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CN107140810B - 一种二次澄清的光学玻璃制造方法 - Google Patents

一种二次澄清的光学玻璃制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学玻璃制备技术领域，尤其是涉及一种二次澄清的光学玻璃制造方法，将玻璃原料投入熔化部中，所述熔化部内垂直或水平依次设有至少2个加热区，每个所述加热区内均设有电极，所述玻璃原料依次经至少2个加热区进行预热熔化、初步澄清，最后经铂金导流管流入澄清部进行二次澄清。本发明工艺简单，成本较低，熔化部除熔化功能外，还具有初步澄清功能，进入澄清部进行第二次澄清，可将玻璃液内的气泡排出干净，获得满意的澄清质量，达到高品质光学玻璃气泡标准(360mm*160mm*20mm玻璃在35W射灯检测下，肉眼可见直径大于0.02mm的气泡不大于1个)，可提高光学玻璃的光学均匀性。

Description

一种二次澄清的光学玻璃制造方法
技术领域
本发明属于光学玻璃制备技术领域，尤其是涉及一种二次澄清的光学玻璃制造方法。
背景技术
玻璃熔化是一个非常复杂的过程，它包括一系列物理化学反应。这些反应的结果是使各种原料的机械混合物变成化学结合的均匀玻璃液。玻璃熔化过程中有时还会产生许多缺陷如气泡、结石、条纹等，这些缺陷都是影响玻璃质量的主要因素。
玻璃液的澄清过程主要是排除可见气泡的过程，是玻璃熔化过程中极其重要的环节，它与玻璃制品质量密切相关。在硅酸盐反应与玻璃形成过程中，由于配合料的分解、某些组份的挥发、配合料的氧化还原反应、玻璃与气体介质以及与耐火材料的相互作用等过程都会产生大量气体。其中大部分气体将从玻璃液逸出，剩余的部分气体将溶解于玻璃液中并与其中某种成分重新形成化合物。因此，存在于玻璃中的气体主要有三种状态，即可见气泡、溶解的气体、化学结合的气体。
随着玻璃熔化技术的发展，玻璃的电熔化技术除在传统钠钙玻璃上得到广泛应用，越来越多地在一些特种玻璃体系(如硼硅玻璃、铝硅玻璃、低碱玻纤、电子显示玻璃)上得到广泛应用。
目前，已知现有连续熔制窑炉的熔化部部分只有熔化功能，没有设计初步澄清功能，气泡的澄清全部依靠澄清部完成，澄清部设计尺寸和温度要求相对较高，因澄清部尺寸变大和温度变高原因，生产大粘度的玻璃时，澄清部气泡排除难度大及容器材料对玻璃内在质量影响风险增高；或是已知现有连续熔制窑炉的熔化部，部分也设计有澄清功能，但熔化部和澄清部分割不明显，澄清不充分(料道只是降温作用)，难易达到高品质玻璃气泡标准(360*160*20玻璃在35W射灯检测下，肉眼可见直径大于0.02的气泡不大于1个)；或是已知现有连续熔制窑炉的熔化部，部分也有初步澄清功能，也设计有二次澄清的澄清部，但二者之间设计有上升道，玻璃液在上升的过程是个降温的过程，无论是铂金上升道还是AZS耐火材料上升道，为了保证二次澄清的澄清部的高温，需要对上升道玻璃液加热，这样铂金的故障率或耐火材料的腐蚀都会加重，尤其后者，影响窑炉寿命，并对玻璃内在气泡质量起副作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种成本低，澄清彻底，光学玻璃内在质量更好，品质更高的二次澄清的光学玻璃制造方法。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案是提供一种二次澄清的光学玻璃制造方法，将玻璃原料投入熔化部中，所述熔化部内垂直或水平依次设有至少2个加热区，每个所述加热区内均设有电极，所述玻璃原料经所述加热区中的第一个加热区进行预热熔化形成玻璃液，所述第一加热区的温度为1350-1400度，所述玻璃液再经所述加热区中的第二个加热区进行初步澄清，所述第二个加热区的温度为1450-1490度，所述玻璃液在所述熔化部的停留时间为48-60小时，最后经铂金导流管流入澄清部进行二次澄清，所述玻璃液在所述澄清部的停留时间为1-6小时。
