CN108726850B - 压力控制玻璃熔炼装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种压力控制玻璃熔炼装置及方法,其压力控制玻璃熔炼装置包括封闭式炉体,所述炉体从上至下依次包括:加料部分、熔化部分和出料部分;其中,熔化部分通过感应加热方式加热。本发明炉体为密封结构,可实现10‑3‑0.3MPa的炉内熔炼压力控制,方便地实现真空负压、气体正压,或通过不同性质气体形成氧化、还原、惰性等气氛;保证了炉内压力、气氛的一致性,不受外部空气、水分等杂质影响;同时便于玻璃各原料熔炼过程中的组分控制,有利于玻璃的组成和性能一致性,产品质量的批次稳定性好,有利于产品的批量化应用。水冷金属炉体无粉尘污染,炉壁接近室温,有效防止氧化、还原气氛侵蚀而污染玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃制备技术领域,特别是涉及一种压力控制玻璃熔炼装置及方法。
背景技术
随着现代光电信息技术的发展,具有特殊光、电、机械性能的新型特种玻璃材料发展迅速,如激光玻璃、红外玻璃、磁光玻璃、半导体玻璃等,在军工、航空航天、光通讯等领域应用日益广泛。
特殊性能往往意味着特殊的材料组成、特殊的制备技术和特殊的设备。为实现或改善某些特种性能,特种玻璃的熔炼一般必须在特殊的熔制气氛、压力下进行。如锗酸盐、铝酸盐***透红外玻璃必须在干燥无水环境下熔制,以消除结构中的水分(羟基OH-)造成的红外吸收,提高红外透过性能;某些稀土掺杂发光玻璃必须控制氧化还原气氛,保证稀土离子处于发光效率最高的价态;硫属化物、氟化物等玻璃含有易挥发组分,常压熔炼挥发大极易导致玻璃组成难以控制。
为提高或获得高性能玻璃材料,国内外研发人员针对性地开展了很多玻璃气氛、压力熔炼研发工作。现有技术主要在惰性气氛、真空负压、正压等环境下特种玻璃的熔炼,满足了特定品种玻璃的制备需要。但是上述方法具有很大的局限性,相关装置及技术不具有普适性,大多只是在传统设备技术的局部改良,只能实现一种气氛或压力条件,不能实现多个压力/气氛变化,不能满足不同品种特种玻璃的熔炼要求。另外,目前大多数特种玻璃的熔制依然采用耐火材料保温、电阻加热的熔炼方式,熔炼效率低,且高温及特种气氛下的侵蚀极易对玻璃造成污染,不利于高性能玻璃的制备。
发明内容
本发明的主要目的在于,提供一种新型的压力控制玻璃熔炼装置及方法,所要解决的技术问题是使其实现多个压力/气氛变化,满足不同品种特种玻璃的熔炼要求,从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种压力控制玻璃熔炼装置,其包括封闭式炉体,所述炉体从上至下依次包括:加料部分、熔化部分和出料部分;
其中,熔化部分通过感应加热方式加热。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的加料部分包括上炉盖、加料仓、观察窗和隔热屏;
所述的熔化部分包括中频线圈、保温层、坩埚套和坩埚;
所述的出料部分包括出料管、保温筒、高频线圈、成型模具及出料口。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的上炉盖采用耐热不锈钢材料,内部设有冷却循环水;
所述的加料仓位于所述上炉盖的上部,与炉体相通;
所述的上炉盖上设有观察窗;
所述的隔热屏与上炉盖通过旋转轴连接。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的中频线圈位于熔化部分的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接中频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
所述的保温层在所述的中频线圈内部,形成保温空间;
所述的坩埚套位于隔热屏下方,位于所述的保温空间内;
所述的坩埚位于坩埚套中。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的出料管与坩埚的底部连通;
所述的保温筒在所述出料管的外部;
所述的高频线圈位于出料部分的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接中频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
所述的成型模具位于出料管下方;
所述的出料口位于成型模具下方。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的压力控制玻璃熔炼装置还包括真空抽气***、供气***和循环水冷***。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼装置,其中所述的真空抽气***与炉体连通;
所述的供气***通过进气口和出气口与炉体连通。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种压力控制玻璃熔炼方法,用于前述的压力控制玻璃熔炼装置,其包括:
