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第五章 光学玻璃熔炼本章通过不同的熔炼生产工艺，讲述光学玻璃熔炼的生产方法。5.1玻璃电熔基础知识5.1.1 玻璃的导电性玻璃的直接电熔就是利用高温下玻璃液中的低价阳离子导电的性质，使玻璃液本身发热，其发热量满足Q=I2R，玻璃自身发热使玻璃液表面的炉料加速熔化、澄清、均化。在常温下一般玻璃是电绝缘材料，但是，随着温度的升高，玻璃的导电性迅速提高，特别是在转变温度Tg点以上，导电率飞跃地增加，到熔融状态，玻璃变成良导体。例如：一般玻璃的电阻率，在常温下是1011-1012欧姆米，而在熔融状态下降至10-2-310-3欧姆米。玻璃的电导率是表示通过电流的能力。玻璃的电导率分为体积电导率和表面电导率两种，一般系指体积电导率而言。电导率与材料的截面积成正比，与其长度成反比。 SK=X L式中 K电导率X比电导率；西米-1(S*M-1) 1S=1/1L材料长度；米S材料截面积；米2电导率为电阻率R的倒数，比电导率X是比电阻率的倒数。5.1.2 影响玻璃体积电导率的因素：玻璃的电导率与玻璃的化学组成，玻璃的温度，热历史有关。玻璃的电阻率与配方组成和温度，配方中的碱金属离子浓度密接相关。Urnes研究了二元碱金属玻璃在高温下的电导率，发现Na-Si玻璃电导率最大，K-Si玻璃的电导率最小。对同一牌号的玻璃，碱金属氧化物的摩尔含量分别是25、30、35进行测量，当用Li2O3部分地代替Na2O、K2O时，其电导率明显下降。其原因是两种离子半径不同的碱离子共存引起混合碱效应，在电流传输中，碱离子通过硅酸盐的骨架空隙中运动，小离子半径容易通过，而大离子被捕获或阻挡。导致电导率降低。电导率随温度升高而增加，另外电导率与玻璃骨架的成键能力和电场强度也密切相关（一）化学组成 Na2O-CaO-SiO2玻璃各组份互相置换时电导率的变化如下图 -2.0 -2.0 Na2O-CaO-SiO2 800 玻璃Na2O19.5 LogK LogK 800 -1.0 900 -1.0 900 Na2O-CaO-SiO2 1000 玻璃CaO10 1000 12 14 16 18 4 6 8 10 Na2O% CaO% 图A SiO2被Na2O取代 图B SiO2被CaO取代 Na2O-CaO-SiO2 SiO274% -2.0 800 LogK 900 -1.0 1000 2 4 6 8 10 12 14 CaO% 图C Na2O 被CaO取代从图看出：1. 当CaO含量不变时，以Na2O置换SiO220，玻璃的电导率增加。2. 当Na2O含量不变时，以CaO置换SiO210，情况相反，玻璃的电导率降低。3. 当SiO2含量不变时，以CaO置换Na2O16，玻璃的电导率大大降低。应当指出，Na2O-CaO-SiO2玻璃的电导率远低于Na2O-SiO2玻璃的电导率，甚至低于相应的Na2O-PbO-SiO2玻璃的电导率 。对电导率影响特别显著的是碱性氧化物，其中Na2O比K2O大，LiO2居中。在石英玻璃中只要加入几个ppm的Na+，就可以大大增加电导率。当玻璃兼含Na2O和K2O时，其电导率低于仅含Na2O的玻璃，当Na2O：K2O1：4时，玻璃的电导率最小。二价金属离子对玻璃电导率的影响，一般随离子半径的增大而减小：BeOMgOZnO CaOSrOPbOBaO二价离子降低电导率，可以解释为：二价离子阻碍碱金属离子的迁移导电，故离子半径愈大，效果愈显著。这可以解释为什么H-ZK类玻璃的电极工作电压比H-K9更高的原因。在R2O3类氧化物中，Al2O3在一定范围内能提高电导率，B2O3能降低电导率。(二) 温度玻璃的电导率随温度的上升而上升。玻璃经淬火后的电导率比退火玻璃高；当玻璃中应力越大电导率越高，这是因为淬火和应力大的玻璃比容相对地增加，结构较为疏松，导电离子更易于通过玻璃体。5.1.3 关于玻璃的导电率理论分析在凝固的玻璃中，硅氧骨架是不能移动的 ，几乎所有的氧化物玻璃的离子电导来源于1价阳离子，特别是Na+离子的迁移运动，为此下面将围绕Na+离子在玻璃中移动速度（扩散速度）进行讨论。1价阳离子在玻璃中移动能力，受下列各因素的制约。1. 玻璃网络的断裂程度断裂愈多，阳离子越易移动。2. 阳离子本身的大小阳离子半径越小，越易移动。3. 其它阳离子（R+2 R+3 和R+4）的影响抑制作用。