專利名稱：玻璃配合料懸浮熔化的方法
技術領域：
本發明屬于玻璃制造技術領域，具體涉及到一種可進行粉狀或粒狀玻璃配合料熔融的玻璃配合料懸浮熔化的方法。
背景技術：
在玻璃生產過程中，配合料在熔窯中的加熱熔化和澄清是能源消耗最多的環節由于配合料及傳統供料模式導熱系數低，玻璃配合料分解所產生的氣體大量進入玻璃液中，不僅會形成泡沫區妨礙火焰對玻璃液的傳熱，而且延長了玻璃澄清時間。針對玻璃工業發展日益突出的高能耗、高環境負荷以及原料浪費嚴重(超細粉料)等現狀，依據玻璃熔融機理和現有工藝應用研究成果，本發明的方法利用等離子炬無害化 高溫特性，實現玻璃配合料懸浮熔融模式，不僅能使配合料瞬間融化，提高熱利用效率，還 可有效減輕原料分解氣體進入玻璃液，從而降低玻璃液中氣泡存在的數量，達到縮短玻璃液澄清時間的目的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單，能提高熱效率，及時排出分解氣體，縮短熔化和澄清時間的玻璃配合料懸浮熔化的方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步驟
1)準備懸浮熔融裝置；
2)將混合均勻的玻璃配合料盛入懸浮熔融裝置的氣流供料裝置3，調節供料閥門4和載料氣體流量為2. 5-3. 5m3/h (載料氣體為空氣)，使供料軟管6的供料速度穩定在35_45g/min ；
3)調節等離子高溫熱源I(即等離子發生器，實施例中所用的等離子發生器型號為JCL-JDY50，成都金創立科技有限責任公司)的工作氣體流量為3. 4-4. 5 m3/h、保護氣體流量為I. 3-2. O m3/h，工作電流為120A-140A，其中工作氣體為空氣，保護氣體為氮氣；
4)開啟等離子高溫熱源1，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能，形成長度^ 25cm長的高溫等離子炬焰2，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為120A-140A，使輸出功率控制為20-50KW，形成穩定的高溫熱源；
5)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直高溫等離子炬焰2的角度噴射進入高溫等離子炬焰，以此增加熔化時的接觸面積，形成玻璃配合料懸浮與熱源的充分接觸，完成熱交換；
6)完成熱交換后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中進行收集。所采用的懸浮熔融裝置，它包括等離子高溫熱源I、氣流供料裝置3、投料裝置7、延伸筒12、反應釜13以及水冷接收容器15 ;反應釜13內為腔體16，反應釜13的上端設有連接孔22，反應釜13的底部設有排氣孔18，連接孔22和排氣孔18均與腔體16相連通；投料裝置7的中部設有通孔，投料裝置7內設有料倉8，投料裝置7外接氣流供料裝置3的供料軟管6，投料裝置7的內側設有投料口 11，投料口 11與通孔相通，投料口 11和供料軟管6均與料倉8相連通，投料口 11的噴射方向為水平；延伸筒12與供水軟管23相連，延伸筒12內設有水冷層10，供水軟管23與水冷層10相連通；投料裝置7的底部與延伸筒12的上端焊接為一體，延伸筒12的下部穿過連接孔22，延伸筒12與反應釜13螺紋連接；等離子高溫熱源I位于投料裝置7的上方，等離子高溫熱源I與投料裝置7螺紋連接，等離子高溫熱源I產生高溫等離子炬焰的口位于投料裝置7的通孔處；反應釜13內的底部設有水冷接收容器15，水冷接收容器15位于延伸筒12的正下方。在反應釜13的側壁上還安裝有氣壓表21和熱電耦17。反應釜13為由內而外依次是耐火材料層20、水冷夾層19和不銹鋼外殼14。 氣流供料裝置3由不銹鋼容器、供料閥門4、供料軟管6和供料氣流進氣管5組成，不銹鋼容器的出料口處設有供料閥門4，不銹鋼容器的出料口通過供料閥門4與供料軟管6和供料氣流進氣管5相連通，供料氣流進氣管5與氣源相連。