专利名称：玻璃配合料悬浮熔化的方法
技术领域：
本发明属于玻璃制造技术领域，具体涉及到一种可进行粉状或粒状玻璃配合料熔融的玻璃配合料悬浮熔化的方法。
背景技术：
在玻璃生产过程中，配合料在熔窑中的加热熔化和澄清是能源消耗最多的环节由于配合料及传统供料模式导热系数低，玻璃配合料分解所产生的气体大量进入玻璃液中，不仅会形成泡沫区妨碍火焰对玻璃液的传热，而且延长了玻璃澄清时间。针对玻璃工业发展日益突出的高能耗、高环境负荷以及原料浪费严重(超细粉料)等现状，依据玻璃熔融机理和现有工艺应用研究成果，本发明的方法利用等离子炬无害化 高温特性，实现玻璃配合料悬浮熔融模式，不仅能使配合料瞬间融化，提高热利用效率，还 可有效减轻原料分解气体进入玻璃液，从而降低玻璃液中气泡存在的数量，达到缩短玻璃液澄清时间的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，能提高热效率，及时排出分解气体，缩短熔化和澄清时间的玻璃配合料悬浮熔化的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步骤
1)准备悬浮熔融装置；
2)将混合均匀的玻璃配合料盛入悬浮熔融装置的气流供料装置3，调节供料阀门4和载料气体流量为2. 5-3. 5m3/h (载料气体为空气)，使供料软管6的供料速度稳定在35_45g/min ；
3)调节等离子高温热源I(即等离子发生器，实施例中所用的等离子发生器型号为JCL-JDY50，成都金创立科技有限责任公司)的工作气体流量为3. 4-4. 5 m3/h、保护气体流量为I. 3-2. O m3/h，工作电流为120A-140A，其中工作气体为空气，保护气体为氮气；
4)开启等离子高温热源1，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能，形成长度^ 25cm长的高温等离子炬焰2，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为120A-140A，使输出功率控制为20-50KW，形成稳定的高温热源；
5)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直高温等离子炬焰2的角度喷射进入高温等离子炬焰，以此增加熔化时的接触面积，形成玻璃配合料悬浮与热源的充分接触，完成热交换；
6)完成热交换后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中进行收集。所采用的悬浮熔融装置，它包括等离子高温热源I、气流供料装置3、投料装置7、延伸筒12、反应釜13以及水冷接收容器15 ;反应釜13内为腔体16，反应釜13的上端设有连接孔22，反应釜13的底部设有排气孔18，连接孔22和排气孔18均与腔体16相连通；投料装置7的中部设有通孔，投料装置7内设有料仓8，投料装置7外接气流供料装置3的供料软管6，投料装置7的内侧设有投料口 11，投料口 11与通孔相通，投料口 11和供料软管6均与料仓8相连通，投料口 11的喷射方向为水平；延伸筒12与供水软管23相连，延伸筒12内设有水冷层10，供水软管23与水冷层10相连通；投料装置7的底部与延伸筒12的上端焊接为一体，延伸筒12的下部穿过连接孔22，延伸筒12与反应釜13螺纹连接；等离子高温热源I位于投料装置7的上方，等离子高温热源I与投料装置7螺纹连接，等离子高温热源I产生高温等离子炬焰的口位于投料装置7的通孔处；反应釜13内的底部设有水冷接收容器15，水冷接收容器15位于延伸筒12的正下方。在反应釜13的侧壁上还安装有气压表21和热电耦17。反应釜13为由内而外依次是耐火材料层20、水冷夹层19和不锈钢外壳14。 气流供料装置3由不锈钢容器、供料阀门4、供料软管6和供料气流进气管5组成，不锈钢容器的出料口处设有供料阀门4，不锈钢容器的出料口通过供料阀门4与供料软管6和供料气流进气管5相连通，供料气流进气管5与气源相连。本发明的方法(高效、节能的前期玻璃配合料悬浮熔化的方法)的实际应用对玻璃工业的发展实现节能降耗提出了新的思路与应用模式，能极大的促进传统熔化工艺的改进和发展实现配合料制备工艺的革新，提高其导热系数，达到节省能源、原料，延长窑炉寿命的目的；在玻璃熔化模式上也实现了传统工艺的技术创新，改变了仅靠火焰辐射的传热方式，而采用传导或复合式加热，能提高热利用效率，降低能耗即通过以无害化的高温等离子炬焰为热源，将配合料垂直喷射入高温等离子炬焰中，使料粒与高温热源充分接触后，瞬间完成前期硅酸盐反应、玻璃的形成及部分均质化，而分解气体却不进入玻璃液，实现加速玻璃熔化，缩短熔化和澄清时间，提高了熔化效率，有效的克服了传统的玻璃熔化工艺中熔化时间长、澄清难、热利用效率低等困境，这适应我国当前平板玻璃工业节能、减排和可持续发展的需求，具有重要的科研价值和广阔的应用前景。本发明的工作原理是将高温等离子体作为热源，并在玻璃熔化所需的20kw 50kw范围内选用合适的热源输出功率,利用传导和福射相结合的加热方式,将玻璃配合料垂直喷入等离子高温炬焰中，实现配合料与热源的直接充分的接触，并在延伸筒的约束下完成配合料的悬浮熔化反应，消除碳酸盐和硫酸盐等分解的气体，分解气体与玻璃液分离后通过排气管排入环保净化装置，玻璃液则在重力作用下，收集于水冷接收容器中。与传统工艺相比，可大大缩短玻璃液澄清时间。本发明环保节能，采用循环水冷，工艺简单，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体，缩短熔化和澄清时间，高效实现玻璃配合料悬浮熔融，从能源、动力等方面充分考虑了节能环保的工艺、技术创新，是高新技术与先进设计理念的综合应用。本发明的有益效果为工艺简单，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体,缩短熔化和澄清时间。