玻璃网络的断裂程度取决于（ R2O RO）的含量，随着Na2O含量的增加，Na+离子的扩散速度加快，这一效果必将导致玻璃的电导率上升，在多组份玻璃中，情况与此相似，即随着R2O含量的增加，导致玻璃电导率上升。1价阳离子的电导活化能随着离子半径的增加而增加，同时与键强有关，因此当含量相同时玻璃的电导率Li2ONa2OK2O。2价阳离子对1价阳离子的导电起压制作用，从下列比较可以看出：在二元玻璃ROSiO2中，以RO置换SiO2，则电导率上升，但在二元玻璃R2OROSiO2中，以RO置换SiO2，则电导率下降，这就是抑制作用。这是因为2价阳离子填充在网络结构的空隙中，阻塞Na+离子移动所需的通道。Pb+2Ba+2Sr+2Ca+2Mg+2Zn+2Be+2 Na+离子扩散速度降低 玻璃电阻率升高 玻璃电导率升高R2O3类氧化物对玻璃电导率的影响分两方面。一方面由于生成带负电的四面体【BO4】-和【AlO4】-对Na+起牵制作用；另一方面则由于参加网络结构，改变网络空隙大小。在外电场的作用下，当Na+离子已能挣脱【BO4】-和【AlO4】-的束缚后，能否从一个空隙到另一个空隙连续运动，取决于空隙的大小。由于B+3离子小于Si+4离子，【BO4】-小于【SiO4】0,，因此网络较为紧密，Na+离子较难通过，玻璃电导率降低。反之，由于【AlO4】-大于【SiO4】，因此网络较为疏松，玻璃电导率上升。所以玻璃加入Al2O3能增加玻璃的电导率。总之，玻璃的化学组成与电导率的关系，可以从阳离子半径大小和网络空隙大小得到解释。熔融的玻璃液是以离子导电为特征，电极是以电子导电为特征，直流电会使电极表面产生沉积物和气泡，同时电流流动需要活化能，为此，玻璃电熔只能采用交流电，并由隔离变压器供电。5.1.4玻璃电熔的电极材料选择与使用 电熔炉的发展与适用电极材料的开发密切相关，对电极材料的要求是：能承受1700的高温；并有足够的机械强度；在800时不会被氧化；具有与金属相当的电导率；耐急冷急热性好；不污染玻璃液；价格便宜等。完全满足上述条件的材料，难以找到。因此，不得不降低要求，要根据现场技术和经济条件，选择不同的电极材料。由于电极具有导电性，玻璃液又具有离子导电性，在电极与玻璃液之间将产生的接触电阻。用金属材料做电极时，能被熔融的玻璃液所浸润，接触电阻就小些；石墨作为电极材料时，它不为玻璃液湿润，其接触电阻就比较高，这个条件决定了电极表面的电流密度（A.cm-2），从而决定电极的负荷，电流密度 的大小与所熔制玻璃化学组成有关。目前常用的电极材料为石墨、金属钼、二氧化锡、铂金等。表5-7中列出四种电极的比较。表5-7 石墨、金属钼、二氧化锡、铂金电极的比较钼氧化锡石墨Pt对玻璃氧化还原性还原中性还原在还原状态下稳定性良好不良良好不良在高温空气中消耗率高在1400以上时高可燃尽低对玻璃的着色情况除高价元素外良好低除多价元素之外良好低耐热冲击性能良好不良非常良好良好水冷的必要性有无有无操作所需费用中等高低高 钼电极：除了铅玻璃外，钼电极最为普遍，为对多种玻璃熔制都适用的材料。它是由钼粉（纯度99.9999%）液压成型，在高温气氛中烧结，再经加热锻打，制成棒状、块状、板状电极。钼的熔点高，导电性好，机械强度大，热膨胀系数低，加工容易，是熔炼普通玻璃较理想的电极材料。钼电极使用时应注意的问题与氧的反应。钼在氧化气氛中380开始氧化，600加速氧化，超过700迅速氧化。因此暴露在空气中的电极部分必须用水或者其它惰性气体保护。使其表面温度低于380。玻璃中对钼电极有害的成分如Pb、As是必须严格控制的，最好不要引入，对氧化锑的含量也应控制在尽可能小的范围内。新安装的钼电极炉膛内的部分应用水玻璃和玻璃纤维布包裹涂盖。严格控制电流密度，使其在安全的电流密度下工作。 石墨电极： 优点密度较小（1.610-3Kg.cm-3）它的密度比玻璃液要小的多，电极破碎或折断的话，它会浮在玻璃液面容易除去。石墨电极具有足够大的机械强度，尤其是高温下耐用；缺点是：只能用于具有还原能力的玻璃，易使玻璃着色(棕色)，其次是接触电阻大，使电极允许的电流密度降低到0.1-0.3A.cm-2。为此石墨电极的直径比较大，约为150-200mm。石墨电极不能用于熔制硼硅酸盐玻璃和铅玻璃。 二氧化锡电极：与钼相反，二氧化锡是具有抗氧化作用的陶瓷材料，它除了用于熔制铅玻璃外，还广泛用熔制环保K、ZK、QF、QK、Bak、ZF、F、BaF及部分ZbaF、LaF类光学玻璃。