本發(fā)明屬于光學(xué)玻璃制造技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種光學(xué)玻璃熔爐和利用該熔爐進(jìn)行光學(xué)玻璃熔制的方法。

背景技術(shù)：

目前光學(xué)玻璃的熔制基本采用連續(xù)熔煉方式，來確保光學(xué)玻璃產(chǎn)品的品質(zhì)，對于小粘度的光學(xué)玻璃一般采用全鉑金連續(xù)熔爐裝置來生產(chǎn)。由于小粘度光學(xué)玻璃的配方中揮發(fā)組分含量較高，導(dǎo)致光學(xué)玻璃的折射率波動很大，如果直接將配合料投入熔化堝內(nèi)進(jìn)行光學(xué)玻璃的熔制，其折射率會因?yàn)槿壑茣r(shí)配合料組分揮發(fā)、飛揚(yáng)等原因而產(chǎn)生波動，而光學(xué)玻璃對折射率等光學(xué)指標(biāo)要求很高，折射率波動會導(dǎo)致成像不良。為了獲得高品質(zhì)的光學(xué)性能，一般先要用單坩堝將原料按配方比例預(yù)制成玻璃渣，并通過將各種高、低折射率的玻璃渣按一定的比例進(jìn)行調(diào)配、混合獲得所需要求的玻璃渣，再將此玻璃投入連續(xù)熔煉爐進(jìn)行熔解，得到光學(xué)性能指標(biāo)比較穩(wěn)定的光學(xué)玻璃產(chǎn)品。為此，需要提前熔制大量的玻璃渣，儲備待用，通過不同折射率值占重量比例來調(diào)合玻璃渣的折射率，計(jì)算出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的調(diào)合玻璃渣并投入連續(xù)熔煉爐內(nèi)，獲得高質(zhì)量要求的光學(xué)玻璃產(chǎn)品。由于這種原因，導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)周期長，為此需要大量庫存來滿足客戶要求，資金周轉(zhuǎn)時(shí)間長，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述情況提出的一種不需要進(jìn)行預(yù)制玻璃渣的光學(xué)玻璃連續(xù)熔制的裝置及方法。

本發(fā)明一種光學(xué)玻璃熔爐的技術(shù)解決方案是：一種光學(xué)玻璃熔爐，包括位于各自獨(dú)立加熱空間內(nèi)、貴金屬材質(zhì)的熔化堝、澄清堝、工作堝、及其之間連接的連通管，工作堝設(shè)有第三攪拌棒和漏料管，其特征在于：還包括一至五套傾斜式原料熔化爐、設(shè)有第一攪拌棒的玻璃液收集堝和導(dǎo)入管，傾斜式原料熔化爐出口端位于處于加熱空間內(nèi)的玻璃液收集堝上方，導(dǎo)入管一端與玻璃液收集堝連接，另一端位于熔化堝的上方；所述熔化堝設(shè)有第二攪拌棒或鼓泡裝置。

本發(fā)明一種光學(xué)玻璃熔爐的技術(shù)解決方案中所述的傾斜式原料熔化爐包括圓柱形化料管、加熱器與外部耐火保溫材料；圓柱形化料管的爐體外兩端用陶瓷纖維棉包裹，陶瓷纖維棉外裝有軸承、從動齒輪，從動齒輪經(jīng)主動齒輪與電機(jī)連接；所述圓柱形化料管與水平面之間呈傾斜設(shè)置，加料口與流出口置于加熱區(qū)域外，加料口比流出口高，圓柱形化料管中間部分設(shè)計(jì)加熱器，加熱部位外部包裹耐火保溫材料，形成高溫加熱區(qū)域，確保圓柱形化料管中部能獲得足夠的高溫；所述的圓柱形化料管可以沿其軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可調(diào)整；所述的圓柱形化料管出現(xiàn)損壞時(shí)，可快速更換。所述的傾斜式原料熔化爐數(shù)量設(shè)置為一套至五套，可多套同時(shí)運(yùn)行；所述的傾斜式原料熔化爐規(guī)格尺寸完全相同，配件可置換使用。

本發(fā)明一種光學(xué)玻璃熔爐的技術(shù)解決方案中所述的導(dǎo)入管兩端設(shè)有電極接線柱，外壁上焊接有熱電偶，外部包裹有陶瓷纖維隔熱保溫材料。

