CN114436512B - 玻璃块料成型装置及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大口径块料玻璃的成型装置。玻璃块料成型装置，出料管穿过均热罩顶部进入均热罩与成型模具所形成的成型空间；成型模具位于均热罩正下方；散热支架放置在成型模具下方；转运装置位于散热支架下部，支撑并转运散热支架和成型模具；升降装置位于转运装置下方，支撑并控制成型模具、散热支架和转运装置的上下运动速度。本发明通过改进均热罩和出料管使块料成型过程中上部空间温场均匀性显著提高，使玻璃液在成型过程的流动性及玻璃液温场均匀性得到明显改善；采用顶部加热元件、侧壁加热元件为热源配合均热罩保温层，可有效降低均热罩及玻璃液在成型过程中通过表面及侧面的热量散失，从而有效控制成型过程中成型空间温场均匀性。

Description

玻璃块料成型装置及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃块料的成型装置，以及采用该成型装置改善玻璃液成型过程中空间温场均匀性从而提高玻璃液成型后内在均匀性的方法。

背景技术

大口径玻璃块料因单体尺寸大、光学性质好、化学稳定性强、膨胀性受控等方面的优势，被应用于大型望远镜、反射镜等天文观测领域中。该类玻璃的生产工艺流程与普通光学玻璃生产相似，依然需要经历粉料熔化、澄清、均化、成型、冷却等主要热工工艺，从而得到大块玻璃产品，但在以上工艺过程中，工艺条件相对普通玻璃而言更加苛刻，其中大口径玻璃块料的成型工艺就显得至关重要，该工艺决定了最终产品的外形及尺寸大小，同时也会影响玻璃的内在质量。因此为了获取满足最终使用需求的大口径玻璃产品，需选择合适的成型方法确保玻璃成型质量及材料利用率。

目前，生产大口径块料玻璃的成型方法可以分为两类：第一类沿用光学玻璃条料的方式，将玻璃液通过出料管，堵头、侧模、底模及网带炉等部件构成的成型装置来进行牵引，从而得到连续的条料产品，待玻璃冷却后，将玻璃切割成所需块料；另一种成型方法是采用漏铸法成型玻璃块料，根据所需成型玻璃形状制作相关的模具，直接将玻璃液由出料管充入模具内部空间完成所需玻璃块料成型，成型一块块料后将模具及内部玻璃液转运至下一环节，而新模具进入出料管下方开始下一块玻璃的漏铸成型。以上两种成型方式各有优缺点，采用条料生产式成型具有成型过程稳定、操作简单、产品外形一致性好等优点，而采用漏铸成型则产品外形灵活、材料利用率高，可生产各种形状的玻璃块料，如方形，圆柱形，甚至椭圆柱形等；另外漏铸成型对于短时间大流量成型时无需牵引玻璃，直接按块成型，在材料利用率上具有独特优点。由此可见在间歇式窑炉的生产过程中，成型φ500mm口径以上的大口径块料玻璃时，优先选择漏铸成型方式。

在现有文献关于漏铸成型的相关研究上，CN1778735B通过衬有陶瓷绝热体的金属模具提供了铸造成型玻璃过程中不均匀性问题的解决方法，而CN105948463B则是利用出料管偏置、设置预热系统等方式来解决玻璃成型条纹及易析晶的问题；CN104891787B则采用底部火头、预热系统等构成成型装置来解决成型中玻璃条纹、均匀性等问题。从文献资料可见，在漏铸成型过程中玻璃流动均匀性、温场均匀性直接影响成型后产品内在质量和外部形状，采用预热方式、底部火头、陶瓷绝缘体等方式改善温场均匀性效果相对有限，且预热模具容易导致玻璃在成型过程中模具局部温度过高产生成型界面气泡、模具断裂等问题；而陶瓷绝缘体均温效果主要局限在玻璃液下表面，而针对玻璃上表面的均温需从上表面的散热过程着手解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在现有漏铸成型的基础上提供一种大口径块料玻璃的成型装置。

