CN114436505A - 光学玻璃澄清装置及其澄清方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效排出气泡精炼玻璃液的澄清装置。光学玻璃澄清装置，铂金装置和加热元件设置在墙体内部，铂金装置与墙体相交位置形成玻璃液的入口和出口，且铂金装置将墙体内部隔离成上加热腔和下加热腔，铂金装置包括埚体、入料管和挡板，入料管穿过入口与埚体连接，挡板设置在埚体内。玻璃液在本发明澄清装置中停留时间集中度明显提高，埚体入口段缓流区域显著减少，提高了玻璃液流动一致性，从而提高了产品常数一致性和产品内在质量；挡板有效改善了澄清装置对玻璃液的加热效率，同时通过挡板上布局的通孔导流作用，有效降低了中心区域和边缘区域的玻璃液流速差，加速了玻璃液中气泡上升过程的聚合速度，提升了整个排泡效率。

Description

光学玻璃澄清装置及其澄清方法

技术领域

本发明涉及光学玻璃生产过程中用于高温玻璃液排出气泡精炼玻璃液的澄清装置，以及利用该澄清装置改善玻璃液排气精炼过程中流动一致性和提高玻璃液在澄清池中最短停留时间的澄清方法。

背景技术

根据光学玻璃从粉料转化为最终玻璃态的整个变化过程，按照中间化学、物理过程的不同变化，行业内通常采用空间隔离的方式来解决相应的工艺问题，并获得满足客户质量需求的产品。因此，按照光学玻璃生产过程的特点将生产过程划分为粉料熔化、高温澄清、搅拌均化、成型、退火等主要热工工艺过程，在以上工艺过程中，高温澄清工艺对产品最终夹杂物含量及尺寸具有重要影响。

玻璃液在高温澄清过程中主要是解决前期原料反应后在玻璃液中生成的气泡问题。设计该工艺的目的就是将玻璃液中的气泡尽可能排出并使玻璃液进一步精炼纯化。从文献资料介绍可知光学玻璃液中气泡排出过程中气泡上升速度主要与玻璃粘度、气泡尺寸、玻璃液密度等物理性性质相关。其中，玻璃液内部的气泡形成来源于原料化学反应，因此在成分确定后玻璃液进入澄清池后很难显著改变气泡尺寸，只能通过改变玻璃性质来降低澄清难度。对于高端镧系玻璃、环保重火石玻璃等小粘度玻璃液在生产过程中升温使其粘度接近10poise后，就很难通过再升温来进一步降低玻璃液粘度、密度来获得更快的气泡溢出速度。

由此可见，在澄清工艺调试上气泡上升速度的调整幅度较为有限。从文献介绍可知，小粘度玻璃液的澄清可采用长方形结构的澄清池进行玻璃液澄清，但其澄清效果受液位影响较大且玻璃液澄清温度升高后，容易导致铂金结构强度下降，严重时会导致铂金变形、断裂等结构强度问题，造成铂金设备异常导致生产中断。

另外，随着数码产品市场的需求提高，最终产品对前端光学玻璃材料物化性质如透过率、着色度等要求也越来越高。透过率及着色度的一个重要影响因素就是高温下游离态铂粒子进入玻璃液中的比例。过高工艺温度导致玻璃液在与铂金接触时铂金表层晶粒长大速度加快，容易加速铂金粒子脱落进入玻璃液中，形成铂金闪点缺陷及造成最终玻璃产品透过率降低、着色度变差等问题。铂金粒子进入玻璃液中越多，越不利于玻璃液提高着色度。为此，需要降低铂金材料的使用温度，尤其是对于处于整条生产线温度最高的澄清工艺环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效排出气泡精炼玻璃液的澄清装置。

本发明还要提供一种光学玻璃澄清方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃澄清装置，包括墙体、铂金装置和加热元件，所述铂金装置和加热元件设置在墙体内部，所述铂金装置与墙体相交位置形成玻璃液的入口和出口，且所述铂金装置将墙体内部隔离成上加热腔和下加热腔，所述铂金装置包括埚体、入料管和挡板，所述入料管穿过入口与埚体连接，所述挡板设置在埚体内。