二氧化锡是将烧结促进剂（如Au、Ag、Cu、Ni等加入量为0.5-2%）和降低电阻添加剂（如As2O3、Sb2O3、Ta2O3、U2O3）加入氧化锡粉末中，采用等静压加压法制成块状或棒状，在惰性气氛中高温烧结而成，密度可达6.810-3Kg.cm-3。二氧化锡电极导电体具有负阻特性，即电阻率随温度上升而下降。在400时的电阻率为0.8-1.2cm，1000时的电阻率为0.0025-0.0045cm，因此，必须在高温下向电极供电。否则电极上压降过大，输入功率过多消耗在电极上，而不是消耗在熔化玻璃上。目前在光学玻璃熔炼中常使用的SnO2电极分R型和D型两种。R型电极导电度大，易通电，尤其是温度低时。D型电极比重较大，气孔率小。R型电极为普通型号，用于熔化普通玻璃或含PbO 在45 % 以下的玻璃（但长期熔化铅玻璃会使电极的寿命缩短）。D型电极用于熔化高铅玻璃(PbO在45%以上,85% 以下)，适用于所有的玻璃熔炉。SnO2电极使用时应注意的几个问题： 由于SnO2电极对还原气体敏感，遇到CO即被还原成Sn，为此烤炉的炉膛必须为氧化气氛。电极的安装时，为了更安全，在电极表面用碎玻璃涂盖保护，或者加碎玻璃至电极以上。 严格控制升温速率，避免电荷突然发生大的变化，否则可能会引起电极碎裂。 为保证电极的使用寿命，电极表面电流密度应控制在允许的最大值之下（0.7A/cm2） 在安装时，要求电极内表面与接触玻璃液面的耐火材料齐平，应注意侵蚀对有效表面变化影响。 生产中如果电流中断时间30分钟，电极重新通电时，必须缓慢增加电流；反之在生产中如果需要大幅度减少电流时也必须缓慢进行。 在炉体运行期间，不允许中断电极的冷却风，并应根据电极的发红状况调节冷却风量。 防止电极向外移位的顶砖必须安装到位，否则可能发生电极移位。 电极的连接电缆绝对不能接错，特别对上下两层电极由两个独立的可控硅控制的炉体更不能出错，否则将产生严重后果。 铂金电极：虽然电极的性能优良，但是其价格太高，在熔化部使用的还是很少；另外如果在熔化部使用铂金电极，其电源不能使用工频，必须使用高周波电源。电极功率的计算电熔炉是利用玻璃高温导电，电流流过玻璃液自身加热，单位时间内，炉内所产生的电热效应，其热量Q与通过玻璃液中的电流I平方成正比，与电极间玻璃的电阻成反比，根据焦耳-楞次定律可写成下式 Q=I2Rt式中 I-通过玻璃液的电流 R-电极间玻璃的电阻 t 电流通过的时间,S。电极的布置和功率分布不仅要考虑每层电极的电流密度均匀,又要防止局部过热.同时还要保持两层电极间的电流有效分开.虽然它们之间有玻璃相连,但是由于层与层之间调节相位和电场干涉效应可以达到电流分开的效果。5.1.5玻璃电熔利用电能作为热源熔制玻璃是在1920年以后才在工业上推行。电熔玻璃大致可以分为四种方式：利用电阻发热体间接加热；利用高频感应加热；利用电极通电直接加热；利用电弧加热熔制玻璃，因电极会污染玻璃。很早就不采用了。间接电阻电熔炉是利用安装在玻璃溶液容器以外的专门加热元件所产生的热能来熔制玻璃。高频感应加热的电熔炉是利用涡流加热，有的在熔制玻璃的容器内（通常为铂制或石墨制）感应产生涡流；或在盛装玻璃的容器内装入金属，感应产生涡流；以及在玻璃本身中感应产生涡流等。高频感应电熔炉适用于熔制某些光学玻璃和特种玻璃。如石英玻璃就常采用石墨坩埚来加热。直接电阻电熔炉的应用最广泛，它以玻璃体本身直接作为电阻来加热。这种熔炉主要在有廉价电力供应的地区，用来熔制含高挥发成分的玻璃，极深色玻璃和某些高质量玻璃；或者于空气污染严重的场合。 电熔是在玻璃液的深处进行的，预先用适当的方法（用碳棒辐射加热）把玻璃加热，在熔融状态从电极通入电流，使玻璃内部产生热量，就能够连续熔融。这时玻璃的表面温度低于内部。给各组电极以不同的电压、电流，便能获得必要的温度分布。 光学玻璃瓷铂连熔生产窑炉技术主要采用火焰炉电助熔生产技术。采用全电熔来熔炼氟化物、磷酸盐、铅玻璃等是最合适的。采用标准燃料（天然气、重油）燃烧辐射加热的窑炉中，当火焰掠过玻璃液面时，大量的挥发组分通过烟道，再由烟囱排出。进入大气的NOX、F化物等扩散便导致空气污染，破坏环境，玻璃组分挥发增加，严重影响玻璃的均匀性。用全电熔熔制玻璃，是在配合料覆盖层（料毯）下面进行加热的 。配合料组份中的挥发气体由下向上逸出时，碰到料毯进行凝结，而凝结的原料数量对配合料表面层的组合而言其值不变，所以通过流液洞的玻璃的组份与投入的配合料比较一致。