本發(fā)明光學(xué)玻璃熔制方法的技術(shù)解決方案是：一種采用光學(xué)玻璃熔爐進(jìn)行玻璃熔制的方法，其特征在于包括以下步驟：

⑴選取所熔制的光學(xué)玻璃配方，按玻璃液收集堝套數(shù)配制相應(yīng)份數(shù)的配合料，各份配合料充分混合并作區(qū)分標(biāo)記；各份配合料的組分可以完全相同，也可以微量增減某一種組分；

⑵將具有區(qū)分標(biāo)記的各份配合料分別投入相對應(yīng)的傾斜式原料熔化爐進(jìn)行熔化得到玻璃液，經(jīng)導(dǎo)入管流入相對應(yīng)的玻璃液收集堝內(nèi)，通過第二攪拌棒初步攪拌或鼓泡裝置鼓泡，使光學(xué)性能初步均勻；在導(dǎo)入管出口處取樣，測定各玻璃液的折射率_；

⑶依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)各傾斜式原料熔化爐產(chǎn)生的玻璃液熔化量，通過加權(quán)平均公式計(jì)算出流入熔化堝內(nèi)玻璃液的綜合折射率n；

⑷判斷綜合折射率n與標(biāo)準(zhǔn)值的差值，視折射率的偏差程度決定調(diào)整配合料中任一個(gè)或多個(gè)配方，或者增減傾斜式原料熔化爐中一套或多套設(shè)備的單位時(shí)間內(nèi)的熔化量，使綜合折射率n與標(biāo)準(zhǔn)值一致。

本發(fā)明光學(xué)玻璃熔制方法的技術(shù)解決方案中所述的第⑴步驟中配制的配合料為三至五份；第⑵步驟中傾斜式原料熔化爐相應(yīng)為三至五套。同一時(shí)間分別在不同的傾斜式原料熔化爐內(nèi)投入生產(chǎn)，可以減小因更換化料管或其中一套傾斜式原料熔化爐出現(xiàn)故障，造成折射率波動，影響產(chǎn)品品質(zhì)。多套投入使用會減弱因更換化料管或傾斜式原料熔化爐出現(xiàn)故障造成的影響，減少折射率的波動，提升產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性。

本發(fā)明中傾斜式原料熔化爐內(nèi)圓柱形化料管為易損部件，可方便進(jìn)行更換。圓柱形化料管可沿其軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度可精確控制。通過旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)控可控制玻璃液在圓柱形化料管內(nèi)的滯留時(shí)間，并可使玻璃液對化料管均勻侵蝕，延長化料管的壽命。本發(fā)明中也可以調(diào)整圓柱形化料管與水平面的仰角，調(diào)整玻璃液在化料管內(nèi)的滯留時(shí)間。

本發(fā)明能夠不需要預(yù)先制備玻璃渣進(jìn)行光學(xué)玻璃的制造，通過多個(gè)圓柱形化料管同時(shí)熔制配合料，形成的玻璃液匯入熔化堝內(nèi)，通過監(jiān)測不同導(dǎo)入管口光學(xué)玻璃液的折射率，了解玻璃液的動態(tài)光學(xué)性能，并可微量調(diào)節(jié)其中個(gè)別配合料的折射率，使光學(xué)玻璃的光學(xué)性能趨于穩(wěn)定、易于控制。本發(fā)明中配合料在圓柱形化料管內(nèi)生成玻璃液后，直接流入玻璃液收集堝內(nèi)，配合料及生成的玻璃液與圓柱形化料管的接觸時(shí)間短，加之圓柱形化料管內(nèi)壁有粘滯的玻璃層保護(hù)，對圓柱形化料管的侵蝕小，玻璃液中溶入的雜質(zhì)少，玻璃液的內(nèi)透過率高，因此特別適用于必須通過預(yù)先制備玻璃渣的光學(xué)玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光學(xué)玻璃熔爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圓柱形化料管旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖中：1.配合料加入口；2.圓柱形化料管；3. 加熱器；4.第一攪拌棒；5.玻璃液收集堝；6.導(dǎo)入管；7.第二攪拌棒；8.玻璃液；9.熔化堝；10. 澄清堝；11.工作堝；12.第三攪拌棒；13.連通管；14.漏料管；15.主動齒輪；16.從動齒輪；17.陶瓷纖維棉；18.軸承；19.電機(jī)。

