專利名稱：澄清玻璃或類似物的多階段工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用來生產(chǎn)玻璃或類似物的階段性工藝及其設(shè)備，特別是關(guān)于該工藝或設(shè)備澄清過程的改進(jìn)。本發(fā)明不僅特別適用于生產(chǎn)透明玻璃產(chǎn)品例如平板玻璃、纖維玻璃、容器玻璃或鈉硅酸鹽玻璃，而且也適用于從嚴(yán)格意義上來說并非“玻璃”的類似產(chǎn)品。這里所用的“玻璃”術(shù)語是一種泛指，它包括玻璃類似物。另一方面，由于平板玻璃的光學(xué)性質(zhì)要求較高，本發(fā)明對(duì)澄清過程的改善對(duì)于平板玻璃產(chǎn)品來說就具有特別的意義。
在Kunkle等申請(qǐng)的美國專利4381934中，已經(jīng)公開了用來完成該熔化過程的最初步驟的工藝，即使粉狀物料配合料變成液化的，部分熔化的狀態(tài)。對(duì)絕大多數(shù)玻璃產(chǎn)品來說，該工藝要求其下一段工藝必須使熔化完全，液化物料的澄清將是下一段工藝的主要任務(wù)。在前面所述的專利中，澄清過程就是把液化了的物料喂入一只傳統(tǒng)的罐型熔窯中。為了使這樣一個(gè)分段的熔化和澄清過程的建造及操作費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)，就要求以盡可能有效的形式完成該澄清過程，從而使澄清設(shè)備的尺寸及能耗降至最小。
在玻璃熔化過程中，氣體基本上是由于物料配合料的分解而產(chǎn)生的，其它氣體則是由于配合料燃燒熱源自然攜帶進(jìn)去的，大多數(shù)氣體在熔化過程的最初階段就能逸出，僅有部分氣體裹入熔體中。澄清過程的主要目的就在于提供足夠的時(shí)間及溫度條件使這些裹入的氣體大部分從熔體中排出。由于升高溫度能夠加快氣體裹入物的上升及逸出，因而對(duì)澄清區(qū)必須提供熔化過程中的最高溫度。此外，傳統(tǒng)地通過控制澄清區(qū)的熱條件使熔融玻璃保持循環(huán)流動(dòng)，以提供適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，并且確保物料在高溫下通過該區(qū)域，這時(shí)氣體就被排入熔體上方的空間，而未澄清的熔體部分被直接從料流中分離開。另外，澄清過程可以用來使殘留的配合料顆粒熔化，而且澄清過程中產(chǎn)生的循環(huán)現(xiàn)象有助于熔化均勻。當(dāng)將該澄清過程和如美國專利4381934中所述的獨(dú)立的液化過程相結(jié)合時(shí)，人們希望能使澄清過程至少部分最好是全部達(dá)到目標(biāo)。在此發(fā)明以前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將液化物料喂入循環(huán)澄清罐中會(huì)產(chǎn)生增加短循環(huán)流動(dòng)的趨勢，即進(jìn)入的物料很快地通到出去的產(chǎn)品料流中，因而不能提供足夠的停留時(shí)間來澄清。
在以前的藝術(shù)玻璃制造窯爐中，熔化過程總是從一只較大的熔化室進(jìn)入較小或較窄的容器中進(jìn)行澄清操作，常常是通過一條狹窄的通道從一個(gè)室進(jìn)入下一個(gè)室。下面的美國專利就顯示了典型的分隔式玻璃窯爐，如1941778;704040;2254079;2808446;3399047;3897234;4099951;和4195982等。在導(dǎo)向澄清室的狹窄通道中加熱熔化了的玻璃技術(shù)可以從下列美國專利中看出，如2926208;2990438;3499743;4011070;3261677;3415636;和2691689等。這些專利中沒有一篇認(rèn)識(shí)到影響澄清過程的因素所在，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些可歸因于進(jìn)入澄清器的料流的熱條件及自然流向。