本发明还要提供一种玻璃漏铸成型过程中改善空间温场均匀性从而提高玻璃液均匀性的成型方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：玻璃块料成型装置，包括出料管、均热罩、成型模具、散热支架、转运装置和升降装置，所述出料管穿过均热罩顶部进入均热罩与成型模具所形成的成型空间；所述成型模具位于均热罩正下方；所述散热支架放置在成型模具下方；所述转运装置位于散热支架下部，支撑并转运散热支架和成型模具；所述升降装置位于转运装置下方，支撑并控制成型模具、散热支架和转运装置的上下运动速度。

进一步的，所述出料管、均热罩、成型模具、散热支架和转运装置的中心线重合，和/或所述出料管、均热罩、成型模具、散热支架和转运装置的重心在一条直线上。

进一步的，所述出料管为三层结构，分别为：内层、外层和中间层，所述内层和外层均由金属材质构成，所述中间层为耐火材料层。

进一步的，所述出料管在竖直方向由2-5段组成，每段出料管由单独的通电回路控制。

进一步的，在所述出料管最下面的1-2段上所控制的出料管内层壁面温度高于出料管入口中心的玻璃温度，其温差为30℃以内，优选温差为5-20℃。

进一步的，所述成型空间的最大温差在100℃以内，优选成型空间的最大温差在50℃以内，最优选为20℃以内。

进一步的，所述均热罩由金属架、保温层和加热元件构成，在所述均热罩中心位置设置有圆孔，所述出料管穿过所述圆孔进入成型空间，所述加热元件设置在均热罩的顶部及侧壁内侧，所述保温层设置在金属架上。

更进一步的，所述保温层采用多孔轻质耐火材料制成，耐火材料容重为0.2-1.0g/cm³，优选容重为0.2-0.6g/cm³；所述保温层的导热系数在600℃-1450℃时为0.1-2.0W/(m·℃)，优选导热系数为0.1-1.0W/(m·℃)；所述保温层厚度控制在50-150mm之间。

更进一步的，所述顶部的加热元件分区为冷端和热端，所述冷端用于接线及固定加热元件，所述热端作为发热元为周围空间提供热量；所述侧壁内侧的加热元件设置在均热罩侧壁四周的保温层内表面，所述侧壁内侧的加热元件采用电加热元件或燃气加热元件供热。

进一步的，所述均热罩为圆形均热罩，所述出料管穿过均热罩中心的圆孔，位于均热罩中心，所述圆形均热罩的金属架由径向金属架和环状金属架构成；所述加热元件呈中心对称布置，所述加热元件采用由内向外或由外向内顺序进行分区。

进一步的，所述均热罩为多边形均热罩，金属架由斜向金属架、横向金属架和纵向金属架构成，每个区的加热元件的数量根据实际功率需求进行配置。

进一步的，所述成型模具由侧模和底模构成，所述底模上设置有可形成中心孔的插销。

进一步的，所述转运装置由运输支架和运输轨道构成。

玻璃块料成型装置的成型方法，该方法包括以下步骤：

1)将固定在运输支架上的散热支架、成型模具通过运输轨道转运至出料管下方工艺位置；运用升降装置将散热支架及成型模具升高至工艺要求高度；通过通电电流大小控制出料管内层管壁电流大小，使玻璃液与出料管接触界面发热，从而控制玻璃液在出料管中的温度在工艺温度范围内；

2)开启均热罩顶部的加热元件及侧壁的加热元件，使均热罩内部空间温度达到工艺要求；

3)玻璃液自由液柱接触底模表面由中心向底模四周流动，并逐渐在底模表面摊开，控制升降装置缓慢下降，玻璃液不断向外扩散并在成型空间内逐渐积厚，达到要求厚度后成型结束；