本發明的方法(高效、節能的前期玻璃配合料懸浮熔化的方法)的實際應用對玻璃工業的發展實現節能降耗提出了新的思路與應用模式，能極大的促進傳統熔化工藝的改進和發展實現配合料制備工藝的革新，提高其導熱系數，達到節省能源、原料，延長窯爐壽命的目的；在玻璃熔化模式上也實現了傳統工藝的技術創新，改變了僅靠火焰輻射的傳熱方式，而采用傳導或復合式加熱，能提高熱利用效率，降低能耗即通過以無害化的高溫等離子炬焰為熱源，將配合料垂直噴射入高溫等離子炬焰中，使料粒與高溫熱源充分接觸后，瞬間完成前期硅酸鹽反應、玻璃的形成及部分均質化，而分解氣體卻不進入玻璃液，實現加速玻璃熔化，縮短熔化和澄清時間，提高了熔化效率，有效的克服了傳統的玻璃熔化工藝中熔化時間長、澄清難、熱利用效率低等困境，這適應我國當前平板玻璃工業節能、減排和可持續發展的需求，具有重要的科研價值和廣闊的應用前景。本發明的工作原理是將高溫等離子體作為熱源，并在玻璃熔化所需的20kw 50kw范圍內選用合適的熱源輸出功率,利用傳導和福射相結合的加熱方式,將玻璃配合料垂直噴入等離子高溫炬焰中，實現配合料與熱源的直接充分的接觸，并在延伸筒的約束下完成配合料的懸浮熔化反應，消除碳酸鹽和硫酸鹽等分解的氣體，分解氣體與玻璃液分離后通過排氣管排入環保凈化裝置，玻璃液則在重力作用下，收集于水冷接收容器中。與傳統工藝相比，可大大縮短玻璃液澄清時間。本發明環保節能，采用循環水冷，工藝簡單，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體，縮短熔化和澄清時間，高效實現玻璃配合料懸浮熔融，從能源、動力等方面充分考慮了節能環保的工藝、技術創新，是高新技術與先進設計理念的綜合應用。本發明的有益效果為工藝簡單，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體,縮短熔化和澄清時間。


圖I是本發明懸浮熔融裝置的結構示意圖。圖2是本發明懸浮熔融裝置的等離子高溫熱源的結構示意圖。圖3是本發明懸浮熔融裝置的投料裝置和延伸筒的示意圖。
圖4是本發明懸浮熔融裝置的氣流供料裝置的結構示意圖。圖中1-等離子高溫熱源；2_高溫等離子炬焰(或稱等離子炬焰)；3_氣流供料裝置；4_供料閥門；5_供料氣流進氣管；6_供料軟管；7_投料裝置；8-料倉；9_螺口連接槽；10-水冷層；11_投料口 ；12 —延伸筒；13 —反應釜；14 一不銹鋼外殼；15 —水冷接收容器；16 —腔體；17 —熱電稱；18 —排氣孔；19 —水冷夾層；20 —耐火材料層；21 —氣壓表；22-連接孔；23 —供水軟管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但并不構成對本發明的任何限制。以下實施例中所采用的懸浮熔融裝置(如圖I、圖2、圖3圖4所示)，它包括等離子高溫熱源I、氣流供料裝置3、投料裝置7、延伸筒12、反應釜13以及水冷接收容器15，其中，反應釜13為不銹鋼結構，由內而外依次是耐火材料層20、水冷夾層19和不銹鋼外殼14 ； 反應釜13內為腔體16，反應釜13的上端設有連接孔22 (螺口 用于連接投料裝置7與延伸筒12)，反應釜13的底部設有排氣孔18，連接孔22和排氣孔18均與腔體16相連通；投料裝置7的中部設有通孔(即投料裝置7為環狀結構)，投料裝置7內設有料倉8，投料裝置7外接氣流供料裝置3的供料軟管6，投料裝置7的內側設有投料口 11(內環處)，投料口 11與通孔相通，投料口 11和供料軟管6均與料倉8相連通，投料口 11的噴射方向為水平；延伸筒12與供水軟管23相連，延伸筒12內設有水冷層(水冷腔)10，供水軟管23與水冷層10相連通；投料裝置7的底部與延伸筒12的上端焊接為一體，延伸筒12的下部穿過連接孔22，延伸筒12與反應釜13螺紋連接(延伸筒12用于約束配合料與等離子炬焰2充分接觸，并對玻璃液滴起導向作用);等離子高溫熱源I位于投料裝置7的上方，等離子高溫熱源I與投料裝置7螺紋連接(投料裝置7的上端設有用于螺紋連接的螺口連接槽9，用于連接等離子熱源)，等離子高溫熱源I產生高溫等離子炬焰的口位于投料裝置7的通孔處，等離子高溫熱源I所產生的高溫等離子炬焰2向下(投料口 11的中心線與通孔的中心線相互垂直)；反應釜13內的底部設有水冷接收容器15，水冷接收容器15位于延伸筒12的正下方；在反應釜13的側壁上還安裝有氣壓表21和熱電耦17。 氣流供料裝置3由不銹鋼容器、供料閥門4、供料軟管6和供料氣流進氣管5組成，不銹鋼容器的出料口處設有供料閥門4，不銹鋼容器的出料口通過供料閥門4與供料軟管6和供料氣流進氣管5相連通，供料氣流進氣管5與氣源相連。實施例I :
