CN104370437B - 一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，包括：鼓泡器、在线监测机构、模拟量模块和PLC控制器，所述鼓泡器设有定量配气机构，所述在线监测机构设于玻璃熔窑内以测量玻璃液实时温度和粘度，所述模拟量模块分别与所述PLC控制器、所述定量配气机构连接，所述PLC控制器与所述定量配气机构连接以控制鼓泡的频率和气量。采用本发明，可精确控制鼓泡泡径，自动即时变频使玻璃熔液液流稳定，出料温度高且波动小，均化程度高，产品质量好。

Description

一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置

技术领域

本发明涉及玻璃鼓泡技术，尤其涉及一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置。

背景技术

鼓泡是上世纪50年代出现的一种强制熔化的新技术。我国在上世纪70年代中期开始将鼓泡技术应用在棕色和绿色瓶罐玻璃池窑上。玻璃熔窑鼓泡技术曾在上世纪80～90年代兴起，由于受生产工艺技术的限制，没有完全推开。随着科学技术的进步，经过30年来的研究和改进，近几年建设的玻璃大中型窑炉开始使用鼓泡技术，这项技术已从瓶罐玻璃推广应用到其它玻璃品种的熔制上，如器皿玻璃、医药玻璃、硼硅玻璃、高铅玻璃、纤维玻璃、压花玻璃、浮法玻璃、电子玻璃以及水玻璃等方面。目前，我国压花玻璃、浮法玻璃生产线上所使用的鼓泡***均采用国外设备。

国际上，在玻璃熔窑鼓泡***方面比较有代表性的是精密控制鼓泡***。其设计的宗旨就是克服传统鼓泡装置存在的操作问题。精密控制鼓泡***可实现完全而精密地控制鼓泡的频率，以及独立地调节鼓泡的大小。鼓泡控制的灵活多变性以及与之相配合的防堵塞鼓泡管的特殊设计，可以实现低鼓泡频率(具有代表性的是约为每支鼓泡管4个／min)，而对于较大的鼓泡，仍能达到较好的均化效果，且没有通常的鼓泡管堵塞的危险。

目前使用的双定时低频脉冲式鼓泡装置，在控制程序中设置脉冲时间（ON）和脉冲间隔时间(OFF)双参数，即以执行器（电磁阀）的通、断时间来相应调节和控制鼓泡泡径和频率。一般能够达到比较准确地控制鼓泡的强弱、搅拌并强化玻璃液流的目的。但鼓泡泡径大小（鼓气量）易受熔化温度、火焰长短、料堆分布等工艺因素波动的影响，特别是在火焰燃烧交换的周期性循环中产生“追火”现象，使玻璃液流及玻璃液温度波动幅度较大,对于产品质量要求较高特别是小气泡或微气泡控制严格的玻璃品种，则因运行精度及稳定性不足而不适用。另外此型***中若存在脉冲间隔保护气则更加剧了池炉熔化工艺不稳定状况下的鼓泡负面影响及对炉底鼓泡砖的冲刷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，可精确控制鼓泡泡径，自动即时变频使玻璃熔液液流稳定，出料温度高且波动小，均化程度高，产品质量好。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，包括：鼓泡器1、在线监测机构、模拟量模块和PLC控制器，所述鼓泡器1设有定量配气机构，所述在线监测机构设于玻璃熔窑内以测量玻璃液实时温度和粘度，所述模拟量模块分别与所述PLC控制器、所述定量配气机构连接，所述PLC控制器与所述定量配气机构连接以控制鼓泡的频率和气量；

所述定量配气机构包括压力传感器、二位五通电磁阀、微型气罐、鼓泡管、气源主气罐；

所述微型气罐包括罐体、进气口和出气口，所述微型气罐上还设有压力传感器；

所述进气口、所述出气口、所述气源主气罐和所述鼓泡管与所述二位五通电磁阀的通道连通，以使所述二位五通电磁阀通电时所述气源主气罐与所述微型气罐进气口连通，并在所述压力传感器测得相应压力后所述二位五通电磁阀断电使所述出气口与所述鼓泡管连通。

