CN209242934U - 一种生产超白玻璃的专用设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生产超白玻璃的专用设备，包括依次连接的玻璃熔窑、冷却池、成型区和退火窑，所述退火窑包括依次连接的用冷风进行退火的一次退火窑和用自然对流空气进行退火的二次退火窑。本实用新型设备生产出的超白玻璃经过化学钢化后要较普通浮法玻璃化学钢化后具有更高的强度，适合要求薄且强度高的产品使用，能保持高水平的强度，同时机械加工性能良好，可广泛应用于液晶显示器及手表、手机、平板显示器、照相机等产品视窗中。

Description

一种生产超白玻璃的专用设备

技术领域

本实用新型涉及玻璃的加工技术领域，特别是涉及一种生产超白玻璃的专用设备。

背景技术

超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，其基本成分见表1，是一种高品质、多功能的新型高档玻璃，透光率一般在91％以上，具有晶莹剔透、高贵典雅的特性，有玻璃家族“水晶王子”之称。超白玻璃的主要特点是Fe₂O₃含量较低，在0.01％(100ppm)以下，所以制备时对原料种类、化学成分、颗粒组成、水分、称量精度等都有严格的要求，如原料中的砂岩粉在成分上要求：SiO₂≥99.10±0.3％，Al₂O₃≤0.6±0.1％，Fe₂O₃≤0.01±0.001％，TiO₂≤0.1±0.001％；在粒度上要求：>20目以上的颗粒为0，<150目的颗粒≤10；水分≤5％；并且在工艺上需要严格控制机械铁的引入。超白玻璃具有优越的物理、机械及光学性能，可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工，如钢化、镀膜、彩釉、热弯、夹胶、中空等。

表1超白玻璃的基本成分

成分

SiO<sub>2</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

CaO

MgO

Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

含量(wt％)

71-73

0.1-2.0

8.0-10.0

1.5-5.0

13.0-15.0

≤0.01

目前，生产超白玻璃的设备按工作原理分为：浮法和压延法，工艺流程分别为：

浮法工艺流程：配料→熔制→澄清→锡槽成型→退火→缺陷检测→横切纵切→玻璃原板检测→包装→入库；

压延法工艺流程：配料→熔制→澄清→压制成型→退火→切割→检验→包装→入库。

目前这两种方法使用的设备生产出的超白玻璃均存在超白玻璃致密度的问题：

超白玻璃由于辐射透过高，本体吸收热量少，在退火窑前段加热区不能与普通浮法玻璃吸收同等的热量，因此玻璃体相对偏冷，使其退火冷却过程缩短，这样会导致玻璃内部结构应力残留较多(超白玻璃冷态应力值比普通浮法玻璃高出18％)，影响了玻璃结构的致密度，使其强度降低，导致玻璃易碎易炸裂，也给后续的加工带来困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种生产超白玻璃的专用设备，包括依次连接的

用来将玻璃原料混合熔制成玻璃液并进行澄清的玻璃熔窑、

用来对澄清后的玻璃液进行均化和冷却的冷却池、

用来将玻璃液压制成具有一定厚度玻璃带的成型区、和

用来消除玻璃带应力的退火窑，其特征在于，

所述退火窑包括依次连接的用冷风进行退火的一次退火窑和用自然对流空气进行退火的二次退火窑。

所述一次退火窑为冷风退火窑。

所述一次退火窑包括用来通入冷风的风筒，与风筒出风口相连的用来使冷风均匀地吹在玻璃带表面的多孔隔板，所述多孔隔板设置在玻璃带上方。

所述多孔隔板与玻璃带之间的距离为15-70cm。

所述二次退火窑为自然对流空气窑。

所述二次退火窑的玻璃带入口与一次退火窑的玻璃带出口连接，二次退火窑的玻璃带运输出口为开放端，与外界空气相连通。

所述二次退火窑上部设置多个用来通入自然对流空气的空气风筒。

所述空气风筒设6-10个。

所述成型区包括上下对称设置的两个成形对辊，成型对辊之间有用来控制玻璃带厚度的间隙。

所述玻璃熔窑为全氧燃烧玻璃熔窑。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型设备生产出的超白玻璃中氧化铝含量较高，Al₂O₃属于玻璃的中间体氧化物，能降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率。

