CN117700071B - 一种光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学玻璃制造技术领域的一种光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺，在熔炼步骤中，通过包括圆筒部和圆盘部的提升摊铺装置配合螺旋提升辊，将整个炉体内玻璃液循环提升到气液相界面位置，提高整体去除率，并通过限位盘和圆盘部配合使得玻璃液水平摊铺在气液相界面位置，扩大裹挟有气泡的玻璃液与气相的接触面积，提高气泡逃逸面积，同时利用界面加热装置对摊铺后的玻璃液进行二次加热，使得各种体积大小的气泡受热膨胀，加速气泡的逃逸，提高去除率。

Description

一种光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种玻璃生产工艺，特别是涉及应用于光学玻璃制造技术领域的一种光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺。

背景技术

生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐，并根据配方的要求，引入磷酸盐或氟化物，为了保证玻璃的透明度，必须严格控制着色杂质的含量，如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合，主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。

在熔炼过程中，从原料中所产生的气体（瓦斯）会残留在玻璃中，以及在进行搅拌熔炼过程中炉体内的气体也会被引入到熔融态的玻璃液中，传统的方式是通过加热和搅拌方式增加分子的活跃度，进而玻璃液的流动性，减小玻璃液内部的静压力，使得气泡能够上浮到熔融液液面位置，在气液相界面破裂逃逸；如现有中国专利CN113698074B公开的一种低气泡高折射率的光学玻璃制备工艺，其公开了用外部磁场控制放射球在玻璃液内上下移动对气泡进行移动切割来去除气泡的方法，减少因为搅拌引入气体的可能性，提高气泡去除率。

但是，传统的光学玻璃制备工艺中去除气泡的效率不高，特别是对于位于熔融玻璃液底部的气泡，由于随着玻璃液深度增加其内部静压力造成气泡上浮到气液相界面速度慢，去除率有限，需要较长的搅拌时间和加热温度，影响加工工艺的整体效率。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是传统光学玻璃加工工艺中去除玻璃液中气泡的耗费时间多且去除率不高。

为解决上述问题，本发明提供了一种光学玻璃低气泡的装置，包括熔炼炉，熔炼炉包括炉体，炉体内安装有提升摊铺装置，提升摊铺装置包括与炉体内腔底壁固定连接的圆筒部，圆筒部上部固定连接有与其一体成型的圆盘部，圆筒部内嵌套有螺旋提升辊，圆盘部上方通过支撑杆固定连接有与限位盘，圆盘部与限位盘相对一侧内部安装有界面加热装置，圆盘部与炉体内壁之间形成有供玻璃液回流的环形间隙，限位盘外侧设有刺破针，刺破针连接有安装筒，安装筒与螺旋提升辊连接，螺旋提升辊上端连接有驱动电机。

在上述光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺中，通过在熔炼过程中使用提升摊铺装置和界面加热装置将玻璃液进行循环提升，使得裹挟有气泡的玻璃液呈帘幕状摊铺在气液相界面位置，便于气泡快速逃逸，提高整体气泡去除率。

作为本申请进一步的改进，刺破针包括下端呈尖端的针筒，针筒靠近尖端位置固定连接有束缚盘，针筒开设有延伸至针筒上端面的竖直孔，针筒位于束缚盘内侧的圆周侧壁上开设有与竖直孔连通的进气孔；安装筒内设有带动刺破针上下旋动的驱动机构。

作为本申请进一步的改进，束缚盘开设有开口朝下的弧形凹槽，束缚盘与针筒一体成型。

作为本申请进一步的改进，圆筒部呈竖直空心圆筒状结构，圆筒部贯穿圆盘部并与其一体成型，圆筒部下部的圆周侧壁上开设有均匀分布的进料口，圆筒部上部与圆盘部连接位置设有出料口，炉体下部设有锥形腔。

