專利名稱:浮法玻璃工藝用的垂直式輸送裝置的制作方法
本發(fā)明涉及平板玻璃成形的浮法工藝，其中，熔融態(tài)玻璃在一金屬熔液(通常主要是熔融態(tài)的錫)槽上通過，經此過程而獲得了一光滑表面，同時減薄至所需厚度。更具體地說，本發(fā)明是將玻璃液從熔化與澄清設備中運送到浮拋成形室的改進。
在浮法成形工藝中，業(yè)已周知，為了達到平板玻璃所要求的光學質量，用來使熔融態(tài)玻璃開始沉積到金屬溶液槽上的設備有很嚴格的要求。經過了徹底澄清與均化的玻璃液，在其流過連接熔化與澄清設備和浮拋成形室的通路或其它導管時，由于接觸到構成此類輸送設備的陶瓷耐火材料，至少會使此玻璃液的底層部分稍受污染。這種污染，已知在由此種玻璃液生產出的玻璃板中會產生畸變。在初期的浮法工藝中，例如以美國專利號3220816(皮爾金頓公司)為代表的一種浮法工藝中，熔融態(tài)玻璃是通過流料槽口產生自由自降落之玻璃帶而輸送至熔態(tài)錫上，當玻璃液開始接觸到此種熔態(tài)錫時，它的一部即返流而后外流。這樣一種液流結構，起到了使此種玻璃液流中已污染的底面部分轉移到其后在浮拋室形成的玻璃板帶的邊緣部分。這樣的邊緣部分可予以切除廢棄，而該玻璃板帶的中央部分，相對地說，不會有耐火材料引起的畸變。
解決上述問題的另一種不同方法披露于Edge等人的美國專利號3843346中。這里，只是將熔融玻璃的表面部分從熔爐拉引到浮拋成形室內，由此來避免耐火材料對生產出之玻璃板帶各部分的污染。然而，即令是在這樣的裝置中，由于玻璃液在行將接觸到熔融態(tài)金屬之前，是要流經存在著的一個門檻件的，就必然會觸及到少量的耐火材料。盡管此種門檻件可以由較純的不污染的耐火材料制成，但它逐漸受侵蝕的結果，是會給玻璃帶來某些畸變缺陷的。為了保持所生產之玻璃的質量標準，有時就需要將其更換。因此，在玻璃液輸至浮拋成形室時，便希望與耐火材料的接觸減至最低限度。
Galey的美國專利號3843444中說明了一種裝置，其中的門檻件是位于稱之為升降爐門或“爐閘門”的上部玻璃液流控制件之上游。這樣一種裝置可減小此門檻件上的剪切力，從而降低了它受侵蝕的程度，但是由于這種門檻件或爐閘門的存在，仍會使玻璃液與耐火材料作某些接觸。在Kunkle等人的美國專利號4395272中，也有與此類似的一種裝置。
Delajarte等人的美國專利號3468649與Lecourt的美國專利號3765857均為一種將玻璃液輸向浮拋成形室的圓筒形導管。這兩件專利都未公開可用以制成此種導管的材料以及此種導管結構的任何細節(jié)或其作用。由于此兩件專利主要涉及其它一些特征，看來這兩個專利中的上述導管僅僅是將玻璃液輸送至浮拋成形室之裝置的一種抽象的示意性描述。
在Brichard等人的3318671號，Montgomery的3488175號與Kanai的3679389號各件美國專利中，均為使熔融態(tài)玻璃沿一基本垂直的方向通至金屬熔液槽。為了使此種玻璃板帶在這樣的裝置中成為自支承的，玻璃的粘度就必須較高，因而當其處在金屬溶液槽上時，除非對之再進行加熱，玻璃板帶在熔融金屬槽上是不能達到平滑和減薄的目的的。再加熱的結果有損于玻璃板帶成形工藝過程的熱效率。Shay在美國專利號4203750中，是將一條看上去粘度較低的玻璃板帶引到金屬熔液槽上，借助輥式拉邊機使之減薄。盡管如此，為了能在輸送到熔融金屬槽前使玻璃板帶成形，玻璃的粘度會相當高，而玻璃板帶的這樣的預成形過程必然要與起顯著影響的耐火材料接觸，而從污染與光學畸變觀點看來，這總是不希望有的。
