專利名稱：：電熔窯精澄清裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及電熔窯玻璃熔化技術中的澄清裝置，該實用新型特別適合硼硅玻璃、鋁硅玻璃、低堿玻纖、電子顯示玻璃等玻璃的生產(chǎn)，這些玻璃的特點是粘度高及表面張力大，氣泡很難從玻璃液內(nèi)排除干凈，因此在玻璃熔化過程中很難獲得滿意的玻璃澄清質(zhì)量，所以成形的玻璃制品外觀呈現(xiàn)較多氣泡缺陷，通過本實用新型充分地解決了電熔窯熔化玻璃過程中的玻璃精澄清問題，可以達到光學級玻璃氣泡控制水平。
背景技術：
：玻璃熔化是一個非常復雜的過程，它包括一系列物理化學反應。這些反應的結(jié)果是使各種原料的機械混合物變成化學結(jié)合的均勻玻璃液。玻璃熔化過程中有時還會產(chǎn)生許多缺陷如氣泡、結(jié)石、條紋等，這些缺陷都是影響玻璃質(zhì)量的主要因素。玻璃液的澄清過程是玻璃熔化過程中極其重要的環(huán)節(jié)，它與玻璃制品質(zhì)量密切相關。在硅酸鹽反應與玻璃形成過程中，由于配合料的分解、某些組份的揮發(fā)、配合料的氧化還原反應、玻璃與氣體介質(zhì)以及與耐火材料的相互作用等過程都會產(chǎn)生大量氣體。其中大部分氣體將從玻璃液逸出，剩余的部分氣體將溶解于玻璃液中并與其中某種成分重新形成化合物。因此，存在于玻璃中的氣體主要有三種狀態(tài)，即可見氣泡、溶解的氣體、化學結(jié)合的氣體。玻璃的澄清過程主要是排除可見氣泡的過程，從形式上看，此過程是一個簡單的流體力學過程，實質(zhì)上它是一個復雜的物理化學過程。影響玻璃澄清主要因素有玻璃粘度和玻璃液氣體分壓有關。隨著玻璃熔化技術的發(fā)展，玻璃的電熔化技術除在傳統(tǒng)鈉鈣玻璃上得到廣泛應用，越來越多地在一些特種玻璃體系(如硼硅玻璃、鋁硅玻璃、低堿玻纖、電子顯示玻璃)上得到廣泛應用，這樣解決了傳統(tǒng)火焰爐熔解溫度不足的情況，同時降低煙塵排放量，但是玻璃電熔窯多以垂直熔化為主要特征，即在電熔窯的熔化池內(nèi)玻璃液是從上向下流動，而普通火焰玻璃池窯是以水平熔化為主，玻璃內(nèi)氣泡澄清排出深度一般小于1米，而在電熔窯熔化過程中，熔化池的垂直高度一般在2米左右，在熔化池內(nèi)配合料要完成硅酸鹽形成和玻璃形成，因為玻璃氣泡排出方向是向上的，而玻璃液流方向是向下的，兩者方向相反，因此，會導致玻璃分解的氣體和熔解的氣體很難在電熔窯的熔化池內(nèi)排除干凈，這是造成人們普遍認為電熔窯玻璃熔化質(zhì)量不高的主要原因。目前，電熔窯的熔化工藝過程為配合料在熔化池內(nèi)形成玻璃液，通過流液洞和上升道進入水平供料道，再經(jīng)過適當?shù)臏囟日{(diào)整，達到玻璃成形溫度(粘度)要求后即進行供料。致使玻璃液在熔化池內(nèi)沒有得到徹底澄清，直接供給了成形機械，導致最終的玻璃制品內(nèi)含有較多的小氣泡，甚至是大氣泡，主要原因在于玻璃液進入到供料道的粘度已經(jīng)在l(f5—3'8dPas左右，在此玻璃粘度條件下，玻璃液內(nèi)的氣體排出是很困難的，所以在電熔窯熔化池內(nèi)沒有得到充分澄清的玻璃氣泡被永久地保留在玻璃中。為了更好地實現(xiàn)電熔窯玻璃澄清，達到高質(zhì)量玻璃要求，本實用新型充分地利用3水平澄清池降低玻璃粘度，促進氣泡排出；利用鼓泡裝置和減壓罩來降低玻璃內(nèi)氣體分壓，通過這些綜合技術措施來實現(xiàn)玻璃精澄清要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于，提供一種適用于電熔窯玻璃精澄清方法和裝置，可以實現(xiàn)電熔窯熔化高質(zhì)量玻璃的要求，可以應用鈉鈣玻璃、鋁硅玻璃、硼硅玻璃、低堿玻纖、電子顯示玻璃等體系，更好地服務于電子顯示、生物工程、光伏產(chǎn)業(yè)、玻璃纖維等領域所需高質(zhì)量玻璃。