进一步的，所述埚体依次分为：入口段、去泡段、静置段和出口段，所述入口段采用部分半球体抽壳形成的结构；所述去泡段和静置段在玻璃液位线以下为半圆形截面，且在所述去泡段设置有多个挡板。

进一步的，所述入口段采用部分半球体抽壳形成的结构为：半球体内外壳体半径与去泡段下部半圆截面尺寸一致，入口段底部最低点与去泡段起始位置最低点高度位置一致；或入口段半球体壳体半径大于去泡段下部半圆截面尺寸，去泡段与部分半球体壳体相连接，入口段底部最低点低于去泡段起始位置最低点高度位置；或半球体壳体半径小于去泡段下部半圆截面尺寸，入口段由半球体壳体及过渡壳体组成，去泡段与入口段过渡壳体相连接，入口段半球体壳体底部最低点高于去泡段起始位置最低点高度位置。

进一步的，所述去泡段的长度为埚体沿玻璃液流动方向的总长的0.3-0.75倍；所述去泡段中的挡板的数量为2-6块。

进一步的，所述挡板在液位线以下区域与埚体内壁面连接，在所述挡板上与埚体壁面交界处设置规律排布的近壁孔，所述近壁孔可提高壁面附近的玻璃液流速，在所述挡板上设置有多个通孔。

更进一步的，所述近壁孔使挡板边缘形成锯齿形状；所述通孔包括多种尺寸。

更进一步的，所述近壁孔总截面面积占挡板所在位置的玻璃液截面面积的1％-8％；所述通孔的尺寸大小从挡板边缘到中心依次减小，最小尺寸的通孔位于挡板中心区域，用于增加该区域断面的流动阻力，中间尺寸的通孔位于挡板边缘区域，最大尺寸的通孔均布在近壁面附近。

更进一步的，所述挡板边缘区域和近壁面附近的通孔总截面面积占挡板所在位置的玻璃液截面面积的1％-10％；所述挡板中心区域的通孔总截面面积占挡板所在位置的玻璃液截面面积的1％-9％；所述挡板上所有通孔的总截面面积占挡板所在位置的玻璃液截面面积的3％-27％。

进一步的，所述铂金装置还包括盖板，所述盖板设置在埚体上。

进一步的，所述埚体向后倾斜15°以内的角度，优选倾斜角度在10°以内；或埚体向前倾斜15°以内的角度，优选倾斜角度在10°以内。

进一步的，所述挡板对流动阻力小的近表面区域增大流动阻力，流动阻力大的近壁面区域增大流动截面，控制玻璃液截面流速接近平均流速；在所述挡板上设置相应的孔改变玻璃液的流动路径，延长玻璃液在埚体内的整体停留时间。

进一步的，所述上加热腔和下加热腔内都设置有加热元件，且所述上加热腔和下加热腔内的加热元件分别控制。

光学玻璃液的澄清方法，该方法包括以下步骤：

1)加热元件通电为上加热腔和下加热腔提供热量，使上加热腔和下加热腔的整体温度达到澄清工艺所需温度；

2)熔化完成的高温玻璃液进入入料管，玻璃液在入料管中受到入料管传入热量而温度升高，当玻璃液进入埚体内，上加热腔和下加热腔将热量传递给埚体内的玻璃液，玻璃液受热后快速升温至澄清工艺温度；

3)玻璃液在埚体内受到自由液面与后续工艺形成的压差影响，逐渐向出口流动，在该过程中挡板上布局的孔导向玻璃液的流动，同时玻璃液中残余的气相以气泡的形式逐渐上浮，当遇到孔状挡板时气泡因上浮速度不同而形成聚合，加速气泡排除，当玻璃液进入静置段后玻璃液因高温内部组成得到进一步精炼，并继续排除剩余气泡；