作为本申请进一步的改进，限位盘为圆盘状结构且其中心轴线与圆筒部的中心轴线重合，限位盘与圆盘部之间形成有供玻璃液横向流动的扁平腔，扁平腔中心位置设有与螺旋提升辊固定连接的扩散轮。

作为本申请进一步的改进，炉体上部连通有抽气泵，炉体上端安装有延伸至炉体内部的气压传感器，抽气泵和气压传感器均连接有控制器。

作为本申请进一步的改进，驱动机构包括带动刺破针上下移动的上下组件以及带动刺破针转动的转动组件，上下组件包括固定套接在针筒上部的滑动盘，滑动盘外侧套设有与其竖直滑动连接的升降杆，升降杆一端与安装筒内壁滑动卡接；升降杆后端固定有卡接杆，卡接杆卡接有偏心槽盘，偏心槽盘固定连接有安装轴，安装轴一端与安装筒内壁转动连接，安装轴另一端固定连接有第一滚动齿轮，第一滚动齿轮外侧啮合有与安装筒内壁转动连接的齿轮盘，齿轮盘固定连接有延伸至安装筒外侧的传动轴，传动轴外端固定连接有第二滚动齿轮，第二滚动齿轮啮合有与炉体内壁固定连接的齿轮环。

作为本申请进一步的改进，转动组件包括固定套设在针筒下部的棱柱部，棱柱部外侧套设有与其滑动连接且与安装筒内壁转动连接的棱柱筒，棱柱筒外侧套接固定有蜗轮，蜗轮啮合有与安装筒内壁转动连接的蜗杆，蜗杆靠近齿轮盘一端固定连接有与其啮合的第三滚动齿轮。

一种光学玻璃低气泡的生产工艺，采用上述光学玻璃低气泡的装置，包括如下步骤：

步骤一，将光学玻璃原料投入到熔炼炉中进行加热熔融；

步骤二，将熔炼炉底部熔融后的玻璃液提升到玻璃液上部的气液界面位置并对提升后的玻璃液进行水平摊铺；

步骤三，对气液界面处摊铺后的玻璃液进行二次加热，使得玻璃液中的气泡受热膨胀加速破裂，进行高效的气泡去除作业；

步骤四，玻璃液去除气泡作业结束后，将玻璃液注入光学玻璃模具中，进行逐级退火冷却成型；

步骤五，将冷却成型后的光学玻璃进行拆模，拆模后进行打磨抛光，得到光学玻璃成品。

综上所述，本发明通过包括圆筒部和圆盘部的提升摊铺装置配合螺旋提升辊，将整个炉体内玻璃液循环提升到气液相界面位置，提高整体去除率，并通过限位盘和圆盘部配合使得玻璃液水平摊铺在气液相界面位置，扩大裹挟有气泡的玻璃液与气相的接触面积，提高气泡逃逸面积，同时利用界面加热装置对摊铺后的玻璃液进行二次加热，使得各种体积大小的气泡受热膨胀，加速气泡的逃逸，提高去除率。

附图说明

图1为本申请的流程图；

图2为本申请中熔炼炉的立体结构示意图；

图3为本申请中熔炼炉的剖视结构示意图；

图4为图3中A处的放大结构示意图；

图5为本申请中提升摊铺装置的剖视结构示意图；

图6为本申请中安装筒的装配结构示意图；

图7为本申请中玻璃液循环提升的状态示意图；

图8为本申请中刺破针的立体结构示意图；

图9为本申请中刺破针的剖视结构示意图；

图10为本申请中安装筒的内部结构示意图；

图11为本申请中驱动机构的立体结构示意图；

图12为气泡破裂后的状态示意图；

图13为本申请中采用刺破针刺入气泡的状态示意图；

图14为本申请中刺破针与气泡脱离的状态示意图。

图中标号说明：

1、炉体；2、提升摊铺装置；201、圆筒部；202、圆盘部；3、螺旋提升辊；4、限位盘；5、界面加热装置；6、刺破针；601、针筒；6011、竖直孔；6012、进气孔；602、束缚盘；603、滑动盘；604、棱柱部；7、安装筒；8、扩散轮；9、驱动电机；10、升降杆；11、弹簧；12、卡接杆；13、偏心槽盘；14、安装轴；15、第一滚动齿轮；16、齿轮盘；17、传动轴；18、第二滚动齿轮；19、棱柱筒；20、蜗轮；21、蜗杆；22、第三滚动齿轮；23、齿轮环；24、抽气泵；25、气压传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的两种实施例作详细说明。