图I是本发明悬浮熔融装置的结构示意图。图2是本发明悬浮熔融装置的等离子高温热源的结构示意图。图3是本发明悬浮熔融装置的投料装置和延伸筒的示意图。
图4是本发明悬浮熔融装置的气流供料装置的结构示意图。图中1-等离子高温热源；2_高温等离子炬焰(或称等离子炬焰)；3_气流供料装置；4_供料阀门；5_供料气流进气管；6_供料软管；7_投料装置；8-料仓；9_螺口连接槽；10-水冷层；11_投料口 ；12 —延伸筒；13 —反应釜；14 一不锈钢外壳；15 —水冷接收容器；16 —腔体；17 —热电稱；18 —排气孔；19 —水冷夹层；20 —耐火材料层；21 —气压表；22-连接孔；23 —供水软管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。以下实施例中所采用的悬浮熔融装置(如图I、图2、图3图4所示)，它包括等离子高温热源I、气流供料装置3、投料装置7、延伸筒12、反应釜13以及水冷接收容器15，其中，反应釜13为不锈钢结构，由内而外依次是耐火材料层20、水冷夹层19和不锈钢外壳14 ； 反应釜13内为腔体16，反应釜13的上端设有连接孔22 (螺口 用于连接投料装置7与延伸筒12)，反应釜13的底部设有排气孔18，连接孔22和排气孔18均与腔体16相连通；投料装置7的中部设有通孔(即投料装置7为环状结构)，投料装置7内设有料仓8，投料装置7外接气流供料装置3的供料软管6，投料装置7的内侧设有投料口 11(内环处)，投料口 11与通孔相通，投料口 11和供料软管6均与料仓8相连通，投料口 11的喷射方向为水平；延伸筒12与供水软管23相连，延伸筒12内设有水冷层(水冷腔)10，供水软管23与水冷层10相连通；投料装置7的底部与延伸筒12的上端焊接为一体，延伸筒12的下部穿过连接孔22，延伸筒12与反应釜13螺纹连接(延伸筒12用于约束配合料与等离子炬焰2充分接触，并对玻璃液滴起导向作用);等离子高温热源I位于投料装置7的上方，等离子高温热源I与投料装置7螺纹连接(投料装置7的上端设有用于螺纹连接的螺口连接槽9，用于连接等离子热源)，等离子高温热源I产生高温等离子炬焰的口位于投料装置7的通孔处，等离子高温热源I所产生的高温等离子炬焰2向下(投料口 11的中心线与通孔的中心线相互垂直)；反应釜13内的底部设有水冷接收容器15，水冷接收容器15位于延伸筒12的正下方；在反应釜13的侧壁上还安装有气压表21和热电耦17。 气流供料装置3由不锈钢容器、供料阀门4、供料软管6和供料气流进气管5组成，不锈钢容器的出料口处设有供料阀门4，不锈钢容器的出料口通过供料阀门4与供料软管6和供料气流进气管5相连通，供料气流进气管5与气源相连。实施例I :
采用上述装置进行玻璃配合料悬浮熔化的方法，包括有如下步骤
1)将SiO2-CaO-Na2O混合均匀的粉状配合料200g盛入气流供料装置3，调节供料阀门4和载料气体流量为3m3/h (空气)，使供料速度稳定在40g/min ；
2)调节等离子高温热源I(即等离子发生器，实施例中所用的等离子发生器型号为JCL-JDY50，成都金创立科技有限责任公司)的工作气体流量为3.8 m3/h (空气)、保护气体流量为I. 6mVh (氮气)，工作电流为120A ；
3)开启等离子高温热源，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能形成长度325cm长的高温等离子炬焰，作为稳定的高温热源，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为130A,使输出功率控制为30Kw，形成稳定的高温热源；
4)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直高温等离子炬焰2的角度喷射进入高温等离子炬焰，以此增加熔化时的接触面积，形成玻璃配合料悬浮与热源的充分接触，完成热交换；
5)完成热交换之后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中，冷却后制得玻璃样品。实验结果表明与传统玻璃熔化实验相比，等离子炬焰的瞬时高温、高速与悬浮热交换确保了玻璃配合料硅酸盐反应在10毫秒内完成即从投料口到延伸筒端口，而传统玻璃熔化实验从放料、升温、保温，到最后制得玻璃样品需耗时8-10h，玻璃配合料悬浮熔化方法大大减少了熔融时间，提高了热效率；且玻璃配合料悬浮熔化所分解的气体经反应釜排气孔排出，制得的玻璃样品基本上没有大气泡，只有少量的灰泡且分布均匀，缩短了澄清时间。实施例2