本實用新型人進行了大量基礎研究工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)普通的電熔窯的熔化方法和裝置很難將玻璃液內(nèi)氣泡排除干凈，不能達到光學級玻璃氣泡控制水平，光學級玻璃氣泡控制水平要求氣泡直徑小于0.2mm，氣泡數(shù)量小于5個/公斤玻璃成品。本實用新型利用在供料道上設置淺澄清池提高玻璃熔化溫度降低玻璃粘度，利用鼓泡和減壓罩來降低玻璃液中的氣體分壓。在這些方法以及裝置的保障前提下可實現(xiàn)玻璃的精澄清。本實用新型提供適用于玻璃電熔窯的精澄清方法和裝置是由連接于上升道的澄清池、澄清池內(nèi)的設置鼓泡裝置，在澄清池后面的供料道上設置的減壓罩所組成的。澄清池面積為熔化池面積的20%50%為宜，如果面積小于20%將得不到有效澄清，如果面積大于50%玻璃液更新時間過長，澄清質(zhì)量變差，另外浪費能源。澄清池寬度為供料道寬度的1.53.0倍，深度控制在300800mm，澄清池的玻璃粘度控制在1025dPas左右，澄清池加熱方式可以采用底插電極、側(cè)插電極、澄清池頂部輻射方式。澄清池內(nèi)的鼓泡裝置利用耐熱噴嘴向熔化的玻璃液中鼓入氣體，可促進玻璃液的澄清和均化。溶解于玻璃液中的氣體，可以擴散到鼓入的氣泡中，使之不斷增大。利用噴嘴向玻璃液鼓入氣泡吸收玻璃液中小氣泡原理。同時隨著氣泡的表面積增大，亦擴大了擴散面積，可加速玻璃液中的氣泡擴散過程。在玻璃液底層鼓入一定壓力的氣體，并控制氣泡的大小和頻率，該氣體在高溫玻璃液內(nèi)膨脹成氣泡，逐漸上升擴大，最后在玻璃液面逸出，該過程可帶走較小的氣泡，強化澄清過程。鼓泡作業(yè)可使用連續(xù)式或間歇式兩種方法。減壓罩是在澄清池后的供料道是設置的裝置，該裝置長度5001500mm，寬度與供料道相同，減壓罩上部設有排氣孔，減壓罩材質(zhì)是耐氧化、耐高溫、不污染玻璃液的材料。減壓罩浸入玻璃液深度大于30mm為宜，此時減壓罩內(nèi)玻璃粘度在103°dPas左右為宜，通過真空泵來控制減壓罩內(nèi)壓力穩(wěn)定，通過真空計來測量，真空計表壓在-lOOPa-300003，這樣玻璃液內(nèi)所含有的微小氣泡由于氣體分壓大于罩內(nèi)氣體分壓，氣體會從玻璃液中溢出。經(jīng)減壓罩澄清的玻璃液經(jīng)過10002000mm長供料道的穩(wěn)定和溫度調(diào)節(jié)即可進入到成形供料裝置。本實用新型目的在于，提供一種適用于電熔窯玻璃精澄清方法和裝置，可以實現(xiàn)電熔窯熔化高質(zhì)量玻璃的要求，可以應用鈉鈣玻璃、鋁硅玻璃、硼硅玻璃、低堿玻纖、電子顯示玻璃等體系，更好地服務于電子顯示、生物工程、光伏產(chǎn)業(yè)、玻璃纖維等領域所需高質(zhì)量玻璃。[0018]本實用新型進行了大量基礎研究工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)普通的電熔窯的熔化工藝(方法)和裝置很難將玻璃液內(nèi)氣泡排除干凈，不能達到光學級玻璃氣泡控制水平，光學級玻璃氣泡控制水平要求氣泡直徑小于0.2mm，氣泡數(shù)量小于5個/公斤玻璃成品。本實用新型提供的電熔窯精澄清裝置，依次包括熔化池、流液洞、上升道、供料道，其特征在于上升道、供料道之間設置帶有加熱裝置的澄清池，該澄清池內(nèi)設有外接鼓泡裝置的鼓泡管；澄清池之后的供料道內(nèi)設置減壓罩，該減壓罩外接有抽真空裝置。進一步，澄清池面積為熔化池面積的20%50%為宜，小于20%將得不到有效澄清，大于50%獲得不了玻璃液的有效更新和澄清效果。