4)将升降装置控制为快速下降，成型模具、散热支架和运输支架一起下降，当下降到一定高度后运输支架与运输轨道接触，受运输轨道的支撑作用，升降装置再继续下降时升降装置与运输支架脱离，然后将承载玻璃块料的成型模具、散热支架、运输支架通过运输轨道快速转移至下一工艺环节中进行冷却处理。

进一步的，所述步骤3)的成型过程中出料管流出的玻璃液粘度控制在900poise-3500poise；优选玻璃液粘度控制在1200poise-2500poise。

进一步的，所述步骤3)的成型过程中均热罩的金属架表面温度控制在450-700℃。

本发明的有益效果是：通过改进均热罩和出料管使块料成型过程中上部空间温场均匀性显著提高，使玻璃液在成型过程的流动性及玻璃液温场均匀性得到明显改善；本发明采用顶部加热元件、侧壁加热元件为热源配合均热罩保温层，可有效降低均热罩及玻璃液在成型过程中通过表面及侧面的热量散失，从而有效控制成型过程中成型空间温场均匀性；三层多段出料管设计使得成型过程中的玻璃液粘度、玻璃液截面温度受控性得到改善，为成型过程提供了最佳的玻璃液成型粘度，而通过管壁温度控制可改变玻璃液流出出料管后表层温度，进而降低玻璃液表层与中心之间的温差，缩小成型过程中玻璃液自由液面与侧模形成的圆角，从而提高成型后产品材料利用率。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明的圆形均热罩顶部结构示意图。

图3是本发明的多边形均热罩顶部结构示意图。

图4是本发明的底模结构示意图。

具体实施方式

本发明的玻璃块料成型装置包括出料管1、均热罩2、成型模具3、散热支架4、转运装置5和升降装置6，如图1所示。所述出料管1通过均热罩圆孔穿过均热罩顶部进入均热罩2与成型模具3所形成的成型空间7，出料管管口始终与成型模具3的底模上表面保持一定距离；所述成型模具3位于均热罩2正下方，玻璃液从出料管1流出后在成型空间7内完成定型；所述散热支架4放置在成型模具3底部下方，用于平衡成型模具3的底模下表面各区域的热量散失，并承受成型模具3及成型后的玻璃液的压力，防止成型后因成型模具3变形导致玻璃表面受到张应力，产生裂纹；所述转运装置5位于散热支架4下部，为散热支架4及成型模具3提供结构支撑，同时按工艺要求转移散热支架4、成型模具3及成型后的玻璃液；所述升降装置6位于整个成型装置的最下方，该装置为上部结构提供持续支撑，并按照工艺要求控制上部结构的上下运动速度。

在本发明中，优选出料管1、均热罩2、成型模具3、散热支架4和转运装置5的中心线重合，且当出料管1、均热罩2、成型模具3、散热支架4和转运装置5的重心在一条直线上时，成型装置处于最佳工作状态。

出料管1为三层结构，分别为：内层11、外层12和中间层13，内层11和外层12均由金属材质构成，中间层13为耐火材料层。中间层13具有两方面作用，一方面是减少玻璃液流过出料管1时的热量散失，另一方面也具有支撑内层11、外层12，防止出料管1轴向、径向变形或破损的作用。内层11材料优选铂及其合金材料，作为与玻璃接触的金属材料，防止玻璃液受污染后影响产品内在质量。工作时，通过外层金属与内层金属连接形成通电回路，内外层金属通电后出料管内层金属与玻璃液接触的界面发热，从而为出料管1内流动的玻璃液8提供热量补给。

出料管1在竖直方向可以由2-5段组成，每段出料管由单独的通电回路控制，从而可精确控制出料管1中玻璃液流速及出料管管口截面的玻璃液温差。为了降低玻璃液在成型过程中因表面温度比中心温度低而造成的不均匀，在出料管1最下面的1-2段上所控制的出料管内层壁面温度略高于出料管入口中心的玻璃温度，优选其温差为30℃以内，更优选的温差为5-20℃。采用该方法进行后续玻璃成型时，可以利用以上温差弥补部分玻璃液在成型过程中自由表面上的热量散失，从而提高玻璃成型过程中流动均匀性及玻璃内在均匀性。

