玻璃液阻断装置及其阻断方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃生产过程中的装置，特别是涉及一种玻璃生产线高温生产工艺结束时阻断玻璃液继续在管道中流动的一种快速阻断装置，以及利用该阻断装置实现大流量工艺过程结束时快速阻断玻璃液流动的一种阻断方法。

背景技术

在玻璃块料生产过程中，玻璃熔炼和玻璃成型工艺是重要的热工工艺。在玻璃熔炼工艺中，通过熔炼系统装置实现玻璃内部气泡、结石精炼，再经均化工艺后玻璃内部条纹得到显著改善，由此熔炼出内在质量满足客户需求的玻璃；在玻璃成型工艺中，需要将熔化完成的玻璃液经过管道受控输送转移至成型模具中，然后在模具中玻璃块料被成型成所需形状，之后对玻璃块料进行降温冷却，形成玻璃毛坯产品。

在上述生产过程中当生产工艺结束时，输送玻璃液的管道仍处于高温状态，为了阻断管道内玻璃液流动，通常采用如图1所示的方式，通过降低管道1外部温度或是降低管道输出功率，使管道1内的玻璃液6快速降温冷却从而失去流动性，可实现管道内玻璃液流动阻断目的。另外，为了改善阻断玻璃液流动效率，降低操作时间及降低玻璃液损耗量，还可通过在冷却风管103中通压缩空气、氮气等气体来加速管道1管口流出玻璃液6的散热效率，如图1所示，从而实现管口玻璃液6的快速降温及玻璃液6粘度提高，从而使管口附近流出的玻璃液6快速失去流动性，实现管道1内玻璃液流动阻断。

随着光电领域用玻璃及特殊领域用途的玻璃市场的需求改变，大量直径300mm及以上大口径产品的需求量明显提高，且逐渐成为某些特殊领域研究的关键材料，尤其是尺寸在1m及以上的超大口径玻璃块料需求大幅上涨。在生产上述大口径及超大口径玻璃块料时，为了保证成型质量，需控制每块玻璃的成型时间以确保成型出的玻璃内在气泡、条纹、应力、光均等关键技术指标达到要求。成型单块玻璃时间越长，玻璃在成型过程中就容易出现因温度梯度温度导致均匀性变差或是与玻璃接触的材料耐高温性能不足从而产生成型缺陷，从而降低产品品质。为了解决成型时长问题，需在玻璃熔炼工艺与成型工艺之间的管道设计上进行流量优化，提高管道截面的玻璃液流量，但流量增大后将导致管道管径变大、玻璃液高温粘度降低，由此将导致生产工艺结束时管道内玻璃液阻断困难，无法高效率实现管道封管，阻断玻璃液在管道中的流动。因此，解决大流量、大管径的管道封管问题，对于实现大口径及超大口径块料产品成型尤为迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大口径玻璃生产过程中生产工艺结束时快速阻断玻璃液继续在管道中流动的阻断装置。

本发明还要提供一种快速阻断管道中玻璃液流动的阻断方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：玻璃液阻断装置，包括间接冷却环、阻流装置和截断装置，所述间接冷却环设置在管道管口上方，并环绕管道表面；所述阻流装置设置在管道管口处，且所述阻流装置的漏料孔设置在管道管口中心处，所述漏料孔尺寸小于管道管口尺寸；所述截断装置设置在阻流装置下方，且所述截断装置的密封板尺寸大于漏料孔尺寸。

进一步的，所述环体内部设置有空腔，所述环体上设置有与空腔相连的环体入口，在所述环体内侧均布若干环形出口。所述环体的内径为管道外径的2-5倍；所述间接冷却环中通入的冷却介质压力在0.3MPa及以上，优选压力为0.3-0.7MPa；所述冷却介质是温度在35℃以下的压缩气体。

进一步的，所述阻流装置包括第一支座、第一支杆、冷却板、漏料孔、第一冷却介质入口和第一冷却介质出口，所述冷却板内部设置有空腔，所述第一冷却介质入口和第一冷却介质出口设置在冷却板上；所述冷却板中心位置设置有漏料孔；所述冷却板与第一支杆相连，且所述第一支杆设置在第一支座上。