寬度為供料道的1.53.0倍為宜，澄清池寬度為供料道寬度1.5倍以上，目的為了降低玻璃液的流動速度，延長玻璃液在澄清池的滯留時間；控制澄清池寬度為供料道寬度3.0倍以下，目的為了減小澄清池與供料道銜接處的死角區(qū)面積，保持玻璃液適度的流動速度。澄清池深度控制在300800mm，澄清池深度小于300mm，會導致澄清池內(nèi)玻璃液儲存量較少，玻璃液澄清池內(nèi)的澄清均化時間不足，不能達到有效澄清效果；澄清池深度大于800mm，會導致澄清池池底玻璃液溫度過低，出現(xiàn)池底玻璃液滯留層，會影響玻璃條紋出現(xiàn)。進一步，減壓罩長度5001500mm，寬度與供料道相同，可以最大限度地減少減壓罩與供料道內(nèi)橫向溫差，并且可克服因減壓罩不能覆蓋供料道寬度，所導致的供料道邊部含有氣泡玻璃液流入下游，最終進入到成形供料裝置內(nèi)，造成含有氣泡的玻璃缺陷。減壓罩內(nèi)的玻璃液中的氣泡排出是需要時間的，玻璃液在流動過程中，氣泡受減壓罩內(nèi)分壓減小作用，氣泡逐步上升，如果減壓罩長度小于500mm，氣泡不能有效排出；如果減壓罩長度大于1500mm，增加減壓罩制造成本和安裝固定難度，另外也會導致減壓罩內(nèi)玻璃溫度下降低于玻璃成形溫度，這樣必然會在減壓罩之后的供料道進行再次加熱調(diào)整，因此會有產(chǎn)生二次氣泡危險。應用所述的裝置進行電熔窯精澄清的方法，其特征在于首先，在電熔窯熔化池內(nèi)熔化玻璃，熔化池內(nèi)玻璃液經(jīng)流液洞、上升道進入到澄清池澄清處理，通過澄清池內(nèi)的加熱裝置控制溫度以及鼓泡管向澄清池內(nèi)通入氣體，保持玻璃液粘度為102°103°dPas;經(jīng)澄清池澄清處理的玻璃液進入供料道內(nèi)的減壓罩，通過該減壓罩外接抽真空裝置減壓，保持減壓罩內(nèi)壓力在-lOOPa-300003，使得玻璃液粘度103°104°dPas。經(jīng)減壓罩澄清的玻璃液再經(jīng)過10002000mm供料道即可進入到成形供料裝置。進一步，減壓罩下部浸入玻璃液深度大于30mm，因為減壓罩內(nèi)為負壓環(huán)境，在減壓澄清作用下，減壓罩周邊的玻璃液會向減壓罩內(nèi)遷移，減壓罩內(nèi)液高于平衡液面，而減壓罩外液面低于平衡液面，如果浸入玻璃液深度小于30mm會導致氣體漏入減壓罩內(nèi)，破壞減壓澄清效果。本實用新型利用在供料道建立淺澄清池提高玻璃熔化溫度降低玻璃粘度，利用鼓泡和減壓罩來實現(xiàn)降低玻璃液中的氣體分壓。在這些方法以及裝置的保障前提下可實現(xiàn)玻璃的精澄清。本實用新型提供適用于玻璃電熔窯的精澄清方法和裝置是由連接于上升道的澄清池、澄清池內(nèi)的鼓泡裝置、供料道上減壓罩所組成的。澄清池面積為熔化池面積的20%50%，寬度為供料道的1.53.0倍，深度控制在300800mm，澄清池加熱方式可以采用底插電極、側(cè)插電極、澄清池頂部輻射。[0028]澄清池內(nèi)的鼓泡裝置利用耐熱噴嘴向玻璃液中鼓入氣體，可促進玻璃液的澄清和均化。溶解于玻璃液中的氣體，可以擴散到鼓入氣泡中，使之增大，最終浮出玻璃液表面破碎。鼓泡作業(yè)可使用連續(xù)式或間歇式兩種方法。減壓罩是在澄清池后的供料道內(nèi)設置的裝置，該裝置長度5001500mm，寬度與供料道相同即可，它是個上部具有排氣管的無底金屬罩，金屬罩材質(zhì)是耐氧化、不污染玻璃液鉑金屬、鉬銠合金等。減壓罩下部浸入在玻璃液深度大于30mm，通過真空泵保持罩內(nèi)壓力在-lOOPa-300003，這樣玻璃液內(nèi)所含有的微小氣泡由于氣體分壓大于罩內(nèi)氣體分壓，氣體從玻璃液中溢出。本實用新型效果本實用新型分別對硼硅玻璃、鋁硅玻璃、低堿玻纖等玻璃體系進行效果評價，這些玻璃體系的共同特點是粘度高及表面張力大，氣泡很難從玻璃液內(nèi)排除干凈，因此在玻璃熔化過程中很難獲得滿意的澄清質(zhì)量，所以成型的玻璃制品外觀呈現(xiàn)較多氣泡缺陷，通過采用本實用新型的精澄清方法與裝置，可以控制氣泡直徑小于O.2mm，氣泡數(shù)量小于5個/公斤玻璃，可以達到光學級玻璃氣泡控制水平要求。