專(zhuān)利名稱(chēng)：制造玻璃的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造熔融玻璃的方法與設(shè)備。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及這樣一種用來(lái)制造熔融玻璃的方法與設(shè)備，可使進(jìn)入浮拋池的玻璃中的缺陷得以消除或至少是減到最少限度。
傳統(tǒng)的浮法玻璃熔爐包括熔化區(qū)、澄清區(qū)與冷卻區(qū)。在熔化區(qū)中，顧名思義，用來(lái)制造玻璃的成份被熔化。在澄清區(qū)，消除熔融玻璃中存在的氣泡。經(jīng)過(guò)澄清區(qū)，熔融玻璃進(jìn)入冷卻區(qū)，并在其進(jìn)入金屬液槽的途中于進(jìn)入浮拋通道之前于此冷卻。
盡管熔化成玻璃的每種原料組份名義上是均勻的，但粒度差是的確存在的。此外，各原料相互之間也有不同的粒度。配合料雖然經(jīng)過(guò)混合，但這種混合也遠(yuǎn)非完善的。還有，取決于原料原先的存貯條件，粒料是有可能發(fā)生分層和/或反應(yīng)的。這樣一些差別已知會(huì)影響到成品玻璃的不均勻性。
將各個(gè)原料組份混合到一起并連續(xù)地喂入熔化區(qū)，這種混合料最初形成漂浮于業(yè)已熔化的玻璃液上的薄層。粒狀原料的混合決不可能完善，只要有充分小的檢查尺度，在混合料中隨處可以找到與平均化學(xué)組成的明顯差別。隨著混合料的熔化，還會(huì)進(jìn)一步增加不均勻性。例如在絕大部分的浮法玻璃中，富堿的液相在上述飄浮的薄層的傾斜上表面上會(huì)逐漸減少。類(lèi)似地，浮法玻璃通常是在蓄熱室爐內(nèi)制造，隨著火焰換向也會(huì)產(chǎn)生不均勻性。不均勻性的其它可能來(lái)源是耐火材料侵蝕、熔爐氣氛溶解到玻璃中、以及由于某些玻璃組份的蒸發(fā)造成的選擇性損失。
在冷卻區(qū)，玻璃液變冷，由于這種冷卻所產(chǎn)生的熱對(duì)流會(huì)引起一些其它問(wèn)題。冷卻發(fā)生在玻璃液接觸到冷卻區(qū)的側(cè)壁與底部處，但通常是在向下方向進(jìn)行有控制的冷卻，這就是說(shuō)，玻璃液的上表面經(jīng)常是由空氣冷卻到所需的程度。這樣形成的對(duì)流一般會(huì)導(dǎo)致旋流型式，影響到顯著部分玻璃液通過(guò)冷卻區(qū)。結(jié)果使得在通過(guò)這些復(fù)雜的流道中已然花費(fèi)了很多時(shí)間的玻璃液，將同經(jīng)過(guò)較快速輸送的玻璃液一起結(jié)合到產(chǎn)品中，加劇了任何已有的不均勻性。
所有這些不均勻性源都會(huì)在成品玻璃中造成分散性的缺陷和/或條紋缺陷。如所周知，條紋關(guān)聯(lián)到相鄰的玻璃部分具有不同光密度或折射率時(shí)所產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)。
要是使熔爐從制造某種玻璃(例如彩色玻璃)變換為制造另一種玻璃(例如透明玻璃)時(shí)，則長(zhǎng)的停留時(shí)間會(huì)帶來(lái)一些嚴(yán)重問(wèn)題。例如在上述情形下，彩色玻璃的某些部分就需要有很長(zhǎng)的時(shí)間才能徹底流出冷卻區(qū)。易于理解到，在使所生產(chǎn)的透明玻璃標(biāo)準(zhǔn)能夠達(dá)到市場(chǎng)上認(rèn)可的水平之前，必須使上述熔爐中實(shí)質(zhì)上完全沒(méi)有殘余的彩色玻璃。這是由于彩色玻璃的帶色條紋與帶色花紋會(huì)顯現(xiàn)在透明玻璃中，除非能消除這種帶色的條紋與花紋，不然透明玻璃將是不合格的。