更进一步的，所述漏料孔由漏料孔入口、漏料孔中间段和漏料孔出口三部分组成，所述漏料孔入口截面面积小于或等于管道管口截面面积，且所述漏料孔入口截面面积大于或等于漏料孔出口截面面积，所述漏料孔的最小截面大于或等于管道管口截面的0.5倍。

更进一步的，所述阻流装置还包括辅助支座和限位块，所述辅助支座设置在第一支杆下方；所述限位块设置在冷却板上表面，且所述限位块高度大于或等于10mm，所述限位块距离管道外表面10-50mm。

更进一步的，所述阻流装置的冷却板及漏料孔从中心分为两部分组成，且两部分呈镜像对称结构，两部分的冷却板中的冷却回路为独立结构，分别设置有第一冷却介质入口和第一冷却介质出口。

进一步的，所述漏料孔的高度h大于或等于5mm，优选高度h小于或等于管道外径。

进一步的，所述漏料孔的中轴线与管道中轴线重合，所述阻流装置设置在截断装置与管道管口之间。

进一步的，所述截断装置包括第二支座、第二支杆、第二冷却介质入口、第二冷却介质出口和密封板，所述密封板内部设置有空腔，第二冷却介质入口和第二冷却介质出口设置在密封板上；所述密封板与第二支杆相连，且所述第二支杆设置在第二支座上；所述密封板设置在漏料孔正下方并紧贴冷却板下表面。

玻璃液阻断方法，所述方法包括以下步骤：

1)玻璃块料生产工艺结束后，快速降低管道周围环境温度及管道热量，在玻璃液流经管道时通过热交换间接降低管道内玻璃液的近壁面附近的玻璃液温度，增加玻璃粘度，增加玻璃液流动压损，降低管道中玻璃液流动性；

2)将间接冷却环放置到管道管口上方，并在间接冷却环中通入冷却介质，通过间接冷却环上的环形出口将冷却介质均匀布置到管道的管口，通过冷却介质高速流动，快速带走玻璃液表面热量，降低玻璃液流动速度及玻璃液表面温度，增大其流动阻力；

3)调整阻流装置的第一支座，调整冷却板上表面高度位置到管道管口下方时，将冷却板快速移动至管道正下方，通过管道、冷却板、漏料孔的配合作用将玻璃液流动截面快速缩小，而冷却板上表面接触玻璃液的区域可实现对管道中流出玻璃液的快速冷却；同时通过漏料孔与管道之间的直径差异，可使玻璃液流经漏料孔后截面积大幅降低，流动阻力增大导致玻璃流量下降；

4)调整截断装置的第二支座、密封板位置，将密封板贴合在阻流装置下表面，并快速截断漏料孔流出的玻璃液，通过密封板中的冷却回路快速对密封板上方玻璃液的快速冷却，实现对管道中的玻璃液的阻断。

进一步的，可实现流量在50L/h以上的大流量玻璃液的快速阻断，优选玻璃液流量为100-2000L/h，最优选的玻璃液流量为300-1500L/h。

进一步的，可实现管道中玻璃液粘度在10-5000poise时的流动过程中的高效率阻断，优选的玻璃液粘度范围在10-2000poise。

进一步的，可实现玻璃块料生产工艺结束时管道中玻璃液温度在1200-1500℃时的高效率阻断，优选玻璃液温度范围为1250-1425℃。

进一步的，所述管道直径为20-100mm，优选管道直径为30-90mm。

本发明的有益效果是：本发明利用间接冷却环、阻流装置、截断装置三者的有机配合，形成了逐级增大玻璃液流动阻力的方式实现管道分步阻断，解决了短时间大流量生产时管道难以快速阻断的技术难题；分步阻断的技术方案改善了阻断过程造成玻璃流速快速改变而产生的玻璃液对管道管壁压力变化引起的管壁材料机械疲劳问题，进而提高了整体管道的使用寿命；通过改进管道管口冷却方式，大幅降低了管道管口快速降温产生温度急剧变化而导致的管道管口材料老化、变质产生的裂纹快速扩散问题，以及由此带来的管道管口使用寿命缩短的问题。