而沒有采取精澄清方法和裝置的電熔窯氣泡直徑在0.20.8mm范圍內(nèi)，氣泡數(shù)量大于11個/公斤玻璃，氣泡直徑小于0.2mm大于12個/公斤玻璃。具體情況參見實施例1實施例3。圖1是電熔窯的精澄清裝置主視圖。圖2是電熔窯的精澄清裝置在A-A剖面上的俯視圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖標記說明本實用新型提供的電熔窯精澄清裝置，依次包括熔化池l、流液洞2、上升道3進入到澄清池4，澄清池加熱采用底插電極、側(cè)插電極、澄清池頂部輻射。在澄清池安裝鼓泡管5，采用金屬管11將減壓罩6上的排氣管7與真空泵13連接，排氣管四周采用冷卻管10冷卻，控制空真表12壓為-100-30000Pa，然后再經(jīng)過10002000mm的水平供料道8。實施例1首先，在電熔窯熔化池內(nèi)熔化含氧化鋁達到17%的鋁硅玻璃(玻璃化學組成wt%):Si0260.2、A120317.3、CaO0.5、MgO4.0、Na2014.5、K203.5，熔化池內(nèi)玻璃液最高溫度達到164(TC，然后經(jīng)流液洞、上升道進入到澄清池，澄清池面積為熔化池面積的35%，池深600mm，澄清池寬度是供料道寬度的2倍，在澄清池前部采用兩排底插鉬電極供電，玻璃粘度1025dPas(溫度為1560°C)，在靠近澄清池三分之二的部位安裝一排池底鼓泡管，采用脈沖鼓泡方式控制通入玻璃液的氣泡，經(jīng)澄清池澄清處理的玻璃液進入供料道的鉑金減壓罩內(nèi)，減壓罩頂部設置排氣管，采用金屬管將減壓罩的排氣管與真空泵連接，排氣管四周采用冷卻管冷卻，控制真空計表壓為-lOOOOPa，減壓罩浸入玻璃液深度80mm，玻璃液粘度1035dPas(溫度為1280°C)，然后再經(jīng)過1500mm的水平供料道將玻璃液粘度調(diào)整為104dPas(溫度為1205°C)，將該處玻璃液進行取樣并退火冷卻，然后切割成邊長40mm正方體3塊，進行表面拋光，在20倍體視顯微鏡觀察，統(tǒng)計氣泡數(shù)量和測量氣泡直徑，最終結(jié)果如表1所示，其中比較例1為未采取本實用新型所述裝置，其它部位和裝置與實施例1相同，并且采取工藝制度和相同玻璃組成進行熔化后的氣泡狀況，從結(jié)果來看，實施例1的鋁硅玻璃澄清效果好于比較例1。表1鋁硅玻璃澄清質(zhì)量比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>[0039]實施例2首先，在電熔窯熔化池內(nèi)熔化含氧化硼為12.5%的派來克斯硼硅玻璃(玻璃化學組成wt^):Si0280.5、A12032.5、B20312.5、Na204.5，熔化池內(nèi)玻璃液最高溫度達到1680°C，然后經(jīng)流液洞和上升道進入到澄清池，澄清池面積為熔化池面積的20%，池深300mm，澄清池寬度是供料道寬度的3倍，在澄清池前部采用兩排底插鉬電極供電，玻璃粘度10"dPa's(溫度為1590°C)，在靠近澄清池三分之二的部位安裝一排池底鼓泡管，采用連續(xù)鼓泡方式控制通入玻璃液的氣泡，經(jīng)澄清池澄清處理的玻璃液進入供料道內(nèi)的鉑金減壓罩內(nèi)，減壓罩頂部設置排氣管，采用金屬管將減壓罩上的排氣管與真空泵連接，排氣管四周采用冷卻管冷卻，控制真空計表壓為-lOOPa，減壓罩浸入玻璃液深度120mm，玻璃液粘度1035dPas(溫度為1350°C)，然后再經(jīng)過2000mm的水平供料道溫度調(diào)節(jié)，將玻璃液粘度調(diào)整為104dPas(溫度為1250°C)，將該處玻璃液進行取樣并退火冷卻，然后切割成邊長40mm正方體3塊，進行表面拋光，在20倍體視顯微鏡觀察，統(tǒng)計氣泡數(shù)量和測量氣泡直徑，最終結(jié)果如表2所示，其中比較例2為未采取本實用新型所述方法和裝置，其它部位和裝置與實施例2相同，并且采取工藝制度和相同玻璃組成進行熔化后的氣泡狀況，從結(jié)果來看，實施例2的鋁硅玻璃澄清效果好于比較例2。