本發(fā)明擬提供一種制造玻璃的方法與設(shè)備，得以消除上述問(wèn)題或至少是使這類(lèi)問(wèn)題減至最低限度。在它的一個(gè)特定方面，本發(fā)明提供了這樣的方法與設(shè)備，它能快速地變換來(lái)制造不同類(lèi)型的玻璃，而不會(huì)過(guò)多的耽誤因而是不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間地生產(chǎn)出出合格的新型玻璃。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在浮法熔爐中制造玻璃的設(shè)備，此熔爐包括為玻璃液順次通過(guò)的熔化區(qū)、澄清區(qū)和冷卻區(qū)，以及用來(lái)接受從冷卻區(qū)出來(lái)的玻璃液的浮拋通道，還有攪拌裝置，后者定位成在使用中能在從冷卻區(qū)進(jìn)到浮拋通路的整個(gè)出口寬度上減薄熔融玻璃。
申請(qǐng)人確信在緊接浮拋通道入口上游處來(lái)攪拌玻璃，屬全新的概念。一般的看法是，玻璃液在這一區(qū)域中太冷而不適于攪拌。此外，玻璃工業(yè)中的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)是，攪拌應(yīng)在熔爐的受限區(qū)域例如通道中進(jìn)行。在通道中攪拌的主要缺點(diǎn)是(a)形成不合格的外觀(guān)、(b)制備通道用材料的耗損問(wèn)題、(c)引入了分散性的缺陷。這幾個(gè)問(wèn)題有某種程度的內(nèi)部聯(lián)系。
玻璃熔爐中普遍存在的高溫以及玻璃液的侵蝕性質(zhì)，使得構(gòu)制攪拌器的材料選擇成為重要問(wèn)題。攪拌器通常是由下述之類(lèi)不同材料中之一制成耐火材料，如硅線(xiàn)石；耐高溫金屬，如鉑或鋰；或是軟鋼管材。每種材料都有它自身的問(wèn)題。
耐火材料常會(huì)溶解于玻璃中，產(chǎn)生折射率變化和相關(guān)缺陷。它們也常常排出“結(jié)石”即分散式的固體物質(zhì)缺陷到玻璃中。最后，它們還有一種傾向，經(jīng)長(zhǎng)期使用后會(huì)破碎和掉入玻璃液中，自然它們是極難從玻璃液中分離出來(lái)。應(yīng)用耐高溫金屬的主要缺點(diǎn)是它們的費(fèi)用。但是它們?cè)谟米麟娊夥磻?yīng)中的電極時(shí)還常常引起氣泡的形成。
鋼材，例如軟鋼，由于它們價(jià)廉、易于購(gòu)到和易于加工，顯然是頗理想的材料。但它們的主要缺點(diǎn)是熔點(diǎn)低。于是由它們制作的攪拌器必須冷卻，而最簡(jiǎn)易的冷卻方法是用水冷。但傳統(tǒng)的作法是，規(guī)定不得在通道中用水來(lái)冷卻攪拌器。水冷會(huì)降低玻璃液的溫度，除此，當(dāng)前還有一種看法是，這會(huì)在玻璃液中引入其它缺陷。還有，要是生產(chǎn)線(xiàn)停工，這類(lèi)攪拌器會(huì)將玻璃凍結(jié)于通道中。結(jié)果還給通道本身造成有形的損傷。
申請(qǐng)人意想不到地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在緊鄰冷卻區(qū)到浮拋通道出口上游處進(jìn)行攪拌。同時(shí)通過(guò)保證玻璃液在進(jìn)入浮拋通道之前完全減薄，上述問(wèn)題要末不曾發(fā)生要末最大限度減少。
所述攪拌裝置最好包括至少一對(duì)攪拌器。每個(gè)攪拌器最好包括一根在使用上基本上是垂直向下插入玻璃液中的軸，軸的下端有一個(gè)與此軸的軸線(xiàn)共平面的攪拌器件，此攪拌器件有不同尺寸的主軸線(xiàn)與副軸線(xiàn)，取大致的矩形構(gòu)型。
在上述情形下，這種攪拌器件最好包括一對(duì)相互大致成180°而與軸的軸線(xiàn)成90°的槳葉，各對(duì)中的攪拌器相互大致錯(cuò)開(kāi)90°，依相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本發(fā)明一特定的最佳實(shí)施例中，攪拌器的槳葉在使用中總是浸沒(méi)于玻璃液中。
上述攪拌裝置最好設(shè)有冷卻裝置。在這樣的布置下，要是攪拌器由軟鋼管制成而冷卻裝置包括水冷結(jié)構(gòu)則最為理想。
在本發(fā)明的第二個(gè)方面中，提供了一種在平板或浮法玻璃熔爐中制造玻璃的方法，它包括下述步驟在爐子的熔化區(qū)熔化玻璃組份的配合料、在澄清區(qū)澄清玻璃液以從其中除去氣泡、使玻璃液從澄清區(qū)流入冷卻區(qū)、在冷卻區(qū)冷卻玻璃液并使此已調(diào)節(jié)至低溫的玻璃液進(jìn)入浮拋通道，其中使此玻璃液在從冷卻區(qū)進(jìn)入浮拋通道的出口區(qū)域中接受攪拌，使玻璃液在進(jìn)入浮拋通道中時(shí)完全減薄。