4)玻璃液在埚体内完成精炼、排泡后由出口流出。

本发明的有益效果是：相对于现有技术，玻璃液在本发明澄清装置中停留时间集中度明显提高，埚体入口段缓流区域显著减少，提高了玻璃液流动一致性，从而提高了产品常数一致性和产品内在质量；挡板有效改善了澄清装置对玻璃液的加热效率，同时通过挡板上布局的通孔导流作用，有效降低了中心区域和边缘区域的玻璃液流速差，加速了玻璃液中气泡上升过程的聚合速度，提升了整个排泡效率；盖板及挡板从两个方向加强了盖板受力支撑，防止盖板在高温使用下的变形、拉裂等结构问题，使整体铂金装置稳定性增强；上下空腔独立控温，使得澄清装置内部加热效率明显改善，埚体内玻璃液受热更充分、更均匀，系统内玻璃液的温度控制精度显著改善；本发明澄清池的澄清温度可以更低，而采用延长玻璃液最短停留时间的方式解决因温度降低带来的气泡排除时间延长的问题，因此，玻璃液中铂金粒子溶入量得到显著改善，从而提高了玻璃液的透过率及着色度指标。

附图说明

图1是本发明澄清装置的结构示意图。

图2是本发明澄清装置的埚体分段结构示意图。

图3是本发明澄清装置的埚体入口段第二种结构的结构示意图。

图4是本发明澄清装置的埚体入口段第三种结构的结构示意图。

图5是本发明澄清装置的挡板结构示意图。

图6是本发明澄清装置的盖板结构示意图。

图7是现有方形澄清池的结构示意图。

图8是图7的截面示意图。

图9是玻璃液粒子停留时间集中度对比示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的澄清装置包括墙体1、铂金装置和加热元件2，墙体1内部构成密封空间，铂金装置和加热元件2设置在墙体1内部，铂金装置与墙体1相交位置形成玻璃液的入口11和出口12，在墙体1顶部后端还开有第一排气孔13，且中间的铂金装置将墙体1内部隔离成上下两个空间，该上下两个空间分别构成了上加热腔14和下加热腔15。

墙体1的主要作用是减少热量损失，使空间内部空气自然对流，从而均化整个空间内部的温差；同时为铂金装置、加热元件2提供所需要的受力支撑。墙体1可采用轻质保温砖、刚玉砖等两种或多种耐火材料组合制成。

铂金装置包括埚体3、入料管4、挡板5和盖板6，所述铂金装置的材质可采用能够抵抗玻璃液的侵蚀、减少对玻璃液的污染、具有较好的力学强度、高温下变形小的贵金属制成，具体的可采用铂金属及其强化材料制成，也可采用强度更优异且高温性能稳定的铂铑合金或铂铑弥散材料制成，还可采用强度优异、高温性能稳定的铂金合金制成。

埚体3外部包裹有保温层7，保温层7与墙体1之间通过适当连接来实现墙体1对保温层7的支撑，保温层7可为内部的埚体3提供受力支撑，防止埚体3在使用过程中变形、破损，影响整体装置的使用寿命；同时还向所包裹的埚体3及内部玻璃液传递热量，使玻璃液在埚体3内部升温至工艺要求的澄清温度。

铂金装置工作时，入料管4将玻璃液9由熔化池引入埚体3中，埚体3将热量传递给玻璃液9，玻璃液9在埚体3中温度升高至工艺要求温度并由垂直流动转为水平流动，玻璃液9逐次经过设置在埚体3内的挡板5，并从挡板5上的孔内流过，玻璃液内部气体与玻璃液流动出现分离，玻璃液9基本沿水平方式流动，而内部气泡受到密度差异逐渐上浮，随着玻璃液9沿着埚体3向出口12流动，玻璃液内部气体逐渐排出，最后玻璃液9经过出口12后流出澄清装置。

入料管4用于衔接熔化工艺和澄清工艺。在装置中，入料管4一方面为内部流动的玻璃液补充热量，使其快速达到澄清所需温度；另一方面，入料管4是玻璃液从熔化池进入澄清埚体运输通道，入料管4穿过入口11与埚体3连接。在图1中，入料管4为垂直入料管，但根据工艺需求也可以改为水平入料管或是斜下入料管，三种入料管的差异在于：水平入料时优选入料管位于液位线8以下位置，而其余两种方式入料管即可在液位线8以下也可在液位线8以上。当采用垂直入料管或斜下入料管时，入料管下方管口距离埚体内玻璃液液面的距离优选不超过200mm，更优选距离为不超过100mm。入料管下方管口在极限情况下可以深入玻璃液液面以下。采用以上距离可以有效降低玻璃液在流出入料管管口后所形成的自由液柱流入玻璃液面时产生冲击流动所带来的玻璃液气泡质量降低的问题。自由液柱在冲击玻璃液面时，由于冲击液流速度与界面附近气体速度差异，导致玻璃液液面附近的气体被自由液柱卷入玻璃液内部从而大幅增加埚体3内玻璃液的微气泡数量，导致后续所需澄清时间显著增加，影响玻璃液在埚体3内的澄清效果，降低玻璃内在气泡等级。