采用上述装置进行玻璃配合料悬浮熔化的方法，包括有如下步骤
1)将SiO2-CaO-Na2C^g合均匀的玻璃配合料200g进行粒化处理后，粒径为=Imm(粒径依据高温热源功率、及供料管径尺寸决定)盛入气流供料装置，调节供料阀门和载料气体流量为3m3/h (空气)，使供料速度稳定在40g/min ；
2)调节等离子高温热源I(即等离子发生器，实施例中所用的等离子发生器型号为JCL-JDY50，成都金创立科技有限责任公司)的工作气体流量为3.8 m3/h (空气)、保护气体流量为I. 6mVh (氮气)，工作电流为120A ；
3)开启等离子高温热源，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能形成长度325cm长的高温等离子炬焰，作为稳定的高温热源，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为140A,使输出功率控制为30Kw，形成稳定的高温热源；
4)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直等离子炬焰的角度喷射进离子炬焰，以此增加熔化时的接触面积，形成玻璃配合料悬浮与热源的充分接触，完成热交换；
5)完成热交换之后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中，冷却后制得玻璃样品。实验结果表明与实施例I所使用的粉状玻璃配合料相比，玻璃配合料粒化后再进行悬浮熔化，配合料的玻璃化程度更高，能充分利用超细粉料，减少原料浪费，且玻璃样品没有明显缺陷。但玻璃配合料粒化要求更为复杂，对悬浮熔化的供料、投料装置要求更为严格、精细。与实施例I 一样，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体，缩短熔化和澄清时间。实施例3
玻璃配合料悬浮熔化的方法，它包括有如下步骤
1)准备悬浮熔融装置；
2)将SiO2-CaO-Na2O混合均匀的粉状配合料200g盛入气流供料装置3，调节供料阀门4和载料气体流量为2. 5m3/h (空气)，使供料速度稳定在35g/min ；
3)调节等离子高温热源I(即等离子发生器，实施例中所用的等离子发生器型号为JCL-JDY50，成都金创立科技有限责任公司)的工作气体流量为3. 4 m3/h、保护气体流量为1.3 m3/h，工作电流为120AA，其中工作气体为空气，保护气体为氮气；4)开启等离子高温热源1，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能，形成长度^ 25cm长的高温等离子炬焰2，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为120A，使输出功率控制为20Kw，形成稳定的高温热源； 5)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直高温等离子炬焰2的角度喷射进入高温等离子炬焰，以此增加熔化时的接触面积，形成玻璃配合料悬浮与热源的充分接触，完成热交换；
6)完成热交换后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中进行收集。实验结果表明与实施例I 一样，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体,缩短熔化和澄清时间。实施例4
玻璃配合料悬浮熔化的方法，它包括有如下步骤
1)准备悬浮熔融装置；
2)将SiO2-CaO-Na2O混合均匀的粉状配合料200g盛入气流供料装置3，调节供料阀门4和载料气体流量为3. 5m3/h (空气)，使供料速度稳定在45g/min ；
3)调节等离子高温热源I(即等离子发生器，实施例中所用的等离子发生器型号为JCL-JDY50，成都金创立科技有限责任公司)的工作气体流量为4. 5 m3/h、保护气体流量为2.0 m3/h，工作电流为140A，其中工作气体为空气，保护气体为氮气；
4)开启等离子高温热源1，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能，形成长度^ 25cm长的高温等离子炬焰2，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为140A，使输出功率控制为50Kw，形成稳定的高温热源；
5)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直高温等离子炬焰2的角度喷射进入高温等离子炬焰，以此增加熔化时的接触面积，形成玻璃配合料悬浮与热源的充分接触，完成热交换；