实施例一

图1-7示出一种光学玻璃低气泡的装置，包括熔炼炉，熔炼炉包括炉体1，炉体1内安装有提升摊铺装置2，提升摊铺装置2包括与炉体1内腔底壁固定连接的圆筒部201，圆筒部201上部固定连接有与其一体成型的圆盘部202，圆筒部201内嵌套有螺旋提升辊3，圆盘部202上方通过支撑杆固定连接有与限位盘4，圆盘部202与限位盘4相对一侧内部安装有界面加热装置5，圆盘部202与炉体1内壁之间形成有供玻璃液回流的环形间隙，限位盘4外侧设有刺破针6，刺破针6连接有安装筒7，安装筒7与螺旋提升辊3连接，螺旋提升辊3上端连接有驱动电机9。

一种光学玻璃低气泡的生产工艺，采用上述光学玻璃低气泡的装置，包括如下步骤：

步骤一，将光学玻璃原料投入到熔炼炉中进行加热熔融；

步骤二，将熔炼炉底部熔融后的玻璃液提升到玻璃液上部的气液界面位置并对提升后的玻璃液进行水平摊铺；

步骤三，对气液界面处摊铺后的玻璃液进行二次加热，使得玻璃液中的气泡受热膨胀加速破裂，进行高效的气泡去除作业；

步骤四，玻璃液去除气泡作业结束后，将玻璃液注入光学玻璃模具中，进行逐级退火冷却成型；

步骤五，将冷却成型后的光学玻璃进行拆模，拆模后进行打磨抛光，得到光学玻璃成品。

具体的，请参阅图2和图6，在进行气泡去除作业时，启动熔炼炉内的加热装置，对玻璃原料进行加热熔融，通过控制玻璃原料量使得熔融后的玻璃液的液面与限位盘4的圆周侧壁接触，然后启动驱动电机9和界面加热装置5，驱动电机9带动螺旋提升辊3转动，将熔炼炉底部的玻璃液提升到圆盘部202上，并在限位盘4的导向作用下在圆盘部202上进行摊铺，使得处于气液界面处的玻璃液呈液幕状水平流动，使得摊铺在圆盘部202上的玻璃液处于气液界面处，便于玻璃液中的气泡膨胀逃逸，流经圆盘部202的玻璃液在后续玻璃液的推动和自身重力作用下通过环形间隙向下流动，实现玻璃液的循环提升和摊铺，使得玻璃液中裹挟的气泡均有机会流经气液界面处，便于气泡逃逸；同时，通过界面加热装置5对摊铺在圆盘部202上的玻璃液进行二次加热，使得摊铺在圆盘部202上的气泡受热膨胀，增大气泡内外的压差，进一步加速气泡的破裂，提高气泡去除速度；另外，螺旋提升辊3通过安装筒7带动刺破针6做圆周转动，刺破针6对膨胀后的气泡进行刺破，加速气体逃逸，更进一步的提高气泡去除速度。

相比传统的通过搅拌和加热配合方式去除气泡，本申请通过提升摊平装置将玻璃液进行循环提升，使得裹挟有气泡的玻璃液循环流经气液界面处，加速气泡的破裂逃逸；并通过限位盘4和圆盘部202配合实现玻璃液的水平摊铺流动，提高玻璃液在气液界面与气相的接触面积，提高逃逸速度，并通过界面加热装置5和刺破针6配合，对摊铺的玻璃液中的气泡进行二次加热，并对气进行针刺，进一步提高气泡破裂速度，提高去除气跑速度。