在Anderson的美國專利號4162907中，是將斷續(xù)的玻璃液料塊擠壓到一小型的熔融態(tài)錫槽上。由于此種布局的不連續(xù)性，限制了它的生產率;同時，不利之處還在于需要依靠一臺具有多個活動部件的復雜結構來將玻璃液輸到金屬熔液上。
看來理想的是，要能提供出一種裝置，它可在浮法玻璃生產工藝中將玻璃液連續(xù)地輸送至金屬液槽上以形成平板玻璃，但可避免了上述種種缺點。
在本發(fā)明中，玻璃液是以一種垂直下落的大致呈圓柱形的液流輸入平板玻璃成形室的。這股液流由該成形室的頂部進入，在其進入該室時，成形室不需設置任何構件以引導玻璃液流或使之成形。此種玻璃液流最初承接在此成形室的一個貯存段內，此處的玻璃液較深，再由這里流出展開，在金屬熔液槽上展開成為較薄的玻璃帶。最好使在此貯存段中的玻璃液也被承載在一層熔融態(tài)金屬之上，由此使這種玻璃液的很大一部分表面與致污染的耐火材料脫離接觸。熔融態(tài)金屬可以從貯存段中連續(xù)地延展至成形室的其余部分。
在成形室中最初承接玻璃液的貯存段最好要較深和較窄些。在最佳的實施方案中，是在一中間區(qū)內將玻璃鋪展至成品玻璃板帶所需的寬度，在此中間區(qū)，讓玻璃液流入相隔較寬的兩堵側墻之間并與之接觸，由此使這層熔融態(tài)玻璃顯著地減薄。隨后，將這層玻璃引拉至成形室下游更寬的部分，在此使玻璃液與上述側墻分開，并用拉引設備牽引，以達到玻璃板帶的最終要求厚度。
玻璃液的垂直輸送與在貯存段中的匯集以及在上述中間區(qū)的展開，其溫度要高于常規(guī)浮拋成形室中所采用的溫度。由于在上面涉及的幾個階段中都要求玻璃液自由地流動，它的粘度必須相當低。例如，對常規(guī)工業(yè)生產組成的鈉-鈣-硅平板玻璃說來，此種玻璃液在上述貯存段內的溫度以不低于2400°F(1150℃)為宜，而最好約在2400°F(1310℃)左右。在其流過中間展開段時可容許溫度有所下降，在玻璃板帶與前述側墻分離開后，此玻璃液的溫度通常約為1800°F(980℃)至2100℃(1150°F)
讓玻璃液在高溫下流動基本上達到玻璃板帶的最終寬度比較有利，因為波紋型的表面缺陷在低粘度下消失得較快，從而使生產出的玻璃能有改進的光學質量。低粘度玻璃液的自由流動而又快速地達到預定的玻璃板帶寬度，就會允許采用較短的，經濟的成形室。在這樣一種過程所涉及的高溫下將玻璃液供給于成形室，有可能很快侵蝕常規(guī)的玻璃液輸送裝置。此種侵蝕不僅污染了玻璃，還勢必增加更換輸送區(qū)耐火材料的費用。因此，上面提及的垂直式輸送系統(tǒng)有利于將高溫玻璃液引入浮法生產工藝的成形作業(yè)中。
由于進入到成形室的此種玻璃液流不需靠導流裝置成形而自由降落，所以這樣的垂直輸送系統(tǒng)無需配備管道之類的構件來將玻璃液從熔化室載運至成形室。這就不僅避免了玻璃的潛在污染源，而且還可以有較大的自由度去選擇熔化室出口處的耐火材料。特別是熔化室的出料口與閥門裝置是可用鉑制造的，而鉑通常是禁止用于成形室的入口結構中的，這是由于成形室在傳統(tǒng)上都保持有還原氣氛以保護金屬溶液的。盡管鉑在接觸熔融態(tài)玻璃時具有優(yōu)良的抗腐蝕性，但在還原條件下卻并不經久耐用。在熔化室出口處可采用閥門裝置來控制玻璃液流到成形室貯存段的流率?？梢栽O置一扇升降爐門(或“爐閘門”)，以可調節(jié)的方式控制玻璃液從此貯存段流至中間室的流率，但依靠上述熔化室出口處用來控制玻璃液流率之閥門，則可以免除爐閘門與耐火材料必然會接觸到玻璃液。