作为一种改进，所述熔化部和澄清部呈阶梯分布，所述熔化部位于所述澄清部的上方。
作为一种改进，所述铂金导流管设有2-4个导流控温区。
作为一种改进，所述铂金导流管设于距离所述熔化部底部100-200mm的位置。
作为一种改进，所述澄清部设有2-3个澄清控温区，所述澄清控温区内设有电极。
作为一种改进，所述澄清部的后端设有铂金连通管、铂金搅拌器和铂金均化池，所述铂金搅拌器设于所述铂金均化池内，所述铂金连通管与所述铂金均化池连通，所述铂金连通管上设有液位监测孔。
作为进一步地改进，所述铂金导流管设有多个铂金导流支管，每个所述铂金导流支管均连通一个澄清部。
作为进一步地改进，所述熔化部内设有3个加热区，每个所述加热区内均设有测温点，所述电极设在所述熔化部的侧部或底部，所述熔化部的顶部设有盖顶，所述熔化部的底部设有鼓泡器，所述熔化部沿长度方向的中后部设有窑坎，所述熔化部的底部或侧部设有电助熔。
作为进一步地改进，所述玻璃液的上部设有粉料层。
优选的，所述熔化部为正方形、六边形或长方形。
本发明的有益效果是：
本发明提供的二次澄清的光学玻璃制造方法，其工艺简单，成本较低，玻璃原料经第一个加热区加热熔化后形成玻璃液，玻璃液进入第二个加热区达到澄清温度后，玻璃原料中的部分澄清剂释放出氧气，氧气可将玻璃液中的气泡带走，达到初步澄清的目的，熔化部除熔化功能外，还具有初步澄清功能，经初步澄清的玻璃液经铂金导流管导流入澄清部，可延长熔化部和澄清部的使用寿命，在澄清部进行第二次澄清，可将玻璃液内的气泡排出干净，获得满意的澄清质量，达到高品质光学玻璃气泡标准(360mm*160mm*20mm玻璃在35W射灯检测下，肉眼可见直径大于0.02mm的气泡不大于1个)，可提高光学玻璃的光学均匀性。
附图说明
图1是本发明实施例的熔化部和澄清部的侧视图；
图2是本发明实施例的熔化部和澄清部的俯视图；
其中，1-熔化部，2-盖顶，3-粉料层，4-铂金导流管，5-澄清部，6-液位监测孔，7-铂金搅拌器，8-铂金均化池，9-铂金连通管，10-上电极，11-上电极测温点，12-中电极，13-中电极测温点，14-下电极，15-下电极测温点，16-碳棒。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种二次澄清的光学玻璃制造方法，其所使用的设备包括熔化部1和澄清部5，熔化部1和澄清部5呈阶梯分布，并且是分开的，二者之间通过铂金导流管4导流玻璃液。优选的，熔化部1的面积6平方米，深度2米；澄清部5的长度6米(前部宽750，长4.2米，后部宽950，长度1.8米)，
熔化部1的顶部设有盖顶2，熔化部1内设有2-3个加热区，图1中示出的是3个加热区，即第一加热区、第二加热区和第三加热区，每个加热区内均设有电极和测温点，第一加热区、第二加热区和第三加热区分别对应设有上电极10、上电极测温点11、中电极12、中电极测温点13、下电极14和下电极测温点15，第一加热区的温度优选为1350-1400度，第二加热区的温度优选为1450-1490度，第三加热区的温度优选为1300-1400度。
根据不同的配方的要求，电极可以选择钼电极、锡电极和铂金电极，利用焦耳热的原理，采用二相或三相供电，直接加热玻璃液，达到熔化部1的2至3个加热区需要的玻璃液温度，从而达到玻璃原料预热熔化、初步澄清的功能；对于K类光学玻璃，首选钼电极；对于F类、环保F类磷酸盐玻璃光学玻璃，首选锡电极；对于高质量和高透过率的光学玻璃，首选铂金电极。
如图2所示，熔化部1的形状可为六边形，还可为正方形、长方形等其他多边形。对于熔化温度1400度以下，首选锡电极，首选二相供电方式，沿高度方向首选三个加热区，电极优先选择侧插；对于六边形或多边形，首选钼电极加热，可以选三相和二相供电，电极可以选择侧插或底插，优先选择侧插；对于钠钙硅玻璃，也可选择正方形熔化部，电极优先选择侧插，二相供电，可选择尖端导电和侧部导电方式，优先选择侧部导电方式。