将玻璃配合料加入玻璃熔炼装置;
对所述的玻璃熔炼装置进行气氛控制或压力控制,通过感应加热升温,得到熔化物料;
通过感应磁场电磁搅拌,将熔化物料进行澄清和均化;
通过感应加热调节至玻璃出料温度,启动高频线圈加热出料管到玻璃出料温度,玻璃液通过出料管流出到成型模具中,冷却成型,得到玻璃坯体;
将玻璃坯体从所述玻璃熔炼装置中取出,进行退火。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的,前述的压力控制玻璃熔炼方法,其中所述的压力控制为气体正压或真空负压控制;
所述的气体正压的压力小于等于0.3MPa;
所述的真空负压的压力大于等于1×10-3Pa。
借由上述技术方案,本发明压力控制玻璃熔炼装置及方法至少具有下列优点:
1)本发明炉体为耐压不锈钢壳体密封结构,可实现10-3-0.3MPa的炉内熔炼压力控制,方便地实现真空负压、气体正压,或通过不同性质气体形成氧化、还原、惰性等气氛;
2)整体密封结构保证了炉内压力、气氛的一致性,不受外部空气、水分等杂质影响;同时便于玻璃各原料熔炼过程中的组分控制,有利于玻璃的组成和性能一致性,产品质量的批次稳定性好,有利于产品的批量化应用。水冷金属炉体无粉尘污染,炉壁接近室温,有效防止氧化、还原气氛侵蚀而污染玻璃;
3)玻璃熔化、出料加热均采用感应加热方式,熔炼温度高、速度快、效率高,与现有电阻式熔炼方法相比,生产效率提高50%以上;
4)无需使用搅拌装置,简化工艺同时还避免了搅拌器材料的污染。由于感应加热形成梯度温场,玻璃液会产生强烈的电磁扰动及温差对流,起到搅拌作用,有利于玻璃的充分反应、澄清和均化,有效消除分相、结石等缺陷,提高玻璃的熔化效率和组成均匀性;
5)本发明不采用易损的保温砖、电加热元件,具有设备维护成本低、寿命长等特点,同时显著减少燃料废气、粉尘、废水等排放,绿色环保。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明压力控制玻璃熔炼装置的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的压力控制玻璃熔炼装置及方法其具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。在下述说明中,不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
如图1所示,本发明的一个实施例提出的一种压力控制玻璃熔炼装置,其包括封闭式炉体,所述炉体从上至下依次包括:加料部分1、熔化部分2和出料部分3;其中,熔化部分2通过感应加热方式加热。
优选的,加料部分1包括上炉盖4、加料仓5、观察窗6和隔热屏7;
熔化部分2包括中频线圈8、保温层9、坩埚套10和坩埚11;
所述的出料部分3包括出料管12、保温筒13、高频线圈14、成型模具15及出料口16。
优选的,上炉盖4采用耐热不锈钢材料,内部通有冷却循环水。
加料仓5位于上炉盖4的上部,与炉体相通,采用多格加料方式,通过旋转向炉内加料,可实现真空、正压条件下的多次加料。
上炉盖4上设有观察窗6;观察窗6采用耐热钢化玻璃窗口,可观察炉内情况,还可通过光学测温仪器进行玻璃温度测量。
隔热屏7与上炉盖4通过旋转轴17连接。隔热屏7由耐热金属制成,盖在坩埚11上部,减少热量散失和组分挥发。通过旋转轴17实现横向转动,便于上部加料和观察。
优选的,熔化部分2为耐热不锈钢材料炉壳,内部通冷却循环水。
中频线圈8位于熔化部分2的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接中频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
保温层9在中频线圈8内部,形成保温空间;保温层9为耐火材料制成,优选氧化铝陶瓷、石英陶瓷材质。
所述的坩埚套10位于隔热屏7下方,位于所述的保温空间内,用于支撑坩埚11;
所述的坩埚11位于坩埚套10中,用于盛放玻璃物料。
熔化部分2针对不同品种玻璃材料,可实现两种加热模式:一是坩埚发热模式,即坩埚11采用可电磁感应发热的耐高温金属材质制成,优选铂金、铂铑合金材料,在感应磁场作用下坩埚直接发热熔化物料,该模式适宜于大多数氧化物玻璃材料的熔制;二是坩埚套发热模式,即坩埚套10采用可电磁感应发热的耐高温金属材质制成,在感应磁场作用下坩埚套发热,进而加热坩埚内物料,该模式适宜于易与金属材料发生反应的玻璃的制备,如硫属化物等非氧化物玻璃。
优选的,出料管12与坩埚11的底部连通;材质与坩埚11相同,用于熔化好的玻璃液流出。
保温筒13在所述出料管12的外部;用于保温或加热,保证出料管12达到玻璃出料温度。
高频线圈14位于出料部分3的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接中频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
成型模具15位于出料管12下方;采用耐热金属材质,用于高温玻璃液的冷却成型;附属电阻加热以实现模具预热功能。
出料口16位于成型模具15下方。位于炉体底部,为耐热不锈钢材料制成,可升降开启,玻璃坯体成型后可开启出料口取出。
