玻璃熔化裝置及其熔化方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于玻璃生產(chǎn)的熔化裝置及其熔化方法，特別是涉及一種玻璃配合物粉料熔化成玻璃液的過程中所使用的熔化裝置的保護、玻璃液流速度場的優(yōu)化及獲取穩(wěn)定均勻玻璃物化性能的改進技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，玻璃熔煉工序具有以下5個基本過程:1)配合料在加熱過程中相互之間發(fā)生一系列的物理化學反應形成硅酸鹽或是類似的化合物的低溫共熔物；2)溫度持續(xù)升高時，共熔物的黏度降低，內(nèi)部逐漸形成均勻透明玻璃液，此時玻璃液中還有大量氣泡；
3)初熔的玻璃液在溫度繼續(xù)升高后，玻璃內(nèi)部氣體排除，玻璃液澄清；4)將澄清好的玻璃液逐步降低溫度，一方面可以通過降溫將尚未排除的小氣泡重新溶解吸收到玻璃液中，另一方面通過攪拌等方法，使玻璃液內(nèi)部溫度和組成達到最大均勻化；5)將冷卻到一定溫度的玻璃液通過料道輸送到成型裝置進行成型。
[0003]在玻璃熔煉過程中，從配合料到初熔玻璃液的階段是玻璃熔煉中最重要、最復雜的階段，在這一階段配合料每個部分停留時間或反應時間的不同，都極易引起玻璃組分偏差、玻璃內(nèi)氣體量不一致、甚至是含有未熔物形成的結(jié)石，并將會導致玻璃品質(zhì)下降，因此在玻璃熔化過程中需要根據(jù)玻璃牌號、出料量、品質(zhì)要求等因素來綜合考慮玻璃熔化裝置的選擇。在浮法玻璃熔化中，普遍選擇長方形火焰窯；在玻璃纖維生產(chǎn)中，多選擇全電熔窯；而在光學玻璃生產(chǎn)中一般會選擇特別設計的小型連續(xù)池爐作為熔化裝置。采用小噸位窯爐(出料量每天不足一噸)生產(chǎn)特殊的光學玻璃時，特別注重降低玻璃內(nèi)在的氣泡、條紋、結(jié)石等缺陷對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，常見的做法是采用貴金屬材料，如鉑、銠及其合金，來直接制作玻璃熔化裝置，而不采用耐火材料制作熔化裝置。
[0004]目前，在采用貴金屬制作小型熔化裝置時一般會采用單層禍體結(jié)構(gòu)，外加耐火材料，并在耐火材料內(nèi)加裝加熱裝置，該結(jié)構(gòu)具有節(jié)約貴金屬，降低生產(chǎn)成本投入等優(yōu)點，但是由于其結(jié)構(gòu)過于簡單，具有以下兩方面的缺點:一方面，粉料在裝置中熔化形成玻璃液時，在裝置內(nèi)的停留時間分布較差，往往會帶來一些玻璃熔化質(zhì)量問題，如玻璃熔化不充分形成結(jié)石、條紋等缺陷；另一方面，當粉料內(nèi)含有強還原性成分時，被還原的單質(zhì)容易使貴金屬結(jié)構(gòu)遭到破損，或是原料沖擊禍底，造成禍底損傷，影響使用壽命。
[0005]CN204079751U公開了一種內(nèi)禍成凹球面的雙層禍體設計，以此來改善玻璃氣泡質(zhì)量和提高玻璃氣泡質(zhì)量穩(wěn)定性，防止加入的玻璃原料對外禍體的沖擊，但是該裝置并未解決加工工藝、高溫禍體蠕變等問題導致的內(nèi)禍與外禍之間出現(xiàn)的間隙問題，產(chǎn)生變形，使用壽命受到影響，進一步破壞該內(nèi)禍體底孔對玻璃液的導流作用，降低玻璃熔化質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能將玻璃配合物粉料熔化成優(yōu)質(zhì)玻璃液的熔化裝置。
[0007]本發(fā)明還要提供一種熔化高質(zhì)量玻璃液的方法。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:玻璃熔化裝置，包括外禍、鼓泡管、出料管和加熱裝置，所述鼓泡管插入到外禍內(nèi)，還包括凸曲面體結(jié)構(gòu)的內(nèi)禍，所述內(nèi)禍設置在外禍內(nèi)的底部，在所述內(nèi)禍的凸曲面上設置有若干通孔。
[0009]所述內(nèi)禍設置在外禍底面中心位置上，且內(nèi)禍與外禍具有共同中心線。
[0010]所述內(nèi)禍為球形狀、橢球形狀、拋物面形狀、非球面形狀，優(yōu)選為球形狀。
[0011]所述通孔的直徑不大于內(nèi)禍與外禍相交的交線周長的0.25。
[0012]所述通孔的數(shù)量為3-25個，且優(yōu)選大小相等均勻分布。
[0013]所述內(nèi)禍在外禍底部所占面積為外禍底部面積的0.3-0.9，優(yōu)選為0.5-0.8。
[0014]所述出料管設置在外禍底部，其起始端位于內(nèi)禍底部。
[0015]所述出料管水力直徑為內(nèi)禍在外禍中最高高度的0.1-0.5。
[0016]所述外禍為底部倒圓角的圓柱形，倒角直徑為外禍的截面直徑的0.1-0.6。
[0017]玻璃熔化方法，該方法包括以下步驟:
[0018]I)將玻璃配合物粉料加入到外禍內(nèi)；
[0019]2)粉料在熔化成玻璃液過程中，不斷向設置在外禍底部的凸曲面結(jié)構(gòu)的內(nèi)禍流去，并通過通孔進入內(nèi)禍內(nèi)部；
[0020]3)初熔完成的玻璃液從出料管流出，完成玻璃熔化過程。