埚体3也可称为澄清池，埚体3内部直接与高温玻璃液接触并且完成玻璃液升温、排泡过程，然后玻璃液流过埚体3从出口12进入下一环节。本发明的埚体3按照其在澄清过程中的功能可以分为四段，依次分别为：入口段31、去泡段32、静置段33和出口段34，如图2所示，该图所示为垂直入料管。玻璃液从入料管4的管口流出后，首先进入埚体3的入口段31，然后依次经过去泡段32、静置段33和出口段34，最后从出口12流出。

玻璃液在埚体3内的流动按照介质不同可以分为两类，一类是玻璃液受到液位压差及重力影响而呈现的近水平流动；另一类为玻璃液内部气体受到气液密度差异呈现的上升流动。

埚体3的高度优选采用去泡段32的半圆截面的半径尺寸作为埚体3的设计高度，因此玻璃液位线8高度应不高于埚体3高度。另外，为了增加现场操作余量，埚体3也可如图2所示在半圆截面高度的基础上增加适当高度，作为备用气体排除空间。埚体3在设计上通常优选向后(玻璃液出口方向为后)倾斜15°以内的角度，更优选倾斜角度在10°以内，从而增加静置段33、出口段34的玻璃液位深度，使玻璃液内部成分精炼效果更佳，在微观组成上玻璃液成分更稳定，有利于后期成型后常数稳定性提高。埚体3在设计上另一种优选方案是向前倾斜15°以内的角度，更优选倾斜角度在10°以内，降低静置段33及出口段34的液位从而降低气泡上浮距离，提高澄清效果。当埚体3选择向前倾时，在埚体3前端液位最低处需设置排放孔，用于不同产品之间的生产切换使用。

入口段31的结构设计从两方面进行考虑，一方面是尽量降低玻璃液从入料管4过渡到埚体3内水平流动时形成的缓流区域；另一方面是尽量降低玻璃液中流速最快的部分玻璃液流速或延长该部分玻璃液流动路径，通过大量实验及现场生产数据证实，埚体3的入口段31结构设计可采用部分半球体抽壳形成的结构来解决以上两个问题，当采用该结构设计时，具体可通过三种方式实现入口段31与去泡段32的连接。第一种设计方案为保持半球体内外壳体半径与去泡段32下部半圆截面尺寸一致，此时入口段31底部最低点与去泡段32起始位置最低点高度位置一致，如图2所示；第二种设计方案为入口段31埚体半球体壳体半径大于去泡段32下部半圆截面尺寸，去泡段32与部分半球体壳体相连接，此时入口段31底部最低点低于去泡段32起始位置最低点高度位置，如图3所示；第三种设计为半球体壳体半径小于去泡段32下部半圆截面尺寸，入口段31由半球体壳体及过渡壳体组成，去泡段32与入口段31过渡壳体相连接，此时入口段31半球体壳体底部最低点高于去泡段32起始位置最低点高度位置，如图4所示。

采用非水平入料管时，在入口段31玻璃液完成由非水平流动转为水平流动状态，优选自由液柱距离埚体入口段内壁最前端的距离为100mm以内，更优选为50mm以内。采用以上结构可以最大效率降低因流动方向转变造成的入口段31缓慢流动区域，从而提高玻璃液在入口段31的玻璃液停留时间一致性；该设计还可增加玻璃液在入口段31的最短停留时间，有利于玻璃液快速升温至工艺温度。