均热罩2由金属架21、保温层22和加热元件23构成，在玻璃液成型过程中，金属架21用于保持均热罩2受力结构不变形；加热元件23按照一定规律设置在均热罩顶部及侧壁区域上，加热元件23发热后可为成型空间7进行热量补给；保温层22设置在金属架21上，可大幅降低成型空间7的热量散失，从而确保玻璃液在成型空间7内成型时内部空间温度受控，优选成型空间7的最大温差在100℃以内，更优选成型空间7的最大温差在50℃以内，最优选为20℃以内。

金属架21为均热罩2上的保温层22及加热元件23提供结构支撑，确保保温层22、加热元件23固定在金属架21上，保证均热罩2在高温状态运行时整体结构不发生形变，金属架21优选耐热不锈钢制成，优选金属架材料的最高使用温度不低于800℃。在成型过程中为了降低均热罩2整体散热量，优选均热罩2的金属架21表面温度控制在450-700℃，从而尽量缩小成型空间温度与玻璃液温度差异造成的玻璃液流动分层问题。

保温层22的作用是降低均热罩2内部空间的热量散失。在均热罩2内部，热量主要来源于两方面，一是加热元件23发热产生的热量，二是玻璃液在成型过程中，由出料管1流出的玻璃液自身携带的热量。均热罩2通过合理设计保温层22，可实现均化成型空间温度及提高玻璃成型过程中温度均匀性的目的。保温层22采用多孔轻质耐火材料制成，优选的耐火材料容重为0.2-1.0g/cm³，更优选容重为0.2-0.6g/cm³的耐火材料。为了达到更好的保温效果，优选保温层22的材料导热系数在600℃-1450℃时为0.1-2.0W/(m·℃)，更优选材料导热系数为0.1-1.0W/(m·℃)。另外，为了控制均热罩2顶部的加热元件23线路及周围环境的温度，要求所选用的保温层22厚度控制在50-150mm之间。保温层22的材料厚度过薄会导致均热罩2内部空间散热量增大而内部空间升温困难，且成型空间温场均匀性也会变差；而保温层22的厚度太厚增加了均热罩2的重量与体积，一方面增加制作成本，另一方面对于现场观察与操作也带来一定难度。

加热元件23布置在均热罩2的顶部和侧壁内侧，分别对应顶部加热元件和侧面加热元件。顶部加热元件可分区为冷端24和热端25，冷端24基本不发热，主要用于接线及固定整个加热元件23，热端25作为发热元为周围空间提供热量。顶部加热元件采用电加热方式发热，其具体布置方式如下：首先在均热罩2顶部的保温层22上按照相似形状轮廓线方式在保温层22上开孔，该相似形状优选同心圆环状布局和同心多边形状布局。保温层22上开孔尺寸略大于加热元件23的截面外形尺寸。加热元件23穿过保温层孔，使加热元件23的热端25置于保温层下表面以下的空间内，而确保冷端24在均热罩2的顶部保温层内表面以上区域。加热元件23可采用电阻丝、两相硅碳棒、三相硅碳棒等来实现本发明的均热效果。

在本发明的一种实施方式中，出料管1穿过均热罩中心的圆孔28，位于均热罩2中心，此时选择圆形均热罩可使块料成型过程中空间均热效果最佳，如图2所示，圆形均热罩的金属架21由径向金属架26和环状金属架27构成，其中环状金属架27可以选择弧形状金属条材料或直条形金属材料形成多个同心多边形金属架结构。为了达到本发明的有益效果，加热元件23在布置上呈中心对称，加热元件23布置在以出料管中心线和均热罩顶部所在面的交点为中心的不同半径的圆环上，加热元件23的分区采用由内向外或由外向内顺序进行分区，每个圆环上的加热元件23可分为1-3个分区；均热罩2上的加热元件23分区数量可根据均热罩2所需温场精度来设计加热元件的总分区数量。在本实施例中设计的加热分区为每个圆环上1个分区，合计3个分区，即采用了3个圆环加热区设计。采用该方式布置加热元件23可尽量避免热源分布不均而导致的空间温差问题，另外在成型过程中，可根据玻璃流动特点降低内层环上的功率而增加外层环上加热元件23的功率，从而均衡成型过程中成型空间温度分布和提高玻璃液的温度均匀性，使玻璃流动性更符合成型工艺要求。