(2)本实用新型设备生产出的超白玻璃的成分很适合进行化学钢化(化学钢化是将玻璃放在高温的熔盐中，玻璃表面的钠离子和熔盐中的钾离子相互之间进行交换，熔盐中大半径离子钾离子(K⁺的)置换出玻璃中较小半径的钠离子(Na⁺的)。由于大离子占据了较小的“空隙”而在表面产生“挤塞”现象，从而在玻璃表面产生压应力，中心产生张应力，从而达到增强的效果，又称为离子钢化)。Al₂O₃在离子交换中起加速作用，其原因在于[AlO₄]的分子体积为41cm³/mol，而[SiO₄]的分子体积为27.24cm³/mol，Al₂O₃取代SiO₂后，分子体积增大，结构网络空隙扩大，有利于碱离子扩散；另一方而，体积增大，也有利于吸收大体积的K⁺离子，促进离子交换。

(3)本实用新型为了减少玻璃的热应力问题，采用二次退火，解决了超白玻璃生产中的应力过高的问题，可减少玻璃在裁切和应用过程中的炸裂，提升成品率，降低成本。本实用新型提供的专用设备能够稳定生产超白玻璃，生产的超白玻璃有助于玻璃的化学钢化进程。

附图说明

图1所示为本实用新型生产超白玻璃的专用设备结构示意图；

1玻璃熔窑，2玻璃液，3冷却池，4成型区，5玻璃带，6成型对辊，7一次退火窑，8二次退火窑，9多孔隔板，10风筒，11空气风筒。

具体实施方式

江西宜春钽铌尾矿是从含有钽铌稀有金属的锂长石矿物中，精选钽铌后所余的尾矿砂。钽铌尾矿如果不加以合理利用，将来对环境的污染会越来越严重，对当地政府来说是急需解决的难题。从《节约能源法》、《环境影响评价法》和《可再生能源法》等也都指出了发展循环经济相关方面的要求。

利用钽铌尾矿制备超白玻璃可以充分利用当地原材料及地理优势，为企业以及当地政府形成新的生产力增长点。经选矿分析钽铌尾矿样中Al₂O₃较高，因此可由其引入超白玻璃中所需的Al₂O₃，同时还可引入少部分的Na₂O以减少纯碱用量，有利于降低玻璃的生产成本，通过选矿试验后确定钽铌尾矿中的化学成分见表2所示。

表2选矿试验后钽铌尾矿样化学成分

氧化物	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	Li<sub>2</sub>O	MnO	IL
											含量(wt％)	75.12	15.27	0.010	0.39	0.040	1.75	5.33	0.20	0.070	0.13

超白玻璃具有高的弹性模量、低的热膨胀系数、高的化学稳定性及应变点，是一种近于无色高透过的优质浮法平板玻璃。所以要求氧化铝含量高，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度等。同时在钢化过程中，Al₂O₃在离子交换过程起加速作用，Al₂O₃取代SiO₂后，分子体积增大，结构网络空隙扩大，有利于碱离子扩散；另一方而，体积增大，也有利于吸收大体积的K⁺离子，促进离子交换。基于此玻璃的物化性能要求，选定包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、B₂O₃和ZnO等作为本实用新型专用设备生产的超白玻璃的原料组成。

