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用于熔化物均质化的方法和设备

阅读：617发布：2021-02-25

IPRDB可以提供用于熔化物均质化的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且频率为0.1到20GHz的微波辐射从任何一个方向被施加到粘度在104到101Pa.s的范围内的熔化物上。被加热空间的外表面能够冷却，在外表面处放置微波辐射的波导(11)的出口。在熔化物中的微波辐射通过反射金属元件被反射回到熔化物中辐射入口的位置，并且通过屏蔽金属元件将其与周围屏蔽。将有一个来自微波反射源的至少一个波导(11)的出口，在任何方向到达熔化物的外表面，进入带有一定粘度的熔化物的空间。至少一个波导(11)被导引到前炉的通道(1)的底部(13)的外表面，和/或到前炉的通道(1)的金属外壳(3)的底部(14)的外表面，和/或到熔炉工作端部的池(16)的底部(17)的外表面，和/或到熔炉的工作端部的池(16)的侧壁，也可能在熔化玻璃(8)的表面之上或者在通道(1)的顶盖(5)之上。波导(11)的入口可以安装有绝缘层(2)。反射金属元件可以浸没在熔化物中。带有熔化物的空间具有与空间的纵轴垂直的正方形、矩形、圆形或者椭圆形横截面。，下面是用于熔化物均质化的方法和设备专利的具体信息内容。

1.一种在前炉的耐熔通道(1)内，也可能在熔炉的工作端 部的池(16)内均质化熔化物、绝缘物，主要是玻璃的方法，其 特征在于，受频率为0.1到20GHz的微波辐射的影响，微波从任 何方向的至少一个波导(11)引入到处于静态或流态的粘度为104 到101Pa.s的范围的熔化物。

2.如权利要求1所述的均质化的方法，其特征在于，冷却熔 化物的外部，在此处波导(11)具有一个微波辐射的出口。

3.如权利要求1或2所述的均质化的方法，其特征在于，通 过在熔化物中的反射金属元件将微波辐射反射回到熔化物中入口 的位置。

4.如权利要求1或2或3所述的均质化的方法，其特征在于， 通过屏蔽金属元件将微波辐射与周围屏蔽。

5.一种如权利要求1至4至任何一项所述的实施均质化方法 的设备，此方法是在前炉的耐熔通道(1)或者熔炉的工作端部 的池(16)内均质化已经熔化的材料，意图在于进一步加工，其 特征在于，在任何一个方向的至少一个微波辐射源(10)的波导 (11)的出口，到熔化物的外表面，并进入带有粘度在104到 101Pa.s的范围内的熔化物的空间。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，导引至少一个波 导(11)到前炉的通道(1)的底部(13)的外表面，或者到前 炉的通道(1)的金属外壳(3)的底部(14)的外表面。

7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，引入至少一 个波导(11)到熔炉工作端部的池(16)的底部(17)的外表面， 和/或到熔炉的工作端部的池(16)的侧壁。

8.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，在熔化玻璃 (8)的表面之上或者在通道(1)的顶盖(5)之上引入至少一 个波导(11)。