请参阅图4和图5，圆筒部201呈竖直空心圆筒状结构，圆筒部201贯穿圆盘部202并与其一体成型，圆筒部201下部的圆周侧壁上开设有均匀分布的进料口，圆筒部201上部与圆盘部202连接位置设有出料口，炉体1下部设有锥形腔。

具体的，通过在圆筒部201下部设有进料口以及下部呈锥形腔状的炉体，便于对玻璃液进行收集提升，并通过圆盘部202与炉体1内壁之间的环形间隙实现玻璃液循环提升和摊铺。

请参阅图5，限位盘4为圆盘状结构且其中心轴线与圆筒部201的中心轴线重合，限位盘4与圆盘部202之间形成有供玻璃液横向流动的扁平腔，扁平腔中心位置设有与螺旋提升辊3固定连接的扩散轮8。

具体的，当螺旋提升辊3将玻璃液提升到扁平腔的中心位置，随着螺旋提升辊3转动的扩散轮8产生的离心力推动玻璃液在扁平腔内水平扩散，进而推动玻璃液在圆盘部202上快速摊铺。

请参阅图3，炉体1上部连通有抽气泵24，炉体1上端安装有延伸至炉体1内部的气压传感器25，抽气泵24和气压传感器25均连接有控制器。

具体的，通过气压传感器25对炉体1上部的气压进行监测，由于玻璃液中的气体不断逃逸后进入到炉体1上部腔体内，使得气相的气压逐渐增大，不利于气泡的破裂，当控制器接收气压传感器25的气压值并将其与设定的阈值比较，当大于阈值时，控制器启动抽气泵24，降低气相的气压，使得气泡具有较大的内外压差，便于气泡的破裂。

在本实施例中，所述界面加热装置5为同心设置的加热丝，需要说明的是，炉体1下部嵌套有炉体加热丝。

实施例二

图8-14示出一种光学玻璃低气泡的装置及其生产工艺，在实施例一的基础上，刺破针6包括下端呈尖端的针筒601，针筒601靠近尖端位置固定连接有束缚盘602，针筒601开设有延伸至针筒601上端面的竖直孔6011，针筒601位于束缚盘602内侧的圆周侧壁上开设有与竖直孔6011连通的进气孔6012；安装筒7内设有带动刺破针6上下旋动的驱动机构。

具体的，请参阅图13和图14，当螺旋提升辊3带动安装筒7做圆周运动时，驱动机构带动刺破针6上下旋动，当刺破针6向下旋动与玻璃液表面的气泡接触时，针筒601***气泡内部同时束缚盘602与气泡表面接触，玻璃液气泡与束缚盘602内壁之间存在较大的接触面积，接触位置存在摩擦力和粘连作用力，使得气泡被尖端刺破位置的不会被快速撕裂变形；然后气泡内的气体通过进气孔6012进入到竖直孔6011内，使得气泡出现干瘪，同时伴随着刺破针6的向上旋动，气泡泡壁被刺破针6带动旋拧，使得气泡泡壁被旋拧成螺旋麻花状，进一步挤压干瘪后的气泡内气体使其从进气孔6012和竖直孔6011排出，使得气泡在不***破裂的情况下排出内部气体；再然后，随着刺破针6进一步的向上旋动，在离心力的作用下，刺破针6与拧成螺旋麻花状的玻璃液脱离。

传统的气泡破裂过程中，请参阅图12，气泡在内外部压差作用或刺破撕裂作用下，其内部气体从撕裂口逃逸后，当破裂气泡的内部压力再次小于外部压力容易在此形成小体积气泡，造成气泡去除不彻底的问题；本申请通过设有束缚盘602和排气结构的刺破针在刺破撕裂时，束缚盘602通过与气泡撕裂口周围的气泡泡壁具有较大的接触面积，使其停止继续撕裂而是通过进气孔6012和竖直孔6011进行排气，并在排气过程中，旋拧气泡泡壁使其呈螺旋麻花状的过程中不断挤压气泡内剩余气体，使得气泡排气更加彻底，并通过向上旋动动作脱离旋拧成麻花状的玻璃液，减少小气泡产生的可能性，减少气泡破裂后气体在玻璃液中的残留。

