本申請(qǐng)要求對(duì)2014年7月21日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.62/026797的優(yōu)先權(quán)益，本文以參見(jiàn)方式引入其全部?jī)?nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的涉及玻璃熔融策略和技術(shù)，更具體來(lái)講，本發(fā)明涉及用來(lái)處理精煉爐前可使用的、浸沒(méi)式燃燒熔融爐中流出的熔融玻璃的裝置。

背景技術(shù)：

浸沒(méi)式燃燒熔煉用作為傳統(tǒng)玻璃熔煉的一種替代方式。在浸沒(méi)式燃燒熔煉中，燃料和氧化劑的混合物被注入到玻璃浴池內(nèi)，導(dǎo)致熔體內(nèi)發(fā)生燃燒。由于提高了玻璃浴池中的混合和傳熱，可以達(dá)到比通常在傳統(tǒng)熔煉爐中所見(jiàn)的熔化率更佳的熔化率。

浸沒(méi)式燃燒熔煉的一個(gè)缺點(diǎn)在于，由于浸沒(méi)式燃燒，在熔體中存在著燃燒氣體。熔體中大量的氣體，再加上熔體的攪動(dòng)運(yùn)動(dòng)以及與火焰的相互作用，這可導(dǎo)致含有大量氣泡玻璃熔體，具有尺寸和量的寬范圍分布，其達(dá)到的量級(jí)可大于傳統(tǒng)熔煉爐中所見(jiàn)的數(shù)量。

傳統(tǒng)浸沒(méi)式燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性還可導(dǎo)致熔體顯著擾動(dòng)的自由表面。燃燒氣體在熔體中膨脹和上升，直到它們?cè)谧杂杀砻娉霈F(xiàn)并通過(guò)廢氣離開(kāi)熔爐。這些擾動(dòng)的后果之一便是熔爐的主體經(jīng)受很高水平的機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)傳遞到下游的過(guò)程。還有，這些擾動(dòng)可在玻璃液面內(nèi)形成震蕩，這可轉(zhuǎn)化為流出玻璃流率的變化。

熔體中的這些氣泡、熔爐的振動(dòng)以及流出玻璃流率的變化，可對(duì)熔體下游玻璃的精煉步驟構(gòu)成設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。使用附加到浸沒(méi)式燃燒熔爐的傳統(tǒng)精煉爐設(shè)計(jì)通常不足以解決上述的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)的精煉爐不能處理熔體中過(guò)量的氣體或隨著氣泡上升到玻璃自由表面而形成的相關(guān)的浮沫?；瘜W(xué)精煉傳統(tǒng)上可用來(lái)解決這些問(wèn)題；然而，由于個(gè)別的氣泡生長(zhǎng)盡管較慢，但形成更多泡沫玻璃，所以，化學(xué)精煉的有效性有限。還有，由于泡沫玻璃的兩相特性，所以，玻璃流動(dòng)控制可變得更加困難。由于這些限制的緣故，浸沒(méi)式燃燒熔煉的使用已經(jīng)被約束在質(zhì)量相對(duì)低要求的應(yīng)用中(例如，氣泡量)。

如果考慮將浸沒(méi)式燃燒熔煉用于高質(zhì)量要求的應(yīng)用中，諸如顯示器和PV(光伏)玻璃，則有必要實(shí)施精煉策略，該策略可解決大量的氣泡和寬范圍尺寸分布。因此，在行內(nèi)需要有改進(jìn)的浸沒(méi)式燃燒熔爐及預(yù)精煉的機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了預(yù)精煉爐，其包括用來(lái)接納流出浸沒(méi)式燃燒熔煉爐的熔融玻璃的腔室。該預(yù)精煉爐還包括泡沫破碎機(jī)和流出導(dǎo)管。熔融玻璃容納腔室包括頂部、底部和封圍側(cè)壁。頂部包括容納泡沫破碎機(jī)的開(kāi)口，泡沫破碎機(jī)定位成破碎腔室內(nèi)的玻璃氣泡。流出導(dǎo)管位于在腔室內(nèi)，并與側(cè)壁內(nèi)的出口流體地連通。流出導(dǎo)管定位成允許預(yù)精煉的熔融玻璃從腔室下段流到出口并流到處理的下一階段(通常為精煉爐)。

