熔融石英（熔融石英砂生产工艺）

摘要： 熔融应时(熔融石英砂生产工艺)等离子熔融法是世界上生产高纯度熔融应时玻璃圆筒的更先进方法之一。在低羟基浓度、低缺陷浓度、成品率、生产效率、节能环保方面具有突出的优势。本文针对应时玻...

熔融应时(熔融石英砂生产工艺)

等离子熔融法是世界上生产高纯度熔融应时玻璃圆筒的更先进方法之一。在低羟基浓度、低缺陷浓度、成品率、生产效率、节能环保方面具有突出的优势。本文针对应时玻璃等离子体熔融工艺的成型设备，设计并提出了一种true 空工艺实现方案，可以控制和监测等离子体加热过程中炉内的true 空度(气压)，以满足高纯熔融应时等离子体工艺的不同需求。

等离子熔化工艺是生产透明和不透明应时空芯筒坯的更先进技术。通过该工艺可以一次制造出高纯度的熔融态应时缸体毛坯，在成品率、生产效率、节能环保等方面具有独特的优势。

在等离子熔炼过程中，高纯石英砂被注入回转炉中，成品的尺寸由离心力控制。在熔化过程中，转炉中的高纯保护气体可以在电极之间激发等离子弧，产生的等离子弧可以将结晶石英砂熔化成熔融的应时。

目前，世界上唯一使用这种独特工艺生产熔融应时空芯筒的制造商是德国Qsil公司。如图1所示，QSIL使用这种独特的“一步”等离子体加热熔化工艺来生产透明和不透明的熔融应时空芯圆柱体(空白)。

图一。Qsil公司等离子熔炼应时玻璃成型设备。

在熔融应时玻璃的生产过程中，熔融应时玻璃中的气体交换现象极其复杂。此时气体的平衡状态与加热温度、炉内压力、气体在各相中的分压及其在玻璃中的溶解扩散速率有关。因此，为了获得羟基浓度小于50ppm且总缺陷(直径小于20μ m的气泡和夹杂物)浓度小于50个/cm3的高纯度熔融应时玻璃锭，需要根据加热温度选择不同的气体和true 空工艺。本文提出了一种true 空工艺实现方案，能够在等离子体加热过程中对炉内压力进行实时控制和监测，以满足高纯熔炼应时等离子体熔炼过程中的各种需求。

如图2所示，等离子熔化工艺中与应时玻璃成型设备配套的true 空系统框图，可以实现成型设备加热筒内true 空度(气压)在0.1~700Torr范围内的精确控制，控制精度可以达到1%以内。

如图2所示，True 空系统的设计采用下游控制方式，也可以根据具体工艺条件设计为上下游同时控制方式。整个true 空系统主要包括气源、入口流量控制装置、true 空检测器、出口流量控制和true 空泵。

2.真空系统框图

不同气源的气体通过可控阀门进入歧管形成单一或混合气体，再用一组质量流量控制器和针阀控制进入成型设备的气体流量，不仅实现了设备内真空度的快速控制，避免大的超调，而且有效地节省了一些昂贵的惰性气体。

成型设备中真空度的形成主要是通过真空泵的抽取来实现的，抽取的工艺气体需要经过过滤器的处理后才能由真空泵排出。

工艺气体的真空度(气压)由两个不同量程的真空表监测，从而覆盖了全过程的真空度控制和测量。

真空度的精确控制采用一组质量流量控制器、调节阀控制器和阀门，可以实现全程任意真空度设定值和变化斜率的精确控制。

整个空系统中的传感器、设备、阀门由计算机结合PLC采集，并根据程序设定自动控制。

上述true 空系统方案只是初步设计框架，并非成熟的技术实现方案。需要结合实际工艺流程和参数调试对true 空系统方案进行修改和完善。

真空度控制与其他工程参数(如温度、流量等)相同。).虽然一般采用PID控制技术，但对于真空度控制，对控制器的测量精度和PID控制算法要求很高，而进口匹配控制器往往达不到满意的要求。

另外，比如在真空度控制的过程中，真空容器中的真空度会发生变化，系统的时间常数也会发生变化，这意味着控制参数固定的控制器只能更优控制一个设定的压力值。如果压力设定值改变，控制器的优化功能将不再得到保证。通常需要手动对控制参数进行新的调整。