具體實(shí)施方式

如圖1所示。本發(fā)明一種光學(xué)玻璃熔爐主要結(jié)構(gòu)包括傾斜式原料熔化爐、第一攪拌棒4，玻璃液收集堝5，導(dǎo)入管6，第二攪拌棒7，熔化堝9，澄清堝10，工作堝11，第三攪拌棒12，連通管13和漏料管14。其中，傾斜式原料熔化爐、設(shè)有第一攪拌棒4的玻璃液收集堝5和導(dǎo)入管6可為一至五套。傾斜式原料熔化爐由配合料加入口1、圓柱形化料管2、加熱器3與外部耐火保溫材料組成，形成高溫加熱區(qū)域，確保圓柱形化料管2中部能獲得足夠的高溫，圓柱形化料管2與水平面之間呈傾斜設(shè)置，圓柱形化料管2可沿其軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可調(diào)整，耐火保溫材料包裹在加熱器3的外部。圓柱形化料管2為陶瓷管或石英管，在圓柱形化料管2爐體外的兩端，用耐火陶瓷纖維棉17包裹圓柱形化料管2用于隔熱，在隔熱層外部固定軸承18、主動齒輪15、從動齒輪16及電機(jī)19形成可旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)19驅(qū)動圓柱形化料管2的旋轉(zhuǎn)。圓柱形化料管2出現(xiàn)損壞時(shí)，可快速更換。傾斜式原料熔化爐可多套同時(shí)運(yùn)行。傾斜式原料熔化爐規(guī)格尺寸完全相同，配件可置換使用。配合料加入口1及傾斜式原料熔化爐置于加熱區(qū)域外。圓柱形化料管2出口端位于處于加熱空間內(nèi)的玻璃液收集堝5上方，導(dǎo)入管6一端與玻璃液收集堝5底部相連通，另一端位于熔化堝9的上方。玻璃液收集堝5由貴金屬制成，呈圓柱形或帶喇叭口的坩堝，堝口直徑大于圓柱形化料管2出料口口徑，放置于對應(yīng)的加熱爐內(nèi)，玻璃液收集堝5內(nèi)玻璃液溫度可通過加熱爐進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。第一攪拌棒4安裝在玻璃液收集堝5上部，通過攪拌棒可將化料管口流入的玻璃液進(jìn)行初步攪拌均勻，達(dá)成折射率n_d可清晰測定。導(dǎo)入管6由貴金屬制成，導(dǎo)入管6兩端設(shè)有電極接線柱，通過電極接線柱可通電直接加熱導(dǎo)入管6，外壁上焊接有熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)控，并通過溫度控制調(diào)節(jié)玻璃液的粘度及流量，外部包裹有陶瓷纖維隔熱保溫材料。熔化堝9設(shè)有第二攪拌棒7。貴金屬材質(zhì)的熔化堝9、澄清堝10、工作堝11、及其之間連接的連通管13放置于各自獨(dú)立加熱空間內(nèi)，通過電功率加熱控制各部位空間的溫度，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)部位空間的熔制功能。熔化堝9內(nèi)安裝有第二攪拌棒7，用于將不同導(dǎo)入管6注入的折射率n_d稍有不同的玻璃液充分?jǐn)嚢杌蛏舷路瓌?，使其折射率趨向一致，減輕工作堝攪拌棒消除條紋的壓力。連通管13用于連接熔化堝9與澄清堝10、澄清堝10與工作堝11，用于玻璃液的流動通道。澄清堝用于玻璃液中的氣泡溢出與消除。工作堝11內(nèi)安裝有第三攪拌棒12，通過攪拌使玻璃液內(nèi)部組分充分?jǐn)U散，趨向均勻，最終消除玻璃液內(nèi)條紋。工作堝11底部連接漏料管14。一至五套傾斜式原料熔化爐配備分別稱為傾斜式原料熔化爐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，每一套傾斜式原料熔化爐與水平面呈一定角度安裝，且可通過調(diào)整仰角來控制玻璃液的流動速度，配合料加入口1比玻璃液流出口側(cè)高，可保證配合料熔化后玻璃液從流出口流出，注入至與傾斜式原料熔化爐一一對應(yīng)配置的玻璃液收集堝5內(nèi)，收集的玻璃液會在玻璃液收集堝5內(nèi)滯留一段時(shí)間，通過配套的第一攪拌棒4將其攪拌均勻，攪拌均勻的玻璃液通過導(dǎo)入管6連續(xù)地注入熔化堝9中，通過定時(shí)從導(dǎo)入管6流出口取樣，可監(jiān)測該處的玻璃液折射率。配合料加入口1連續(xù)投入配合料，則導(dǎo)入管6會連續(xù)將玻璃液注入至熔化堝9中，由多套傾斜式原料熔化爐同時(shí)投入配合料，則會同時(shí)注入多股玻璃液流進(jìn)入熔化堝9中。多股玻璃液注入熔化堝9內(nèi)，經(jīng)過第二攪拌棒7進(jìn)行連續(xù)攪拌，形成充分混合的玻璃液8通過連通管13流向澄清堝10內(nèi)進(jìn)行高溫澄清，消除玻璃液8內(nèi)部的氣泡，去除氣泡的玻璃液8經(jīng)過連通管13降溫，流入工作堝11內(nèi)，再經(jīng)過第三攪拌棒12的充分?jǐn)嚢?，形成無條紋無氣泡的玻璃液，再由漏料管14流入模具內(nèi)進(jìn)行成型，獲得光學(xué)玻璃條料或板料。