作为上述方案的改进，一个所述鼓泡器、一个所述在线监测机构和一个所述模拟量模块组成一个支路鼓泡机构，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置设有5-30个所述支路鼓泡机构。

作为上述方案的改进，所述支路鼓泡机构呈“一”字型横向排列设于玻璃熔窑炉底。

作为上述方案的改进，所述二位五通电磁阀与所述PLC控制器相连。

作为上述方案的改进，所述鼓泡管为防堵式鼓泡管，所述防堵式鼓泡管下端设有气动单向阀或电动截止阀。

作为上述方案的改进，所述在线监测机构包括实时监测玻璃熔液温度和粘度的温度传感器和粘度传感器。

作为上述方案的改进，所述鼓泡器采用空气、氮气或氧气作为气源。

作为上述方案的改进，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置还包括用于净化气体的气源净化装置，所述气源净化装置与所述气源主气罐相连。

作为上述方案的改进，所述定量配气机构还包括用于现场指示压力数据的压力表。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例通过增加定量配气机构，同时加上根据玻璃熔液温度和粘度自动变频的方案使得鼓泡效果明显调高，液流稳定且出料温度波动小，均化程度高，产品质量好。

（1）由于气量决定泡径，因此控制脉冲鼓泡气量恒定则泡径稳定。本发明实施例通过在每支支路鼓泡机构上皆装设一个定量配气机构，严格控制鼓泡的气量，限制泡径尺寸在一个狭小范围内，从根本上杜绝了鼓泡泡径的“换向燃烧自然波动现象”，使池炉横向玻璃液液流和温度更趋均匀平稳、玻璃均匀度高、缺陷消除彻底。

（2）池炉整体熔化状况发生变化或产生波动的情况下，鼓泡频率的自动即时调整是保证工艺和玻璃液质量的有效补偿手段，可降低或消除波动的影响，确保出料温度及玻璃液质量的稳定性，避免出现鼓泡搅拌不足或过度搅拌的极端情况。免除了操作工凭经验或凭感觉而采取的硬性调整，从而避免底部玻璃液温度过高或液流加快所造成的对炉底的过度冲刷。

（3）本发明为间歇式脉冲鼓泡装置，既不通入连续鼓小泡的保护气，也不存在双定时脉冲鼓泡泡径忽大忽小从而造成液流不稳问题，采用定量配气和自动即时变频鼓泡技术，整体上改善并强化池炉玻璃液的对流循环体系，促进了玻璃熔制所需热能的传递、交换与吸收，加快玻璃熔化，提高火焰空间辐射热能的利用率。玻璃液大环流的强化与局部环流的建立，缩小了液面层与底层玻璃液之间的温度差，提高整体玻璃液的温度，使澄清区玻璃液粘度降低、出料温度提高。

附图说明

图1是本发明一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置的结构示意图；

图2是本发明一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置定量配气机构的结构示意图；

图3是本发明一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置的又一结构示意图；

图4为本发明实施例与参考例的泡径分布图；

图5为本发明实施例与参考例的出料温度对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

结合图1，本发明提供一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，包括：鼓泡器1、在线监测机构2、模拟量模块3和PLC控制器4，所述鼓泡器1设有定量配气机构5，所述在线监测机构2设于玻璃熔窑内以测量玻璃液实时温度和粘度，所述模拟量模块3分别与所述PLC控制器4、所述定量配气机构5连接，所述PLC控制器4与所述定量配气机构5连接以控制鼓泡的频率和气量。

在玻璃熔制的过程中，由于出料量的变化、加料及料堆分布、火焰状态及炉温炉压的波动等熔化工艺因素会随机地影响玻璃液液流和料液温度，而鼓泡起到混合搅拌的作用以加强玻璃液流运动，可明显改善玻璃液的理化均匀性。鼓泡技术中鼓泡泡径的稳定性是影响玻璃液环流情况和熔化玻璃速率的重要因素。然而，现有脉冲鼓泡技术只是采用电磁阀的通断来控制鼓泡的泡径，易受熔化温度、火焰长短、料堆分布等工艺因素波动的影响，难以精确控制鼓泡的泡径。