貯存段提供了一個很有利于攪拌輸入至成形室的玻璃液的位置，因而能減少因玻璃的不均勻性引起的光學畸變效應。經過充分的澄清而輸送到成形室時又未受到耐火材料管道顯著污染的玻璃液，是不需進行均化處理的。對于不打算用作透明玻璃窗的玻璃液，在光學均勻性方面允許有較低的標準，因而可以不需攪拌處理。盡管本發(fā)明的將玻璃液輸送到成形室的系統(tǒng)基本上消除了耐火材料污染的可能性，但在玻璃液進入到這段輸送區(qū)域之前，可能會出現不均勻性。由于本發(fā)明之輸送裝置并沒有提供把玻璃板帶污染較重的部分轉移到邊緣部分的手段，因而在生產供透光用的平板玻璃時，最好在應用本發(fā)明時結合采用攪拌。
本發(fā)明的其它特點可以根據附圖及以下對具體的實施方案所作的描述中獲得理解。
圖1為本發(fā)明之成形室的示意性平面圖(頂部截除)。
圖2為圖1中之成形室橫剖面?zhèn)仁疽鈭D。
圖3為圖1與2中成形室輸送段之放大的橫剖面?zhèn)纫晥D，表示依據本發(fā)明將玻璃液垂直地輸送給成形室的一種實施方案。
圖4為圖1與2中成形室的輸送與成形段的放大橫剖面?zhèn)纫晥D，表示依據本發(fā)明將玻璃液垂直地輸送給成形室的最優(yōu)實施方案，同時表示出了攪拌此玻璃液的一種裝置。
圖5為圖1與2中成形室的輸送段之放大橫剖面?zhèn)纫晥D，表示本發(fā)明的另一實施方案。
現在參看圖1與2，其中給出了依據本發(fā)明一實施方案中的成形室10的總平面圖。此成形室連接著一玻璃液源11，后者可以是本項工藝中周知的任何類型的熔窯。更確切地說，在絕大多數情形中，輸至此成形室的玻璃液繼熔化之后要經過澄清過程，而在某些場合下還要經過熱調節(jié)步驟。玻璃液源11應理解為可能是一沉清室或調節(jié)室，為了簡單起見，它們之中的任何一個都可以看作“熔化室”。垂直降落的玻璃液流12從熔化室11出來，通過成形室10頂部的一個開口，為此成形室的第一區(qū)13所接納。在第一區(qū)13之中，于一可垂直調節(jié)的爐閘門15之后，設有玻璃液的一個貯存段14，此爐閘門可以有調節(jié)地控制從該第一區(qū)至中間區(qū)20的玻璃液流。圖2給出的是最優(yōu)布置情況，其中的一層金屬熔液22布滿成形室(包括第一區(qū)13)。此種金屬熔液最好是錫(可能含有鐵與銅之類少量的其它元素)。在第一區(qū)13中配備金屬熔液，是為玻璃液貯存段14的底面上提供一不污染的接觸表面層。在本發(fā)明的某些情況下，第一區(qū)13中則不要求有此種金屬溶液。
中間區(qū)20較第一區(qū)13為寬，提供給中間區(qū)的玻璃液21有足夠低的粘度，使它能漫延開與側墻接觸。玻璃液在中間區(qū)20中所達到的寬度，最好接近擬生產的最終玻璃板帶的寬度。隨著有控制的玻璃液量流過爐閘門15并在中間區(qū)20內展開，此玻璃液流的厚度減小，趨近或等于在中產區(qū)末端的平衡厚度。在中間區(qū)20末端還可以設置一為圖1與2中虛線所示的密封檔板23，以便使此中間區(qū)中的玻璃液21上方的氣體可以加壓到高于大氣壓力，借此使這層玻璃液的厚度減薄到該平衡厚度以下。此附加技術根據的是Kunkle等人的美國專利號4395272。
繼續(xù)參考圖1與2，上述成形室的第三區(qū)25類似于一種傳統(tǒng)的浮拋成形室。此第三區(qū)25的側墻較之中間區(qū)20的側墻分隔得更遠，使玻璃板帶26的邊緣得以從這里分開?？捎萌缤ǔ５挠旋X的輪子27的邊緣夾持裝置嚙合板帶26在第三區(qū)中的兩相對邊部，以便控制此板帶的寬度。在玻璃液以等于或略高于平衡厚度的狀態(tài)進入第三區(qū)中的那些實施方案中，當所生產出的板帶厚度低于該平衡厚度時，邊緣夾持裝置將板帶的寬度保持住;或在產生的厚度低于平衡厚度時，在縱向拉伸時夾持裝置減低板帶寬度的損失。在中間區(qū)玻璃厚度已經減至低于平衡厚度時，邊緣夾持裝置用來維持帶寬，從而保留住減低的厚度。夾持裝置的數目和間距根據具體的生產要求而有顯著的不同。