本發(fā)明用來(lái)調(diào)節(jié)流出浸沒(méi)式燃燒熔煉爐的泡沫玻璃，使得玻璃可在傳統(tǒng)的精煉爐內(nèi)有效地得到處理。本發(fā)明包括管理自由表面泡沫的工具，該自由表面泡沫是由出現(xiàn)的氣體所形成的，其在泡沫玻璃中不足以有效地分離大部分氣體。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中，預(yù)精煉爐可設(shè)計(jì)成使熔爐下游的設(shè)備與浸沒(méi)式燃燒關(guān)聯(lián)的機(jī)械振動(dòng)相隔離。本發(fā)明還可減緩與浸沒(méi)式燃燒熔煉相關(guān)聯(lián)的流率變化，導(dǎo)致進(jìn)入傳統(tǒng)的精煉步驟的穩(wěn)定和可控的玻璃流率。

在以下的詳細(xì)描述中，將闡述附加的特征和優(yōu)點(diǎn)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員從該描述中部分地將會(huì)容易地明白，或通過(guò)實(shí)踐如文中描述的實(shí)施例得以認(rèn)識(shí)，本文包括以下的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖。

應(yīng)該理解到，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是示范性的，意在對(duì)理解權(quán)利要求書(shū)的特性和特征提供一個(gè)綜述或框架。附圖的納入是為了提供深入的理解，附圖納入到本說(shuō)明書(shū)內(nèi)并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖闡述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，它們連同描述一起用來(lái)解釋各種實(shí)施例的原理和操作。

附圖說(shuō)明

圖1是利用本發(fā)明預(yù)精煉爐的玻璃熔融系統(tǒng)的立面?zhèn)纫晥D。

圖2是本發(fā)明預(yù)精煉爐的立面剖視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的實(shí)例顯示在附圖中。只要有可能，在全部的附圖中將采用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同或類似的零件。

某些實(shí)施例的操作原理可以是使氣體與玻璃熔體分離的斯托克斯(Stokes)上升效應(yīng)的應(yīng)用。在如此的實(shí)施例中，從浸沒(méi)式燃燒熔煉爐中流出的泡沫玻璃可被傾倒在示范預(yù)精煉爐的自由表面上，并可以低速向下流，允許借助斯托克斯(Stokes)上升效應(yīng)讓熔體中的氣泡上升。分離的氣泡可出現(xiàn)在空氣/玻璃交界面處并聚集到玻璃泡沫中，借助于泡沫破碎機(jī)可使玻璃泡沫破碎。向下的玻璃流動(dòng)可在示范的預(yù)精煉爐內(nèi)被加熱，以降低熔體黏度并促進(jìn)氣體上升。預(yù)精煉的玻璃進(jìn)入流出導(dǎo)管，流出導(dǎo)管可連接到在預(yù)精煉爐的下部處示范的精煉爐，那里，沒(méi)有或最少的泡沫將進(jìn)入流出導(dǎo)管。

圖1是利用本發(fā)明預(yù)精煉爐28的玻璃熔融系統(tǒng)20的立面?zhèn)纫晥D。參照?qǐng)D1，玻璃熔融系統(tǒng)20包括傳統(tǒng)的浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22。浸沒(méi)式燃燒熔煉爐在行內(nèi)眾所周知，任何這樣的燃燒器都可用在本發(fā)明中。浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22可通過(guò)熔煉爐導(dǎo)管26連接到預(yù)精煉爐28。預(yù)精煉爐28可定位得比浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22相對(duì)低，這樣，熔煉爐導(dǎo)管26可從浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22的下部到預(yù)精煉爐28向下傾斜。預(yù)精煉爐28又可通過(guò)精煉爐導(dǎo)管31連接到精煉爐32。

如圖1中所示，浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22的玻璃液位24可高于預(yù)精煉爐28和精煉爐32的玻璃液位30。

正如下文中進(jìn)一步詳細(xì)解釋的，由于熔融玻璃高的空隙率，熔煉爐導(dǎo)管26可允許來(lái)自浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22的熔融玻璃以粗的控制速率向下流動(dòng)。熔煉爐導(dǎo)管26可以非剛性結(jié)合連接到預(yù)精煉爐28，以在使預(yù)精煉爐28與浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22內(nèi)的任何振動(dòng)隔絕。熔煉爐導(dǎo)管26還可容納在非剛性的外殼內(nèi)，以使周圍對(duì)預(yù)精煉爐28內(nèi)部氣氛的影響減到最小或控制住該影響，和/或使熱損失減到最小。

