光学玻璃熔炉及利用该熔炉进行玻璃性能对比的方法

摘要

本发明名称为一种光学玻璃熔炉。属于光学玻璃制造技术领域。它主要是解决现有熔炉存在严重干扰实验数据准确性的问题。它的主要特征是：坩埚包括呈轴对称设置的A坩埚和B坩埚；A搅拌棒、B搅拌棒分别设置在与A坩埚、B坩埚配合的位置上，A搅拌棒、B搅拌棒的启动控制端并联；炉体底部设有由刻度盘、锁定销子、CCD、显示器、手动摇臂装置、电动旋转机构等构成的平台定位机构；刻度盘与可旋转炉底平台同轴，锁定销子设置在刻度盘上，可旋转炉底平台轴上设有锁孔；刻度盘圆周柱面按360度刻画标线及刻度数，CCD位于刻度盘的刻画线外侧。本发明特别适用于进行光学玻璃新产品的开发及光学玻璃产品性能比较实验。

说明书

技术领域

本发明属于光学玻璃制造技术领域。具体涉及一种光学玻璃熔炉和利用该设备进行玻璃性能对比的实验方法。

背景技术

进行光学玻璃新牌号配方研发时，需要根据新品开发设定的主要指标进行配方设计，选择各种合格的原材料按配方组成比例进行配制并充分混合形成所需配合料，将此配合料投入到高温实验炉的坩埚内，设定各个熔炼阶段的熔制工艺温度，通过化料、澄清、均化、成型等工艺过程进行熔解，制成内部品质优良的块状玻璃样品。通常情况下，该过程在单一熔炉内单次进行，由于实际执行工艺温度与设定工艺温度的偏差及波动，操作人员熟练程度不同对加料时间的控制也不同，此外人员间操作方式的差异等因素会造成实验条件发生偏差，各种条件的偏差综合积累后，导致相同的配方、相同工艺下，熔制获得的玻璃样品性能偏差会放大或波动，严重干扰了对实验数据准确性判断。

同样，研究单一组分增减，对光学玻璃性能影响所进行的实验，传统的单一熔炉坩埚内依次进行熔制，由于在非相同环境下进行的熔炼，存在多种干扰因素的影响，实验数据不准确、偏差大。

发明内容

本发明的目的就是针对上述情况提出的一种适用于进行光学玻璃新产品开发及光学玻璃产品性能比较实验的光学玻璃熔炉及利用该熔炉进行玻璃性能对比的方法。

本发明光学玻璃熔炉的技术解决方案是：一种光学玻璃熔炉，包括带炉门的耐火材料炉体，炉腔内呈圆柱形空腔，沿炉体内腔均匀分布的加热棒，位于炉底中央的可旋转炉底平台，设置于可旋转炉底平台上的坩埚及搅拌棒，其特征在于：所述坩埚包括A坩埚和B坩埚，A坩埚、B坩埚呈轴对称设置在可旋转炉底平台上；所述搅拌棒包括A搅拌棒和B搅拌棒，A搅拌棒、B搅拌棒分别设置在与A坩埚、B坩埚配合的位置上，A搅拌棒、B搅拌棒的启动控制端并联；在炉体底部设有由刻度盘、锁定销子、CCD、显示器、手动摇臂装置、电动旋转机构等构成的平台定位机构；刻度盘与可旋转炉底平台同轴，锁定销子设置在刻度盘上，可旋转炉底平台轴上设有与锁定销子配合的锁孔，通过锁定销子升降可锁定或解开刻度盘的旋转，解开锁定销子后，可进行手动摇臂装置或电动装置操作转动可旋转平台；刻度盘圆周柱面按360度刻画标线，并标注刻度数，CCD位于刻度盘的刻画线外侧，用于读取刻度盘旋转的角度位置，显示器可直观读取刻度盘旋转角度位置。

本发明光学玻璃熔炉的技术解决方案中所述的可旋转炉底平台侧周边以外的炉底上及可旋转炉底平台与炉底中央通孔壁之间设有耐高温陶瓷纤维毯。

本发明光学玻璃熔炉的技术解决方案中所述的可旋转炉底平台底面与炉底之间设有一组实心耐火材料球及配合的滚道。

本发明利用光学玻璃熔炉进行玻璃性能对比的技术解决方案是：一种利用光学玻璃熔炉进行玻璃性能对比的方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴在同一光学玻璃配方中调整某一种或几种组分，形成与该光学玻璃配方有区别的试验配方，按光学玻璃配方、试验配方获得光学玻璃配方配合料、试验配方配合料；

⑵采用一种光学玻璃熔炉，其包括带炉门的耐火材料炉体，炉腔内呈圆柱形空腔，沿炉体内腔均匀分布有加热棒，炉底中央有可旋转炉底平台， A坩埚、B坩埚呈轴对称设置在可旋转炉底平台上，A搅拌棒、B搅拌棒分别与A坩埚、B坩埚配合，A搅拌棒、B搅拌棒的启动控制端并联，在炉体外设有手动平台定位机构；