为此，本发明在原有双定时脉冲式及定量自动精密调节式鼓泡的基础上进一步开发完善，增加带有定量配气机构5的鼓泡器1、用于实时监测玻璃液温度和粘度的在线监测机构2以及转换模拟量数据的模拟量模块3，（1）能根据现场的玻璃液温度数据和粘度数据来自动调整鼓泡的频率，使池炉纵向液流保持稳定，确保出料温度及玻璃液质量的稳定性，避免出现鼓泡搅拌不足或过度搅拌的极端情况。免除了操作工凭经验或凭感觉而采取的硬性调整，从而避免底部玻璃液温度过高或液流加快所造成的对炉底的过度冲刷。（2）通过增加定量配气机构5能强化对每次鼓泡的气量控制，改善现有只利用电磁阀的通断来控制鼓泡的气量，精确控制鼓泡泡径，避免熔制过程中其他工艺条件发生波动导致泡径的波动进而影响液流温度性，进一步强化玻璃液大环流并建立局部环流，缩小了液面层与底层玻璃液之间的温度差，降低温度梯度。提高整体玻璃液的温度。使澄清区玻璃液粘度降低、出料温度提高。

作为本发明另一个实施例，本发明可在添加定量配气机构5的同时，采用定频方式控制鼓泡的频率。

其中，所述定量配气机构5包括压力传感器6、二位五通电磁阀7、微型气罐8、鼓泡管9、气源主气罐10；

所述微型气罐8包括罐体81、进气口82和出气口83，所述微型气罐8上还设有压力传感器6；

所述进气口82、所述出气口83、所述气源主气罐10和所述鼓泡管9与所述二位五通电磁阀7的通道连通，以使所述二位五通电磁阀7通电时所述气源主气罐10与所述微型气罐8进气口82连通，并在所述压力传感器6测得相应压力后所述二位五通电磁阀7断电使所述出气口83与所述鼓泡管9连通。

其中，所述二位五通电磁阀7设有a通道、b通道、c通道、d通道和e通道，如图2所示，气源主气罐10与b通道连通，微型气罐8的进气口82与c通道连通，微型气罐8的出气口83与d通道连通，鼓泡管9与d通道连通。另外，设置一个常闭的旁通阀连接a通道。

当PLC控制器4发出信号使定量配气机构5排出定量气体时，二位五通电磁阀7通电，b通道与c通道连通，d通道与a通道连通，此时，气源主气罐10的气体经过b-c连接通道传送至微型气罐8，设于微型气罐8上的压力传感器6实时监测微型气罐8的气体压力，并将模拟信号经模拟量模块3传送至PLC控制器4，随着微型气罐8的气体越来越多，测得气体压力数值达到PLC控制器4中的预设压力，PLC控制器4发出信号使二位五通电磁阀7断电，b通道与a通道连通，c通道与e通道连通，此时，气源主气罐10停止输送气体，而微型气罐8通过出气口83以及d-e连接通道排向鼓泡管9，由此实现定量配气的目的。

作为本发明另一个实施例，本发明一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，包括：鼓泡器1、在线监测机构2、模拟量模块3和PLC控制器4，所述鼓泡器1设有定量配气机构5，所述在线监测机构2设于玻璃熔窑内以测量玻璃液实时温度和粘度，所述模拟量模块3分别与所述PLC控制器4、所述定量配气机构5连接，所述PLC控制器4与所述定量配气机构5连接以控制鼓泡的频率和气量；