因此全电熔的重要优越性之一就在于能极大提高玻璃光学常数均匀性和稳定性，对于组批要求高的产品，采用全电熔技术具有不可比拟的优点。全电熔的优缺点：1. 热效率高，节约能源2. 排出有害气体少，利于环境保护。3. 光学常数一致性好4. 全电熔钼电极被广泛使用，产品的透过率指标较差。5. 产品夹杂物特别是结石气泡质量的稳定性与电助熔炉比较要差。5.2 光学玻璃连续熔炼光学玻璃连续熔炼生产工艺具有产品质量优、生产效率高，能源、原料消耗低等优点。目前,已成为我国光学玻璃生产工艺的主流。为了满足某些产品的特殊要求，在连续熔炼生产线上，通过工艺改进，使其集间歇和连续熔炼产方式的优点于一体；光学玻璃生产，为适应市场小批量、多品种需要，小型全铂池炉生产工艺是今后发展的一个方向；为了提高产品数据一致性、稳定性，二次熔炼生产工艺在我国获得巨大的发展。5.2.1.光学玻璃连续熔炼的优点，国内外发展状况1. 光学玻璃连续熔炼的优点光学玻璃的熔炼方法分为粘土坩埚法，铂金坩埚法以及连续熔炼法三种，其优缺点见表5-1所示粘土坩埚法铂金坩埚法连续熔炼可熔炼的玻璃传统的玻璃范围nd1.6硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐熔炼合格率30-70%50-90%90%产量中小大品种较优优优大块制品易难易产品加工量大中小nd一致性优中中玻璃制品的取型块、板板棒、条、块、型料2.国内外熔炼技术发展状况加热技术发展是连续熔炼的基础。1902年沃尔克（Vorlker）以其利用电流通过配合料产生的热来熔化未熔化的玻璃，而获得一个基本专利。当然这一原理用于实际获得成功又经过20余年的时间。其间1905年俄国的索维吉昂（Sauvegeon）获得了采用电熔的熔窑专利；1909-1920年俄国列杰尔斯在研究十年以后，建造了一座实验性的熔炉，产量100Kg/d。1925年他又组建一座日产5-10吨的池炉；1925年瑞典的科尼利厄斯使用电熔炉生产琥珀色玻璃和绿色玻璃。1942年康宁（Corning）公司的Dtvoe建造了多对电极的横型光学玻璃连续熔炼池炉。二次大战后由佩恩伯瑟（Penberthy）设计了钼电极系统于1952年开始广泛使采用。1956年英国的格耳（Gell）和汉恩（Ham）又推出钼板电极。1964年开始使用二氧化锡电极。后来又发展使用铂电极熔化质量要求高的特种玻璃和光学玻璃。日本光学玻璃工业起步较晚，六十年代初期开始用连续熔炼生产带状产品，1965年小型铂金连续熔炼投入使用，这比连熔技术早的美国晚15-20年，70年代日本各主要光学玻璃生产厂不断完善连续熔炼生产线，到70年代末光学玻璃实现“3D”工艺，即连续熔化、连续成型、连续退火。由于采用精密压型，使型料尺寸控制精度得到极大提高，这不仅减少产品的加工量，而且极大提高了光学玻璃的利用率。以工艺先进的HOYA为例，1961年其连续生产的产量占总产量96%，成品率达到90%以上。我国光学玻璃连续熔炼发展较晚，1979年小型铂金连熔池炉投入生产，1981中型池炉开始试生产。光明光电公司于1984年从HOYA公司引进瓷铂连熔3D法生产工艺，瓷铂连熔工艺技术国产化改进也取得较快发展，90年代末，我国的镧系玻璃生产吸收了国外先进生产工艺技术后，也取得长足进步。随着我国光学玻璃池炉连续熔炼技术的发展，不断吸收国外先进工艺技术，各生产企业不断自主创新，光电材料生产技术定会产生新的飞跃。5.2.2光学玻璃瓷铂连续熔炼池炉构造光学玻璃瓷铂连续熔炼池炉种类繁多，形状各异，这是由于光学玻璃品种多，其物理化学性质、光学性能、熔制工艺等差别大。产量不同、适宜生产不同品种的炉型得到了发展。1.光学玻璃瓷铂连熔池炉的四种分类方法： 按池炉的生产能力分a、 大型池炉2吨-5.5吨/天。b、 中型池炉0.8吨-1.5吨/天。c、 小型池炉0.2吨-0.5吨/天。 按MZ加热方式为：a、 火焰炉采用天然气、煤气、重油等加热。b、 电助熔炉以玻璃直接通电加热为主，火焰加热为辅。c、 全电熔熔炉利用玻璃的导电特性直接通电加热。 按MZ顶区分为a、 冷顶炉MZ粉料上部空间不加热。b、 热顶炉MZ有顶且粉料上部空间需要加热。 按玻璃特性分：a、 环保玻璃池炉熔制的玻璃配方不含铅、砷、镉元素。b、 非环保玻璃池炉熔制的玻璃配方含铅、砷、镉元素。c、 大块玻璃池炉可以连续或间歇式生产大块玻璃的。