玻璃液流在本發(fā)明成形過程中第一區(qū)與第二區(qū)(即中間區(qū))中的自由流動性質，與浮法成形工藝中通常所用到的情形相比，顯示出有較低的粘度和較高的溫度。在整個第一區(qū)13與至少是中間區(qū)20之上游部分的玻璃液溫度至少為2100°F(1150℃)。當玻璃液流出中間區(qū)20時，它的溫度可以下降到低達1800°F(980℃)。由于玻璃液在通過成形室時逐漸變冷，因而在成形室上游部分的溫度要高得多。例如在貯存段中的玻璃液最好處在至少是2200°F。要是玻璃液擬在第一區(qū)內加以攪拌，則上述這一溫度就尤為理想。進入此成形室的玻璃液流12可以處于相應的較高溫度下，通常是在2300°F(1260℃)至約2400℃(1315℃)的范圍。對于進入到上述第一區(qū)中的玻璃液溫度并不存在確切的上限，但在事實上極其可能的是，此時的玻璃液溫度將略低于其在上游熔化與澄清過程中所達到的峰值澄清溫度，此溫度一般不高于2800°F(1500℃)。另一個事實是，讓玻璃液在進入成形室之前充分地冷卻，這在某些情形下對于延長此成形室的閥門裝置與耐火材料側墻等之類部件的壽命將是可取的。在上述種種較高的溫度下，于成形室之第一與第二區(qū)之下鋪設一層金屬熔液22，用來隔斷玻璃液與陶瓷耐火材料的接觸是有很大好處的，因為在這樣高的溫度下，此種耐火材料對該玻璃液將會產生顯著的污染影響。同樣值得重視的是，這時的高溫玻璃液流12也不必再觸及到陶瓷耐火材料的結構件。
上面給出的溫度是參考通常的鈉-鈣-硅商品浮法玻璃組成而言。對于其它的組成，相應的溫度將隨具體的玻璃組成之溫度-粘度關系而變化。為了將上面所披露的溫度外推到其它玻璃組成，下面列出了鈉-鈣-硅浮法玻璃之一具體實例的溫度與粘度關系。
粘度(泊) 溫度100 2630°F(1443℃)1000 2164°F(1184℃)10000 1876°F(1024℃)100000 1663°F(906℃)圖3詳細地說明了用來控制玻璃液從熔化室或澄清室11流入成形室的閥門裝置之實例。在此實例中，用一根鉑之類的耐高溫的金屬管30通過耐火材料構成的室11之底，限定一個可通過玻璃液流12的排料孔。再以一個可由鉑之類耐高溫金屬制成或包鉑的垂直可調柱塞31，用來控制通過管30的玻璃液流。這種柱塞和排料管的裝置在制瓶業(yè)之類的某些玻璃行業(yè)中雖屬常見且這類部件在市面上也可立即購到，但將此類裝置用于平板玻璃成形作業(yè)中卻是新穎的。圖3中給出的玻璃液源11表示的是玻璃工業(yè)中所普通用的水平式池窯的端部。此類池窯的端部可以構成一個料道，在此料道中可以對玻璃液進行熱調節(jié)與均化處理。
為了防止金屬熔液在浮拋成形室中被過分氧化，通常在此成形室中保持一種不氧化氣氛，典型的情況是由氮之類惰性氣體與少量氫之類的還原氣體組成。在本發(fā)明中，由于在第一區(qū)13中是由貯存段14中玻璃液整個地覆蓋住了金屬熔液22，同時有爐閘門15來使第一區(qū)的氣氛與成形室其余各區(qū)分開，可能就不需在第一區(qū)中配備還原氣氛了。在這樣的情形下，圖3實施例中的管30就可以通到成形室的第一區(qū)13中，因為經選用來構成此管的鉑將不會受到還原氣氛的侵蝕影響。為了放止隨著玻璃液流12輸入貯存段而裹卷進空氣，最好把管30通到玻璃液14貯存段表面的上方而分開很短一段距離。要是把管30伸至貯存段14玻璃液的表面下方也是可行的。應該認識到，這里提到的鉑意思是指包括鉑合金在內，特別是普通用作玻璃接點的鉑銠合金。