采用钽铌尾矿作为原料制备高强度超白玻璃，制备的玻璃样品性能稳定，并能将钽铌尾矿综合利用，减少对环境的污染。制备得到的超白玻璃高强度，然而强度高，意味着本身玻璃成分中Al₂O₃含量较高，也因此生产中存在两方面的技术难题：一是玻璃熔化温度较高，普通燃油熔窑不易达到，二是澄清均化比较困难。采用全氧燃烧技术时，玻璃粘度降低，同时，全氧燃烧火焰稳定，无换向，燃烧气体在窑内停留时间长，窑内压力稳定且较低，这些都有利于玻璃的熔化、澄清，减少玻璃体内的气泡、灰泡及条纹，提升玻璃的品质。

以下结合具体实施例，更具体地说明本实用新型的内容，并对本实用新型作进一步阐述，但这些实施例绝非对本实用新型进行限制。

将配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡并符合成形要求的玻璃液的过程，称为玻璃的熔制。玻璃熔制过程是玻璃生产中的重要环节。玻璃的许多缺陷(如气泡、结石、条纹等)都是在熔制过程中玻璃液的不均匀造成的。玻璃的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗和熔制用的池窑寿命等都与玻璃的熔制有密切关系。因此，进行合理的玻璃熔制，是整个生产过程得以顺利进行，并高效生产出优质玻璃制品的重要保证。

申请人通过大量的研究确定了将钽铌尾矿用于生产用作高强度显示器及防火玻璃的超白玻璃，该超白玻璃的原料组成包括：SiO₂ 43％-65％，Al₂O₃ 5％-11％，CaO 14％-17％，MgO 2％-4％，Na₂O 5％-10％，K₂O 1％-3％，B₂O₃ 2％-5％，ZnO 0.2％-2％，Li₂O 2％-3％,MnO 0.1％-0.5％,CeO₂ 0.7％-1.8％，Na₂Sb₂O₇ 0.9％-2.3％；

优选：

SiO₂ 50％-58％，Al₂O₃ 6％-10％，CaO 15％-16％，MgO 2.5％-3.5％，Na₂O 6％-9％，K₂O 1.5％-2.5％，B₂O₃ 3％-4％，ZnO 0.4％-1.6％，Li₂O 2.2％-2.8％,MnO 0.2％-0.4％,CeO₂ 0.9％-1.5％，Na₂Sb₂O₇ 1.1％-2.0％；

更优选：

SiO₂ 53.5％，Al₂O₃ 8％，CaO 15.6％，MgO 3％，Na₂O 7.5％，K₂O 2％，B₂O₃ 3.5％，ZnO 1.0％，Li₂O 2.5％,MnO 0.3％,CeO₂ 1.2％，Na₂Sb₂O₇ 1.5％。

在生产超白玻璃的原料中，钽铌尾矿的最佳引入质量百分含量为玻璃原料总质量的32.7％-72.0％，优选39.3％-65.5％，更优选52.4％。

本实用新型提供一种生产上述超白玻璃的专用设备，该设备是基于压延法的设备进行的改造，结构如图1所示，包括依次连接的玻璃熔窑1、冷却池3、成型区4、一次退火窑7和二次退火窑8。其中：

玻璃熔窑1用来将混合的玻璃原料熔制成玻璃液2，并去除玻璃液中的可见气泡。去除可见气泡的过程称为玻璃液的澄清，即玻璃原料的熔制和玻璃液的澄清均是在玻璃熔窑1中进行。

冷却池3用来对澄清后的玻璃液进行均化和冷却，并调整玻璃液的粘度，即使熔融的玻璃原料混合均匀、调整玻璃液的粘度、并冷却至成型温度，为后续玻璃液的成型提供保证；

成型区4用来将熔融的混合均匀的玻璃液压制成为具有固定几何形状的玻璃制品，成型区4包括上下两个成形对辊6，玻璃液通过成形对辊6时被压制成玻璃带5，完成成型，可通过调整成形对辊6的间隙压制成型得到不同厚度的玻璃带5。