在進(jìn)行上述攪拌時(shí)，最好是借助至少一對(duì)攪拌器并使成對(duì)的攪拌器依相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
這對(duì)攪拌器最好是相互相同的，且各有一根基本上垂直向下并在使用中進(jìn)入玻璃液內(nèi)的軸，各軸的下端帶有構(gòu)件，使用時(shí)形成基本上是矩形的與上述軸的軸線(xiàn)共面的攪拌件或槳葉，這些攪拌器依成對(duì)的組使用，使得它們的槳葉基本上以90°異相轉(zhuǎn)動(dòng)并且是依相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明將進(jìn)一步對(duì)照附圖以?xún)H僅是舉例的方式進(jìn)行說(shuō)明，在附圖中

圖1是本發(fā)明的玻璃制造熔爐的示意性縱剖圖；圖2是構(gòu)成本發(fā)明熔爐一部分的攪拌器放大的正視圖；而圖3是平面圖，示明由圖2所示的攪拌器使生產(chǎn)出的玻璃進(jìn)行減薄。
圖1示明的玻璃制造熔爐統(tǒng)一由標(biāo)號(hào)1表明。此熔爐包括一熔化區(qū)2。熔化形成玻璃的原料混合料以標(biāo)號(hào)3示明。在所示實(shí)施例中，各組分是以一股稱(chēng)作橫火焰方式通過(guò)小爐4熔化的。從圖1中可以看到，隨著原料的熔化，熔化的原料于玻璃液6的表面上形成漸漸變薄的薄層5。
玻璃液然后進(jìn)入澄清區(qū)7。這是熔爐的最熱部分，在此區(qū)中，玻璃液在熔化區(qū)2內(nèi)形成的氣泡被清除或至少是減到最小限度。在緊接澄清區(qū)7沿玻璃液流向的下游處是冷卻區(qū)8，已澄清的玻璃在此冷卻。
出于各種原因，包括玻璃液的物料通過(guò)率和熱對(duì)流，在熔化區(qū)2中有一定的玻璃液再循環(huán)量。但是，隨著玻璃液進(jìn)入澄清區(qū)7，可以看到，基本上分成直流與再循環(huán)流的狀態(tài)。直流狀態(tài)保留于澄清區(qū)中玻璃液表面鄰近，并流過(guò)冷卻區(qū)作為玻璃液6上表面的相鄰部分。這一直流12然后進(jìn)入浮拋通道13，由此再進(jìn)入浮拋池(未示明)。
由于熱對(duì)流，還存再循環(huán)流的方式。在這種構(gòu)型下引起的一個(gè)問(wèn)題是“停滯”區(qū)的存在，在這樣的區(qū)域中，玻璃液常會(huì)變得較冷和較粘滯；玻璃液一旦進(jìn)入這種區(qū)域內(nèi)，勢(shì)必在其中保持很長(zhǎng)的時(shí)間。這類(lèi)區(qū)域中之一是在冷卻區(qū)的前端壁14鄰近。正是由于玻璃液在這種區(qū)域中的滯留，便使得例如熔爐1從制造彩色玻璃變換為制造透明玻璃時(shí)，要耗用過(guò)多的變換時(shí)間。在冷卻區(qū)8中循環(huán)的玻璃液能較快地從其中抽出，但匯集在“停滯”區(qū)中的玻璃液則會(huì)于此保留很長(zhǎng)時(shí)間，極難清除。
傳統(tǒng)上，冷卻區(qū)8是冷的。這個(gè)區(qū)中的熱從玻璃液面上并通過(guò)此區(qū)的底部與側(cè)壁除去。但是絕大部分的熱是從玻璃液的表面除去。為此，通常是使空氣流過(guò)玻璃液的上表面。但是這樣做有利有弊。上表面冷卻在玻璃液中產(chǎn)生了有害的稱(chēng)之為熱轉(zhuǎn)化的熱循環(huán)。具體地說(shuō)，在此表面鄰近的較冷較致密的玻璃液受到它下面的較熱較不致密的玻璃液的支承，在某些環(huán)境下就會(huì)造成局部的玻璃液循環(huán)型式，致成品玻璃中形成不能接受的條紋。因此，必須限制上方玻璃液中的冷卻程度。傳統(tǒng)上，為了解決這一問(wèn)題是靠設(shè)置充分大的冷卻區(qū)，以達(dá)到每單位表面積上有合適的冷卻速率。在此應(yīng)該注意到，必須保證使玻璃液冷卻，這是因?yàn)榇嬖谥共Ａб罕仨氝M(jìn)入浮拋通道中的最佳溫度。但遺憾的是，設(shè)置大型冷卻區(qū)8會(huì)大大增加熔爐設(shè)備的基建費(fèi)用，并在變換玻璃色調(diào)時(shí)顯著地延長(zhǎng)了清爐時(shí)間。