圖4表示本發(fā)明的最優(yōu)實施方案，其中包括一批攪拌器40，用來攪拌成形室第一區(qū)13中貯存段14的玻璃液。這些攪拌器最好排成一個陣列，而在每一行中各有一批攪拌器。所需要的確切攪拌器個數將取決于所需要的均勻化程度和所選定的攪拌器設計的攪拌作用。圖4中給出的攪拌器為螺旋型，但屬于本項工藝中周知的任何玻璃液攪拌器設計都是可以采用的。在進行攪拌時，可以把著色劑或其它的添加劑加到第一區(qū)13中攪拌器的玻璃液上游。為此，可以設置一螺旋加料器41，通過側墻進入成形室內。
圖4實施方案中的玻璃液源42可以是以前其它實施方案中所敘述的那種，或可以是一種不太常見的熔化裝置或澄清裝置。例如可以采用Matesa等人在美國專利號4610711中所公開的那種垂直取向的澄清裝置將玻璃液輸入到本發(fā)明的成形過程。此玻璃源42上設有一根出料管43，此種出料管最好用鉑一類耐高溫金屬制成。在本實施方案中，于玻璃液源42的外部配備有控制玻璃液流的裝置。這樣一種閥門裝置依據的是schwenninger的美國專利號4600426號，包括一個支承在橫向延伸之臂45上的球泡狀部件44，而這根臂則又以可作垂直調節(jié)的裝置支承。為了防止有玻璃液卷入或裹進空氣，可將一帶細長尾部的部件46從此球狀部44向下插入成形室至略處于第一區(qū)玻璃液14液面上方的高度，或者最好是正在此液面上或在此液面下方。上述閥門裝置的這些部件最好由鉑或鉬之類耐高溫金屬制成。
現在再來參看圖5，其中示明的實施方案雖然舍棄了許多上述的優(yōu)越特點，但在本發(fā)明的最廣方面的領域內，它卻表示了一種用來將玻璃液輸送給平板玻璃形成作業(yè)的新穎裝置。圖5所示的各種改變可與已公開的其它實施方案一起使用，或分別使用。在圖5所示出的一種常規(guī)的熔化或澄清裝置50中，玻璃液流51是從它的一端而不是從其底部排料孔排出。在所描述的這一例子中，玻璃液是通過一窄槽52排出的，此窄槽有一或垂直調節(jié)的閘門53，用來改變流率。槽子52的寬度最好盡可能地小，以便使與耐火材料接觸的表面積減到最小限度。但是，垂直下降的玻璃液流由于表面張力與較長的自由下落距離，總取圓柱形。需要時，槽子52可以用鉑或其它不污染材料襯里。槽子52可以用鉑或其它不污染材料襯里。此成形室的第一區(qū)55內設有玻璃液的貯存段56，但在此玻璃液與耐火材料底部之間并未鋪設上述優(yōu)選出的金屬熔液層。在此區(qū)域55內為玻璃液接觸的表面之某些部分或全部可以用鉑或其它不污染的耐火材料包覆。上述貯存段56同前述實施例中那樣較深也較窄。從第一區(qū)55流到第二區(qū)57的玻璃液，在一垂直可調的爐閘門58與一門檻件59之間受到控制，此門檻件則最好采用熔融石英之類不污染的耐火材料。在中間區(qū)57中的玻璃液則與前述實施方案相同，讓它以較大的寬度流過一金屬熔液槽60之上。
本發(fā)明已以一些具體的實例作了描述，但應理解到，對于那些熟悉本項工藝的人來說，其它變動、改進均屬本發(fā)明權利要求
所規(guī)定的范圍內。
權利要求
1.將玻璃液流輸送到成形室金屬熔液槽上來形成平玻璃板帶的一種方法，其特征在于此種玻璃液是作為一種未經中間容器載承的垂直下降流，經由成形室的頂部供入的。
2.如權利要求
