CN202576197U - 一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，包括液位控制系统、气氛控制系统、压力控制系统、温度控制系统和池壁温度控制系统，分别对玻璃窑炉内液位、气氛、压力、温度和池壁温度进行控制；通过对窑炉内工作制度的全面控制，来实现具有良好稳定性的玻璃品质，以满足基板玻璃的高质量要求。

Description

一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统

技术领域

本实用新型属于TFT-LCD玻璃基板的制造领域，特别涉及控制玻璃窑炉中液位、气氛、压力、温度的控制系统。

背景技术

液晶显示器已经成为主流的电子产品，而玻璃基板作为液晶显示器最重要的组成部分，他的性能对液晶显示器最终的质量会有很大的影响。液晶玻璃基板主要为硼硅酸盐玻璃，由于高品质的要求，在熔化的过程中需要对窑炉中的各种工作制度进行严格的控制。

在熔制的过程中，玻璃窑炉中的液位应该保持恒定。如果液位的波动过大，会对耐火材料池壁进行冲刷，一定时间后，耐火材料会溶解到玻璃液中，从而影响玻璃质量。玻璃液位的波动也会在池壁上覆盖一层泡沫等不均匀物，玻璃液的冲刷把这些不均匀物引入玻璃液也会对玻璃质量造成影响。硼硅酸盐玻璃的制造系统中会用到耐火金属澄清系统，而澄清系统中压力的改变会使窑炉中的液位产生波动。投料设备投料不稳定同样会对液位的波动产生影响。

硼硅酸盐玻璃的熔化需要氧化气氛。燃烧系统引入的氧气要保持过量，但过量太多会使烟气的排量增加，从而带走更多的热量，造成能源和氧气的浪费。窑炉上部空间的压力的变化，还有燃气和氧气的品质都会对窑炉的气氛造成影响。

在熔制的过程中，玻璃窑炉中的压力应该保持微正压。如果窑炉中形成负压，窑炉火焰空间将吸入冷空气，导致窑炉内气氛改变、降低窑温、增加能耗、使炉温分布不均，如果窑炉中压力过大，会使窑炉火焰严重向外冒火，燃料消耗大、加剧窑体烧坏。窑体漏风、废气量增大、烟气温度较低、烟道进水温度下降、烟道堵塞、烟道漏气、气候变化等都会对窑炉的压力造成影响。

在熔制的过程中，玻璃窑炉中上部空间和玻璃液的温度应该保持恒定。如果窑炉上部空间温度波动过大，会使玻璃熔化不均匀，对窑压也有影响。如果玻璃液温度波动过大，玻璃液熔化也会不均匀，使玻璃形成条纹，同时也加剧了耐火材料的侵蚀。燃气和氧气的质量和数量、加热电极功率的变化、窑炉内压力的变化、周围环境温度和风向的变化、配合料质量、出料量等都会对窑炉内的温度造成影响。

窑炉中池壁外部的温度要保持恒定。如果池壁外部的温度波动过大，会加剧玻璃液对池壁的侵蚀，同时也会使玻璃熔化不均匀，使玻璃产生条纹。玻璃液温度的变化、周围环境温度和风向的变化、冷却风机出风量的变化等都会使池壁外部的温度发生改变。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，对窑炉液位、气氛、压力、温度和池壁温度进行控制，以稳定玻璃品质。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，包括至少一个液位控制系统，所述液位控制系统包括第一级配合料送料系统和第二级配合料送料系统；第一级配合料送料系统的出料口连接第二级配合料送料系统的料仓，第二级配合料送料系统的出料口连接玻璃窑炉；玻璃窑炉内设有液位传感器，该液位传感器连接第一处理器，该第一处理器连接第二级配合料送料系统的控制投料机投料速率的第二电机。

本实用新型进一步的改进在于：第二级配合料送料系统的料仓体积小于或等于第一级配合料送料系统的料仓体积的5％；第二级配合料送料系统的料仓内设有上部料位检测器和下部料位检测器；上部料位检测器和下部料位检测器连接控制第一级配合料送料系统的料仓放料的第一电机。

本实用新型进一步的改进在于：液位传感器置于窑炉的辅助容器内；辅助容器设置于玻璃窑炉的侧池壁上或出料口方向的池壁上；辅助容器与玻璃窑炉的侧池壁或出料口方向的池壁间形成一个玻璃液容置腔，该容置腔连通玻璃窑炉池壁上的流液口；所述流液口的顶部低于玻璃窑炉内玻璃液位；所述辅助容器上设有加热电极。