附图说明

图1是现有玻璃液阻断方式示意图。

图2是本发明的阻断装置的主视图的剖视图。

图3是本发明的间接冷却环的剖视图。

图4是本发明的阻流装置的剖视图。

图5是本发明的阻流装置的另一种结构的剖视图。

图6是本发明的截断装置的主视图。

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

在管道1完成块料工艺生产需求时，此时在大流量、高温生产过程中，管道1中玻璃液6难以依靠降低管道1温度及简易风冷却使管道1内玻璃液6断流，实现管道1内玻璃液的流动阻断。为降低管道1因阻断过程而造成的玻璃液6损失，需尽快停止管道1中玻璃液6正常流动，实现管道1中玻璃液6快速断流。

如图2所示，本发明的玻璃液快速阻断装置包括间接冷却环3、阻流装置4和截断装置5，所述间接冷却环3设置在管道1管口上方，并环绕管道1表面；所述阻流装置4设置在截断装置5与管道1管口之间，且阻流装置4设置在管道1管口处，所述阻流装置4的漏料孔404设置在管道1管口中心处，所述漏料孔404尺寸小于管道1管口尺寸；所述截断装置5设置在阻流装置4下方，所述截断装置5的密封板505尺寸大于漏料孔404尺寸。

所述间接冷却环3包括环体入口301、环体302和环形出口303，如图3所示。其中环体302为中空结构，内部设置有空腔，环体302上设置有与空腔相连的环体入口301，在环体302内侧均布若干环形出口303。间接冷却环3工作时，通过环体入口301送入冷却气体，如空气、氧气、氮气等冷却气体，气体进入环体302后，快速充满环体302的内部空腔，并从环体302的若干环形出口303吹出到管道1表面，从而快速在管道1表面实现对流换热，将管道1及管口的玻璃液6热量带走，实现辅助降低玻璃液6温度的目的。为了使间接冷却环3在使用过程中效果最佳，优选环体302的内径为管道1外径的2-5倍，从而确保环形出口303吹出的气体冷却均匀性。间接冷却环3中通入的冷却介质优选压力在0.3MPa及以上，最佳压力为0.3-0.7MPa，从而确保环形出口303吹出的气体流量满足工艺要求。冷却介质所用的气体源优选温度在35℃以下的压缩气体，从而确保管道1表面换热效果。

所述阻流装置4包括第一支座401、第一支杆402、冷却板403、漏料孔404、第一冷却介质入口405和第一冷却介质出口406，如图2、4所示，其中，所述冷却板403为中空结构，内部设置有空腔，第一冷却介质入口405和第一冷却介质出口406设置在冷却板403上并与空腔相连，冷却介质通过第一冷却介质入口405进入并充满空腔，再通过第一冷却介质出口406流出，不断循环流动；冷却板403中心位置设置有漏料孔404，漏料孔404由漏料孔入口701、漏料孔中间段702和漏料孔出口703三部分组成；所述冷却板403与第一支杆402相连，且第一支杆402设置在第一支座401上，用于调整冷却板403和漏料孔404的位置，确保阻流装置4工作时，冷却板403可以快速定位到管道1下方，且漏料孔404在管道1内的玻璃液6的流动截面以内，优选漏料孔404的中轴线与管道1中轴线重合。

为了确保阻流装置4对玻璃液6流动的减速效果，所述漏料孔入口701截面面积优选小于或等于管道1管口截面面积，但所述漏料孔404的最小截面大于或等于管道1管口截面的0.5倍。漏料孔404的高度h大于或等于5mm，优选高度h小于或等于管道1外径。漏料孔404在高度方向的形状可以选择柱状、阶梯柱状等入口大出口小的几何结构，从而实现玻璃液6截面面积的逐渐降低，玻璃液6流经漏料孔404时阻力逐渐增大，因此优选所述漏料孔入口701截面面积大于或等于漏料孔出口703截面面积。

所述阻流装置4还包括辅助支座407，辅助支座407设置在第一支杆402下方，用于支撑第一支杆402并提高第一支杆402的结构稳定性以及对冷却板403的微调作用，从而防止第一支杆402在工作时出现明显变形，导致玻璃液6直接从冷却板403上表面溢出。

所述阻流装置4还包括限位块408，限位块408设置在冷却板403上表面，限位块408高度大于或等于10mm，且距离管道1外表面距离优选在10-50mm。限位块408与管道1外表面形成的狭缝可有效防止玻璃液6在流经冷却板403时出现外溢的情况。