所述定量配气机构5包括压力传感器6、二位五通电磁阀7、微型气罐8、鼓泡管9、气源主气罐10；

所述微型气罐8包括罐体81、进气口82和出气口83，所述微型气罐8上还设有压力传感器6；

所述进气口82、所述出气口83、所述气源主气罐10和所述鼓泡管9与所述二位五通电磁阀7的通道连通，以使所述二位五通电磁阀7通电时所述气源主气罐10与所述微型气罐8进气口82连通，并在所述压力传感器6测得相应压力后所述二位五通电磁阀7断电使所述出气口83与所述鼓泡管9连通；

一个所述鼓泡器1、一个所述在线监测机构2和一个所述模拟量模块3组成一个支路鼓泡机构12，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置设有5-30个所述支路鼓泡机构12；

所述支路鼓泡机构12呈“一”字型横向排列设于玻璃熔窑炉底。

在本实施例中，5-30个所述支路鼓泡机构12横向排列于玻璃熔窑炉底，设在热点处，在玻璃液横断面形成鼓泡屏蔽带，有效阻挡料堆的分散前移，防止跑料。在鼓泡区局部形成气动搅拌，产生强制玻璃液上中下各层间混合的局部环形对流。使玻璃形成各组份之间的反应、扩散、融合更趋充分，速度加快。为了能形成有效的鼓泡屏蔽带，本发明鼓泡点的间距（d）按公式：d≤（200+0.3H）mm来确定，式中H为池深。

另外，由于本实施例中每个支路鼓泡机构12都包含一个所述鼓泡器1、一个所述在线监测机构2和一个所述模拟量模块3，所述在线监测机构2包括温度传感器和粘度传感器，可实时监测该鼓泡点的玻璃熔液温度和粘度，并根据PLC控制器4录入的玻璃熔液温度、粘度与鼓泡频率的关联数据来控制各个支路鼓泡机构12鼓泡频率，相对于现有技术只有一组鼓泡器1的技术方案，本发明实施例根据实际变化一面继续保持泡径的均衡，另一面自动调整鼓泡的频率（增加或降低）使池炉纵向液流保持稳定。

需要说明的是，本发明所述鼓泡管9为防堵式鼓泡管，所述防堵式鼓泡管下端设有气动单向阀或电动截止阀。不需通入连续鼓小泡的保护气，避免在池炉熔化工艺不稳定状况下的鼓泡负面影响及对炉底鼓泡砖的冲刷，延长池炉寿命。

本发明所述鼓泡器1采用空气、氮气或氧气作为气源。

优选地，本发明采用压缩空气或氧气，使玻璃液局部氧化性增强。

优选地，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置还包括用于净化气体的气源净化装置，所述气源净化装置与所述气源主气罐10相连。

优选地，所述定量配气机构5还包括用于现场指示压力数据的压力表11。

以下为本发明的具体工作流程：

1、打开电源后，检测各个部件的工作状况。

2、在线监测机构2检测出该处玻璃溶液的温度和粘度，形成模拟量信号。

3、模拟量模块3将所述在线监测机构2的模拟量信号转换成数据信号，PLC控制器4根据接收到的温度和粘度数据自动调整相应鼓泡泡频的脉冲信号。

4、当需要鼓泡时，PLC控制器4触发二位五通电磁阀7通电，使气源主气罐10输送至微型气罐8，同时，压力传感器6测得压力模拟信号经模拟量模块3转换为数据信号传递至PLC控制器4，当检测出压力数据符合规定压力后，所述二位五通电磁阀7断电通过鼓泡管9排出微型气罐8内的气体。

为了体现本发明实施例与现有技术采用双定时变频脉冲鼓泡装置的鼓泡效果，通过以下实验来对比两者的鼓泡及玻璃均化效果。

实施例：采用20支支路鼓泡机构12一字横排的定量变频脉冲鼓泡装置。

参考例：采用20支鼓泡器1一字横排的双定时变频脉冲鼓泡装置。

实验条件：用于制备Na₂O-CaO-SiO₂系普通玻璃工艺的熔化阶段，熔化温度、火焰长短、料堆分布等工艺条件皆相同。

实验结果：如表1所示。

表1 实施例与参考例鼓泡效果对照表

项目	实施例	参考例
			泡径（mm）	500-510	480-530
泡频（个/min）	5-9	5-9
			气压（MPa）	0.4	0.4
平均出料温度（℃）	1255	1186

