[发明专利]用于生产光学玻璃的熔炼装置

说明书

技术领域

本发明属于玻璃熔炼设备领域，具体涉及一种用于生产光学玻璃的熔炼装置。

背景技术

光学玻璃作为一种光传输的介质，除了对其内部的气泡、结石、条纹有严格的要求外，还对其透过率有更高的要求。光学玻璃的透过率是反映光通过玻璃能力的指标，光线进入玻璃，大部分光线将通过玻璃，其中有一部分光被玻璃内部吸收，还有一部分光被玻璃表面反射掉。因此，光线在玻璃中的光吸收量和光反射量越小，玻璃的透过能力就越强。一般来说，使用透射材料的光学仪器，大都要求材料具备较高的透过率。

研究表明，光学玻璃的透过率首先与其化学组成密切相关，其次与制造过程工艺、技术密切相关。一种光学玻璃材料研发完成后，其透过率水准就基本确定，若想要进一步提升其透过率，制造过程的工艺、技术将起关键作用。

一般来说，玻璃对光的吸收突出表现为选择性吸收，主要是由于玻璃内部的着色元素所引起的；一些在玻璃中以离子状态存在的多价态过渡金属元素易产生电子跃迁，产生价态变化，从而对可见光产生选择性吸收，影响玻璃的透过率。常见的着色元素有：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce、Pr、Nd等。

玻璃熔炼装置是生产光学玻璃的关键设备之一，现有的玻璃熔炼装置，包括内部具有熔炼腔的熔炼容器、竖直设置在熔炼腔中的加热电极以及设置在熔炼容器上部的燃烧器；熔炼容器上设有投料口，投料口的出料端与燃烧器的烧嘴相对应；加热电极由氧化锡或钼制成。采用现有的玻璃熔炼装置熔化玻璃原料的过程如下：玻璃原料由投料口连续投入熔炼容器的熔炼腔中，投入的玻璃原料由上部空间的燃烧器喷射的燃烧火焰加热初熔，将玻璃原料熔化为液态，通过氧化锡或钼电极对玻璃液直接通电加热，使玻璃液熔化。电极加热熔化玻璃的过程中，伴随有盐类分解、固液相转变、复盐产生等复杂的物理化学变化，部分区域的粉状玻璃原料和玻璃液共存，气体释放和吸、放热反应，引起玻璃液的强对流，对熔炼容器、电极的侵蚀较为严重，熔炼容器材料和电极材料中的杂质很快会随侵蚀进入玻璃液中，引起玻璃着色，影响玻璃的透过能力。

目前，熔炼容器多为电熔氧化铝制品、锆刚玉制品、莫来石制品或氧化锆制品；除此之外，还有电熔铸镁铬等碱性电熔铸制品；而熔炼装置又普遍采用全电极加热或气电混合加热的结构。其中，熔铸氧化铝制品和莫来石制品的气孔率较高，抗侵蚀能力差，抗热震稳定性差，该类熔炼容器很容易出现材质剥落，导致玻璃内部产生耐火材料结石，同时，大量的侵蚀物中的着色杂质引入，会导致玻璃的透过率下降，因此该种材料的熔炼容器很难生产出高品质的光学玻璃产品。电熔铸镁铬砖虽然具备很好的抗钠钙玻璃侵蚀能力，熔点高，但其材料中含有大量的Fe杂质，本身组分中的铬作为变价元素，对玻璃具有着色能力，该类熔炼容器适合工业、电子玻璃及有色玻璃的生产。锆刚玉制品杂质含量极低，几乎不含有基质玻璃相，具有优良的对玻璃液的低污染性能，体积密度大，气孔率小，具有较强的抗玻璃液侵蚀能力，产生气泡、结石、条纹的倾向小，微量的着色杂质引入对光学玻璃的透过率影响较小，是目前主流的光学玻璃熔炼容器材料，适用于绝大多数无铅环保玻璃和含铅非环保光学玻璃的生产。

虽然，现有的玻璃熔炼装置中使用了电熔锆刚玉(AZS)材料修筑的熔炼容器能够生产出质量合格的光学玻璃，其透过能力能够满足大部分光学仪器的设计要求，但是由于电熔锆刚玉材料仍然含有接近3000ppm的着色杂质Fe和Ti，并且使用的钼电极本身随气氛变化对玻璃液着色，而二氧化锡电极中含有烧结促进剂(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)，综合较多的着色元素都对制造高透玻璃产生阻碍，因此所生产光学玻璃产品的透过能力对于一些成像要求高的高精度光学仪器而言还是不够，因为高精度光学仪器透过率指标要求往往比普通光学仪器的透过率指标要求高0.5％～5％，如单反相机、太空搜索望远镜、玻导光纤等对光学玻璃的透过率要求。

为了进一步提高玻璃的透过率，一些技术先进的企业也采用铂金制作加热电极对玻璃液加热，虽然玻璃的透过率有一定的提升，但仍然无法解决电熔锆刚玉材料中着色杂质对玻璃的污染，同时，铂金电极也不适用于一些含铅玻璃的生产，主要是含铅玻璃液中极易出现Pb单质会严重腐蚀铂金材料，容易引起铂金杂质或造成铂金电极损坏，污染离子进入玻璃体同样对特定波长的光产生吸收，影响玻璃产品的透过能力。