1所述的方法，其中所述的下降流基本上呈圓柱形。
3.如權利要求
1所述的方法，其中所述的下降流是在高于2100°F(1150℃)的溫度下進入此成形室的。
4.如權利要求
1所述的方法，其中所述的下降流是在高于2200°F(1200℃)的溫度下進入此成形室的。
5.如權利要求
1所述的方法，其中從下降流進入此成形室的玻璃液進入與成形室的玻璃液貯存段中，與側墻接觸。
6.如權利要求
5所述的方法，其中所述的玻璃液貯存段是載承在金屬熔液層上的。
7.如權利要求
1所述的方法，其中所述的下降流是接納在此成形室中金屬熔液槽上。
8.如權利要求
1所述的方法，其中說及的下降流不與陶瓷耐火材料接觸。
9.如權利要求
5所述的方法，其中的玻璃液在其從貯存段引出開始形成平玻璃板帶時展布開來。
10.將玻璃液流從一玻璃液源引出并輸送到成形室的金屬熔液槽上使之形成平玻璃板帶的方法，其特征在于在此玻璃液源的出料口限定了玻璃液流的形狀，并使此玻璃液流在不改變形狀的條件下下降入成形室。
11.如權利要求
10所述的方法，其中所說的下降玻璃液流基本上呈圓柱形。
12.如權利要求
10所述的方法，其中所說的玻璃液流被接納在熔融金屬液槽上，在此區(qū)域中玻璃與成形室側墻相接觸。
13.如權利要求
10所述的方法，其中所說的玻璃液流具有最低為2100°F(1150℃)的溫度。
14.將玻璃液流輸送到一成形室的金屬熔液槽上使此玻璃液形成一平玻璃板帶的方法，其特征在于此玻璃液是在最低為2100°F(1150℃)的溫度下，基本上是垂直地送入上述成形室中。
15.將玻璃液流輸送至一成形室中的金屬熔液槽上使此玻璃液形成一平玻璃板帶的方法，其特征在于將輸入的玻璃液流匯集到此成形室中一較窄而又較深的第一區(qū)中，而讓玻璃液與此室的側墻相接觸，并對由此第一區(qū)流至此成形室第二區(qū)中的玻璃液進行定量控制，在此第二區(qū)內允許此玻璃液鋪展開與該側墻接觸且使玻璃減薄，然后使此玻璃液流到此成形室的第三區(qū)中，在這里，此玻璃液與該側墻相分開，并減薄而形成具有所需厚度的玻璃板帶。
16.如權利要求
15所述的方法，其中所說的玻璃液是載承在上述第三區(qū)中的金屬熔液之上的。
17.如權利要求
16所述的方法，其中所說玻璃液是載承在上述第二區(qū)中的金屬熔液之上的。
18.如權利要求
17所述的方法，其中所說的玻璃液是承載在上述第一區(qū)中的金屬熔液之上的。
19.如權利要求
15所述的方法，其中所說的玻璃液是在最低為2100°F(1150℃)的溫度下載承在上述的第一區(qū)上。
20.如權利要求
15所述的方法，其中在前述第二區(qū)中保持有大于大氣壓力的壓力，以便減薄熔融態(tài)玻璃的厚度。
21.形成平板玻璃的一種方法，包括在成形室的上方建立一垂直下降的玻璃液流;讓此玻璃液流垂直降落到低于此成形室頂部的一個高度;將熔融玻璃通到成形室的金屬熔液槽上;將此玻璃液流形成平玻璃板帶，同時載承在此成形室的金屬熔液上。
專利摘要
將玻璃液作為自由下降的垂直流引至平板玻璃成型工段。玻璃液流可以接納到成型室第一區(qū)中之較窄且較深的貯存段，由此流至一較寬的區(qū)，再由此沿縱向被拉伸。
文檔編號C03B5/00GK87106000SQ87106000
公開日1988年10月5日 申請日期1987年12月30日
發(fā)明者約翰·尤根·森希, 格拉德·厄拉斯穆斯·庫勒 申請人:Ppg工業(yè)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan