玻璃熔化装置及其延长使用寿命的熔化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于玻璃生产的熔化装置及其熔化方法，特别是涉及一种玻璃配合物粉料熔化成玻璃液的过程中所使用的熔化装置的保护、玻璃液流速度场的优化及获取稳定均匀玻璃物化性能的改进技术。
【背景技术】
[0002]众所周知，玻璃熔炼工序具有以下5个基本过程:1)配合料在加热过程中相互之间发生一系列的物理化学反应形成硅酸盐或是类似的化合物的低温共熔物；2)温度持续升高时，共熔物的黏度降低，内部逐渐形成均匀透明玻璃液，此时玻璃液中还有大量气泡；3)初熔的玻璃液在温度继续升高后，玻璃内部气体排除，玻璃液澄清；4)将澄清好的玻璃液逐步降低温度，一方面可以通过降温将尚未排除的小气泡重新溶解吸收到玻璃液中，另一方面通过搅拌等方法，使玻璃液内部温度和组成达到最大均匀化；5)将冷却到一定温度的玻璃液通过料道输送到成型装置进行成型。
[0003]在玻璃熔炼过程中，从配合料到初熔玻璃液的阶段是玻璃熔炼中最重要、最复杂的阶段，在这一阶段配合料每个部分停留时间或反应时间的不同，都极易引起玻璃组分偏差、玻璃内气体量不一致、甚至是含有未熔物形成的结石，并将会导致玻璃品质下降，因此在玻璃熔化过程中需要根据玻璃牌号、出料量、品质要求等因素来综合考虑玻璃熔化装置的选择。在浮法玻璃熔化中，普遍选择长方形火焰窑；在玻璃纤维生产中，多选择全电熔窑；而在光学玻璃生产中一般会选择特别设计的小型连续池炉作为熔化装置。采用小吨位窑炉(出料量每天不足一吨)生产特殊的光学玻璃时，特别注重降低玻璃内在的气泡、条纹、结石等缺陷对产品质量的影响，常见的做法是采用贵金属材料，如铂、铑及其合金，来直接制作玻璃熔化装置，而不采用耐火材料制作熔化装置。
[0004]目前，在采用贵金属制作小型熔化装置时一般会采用单层祸体结构，外加耐火材料，并在耐火材料内加装加热装置，该结构具有节约贵金属，降低生产成本投入等优点，但是由于其结构过于简单，具有以下两方面的缺点:一方面，粉料在装置中熔化形成玻璃液时，在装置内的停留时间分布较差，往往会带来一些玻璃熔化质量问题，如玻璃熔化不充分形成结石、条纹等缺陷；另一方面，当粉料内含有强还原性成分时，被还原的单质容易使贵金属结构遭到破损，或是原料冲击祸底，造成祸底损伤，影响使用寿命。
[0005]CN204079751U公开了一种内祸成凹球面的双层祸体设计，以此来改善玻璃气泡质量和提高玻璃气泡质量稳定性，防止加入的玻璃原料对外祸体的冲击，但是该装置并未解决加工工艺、高温祸体蠕变等问题导致的内祸与外祸之间出现的间隙问题，产生变形，使用寿命受到影响，进一步破坏该内祸体底孔对玻璃液的导流作用，降低玻璃熔化质量。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够延长使用寿命的熔化装置。
[0007]本发明还要提供一种延长熔化装置的使用寿命的熔化方法。
[0008]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:玻璃熔化装置，包括外祸、鼓泡管、出料管和加热装置，所述鼓泡管插入到外祸内，还包括凸曲面体结构的内祸，所述内祸设置在外祸内的底部，在所述内祸的凸曲面上设置有若干通孔，所述鼓泡管的数量为2根以上，并且采用几何对称排列或等间距的排列方式。
[0009]所述鼓泡管管口到外祸底部的距离不超过玻璃液位到外祸底部的距离的0.5。
[0010]所述内祸选择铂及其合金材料制成，厚度控制在0.5-2.5mm。
[0011]所述出料管的起始端口作45°切角处理。
[0012]所述鼓泡管中通入的气体为氧化性气氛气体，气体含水量低于4%体积分数，气体露点不高于-75°C。
[0013]所述鼓泡管的数量为2-6根；鼓泡管内径为3-12臟，鼓泡管厚度为0.5-2.5mm。
[0014]所述外祸外包裹有耐火材料内层，在耐火材料内层外还设置有耐火材料外层，且在耐火材料外层和耐火材料内层之间间隔有空腔，所述加热装置设置在所述空腔中。
[0015]所述耐火材料内层根据外祸材料的热膨胀系数来选择。