从表1可知，相对于参考例480-530mm较宽的尺寸范围，本发明实施例鼓泡的泡径在500-510mm狭窄尺寸范围内，结合图4的泡径分布图，实施例泡径集中落在501-505mm区间内，少部分的泡径落在496-500mm和506-510mm区间内，显然，采用定量配气机构5的本发明实施例鼓泡泡径的稳定性明显提高，解决了现有技术采用双定时变频脉冲鼓泡装置易受熔化温度、火焰长短、料堆分布等工艺因素波动的影响造成鼓泡忽大忽小，泡径控制难的问题。

实验还测量了均化的玻璃熔液出料时的温度，如图5所示，记录了本发明实施例和参考例在相同条件下连续480min内的出料温度。从图5中得出，参考例中出料温度波动较大，范围在1075℃-1258℃之间，波幅接近200℃，而实施例出料温度波动较为平缓，范围在1239℃-1276℃之间。此外，从图5和表1可知，实施例的平均出料温度比参考例的高6.8%，由于玻璃熔化时出料温度越高表明其均化程度越高，有利于制备出高质量的玻璃制品，因此实施例的均化效果比参考例的好。而加强出料温度的稳定性是提高出料温度的重要手段，本发明实施例通过定量配气，精确控制每支鼓泡泡径，加上在线监测玻璃熔液的温度和粘度自动调整鼓泡泡频，使得池炉液流保持稳定从而达到出料温度及玻璃液质量稳定的目的。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，包括：鼓泡器、在线监测机构、模拟量模块和PLC控制器，所述鼓泡器设有定量配气机构，所述在线监测机构设于玻璃熔窑内以测量玻璃液实时温度和粘度，所述模拟量模块分别与所述PLC控制器、所述定量配气机构连接，所述PLC控制器与所述定量配气机构连接以控制鼓泡的频率和气量；

所述定量配气机构包括压力传感器、二位五通电磁阀、微型气罐、鼓泡管、气源主气罐；

所述微型气罐包括罐体、进气口和出气口，所述微型气罐与所述压力传感器连接；

所述进气口、所述出气口、所述气源主气罐和所述鼓泡管与所述二位五通电磁阀的通道连通，以使所述二位五通电磁阀通电时所述气源主气罐与所述微型气罐进气口连通，并在所述压力传感器测得相应压力后所述二位五通电磁阀断电使所述出气口与所述鼓泡管连通；

所述二位五通电磁阀与所述PLC控制器相连，当需要鼓泡时，PLC控制器触发二位五通电磁阀通电，使气源主气罐输送至微型气罐，同时，压力传感器测得压力模拟信号经模拟量模块转换为数据信号传递至PLC控制器，当检测出压力数据符合规定压力后，所述二位五通电磁阀断电通过鼓泡管排出微型气罐内的气体。

2.如权利要求1所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，一个所述鼓泡器、一个所述在线监测机构和一个所述模拟量模块组成一个支路鼓泡机构，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置设有5-30个所述支路鼓泡机构。

3.如权利要求2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述支路鼓泡机构呈“一”字型横向排列设于玻璃熔窑炉底。

4.如权利要求1或2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述鼓泡管为防堵式鼓泡管，所述防堵式鼓泡管下端设有气动单向阀或电动截止阀。

5.如权利要求1或2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述在线监测机构包括实时监测玻璃熔液温度和粘度的温度传感器和粘度传感器。

6.如权利要求1或2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述鼓泡器采用空气、氮气或氧气作为气源。

7.如权利要求1或2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置还包括用于净化气体的气源净化装置，所述气源净化装置与所述气源主气罐相连。

8.如权利要求1或2所述玻璃熔窑定量脉冲鼓泡装置，其特征在于，所述定量配气机构还包括用于现场指示压力数据的压力表。