去泡段32在玻璃液位线以下为半圆形截面，为了确保排除的气体可由玻璃液上表面的液位线处排除，因此液位线8以上需留一定空间用于排气及确保玻璃液呈明渠流动状态。为了提高本发明的玻璃液排泡效果及铂金对玻璃液加热效果，在去泡段32设置有多个挡板5，所述挡板5还具有导向玻璃液流动的作用，对流动阻力小的近表面区域增大流动阻力，而流动阻力大的近壁面区域增大流动截面，从而控制玻璃液截面流速更接近平均流速。另一方面，在挡板5上设置相应的孔可以改变玻璃液的流动路径，从而延长玻璃液在埚体3内的整体停留时间。通过挡板5的作用，玻璃液中上浮气泡之间更容易产生聚合形成更大的气泡从而加速玻璃液中气泡的上浮速度，提高玻璃液澄清效率。

挡板5上设置有凸台51、通孔52和近壁孔53，如图5所示。所述挡板5在液位线8以下区域与埚体内壁面连接，在挡板5上与埚体壁面交界处设置有规律排布的近壁孔53，该近壁孔53使挡板5边缘形成锯齿形状，优选近壁孔53总截面面积占挡板5所在位置的玻璃液截面面积的1％-8％，近壁孔53主要是为了提高壁面附近的玻璃液流速，防止近壁面区域流速过小形成界面气泡后无法排除的问题。按照所生产玻璃液流量及埚体截面尺寸可计算出玻璃液在流过埚体时平均速度大小，按照该平均速度值将挡板5分为两个区域，小于平均值的区域为挡板边缘区域；大于流动平均速度的区域为挡板中心区域。为了控制玻璃液在埚体3内的流速分布，从而优化玻璃液停留时间分布，在挡板5上设置有很多通孔52，所述通孔52包括多种尺寸，通孔52的尺寸大小从挡板边缘到中心依次减小。在图5中设置了三种尺寸的通孔52，最小尺寸的通孔52位于挡板中心区域，用于增加该区域断面的流动阻力；中间尺寸的通孔52位于挡板边缘区域，最大尺寸的通孔52均布在近壁面附近。挡板边缘区域和近壁面附近的通孔52总截面面积占挡板5所在位置的玻璃液截面面积的1％-10％；挡板中心区域的通孔52总截面面积占挡板5所在位置的玻璃液截面面积的1％-9％；挡板5上所有通孔52的总截面面积占挡板5所在位置的玻璃液截面面积的3％-27％。

采用以上孔面积设计可使挡板5阻挡玻璃液流动，而玻璃液在通过挡板5时只能通过通孔52或近壁孔53流过，从而为玻璃液流动路径进行引导；同时为微气泡上浮过程中多个气泡聚合成大气泡提供了有力条件，加速了玻璃液内部气泡澄清效率。

挡板5上部设置的凸台51用于支撑盖板6，防止盖板6在高温下受力变形，同时也可增加挡板5的力学强度，防止挡板5因变形而使玻璃液流动路线变化导致的产品内置质量波动问题。优选在挡板5上部中间及两侧位置设置三块凸台51，如图5所示。

为了保持最优澄清效果及玻璃液后续精炼需求，优选去泡段32的长度为埚体3沿玻璃液流动方向的总长的0.3-0.75倍；其中去泡段32中的挡板5的数量优选为2-6块，过多的挡板5将大幅增加铂金与玻璃液接触面从而导致低速流动区域增多，而挡板5的数量太少不利于玻璃路径导向及热量传递。

在静置段33中不设置挡板5，使玻璃液在此阶段呈缓慢层流，此时玻璃液温度达到最高，该阶段可将前期未排除的气泡进一步排除，同时在该区域玻璃液因温度升高可进一步精炼玻璃液，使玻璃液内部在微观组成上成分更稳定，从而提升最终产品常数稳定性和一致性。静置段33截面形状与去泡段32相同，在玻璃液位线以下为半圆形截面。

玻璃液经过静置段33后进入出口段34，在该区域玻璃液由自由液面明渠流逐渐过渡为管道流动，该区域液位较深有利于玻璃液中残余气体溶入玻璃液内部，将未澄清的部分气体消除，从而提升玻璃液的气泡质量水平。

盖板6设置在埚体3上并形成相对密闭空间，在生产过程中盖板6主要用于隔离玻璃液面与保温层7，防止上部挥发物及保温层7脱落进入玻璃液中。盖板6上设置有入口孔61，用于放置入料管4并保持埚体3内部空间气体与外部相通，便于玻璃液排除的气泡气体溢出。盖板6后端上设置有第二排气孔62，第二排气孔62位于埚体末端主要用于排气平衡内外气压差。在盖板6上设置有均匀布置的支撑块63，支撑块63上部嵌入保温层7中，下部与盖板6相连，用于支撑盖板6，防止盖板6在高温使用时因自重变形掉落到埚体3内，影响玻璃液流动路径及澄清效果，如图6所示。所述支撑块63断面为工字型结构，材料厚度优选为1-2.5mm。

上加热腔14和下加热腔15内都设置有加热元件2，加热元件2通过上加热腔14和下加热腔15向墙体1内壁和保温层7外壁传递热量，为本发明的澄清装置补充热量，控制玻璃液在铂金装置中的温度控制达到工艺要求。上加热腔14和下加热腔15之间可以通过耐火材料完全隔离，也可以相互连通使两腔内充满的高温气体之间具有微弱了流动性，其中高温气体通常为空气、二氧化碳、氮气等，在一定程度上可以使空间温度更均匀；上加热腔14和下加热腔15可以将加热元件2上的热量均匀辐射到周围固体表面，因此周围固体表面接受的热量更均匀；加热元件2可控制上加热腔14和下加热腔15的温度高于埚体3中玻璃液的温度，满足玻璃液的澄清排泡温度需求。加热元件2可以采用硅碳棒、硅钼棒、电阻丝等作为加热源，加热源材料的选择主要根据澄清装置最高使用温度来确定，当使用温度高于800℃时，优选硅碳棒、硅钼棒作为加热元件2。

上述上加热腔14和下加热腔15内的加热元件2优选分别控制，实现埚体3的上下温度的分别控制，即：将上加热腔14和下加热腔15分别进行温度控制，从而可以精确控制上加热腔14和下加热腔15的温度变化，达到精确控制玻璃液从玻璃液出口流出温度随时间的波动值。

入料管4、挡板5、埚体3、盖板6的材料壁厚优选为0.5-2.5mm，最优选的壁厚为0.75-1.5mm。

本发明的澄清装置从以下五个方面来解决现有澄清池存在的问题：

(1)采用本发明的澄清装置，埚体入口段31采用球壳形设计，可以快速将玻璃液由非水平流动转变为水平流动，并且降低因流动方向切换导致的流动缓慢区域问题，从而提高了玻璃液流动的一致性，提高了光学玻璃产品光学常数稳定性。

(2)挡板5有效改善了澄清装置对玻璃液的加热效率，同时通过挡板5上布局的通孔导流作用，将玻璃液流动路径进行了优化设计，有效降低了中心区域和边缘区域的玻璃液流速差，改善了玻璃液停留时间集中度，也加速了玻璃液中气泡上升过程中聚合速度，提升了整个排泡效率。

(3)本发明设计的盖板6及挡板5从两个方向加强了盖板6受力支撑，防止盖板6在高温使用下的变形、拉裂等结构问题，使整体铂金装置稳定性增强。

(4)采用本发明装置实现了上下空腔加热，加热效率明显改善，埚体3内玻璃液受热也更充分、更均匀，系统内玻璃液的温度控制精度显著改善。

(5)在采用本发明的澄清装置设计时，所需澄清温度可以更低，而采用延长玻璃液最短停留时间的方式解决因温度降低带来的气泡排除时间延长的问题，因此，玻璃液中铂金粒子溶入量得到显著改善，从而提高了玻璃液的透过率及着色度指标。

上述最短停留时间是指玻璃液从入料管入口到达埚体出口所需的最短流动时间。所述停留时间集中度是指一段时间内同一批玻璃液流出量占总流量的百分数，该值越大，说明其集中度越好、玻璃组分一致性越好、物化性能越理想。所述缓慢流速区域是指在整体玻璃液流动过程中，玻璃液流速为最快流速的1％及以下的玻璃液所占的流动区域。

本发明通过采用具有以上结构的澄清装置，可以提供以下光学玻璃的澄清方法，该方法包括以下步骤：

1)加热元件2通电为上加热腔14和下加热腔15提供热量，使上加热腔14和下加热腔15的整体温度达到澄清工艺所需温度，该温度通常高于即将进入埚体入口段31的玻璃液的最低温度；