2.光学玻璃瓷铂连续熔炼池炉的特点 用耐火材料砌筑熔化池（有的包括澄清池） 用铂金制作升温、澄清、降温、均化及出料管。 熔化部绝大多数采用电助熔技术，以提高玻璃熔化速度，采用热顶方式维持上部空间温度。 由于光学玻璃需求是多品种，绝大部分连续熔炼池炉可以非常方便地更换品种。 全电熔（冷顶炉）主要生产需求量大的单一品种，不换牌号。3.常见的光学玻璃瓷铂连续熔炼池炉结构 升温部均化部熔化部降温部澄清部 5-2 均化部澄清部升温部熔化部 降温部 5-3熔化部升温部澄清部降温均化部 5-4均化部熔化部 升温澄清部降温部均化部5-54.一条完整的瓷铂连熔生产线组成框图如下：配料熔炼成型退火瓷铂连熔生产线检验、包装 5-6配料部分主要包括：贮料料仓、称量系统、混料、控制系统、抽风除尘系统、运转料箱。熔炼部分主要包括：加料系统、气炉炉体、电炉炉体、电极控制系统、空间辐射加热燃烧及控制系统、电炉加热控制系统、抽风除尘系统、冷却系统、搅拌装置及其控制系统、温度控制系统。成型部分主要包括：成型机、压机、剪刀机、成型模具、退火炉检验部分主要包括：气泡、条纹、应力、光学常数、光吸收、色度、内透过率、均匀性、物化性能等质量指标的检验，其中有的检验指标是合同的需要，有的则是生产工艺控制需要比如炉前nd的校正等。包装部分主要包括：打包机、包装材料等5.2.3瓷铂连熔熔化部辐射加热技术辐射加热技术发展现状：助燃介质： 空气、氧气（富氧）燃烧介质：天然气、重油烧嘴：短焰、长焰、无焰富氧燃烧及全氧燃烧一、富氧燃烧 就是采用比普通或一般空气中含氧量高的空气来助燃。西方发达国家及前苏联早在20世纪70年代就开始这项技术研究，并在70年代末80年代初取得良好效果。象日本的松下电气公司和大阪煤气公司开发的富氧装置，其所用的膜材料是是聚硅氧烷与聚对羟基苯乙烯的交联共聚体，能生产含氧28%的富氧空气。美国通用电气公司制造的富氧发生器可生产30%浓度的富氧空气。富氧燃烧在窑炉生产上的优点如下：1.燃料在富氧状态下能降低燃点温度，而且燃烧速度加快，燃烧完全，从而提高了火焰温度，获得较好的热辐射。由于富氧气体在喷枪下部供入，使火焰底部温度提高，有利于加强玻璃熔制，改善玻璃质量，提高熔化效率，增加玻璃产量。2.由于采用富氧燃烧，燃烧相对完全，火焰长度缩短，上部火焰温度低。3.减少空气过剩系数，节约能源。采用富氧燃烧后，可适当减少二次助燃风量，从而减少废气排除，也减少废气带走的热量，提高热效率，达到节能目的。4.富氧气辅助加热技术可以减少配合料的飞料损失。二、全氧燃烧全氧燃烧技术在玻璃窑炉中最早主要被应用于窑龄较长的玻璃窑上助熔，维持产能或延长炉龄，确保蓄热室或换热器故障时生产正常，以及临时满足高出料量的要求，但是到20世纪80年代末，随着制氧技术的发展和电力成本降低，由氧气燃料组成的全氧燃烧技术在玻璃窑炉中成为取代由空气/燃料组成的常规燃料系统的更好的选择方案，这主要是因为全氧燃烧在环保、节能、产量和质量、减少设备投资和节省厂房场地等诸多方面 均有优异表现。玻璃生产中需要的热能大多是通过燃料燃烧获得的。燃料的燃烧是可燃元素和氧气在高温下的剧烈的化学反应，并释放热量的过程。通常燃料燃烧所需的氧气是由空气提供的 ，在空气与燃料的燃烧过程中，占空气79%的N2对燃烧的过程毫无帮助。一方面大量N2被加热，加热到几百度由烟囱排入大气中，造成大量的热量损失，这部分损失占能耗的25%-60%；另一方面，在高温作业中，燃料和空气中的N2，氧化生成NOX氧化物，且重要是NO，NOX的主要危害是生成光化学烟雾及硝酸雨，减少大气中的臭氧，危害人体健康和伤害动植物。此外。在空气/燃料燃烧系统中，通过烟囱或蓄热室等设备中N2约占75%，大量的烟气不仅对环保不利，而且更容易腐蚀抽风、除尘、排烟等设备。除了节能和环保的优点外，全氧燃烧还具有增强热辐射、玻璃液温度均匀性好、火焰空间耐火材料温度低、熔炉稳定性好、产量高和维护减少等优点。 单位玻璃产量的NOX排放量 大大降低，降低达80%以上。 粉尘排放量大大减少，与空气燃烧相比可减少70%-80%。 节能效果明显，达25%-55%；产量可提高高达25%，而且改善了玻璃熔化质量，生产的玻璃质量显著提高。 减少配合料损失，因为烟气量的减少，烟气携带的粉尘量就相应减少，特别是易挥发组份。 池炉工艺更加稳定：池炉顶的气氛温度更稳定，炉顶温度更低，减少耐火材料的侵蚀，炉龄延长三、普通助燃空气+燃气由于环保和能耗因素，这种加热方式将逐渐被富氧或全氧辐射加热技术所替代。