在本發(fā)明中還設(shè)置了至少一對(duì)攪拌器15，如圖2清楚地表明，它們位于浮拋通道的入口16的剛好是上游處。為簡(jiǎn)明起，圖2中只示明了一對(duì)攪拌器。各攪拌器15a與15b是相互一致的。每個(gè)攪拌器有一根在使用時(shí)基本上沿垂向朝下插入玻璃液中的軸17。這兩個(gè)軸由適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)裝置(未示明)帶動(dòng)。各軸下方的自由端載有一對(duì)槳葉18a與18b。這對(duì)槳葉18a與18b基本與軸17的軸線(xiàn)18或90°延伸。這兩片槳葉相互間的角度大致為180°。從圖2可以看到，這兩個(gè)攪拌器設(shè)置成基本上按90°異相轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速相同，在2～20秒以?xún)?nèi)，但方向相反。
這樣的攪拌產(chǎn)生了圖3所示的效果。圖3示意地表明了小部分玻璃液在攪拌器作用下的軌跡。從圖中可以清楚看到，這部分玻璃液在冷卻區(qū)8中時(shí)是從一側(cè)到另一側(cè)橫跨一個(gè)至少等于此通道的寬度而運(yùn)動(dòng)。這樣的運(yùn)動(dòng)是均勻化過(guò)程的基本狀態(tài)；所有的玻璃液都被減薄，一些不規(guī)則的區(qū)域?qū)⑴c其余的玻璃液交錯(cuò)，使得由它們產(chǎn)生的光學(xué)畸變減至最少。取決于冷卻區(qū)8的寬度和/或攪拌器15a、15b的尺寸，玻璃液6可以在其進(jìn)到浮拋通道之前減薄到滿(mǎn)意程度或可以在此通道入口處實(shí)現(xiàn)這樣的減薄。不論是哪種情形，目標(biāo)都相同防止任何未經(jīng)攪拌的玻璃液繞過(guò)攪拌器15a、15b而沿冷卻區(qū)的側(cè)壁和端壁進(jìn)入此通道內(nèi)。如圖3所示，任何循上述路徑到此通道入口16的玻璃液，都會(huì)為業(yè)已受到攪拌器15a、15b的作用但未進(jìn)入此通道的玻璃液所集中，而返回到攪拌器15a、15b的上游側(cè)。
攪拌器15a、15b會(huì)攪拌掉任何不然會(huì)形成于通道入口16處區(qū)域中的光學(xué)缺陷。這樣來(lái)攪拌掉缺陷允許在冷卻區(qū)中采用較高的表面冷卻速率。在當(dāng)前的其產(chǎn)量受到需要避免上述問(wèn)題的限制的浮法玻璃熔爐中，這意味可以生產(chǎn)出較高的玻璃產(chǎn)量?；蛘撸谛碌娜蹱t中，能把冷卻區(qū)8作的很小，以便使玻璃液能在正確的溫度下進(jìn)入浮拋通道。這自然可顯著地節(jié)約基建費(fèi)用。
在浮拋通道入口區(qū)攪拌的另一優(yōu)點(diǎn)是攪拌器15a、15b可用水冷。為使進(jìn)到浮拋通道內(nèi)的玻璃液有同一溫度，這時(shí)的冷卻區(qū)可以在較高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。換言之，在攪拌器15a、15b上游的冷卻區(qū)的部分中，只需給玻璃液6表面上供給較少量的空氣。當(dāng)冷卻區(qū)8一般在較高溫度下工作時(shí)，玻璃液自然較富流動(dòng)性。這等于是說(shuō)鄰近冷卻區(qū)8前端壁的玻璃液的“停滯”區(qū)會(huì)變得較小，因而在熔爐1由制造某種玻璃變換為制造另一種時(shí)，這種區(qū)域中的玻璃液也較易排凈。本發(fā)明能給出的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是極少有可能發(fā)生析晶。
權(quán)利要求