⑶操作手动平台定位机构，将光学玻璃配方配合料、试验配方配合料分别投入A坩埚、B坩埚，在相同的操作方法下进行熔化、澄清、均匀和成型工艺，获块状光学玻璃样品，供性能测试。

本发明利用光学玻璃熔炉进行玻璃性能对比的技术解决方案第⑴步骤中所述的光学玻璃配方配合料、试验配方配合料投入坩埚前要造粒成丸状或片状，防止粉料飞扬引起的成分损失。

本发明可旋转平台的旋转角度可通过安装于炉体外部的旋转手柄实现手动控制且角度位置正确读取，由外部读取位置可准确知悉熔炉内坩埚的位置，同时该旋转平台可切换为自动旋转，实现低速旋转。放置于旋转平台上的A、B两个坩埚呈以旋转平台轴心为轴对称分布。对应的搅拌棒为两支，单支搅拌棒的轴心与单个坩埚的轴心相重合。且一支搅拌棒与一个坩埚配合使用，不能混用。耐温陶瓷纤维毯覆盖于炉腔底部及填充于旋转平台转轴与炉墙底之间的间隙，用于隔绝内外热量交换，保证熔炉内温场分布均匀。两支搅拌棒由同一控制系统控制搅拌速率，两支搅拌棒形状一致且下沿安装高度相同。

光学玻璃熔制过程中，熔炉的温度会产生波动，不同温度下，原料中易挥发成分的挥发量不同，由于挥发不同，造成玻璃中组分发生变化，产品性能也随之发生变化。基于上述原因，将A坩埚、B坩埚玻璃的熔制同时放入相同的熔炉，在相同的工艺下进行熔制，其组分挥发会一致。通过该方法可减少工艺因素的影响。为了尽可能创造相同工艺环境，采用本发明所示的熔炉装置熔制光学玻璃时，可旋转炉底平台必要时处于低速旋转状态，保证两个坩埚熔制玻璃时工艺环境相同。可旋转炉底平台的角度位置与外部的位置标识一一对应，可通过外部标识读取坩埚的位置，通过人工或自动操作可准确定位坩埚位置，当向A坩埚加料时，操作转动可旋转炉底平台，将A坩埚转动至炉门位置，加入甲种光学玻璃粉料，反向转动可旋转炉底平台，将B坩埚转动至炉门位置，加入乙种光学玻璃粉料，如此交替加入两个坩埚内各自的光学玻璃粉料，完成加料过程。为保持炉内两坩埚内玻璃熔制环境相同，在非加料及搅拌工艺时间段，可旋转炉底平台处于低速旋转状态。搅拌工艺时间段，转动可旋转炉底平台，使A坩埚、B坩埚分别定位于A搅拌棒、B搅拌棒正下方并固定，确保搅拌两个坩埚内的玻璃液能充分搅拌均匀。

本发明能够制造相同工艺条件下获得的由配方调整引起的真实特性的光学玻璃样品，特别适用于进行光学玻璃新产品的开发，及光学玻璃产品性能比较实验。

附图说明 

图1是本发明光学玻璃熔炉的结构示意图。

图2是平台定位机构示意图。

图中：1.炉体；2.加热棒；3. A搅拌棒；4. A坩埚；5. B搅拌棒；6. B坩埚；7. 炉门；8. 陶瓷纤维毯；9. 实心耐火球；10. 可旋转炉底平台；11.刻度盘；12.刻度线；13.CCD；14.手动摇臂装置；15.电动旋转机构；16.显示器；17.锁定销子；18.锁孔。

