石等缺陷的发生率；对配合料粒度的均匀性控制，粒度的均匀性要求在800～900目之间可以使粉料颗粒的表面活化能降低有效提升熔化效率。
本方法从粉料来源控制、多级投料装置来料稳定性、工艺控制及外部环境等方面综合设计了一种符合高世代、大投料量基板玻璃稳定熔化的装置及方法，解决了大投料量带来的投料量波动及液位波动、投料口粉料结焦、料山顶部结块熔化效率低及料山堆积熔化效率低等问题；确保了高世代、超精细基板玻璃的稳定生产工艺。

Claims (9)

1.一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，包括窖炉(13)和空调恒温检测系统；
所述窖炉(13)两侧上部设置若干组燃枪；所述窖炉(13)两侧下部设置若干组电极；
所述空调恒温检测系统包括空调机组(1)、送风管道(2)、空调风出口(3)、空调软管(4)、离心风机(5)、鸭嘴风管(6)、信号线(7)、信号监测系统(8)、回风口(9)和窑炉围墙(10)；
所述窑炉围墙(10)设置于窖炉(13)外侧四周，其上设置有回风口(9)，所述送风管道(2)一端穿过窖炉围墙(10)与空调机组(1)连接，另一端呈C型设置于窑炉两侧，所述在窖炉两侧的送风管道(2)设置有出风口(3)；所述出风口(3)一端依次连接空调软管(4)、离心风机(5)和鸭嘴风管(6)；所述出风口(3)设置温度检测探头(11)，所述离心风机(5)设置有风速检测探头(12)；
所述温度检测探头(11)的输出端和风速检测探头(12)的输出端通过信号线(7)与信号监测系统(8)的输入端连接，信号监测系统(8)的输出端与空调机组(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，所述鸭嘴风管(6)与所述电极位置一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，所述若干组燃枪和若干组电极在窖炉(13)上一一对应。
4.根据权利要求1所述的一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，所述窖炉(13)连接有多级螺旋投料机，所述多级螺旋投料机包括依次连接的一级螺旋输送机(17)和二级螺旋输送机(18)。
5.根据权利要求4所述的一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，所述多级螺旋投料机包括在一级螺旋输送机(17)上部的称重装置(19)二级螺旋输送机(18)上部的上下限料位检测装置(20)。
6.根据权利要求1所述的一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，所述窖炉(13)包括两个投料口(14)，所述投料口(14)的斜坡砖的斜坡角度为135°～145°，斜坡长度为350～365mm。
7.一种高世代基板玻璃熔化方法，基于权利要求1～6所述的任意一种高世代基板玻璃熔化装置，其特征在于，包括：
当配合料从投料口进入窖炉(13)后，对所述窖炉(13)的投料口相邻一组燃枪通入氧气，同时降低其后一组燃枪的燃烧量；
对所述窖炉(13)投料口一端的前两组电极正常加电，电压为520～560V，功率为63～68KW，加大其后三组电极电压和对应燃枪的燃气量，使热点温度分别控制在1620℃～1635℃，末端电极对应的热点温度保持在1640℃；
所述空调恒温监测系统对窖炉(13)外表面温度以进行监控，通过鸭嘴风管实时对窖炉(13)外表面进行升温或冷却。
8.根据权利要求7所述一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，其特征在于，所述配合料的含水率为3％～5％，杂质含量百分比要求小于100ppi，粒度的均匀性要求为800～900目。
9.根据权利要求7所述一种高世代基板玻璃高效稳定熔化的方法，其特征在于，所述投料口相邻一组燃枪通入氧气的氧气含量为5～8m3/h。
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