采用上述裝置進行玻璃配合料懸浮熔化的方法，包括有如下步驟
1)將SiO2-CaO-Na2O混合均勻的粉狀配合料200g盛入氣流供料裝置3，調節供料閥門4和載料氣體流量為3m3/h (空氣)，使供料速度穩定在40g/min ；
2)調節等離子高溫熱源I(即等離子發生器，實施例中所用的等離子發生器型號為JCL-JDY50，成都金創立科技有限責任公司)的工作氣體流量為3.8 m3/h (空氣)、保護氣體流量為I. 6mVh (氮氣)，工作電流為120A ；
3)開啟等離子高溫熱源，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能形成長度325cm長的高溫等離子炬焰，作為穩定的高溫熱源，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為130A,使輸出功率控制為30Kw，形成穩定的高溫熱源；
4)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直高溫等離子炬焰2的角度噴射進入高溫等離子炬焰，以此增加熔化時的接觸面積，形成玻璃配合料懸浮與熱源的充分接觸，完成熱交換；
5)完成熱交換之后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中，冷卻后制得玻璃樣品。實驗結果表明與傳統玻璃熔化實驗相比，等離子炬焰的瞬時高溫、高速與懸浮熱交換確保了玻璃配合料硅酸鹽反應在10毫秒內完成即從投料口到延伸筒端口，而傳統玻璃熔化實驗從放料、升溫、保溫，到最后制得玻璃樣品需耗時8-10h，玻璃配合料懸浮熔化方法大大減少了熔融時間，提高了熱效率；且玻璃配合料懸浮熔化所分解的氣體經反應釜排氣孔排出，制得的玻璃樣品基本上沒有大氣泡，只有少量的灰泡且分布均勻，縮短了澄清時間。實施例2
采用上述裝置進行玻璃配合料懸浮熔化的方法，包括有如下步驟
1)將SiO2-CaO-Na2C^g合均勻的玻璃配合料200g進行?；幚砗螅綖?Imm(粒徑依據高溫熱源功率、及供料管徑尺寸決定)盛入氣流供料裝置，調節供料閥門和載料氣體流量為3m3/h (空氣)，使供料速度穩定在40g/min ；
2)調節等離子高溫熱源I(即等離子發生器，實施例中所用的等離子發生器型號為JCL-JDY50，成都金創立科技有限責任公司)的工作氣體流量為3.8 m3/h (空氣)、保護氣體流量為I. 6mVh (氮氣)，工作電流為120A ；
3)開啟等離子高溫熱源，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能形成長度325cm長的高溫等離子炬焰，作為穩定的高溫熱源，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為140A,使輸出功率控制為30Kw，形成穩定的高溫熱源；
4)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直等離子炬焰的角度噴射進離子炬焰，以此增加熔化時的接觸面積，形成玻璃配合料懸浮與熱源的充分接觸，完成熱交換；
5)完成熱交換之后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中，冷卻后制得玻璃樣品。實驗結果表明與實施例I所使用的粉狀玻璃配合料相比，玻璃配合料粒化后再進行懸浮熔化，配合料的玻璃化程度更高，能充分利用超細粉料，減少原料浪費，且玻璃樣品沒有明顯缺陷。但玻璃配合料?；蟾鼮閺碗s，對懸浮熔化的供料、投料裝置要求更為嚴格、精細。與實施例I 一樣，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體，縮短熔化和澄清時間。實施例3