9.如权利要求5，6，7，8中至少一个所述的设备，其特征 在于，波导(11)出口的设备带有绝缘层(2)。

10.如权利要求5，6，7，8，9中至少一个所述的设备，其 特征在于，将反射金属元件浸没在带熔化物的空间中。

11.如权利要求5，6，7，8，9，10至少一个所述的设备， 其特征在于，带有熔化物的空间中的正方形、矩形、圆形或者椭 圆形横截面与空间的纵轴垂直。

说明书全文

技术领域

本发明涉及通过消除或者最小化局部浓度差，即在熔化物中 的不均匀性，使熔化物、绝缘物形式的材料，如玻璃，均质化的 方法。

本发明还涉及实施这种方法的设备。

背景技术

传统方法-向熔化的玻璃中插入气体产生元件，当气泡升到 表面，于是混合在池中的成分-仍然被用来实现熔融物的均质 化，如玻璃。
现代均质化的方法是通过旋转搅拌器的机械搅拌。关于严格 地分层流动，这种方法只引起条带(cord)的延长。机械旋转搅 拌的主要缺点是，搅拌器的搅拌达不到底部，即条带所在的位置。 降低搅拌器到条带的位置，即底部以上一米的位置，是不可能的。
熔化物的不均匀性，主要存在于熔化的玻璃中，主要是由于 条带的原因，即部分薄层形式的熔化物，或者厚度即尺寸为0.001 至1mm的条带，引起可见光的扩散。具有条带的玻璃熔化物有不 同的化学成分，于是有不同的物理特性：
-折射系数，条带在玻璃中可见并且产生视觉干扰，增加了光的 扩散，于是减少光的透射率，降低玻璃的亮度；
-热膨胀，这降低产品的强度；
-粘度和表面张力，通过这些在制造过程中有相反影响的特性， 对条带的减少有影响；
-条带通常也有较高的密度，即它们聚集在底部，产生浓的条带， 这在最后成品中是特别危险的。
微波加热的说明，在捷克专利289191和289193中提供了这 样一种方法，从碳化物、硼化物、或氮化物中选择一种惰性添加 剂，以每1kg玻璃材料添加5-50g的量添加到玻璃材料的混合物 中，通过频率为2450MHz的微波辐射将其熔化。装置包括带有至 少一个发射器的微波炉。这是一种应用微波能加热的将玻璃材料 从冷的状态即玻璃池，熔化的现代方法。
一种添加成分-添加剂用来熔化玻璃。
本发明的目的是已经熔化的玻璃的均质化，比没有添加剂时 的熔化区域具有较高的熔化粘度。

发明内容

通过采用一种新的熔化物均质化的方法将能达到所述的目 的，特别是对于玻璃，在前炉的耐熔通道内均质化，也可能在端 部的耐熔池内均质化，此处熔化粘度总是高于熔化区域的粘度， 按照本发明，这么做的基础在于采用频率0.1至20GHz的微波辐 射，辐射可以从任何方向，即从顶部、底部或者熔化空间的侧面， 或者同时从上述各个方向，到在静态或者流态其粘度在104到 101Pa.s的范围的绝缘熔化物。
这种熔化物均质化的新方法的主要优点是使那些在底部的难 于均质化的熔化物或者有很高的粘度的熔化物均质化。
在熔化空间的外面放置微波辐射波导出口，当熔化空间的外 面冷却时，得到良好的熔化物电容率与耐熔砖墙的电容率的高比 值。
在熔化物内部以及外部的微波辐射会被在熔化物中的反射金 属元件反射回到在熔化物中入口位置，这增加了熔化物底部分享 的吸收能，通常不均质化的熔化物位于底部，并且熔化物的顶部 不是没有必要通过多余的能量过热。
在熔化物内部以及外部的微波辐射被屏蔽金属元件与周围屏 蔽，目的是将微波集中在熔化物上，防止微波辐射逃逸进周围环 境中。
为了执行这种均质化的新方法，已经熔化的材料适应于按照 本发明的设备，设备的原理在于来自任何方向的至少一个微波辐 射源波导出口，就是说从熔化物的外部表面，即例如空间的底部 和/或侧壁和/或熔化物表面的上面，进入空间，例如在前炉的难 熔通道内或者在工作端部的池内，到粘度在104到101Pa.s的范 围内的熔化物。至少一个波导能被导向前炉通道底部的外表面， 可能是前炉通道金属外壳的外表面或者前炉通道底部的外表面， 或者工作端部的侧前炉壁，或者从顶部，通过在表面之上或者在 罩或顶板之上放置波导。
这种设计的主要优点是提供的微波能量通过最直接的方式即 在环境中以低电容率和在传输过程中的元件没有降低传输的效 果，导向熔化物。
当冷却元件，例如冷却空气，被引进到波导出口的位置进入 有熔化物的空间，耐熔壁的温度就会降低，于是它的电容率以及 熔化物和壁的电容率的比值增加，这提高了在熔化物中的能量和 在壁中损失的能量的比值。
如果波导出口的位置被安装合适的绝缘层，采用对冷却敏感 的陶瓷材料也是可能的。
屏蔽反射金属元件，例如钼棒，其反射和集中微波能量回到 熔化物的底部，于是增加在熔化物底部的能量的浓度，被安置在 对熔化物方便布置的位置。
耐熔前炉的金属外壳或者工作端部池的金属外壳起屏蔽的部 分作用。