[0021]在玻璃熔化過程中，鼓泡管一直向玻璃液內(nèi)鼓入預熱的氧化性氣氛氣體，改善玻璃液的流場分布，減少了流動緩慢區(qū)域在整個玻璃流動區(qū)域的占比，使玻璃液混合更充分。
[0022]通過采用底部周圍倒圓角的圓柱狀外禍配合凸曲面結(jié)構(gòu)的內(nèi)禍以及端口切角的出料管，鼓泡管鼓入氣體對靠近壁面或是轉(zhuǎn)角的玻璃液流動具有推動作用，使玻璃液流動加速，可以有效改善玻璃液在熔化過程中的速度場分布，減少流動緩慢區(qū)域在整個玻璃流動區(qū)域的占比，改善玻璃液在的停留時間集中度。
[0023]在玻璃熔化過程中，玻璃液位的高度為外禍內(nèi)徑的1-2.4倍，可以熔化出高質(zhì)量玻璃液。
[0024]在玻璃熔化過程中，鼓泡管鼓入氣體溫度為已預熱到接近玻璃液熔化溫度的氣體，優(yōu)選低于所熔化玻璃液溫度50-150°C的預熱氣體，可以有效防止玻璃液溫度場受到熱沖擊，影響玻璃液在整個熔化裝置中的流動速度場，造成玻璃液熔化質(zhì)量波動。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:通過對外禍、內(nèi)禍、鼓泡管、出料管等裝置結(jié)構(gòu)上的改變，使本發(fā)明的玻璃熔化裝置可以改善玻璃液的流動路徑，優(yōu)化整體流動停留時間，有效減少玻璃液在內(nèi)禍周圍的流動緩慢區(qū)域，改善玻璃液在熔化裝置的停留時間集中度，改善玻璃組分均勻性，從而使玻璃產(chǎn)品的折射率、阿貝數(shù)等物化性能更均勻、穩(wěn)定；通過鼓泡管的數(shù)量及其鼓泡氣體的有效控制，可降低原料直接沖擊底部鉑金結(jié)構(gòu)和腐蝕鉑金結(jié)構(gòu)的可能性，將外禍內(nèi)的玻璃液分為鼓泡管圍成的內(nèi)側(cè)區(qū)域和外側(cè)區(qū)域，從而可以有效降低粉料接觸外禍壁面的機會，延長熔化裝置的使用壽命。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的玻璃熔化裝置的主視圖的剖視圖。
[0027]圖2是圖1的俯視圖。
[0028]圖3是本發(fā)明的玻璃熔化裝置的另一種結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0029]圖4是采用本發(fā)明的玻璃熔煉裝置的整條生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5是采用本發(fā)明的玻璃熔化裝置的玻璃液粒子停留時間集中度示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1-圖2所示，本發(fā)明的玻璃熔化裝置包括外禍10、凸曲面體結(jié)構(gòu)的內(nèi)禍4、鼓泡管3、出料管5、加熱裝置11、溫控裝置12、耐火材料外層13和耐火材料內(nèi)層14。耐火材料內(nèi)層14包裹外禍10，在耐火材料內(nèi)層14外還設置有耐火材料外層13，且在耐火材料外層13和耐火材料內(nèi)層14之間間隔有一個空腔15，在空腔15中設置有加熱裝置11。
[0032]耐火材料外層13的主要作用是減少熱量損失，同時為整個玻璃熔化裝置提供所需要的強度支撐，其材料可以采用輕質(zhì)保溫磚、剛玉磚等一種或多種耐火材料的組合。
[0033]為了防止在空腔15內(nèi)部出現(xiàn)空氣對流，影響加熱效果，本發(fā)明將空腔15內(nèi)部隔離成若干小空腔。
[0034]加熱裝置11嵌入到空腔15中，加熱裝置11可以采用硅碳棒、硅鉬棒、電阻絲等作為加熱源。熱源材料的選擇主要根據(jù)熔化玻璃的最高溫度來確定，當使用溫度高于800°C時，優(yōu)選硅碳棒、硅鉬棒作為加熱源。加熱裝置11工作時，通過控制系統(tǒng)控制工作功率，使熱量通過熱輻射和熱傳導的方式傳遞到外禍10上。在外禍10上的不同位置設置有溫控裝置12，利用溫控裝置12測量外禍10的壁溫，并將測溫結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)需要再調(diào)整功率，形成閉環(huán)控制，使外禍10的溫度穩(wěn)定在工作所需要的溫度范圍內(nèi)。
[0035]外禍10是玻璃配合物粉料熔化成玻璃液的熔化池，外禍10的材料選擇主要考慮使用壽命長且無雜質(zhì)帶入到玻璃液中，本發(fā)明選擇采用貴金屬及其合金材料，優(yōu)選采用鉑及其合金，外禍10的厚度控制在0.5-2.5mm，優(yōu)選厚度為1-1.5mm。
[0036]外禍10在玻璃液流動方向上的截面形狀可以選擇多邊形、圓形等常見的具有對稱性的幾何形狀，優(yōu)選圓形。外禍10優(yōu)選底部倒圓角的圓柱形，如圖1、3所示，這樣可以減少靠近外禍10側(cè)壁的玻璃液流動的低速區(qū)域，改善玻璃液在外禍10中的流場分布，倒角直徑為外禍10的截面直徑的0.1-0.6，優(yōu)選為0.3-0.5。
[0037]與外禍10接觸的耐火材料內(nèi)層14主要起支撐固定外禍10的作用，使外禍10不發(fā)生形變。因此，耐火材料內(nèi)層14優(yōu)選高溫力