5.2.4光学玻璃的熔制过程熔制是光学玻璃生产中的重要工序之一，它是配合料经过高温加热形成均匀、透明、无气泡、无条纹并符合质量要求的玻璃液的过程。光学玻璃熔炼过程分为以下几个阶段1.熔化池烤炉2.电炉铂金安装3.电炉烤炉4.投料过程5.熔化过程6.升温过程7.澄清过程8.降温过程9.均化过程10.降温过程11.出料成型一、熔化池烤炉过程1.熔化池烤炉：粉料或玻渣在熔化池需要较高的熔制温度，炉体尺寸对温度改变的敏感性和炉体耐火材料的热膨胀性，这些因素都要求玻璃熔炉筑炉结束后，从环境温度升到熔制温度的过程应特别注意升温速率与温度互相配合。a.烤炉准备工作 炉内清洁处理 鼓泡器口部处理-用一条玻璃挡住鼓泡器口，防止微小玻璃渣堵塞鼓泡管 瓷铂连接部流液洞Pt保护处理 装填玻渣量控制在玻璃熔化后淹过电极 检查炉体紧固架、拉杆、膨胀缝、热偶等是否符合要求。 将炉顶烟道口及观察孔用粘土砖堵住。b. 升温 MZ熔炉在烤炉过程升温要求非常苛刻，除了需要控制好耐火材料的热膨胀，保证整个炉体与紧固钢架之间间隙配合得当，还须特别注意耐火材料本身结构的晶型变化所产生的膨胀现象。下图为部分41#AZS耐火材料的热膨胀曲线。 2.热风烤炉原理：主要是利用热风，避免明火直接进入炉内。工作原理是利用燃气在热风烤炉器的燃烧室中充分燃烧后产生的烟气与大量过剩的空气混合，形成的燃烧产物高速喷射进炉内，使炉体内各部砌体在微正压下受到燃烧产物均匀加热。热风烤炉的主要设备有烤炉烧嘴、鼓风机、烤炉器及附属的控制器件和温度检测仪表等。热风烤炉的优点：整个熔炉在充满热风条件下均匀升温，熔炉膨胀均匀；由于燃烧始终控制在强氧化气氛，天然气燃烧充分，所以避免了熔炉中铂金装置的腐蚀；用该方法可以节约时间40%左右，节约能源40%左右；可以延长熔炉使用寿命。某生产线气炉的升温烤炉工艺 升温工艺1、 室温-200按25/小时升温；2、 200-440按15/小时升温；3、 440-640按12/小时升温；4、 640-1200按10/小时升温。烤炉注意事项：1、 熔化池升温点火前将炉内打扫干净并垫好玻渣以保护鼓泡器；将炉顶烟道口及观察孔用粘土砖堵住；2、 升温时先用小口径烧嘴（1.0）升温，在升温过程中根据火焰情况调节烧嘴风门并逐渐调大鼓风量，当天燃气开到最大(压力达到0.07Mpa时)，而温度无法上升时，将烧嘴换为稍大口径的烧嘴（180左右换为2.0口径的烧嘴，600左右换为3.0口径的烧嘴，700左右换为4.0口径的烧嘴），尽快将温度恢复到换烧嘴前温度，保温1小时后继续升温。3、 200打开炉体周围冷却空气，随着温度升高，逐渐加大冷却空气量，在800-1000将冷却空气开到正常使用流量。4、 为了保证炉膛温度均匀，在600时用保温棉堵住流液洞（在流液洞未装Pt器皿时）。5、 随时观察热风烤炉烧嘴燃烧情况及鼓风机运转情况，注意不要熄火；如果熄火，先将天然气关闭，取开堵住烟道口的粘土砖，鼓风机继续鼓风10分钟，等炉膛内天然气稀释后再点火；快速恢复熄火前温度，保温1小时后按工艺规定升温速率升温。6、850熔化池主烧嘴点火，逐渐调大主烧嘴天然气及助燃空气，并逐渐关热风烤炉烧嘴天然气及鼓风机风量直至关闭。7、 主烧嘴点火前移开堵住炉顶烟道口及观察孔的砖。8、 在温度达到300、500、800、1000、1200左右时先将炉体压板、拉杆松开后再紧；在温度达到1100、1150将炉体压板、拉杆直接收紧；9、 烤炉过程中，记录人员必须及时、准确记录热偶温度及天然气压力。二、铂金器皿安装与烤炉1.铂金器皿安装：在光学玻璃瓷铂连续熔炼操作中，铂金器皿安装质量的优劣直接影响生产是否正常、器皿的寿命和产品质量，是生产操作中非常重要的部分。（1）.套筒的选择：铂金套筒的的尺寸与材质必须符合工艺要求；套筒的表面不能有裂纹，且不能有隐蔽性的裂纹。（2）.铂金安装前检查、准备：搬运时要戴上干净的手套，以免汗渍等有害杂质接触铂金；堆放时必须放在干净的牛皮纸上。铂金器皿必须进行试水检查，确认没有泄漏现象，才能进行安装；对与可能影响条纹的焊接部位，必须检查焊缝内壁圆滑无凸起物。安装前将铂金埚内外表面擦拭干净；套筒和铂金器皿间的填充料必须进行磁选除Fe；根据熔化池的液位线和将生产的牌号特点确定各器皿的液位线位置。（3）.铂金器皿安装：当所有的准备工作完成以后，就根据液位线位置摆放好器皿，然后开始进行铂金焊接。