退火阶段为了消除成型后的具有一定厚度的玻璃带5中的应力，采用两次退火，第一次退火为粗退火，第二次退火为精退火。第一次退火使用一次退火窑7，并采用冷风退火，冷风温度为-10-20℃，风压20-50Pa，流量130-280Nm³/h。一次退火窑7在玻璃带上方设置多孔隔板9，多孔隔板9与风筒10相连，冷风通过风筒10通入后打在多孔隔板9上，以减少冷空气对玻璃带的不均匀冷冲击，使冷风均匀地落在玻璃带表面上。经过一次退火后的玻璃带进入二次退火窑8中进行第二次退火，二次退火窑8采用自然对流空气进行退火，自然对流空气通过空气风筒通入二次退火窑8中，自然对流空气的温度为15-40℃，风压7-18Pa，流量200-350Nm³/h。待玻璃带温度降到100-120℃时，第二次退火完成。

利用上述专用设备生产超白玻璃的方法，其工艺流程包括钽铌尾矿的预处理、原料的混合、玻璃液的熔制和澄清、玻璃液的均化和冷却、成型、一次退火、二次退火等步骤；各步骤均在上述生产超白玻璃的专用设备中进行，具体为：

1)、钽铌尾矿的预处理：

将钽铌尾矿依次通过分级、擦洗、磁选、酸洗等工序得到适合生产超白玻璃的钽铌尾矿样品，钽铌尾矿样品中Fe₂O₃的含量小于0.01％(100ppm)，粒径为0.1-1.5mm，水含量小于5％。

2)、原料的混合：

检测钽铌尾矿样品中的化学组成后，通过计算，将SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、B₂O₃、ZnO、Li₂O和MnO中一种或几种与步骤1)得到的钽铌尾矿样品混合，得到包含SiO₂43％-65％，Al₂O₃ 5％-11％，CaO 14％-17％，MgO 2％-4％，Na₂O 5％-10％，K₂O 1％-3％，B₂O₃ 2％-5％，ZnO 0.2％-2％，Li₂O 2％-3％,MnO 0.1％-0.5％,CeO₂ 0.7％-1.8％，Na₂Sb₂O₇ 0.9％-2.3％的玻璃原料；一般工业生产中，SiO₂来自于硅砂、Al₂O₃来自于长石、CaO来自于石灰石、MgO来自于菱镁矿、Na₂O来自于纯碱、K₂O来自于碳酸钾、B₂O₃来自于硼酸或硼砂、Li₂O来自于碳酸锂。

玻璃原料中优选含SiO₂ 50％-58％，Al₂O₃ 6％-10％，CaO 15％-16％，MgO 2.5％-3.5％，Na₂O 6％-9％，K₂O 1.5％-2.5％，B₂O₃ 3％-4％，ZnO 0.4％-1.6％，Li₂O 2.2％-2.8％,MnO 0.2％-0.4％,CeO₂ 0.9％-1.5％，Na₂Sb₂O₇ 1.1％-2.0％；更优选含SiO₂53.9％，Al₂O₃ 8％，CaO 15.6％，MgO 3％，Na₂O 7.5％，K₂O 2％，B₂O₃ 3.5％，ZnO 1.0％，Li₂O 2.5％,MnO 0.3％,CeO₂ 1.2％，Na₂Sb₂O₇ 1.5％。

3)、玻璃液的熔制：

将步骤2)混合好的玻璃原料在1580-1620℃下熔化成为玻璃液，一般需要24h左右；

4)、玻璃液的澄清：

将步骤3)得到的玻璃液温度保持在1600-1650℃下至不再有气泡冒出(一般需要8h左右，以进行足够的澄清)，澄清结束；

5)、玻璃液的均化和冷却：

将步骤4)澄清后的玻璃液温度保持在1570-1605℃下，至玻璃液的各部分在化学组成上达到均匀一致，均化结束，均化是为了消除玻璃液中的条纹和不均匀体；均化后将玻璃液的温度降至1020-1280℃；