2)熔化完成的高温玻璃液进入入料管4，玻璃液在入料管4中受到入料管4传入热量而温度升高，当玻璃液离开入料管下方管口后进入埚体3内，加热元件2通过加热腔将热量传递到保温层7，然后保温层7将热量传递到埚体3及盖板6，最后通过铂金装置将热量传递给埚体3内的玻璃液，玻璃液受热后快速升温至澄清工艺温度；

3)玻璃液在埚体3内受到自由液面与后续工艺形成的压差影响，逐渐向埚体出口流动，在该过程中挡板5上布局的孔导向玻璃液的流动，同时玻璃液中残余的气相以气泡的形式逐渐上浮，当遇到孔状挡板时气泡因上浮速度不同而形成聚合，加速气泡排除，当玻璃液进入静置段33后玻璃液因高温内部组成得到进一步精炼，并继续排除剩余气泡；

4)玻璃液在埚体3内完成精炼、排泡后由出口12流出澄清装置，进入下一个工艺环节。

采用以上澄清方法，优选将上加热腔14和下加热腔15内的加热元件2分别控制，可精确控制上加热腔14和下加热腔15的温度变化，达到控制玻璃液从玻璃液出口流出温度随时间的波动值。

采用以上澄清方法，优选入口段埚体设计由半球体抽壳形成，且入口段底部最低点与去泡段起始位置最低点在同一水平面，该设计可有效降低此处缓流区域，并且增加玻璃液最短停留时间。

为了更清楚地说明本发明相对于现有技术所取得的进步，下面进行数值模拟实验验证。在数值模拟分析中，根据图7、图8建立现有方形澄清池模型，根据图1建立本发明的澄清装置，然后对两种装置中玻璃液流过过程进行了模拟分析，从计算结果提取出如下表1所示的对比数据，本发明的澄清装置在玻璃体积接近的情况下最短停留时间提高了16％，而缓流区域为现有方形澄清池的40％，由此可见本发明的澄清装置澄清能力更强，且玻璃液流速更合理。

表1最短停留时间及缓流区域占比对比

模型	最短停留时间(s)	缓流区域占比	模型体积(L)
				现有方形澄清池	19670	5.2％	32.7
本发明澄清装置	23010	2.1％	32.8

采用粒子示踪分析了玻璃液停留时间集中度分布情况，分别在玻璃液入口截面上释放1000个粒子，待所有粒子均离开计算域后统计每个粒子运动时间，从而得到如图9所示的停留时间集中度曲线。图9中横坐标为粒子的停留时间，纵坐标为粒子数量。通过图9对比两种设计可见，本发明的澄清装置在停留时间集中度上明显好于现有技术的澄清池，其整体峰值后移，且峰宽也相对现有技术有明显改善，说明挡板确实具有调节玻璃液流速及改善流动路径的作用，实现了快速流动区域的玻璃液降速，而慢速流动区域玻璃液加速流动的效果，从而使澄清装置中玻璃液流速受控，产品内在质量得到改善。

本发明的光学玻璃澄清装置及其澄清方法适用于常规光学玻璃、含易挥发成分光学玻璃、易析晶类光学玻璃等类型的玻璃液澄清，特别适用于环保重火石类玻璃、镧系玻璃、低软化点玻璃、低折射低色散玻璃的澄清排泡、精炼。

Claims (13)

1.光学玻璃澄清装置，包括墙体(1)、铂金装置和加热元件(2)，所述铂金装置和加热元件(2)设置在墙体(1)内部，其特征在于：所述铂金装置与墙体(1)相交位置形成玻璃液的入口(11)和出口(12)，且所述铂金装置将墙体(1)内部隔离成上加热腔(14)和下加热腔(15)，所述铂金装置包括埚体(3)、入料管(4)和挡板(5)，所述入料管(4)穿过入口(11)与埚体(3)连接，所述挡板(5)设置在埚体(3)内。

2.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述埚体(3)依次分为：入口段(31)、去泡段(32)、静置段(33)和出口段(34)，所述入口段(31)采用部分半球体抽壳形成的结构；所述去泡段(32)和静置段(33)在玻璃液位线以下为半圆形截面，且在所述去泡段(32)设置有多个挡板(5)。