（4）. 铂金器皿与套筒之间间隙填充：升温池全部采用空心球填料进行浇注；澄清池采用氧化铝粉填充；降温池、出料均化池下半部采用空心球填料进行浇注，上半部采用氧化铝粉填充；所有连接管采用氧化铝粉填充；确保器皿与套筒之间间隙填充致密，无空洞现象，否则会造成铂金器皿损坏。（5）.热偶的焊接：由于铂金器皿的焊接热偶反应的是各部位的玻璃温度，是非常重要的控制参数，所以在焊接时确保焊接质量，安装时确保热偶丝在使用过程中处于自由态，不会因器皿铂金的线性膨胀而受到拉力，如果热偶丝受到的拉力超过一定程度，热偶将被拉断而断路。（6）.器皿膨胀问题的处理：在Pt器皿维修中常见连管与池体连接部，池体侧面常常在Pt伸长的形变力的作用下，向腔内凹进，凹进发生部位是该器皿最薄弱的环节，漏点、裂口此处最常见， 凹进程度与Pt过管的长度和安装方式有关。1000mm的Pt管从室温升到温度t的膨胀系数aa=8.987710-6t+1.065210-9t2+0.125610-12t3对长度长，膨胀量大的铂金器皿需要高度重视，否则将给正常生产带来极大的隐患；在铂金焊接中我们常采用下列措施解决这类问题：a、预留膨胀空间。B、采取热焊接。（7）.均化池及搅拌器安装：均化池安装必须测量器皿的垂直度和水平度；在搅拌器校准前先对搅拌机进行水平校正，校正时调整绝缘垫块高度通过水平器检测是否水平，在搅拌机水平后，才能调整搅拌器。有搅拌器工作的坩埚，必须进行搅拌器水平位置的调校，确保搅拌器在转动过程中保持垂直状态，搅拌器在工作前要进行两次位置校正；进行第一次搅拌器位置校正，要对其距底高度、前后左右进行校正，使搅拌器处于WZ池的中心，距底高度要预留出铂金膨胀的距离，否则可能导致搅拌器与埚底粘连。2. Pt器皿加热用的SiC元件：（1）SiC棒的特点：SiC棒是选用优质SiC为主要原料,用特殊工艺方法制成的一种非金属高温元件.其主要特点:A、发射波长=0.65u属于近红外,辐射率=0.87B、导电导热性能好,升温快耗电少.C、化学稳定性好,不受腐蚀.D、具有良好的高温机械强度和冷热激变特性,不易断.E、在一定条件下,最高温度可达1600,且变形小,安装方便.（2）SiC棒的化学特性在棒的烧结中,1900-2000时体积小于0.5mm2的-SiC产生结晶,立方体的-SiC在2100左右向六方体晶体转相，在2170-2400时-SiC再结晶。（这也是SiC棒的烧结温度）。2400以上开始升华。在1350-1500之间SiC棒表面形成SiO2保护膜，到1600保护膜达到一定厚度，阻止SiC继续氧化，因此SiO2保护膜具有很高的化学稳定性。其化学反应式如下：SiC+3/2O2 SiO2+CO SiC+2O2 SiO2+CO2当温度达到1627时，逐渐发生下列反应：2SiO2+ SiC 3 SiO+CO使SiO2保护膜逐渐受损，SiC的氧化作用加快，所以1627以下是SiO2保护膜的安全存在温度，即SiC棒使用的最高温度。（3）SiC棒和介质气体的作用SiC棒和水蒸汽在1300-1400会产生氧化作用，因此新窑烘烤时，尽量用旧SiC棒。氢气（H2）在1300以上高温时长期使用会使其机械强度降低。SiC+H2 SiH4+C 氮（N2）在1300以下对SiC棒有保护作用，在1300以上与SiC逐渐发生反应，生产Si3N4使SiC棒的阻值增加。SiC+N2 Si3H4+3C碳棒接触Si、Na、B等会发生反应而“发胖”损坏，操作避免玻璃液与碳棒接触。因此SiC棒的使用寿命和温度高低及炉内气氛有密切的关系。（4）SiC棒的电气特性SiC棒导电性较强，属于高温半导体。其电阻温度系数不同于金属导体，具有较大的比电阻。电阻随温度的升高而变化，从室温至800，电阻温度系数呈负值，800以上为正值。由于其电阻温度系数的特殊性，低温阶段升温时，要注意电流的变化，避免瞬间电流负荷过载而炸裂。同样由于其电阻温度系数的特殊性，在800以下，检测阻值无使用价值，生产厂家是在120050用伏安法测定测定阻值。硅碳棒使用注意事项：a) 为了使每支碳棒都处于理想工作状态，安装前测定整批碳棒的R值，将其分类，R相近的放在一组。b) 通电后用钳流表逐一测定电流，同组碳棒电压相等，电流值差异不得超过10%，否则应更换。c) 碳棒接触Si、Na、B等会发生反应而“发胖”损坏，操作避免玻璃液与碳棒接触。3. 