下面對本發(fā)明的熔制方法進(jìn)行說明。

本發(fā)明的熔制方法可適用于小粘度光學(xué)玻璃生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中不需要提前進(jìn)行玻璃渣的預(yù)制備，可大幅縮短生產(chǎn)周期。而且投入熔化堝9內(nèi)的玻璃液呈高溫狀態(tài)，沒有預(yù)制玻璃渣投入方式的二次升溫過程，節(jié)約了能源和水資源。同時(shí)由配合料直接投入，減少了玻璃渣制備過程的許多中間環(huán)節(jié)，避免了玻璃渣加工帶來的污染風(fēng)險(xiǎn)，對光學(xué)玻璃的透過率有明顯的提升。具體而言，采用本發(fā)明裝置及熔制方法，在光學(xué)玻璃生產(chǎn)中，可顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升光學(xué)玻璃的透過率。

本發(fā)明具體的熔制方法：選取采用三套傾斜式原料熔化爐進(jìn)行熔制的方法來說明，選取所熔制的光學(xué)玻璃配方，微量增減某一種組分或者使用完全相同的配方，配制并充分混合成三份配合料，標(biāo)記為A₁配合料，A₂配合料，A₃配合料；同時(shí)在傾斜式原料熔化爐Ⅰ內(nèi)投入配合料A₁，在傾斜式原料熔化爐Ⅱ中投入配合料A₂，在傾斜式原料熔化爐Ⅲ中投入配合料A₃，熔化后分別得到B₁、B₂、B₃三種玻璃液，流入玻璃液收集堝5內(nèi)，通過初步攪拌，光學(xué)性能初步均勻，可由導(dǎo)入管口處取樣，測定B₁、B₂、B₃三種玻璃液的折射率，測得其對應(yīng)的折射率記作n₁、n₂、n₃；依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)傾斜式原料熔化爐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ產(chǎn)生的玻璃液熔化量，熔化量記作W₁、W₂、W₃，通過公式n=（n₁*W₁+n₂*W₂+ n₃*W₃）/（W₁+ W₂+W₃）計(jì)算出流入熔化堝內(nèi)玻璃液的綜合折射率n；由綜合折射率n與標(biāo)準(zhǔn)值的差值，獲得Δn(，n₀為標(biāo)準(zhǔn)折射率）；當(dāng)Δn＞0時(shí)，表示當(dāng)前生產(chǎn)的光學(xué)玻璃折射率偏高，需要向下調(diào)整配方，可將配合料A₁、A₂、A₃三者中任意一種或多種配合料中對具有高折射率貢獻(xiàn)的組分減少，使Δn＝0，達(dá)到生產(chǎn)預(yù)期；當(dāng)Δn＜0時(shí)，表示當(dāng)前生產(chǎn)的光學(xué)玻璃折射率偏低，需要向上調(diào)整配方，可將配合料A₁、A₂、A₃三者中任意一種或多種配合料中對具有高折射率貢獻(xiàn)的組分增加，使Δn＝0，達(dá)到生產(chǎn)預(yù)期；實(shí)際生產(chǎn)中，Δn在一定的偏差范圍內(nèi)不進(jìn)行配方調(diào)整，只有Δn偏差超過允許偏差，才進(jìn)行配方的調(diào)整；Δn偏差與允許偏差差值較小時(shí)，只進(jìn)行一種配合料配方的調(diào)整，Δn偏差與允許偏差差值大時(shí)，才進(jìn)行多種配合料配方的調(diào)整。

根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

選取標(biāo)準(zhǔn)折射率為1.84666的光學(xué)玻璃為案例，采用本發(fā)明光學(xué)玻璃熔爐裝置進(jìn)行光學(xué)玻璃的熔制。在采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三套傾斜式原料熔化爐的加料口投入完全相同的配方分別配制的三箱配合料，將三套傾斜式原料熔化爐的配合料投入量設(shè)為相同，并實(shí)行一樣的工藝溫度，化料管的旋轉(zhuǎn)速度也設(shè)為相同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行熔制玻璃液。每2小時(shí)在三個(gè)導(dǎo)入管口取一次樣品，進(jìn)行的-100℃/H的快速淬火，測定其折射率，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ傾斜式原料熔化爐的導(dǎo)入管口處樣品對應(yīng)的折射分別為n₁、n₂、n₃，為了方便直觀觀察，用Δn₁、Δn₂、Δn₃來表達(dá)n₁、n₂、n₃與標(biāo)準(zhǔn)折射率的差，并將測定結(jié)果記入表格中。Δn為Δn₁、Δn₂、Δn₃加權(quán)平均值，便于監(jiān)控該玻璃生產(chǎn)時(shí)的折射率變動情況。下表為36小時(shí)的監(jiān)測結(jié)果，數(shù)據(jù)如下。

從測定數(shù)據(jù)看：使用相同的基礎(chǔ)配方分別配制的配合料在投入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ傾斜式原料熔化爐后，其折射率是波動的，由于配合料配制過程、熔爐工藝執(zhí)行、運(yùn)行狀態(tài)、組分的揮發(fā)程度會有所差異，其折射率會有波動。當(dāng)發(fā)現(xiàn)連續(xù)三個(gè)點(diǎn)（6小時(shí)）加權(quán)平均折射率偏低時(shí)，可預(yù)判當(dāng)前工藝下，投入的配合料產(chǎn)生的光學(xué)玻璃折射率偏低，而且有可能會進(jìn)一步保持或降低，需要采取預(yù)先干預(yù)。因此決定調(diào)整配方，考慮到加權(quán)平均折射率減小不大，只需調(diào)整一組配合料。通過在傾斜式原料熔化爐Ⅲ的配合料中加入提升折射率的組分，調(diào)整傾斜式原料熔化爐Ⅲ的加料口的配方組分，可快速將光學(xué)玻璃的折射率提升至預(yù)期折射率，達(dá)到不需要進(jìn)行預(yù)先制備玻璃渣，直接生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

實(shí)施例2：

選取標(biāo)準(zhǔn)折射率為1.80610的光學(xué)玻璃為案例，采用本發(fā)明一種光學(xué)玻璃熔爐裝置進(jìn)行光學(xué)玻璃的熔制。在采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五套傾斜式原料熔化爐，在加料口投入完全相同的配方分別配制的五箱配合料，將五套傾斜式原料熔化爐的配合料投入量設(shè)為相同，并實(shí)行一樣的工藝溫度，化料管的旋轉(zhuǎn)速度也設(shè)為相同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行熔制玻璃液。每2小時(shí)在五個(gè)導(dǎo)入管口取一次樣品，進(jìn)行的-100℃/H的快速淬火，測定其折射率，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ傾斜式原料熔化爐的導(dǎo)入管口處樣品對應(yīng)的折射分別為n₁、n₂、n₃、n₄、n₅，為了方便直觀觀察，用Δn₁、Δn₂、Δn₃、Δn₄、Δn₅來表達(dá)n₁、n₂、n₃、n₄、n₅與標(biāo)準(zhǔn)折射率的差，并將測定結(jié)果記入表格中。Δn為Δn₁、Δn₂、Δn₃、n₄、n₅加權(quán)平均值，監(jiān)控該玻璃生產(chǎn)時(shí)的折射率變動情況。下表為48小時(shí)的監(jiān)測結(jié)果，數(shù)據(jù)如下。

從測定數(shù)據(jù)看：使用相同的基礎(chǔ)配方分別配制的配合料在投入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ傾斜式原料熔化爐后，其折射率是跳動的，由于采用多套傾斜式原料熔化爐進(jìn)行熔制，其平均加權(quán)折射率波動較小，平均加權(quán)折射率相對穩(wěn)定。在傾斜式原料熔化爐Ⅳ的圓柱形化料管出現(xiàn)熔穿后，更換新的圓柱形化料管對其平均加權(quán)折射率影響較小，幾乎不影響平均加權(quán)折射率。當(dāng)采用多套傾斜式原料熔化爐進(jìn)行光學(xué)玻璃的熔制時(shí)，套數(shù)越多，其綜合折射率越趨于穩(wěn)定。但由于熔爐空間及取樣測定頻次等限制，傾斜式原料熔化爐不宜配備更多，以小于五套為優(yōu)。