附图说明

发明将以在示意性附图中阐明的实施例的形式详细说明。
图1，沿前炉通道的垂直截面图，带有熔化物和从底部安装 的微波能量源；
图2，沿前炉通道的垂直截面图，带有熔化物和从底部和顶 部安装的微波能量源；
图3，沿工作端部的垂直截面图，带有熔化物和从底部和池 的侧面安装的微波能量源。

具体实施方式

实施例1(附图1)
前炉的耐熔通道1在垂直于通道1的纵轴的垂直截面处有一 个矩形截面。绝缘熔化物，例如玻璃熔化物8，沿通道1流动。 通道1被在钢外壳3内的热绝缘体2包围。通道1通过电阻元件 4或者没有画出的燃烧炉在同一位置在玻璃熔化物8的上方被加 热。通道1在熔化玻璃8表面的上方被顶盖5覆盖，顶盖5被绝 缘体6覆盖。玻璃的表面被浸没的板19的表面覆盖。通道1的 顶部构造被屏蔽金属板7覆盖，与通道1内的金属外壳6连接。 金属棒9，例如钼，浸入在熔化的玻璃8中。微波场从微波辐射 源10通过波导11被引进到熔化玻璃8中，波导11在通道1的 底部并穿过金属外壳3的开口，以及底部绝缘体2到通道1的底 部13的外表面。
熔化玻璃8的粘度在104到101Pa.s的范围内，并接受频率 为0.1至20GHz的微波辐射。熔化物例如为硼硅酸盐，其在前炉 的通道1内的粘度达到104Pa.s，并接受频率达到2.45GHz的辐 射。
频率为2.45GHz的微波从波导11进入前炉的通道1。波导11 以及位于波导11位置的通道1的非绝缘底部被空气冷却。于是， 维持前炉通道1的耐熔材料的电容率与熔化玻璃8的电容率的足 够低的比值。这就是为什么大多数能量进入熔化玻璃8的原因。 能量通过底部13进入通道1。重腐蚀性的熔化物12，即危险条 带的来源，在底部聚集。这在加热过程中有先后顺序，于是导致 在条带和熔化玻璃8底部之间的温度差，于是降低条带的浓度， 条带然后被对流和扩散较容易地被搅拌进玻璃中。通过在熔化玻 璃8中的金属棒9，其反射微波能量到通道1的底部13也有助于 这种过热。这再次提高了在条带中吸收的能量和在熔化玻璃8底 部吸收的能量的比值，于是应用微波源10的高功率输出就没有 必要了。屏蔽板7的位置改变共振空间的大小和波腹及波节的位 置。类似的电阻热元件4的位置对微波反射回熔化玻璃8中有一 定的影响，于是也对在熔化物中温度场的形状和必要的能量输入 有影响。如果水平加热元件4缠绕地足够近，例如小于应用的辐 射波的四分之一波长，反射几乎是最好的。
浪费热量的数量能在微波辐射源上测量，并且通过这种热量， 能调整顶部反射金属元件的最佳高度尺寸，这种高度是关于熔化 表面的水平以及波导出口的距离。关于带熔化物的空间的外壁以 这样一种方式，在微波辐射源上的浪费热量的数量会是最小。
为了提高熔化物的均质化，例如熔化玻璃8，模拟前炉通道1 的条件做了下面的模型测量。微波，即频率为0.1到15GHz的电 磁辐射穿过对电子偏振具有低电容率和对磁偏振具有低磁导率的 物质。绝缘热量发生在具有高电容率的物质中，会影响在密闭反 射空间内的熔化物，于是产生多个电场标准波。于是在空间内产 生波腹环(antinode loop)和波节。当采用最经常用的频率 2.45GHz时，波长是12.2厘米。在此过程中，在熔化物中产生非 均质化的电场，
-由于通过来自屏蔽反射金属外壳的反射得到的标准波-在2到 4厘米的距离产生温度峰值
-由于随着离吸收物质(熔化物)的开始点的距离变化，被吸收 的输出能的指数降低
-由于环境的非均质化，即在各个点的电容率不一致，因为路径 各点的不同温度以及不一致的化学成分；
-由于反射金属或者陶瓷导体。这些将能量反射回来，于是在它 们于壁之间的空间中的吸收是几倍高。
这样，知道熔化物的电容率和它与温度的关系是很重要的。 因为在熔化物的高温时测量电容率是复杂的，因此在熔化物的被 测量样本中采用吸收能的测量方法。这等于被测量样本的温度变 化的速度。样本通常满足恒定的特定加热的条件。这就是为什么 微波熔炉的锅中做熔化硼硅酸盐玻璃的实验。在重660g的锅中 加热其中含有4％质量比的Na2O的硼硅酸盐玻璃到12550C并保 持温度稳步上升，然后熔炉以0.92k.sec-1恒定输入，通过排出 基体玻璃的生产熔炉得到14.7g的玻璃，代表腐蚀性熔化物12- 条带被留在锅中的玻璃中。这种腐蚀性熔化物12-条带的热扩散 远远高于基体熔化玻璃8。腐蚀性熔化物12的玻璃碎片的最大尺 寸是20mm。在调整温度后，即10分钟后，保持1.32k.min-1的恒 定功率输入的温度上升以及热损失，在25分钟内始终测量。然 后，在15分钟内，温度上升到1450℃，即粘度310pa.s，并保持 这个数值30分钟。在冷却锅后，在玻璃中看不到条带，甚至在 偏振光中也看不到。
实施例2(图2)
为防止前炉的耐熔通道1不能冷却，如图2中所示的波导11 的布置是方便的，即一个波导位于金属外壳3的底部14，一个波 导11位于熔化玻璃8的表面之上。下部的波导11穿过金属外壳 3的底部14，可能位于固定件15之下。上部的波导11穿过屏蔽 板7、顶部绝缘体6、和顶盖5。如果前炉的耐熔通道1由电容率 非常低的材料制成，如含Al2O3和SiO2，这种设计是合适的。从顶 部引入微波能，正如图2所示，当主要采用气炉23加热时，是 方便的。
实施例3(图3)
熔化玻璃8经过狭口21从熔炉的熔化区进入熔炉的工作端， 然后经出口22排出，用于进一步加工，如进入前炉的耐熔通道1。
波导11位于含有熔化玻璃8的工作端的池16的耐熔壁的外 表面。与前面的前炉通道1相比，池16更深更宽。池16在垂直 于它的纵轴的交叉截面处有一个矩形截面。大量腐蚀性熔化物12 在工作端部的池16的底部17聚集。其不得不与池16中的基体 熔化玻璃8均质化。波导11布置在工作端部池16的底部17，并 也在池16的侧壁18上布置。微波场作用在池16内的腐蚀性熔 化物12和绝缘体20上的优点是较高的温度以及得到的玻璃其电 容率较高。如果熔炉工作端的池16的尺寸更大，采用更强的微 波场以及更多数量的波导11是方便的。金属外壳3在这种情况 下被用作共振空间的边界。
这种解决方案意图主要是针对工作端的池16的宽度更大时， 或者如果熔化物的电容率低时，那么采用频率低于2.45GHz的微 波是合适的，如频率为0.915GHz或者0.895GHz。
如图3的设计对于熔化玻璃8的粘度在10到100Pa.S的范围 内是合适的，其是特别低的粘度和更高的温度，并且操作不但可 连续也可不连续。
这种设计也能以这样的方式实施，采用其高度大于宽度的带 矩形截面的没有画出的垂直延伸通道，而不是采用池16。在这种 情况下，微波场阻止在诸如熔化玻璃的熔化物上升过程中腐蚀性 熔化物12的条带与通道底部分离。
当然，本发明的许多其修改和不同变化也是可能的，并且显 然的是，发明在除这些实施例描述的方式之外的其它方式中也能 应用。
工业应用性
解决方案意图在于在玻璃进料器和熔炉工作端部对已经熔化 的材料，主要是熔化玻璃8的化学均质化，及热均质化。这些熔 化物也可以是热塑性的无机材料的熔化物。
附图标记说明
1    耐熔通道
2    绝缘体
3    金属外壳
4    电阻热元件
5    顶盖
6    顶部绝缘体
7    屏蔽金属板
8    熔化玻璃
9    金属棒
10   微波辐射源
11   波导
12   腐蚀性熔化物
13   通道1的底部
14    金属外壳3的底部
15    紧固件
16    工作端部的池
17    池16的底部
18    池16的侧壁
19    面板
20    池16的绝缘体
21    熔炉的狭口
22    工作端部的出口
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熔化炉-专利编号CN102269515A 2020-05-12 461
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