电炉烤炉：铂金部分升温操作1、电炉部分升温操作工艺（1）HZ、CZ、RZ部分：室温- 150 按20/h升温； 150 保温16h； 150-500 按20/h升温； 500 保温4h 500-700 按20/h升温；700 保温4h700-900 按20/h升温；900 保温4h900-1350 按15/h升温； 1350 开始保温，等待工艺调整；（2）DZ、SZ、WZ部分：室温- 150 按20/h升温； 150 保温16h； 150-500 按20/h升温； 500 保温4h 500-700 按20/h升温；700 保温4h700-900 按20/h升温；900 保温4h900-1200 按15/h升温； 1200 开始保温，等待工艺调整；注意事项：1）在温度升到150、400、700、900、1100、1200时分别检查炉子情况及碳棒通电情况，及时更换工作不正常的碳棒，确保每一根碳棒通电正常，保证各部分均匀升温；2）在温度升到保温温度时，检查各气氛热电偶位置，确保瓷管顶端与铂金套筒10-12mm的距离；3）在升温过程中每2小时要检查搅拌器是否有粘埚现象；4）在各部位升温到保温点时，用高温计测定各部位温度，与显示仪表比较，并及时通知技术人员。（3）、出料管、MF管升温操作工艺1）F1区：室温-1000 按20/h升温； 1000 开始保温，等待工艺调整；2）F2区：室温-1000 按20/h升温； 1000 开始保温，等待工艺调整；3）F3区：室温-900 按20/h升温； 900 开始保温，等待工艺调整；注意事项 1）F1、F2、F3区升温前先紧固各电极，检查热偶绝缘性能； 2）升温过程中注意各区限流，确保电极和F管负载电流在安全值范围内。三、配合料投入与均化：1. 配合料投入：光学玻璃池炉配合料的投入是重要的工艺环节之一，加料方式影响到熔化速度，熔化区温度，液面状态和液面高度的稳定性，从而影响产品质量。配合料的投入方式以薄层加料最科学。 配合料薄层加料时，表面料层，由辐射和对流获得热量，下层粉料由玻璃液通过热传导取得热量，配合料中各组分容易保持均匀分布，使硅酸盐形成和玻璃形成速度提高。同时由于料层薄，有利于气体排除，也缩短MZ澄清时间。此外薄层加料，减少了未熔化的配合料颗粒流入深层玻璃液的几率。表面形成的玻璃液比其临近和下面的玻璃液温度低，这样可以减少或消灭向池壁的表面流。这对减少MZ池墙的侵蚀，保证玻璃液质量和提高MZ的生产能力延长使用寿命极为有利。 配合料和碎玻璃在未进行预混合，同时按比例投料时，工艺规定先在加料斗内装填粉料，再将碎玻璃装填在料斗内粉料上面，这是为了保证加入MZ后，使配合料如在碎玻璃垫子上熔化。处于粉料下面的碎玻璃先沉入玻璃液中熔化，而配合料则处在玻璃液上面，经受火焰辐射，逐渐熔化。这种工艺方法，可增加配合料表面的受热面积。强化玻璃的熔融过程，使未熔化的配合料颗粒，不会沉入玻璃液中，消除玻璃出现料结石现象，从而保证玻璃质量。 加料方式选择，为了减少液位波动及炉顶温度波动，自动加料是工艺发展方向，将加料机与液位测量控制形成闭环控制系统，更有利于提高液位、炉顶温度的控制精度，提高玻璃质量。加料机有多种形式，常见的有，螺旋加料机、垄式加料机、裹入式加料机、辊动式加料机、旋转摇摆式加料机等。 原始的手动加料方式，遵循 “三定原则“即定时、定量、定点加料，定时固定加料时间间隔，定量每次投入的配合料及碎玻璃重量固定，定点即倒料位置必须固定，且倒料方向顺序为左右交替，做到薄层加料。2.熔化池玻璃的初熔 配合料经高温加热变成透明的玻璃液，达到通电温度时一般分为两个阶段，即硅酸盐形成阶段和玻璃生成阶段。当熔化池玻璃液达到通电温度时，电极通电；为了提高玻璃质量，应对初熔玻璃液采取鼓泡、搅拌等均化措施。在硅酸盐形成和玻璃形成过程中，配合料各组份分解和挥发等会析出大量气体。这些气体直至玻璃形成过程完毕后，一小部分还没有从玻璃中完全逸出，它们以气泡形式残留在玻璃中。同时某些组份分解温度高，分解气体延缓，配合料操作中有气体带入，以及玻璃和耐火材料相互作用等，都会在玻璃中形成气泡。此外，在MZ玻璃形成后，玻璃液中还带有与主体化学组成不同的条纹、结石和其它不均匀体。为在MZ内获得均匀较好的玻璃液，就必须创造条件大幅度减少玻璃液中的气泡和不均匀体。这就是熔化部的澄清与均化的过程。这两个过程在在MZ中几乎同时进行，虽然它们在本质上有区别，但相互关系却非常密切，它们是玻璃熔制过程最复杂和最