具体实施方式

如图1所示。本发明光学玻璃熔炉结构包括耐火材料制成的、带炉门7的炉体1，炉腔内呈圆柱形，沿炉体内腔均匀分布于有加热棒2，位于炉底中央的可旋转炉底平台10，可旋转炉底平台10由耐高温的耐火材料制成，通过下部的轴与外界相通，通过外部配置的机电控制系统实现低速旋转，以上结构与现有技术相同。A坩埚4、B坩埚6为光学玻璃熔制的容器，呈轴对称分布，置于可旋转炉底平台10上。A搅拌棒3、B搅拌棒5分别设置在与A坩埚4、B坩埚6配合的位置上，A搅拌棒3、B搅拌棒5的启动控制端并联，由同一电机及控制系统驱动，可同时进行提升、下降，其旋转方向和转速同步，A搅拌棒3、B搅拌棒5形状与结构完全一致。单支搅拌棒的轴心与单个坩埚的轴心相重合，且一支搅拌棒与一个坩埚配合使用，不能混用。平台定位机构由刻度盘11、锁定销子17、CCD13、显示器16、手动摇臂装置14、电动旋转机构15等构成，刻度盘11圆周柱面按360度刻画刻度线12，并标注刻度数。刻度盘11与可旋转炉底平台同轴并固定，锁定销子17设置在刻度盘11上，可旋转炉底平台轴上设有锁孔18，通过锁定销子17升降可锁定或解开刻度盘11的旋转。CCD13位于刻度盘11的刻度线12外侧，用于读取刻度盘11旋转的角度位置，显示器16可直观读取刻度盘11旋转角度位置。解开锁定销子17后，可进行手动摇臂装置14或电动装置操作转动可旋转平台。通过手动摇臂装置14的外部手柄精确控制旋转角度，通过旋转角度的标识来确认炉内A坩埚4、B坩埚6的位置。通过可旋转炉底平台10旋转，顺、逆时针90度至炉门7位置，完成加料。可旋转炉底平台10底面与炉底之间设有配合的滚道，实心耐火材料球9沿旋转轴心呈圆周的滚道凹槽内均匀分布，支承可旋转炉底平台10，减少可旋转炉底平台10转动时的摩擦阻力，增加平台10的稳定性。可旋转炉底平台10侧周边以外的炉底上及可旋转炉底平台10转轴与炉底中央通孔壁之间间隙设有耐高温陶瓷纤维毯8，用于隔绝内外热量交换，保证熔炉内温场分布均匀。

性能对比实验方法：

下面对本发明的性能对比实验方法进行说明。

本发明的性能对比实验方法可适用于光学玻璃开发过程中配方组分确认及组分调整对产品性能影响的研究。具体而言，在配方开发时可显著提高开发效率，快速确认成玻璃范围。在产品性能研究时，可减少外部干扰因素影响，增加数据的可靠性。

本发明具体的实验方法：将混合均匀后的两种配合料进行造粒（压制成小丸或片状块料），规定一定时间间隔一定加入重量，通过旋转炉底平台10将A坩埚4、B坩埚6交替移动至加料炉门7位置，分别交替加入各自的A坩埚4、B坩埚6内，采用相同的熔制工艺，同时在本发明的装置中进行光学玻璃熔炼，通过熔化、澄清、均化，分别获得所需的光学玻璃制品对比样，经退火并取样，测定所需性能。

根据实施例对本发明进行更详细的说明，但是本发明不限于这些实施例。

实施例1：

选取折射率为1.62，阿贝数36的光学玻璃为对比实验对象，采用本发明所用设备及性能对比实验方法，进行光学玻璃熔制实验。确认Fe-₂O₃杂质含量对光学玻璃着色度的影响。实验结果如下。

从测定数据看：使用相同的基础配方，不同的杂质含量，严格按照相同工艺进行光学玻璃的熔制，使用本发明的设备及对比实验方法，可以明显发现，着色度上限（λ80）与Fe-₂O₃杂质含量相关度高，Fe-₂O₃含量高，着色度数据随之增高，与着色理论相符合；而着色度下限（λ5）与Fe-₂O₃杂质含量相关度低

对比实施例：

同样选取折射率为1.62,阿贝数36的光学玻璃为对比实验对象，采用传统方法，即在单一个实验炉内，按照实施例1相同工艺温度曲线（即加料、澄清、均匀、出炉等工艺温度、时间、方式相同），每次进行一埚光学玻璃的熔制，连续进行了4埚光学玻璃的熔制，以确认Fe-₂O₃杂质含量对光学玻璃着色度的影响。实验结果如下。

从测定数据看：使用实施例1相同基础配方和工艺，按照传统方式进行光学玻璃的熔制，可以发现着色度上限（λ80）与Fe-₂O₃杂质含量相关度不明显，处于无序波动中，不能发现明显规律，这与熔炉设备及熔制操作过程的不可控变动因素增多有关；而着色度下限（λ5）与Fe-₂O₃杂质含量相关度低，几乎不变。

实施例2：

选取折射率为1.713,阿贝数53.94的光学玻璃为对比实验对象，确认在该牌号光学玻璃中B₂O₃、La₂O₃对调1%对折射率及阿贝数的影响。

从实验结果可以发现：在该牌号光学玻璃中，每增加1%的B₂O₃、同时减少1% La₂O₃，其折射率会减少453×10^-5单位，相应的阿贝数增加0.1个单位左右。

实施例3：

选取折射率为1.713，阿贝数53.94的光学玻璃为对比实验对象，确认在该牌号光学玻璃中相同玻璃配方在本发明装置中熔制，折射率及阿贝数的影响。

从实验结果可以发现：在该牌号光学玻璃中，在本发明实验装置及对比实验方法进行熔制光学玻璃时，其折射率与阿贝数非常接近。

实施例4：

选取折射率为1.7的光学玻璃为对比实验对象，确认在该牌号光学玻璃中碱金属变化对膨胀系数的影响。

从实验结果可以发现：增加碱金属氧化物含量，其线膨胀系数增加明显。