6)、成型：

将步骤5)均化后的玻璃液在1020-1280℃温度下通过成型对辊将玻璃液压制成所需厚度和尺寸的玻璃带；

7)、一次退火：

将成型后的玻璃带在630-720℃下用冷风进行一次退火1.5-4h；冷风温度为-10-20℃，风压20-50Pa，流量130-280Nm³/h。

8)、二次退火：

将一次退火后的玻璃带在580-650℃下用自然对流空气进行二次退火3-6h，两次退火总时间不能少于5h，至玻璃带温度为100-120℃，退火结束得到超白玻璃；自然对流空气的温度为15-40℃，风压7-18Pa，流量200-350Nm³/h。

使用钽铌尾矿作为玻璃原料的一部分熔制得到的玻璃液均匀性较好，无结石，无难熔物，高温下无条纹，粘度适中，流动性好，成型性能较好，由此得到的玻璃制品强度高，缺陷较少，玻璃颜色较白，透光率较好，说明钽铌尾矿可用于超白玻璃的原料。

利用以上生产超白玻璃的专用设备和含有钽铌尾矿的玻璃原料，按照以上生产超白玻璃的方法制备得到实施例1-实施例7的超白玻璃。生产实施例1-实施例7的超白玻璃的参数及原料组成见表1。

表1实施例1-实施例7的超白玻璃的原料组成和生产参数

实验：

测定实施例1-7和比较例1-4得到的玻璃的弯曲强度，将玻璃试样经切割、研磨、抛光后制成80×10×10mm的长条状，采用三点弯曲法，测试设备为DKZ-5000型电动抗折试验机。性能测试结果见表2。

表2实施例1-7和比较例1-4玻璃的性能测试结果

可见，本实用新型设备生产的超白玻璃经过化学钢化后要较普通浮法玻璃化学钢化后具有更高的强度，适合要求薄且强度高的产品使用，能保持高水平的强度，同时机械加工性能良好，可广泛应用于液晶显示器及手表、手机、平板显示器、照相机等产品视窗中。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的内容。

Claims (10)

1.一种生产超白玻璃的专用设备，包括依次连接的

用来将玻璃原料混合熔制成玻璃液并进行澄清的玻璃熔窑、

用来对澄清后的玻璃液进行均化和冷却的冷却池、

用来将玻璃液压制成具有一定厚度玻璃带的成型区、和

用来消除玻璃带应力的退火窑，其特征在于，

所述退火窑包括依次连接的用冷风进行退火的一次退火窑和用自然对流空气进行退火的二次退火窑。

2.根据权利要求1所述专用设备，其特征在于，所述一次退火窑为冷风退火窑。

3.根据权利要求2所述专用设备，其特征在于，所述一次退火窑包括用来通入冷风的风筒，与风筒出风口相连的用来使冷风均匀地吹在玻璃带表面的多孔隔板，所述多孔隔板设置在玻璃带上方。

4.根据权利要求3所述专用设备，其特征在于，所述多孔隔板与玻璃带之间的距离为15-70cm。

5.根据权利要求4所述专用设备，其特征在于，所述二次退火窑为自然对流空气窑。

6.根据权利要求5所述专用设备，其特征在于，所述二次退火窑的玻璃带入口与一次退火窑的玻璃带出口连接，二次退火窑的玻璃带运输出口为开放端，与外界空气相连通。

7.根据权利要求6所述专用设备，其特征在于，所述二次退火窑上部设置多个用来通入自然对流空气的空气风筒。

8.根据权利要求7所述专用设备，其特征在于，所述空气风筒设6-10个。

9.根据权利要求8所述专用设备，其特征在于，所述成型区包括上下对称设置的两个成形对辊，成型对辊之间有用来控制玻璃带厚度的间隙。

10.根据权利要求1-9任一所述专用设备，其特征在于，所述玻璃熔窑为全氧燃烧玻璃熔窑。