如图1所示，盖顶2与玻璃液之间的空间可进行加热，加热方式可采用冷顶、火焰加热、碳棒和硅钼棒等方式，对于垂直熔化的熔化部优选冷顶方式，即玻璃液的上部设有粉料层3，玻璃原料在高温下熔化成玻璃液后直接作为焦尔热效应的电导体，靠玻璃液自身导电来实现其熔化，玻璃液面被一层粉料所覆盖，其上部空间温度只有70-150℃，因为玻璃液导电产生的热量被其吸收，只有加料时热气带走少量热能和熔化部外表热量散失，所以热效率和熔化率高，且玻璃质量良好；对于水平熔化的的熔化部优选火焰加热的方式。
熔化部1的底部或侧部设有电助熔，对于钠钙硅、微晶玻璃、高硼硅首选钼电极；对于特种玻璃首选锡电极；都可以选择二相或三相供电方式。沿熔化部1的宽度方向可以设置鼓泡器，鼓泡器一般设于熔化部的底部，鼓泡器可改变玻璃液流动行程，增大熔化时间；在熔化部1的长度中后段，设置窑坎，改变玻璃液厚度，增强玻璃液澄清。
在距离熔化部1的底部100-200mm的位置设有铂金导流管4，优选距离底部150mm的位置设有铂金导流管4，铂金导流管4直接通电加热玻璃液，一般设置2至4个导流控温区，首选4个导流控温区(MF1、MF2、MF3、MF4、)，导流控温区可保证流入澄清部的玻璃液稳定的流量和澄清部所需要的玻璃粘度，铂金导流管4是保证澄清部所需的高温，熔化部1导流入澄清部5的过程玻璃液温度不能降低和澄清部要有足够的热量供应，铂金导流管4的直径根据玻璃液粘度、流量、位置落差计算，保证导流入澄清部5玻璃液不降温。铂金导流管4可以设计成一个主管分几个铂金导流分支管的形式，分支管的数量根据澄清部(生产线)的条数决定，优先选择1至3个澄清部(或生产线)，实现一个光学玻璃牌号，不同产品的多元化需要。
澄清部5据玻璃不同的配方，料道加热可以选择钼电极、锡电极、碳棒16、天然气单独加热，还可选择钼电极与碳棒16或天然气组合，或是锡电极和碳棒16或天然气组合，保证澄清部玻璃粘度达到工艺需要。对于配方内含有B2O3的氟化物，优先选择钼电极或锡电极与天然气相配合的加热方式；对于钠钙硅玻璃，优先选择钼电极和碳棒16结合的加热方式；对于含铅的玻璃及高钡高钛的玻璃，优先选择锡电极和碳棒16相结合的加热方式；对于碱含量高、又含B2O3的硅酸盐玻璃优先选择钼电极单独加热方式；对于磷酸盐玻璃优先选择锡电极单独加热方式，对于澄清部选择铂金做容器的，空间加热优先选择碳棒16加热。
澄清部5可以选择电熔锆刚玉砖或铂金做为容器材料，对于钠钙硅、含硼硅等光学玻璃，优先选择高质量电熔锆刚玉砖作为澄清部，选择电熔锆刚玉转作为容器材料时，其玻璃液的经过时间设计为4至6小时，优先选择6小时；对于含氟化物、磷酸盐的玻璃优先铂金作为容器，澄清部5选择铂金作为容器时，玻璃液的经过时间设计为1至2小时，优先选择1小时。
如图1所示，澄清部5的后端设有铂金连通管9，铂金连通管9上设有液位监测孔6，液位监测孔6上方安装有液位检测仪，其检测到液位反馈给铂金导流管4电极电流控制部分，根据液位高低，增大或降低电极电流，实现澄清部液位的稳定控制。
铂金连通管9连通有铂金均化池8，铂金均化池内设有铂金搅拌7，铂金搅拌7和铂金均化池8是为了消除玻璃内在的条纹。
二次澄清的10TK51光学玻璃的制造方法
玻璃原料(质量百分比)：SiO:270％～72％，Na2O:11.5％～12.5％，K2O:8％～9.5％，B2O3：1.5％，CaO:8％～9％，BaO:1％～2％，TiO2:1％～2％，Sb2O3:0.1％～1％。折射率：1.52307密度：2.53克/立方厘米；玻璃的熔化温度1350度至1400度；玻璃液的澄清温度1450度。
参数设置：
上电极电压电流：105V/1300A温度：1350度；