在另一种实施例中，选择了如图3所示的多边形均热罩，加工制作简单，其金属架21由斜向金属架、横向金属架和纵向金属架构成，为了实现成型过程中均化玻璃液温度的目的，加热元件23分为三个区域，每个区域功率控制相对独立，每个区的加热元件23的数量根据实际功率需求进行配置，采用该多边形均热罩亦可实现均衡成型过程中成型空间温度分布和提高玻璃液的温度均匀性的目的。

另外，为了解决均热罩侧壁控温需求，除了在顶部使用电加热元件外，在均热罩侧壁四周的保温层内表面(靠近出料管一侧)上也设置侧壁加热元件，侧壁加热元件可采用电加热元件供热，也可采用燃气加热元件供热。当采用电加热元件时，可采用与均热罩顶部相同的加热元件材质；而采用燃气加热元件时，通过燃气燃烧产生热量来提升均热罩侧面空间局部区域温度。燃气加热元件由燃气管、支撑装置及中空耐热金属管组成，燃气管向中空耐热金属管中通入天然气、液化气等可燃气体，而中空耐热金属管通过支撑装置固定在均热罩金属架上，在中空耐热金属管长度方向上靠近出料管的表面上间隔20-200mm设置一个孔径为1-6mm的孔。燃气加热元件工作时，燃气通过燃气管道通入中空耐热金属管内部，然后通过其表面的孔进入均热罩内部，与均热罩内部的空气混合遇明火后燃烧，从而为均热罩侧面区域补给热量。由此，侧壁加热元件应分布在均热罩的所有侧面区域，且成环状分布，基本呈中心对称分布。

成型模具3由侧模31和底模32构成，在成型过程中,玻璃液流动受到侧模31和底模32限制，玻璃液在侧模31和底模32形成的空间内不断堆厚，直到达到所需成型厚度时，成型结束。所述底模32上设置有插销9，当插销9向外退出一段距离后形成中心孔；当插销向内推进完全时，中心孔消失，如图4所示。

本发明在成型模具3的底模32下方设置有散热支架4，在成型过程中支撑成型模具3及成型后的玻璃液，吸收底模32的多余热量，防止底模32过热变形及界面气泡的出现。所述散热支架4在底模中心孔正下方设置有漏料孔。

本发明在散热支架4下方还设置有转运装置5和升降装置6，所述升降装置5与转运装置6相互独立，且升降装置5位于散热支架4底部，用于支撑成型模具3、散热支架4及成型后的玻璃液，所述转运装置6用于将成型模具3、散热支架4移入或是移除成型工艺区域。

转运装置5由运输支架51和运输轨道52构成，转运装置5的作用一方面是成型开始前将上部的散热支架4和成型模具3转运至出料管下方工艺要求的位置，等待成型，另一方面是成型结束后将上部的散热支架4、成型模具3和成型玻璃液从出料管下方转运至下一个工艺要求的位置。

升降装置6用于升高或降低转运装置5、散热支架4、成型模具3及成型后玻璃液的高度，从而匹配底模表面到出料管管口的距离。升降装置6在成型时与转运装置5上的运输支架51接触，控制运输支架51上下运动。当运输支架51上升到一定程度后，运输支架51与运输轨道52脱离，此时成型模具3、散热支架4和运输支架51受到升降装置6控制同时向上运动；当成型模具3、散热支架4和运输支架51受到升降装置6控制同时向下运动，直到运输支架51与运输轨道52接触后停止下降，此时成型模具3、散热支架4和运输支架51可通过运输轨道52转运至下一个冷却工序。