表2派來克斯硼硅玻璃澄清質(zhì)量比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>[0043]實施例3首先，在電熔窯熔化池內(nèi)熔化低堿玻纖(玻璃化學組成wt%):Si0273.5、A12030.5、B20322.5、Na202.0、MgO0.5，熔化池內(nèi)玻璃液最高溫度達到1540°C，然后經(jīng)流液洞、上升道進入到澄清池，澄清池面積為熔化池面積的50%，池深800mm，澄清池寬度是供料道寬度的1.5倍，在澄清池前部采用兩排底插鉬電極供電，玻璃粘度1028dPa*s(溫度為1460°C)，在靠近澄清池三分之二的部位安裝兩排池底鼓泡管，采用連續(xù)方式控制通入玻璃液的氣泡，經(jīng)澄清池澄清處理的玻璃液進入供料道的鉑金減壓罩內(nèi)，減壓罩頂部設置排氣管，采用金屬管將減壓罩上的排氣管與真空泵連接，排氣管四周采用冷卻管冷卻，控制真空計表壓為-30000Pa，減壓罩浸入玻璃液深度30mm，玻璃液粘度1035dPas(溫度為1180°C)，然后再經(jīng)過1000mm的水平供料道，將玻璃液粘度調(diào)整為104dPas(溫度為1125°C)，將該處玻璃液進行取樣并退火冷卻，然后切割成邊長40mm正方體3塊，進行表面拋光，在20倍體視顯微鏡觀察，統(tǒng)計氣泡數(shù)量和測量氣泡直徑，最終結(jié)果如表3所示，其中比較例3為未采取本實用新型所述方法和裝置，其它部位和裝置與實施例3相同，并且采取工藝制度和相同玻璃組成進行熔化后的氣泡狀況，從結(jié)果來看，實施例3的鋁硅玻璃澄清效果好于比較例3。表3低堿玻纖澄清質(zhì)量比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求電熔窯精澄清裝置，依次包括熔化池、流液洞、上升道、供料道，其特征在于上升道、供料道之間設置帶有加熱裝置的澄清池，該澄清池內(nèi)設有外接鼓泡裝置的鼓泡管；澄清池之后的供料道內(nèi)設置減壓罩，該減壓罩外接有抽真空裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于澄清池面積為熔化池面積的20%50%，寬度為供料道的1.53.0倍，深度控制在300800mm。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于減壓罩長度5001500mm，寬度與供料道相同。專利摘要本實用新型提供一種適用電熔窯的精澄清裝置，依次包括熔化池、流液洞、上升道、供料道，其特征在于上升道、供料道之間設置帶有加熱裝置的澄清池，該澄清池內(nèi)設有外接鼓泡裝置的鼓泡管；澄清池之后的供料道內(nèi)設置減壓罩，該減壓罩外接有抽真空裝置。減壓罩之后連接供料道。經(jīng)本實用新型的精澄清裝置，玻璃制品的氣泡直徑小于0.2mm，氣泡數(shù)量≤5個/1000g玻璃，達到光學玻璃熔化質(zhì)量水平。文檔編號C03B5/225GK201458950SQ20092010743公開日2010年5月12日申請日期2009年4月17日優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日發(fā)明者孫詩兵,龐建,張港,張磊,田英良申請人:北京工業(yè)大學