[0016]玻璃熔化方法，该方法包括以下步骤:
[0017]I)将玻璃配合物粉料加入到外祸内；
[0018]2)粉料在熔化成玻璃液过程中，不断向设置在外祸底部的凸曲面结构的内祸流去，并通过通孔进入内祸内部；同时利用鼓泡管鼓泡对玻璃液流动的影响，将外祸内的玻璃液分为鼓泡管围成的内侧区域和鼓泡管外侧的区域；
[0019]3)初熔完成的玻璃液从出料管流出，完成玻璃熔化过程。
[0020]通过控制鼓泡管的数量，并且采用几何对称排列或等间距的排列方式，有利于鼓泡管所鼓出的气体在上浮到表面后，玻璃液向周围的流速基本相等，得到玻璃液内外侧区域，有效降低粉料接触外祸壁面的机会，防止未熔化粉料直接接触贵金属壁面，导致壁面贵金属被破坏。
[0021]所述鼓泡管的气体流速为60-450ml/min，鼓泡管采用上插式，鼓泡管浸入玻璃液中的出气口端采用切角处理，有利于控制气体上浮的位置，鼓泡管在鼓入气体上浮到玻璃液表面时基本不与气泡接触。
[0022]本发明的有益效果是:通过对外祸、内祸、鼓泡管、出料管等装置结构上的改变，使本发明的玻璃熔化装置可以改善玻璃液的流动路径，优化整体流动停留时间，有效减少玻璃液在内祸周围的流动缓慢区域，改善玻璃液在熔化装置的停留时间集中度，改善玻璃组分均匀性，从而使玻璃产品的折射率、阿贝数等物化性能更均匀、稳定；通过鼓泡管的数量及其鼓泡气体的有效控制，可降低原料直接冲击底部铂金结构和腐蚀铂金结构的可能性，将外祸内的玻璃液分为鼓泡管围成的内侧区域和外侧区域，从而可以有效降低粉料接触外祸壁面的机会，延长熔化装置的使用寿命。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的玻璃熔化装置的主视图的剖视图。
[0024]图2是图1的俯视图。
[0025]图3是本发明的玻璃熔化装置的另一种结构的示意图。
[0026]图4是采用本发明的玻璃熔炼装置的整条生产线的结构示意图。
[0027]图5是采用本发明的玻璃熔化装置的玻璃液粒子停留时间集中度示意图。
【具体实施方式】
[0028]如图1-图2所示，本发明的玻璃熔化装置包括外祸10、凸曲面体结构的内祸4、鼓泡管3、出料管5、加热装置11、温控装置12、耐火材料外层13和耐火材料内层14。耐火材料内层14包裹外祸10，在耐火材料内层14外还设置有耐火材料外层13，且在耐火材料外层13和耐火材料内层14之间间隔有一个空腔15，在空腔15中设置有加热装置11。
[0029]耐火材料外层13的主要作用是减少热量损失，同时为整个玻璃熔化装置提供所需要的强度支撑，其材料可以采用轻质保温砖、刚玉砖等一种或多种耐火材料的组合。
[0030]为了防止在空腔15内部出现空气对流，影响加热效果，本发明将空腔15内部隔离成若干小空腔。
[0031]加热装置11嵌入到空腔15中，加热装置11可以采用硅碳棒、硅钼棒、电阻丝等作为加热源。热源材料的选择主要根据熔化玻璃的最高温度来确定，当使用温度高于800°C时，优选硅碳棒、硅钼棒作为加热源。加热装置11工作时，通过控制系统控制工作功率，使热量通过热辐射和热传导的方式传递到外祸10上。在外祸10上的不同位置设置有温控装置12，利用温控装置12测量外祸10的壁温，并将测温结果反馈给控制系统，控制系统根据需要再调整功率，形成闭环控制，使外祸10的温度稳定在工作所需要的温度范围内。
[0032]外祸10是玻璃配合物粉料熔化成玻璃液的熔化池，外祸10的材料选择主要考虑使用寿命长且无杂质带入到玻璃液中，本发明选择采用贵金属及其合金材料，优选采用铂及其合金，外祸10的厚度控制在0.5-2.5mm，优选厚度为1-1.5mm。
[0033]外祸10在玻璃液流动方向上的截面形状可以选择多边形、圆形等常见的具有对称性的几何形状，优选圆形。外祸10优选底部倒圆角的圆柱形，如图1、3所示，这样可以减少靠近外祸10侧壁的玻璃液流动的低速区域，改善玻璃液在外祸10中的流场分布，倒角直径为外祸10的截面直径的0.1-0.6，优选为0.3-0.5。
[0034]与外祸10接触的耐火材料内层14主要起支撑固定外祸10的作用，使外祸10不发生形变。因此，耐火材料内层14优选高温力学强度好，且膨胀系数与外祸10的材料