优选的,压力控制玻璃熔炼装置还包括真空抽气***18、供气***19和循环水冷***20。
优选的,真空抽气***18与炉体连通;由多级真空泵构成,可实现真空负压熔化环境,最大真空度1×10-3Pa。
供气***19通过进气口21和出气口22与炉体连通,可连接惰性气体、氮气、氧气等多种气源,在炉内实现氧化、还原等特殊气氛熔化环境;通过压力供气装置,可实现炉内正压,最大炉内压力0.3MPa。
循环水冷***20为炉体和感应线圈提供水冷保护。
本发明的另一实施例提出一种压力控制玻璃熔炼方法,用于前述的压力控制玻璃熔炼装置,其包括:
根据坩埚容量计算配制好玻璃配合料。开启上炉盖,将玻璃配合料装满坩埚,其余配合料装入加料仓。加料后,关闭上炉盖、出料口及加料仓盖,实现炉体密封。开启循环水冷***;
对所述的玻璃熔炼装置进行气氛控制或压力控制,控制中频感应电源,按照温度工艺要求,启动中频线圈对物料进行加热,升温到玻璃加料温度,直至坩埚内物料完全熔化;加料温度下,移开隔热屏,转动加料仓向坩埚内添加物料,根据情况分多次加入,直到所有物料全部熔化;
在感应磁场电磁搅拌作用下,逐步控制温度完成玻璃的澄清、均化,完成高温熔炼;
玻璃熔炼完成后,控制中频感应电源降温至出料温度,控制高频感应电源,启动高频线圈加热出料管,管内温度达到玻璃出料温度后,玻璃液会进入并通过出料管流出到成型模具中,冷却成型。下降开启出料口将成型后的玻璃坯体移入退火炉中进行退火。
完成后,可马上进行装料,进入下一炉次的熔炼。
优选的,气氛控制的条件为:关闭供气***进出气口,开启真空抽气***,真空度达到10-1Pa后,关闭真空抽气***,启动供气***,通过进气口向炉内充入工艺要求的保护气体,充满炉腔达到大气压后,关闭供气***进出气口,停止供气;重复进行上述抽真空-充气过程不少于3次,达到彻底驱除炉内空气的作用,随后可正常启动供气***,通过进气口向炉内充入保护气体,实现工艺要求的氧化、还原或惰性熔炼环境。
压力控制包括气体正压和真空负压控制;
其中气体正压控制的条件为:在上述气氛熔炼基础上,通过控制供气***压力,炉内最大正压可达0.3MPa,实现某些品种玻璃制备要求的正压熔炼环境。
真空负压控制的条件为:关闭供气***进出气口,开启真空抽气***,实现炉内真空。根据玻璃熔炼工艺,控制抽气***,可满足不同工艺阶段真空度要求。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种压力控制玻璃熔炼装置,其特征在于,其包括封闭式炉体,所述炉体从上至下依次包括:加料部分、熔化部分和出料部分;
其中,熔化部分通过感应加热方式加热;
所述的加料部分包括上炉盖、加料仓、观察窗和隔热屏;
所述的熔化部分包括中频线圈、保温层、坩埚套和坩埚;
所述的出料部分包括出料管、保温筒、高频线圈、成型模具及出料口;
所述的加料仓位于所述上炉盖的上部,与炉体相通;
所述的隔热屏与上炉盖通过旋转轴连接;
所述的中频线圈位于熔化部分的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接中频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
所述的保温层在所述的中频线圈内部,形成保温空间;
所述的坩埚套位于隔热屏下方,位于所述的保温空间内;
所述的坩埚位于坩埚套中;
所述的出料管与坩埚的底部连通;
所述的保温筒在所述出料管的外部;
所述的高频线圈位于出料部分的内壁上,为空心铜管盘绕而成,外接高频感应电源控制***,管内通冷却循环水;
所述的成型模具位于出料管下方;
所述的出料口位于成型模具下方。
2.根据权利要求1所述的压力控制玻璃熔炼装置,其特征在于,所述的上炉盖采用耐热不锈钢材料,内部设有冷却循环水;
所述的上炉盖上设有观察窗。
3.根据权利要求1所述的压力控制玻璃熔炼装置,其特征在于,所述的压力控制玻璃熔炼装置还包括真空抽气***、供气***和循环水冷***。
4.根据权利要求3所述的压力控制玻璃熔炼装置,其特征在于,所述的真空抽气***与炉体连通;
所述的供气***通过进气口和出气口与炉体连通。
5.一种压力控制玻璃熔炼方法,其特征在于,用于权利要求1-4任一项所述的压力控制玻璃熔炼装置,其包括:
将玻璃配合料加入玻璃熔炼装置;
对所述的玻璃熔炼装置进行气氛控制或压力控制,通过感应加热升温,得到熔化物料;
通过感应磁场电磁搅拌,将熔化物料进行澄清和均化;
通过感应加热调节至玻璃出料温度,启动高频线圈加热出料管到玻璃出料温度,玻璃液通过出料管流出到成型模具中,冷却成型,得到玻璃坯体;
将玻璃坯体从所述玻璃熔炼装置中取出,进行退火。
6.根据权利要求5所述的压力控制玻璃熔炼方法,其特征在于,所述的压力控制为气体正压或真空负压控制;
所述的气体正压的压力小于等于0.3MPa;
所述的真空负压的压力大于等于1×10-3 Pa。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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