请参阅图1，束缚盘602开设有开口朝下的弧形凹槽，束缚盘602与针筒601一体成型。

具体的，通过开设有弧形凹槽的束缚盘602便于与气泡泡壁贴合对其进行束缚。

请参阅图8和图9，安装筒7为水平设置的空心圆筒，刺破针6竖直贯穿安装筒7并与其滑动连接。

请参阅图11，驱动机构包括带动刺破针6上下移动的上下组件以及带动刺破针6转动的转动组件，上下组件包括固定套接在针筒601上部的滑动盘603，滑动盘603外侧套设有与其竖直滑动连接的升降杆10，升降杆10一端与安装筒7内壁滑动卡接；升降杆10后端固定有卡接杆12，卡接杆12卡接有偏心槽盘13，偏心槽盘13固定连接有安装轴14，安装轴14一端与安装筒7内壁转动连接，安装轴14另一端固定连接有第一滚动齿轮15，第一滚动齿轮15外侧啮合有与安装筒7内壁转动连接的齿轮盘16，齿轮盘16固定连接有延伸至安装筒7外侧的传动轴17，传动轴17外端固定连接有第二滚动齿轮18，第二滚动齿轮18啮合有与炉体1内壁固定连接的齿轮环23。

具体的，螺旋提升辊3带动安装筒7做圆周运动，安装筒7带动刺破针6做圆周运动，同时，第二滚动齿轮18在齿轮环23上滚动，第二滚动齿轮18通过传动轴17带动齿轮盘16转动，齿轮盘16通过第一滚动齿轮15带动安装轴14转动，安装轴14带动偏心槽盘13转动，偏心槽盘13通过卡接杆12带动升降杆10上下移动，升降杆10带动滑动盘603和与其连接的刺破针6上下移动。

请参阅图10，升降杆10内开设有供滑动盘603上下移动的竖直滑动腔，竖直滑动腔内设有与滑动盘603抵接的弹簧11。

具体的，弹簧11使得刺破针6在竖直方向上存在移动冗余，避免刺破针6与圆盘部202接触。

请参阅图11，转动组件包括固定套设在针筒601下部的棱柱部604，棱柱部604外侧套设有与其滑动连接且与安装筒7内壁转动连接的棱柱筒19，棱柱筒19外侧套接固定有蜗轮20，蜗轮20啮合有与安装筒7内壁转动连接的蜗杆21，蜗杆21靠近齿轮盘16一端固定连接有与其啮合的第三滚动齿轮22。

具体的，齿轮盘16通过第三滚动齿轮22带动蜗杆21转动，蜗杆21通过蜗轮20带动棱柱筒19转动，棱柱筒19通过棱柱部604带动刺破针6转动，便于实现对气泡泡壁的扭转旋拧。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光学玻璃低气泡的装置，包括熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉包括炉体（1），炉体（1）内安装有提升摊铺装置（2），提升摊铺装置（2）包括与炉体（1）内腔底壁固定连接的圆筒部（201），圆筒部（201）上部固定连接有与其一体成型的圆盘部（202），圆筒部（201）内嵌套有螺旋提升辊（3），圆盘部（202）上方通过支撑杆固定连接有限位盘（4），圆盘部（202）与限位盘（4）相对一侧内部安装有界面加热装置（5），圆盘部（202）与炉体（1）内壁之间形成有供玻璃液回流的环形间隙，限位盘（4）外侧设有刺破针（6），刺破针（6）连接有安装筒（7），安装筒（7）与螺旋提升辊（3）连接，螺旋提升辊（3）上端连接有驱动电机（9）；