本发明的玻璃块料成型装置还包括接料盒9，用于临时截断出料管1内流出的玻璃液。

本发明成型装置工作时，控制升降装置6将运输支架51提升，提升过程中运输支架51脱离转运装置5的运输轨道52，从而通过运输支架51将散热支架4及成型模具3向上提升，直到出料管管口与成型模具底模之间的距离达到工艺要求后停止上升；控制出料管1的通电电流大小来控制发热功率，使出料管管内玻璃液与出料管1接触的界面发热，从而控制玻璃液在出料管1中的温度；成型开始时，出料管壁温调至成型工艺温度范围内，出料管1中玻璃液在重力作用下向下流动，玻璃流出出料管1后形成一段自由液柱，自由液柱接触成型模具3的底模32后，逐渐在底模32和侧模31所构成的空间内不断堆积，在堆积过程中升降装置6控制散热支架4、侧模31和底模32一起向下运动，当玻璃块料厚度达到要求后，玻璃块料成型结束。

在上述玻璃成型过程中，玻璃液的传热过程主要集中在自由表面区域向外部壁面辐射传热、空气与自由表面之间的对流传热以及接触模具区域的界面导热传热；玻璃液流动均匀性和玻璃液粘度变化有着密切关系，而玻璃粘度主要由组分和温度控制，当玻璃组分选定后玻璃的粘度变化主要与温度相关，因此可以通过控制玻璃液温度变化来控制玻璃粘度的变化，进而控制玻璃液流动均匀性的变化。从大块玻璃块料成型过程分析可知，成型过程中自由表面及玻璃底面所占面积远大于侧面，因此在优化成型过程中温场均匀性及玻璃液流动均匀性时可优先从玻璃液自由表面及底面传热着手解决相关均匀性问题。

当成型完成后,成型模具3内部填充一定高度的玻璃液，此时通过接料盒9阻断出料管1流出的玻璃液继续进入成型模具3，然后通过升降装置6快速下降使成型模具3、散热支架4和运输支架51一起下降。当下降到一定高度后，运输支架51与运输轨道52接触，受运输轨道52的支撑作用，升降装置6再继续下降时，升降装置6将与运输支架51脱离，然后将承载玻璃块料的成型模具3、散热支架4、运输支架51通过运输轨道52快速转移至下一冷却降温工艺环节，使玻璃表面降温至玻璃应变点温度时结束冷却，最后转运至退火炉进行受控降温至室温。

解决成型过程中玻璃均匀性问题，改善成型质量应根据大块玻璃成型过程的特点，从玻璃自由表面及与模具接触的表面上合理补热、散热来缩小成型过程中玻璃块内部各个方向的温差，从而提升块料成型后产品的均匀性，改善产品成型质量及材料利用率。

本发明通过采用具有以上结构的块料成型装置，可以提供以下改善成型过程中玻璃液均匀性的成型方法，该方法包括以下步骤：

(1)成型开始前，将接料盒9移动到出料管管口下方，采用接料盒9接住出料管1中流出的玻璃液，然后将固定在运输支架51上的散热支架4、成型模具3通过运输轨道52转运至出料管1下方工艺位置，将底模32的插销9向外抽出，在底模32上形成中心孔；然后运用升降装置6将散热支架4及成型模具3升高至工艺要求高度后停止上升；然后通过通电电流大小控制出料管内层管壁电流大小，使玻璃液与出料管接触界面发热，从而控制玻璃液在出料管1中的温度在工艺温度范围内；

(2)开始成型时，首先将接料盒9从出料管1下部移走，此时玻璃液离开出料管1后形成自由液柱，该自由液柱经过底模中心孔及散热支架4的漏料孔45，在漏料孔45下方被快速回收与清理；开启均热罩2顶部的加热元件23及侧壁的加热元件23，待均热罩2内部空间温度达到工艺要求后，将底模32的插销9向内推，阻断玻璃液继续穿过底模中心孔；

(3)插销到位后底模中心孔消失，此时玻璃液自由液柱接触底模表面由中心向底模四周流动，并逐渐在底模表面摊开，在玻璃液摊开接触侧模31前，控制升降装置6缓慢下降；玻璃液不断向外扩散，随后逐渐铺满底模32然后接触侧模表面，受到侧模31限制玻璃液在成型空间内逐渐积厚，达到要求厚度后成型结束；

(4)再次将接料盒9移至出料管管口下方阻断玻璃液继续向成型模具3内填充；然后将升降装置6控制为快速下降，此时成型模具3、散热支架4和运输支架51一起下降，当下降到一定高度后运输支架51与运输轨道52接触，受运输轨道52的支撑作用，升降装置6再继续下降时升降装置6将与运输支架51脱离，然后将承载玻璃块料的成型模具3、散热支架4、运输支架51通过运输轨道52快速转移至下一工艺环节中进行冷却处理。

在成型过程中玻璃液受到外部传热及玻璃自身导热系数偏小的影响，使得玻璃液在成型过程中靠近侧模附近的玻璃液降温速度明显比靠近出料管附近的中心区域的快。由此可能导致玻璃成型均匀性变差，且最终表面与侧面之间过渡的圆角半径过大，造成产品利用率大幅降低。为了解决以上问题，均热罩在成型过程中，内部成型空间温度应该控制在700℃-1000℃范围内，从而降低成型空间与玻璃液之间的温差，降低玻璃单位时间的散热量。

采用以上成型方法，优选成型过程中出料管流出的玻璃液粘度控制在900poise-3500poise；更优选成型过程中出料管流出的玻璃液粘度控制在1200poise-2500poise。

本发明的玻璃块料成型装置及其成型方法适用于常规光学玻璃、含易析晶成分光学玻璃、低膨胀硼硅酸盐玻璃、(超)低膨胀微晶玻璃等类型的玻璃液在成型过程中改善成型过程的空间温场均匀性进而改善玻璃液的流动均匀性和温场均匀性。

Claims (18)

1.玻璃块料成型装置，其特征在于，包括出料管(1)、均热罩(2)、成型模具(3)、散热支架(4)、转运装置(5)和升降装置(6)，所述出料管(1)穿过均热罩顶部进入均热罩(2)与成型模具(3)所形成的成型空间(7)；所述成型模具(3)位于均热罩(2)正下方；所述散热支架(4)放置在成型模具(3)底部下方；所述转运装置(5)位于散热支架(4)下方，支撑并转运散热支架(4)和成型模具(3)；所述升降装置(6)位于转运装置(5)下方，支撑并控制成型模具(3)、散热支架(4)和转运装置(5)的上下运动速度，所述出料管(1)在竖直方向由2-5段组成，每段出料管由单独的通电回路控制，在所述出料管(1)最下面的1-2段上所控制的出料管内层壁面温度高于出料管入口中心的玻璃温度，其温差为30℃以内；所述均热罩(2)由金属架(21)、保温层(22)和加热元件(23)构成，在所述均热罩(2)中心位置设置有圆孔，所述出料管(1)穿过所述圆孔进入成型空间(7)，所述加热元件(23)设置在均热罩(2)的顶部及侧壁内侧，所述保温层(22)设置在金属架(21)上。

2.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述出料管(1)、均热罩(2)、成型模具(3)、散热支架(4)和转运装置(5)的中心线重合，和/或所述出料管(1)、均热罩(2)、成型模具(3)、散热支架(4)和转运装置(5)的重心在一条直线上。

3.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述出料管(1)为三层结构，分别为：内层(11)、外层(12)和中间层(13)，所述内层(11)和外层(12)均由金属材质构成，所述中间层(13)为耐火材料层。

4.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，在所述出料管(1)最下面的1-2段上所控制的出料管内层壁面温度高于出料管入口中心的玻璃温度，其温差为5-20℃。

5.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述成型空间(7)的最大温差在100℃以内。

6.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述成型空间(7)的最大温差在50℃以内。

7.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述成型空间(7)的最大温差在20℃以内。

8.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述保温层(22)采用多孔轻质耐火材料制成，耐火材料容重为0.2-1.0g/cm³；所述保温层(22)的导热系数在600℃-1450℃时为0.1-2.0W/(m·℃)；所述保温层(22)厚度控制在50-150mm之间。

9.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述保温层(22)采用多孔轻质耐火材料制成，耐火材料容重为0.2-0.6g/cm³；所述保温层(22)的导热系数在600℃-1450℃时为0.1-1.0W/(m·℃)。

10.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述顶部的加热元件(23)分区为冷端(24)和热端(25)，所述冷端(24)用于接线及固定加热元件(23)，所述热端(25)作为发热元为周围空间提供热量；所述侧壁内侧的加热元件(23)设置在均热罩侧壁四周的保温层内表面，所述侧壁内侧的加热元件(23)采用电加热元件或燃气加热元件供热。

11.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述均热罩(2)为圆形均热罩，所述出料管(1)穿过均热罩中心的圆孔(28)，位于均热罩(2)中心，所述圆形均热罩的金属架(21)由径向金属架(26)和环状金属架(27)构成；所述加热元件(23)呈中心对称布置，所述加热元件(23)采用由内向外或由外向内顺序进行分区。

12.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述均热罩(2)为多边形均热罩，金属架(21)由斜向金属架、横向金属架和纵向金属架构成，每个区的加热元件(23)的数量根据实际功率需求进行配置。

13.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述成型模具(3)由侧模(31)和底模(32)构成，所述底模(32)上设置有可形成中心孔的插销(9)。

14.如权利要求1所述的玻璃块料成型装置，其特征在于，所述转运装置(5)由运输支架(51)和运输轨道(52)构成。

15.玻璃块料成型装置的成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将固定在运输支架(51)上的散热支架(4)、成型模具(3)通过运输轨道(52)转运至出料管(1)下方工艺位置；运用升降装置(6)将散热支架(4)及成型模具(3)升高至工艺要求高度；通过通电电流大小控制出料管内层管壁电流大小，使玻璃液与出料管接触界面发热，从而控制玻璃液在出料管(1)中的温度在工艺温度范围内；

2)开启均热罩(2)顶部的加热元件(23)及侧壁的加热元件(23)，使均热罩(2)内部空间温度达到工艺要求；

3)玻璃液自由液柱接触底模表面由中心向底模四周流动，并逐渐在底模表面摊开，控制升降装置(6)缓慢下降，玻璃液不断向外扩散并在成型空间内逐渐积厚，达到要求厚度后成型结束；

4)将升降装置(6)控制为快速下降，成型模具(3)、散热支架(4)和运输支架(51)一起下降，当下降到一定高度后运输支架(51)与运输轨道(52)接触，受运输轨道(52)的支撑作用，升降装置(6)再继续下降时升降装置(6)与运输支架(51)脱离，然后将承载玻璃块料的成型模具(3)、散热支架(4)、运输支架(51)通过运输轨道(52)快速转移至下一工艺环节中进行冷却处理。

16.如权利要求15所述的玻璃块料成型装置的成型方法，其特征在于，所述步骤3)的成型过程中出料管流出的玻璃液粘度控制在900poise-3500poise。

17.如权利要求15所述的玻璃块料成型装置的成型方法，其特征在于，所述步骤3)的成型过程中出料管流出的玻璃液粘度控制在1200poise-2500poise。

18.如权利要求15所述的玻璃块料成型装置的成型方法，其特征在于，所述步骤3)的成型过程中均热罩(2)的金属架(21)表面温度控制在450-700℃。

Images