中电极电压电流：110V/1420A温度：1450度；
下电极电压电流：75V/400A温度：1350度；
铂金导流管温度：MF1：1350度MF2：1360度MF3：1380度MF4：1400度；
澄清部：前端温度CF1：1400度；中部温度CF2：1450度；后段温度CF3：1400度；
澄清部碳棒功率：80KVA；
四根钼电极功率：40KVA；
铂金均化池空间温度：1200度至1250度；
澄清池液位：液位线离底部230mm；
用自动加料机连续加料，熔化池粉料层离熔化部上沿100mm；
铂金搅拌器转速：30转/分；
制造过程：
将上述各玻璃原料投入熔化部中，玻璃原料经熔化部预热、熔化形成玻璃液，玻璃液在熔化部的停留时间为48-60小时，优选60小时，玻璃液经熔化部初步澄清后，再经铂金导流管流入澄清部进行二次澄清，玻璃液在澄清部的停留时间为1-6小时，澄清部为电熔锆刚玉材料时，其玻璃液的经过时间设计为4至6小时，优先选择6小时，澄清部为铂金材料时，玻璃液的经过时间设计为1至2小时，优先选择1小时。
产品质量情况：360mm*160mm*20mm玻璃在35W射灯检测下，肉眼可见直径大于0.02mm的气泡不大于1个的数量占总数量的98％。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，将玻璃原料投入熔化部中，所述熔化部内垂直依次设有3个加热区，第一加热区的温度为1350-1400度,第二个加热区的温度为1450-1490度，第三加热区的温度为1300-1400度,每个所述加热区内均设有电极，每个所述加热区内均设有测温点，所述电极设在所述熔化部的侧部或底部，所述熔化部的顶部设有盖顶，所述熔化部的底部设有鼓泡器，所述熔化部沿长度方向的中后部设有窑坎，所述熔化部的底部或侧部设有电助熔,所述玻璃液的上部设有粉料层,所述玻璃原料经所述加热区中的第一个加热区进行预热熔化形成玻璃液，所述玻璃液再经所述加热区中的第二个加热区进行初步澄清，玻璃液进入第二个加热区达到澄清温度后，玻璃原料中的部分澄清剂释放出氧气，氧气可将玻璃液中的气泡带走，达到初步澄清的目的，所述玻璃液在所述熔化部的停留时间为48-60小时，最后经铂金导流管流入澄清部进行二次澄清，所述玻璃液在所述澄清部的停留时间为1-6小时。
2.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述熔化部和澄清部呈阶梯分布，所述熔化部位于所述澄清部的上方。
3.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述铂金导流管设有2-4个导流控温区。
4.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述铂金导流管设于距离所述熔化部底部100-200mm的位置。
5.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述澄清部设有2-3个澄清控温区，所述澄清控温区内设有电极。
6.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述澄清部的后端设有铂金连通管、铂金搅拌器和铂金均化池，所述铂金搅拌器设于所述铂金均化池内，所述铂金连通管与所述铂金均化池连通，所述铂金连通管上设有液位监测孔。
7.根据权利要求1-6任一项所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述铂金导流管设有多个铂金导流支管，每个所述铂金导流支管均连通一个澄清部。
8.根据权利要求1所述的二次澄清的光学玻璃制造方法，其特征在于，所述熔化部为正方形、六边形或长方形。
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