6)完成热交换后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中进行收集。实验结果表明与实施例I 一样，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体,缩短熔化和澄清时间。以上所述，仅是该发明针对两种形态玻璃配合料熔化实验的实施例而已，并非对发明作任何形式上的限制，凡是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、等同变化和修饰，均仍属于本发明的范围内。
权利要求
1.玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步骤 1)准备悬浮熔融装置； 2)将混合均匀的玻璃配合料盛入悬浮熔融装置的气流供料装置，调节供料阀门和载料气体流量为2. 5-3. 5m3/h，使供料软管的供料速度稳定在35-45g/min ； 3)调节等离子高温热源的工作气体流量为3.4-4. 5 m3/h、保护气体流量为I. 3-2. O m3/h，工作电流为120A-140A，其中工作气体为空气，保护气体为氮气； 4)开启等离子高温热源，利用等离子高温热源的高频高压引弧功能，形成长度ぎ25cm长的高温等离子炬焰，然后以每次以IOA为调幅，将工作电流调整为120A-140A，使输出功率控制为20-50KW，形成稳定的高温热源； 5)待高温热源稳定工作Imin后开始供料，利用气流供料装置将玻璃配合料以垂直高温等离子炬焰的角度喷射进入高温等离子炬焰，完成热交换； 6)完成热交换后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中进行收集。
2.根据权利要求I所述的玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于所采用的悬浮熔融装置，它包括等离子高温热源(I)、气流供料装置(3)、投料装置(7)、延伸筒(12)、反应釜(13)以及水冷接收容器(15);反应釜(13)内为腔体(16)，反应釜(13)的上端设有连接孔(22)，反应釜(13)的底部设有排气孔(18)，连接孔(22)和排气孔(18)均与腔体(16)相连通；投料装置(7)的中部设有通孔，投料装置(7)内设有料仓(8)，投料装置(7)外接气流供料装置(3)的供料软管(6)，投料装置(7)的内侧设有投料ロ(11)，投料ロ(11)与通孔相通，投料ロ( 11)和供料软管(6 )均与料仓(8 )相连通，投料ロ( 11)的喷射方向为水平；延伸筒(12)与供水软管(23)相连，延伸筒(12)内设有水冷层(10)，供水软管(23)与水冷层(10)相连通；投料装置(7)的底部与延伸筒(12)的上端焊接为一体，延伸筒(12)的下部穿过连接孔(22)，延伸筒(12)与反应釜(13)螺纹连接；等离子高温热源(I)位于投料装置(7)的上方，等离子高温热源(I)与投料装置(7)螺纹连接，等离子高温热源(I)产生高温等离子炬焰的ロ位于投料装置(7)的通孔处；反应釜(13)内的底部设有水冷接收容器(15)，水冷接收容器(15)位于延伸筒(12)的正下方。
3.根据权利要求2所述的玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于反应釜(13)的侧壁上安装有气压表(21)和热电耦(17)。
4.根据权利要求2所述的玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于反应釜(13)为由内而外依次是耐火材料层(20)、水冷夹层(19)和不锈钢外壳(14)。
5.根据权利要求2所述的玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于气流供料装置(3)由不锈钢容器、供料阀门(4)、供料软管(6)和供料气流进气管(5)组成，不锈钢容器的出料ロ处设有供料阀门(4 )，不锈钢容器的出料ロ通过供料阀门(4 )与供料软管(6 )和供料气流进气管(5)相连通，供料气流进气管(5)与气源相连。
全文摘要
本发明属于玻璃制造技术领域，具体涉及到一种可进行粉状或粒状玻璃配合料熔融的玻璃配合料悬浮熔化的方法。玻璃配合料悬浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步骤:1)准备悬浮熔融装置；2)将混合均匀的玻璃配合料盛入悬浮熔融装置的气流供料装置；3)调节等离子高温热源的工作气体流量为3.4-4.5m3/h、保护气体流量为1.3-2.0m3/h，工作电流为120A-140A；4)开启等离子高温热源，形成稳定的高温热源；5)待高温热源稳定工作1min后开始供料；6)完成热交换后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中进行收集。本发明工艺简单，能提高热效率进行充分反应，及时排出分解气体，缩短熔化和澄清时间。
文档编号C03B5/16GK102863140SQ20121035226
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者胡开文, 韩建军, 赵修建, 吕鑫, 谢俊 申请人:武汉理工大学