連續熔煉工藝及設備-光學玻璃生產及加工設備
在光學玻璃熔制工藝中,將幾個坩堝串聯起來,使玻璃形成、澄清、均化及冷卻四個階段在同時于不同的坩堝中進行,成為光學玻璃的連續熔煉(即連熔)。 連續熔煉已被制備產量較大的光學玻璃采用,它具有生產量大、可節省能源、連熔周期短和玻璃良品率高等優點。 這種方法是第二次世界大戰時美國發明的,從50年代末期已為各國采用。70年代日本主要光學玻璃廠不斷完善連續熔煉生產線,到70年代末期實現了光學玻璃生產的三直工藝,即直接熔化、直接壓型、直接退火.由于采用精密壓型使壓型尺寸誤差達到了士0.30~士0.50mm.這樣即減少了光學玻璃加工量,也大大提高了光學玻璃利用率。按玻璃熔煉材料劃分,連續熔煉一般可分為兩大類:全部用鉑金做容器的全鉑金池爐和熔化部用陶瓷材料、均化部用鉑金的瓷鉑池爐。
前者適用于熔煉ZK、LaK、LaF、變色玻璃及質量要求較高的玻璃;后者適用于熔煉大量生產的K類、F類、BaK類玻璃以及大規模集成電路基板玻璃。按生產能力池爐可分為大,中,小三種類型,其中,大型池爐產量2~5t/d,中型池爐產量0.8~1.5t/d,中小型池爐產量0.2~0.5t/d.一,小型鉑金池爐光學玻璃全鉑金池爐從加料到出料的全部容器用鉑金制作,一般使用三個或五個鉑金坩堝串聯而成,光學玻璃的各種類型全鉑金熔煉流程如圖14-14所示。 在使用鉑金坩堝熔煉玻璃時,為了降低操作溫度,通常采用碎玻璃渣為熟料。 先從第一坩堝加入,熔融玻璃液經過第二、第三坩堝達到澄清的目的。 攪拌和均化是在最后的兩個或一個坩堝內進行,所采用的攪拌器也需要用鉑金制成,整個全鉑金池爐鉑金用量在45~60kg之間。 熔爐采用硅鉬棒或硅碳棒加熱,出料管部分采用直接通電加熱,總功率為100~200kW。 鉑金容器用陶瓷材料作套筒,以保護鉑金不受發熱體侵蝕和避免鉑金容器高溫變形。
連續熔煉池爐采用自動或半自動加料機加料,利用鈷源、激光器等測量液面調節加料速度。經過均化的玻璃液在最后一個坩堝的底部或下部沿導管流出。 導管是一根長約1.5m、直徑較小的鉑金管,其作用是調節玻璃液黏度和控制流量。 全鉑金池爐通常用于生產板料和圓料棒,也可直接壓制光學元件型料,成形尺寸比較精確。全鉑金池爐可熔制多種牌號玻璃,更換也比較方便.二瓷鉑池爐連續熔煉瓷鉑池爐包括中型瓷鉑池爐和大型瓷鉑池爐。 瓷鉑池爐是用耐火材料(陶瓷)砌筑熔化池和澄清池,一般是加入生料熔制玻璃,化料和澄清都是在陶瓷材料的池爐中完成。 瓷鉑池爐能大大擴大生產規模,用鉑金制作均化、出料部分的容器以保證玻璃產品質量。 在澄清池的玻璃液是經過一根鉑金管流入鉑金池爐。 玻璃的攪拌均化是在鉑金池爐內進行的。 各種結構形式的瓷鉑池爐如圖14-15所示。瓷鉑池爐在耐火材料部分(陶瓷部分)大多采用電助熔技術,以提高熔化溫度和熔化速度,爐子的上部空間采用天然氣或煤氣加熱以維持上部空間的溫度,為了獲得較好的澄清效果可增大澄清池容積。瓷鉑池爐的鉑金池爐部分不承受高溫,因而鉑金使用壽命較長。中型池爐的產品一般是板塊料或壓型料,中型池爐更換牌號較困難,一般一年內只能更換幾種牌號玻璃。 大型瓷鉑池爐在爐型結構與中型瓷鉑池爐相似,但容量較大,出料部一般設有2~4個出料管。大型池爐一般常用于生產量大的玻璃,一般不能更換牌號。在設計池爐時,為有利于光學常數穩定,熔化池容積要比其它池大數倍; 澄清池要淺些有利于氣泡排出,同時可減輕玻璃液上下溫差。
在保證玻璃液正常流動的情況下,流液洞盡量要小,為保證出料池液面穩定,鉑金連接管不要太細,這可保證出料速度穩定。 出料管的形狀通常為上粗下細成錐形.三,電極材料電極池材料是玻璃直接電熔的關鍵材料,對直接電熔技術的發展起著重大的影響。 由于要把強大的電流通過電極送到玻璃液中,因此,要求電極本身具有低的電阻,易被玻璃液浸潤,電極表面接觸電阻小、耐玻璃液腐蝕,不與玻璃成分發生化學反應,有好的機械強度和耐熱沖擊性。 在電熔技術發展過程中曾出現過鐵、石墨、鉬、鉑和氧化錫電極。 瓷鉑池爐連續熔煉一般使用鉬電極、鉑電極等.1.鉬電極鉬是瓷鉑池爐連續熔煉通常使用的電極材料。鉬電極一般是由鉬粉經過成形后,在高溫爐內燒結,進一步加工鍛造而成。 也可以采用電子射線冶煉法、真空電弧冶煉法制備,其使用壽命更長.金屬鉬有熔點高,導電性能好,機械強度大,耐熱沖擊性能好,耐玻璃液腐蝕性能好,鉬幾乎不使玻璃著色,與玻璃接觸電阻小、價格便宜,是目前理想的電極材料。
鉬電極缺點是高溫易氧化,在400C時已緩慢氧化,600“C時較劇烈氧化,因而使用鉬電極時必須很好地采取措施防止氧化.2.氧化錫電極由于鉬電極易把玻璃中的PbO還原成Pb,因此不能用鉬電極熔化鉛玻璃。 但可采用二氧化錫電極熔化鉛玻璃。SnO2電極是在氧化錫粉末中加入燒結促進劑和能降低電阻的添加劑燒結而成。Au,Ag,Cu,Co,FeNi,K等金屬氧化物可用作燒結促進劑;As203,Sb2O3,SiO2用作降低電阻的添加劑.SnO2電極是一種氣孔率小,密度較大的燒結體.3.鉑電極由于鉬、氧化錫電極都不同程度地污染玻璃,為了熔化高質量的玻璃,尤其是要求高的光學玻璃生產近年來已采用鉑電極。