玻璃配合料懸浮熔化的方法，它包括有如下步驟
1)準備懸浮熔融裝置；
2)將SiO2-CaO-Na2O混合均勻的粉狀配合料200g盛入氣流供料裝置3，調節供料閥門4和載料氣體流量為2. 5m3/h (空氣)，使供料速度穩定在35g/min ；
3)調節等離子高溫熱源I(即等離子發生器，實施例中所用的等離子發生器型號為JCL-JDY50，成都金創立科技有限責任公司)的工作氣體流量為3. 4 m3/h、保護氣體流量為1.3 m3/h，工作電流為120AA，其中工作氣體為空氣，保護氣體為氮氣；4)開啟等離子高溫熱源1，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能，形成長度^ 25cm長的高溫等離子炬焰2，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為120A，使輸出功率控制為20Kw，形成穩定的高溫熱源； 5)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直高溫等離子炬焰2的角度噴射進入高溫等離子炬焰，以此增加熔化時的接觸面積，形成玻璃配合料懸浮與熱源的充分接觸，完成熱交換；
6)完成熱交換后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中進行收集。實驗結果表明與實施例I 一樣，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體,縮短熔化和澄清時間。實施例4
玻璃配合料懸浮熔化的方法，它包括有如下步驟
1)準備懸浮熔融裝置；
2)將SiO2-CaO-Na2O混合均勻的粉狀配合料200g盛入氣流供料裝置3，調節供料閥門4和載料氣體流量為3. 5m3/h (空氣)，使供料速度穩定在45g/min ；
3)調節等離子高溫熱源I(即等離子發生器，實施例中所用的等離子發生器型號為JCL-JDY50，成都金創立科技有限責任公司)的工作氣體流量為4. 5 m3/h、保護氣體流量為2.0 m3/h，工作電流為140A，其中工作氣體為空氣，保護氣體為氮氣；
4)開啟等離子高溫熱源1，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能，形成長度^ 25cm長的高溫等離子炬焰2，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為140A，使輸出功率控制為50Kw，形成穩定的高溫熱源；
5)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直高溫等離子炬焰2的角度噴射進入高溫等離子炬焰，以此增加熔化時的接觸面積，形成玻璃配合料懸浮與熱源的充分接觸，完成熱交換；
6)完成熱交換后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器15中進行收集。實驗結果表明與實施例I 一樣，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體,縮短熔化和澄清時間。以上所述，僅是該發明針對兩種形態玻璃配合料熔化實驗的實施例而已，并非對發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化和修飾，均仍屬于本發明的范圍內。
權利要求