所述刺破针（6）包括下端呈尖端的针筒（601），针筒（601）靠近尖端位置固定连接有束缚盘（602），束缚盘（602）开设有开口朝下的弧形凹槽，束缚盘（602）与针筒（601）一体成型，针筒（601）开设有延伸至针筒（601）上端面的竖直孔（6011），针筒（601）位于束缚盘（602）内侧的圆周侧壁上开设有与竖直孔（6011）连通的进气孔（6012）；所述安装筒（7）内设有带动刺破针（6）上下旋动的驱动机构；

所述圆筒部（201）呈竖直空心圆筒状结构，圆筒部（201）贯穿圆盘部（202）并与其一体成型，圆筒部（201）下部的圆周侧壁上开设有均匀分布的进料口，圆筒部（201）上部与圆盘部（202）连接位置设有出料口，炉体（1）下部设有锥形腔；

所述限位盘（4）为圆盘状结构且其中心轴线与圆筒部（201）的中心轴线重合，限位盘（4）与圆盘部（202）之间形成有供玻璃液横向流动的扁平腔，扁平腔中心位置设有与螺旋提升辊（3）固定连接的扩散轮（8）。

2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃低气泡的装置，其特征在于，所述炉体（1）上部连通有抽气泵（24），炉体（1）上端安装有延伸至炉体（1）内部的气压传感器（25），抽气泵（24）和气压传感器（25）均连接有控制器。

3.根据权利要求1所述的一种光学玻璃低气泡的装置，其特征在于，所述驱动机构包括带动刺破针（6）上下移动的上下组件以及带动刺破针（6）转动的转动组件，上下组件包括固定套接在针筒（601）上部的滑动盘（603），滑动盘（603）外侧套设有与其竖直滑动连接的升降杆（10），升降杆（10）一端与安装筒（7）内壁滑动卡接；升降杆（10）后端固定有卡接杆（12），卡接杆（12）卡接有偏心槽盘（13），偏心槽盘（13）固定连接有安装轴（14），安装轴（14）一端与安装筒（7）内壁转动连接，安装轴（14）另一端固定连接有第一滚动齿轮（15），第一滚动齿轮（15）外侧啮合有与安装筒（7）内壁转动连接的齿轮盘（16），齿轮盘（16）固定连接有延伸至安装筒（7）外侧的传动轴（17），传动轴（17）外端固定连接有第二滚动齿轮（18），第二滚动齿轮（18）啮合有与炉体（1）内壁固定连接的齿轮环（23）。

4.根据权利要求3所述的一种光学玻璃低气泡的装置，其特征在于，所述转动组件包括固定套设在针筒（601）下部的棱柱部（604），棱柱部（604）外侧套设有与其滑动连接且与安装筒（7）内壁转动连接的棱柱筒（19），棱柱筒（19）外侧套接固定有蜗轮（20），蜗轮（20）啮合有与安装筒（7）内壁转动连接的蜗杆（21），蜗杆（21）靠近齿轮盘（16）一端固定连接有与其啮合的第三滚动齿轮（22）。

5.一种光学玻璃低气泡的生产工艺，采用如权利要求1所述的光学玻璃低气泡的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将光学玻璃原料投入到熔炼炉中进行加热熔融；

步骤二，将熔炼炉底部熔融后的玻璃液提升到玻璃液上部的气液界面位置并对提升后的玻璃液进行水平摊铺；

步骤三，对气液界面处摊铺后的玻璃液进行二次加热，使得玻璃液中的气泡受热膨胀加速破裂，进行高效的气泡去除作业；

步骤四，玻璃液去除气泡作业结束后，将玻璃液注入光学玻璃模具中，进行逐级退火冷却成型；

步骤五，将冷却成型后的光学玻璃进行拆模，拆模后进行打磨抛光，得到光学玻璃成品。