在本發(fā)明中，玻璃物料配合料或類似物在獨(dú)立的，自然隔開的階段中被液化、澄清，但它不是將液化的物料直接送入澄清階段，而是通過一個(gè)中間階段并在那兒升溫。由于在導(dǎo)入澄清室以前就升高了溫度，這就為液化的物料進(jìn)入澄清室中合適的料流做好了熱準(zhǔn)備，從而能迫使它們產(chǎn)生合適的循化過程。最好，在中間階段能將液化物料加熱到物料由液化階段出來進(jìn)入中間階段的溫度以上，但又比澄清室中熔融物料的峰值溫度低。在澄清器后端及出口端之間某一位置，熔體中峰值表面溫度區(qū)域會(huì)不均勻地導(dǎo)致一種向上的流動(dòng)，也就是人們所知的“熱帶”或“熱點(diǎn)”，結(jié)果，熱帶前后的表面料流都明顯地離開熱帶，而沿著澄清室底部的料流則明顯地趨向熱帶。因此在澄清室中處理的熔融物料中就產(chǎn)生了兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)。本發(fā)明的中間熱處理的目的是向送入澄清室中的物料提供熱浮力，這樣就能防止料流直接進(jìn)入澄清室中最低層或最上層的料流中，而是進(jìn)入來自熱帶的循環(huán)系統(tǒng)上方料流的中間層。進(jìn)入此層就更有可能保證新入物料在被帶入下部流動(dòng)單元的上部料流(這是澄清室主要的產(chǎn)品輸出料流)以前就能在該流動(dòng)單元中經(jīng)過幾次循環(huán)。
對(duì)送入澄清室的液化物料進(jìn)行中間熱處理的優(yōu)選實(shí)施例是一條細(xì)長、狹窄的通道。一般，通道的長度，寬度都比澄清器的要小。用一組液化段向單個(gè)澄清器喂料更為有利，最好對(duì)每個(gè)液化段再用一條通道將液化段和澄清器相連。由于通道的基本功能是使液化的物料加熱到一個(gè)較高的溫度，所以通道的容量就無甚重要。但是進(jìn)、出口之間足夠的長度有利于為通道里的加熱處理提供一定的停留時(shí)間。通道內(nèi)通過浸沒電極間的電阻加熱，但也可以使用上部燃燒或其它的加熱手段來代替電加熱。通道和澄清器之間的開口最好位于澄清器底部的上方以保證物料能進(jìn)入澄清器中適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 利用本發(fā)明將液化物料從液化段送入澄清器的思想使得澄清器的效果達(dá)到較高水平，這樣就能使澄清器的尺寸縮小。通常用一間操作室或工作室來接受澄清器下部的熔融玻璃料流以使之達(dá)到將該玻璃形成所需產(chǎn)品的適當(dāng)溫度。
本發(fā)明的一個(gè)較好的特征在于連接澄清器的通道或通道組是在澄清器側(cè)面且位于澄清器上部料流端壁和熱帶之間的某一處，這種安排減少了新入物料被直接帶到澄清器中最低層料流中的機(jī)會(huì)，用一對(duì)相對(duì)的通道更為有利，人們發(fā)現(xiàn)單側(cè)通道不對(duì)稱排列操作起來更令人滿意。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例縱截面俯視圖，示出了兩條通道喂向一個(gè)澄清器。
圖2是圖1縱截面?zhèn)纫晥D，剖切面沿圖1中2-2線。
圖3是同一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，剖面沿圖1中3-3線，表示出和通道之一相連的液化器的一個(gè)優(yōu)選類型。
圖4是圖2澄清器左邊部分放大的示意圖，表示了熔體的循環(huán)線路。
參照?qǐng)D1和圖2，表明澄清器10和操作器11用一個(gè)狹窄腰部12連接起來，它們?nèi)加脗鹘y(tǒng)的耐火陶瓷材料制成，這些材料通常都用于玻璃熔爐，但實(shí)際尺寸較小且沒有燃料燃燒的設(shè)備，在澄清器中最好配有一些加熱裝置以使熔融物料13達(dá)到其峰值溫度并幫助在澄清器內(nèi)建立所需的循環(huán)線路，對(duì)此，實(shí)施例中裝有電極14以使電流通過熔體而加熱。可采用多種電極布局，最好排成如圖所示的兩組兩橫行。
如圖1所示，一對(duì)通道20和21通過開口22和23導(dǎo)向澄清器10并分別在澄清器的側(cè)壁上。在所示的安排中，只有一對(duì)通道，但應(yīng)該懂得可以采用更多或更少的通道且任何時(shí)刻所有通道都可以不用。因此，能夠較大地改變?cè)撓到y(tǒng)的流量。每條通道至少得接受來自液化容器25、26的部分熔融物料，液化段可以采用各種本領(lǐng)域內(nèi)所知的結(jié)構(gòu)，但前面所述的美國專利4381934中所顯示的結(jié)構(gòu)最為有利。在該專利中，物料配合料層在一旋轉(zhuǎn)容器中起著絕熱層作用，喂到此絕熱層上的配合料被高溫快速液化并立即從底部開口流出。
圖3中顯示了優(yōu)選的液化器的示意性例子，容器25包括一個(gè)支撐在圓環(huán)31上的鋼筒30，這種安裝目的在于能圍繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)。固定的蓋子32上可以裝有一組燃燒器，燃燒器最好是用氧氣燃燒或者其它熱源(未示出)燃燒，蓋子上有一開口(未示出)，物料配合料由此口被喂入容器25中，液化過程中其它的一些細(xì)節(jié)可以由美國專利4381934得到。
當(dāng)玻璃物料配合料由所優(yōu)選的實(shí)施例液化后，進(jìn)入通道20的液化物料僅僅是部分熔化，其組成大部分為液相(主要包括鈉源物料如純堿)和少量的固相(主要包括砂粒)，此階段部分熔化的物料中還包括大量氣相，其組成主要是由配合料組分中碳酸鹽礦物分解出的二氧化碳?xì)怏w，另外，由于它存在于液化容器中，典型的鈉-鈣-硅玻璃大約在500°F～800°F(270℃～450℃)就熔化，此溫度低于澄清所需的峰值溫度。
根據(jù)所要生產(chǎn)玻璃的類型及質(zhì)量，通道中所接受的液化物料上至少已施加了熔化和澄清過程所需總能量的70%，不到85%的能量，因此只需要相當(dāng)少的能量用于熔體上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在熔體進(jìn)入對(duì)流的澄清器之前就在通道中提供基本能量會(huì)更有利。某些澄清功能，例如完全熔化砂粒和把氣體從熔體中排出，在通道中就可以進(jìn)行。當(dāng)然通道的主要性質(zhì)是提高熔體的溫度。一般地，溫度控制在物料進(jìn)入通道的溫度和峰值澄清溫度中間。舉例來說，玻璃澄清溫度為2800°F(1540℃)，那么它在通道中的加熱溫度大約在2500°F(1370℃)就較有利。通道出口溫度的選擇要根據(jù)來自通道物料在澄清器10中循環(huán)線路中的相互作用結(jié)果而確定，這些將在下面論述。通道內(nèi)的加熱可以通過附圖中所示的實(shí)施例中的電極35來實(shí)現(xiàn)，也可以用忌占尤仁侄衛(wèi)創(chuàng)嫻緙尤茸爸謾Ｈ厶逶諭ǖ樂械耐Ａ羰奔浣魴枳鬩醞瓿杉尤燃純傘Ｒ虼嗣刻跬ǖ澇諶莼峽梢員瘸吻迤饜〉枚啵ǖ雷詈猛廡蝸琳允谷厶蹇拷仍床⒛薌跎偃人鶚?。哉喛条通禐戻入澄清祈d牡胤蕉加幸恢簧叩目布韃糠 6，這樣就能保證只有流過通道經(jīng)過適當(dāng)加熱的物料流向通道進(jìn)入澄清器中某預(yù)定位置的出口。靠近通道出口處還配有一浮塊37用來防止過量的氣泡或其它漂浮物流入澄清器中。
圖4澄清室示意圖中示出了典型的循環(huán)線路，由于離開澄清室后壁41處的熱條件作用產(chǎn)生了上升循環(huán)區(qū)40(“熱區(qū)”或“熱帶”)，在所給予的優(yōu)選實(shí)施例中，該熱條件主要是由電極14加熱形成的。輔助間隔地通過熔體13上方的燃燒裝置也能向澄清室提供熱量。在后壁41和其它壁表面附近聚集了比較冷的物料，它們?cè)谌垠w上產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，逐漸引起后壁附近循環(huán)系統(tǒng)溫度的下降。這些下降的循環(huán)和熱帶40處的上升循環(huán)在后壁和熱帶之間形成一個(gè)環(huán)形單元，如圖4所示，它是逆時(shí)針的。這個(gè)線路是合乎要求的，因?yàn)樗茉黾映吻迨覂?nèi)新入物料的停留時(shí)間而且也能減少新入物料由澄清室直接進(jìn)入出口料流42的可能。這樣一來，每部分熔體在被帶入產(chǎn)品料流之前更可能地被完全澄清。另外，表面向后的料流43也有助于防止氣泡和其它漂浮雜物進(jìn)入產(chǎn)品料流42。同樣，在熱帶后面料流中存在一個(gè)反向的循環(huán)線路，還有來自操作器11的，沿較冷物料底部的回流。
如果液化好的物料直接由液化器25或26喂入澄清器，物料溫度較低，造成新入物料沉入澄清器底部，其主要部分將摻入底部料流44。這就不合乎要求了，因?yàn)檫@會(huì)使來自底部的料流44的物料隨著類似料流45的通道流過熱帶底部而進(jìn)入出口料流42的趨勢。結(jié)果產(chǎn)生了澄清器的短路通道而不合乎要求地縮短了大部分物料的停留時(shí)間。導(dǎo)致澄清不充分且產(chǎn)品質(zhì)量不合格。通過在物料液化后而進(jìn)入澄清器以前加熱物料，就可以利用熱浮力來調(diào)節(jié)物料進(jìn)入循環(huán)單元的位置高度。如圖4中所示，通道22的物料的較好路徑是在后端循環(huán)單元的中央部分，該新入物料流動(dòng)路徑類似料流46，最好先是向后流動(dòng)，然后由底部料流44上方流向熱帶，在那兒由于位置較高，大部分料流自己產(chǎn)生了一個(gè)較短的熱帶回流路線47。因此在優(yōu)選路徑中，物料的主要部分首先流過以后，又一次回到后端循環(huán)單元中去，而僅有很少一部分進(jìn)入熱帶向前的料流45中。結(jié)果對(duì)于給定容積的澄清容器來說，在澄清器中的平均停留時(shí)間就較長，澄清度也較高。澄清容器的尺寸就可以比原來所要求的減少許多。
但是，在通道21或22中對(duì)物料加熱過分，則會(huì)導(dǎo)致不利的流動(dòng)線路，物料由熔體13的表面進(jìn)入澄清器，直接在下流方向進(jìn)行，阻礙了向后的流動(dòng)43，抑制了向上的循環(huán)單元。結(jié)果，為防止未澄清物料因短路進(jìn)入由熱區(qū)40提供的出口料流42的熱阻擋層就被浪費(fèi)了?；谶@些原因，由通道流過的物料溫度最好大約在進(jìn)入通道時(shí)物料10的溫度和峰值澄清溫度之間。換句話說，在處理鈉-鈣-硅玻璃時(shí)，通道的存在溫度大約比峰值澄清溫度低200°F～400°F(110℃～220℃)。
由于從通道引入新的物料進(jìn)入澄清器的后壁進(jìn)行有效運(yùn)動(dòng)是合乎需要的，所以本發(fā)明的一個(gè)最佳特征在于使導(dǎo)向澄清器的開口或開口組22，23與后壁41分隔開。由例子發(fā)現(xiàn)開口離后壁的距離最好是后壁41和熱帶40距離的1/3～1/2。
在操作器11中，熔融物料被冷卻到適宜溫度，使之制成所需的產(chǎn)品如玻璃板。對(duì)于鈉-鈣-硅玻璃，其成形溫度一般在1900°F～2100°F(1040℃～1150℃)之間。
熔化爐的大小受所需產(chǎn)品大小的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的平板玻璃熔化及澄清爐(包括操作器部分)，停留其中的熔融物料容量一般是玻璃日產(chǎn)量(24小時(shí))的2～3倍，可以用這樣一個(gè)數(shù)字來表明本發(fā)明的效果利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，停留在澄清器10和操作器11中的熔融玻璃容積不到日產(chǎn)量的兩倍，最好低于1.5倍，而在所設(shè)計(jì)的一個(gè)特定例子中，所停留的物料容量約等于所需的最大日產(chǎn)量。
其它的一些變化及調(diào)整對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)熟煉的技術(shù)人員來說都是顯而易見的，也將落入本發(fā)明后附的權(quán)利要求所確定的范圍之中。
權(quán)利要求
1.制造玻璃或類似物的一種方法，其特征在于它是把物料配合料液化成為一種不完全熔化狀態(tài)，然后用一通道接受已液化了的物料并升溫，將此加熱的物料由通道送入一澄清器中，在該容器中所容納的熔融物料保持對(duì)流狀態(tài)，它包括澄清器出口處表面部分向前的流動(dòng)以及澄清器進(jìn)口處表面部分向后的流動(dòng)，同時(shí)保持通過通道的物料溫度，從而使該物料和澄清器進(jìn)口端向后流動(dòng)的物料熔合。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其中物料是以橫向于向后料流的方向由通道流入澄清器的。
3.權(quán)利要求1中所述的方法，其中提供給澄清器中部分物料的溫度高于施加給通道中物料的溫度。
4.權(quán)利要求1中所述的方法，其中保留在澄清器中的物料量實(shí)際上要比通道中的量大。
5.權(quán)利要求1中所述的方法，其中物料是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的地方被液化并且通過兩條或兩條以上獨(dú)立的通道喂入澄清室。
6.權(quán)利要求5中所述的方法，其中物料是從澄清室相對(duì)的兩壁由通道導(dǎo)入澄清室的。
7.權(quán)利要求1中所述的方法，其中由通道輸入澄清器的料流基本上是水平的。
8.權(quán)利要求1中所述的方法，其中生產(chǎn)的是鈉-鈣-硅玻璃，物料溫度升高到低于澄清器中峰值溫度的200°F～400°F(110℃～220℃)。
9.制造玻璃或類似物的一種方法，它是將物料配合料液化，讓液化的物料在完全熔化之前由液化區(qū)自由地流下，用一條較窄的水平延伸的通道接受液化的物料并升高溫度，再將物料輸入一個(gè)較寬的澄清器中并進(jìn)一步升高溫度。
10.權(quán)利要求9中所述的方法，其中澄清過的熔融物料是由澄清器出口端獲取，而物料最初是以一個(gè)基本遠(yuǎn)離該出口端的方向由通道流入澄清器的。
11.權(quán)利要求10中所述的方法，其中物料是由通道從澄清器的一側(cè)進(jìn)入澄清器的。
12.權(quán)利要求11中所述的方法，其中由通道進(jìn)入澄清器的物料溫度為低于澄清器中物料最高溫度的200°F～400°F(110℃至220℃)。
13.權(quán)利要求12中所述的方法，其中玻璃是鈉-鈣-硅平板玻璃。
14.制造玻璃或類似物的裝置，其中包括一個(gè)液化容器，它包括有將粉狀物料配合料喂入該容器的裝置，加熱容器內(nèi)部使其達(dá)到物料配合料液化溫度的裝置以及向泄料口傾斜的配合料支撐表面;位于泄料口下方的一條水平細(xì)長的通道，用來接受來自液化容器的液化物料，以及在通道內(nèi)加熱液化物料的裝置;和通道相連用來接受來自通道的熔融物料的澄清容器，它的面積基本上大于通道，用來加熱澄清器的裝置以及一只用來從該澄清器獲取熔融物料的出口，它的位置與通道隔開。
15.權(quán)利要求14中所述的裝置，其中的澄清器具有一個(gè)縱向長度，它是由后壁向出口處沿著側(cè)壁以基本縱向的方向延伸的，其中的通道則通過側(cè)壁上的一個(gè)開口和澄清器的內(nèi)部相連。
16.權(quán)利要求15中所述的裝置，其中的通道橫向地延伸到澄清器縱向長度上去。
17.權(quán)利要求14所述的裝置，其中至少有兩個(gè)液化器和至少兩條通道和澄清器相聯(lián)系。
18.權(quán)利要求15中所述的裝置，其中通道向澄清器的開口應(yīng)在該部分澄清器底部的上方。
19.權(quán)利要求14中所述的裝置，其中的通道裝有電加熱裝置。
20.權(quán)利要求14中所述的裝置，其中的通道為熔融物料由液化容器到澄清器提供了一條通路，其長度尺寸大于寬度尺寸。
全文摘要
制造玻璃或類似物的一種方法，其中物料配合料在澄清室外的一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)被液化，液化了的物料在被送入澄清室以前在一個(gè)中間過程中加熱。在優(yōu)選的實(shí)施例中，此中間過程是由一條或多條由澄清室壁伸出的通道組成的。
文檔編號(hào)C03B5/16GK1032329SQ87107788
公開日1989年4月12日 申請(qǐng)日期1987年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1986年10月2日
發(fā)明者萊奧納德·阿瑟·納維施, 戴維德·理查德·哈斯金斯 申請(qǐng)人:Ppg工業(yè)公司