1.用于制造玻璃的設(shè)備，它包括為玻璃液順次通過(guò)的熔化區(qū)(2)、澄清區(qū)(7)和冷卻區(qū)(8)，以及用來(lái)接收從冷卻區(qū)(8)出來(lái)的玻璃液的浮拋通道(13)，還包括有插入玻璃液中的攪拌裝置(15)，特征在于此攪拌裝置(15)位于冷卻區(qū)(8)中鄰近浮拋通道(13)的入口(16)處，此攪拌裝置(15)且定位成使其在使用中能讓玻璃液在從冷卻區(qū)進(jìn)入浮拋通道內(nèi)的整個(gè)寬度上減薄。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，特征在于攪拌裝置(15)包括至少一對(duì)攪拌器(15a、15b)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，特征在于在上述這對(duì)或每一對(duì)中的攪拌器(15a、15b)基本是一致的。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，特征在于每個(gè)攪拌器(15a、15b)包括一個(gè)軸部(17)，使用時(shí)基本垂直向下插入玻璃液中，軸的下端載有與其軸線(xiàn)共平面的攪拌器件(18a、18b)，此攪拌器件具有主軸線(xiàn)與副軸線(xiàn)，這兩條軸線(xiàn)的尺寸不同，此攪拌器件大致呈矩形構(gòu)型。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，特征在于上述攪拌器件包括一對(duì)漿葉(18a、18b)，它們相互構(gòu)成約180°的角度和相互構(gòu)成約90°的角度，而攪拌器(15a、15b)依相反轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中所述的設(shè)備，特征在于其中設(shè)有用來(lái)冷卻攪拌裝置的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，特征在于所述攪拌器的軸(17)是由軟鋼管制成，而所述冷卻裝置包括水冷結(jié)構(gòu)。
8.在浮法玻璃熔爐中制造玻璃的方法，它包括下述步驟在熔化區(qū)(2)中熔化玻璃成形料、在澄清區(qū)(7)中澄清玻璃液而從其中除去氣泡、使玻璃液從澄清區(qū)(7)進(jìn)入冷卻區(qū)(8)、在冷卻區(qū)(8)冷卻玻璃液，使玻璃液從冷卻區(qū)(8)再進(jìn)到浮拋通道(13)，特征在于此玻璃液是在從冷卻區(qū)(8)進(jìn)入浮拋通道(13)的入口(16)處接受攪拌，由此改進(jìn)玻璃的均勻性并使玻璃液在浮拋通道(13)入口的整個(gè)寬度上完全減薄。
9.如權(quán)利要求8所述方法，特征在于在設(shè)置有至少一對(duì)攪拌器(15a、15b)進(jìn)行所述攪拌，并使各對(duì)中的攪拌器(15a、15b)相互反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8或9所述方法，特征在于上述這對(duì)或各對(duì)中的攪拌器(15a、15b)是相互異相約成90°轉(zhuǎn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求8至10所述方法，特征在于它還包括有在冷卻區(qū)(8)中冷卻攪拌器(15a、15b)的附加步驟。
12.如權(quán)利要求11所述方法，特征在于所述冷卻步驟是用水冷進(jìn)行。
全文摘要
制造浮法玻璃的方法與設(shè)備，設(shè)備為一熔爐。包括熔化區(qū)、澄清區(qū)以及和澄清區(qū)通連的冷卻區(qū)。冷卻區(qū)的出口即浮拋通道的入口。攪拌用的攪拌器有一根向下插入玻璃液中的軸以及一個(gè)攪拌器件，后者大致呈矩形構(gòu)型，有不同尺寸的主軸線(xiàn)與副軸線(xiàn)，并同上述軸的軸線(xiàn)共平面，攪拌是在冷卻區(qū)鄰接浮拋通道的入口處進(jìn)行。
文檔編號(hào)C03B5/00GK1156695SQ9612266
公開(kāi)日1997年8月13日 申請(qǐng)日期1996年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月28日
發(fā)明者彼德·詹姆斯·懷特菲爾德, 羅伯特·埃米特·特里維廉, 安德魯·米切爾·基利, 戴維·馬特盧 申請(qǐng)人:皮爾金頓公共有限公司