1.玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步驟 1)準備懸浮熔融裝置； 2)將混合均勻的玻璃配合料盛入懸浮熔融裝置的氣流供料裝置，調節供料閥門和載料氣體流量為2. 5-3. 5m3/h，使供料軟管的供料速度穩定在35-45g/min ； 3)調節等離子高溫熱源的工作氣體流量為3.4-4. 5 m3/h、保護氣體流量為I. 3-2. O m3/h，工作電流為120A-140A，其中工作氣體為空氣，保護氣體為氮氣； 4)開啟等離子高溫熱源，利用等離子高溫熱源的高頻高壓引弧功能，形成長度ぎ25cm長的高溫等離子炬焰，然后以每次以IOA為調幅，將工作電流調整為120A-140A，使輸出功率控制為20-50KW，形成穩定的高溫熱源； 5)待高溫熱源穩定工作Imin后開始供料，利用氣流供料裝置將玻璃配合料以垂直高溫等離子炬焰的角度噴射進入高溫等離子炬焰，完成熱交換； 6)完成熱交換后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中進行收集。
2.根據權利要求I所述的玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于所采用的懸浮熔融裝置，它包括等離子高溫熱源(I)、氣流供料裝置(3)、投料裝置(7)、延伸筒(12)、反應釜(13)以及水冷接收容器(15);反應釜(13)內為腔體(16)，反應釜(13)的上端設有連接孔(22)，反應釜(13)的底部設有排氣孔(18)，連接孔(22)和排氣孔(18)均與腔體(16)相連通；投料裝置(7)的中部設有通孔，投料裝置(7)內設有料倉(8)，投料裝置(7)外接氣流供料裝置(3)的供料軟管(6)，投料裝置(7)的內側設有投料ロ(11)，投料ロ(11)與通孔相通，投料ロ( 11)和供料軟管(6 )均與料倉(8 )相連通，投料ロ( 11)的噴射方向為水平；延伸筒(12)與供水軟管(23)相連，延伸筒(12)內設有水冷層(10)，供水軟管(23)與水冷層(10)相連通；投料裝置(7)的底部與延伸筒(12)的上端焊接為一體，延伸筒(12)的下部穿過連接孔(22)，延伸筒(12)與反應釜(13)螺紋連接；等離子高溫熱源(I)位于投料裝置(7)的上方，等離子高溫熱源(I)與投料裝置(7)螺紋連接，等離子高溫熱源(I)產生高溫等離子炬焰的ロ位于投料裝置(7)的通孔處；反應釜(13)內的底部設有水冷接收容器(15)，水冷接收容器(15)位于延伸筒(12)的正下方。
3.根據權利要求2所述的玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于反應釜(13)的側壁上安裝有氣壓表(21)和熱電耦(17)。
4.根據權利要求2所述的玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于反應釜(13)為由內而外依次是耐火材料層(20)、水冷夾層(19)和不銹鋼外殼(14)。
5.根據權利要求2所述的玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于氣流供料裝置(3)由不銹鋼容器、供料閥門(4)、供料軟管(6)和供料氣流進氣管(5)組成，不銹鋼容器的出料ロ處設有供料閥門(4 )，不銹鋼容器的出料ロ通過供料閥門(4 )與供料軟管(6 )和供料氣流進氣管(5)相連通，供料氣流進氣管(5)與氣源相連。
全文摘要
本發明屬于玻璃制造技術領域，具體涉及到一種可進行粉狀或粒狀玻璃配合料熔融的玻璃配合料懸浮熔化的方法。玻璃配合料懸浮熔化的方法，其特征在于它包括有如下步驟:1)準備懸浮熔融裝置；2)將混合均勻的玻璃配合料盛入懸浮熔融裝置的氣流供料裝置；3)調節等離子高溫熱源的工作氣體流量為3.4-4.5m3/h、保護氣體流量為1.3-2.0m3/h，工作電流為120A-140A；4)開啟等離子高溫熱源，形成穩定的高溫熱源；5)待高溫熱源穩定工作1min后開始供料；6)完成熱交換后所形成的玻璃液滴落入到水冷接收容器中進行收集。本發明工藝簡單，能提高熱效率進行充分反應，及時排出分解氣體，縮短熔化和澄清時間。
文檔編號C03B5/16GK102863140SQ20121035226
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者胡開文, 韓建軍, 趙修建, 呂鑫, 謝俊 申請人:武漢理工大學