圖2是本發(fā)明預(yù)精煉爐28的立面剖視圖。參照?qǐng)D2，預(yù)精煉爐28包括熔融玻璃容納腔室34、泡沫破碎機(jī)36和流出導(dǎo)管38。腔室34可包括底部40、頂部42以及封圍側(cè)壁44。封圍側(cè)壁44在某些實(shí)施例中可具有圓形橫截面，或可具有其他合適的截面。

泡沫破碎機(jī)36可包括頭部46和桿部48，由此在某些實(shí)施例中，泡沫破碎機(jī)36可定位在熔融玻璃容納腔室34的頂上，并配合熔融玻璃容納腔室34頂部42中的頂部開(kāi)口52。如圖2中所示，泡沫破碎機(jī)36的桿部48可延伸穿過(guò)頂部開(kāi)口52，使得桿部48可被用于對(duì)泡沫破碎機(jī)36提供泡沫破碎運(yùn)動(dòng)。泡沫破碎機(jī)36的頭部46可定位在腔室34內(nèi)，以在腔室34填充有從浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22流出的熔融玻璃時(shí)接觸玻璃泡沫50(見(jiàn)圖1)。

在圖2所示的實(shí)施例中，可使用旋轉(zhuǎn)錐來(lái)伸展、破碎和減少玻璃自由表面處的玻璃泡沫50。當(dāng)然，其他的泡沫控制替代方案，或者各種方案的組合，都可應(yīng)用在預(yù)精煉爐28中，而且如此的實(shí)例不應(yīng)限制附后權(quán)利要求書(shū)的范圍。例如，旋轉(zhuǎn)錐和其他的減少泡沫的示范策略在美國(guó)專利第6,854,290號(hào)中描述，本文以參見(jiàn)方式引入其全部?jī)?nèi)容。

還可使用蓋板54作為腔室頂部42的一部分，以將泡沫破碎機(jī)36的位置適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ陧敳块_(kāi)口52內(nèi)，并將腔室34內(nèi)部與外部大氣密封。腔室頂部42還可設(shè)置有觀察端口56，以允許目視檢查腔室34的內(nèi)部。腔室頂部42還可包括隔熱件58，以減少?gòu)那皇?4內(nèi)部的熱損失。

在某些實(shí)施例中，側(cè)壁44可包括構(gòu)造成接納熔煉爐導(dǎo)管26的入口60，熔煉爐導(dǎo)管26將熔融玻璃從浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22遞送到示例預(yù)精煉爐28。在某些實(shí)施例中，該入口60可容納呈非剛性連接的熔煉爐導(dǎo)管26。如此的連接可用來(lái)使預(yù)精煉爐28與浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相隔絕。

入口60和熔煉爐導(dǎo)管26之間的接口還可包括非剛性的外殼64，該非剛性外殼保持浸沒(méi)式燃燒熔煉爐22和預(yù)精煉爐28之間的非剛性連接，并還可構(gòu)造成使周圍對(duì)示例預(yù)精煉爐28內(nèi)部氣氛的影響減到最小或控制住該影響，和/或使熱損失減到最小。在圖2的實(shí)施例中，入口60可比熔煉爐導(dǎo)管26寬，并允許熔煉爐導(dǎo)管26延伸到腔室34內(nèi)部，使得熔融玻璃流66可傾倒入腔室34內(nèi)。

腔室側(cè)壁44還可包括構(gòu)造成接納精煉爐導(dǎo)管31的出口68。該精煉爐導(dǎo)管31可用作為熔融玻璃朝向精煉爐32流動(dòng)的出口(圖1)。在某些實(shí)施例中，可如圖2中所示設(shè)置到精煉爐32的連接件72，并進(jìn)行隔熱。隔熱的連接件72可用來(lái)使系統(tǒng)的熱損失減到最小。在其他的實(shí)施例中，腔室側(cè)壁44還可包括使系統(tǒng)的熱損失減到最小的隔熱件74。

在某些非限制性的實(shí)施例中，在腔室34必須關(guān)閉和放空的情況下，腔室底部40還可包括排放龍頭76。排放龍頭76可使用下凸緣90和龍頭凸緣91進(jìn)行加熱。如果希望分離預(yù)精煉的玻璃流，那么排放龍頭76也可用作流動(dòng)轉(zhuǎn)向器。排放龍頭76的位置可不限于在腔室底部40的中心，甚至可使用在側(cè)壁44內(nèi)。類似于側(cè)壁，腔室底部40可包括隔熱件78，以使系統(tǒng)的熱損失減到最小。

出口導(dǎo)管38可包括在出口導(dǎo)管38內(nèi)形成通道的下部開(kāi)口80和上部開(kāi)口82。出口導(dǎo)管38可與側(cè)壁44的出口68流體地連通，這樣，在熔融玻璃通過(guò)出口68流出腔室34之前，預(yù)精煉的熔融玻璃在下部開(kāi)口80處進(jìn)入出口導(dǎo)管38。如圖2所示，出口導(dǎo)管38的下部開(kāi)口80可定位在腔室34的下段內(nèi)。上部開(kāi)口82可定位在玻璃泡沫50高度上方的腔室34的上段內(nèi)，這樣，沒(méi)有材料通過(guò)上部開(kāi)口82進(jìn)入出口導(dǎo)管38。

在某些實(shí)施例中，出口導(dǎo)管38可以不需要諸如預(yù)精煉爐28向下流動(dòng)部分中的流速那樣的低流速。在圖2的實(shí)施例中，出口導(dǎo)管38中的熔融玻璃流動(dòng)可具有向上的方向；然而，其他的實(shí)施例可包括任何的流動(dòng)方向，只要進(jìn)入出口導(dǎo)管38內(nèi)的進(jìn)入點(diǎn)出現(xiàn)在玻璃自由表面之下的合適高度處即可，如此的實(shí)例于是不應(yīng)限制附后權(quán)利要求書(shū)的范圍。

腔室34還可包括一個(gè)氣體燃燒器84或多個(gè)氣體燃燒器，其位于玻璃泡沫50之上的空間內(nèi)。氣體燃燒器84或多個(gè)氣體燃燒器可用來(lái)加熱玻璃液位之上的氣氛。當(dāng)然，也可采用加熱玻璃液位之上的預(yù)精煉爐28的其他加熱方法，如此的實(shí)施例不應(yīng)限制附后權(quán)利要求書(shū)的范圍。例如，腔室34的側(cè)壁44和頂部42可用金屬繞組85進(jìn)行電加熱。

腔室34還可包括上部、中間和下部凸緣86、88、90，分別用來(lái)直接加熱腔室34的內(nèi)部。上部凸緣86可位于鄰近于熔融玻璃流動(dòng)66的腔室34的上段內(nèi)。中間凸緣88可位于腔室34的中段內(nèi)，以調(diào)節(jié)腔室34中段內(nèi)的加熱。下部凸緣90可位于腔室34的底部處。在某些實(shí)施例中，這些凸緣86、88、90各可獨(dú)立地受控，以向腔室34提供從頂部到底部的預(yù)定溫度梯度。對(duì)如此控制的輸入可由熱電偶、RTD或諸如此類的儀器提供。例如，可將上部凸緣86設(shè)置到比中間和下部凸緣88、90高的溫度，以在腔室34上段內(nèi)提供較高溫度的區(qū)域。腔室34上段內(nèi)較高溫度的區(qū)域?qū)档宛ざ榷苁谷廴诓Ａ?nèi)的氣泡有更大移動(dòng)性是理想的。

預(yù)精煉爐28的內(nèi)部可以是用鉑合金制成的圓管。鉑因傳導(dǎo)通過(guò)其中的電能也可被用作加熱元件。當(dāng)然，預(yù)精煉爐28的內(nèi)部可不局限于鉑合金，因?yàn)槠渌牟牧弦部捎脕?lái)形成預(yù)精煉爐28的內(nèi)部。例如，可采用鉑-銠合金，鉑-銠合金諸如但不限于PtRh20以及PtRh30合金。如前所指出的，盡管預(yù)精煉爐28的橫截面呈圓形，但橫截面可以是任何其他方便的幾何形，只要對(duì)玻璃流動(dòng)給于合適的考慮就可。

在某些實(shí)施例中，可將外殼92添加到預(yù)精煉爐28。該外殼92可含有防止氫氣滲透的修正的氣氛。當(dāng)使用鉑合金作為預(yù)精煉爐28內(nèi)部的材料時(shí)，帶有修正氛圍的如此外殼可以是理想的。

本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)明白，在不脫離由附后權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以作出各種修改和變化。