阻流装置4在阻断过程中的主要作用是：冷却板403与管道1管口排出的玻璃液6接触并冷却，增加玻璃流动局部阻力，受到冷却的玻璃液6快速形成不动层，玻璃液6流经漏料孔入口701，经漏料孔中间段702之后到达漏料孔出口703，最后由漏料孔出口703排出。在此过程中接触漏料孔404表面的玻璃液6因冷却、截面变化而使玻璃液6流量快速降低，为截断装置5阻断提供有利条件。

如图5所示，在另一种实施方式中，阻流装置4的冷却板403及漏料孔404从中心分为两部分组成，且两部分呈镜像对称结构，其中，一部分的漏料孔404呈半圆结构，冷却板403中的冷却回路为独立结构，分别设置有第一冷却介质入口405和第一冷却介质出口406。工作时，两侧冷却板403及漏料孔404同时放置到管道1下方，此时漏料孔404在管道1管口下方形成类似图4所示的圆形截面，从而实现对玻璃液6的局部冷却，并增加玻璃液6流动局部阻力。

如图6、7所示，截断装置5包括第二支座501、第二支杆502、第二冷却介质入口503、第二冷却介质出口504和密封板505，其中，所述密封板505为中空结构，内部设置有空腔，第二冷却介质入口503和第二冷却介质出口504设置在密封板505上并与空腔相连，冷却介质通过第二冷却介质入口503进入密封板505的内部空腔，再经密封板505内部循环，最后通过第二冷却介质出口504流出；所述密封板505与第二支杆502相连，且所述第二支杆502设置在第二支座501上，所述第二支座501用于调整密封板505的水平和高度位置，并通过第二支杆502为密封板505提供结构支撑作用；密封板505设置在漏料孔404正下方并紧贴冷却板403下表面。

所述密封板505采用2-8mm厚耐热金属材料制成；所述冷却板403及密封板505采用延展性、导热性能较好的金属材料制成，优选耐热性能好的镍铬合金材料制成，冷却板403可采用2-8mm厚的耐热金属材料制成；为了确保冷却介质与高温玻璃之间正常的热交换，密封板505优选常温导热系数不低于15w/(m.K)的金属材质，更优选常温导热系数为20w/(m.K)以上的金属材料。

截断装置5在工作前需将冷却介质通入密封板505中，使密封板505内冷却介质处于循环流动状态，然后确认间接冷却环3、阻流装置4正常安装到位后，调整截断装置5的第二支座501的位置，通过第二支杆502将密封板505紧贴阻流装置4的冷却板403下表面并快速推入漏料孔404正下方，将漏料孔出口703流出的玻璃液6截断，然后保持密封板505静置不动，通过密封板505、漏料孔404、冷却板403、间接冷却环3的冷却作用及阻断流动作用，实现管道1管口流出玻璃液6的快速冷却与减速，从而实现管道1中玻璃液6流动状态的改变，实现管道1管口玻璃液6断流及阻断。

所述阻流装置4及截断装置5中均使用冷却介质来与玻璃液6进行热交换，所述冷却介质优选液体、气体作为冷却介质，当采用液体时，优选液体比热容较大的材质，可优选水、油作为冷却介质；冷却介质源的压力优选不得低于0.3MPa，入口温度不超过30℃，便于现场阻断操作控制。

采用本发明的阻断装置，可在工艺结束时首先将间接冷却环3设置在管道1管口上方并环绕管道1表面，通冷却气体到间接冷却环3中，通过间接冷却环3对管道1管口及管口的玻璃液6进行冷却；然后将阻流装置4移动至管道1正下方，通过冷却板403冷却作用及漏料孔404导流作用，减少管口以下区域玻璃液6流动区域，且通过冷却板403与玻璃液6接触时的换热作用，可使玻璃液6在流经此处时形成一个较大的局部阻力位置，从而增加玻璃液6流动过程中压力损失，进而降低玻璃液6流动动力；然后快速将截断装置5放置到阻流装置4的正下方，实现对玻璃液6的封堵作用及冷却作用，从而快速将管口流出玻璃液6冷却，从而阻断管道1中的玻璃液6流动，实现管道1阻断。

本发明的阻断装置各部分有机结合，采用逐级增大玻璃液6流动阻力的方式实现管道1阻断，解决了短时间大流量生产后管道1难以快速阻断的难题，并且降低了管道1阻断时因玻璃液6流速快速改变而造成的管道1管壁压力变化，进而提高了管道1整体使用寿命；采用上述阻断装置的间接冷却阻断方式可大幅降低管道1管口快速降温产生温度急剧变化而导致的管口材料老化、寿命缩短的问题。

本发明通过采用上述结构的阻断装置，可以提供一种快速阻断管道中玻璃液流动的阻断方法。该方法包括以下步骤：

1)玻璃块料生产工艺结束后，快速降低管道1周围环境温度及管道1热量，从而在玻璃液6流经管道1时通过热交换间接降低管道1内玻璃液6的近壁面附近的玻璃液6温度，从而增加玻璃粘度，增加玻璃液6流动压损，从而降低管道1中玻璃液6流动性；

2)调整间接冷却环3位置，将其放置到管道1管口上方，并在间接冷却环3中通入冷却介质，通过间接冷却环3上的环形出口303将冷却介质均匀布置到管道1的管口，通过冷却介质高速流动，快速带走玻璃液6表面热量，从而降低玻璃液6流动速度及玻璃液6表面温度，增大其流动阻力；

3)间接冷却环3开始工作后，调整阻流装置4的第一支座401，并调整冷却板403上表面高度位置到管道1管口下方时，将冷却板403快速移动至管道1正下方，通过管道1、冷却板403、漏料孔404的配合作用将玻璃液6流动截面快速缩小，而冷却板403上表面接触玻璃液6的区域可实现对管道1中流出玻璃液6的快速冷却；同时通过漏料孔404与管道1之间的直径差异，可使玻璃液6流经漏料孔404后截面积大幅降低，流动阻力增大也将导致玻璃流量下降；

4)待阻流装置4运行正常后，调整截断装置5的第二支座501、密封板505位置，将密封板505贴合在阻流装置4下表面，并快速截断漏料孔404流出的玻璃液6，通过密封板505中的冷却回路可快速对密封板505上方玻璃液6的快速冷却，可实现管道1中的玻璃液6不再流动，实现管道1阻断。

采用以上阻断方法，阻断装置可实现流量在50L/h以上的大流量玻璃液6的快速阻断，优选玻璃液6流量为100-2000L/h，最优选的玻璃液6流量为300-1500L/h。

采用以上阻断方法，阻断装置可实现管道中玻璃液6粘度在10-5000poise范围内时的流动过程中的高效率阻断，优选的玻璃液6粘度范围在10-2000poise。

采用以上阻断方法，阻断装置通过选择适合的冷却媒介可强化阻断装置的可适用温度范围，从而实现玻璃块料生产工艺结束时管道1中玻璃液6温度在1200-1500℃时的高效率阻断，优选玻璃液6温度范围为1250-1425℃。

采用以上阻断方法时，承载玻璃液的管道1尺寸对于阻断玻璃液6流动有较大影响，优选管道1直径在20-100mm范围时使用，更优选的管道1直径为30-90mm，此时可实现管道1高效阻断。

上述阻断方法，尤其适用于尺寸超过300mm口径的玻璃块料产品生产时管道阻断，特别适用于尺寸超过1m口径的玻璃块料产品生产时管道阻断。

本发明采用冷却板403、漏料孔404、密封板505三者相互配合，实现了逐级增加阻断在过程中玻璃液流动过程中压力损失，进而实现快速降低玻璃液流动动力，并且通过三者与玻璃液的热交换，可快速将管口流出玻璃液冷却，让玻璃液在接触冷却板403、漏料孔404、密封板505后在交界面附近粘度快速提高，失去流动性，从而逐渐缩小玻璃液流动截面，最终阻断管道管口的玻璃液流动。采用上述装置及方法进行大流量、超高温度玻璃液生产时可大幅提高了管道阻断的成功率，从而降低玻璃液因阻断时间长导致的玻璃损失率，降低了生产研发成本。

本发明的阻断装置及其阻断方法适用于大粘度玻璃、含易挥发成分玻璃、易析晶玻璃、特殊用途玻璃等类型产品在大流量生产结束时对管道内玻璃液的流动阻断，尤其适用于微晶玻璃、耐辐照玻璃等大块料玻璃生产结束时管道阻断。