本实用新型进一步的改进在于：所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括玻璃板重检测装置；所述连接所述第一处理器。

本实用新型进一步的改进在于：所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括气氛控制系统、第二处理器和设置于玻璃窑炉上的若干燃枪；所述气氛控制系统包括安装在玻璃窑炉的烟气出口处的残氧量测量装置，所述残氧量测量装置连接第二处理器，所述第二处理器连接若干燃枪。

本实用新型进一步的改进在于：所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括压力控制系统；所述压力控制系统包括设置于玻璃窑炉后山墙靠近碹顶处的压力传感器、第三处理器和设置于玻璃窑炉烟道上的变频风机；所述压力传感器、第三处理器和变频风机依次连接。

本实用新型进一步的改进在于：所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括温度控制系统；所述温度控制系统包括安装于玻璃窑炉池底第一组温度传感器、第一控制器、若干设置于玻璃窑炉上的加热电极、插入玻璃窑炉碹顶中的第二组温度传感器、第二控制器和设置于玻璃窑炉上的若干燃枪；所述第一组温度传感器、第一控制器和加热电极依次连接；所述第二组温度传感器、第二控制器和燃枪依次连接。

本实用新型进一步的改进在于：所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括池壁温度控制系统，所述池壁温度控制系统包括若干设置于玻璃熔炉池壁上的温度传感器、第三控制器和设置于玻璃熔池池壁旁侧的冷却装置；所述冷却装置包括依次连接的冷却风机、连接风管和冷却风鸭嘴，所述冷却风鸭嘴通过固定调整耳固定在玻璃熔炉池壁上，所述冷却风鸭嘴正对玻璃窑炉池壁；所述温度传感器、第三控制器和冷却风机依次连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：本实用新型一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统；其液位控制系统的第一级配合料送料系统把配合料送入到第二级配合料送料系统的料仓内，第二级配合料投料机以可控的速率把配合料投入玻璃窑炉内，在玻璃窑炉中加热配合料，形成玻璃熔体，然后测定玻璃熔体的液位，根据玻璃熔体液位的变化控制第二级配合料投料机的进料速率。其中，第二级配合料送料系统的料仓体积小于等于第一级配合料送料系统的料仓体积的5％。第二级配合料送料系统的料仓内有上、下料位探测装置，第一级配合料送料系统工作状态由第二级配合料送料系统料仓的料位来控制。第二级配合料投料机进料速率根据液位传感器探测到的玻璃熔体液位的变化相应增加或减小，变化范围小于等于10％。第一、第二级配合料送料系统构成一组送料系统，可以用一组或多组送料系统进行送料，可以对其统一控制或分别控制进行投料。其中，液位探测器置于窑炉的辅助容器内，其中有加热电极，用于维持辅助容器内熔体的温度。在玻璃成型部分有板重检测装置，作为上述液位控制系统的备用装置，防止上述液位控制系统失效造成玻璃质量不稳定。

气氛控制系统：在烟气出口处安装残氧量测量装置，测得的残氧量数值反馈给处理器，并与预定数值进行比较，然后对燃枪中燃气与氧气的配比进行调整。残氧量测量装置进行周期性采样。

压力控制系统：用压力传感器检测窑炉内上部空间的压力并与设定值进行比较，将该偏差信号传递给压力调节器，经压力调节器处理后控制烟道的变频风机的频率来改变排烟流速，使窑炉内保持稳定的压力。压力传感器置于窑炉后山墙接近碹顶处。

温度控制系统：在玻璃窑炉池底安装若干组温度传感器，检测池底玻璃液温度并与初始设定的温度值进行比较，将该偏差信号传递给控制器，控制器经处理后控制电极输出功率，使玻璃液温度保持相对稳定。另外，在玻璃窑炉碹顶插入若干组温度传感器，检测窑炉内上部空间的温度并与初始设定的温度值进行比较，将该偏差信号传递给控制器，控制器经处理后控制燃枪中燃气的输出流量，使上部空间温度保持相对稳定。其中，与一对电极位置接近的两个温度传感器为一组，通过其分别对于该对电极的权重测量值计算与初始设定值的偏差，同样，以与一对燃枪位置接近的两个温度传感器为一组，通过其分别对于该对燃枪的权重测量值计算与初始设定值的偏差。

池壁温度控制系统：玻璃窑炉池壁安装有温度传感器，检测窑炉池壁的温度并与设定的温度值进行比较。将该偏差信号传递给风机控制器，由控制器对冷却风机的风量进行调整，保持池壁温度稳定。以两个电极砖中间与一个冷却风鸭嘴接近的温度传感器为一组，风机控制器采集该组温度传感器的加权和来进行数据处理。

附图说明

图1是本实用新型控制系统的示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中的A-A剖面图。

图4是保持玻璃窑炉中气氛稳定的系统的示意图。

图5是保持玻璃窑炉中压力稳定的系统的示意图。

图6是保持玻璃窑炉中温度稳定的系统的示意图。

图7是保持玻璃窑炉池壁温度稳定的系统的示意图。

图8是图7的侧视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提出了一种用于稳定硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其中包括液位控制系统、气氛控制系统、压力控制系统、温度控制系统和池壁温度控制系统，分别对玻璃窑炉内液位、气氛、压力、温度和池壁温度进行控制。通过对窑炉内工作制度的全面控制，来实现具有良好稳定性的玻璃品质，以满足基板玻璃的高质量要求。

一种维持窑炉中玻璃熔体液位基本恒定的系统，第一级配合料送料系统把配合料送入到第二级配合料送料系统的料仓内，第二级配合料投料机以可控的速率把配合料投入玻璃窑炉内，在玻璃窑炉中加热配合料，形成玻璃熔体，然后测定玻璃熔体的液位，根据玻璃熔体液位的变化控制第二级配合料投料机的进料速率。

以往实施例中，只采用一级料仓给投料机供料，这种情况下，由于料仓距离窑炉较近，导致料仓内温度较高，而且料仓较大，配合料停留时间较长，从而使配合料结块。根据经验，配合料中有硼酸存在的情况下，温度高于60℃，时间长于4小时，就会引起结块。这就使得投入窑炉中的配合料的重量由于结块的存在而不稳定，从而影响到液位的稳定。针对这个问题，本实用新型提出了采用两级料仓的技术方案，使大部分配合料停留在远离窑炉的大料仓内，同时减小了与投料机连接的料仓的体积，从而解决了上述问题。

如图1所示，料仓11、送料机15和电机17构成第一级配合料送料系统，料仓12、投料机16、电机18、上部料位检测器13和下部料位检测器14构成第二级配合料送料系统。第一、第二级配合料送料系统构成一组送料系统。配合料连续或周期性的加入到第一级配合料送料系统的料仓11中，通过下部出口进入到第一级配合料送料系统的送料机15，送料机15把配合料投入第二级配合料送料系统的料仓12，配合料再通过料仓12下部的出口进入到第二级配合料送料系统的投料机16，之后被投入到窑炉中。在料仓12中装有上部料位检测器13和下部料位检测器14，当检测器13能够探测到配合料时，通过信号控制电机17停止工作，则送料机15停止加料，而当检测器14探测不到配合料时，通过信号控制电机17开始工作，则送料机15开始加料，这样就保证了料仓12中的料位维持在两个检测器之间的水平，从而只需要保证料仓11中有足够的配合料存在即可。具体实施时，为了防止出现上述结块的情况出现，料仓12的体积优选不大于料仓11体积的5％。

如图1所示，玻璃窑炉池壁上有耐火材料辅助容器19，其中装有液位传感器20用来探测玻璃窑炉中的液位。所述的辅助容器19可以安装在玻璃窑炉的侧池壁上，也可以安装在出料口方向的池壁上。图3是辅助容器19的侧视详图。辅助容器19安装在玻璃窑炉池壁25上，其中池壁25上存在流液口26，用于与辅助容器19连通，该流液口26位于玻璃液面以下。流液口26上有盖砖24，用于阻挡窑炉内漂浮在玻璃液面上的泡沫进入辅助容器19。辅助容器19包括底部27，侧墙30，顶部29，电极28和液位传感器20。其中电极28可以设置在底部27，侧墙30和顶部29中合适的位置，用于保证辅助容器19内的玻璃液温度基本接近玻璃窑炉内玻璃液的温度。液位传感器20从顶部29中插入测量液位。具体实施中，当玻璃窑炉内液位初次提升到预定液位左右时，要打开顶部29，掏出漂浮在辅助容器19中的泡沫，后续生产中也要定期检查辅助容器19中是否存在泡沫，以防影响液位传感器20的探测数值。

如图1所示，液位传感器20周期性的测量窑炉内的玻璃液位，然后把信号发送到处理器21，经处理器21与预定液位值进行比较后对电机18的输出功率进行调整，来控制第二级配合料投料机16的加料速率。当测定液位值高于预定值时，则降低电机18的输出功率，减少加料量，当测定液位值低于预定值时，提高电机18的输出功率，增加出料量。为了防止加料速率波动过大造成液位的剧烈波动，第二级配合料投料机16的加料速率调整范围优选小于等于10％。

具体实施时，可以选择一组或多组的投料系统对玻璃窑炉进行加料，如图2中用了相同的投料系统22和23进行加料。对于多组投料系统，可以用液位稳定系统控制多组投料速率统一变化，也可以分别控制投料速率以达到同样的效果。

本实用新型还设计了保持液位稳定的备用系统。在玻璃成型部分设板重检测装置，检测的重量值反馈给处理器，经处理器与预定值进行比较，当多组基板的比较差值出现较大波动时，则停用液位检测控制系统，而采用板重检测控制系统控制投料。与液位检测控制系统的原理相同，当测定板重值高于预定值时，则降低电机18的输出功率，减少加料量，当测定板重值低于预定值时，提高电机18的输出功率，增加出料量。第二级配合料投料机16的加料速率调整范围同样优选小于等于10％。由于板重测量控制系统存在一定的延迟，所以在进行控制时要包含延迟时间的影响因素。

一种控制玻璃窑炉内气氛的系统，在烟气出口处安装残氧量测量装置，测得的残氧量数值反馈给处理器，并与预定数值进行比较，然后对燃枪中燃气与氧气的配比进行调整。如图4所示，残氧量测量装置40安装在烟道41与窑炉连接的的烟气出口处，周期性的测量窑炉中燃气燃烧后烟气中残余的氧气的数值，然后把信号发送给处理器42，经处理器42与预定的残氧量数值进行比较，利用比较差值控制燃枪43中的喷出的燃气与氧气的配比。当测得的残氧量数值大于预定残氧量值时，则提高燃气的比重，而当测得的残氧量数值小于预定残氧量值时，则提高氧气的比重。调整过程要缓慢，并且幅度小，防止由于延迟造成调整过度。

一种控制玻璃窑炉内压力的系统，用压力传感器检测窑炉内气体的压强并与设定值进行比较。将该偏差信号传递给压力调节器，经压力调节器处理后控制烟道的排烟流速，使窑炉内保持稳定的压力。如图5所示，压力传感器50置于窑炉后山墙接近碹顶处，因为此处烟气流动相对稳定，压力变化相对较小。压力传感器50测量窑炉内的压力，把测量信号传送到处理器51，经处理器51与预定压力值比较后，根据比较的差值控制烟道变频风机52的频率来控制排烟流速。当测得的压力数值大于预定压力值时，则提高变频风机52的频率，而当测得的压力数值小于预定压力值时，则降低变频风机52的频率。调整过程要缓慢，并且幅度小，防止由于延迟造成调整过度。

一种控制玻璃窑炉内温度的系统，在玻璃窑炉池底安装若干温度传感器，检测池底玻璃液温度并与初始设定的温度值进行比较。将该偏差信号传递给控制器，经控制器处理后控制电极输出功率，使玻璃液温度保持相对稳定；在玻璃窑炉碹顶插入若干温度传感器，检测窑炉内上部空间的温度并与初始设定的温度值进行比较。将该偏差信号传递给控制器，经控制器处理后控制燃枪中燃气的输出量，使上部空间温度保持相对稳定。

如图6所示，在池底的温度传感器60采集玻璃液温度，将该温度信号传递到控制器61与设定的初始温度进行比较。控制器61处理该数据后调节加热电极的功率，进而调节玻璃液的温度保持在一定的范围。在窑炉碹顶中插入若干温度传感器63采集温度信号，将该温度信号传递到控制器64与设定的初始温度进行比较。控制器64处理该数据后调节燃枪的燃气输出量，来控制燃枪燃烧产生的热量，进而控制炉内温度保持在稳定的范围内。

在上述池底温度检测环节中，检测数据是由一组与同对电极位置接近的两个温度传感器测量的两个温度值所占的权重和组成的。在上述碹顶温度检测环节中，检测数据是由一组与同对燃枪位置接近的两个温度传感器测量的两个温度值所占的权重和组成的。所述的温度传感器优选穿透式，所测得的数据更准确，而且响应速度快。这种计算方式可以使测量的温度值更接近于实际的温度值，使温度控制更加精确。所述的温度传感器可以为热电偶，热电阻等。

一种保持玻璃窑炉池壁温度稳定的系统，玻璃窑炉池壁安装有温度传感器，检测窑炉池壁的温度并与设定的温度值进行比较。将该偏差信号传递给风机控制器，由控制器对冷却风机的风量进行调整，保持池壁温度稳定。

如图7所示，冷却装置78安装在窑炉体周围，连接风管77连接冷却单元78与冷却风鸭嘴73，冷却风鸭嘴73通过固定调整耳75固定在窑炉体上。窑炉周围空气通过进风口进入冷却单元，经过冷却风机74、出风口76流入连接风管77，经过连接风管77流入冷却鸭嘴73对窑炉体工艺冷却点进行冷却。一套冷却单元78通过连接风管77连接一套冷却风鸭嘴73，实现了窑炉不同工艺冷却控制点工艺控制调整的独立性，避免了窑炉工艺冷却点调整冷却风量时对其它冷却点工艺冷却量产生影响。保证了窑炉冷却工艺的实时有效性。

当温度传感器71检测到池壁温度与设定的温度值有偏差时，控制器72对该偏差信号进行处理，进而控制冷却风机74的输出功率来改变池壁温度，保持池壁温度稳定。当测得的温度数值大于预定温度值时，则提高冷却风机74的输出功率，而当测得的温度数值小于预定温度值时，则降低冷却风机74的输出功率。调整过程要缓慢，并且幅度小，防止由于延迟造成调整过度。

如图8所示，在窑炉侧壁的电极砖62周围均匀分布着检测池壁温度的温度传感器71，以两个电极砖中间的与一个冷却风鸭嘴73接近的温度传感器为一组，采集该组温度传感器的加权和来进行数据处理，从而调节该冷却风鸭嘴73的风量。

窑炉冷却风来自窑炉周围的空气，而不是从室外取风，所以温度基本不受昼夜及季节温差影响，有利于窑炉内外温度的稳定；实现了冷却风量的数字量化工艺控制，提高了窑炉冷却工艺控制的精度和可操作性。

Claims (8)

1.一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，包括至少一个液位控制系统，所述液位控制系统包括第一级配合料送料系统和第二级配合料送料系统；第一级配合料送料系统的出料口连接第二级配合料送料系统的料仓，第二级配合料送料系统的出料口连接玻璃窑炉；玻璃窑炉内设有液位传感器，该液位传感器连接第一处理器，该第一处理器连接第二级配合料送料系统的控制投料机投料速率的第二电机。

2.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，第二级配合料送料系统的料仓体积小于或等于第一级配合料送料系统的料仓体积的5％；第二级配合料送料系统的料仓内设有上部料位检测器和下部料位检测器；上部料位检测器和下部料位检测器连接控制第一级配合料送料系统的料仓放料的第一电机。

3.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，液位传感器置于窑炉的辅助容器内；辅助容器设置于玻璃窑炉的侧池壁上或出料口方向的池壁上；辅助容器与玻璃窑炉的侧池壁或出料口方向的池壁间形成一个玻璃液容置腔，该容置腔连通玻璃窑炉池壁上的流液口；所述流液口的顶部低于玻璃窑炉内玻璃液位；所述辅助容器上设有加热电极。

4.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括玻璃板重检测装置；所述连接所述第一处理器。

5.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括气氛控制系统、第二处理器和设置于玻璃窑炉上的若干燃枪；所述气氛控制系统包括安装在玻璃窑炉的烟气出口处的残氧量测量装置，所述残氧量测量装置连接第二处理器，所述第二处理器连接若干燃枪。

6.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括压力控制系统；所述压力控制系统包括设置于玻璃窑炉后山墙靠近碹顶处的压力传感器、第三处理器和设置于玻璃窑炉烟道上的变频风机；所述压力传感器、第三处理器和变频风机依次连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括温度控制系统；所述温度控制系统包括安装于玻璃窑炉池底第一组温度传感器、第一控制器、若干设置于玻璃窑炉上的加热电极、插入玻璃窑炉碹顶中的第二组温度传感器、第二控制器和设置于玻璃窑炉上的若干燃枪；所述第一组温度传感器、第一控制器和加热电极依次连接；所述第二组温度传感器、第二控制器和燃枪依次连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统，其特征在于，所述用于稳定熔化硼硅酸盐玻璃品质的控制系统还包括池壁温度控制系统，所述池壁温度控制系统包括若干设置于玻璃熔炉池壁上的温度传感器、第三控制器和设置于玻璃熔池池壁旁侧的冷却装置；所述冷却装置包括依次连接的冷却风机、连接风管和冷却风鸭嘴，所述冷却风鸭嘴通过固定调整耳固定在玻璃熔炉池壁上，所述冷却风鸭嘴正对玻璃窑炉池壁；所述温度传感器、第三控制器和冷却风机依次连接。

Images