3.如权利要求2所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述入口段(31)采用部分半球体抽壳形成的结构为：半球体内外壳体半径与去泡段(32)下部半圆截面尺寸一致，入口段(31)底部最低点与去泡段(32)起始位置最低点高度位置一致；或入口段(31)半球体壳体半径大于去泡段(32)下部半圆截面尺寸，去泡段(32)与部分半球体壳体相连接，入口段(31)底部最低点低于去泡段(32)起始位置最低点高度位置；或半球体壳体半径小于去泡段(32)下部半圆截面尺寸，入口段(31)由半球体壳体及过渡壳体组成，去泡段(32)与入口段(31)过渡壳体相连接，入口段(31)半球体壳体底部最低点高于去泡段(32)起始位置最低点高度位置。

4.如权利要求2所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述去泡段(32)的长度为埚体(3)沿玻璃液流动方向的总长的0.3-0.75倍；所述去泡段(32)中的挡板(5)的数量为2-6块。

5.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述挡板(5)在液位线(8)以下区域与埚体内壁面连接，在所述挡板(5)上与埚体壁面交界处设置规律排布的近壁孔(53)，所述近壁孔(53)可提高壁面附近的玻璃液流速，在所述挡板(5)上设置有多个通孔(52)。

6.如权利要求5所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述近壁孔(53)使挡板(5)边缘形成锯齿形状；所述通孔(52)包括多种尺寸。

7.如权利要求5所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述近壁孔(53)总截面面积占挡板(5)所在位置的玻璃液截面面积的1％-8％；所述通孔(52)的尺寸大小从挡板边缘到中心依次减小，最小尺寸的通孔(52)位于挡板中心区域，用于增加该区域断面的流动阻力，中间尺寸的通孔(52)位于挡板边缘区域，最大尺寸的通孔(52)均布在近壁面附近。

8.如权利要求7所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述挡板边缘区域和近壁面附近的通孔(52)总截面面积占挡板(5)所在位置的玻璃液截面面积的1％-10％；所述挡板中心区域的通孔(52)总截面面积占挡板(5)所在位置的玻璃液截面面积的1％-9％；所述挡板(5)上所有通孔(52)的总截面面积占挡板(5)所在位置的玻璃液截面面积的3％-27％。

9.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述铂金装置还包括盖板(6)，所述盖板(6)设置在埚体(3)上。

10.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述埚体(3)向后倾斜15°以内的角度，优选倾斜角度在10°以内；或埚体(3)向前倾斜15°以内的角度，优选倾斜角度在10°以内。

11.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述挡板(5)对流动阻力小的近表面区域增大流动阻力，流动阻力大的近壁面区域增大流动截面，控制玻璃液截面流速接近平均流速；在所述挡板(5)上设置相应的孔改变玻璃液的流动路径，延长玻璃液在埚体(3)内的整体停留时间。

12.如权利要求1所述的光学玻璃澄清装置，其特征在于：所述上加热腔(14)和下加热腔(15)内都设置有加热元件(2)，且所述上加热腔(14)和下加热腔(15)内的加热元件(2)分别控制。

13.光学玻璃液的澄清方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)加热元件(2)通电为上加热腔(14)和下加热腔(15)提供热量，使上加热腔(14)和下加热腔(15)的整体温度达到澄清工艺所需温度；

2)熔化完成的高温玻璃液进入入料管(4)，玻璃液在入料管(4)中受到入料管(4)传入热量而温度升高，当玻璃液进入埚体(3)内，上加热腔(14)和下加热腔(15)将热量传递给埚体(3)内的玻璃液，玻璃液受热后快速升温至澄清工艺温度；

3)玻璃液在埚体(3)内受到自由液面与后续工艺形成的压差影响，逐渐向出口(12)流动，在该过程中挡板(5)上布局的孔导向玻璃液的流动，同时玻璃液中残余的气相以气泡的形式逐渐上浮，当遇到孔状挡板时气泡因上浮速度不同而形成聚合，加速气泡排除，当玻璃液进入静置段(33)后玻璃液因高温内部组成得到进一步精炼，并继续排除剩余气泡；

4)玻璃液在埚体(3)内完成精炼、排泡后由出口(12)流出。

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