專利名稱：溢流槽加熱方法
技術領域：
本發明一般涉及制造玻璃的方法，更具體涉及用于制造玻璃板的熔合法。
背景技術：
可以將玻璃制造描述為這樣一種方法在高溫下將原料轉化成均相熔體，然后將 該熔體遞送通過合適的形成過程，提供產品，最后進行修整。一種示例性的用于玻璃制造 的方法是美國專利第3338696號(“形成板的設備(Sheet Forming Apparatus) ”，1967年 8月29日公布)和美國專利第3682609號(“控制新拉制的玻璃板的厚度(Controlling Thickness of Newly Drawn Glass Sheet) ”，1972 年 8 月 8 日公布)中進一步描述的熔合 法，它們的發明人都是Stuart M. Dockerty，都通過參考全文結合于此并構成本申請的一部 分。熔合法的一個部件是凹槽，一般稱為溢流槽(isopipe)，熔融玻璃流過溢流槽的 側面，形成玻璃板。例如美國專利第6794786號(“用于通過熔合法制造玻璃板的溢流槽 的下垂控制(Sag Control of Isopipes Used In Making Sheet Glass By The Fusion Process)”，2005年12月13日公布，Helf instine等人)中進一步描述了溢流槽，該專利也 通過參考全文結合于此并構成本申請的一部分。用于制造玻璃板的熔合法或溢流法的耐火溢流槽或玻璃形成凹槽在工作時產生 垂直溫度梯度，以促進形成玻璃板(玻璃粘度隨溫度降低而增大)。溢流槽的上部是薄壁 凹槽，其中裝滿熔融玻璃使其溢流，因此該薄壁凹槽工作時的溫度是玻璃在一端進入時的 溫度。溢流槽的下部是三角形的耐火實心部分，玻璃從其外側流下并冷卻。因此，溢流槽具 有變化的垂直溫度曲線。要防止首次啟用的新溢流槽出現玻璃流動問題，在熔融玻璃進入 之前要將該溢流槽加熱至其熱曲線。這種溫度曲線在耐火材料中產生非常大的熱應力。這 些應力會導致該材料開裂或斷裂。溢流槽中的開裂對正在生產的玻璃板的品質產生負面影 響，必須更換斷裂的溢流槽，這一般是一個長而昂貴的過程。因此需要一種能控制溢流槽加熱過程、克服本領域中發現的一些如上所述的多種 問題的方法。
發明內容
—種克服上述一些問題的方法是設計一種加熱方案，該方案實行一種規定的溫度 曲線，使得該材料的高溫蠕變行為能夠在熱應力變得大到足以破壞溢流槽之前使熱應力減 小。本文描述了開發的加熱方案的實施方式，該方案能及時地產生熱曲線，同時又不會使溢 流槽因為熱應力而斷裂。本發明的一個方面是一種加熱溢流槽的方法。該方法包括以下步驟確定溢流槽 的最大熱應力，確定溢流槽的閾值溫度(Tt)。Tt是溢流槽的高溫蠕變機制開始使溢流槽的熱應力減小的溫度。以第一速率加熱溢流槽，使得該溢流槽到大約Tt的溫度的過程中經歷 一種基本均勻的熱應變梯度，這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最 大熱應力。在高于Tt的溫度，以一種方式加熱溢流槽，產生使該過程的性能令人滿意所必 需的垂直熱梯度。Tt以上溫度的加熱速率使得能夠通過該材料的高溫蠕變將溢流槽中因為 相當不均勻的熱應變梯度而產生的熱應力減小。在升溫過程中，溢流槽中的熱應力將明顯 低于最大允許熱應力以避免溢流槽斷裂。達到所需的垂直梯度之后，可以將溢流槽的總體 溫度調節至工藝目標值(根據玻璃組成)，因為通過均勻降低溢流槽所有位置的溫度將不 會產生另外的應力。本發明的另一個方面是一種加熱溢流槽的方法，該方法中的溢流槽包含一種或多 種材料，具有給定的結構。確定溢流槽的最大熱應力。該最大熱應力至少部分地通過形成 溢流槽的一種或多種材料以及溢流槽的給定結構確定。確定溢流槽的閾值溫度(Tt)。Tt是 形成溢流槽的一種或多種材料的高溫蠕變機制開始使溢流槽的熱應力減小的溫度。將溢流 槽加熱至大約Tt的溫度，使該溢流槽經歷基本均勻的熱應變梯度。這種基本均勻的熱應變 梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最大允許熱應力。將溢流槽加熱至高于Tt的溫度，使得 該溢流槽經歷相當不均勻的熱應變梯度。在高于Tt的溫度進行的加熱速率使得溢流槽在 加熱過程中同時經歷應力減小，從而通過這種應力減小使溢流槽中因為相當不均勻的熱應 變梯度產生的熱應力減小，溢流槽中產生的熱應力小于最大允許熱應力。本發明的另一個方面是一種用于加熱溢流槽的控制系統。該控制系統包括第一 控制模塊，該控制模塊在一個或多個處理器上運行，利用有限元分析程序(如ANSYS公司 (ANSYS Inc. , Canonsburg, PA 15317)開發的一種程序)確定最大熱應力，以及為包含一種 或多種材料并具有給定結構的溢流槽確定閾值溫度(通過測量材料蠕變確定)。閾值溫度 是形成溢流槽的一種或多種材料的高溫蠕變機制開始使該溢流槽的熱應力減小的溫度。該 系統進一步包括第二控制模塊，該控制模塊在一個或多個處理器上運行，控制用于加熱該 溢流槽的加熱器件。控制該加熱器件，使得該溢流槽在升溫至大約Tt的過程經歷基本均勻 的熱應變，控制加熱使得這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最大允 許熱應力。該控制系統進一步包括第三控制模塊，該控制模塊在一個或多個處理器上運行， 在溢流槽達到高于或等于Tt的溫度之后控制加熱器件，該溢流槽經歷相當不均勻的熱應變 梯度。控制加熱使得該溢流槽在加熱過程中同時經歷應變減小，從而通過這種應變減小使 溢流槽中因為相當不均勻的熱應變梯度產生的應力減小，在溢流槽中產生的熱應力小于最 大允許熱應力。本發明的另一個方面是一種計算機程序產品，該產品包含計算裝置的處理器能夠 執行的代碼，用于執行控制對溢流槽的加熱的任務。該計算機程序產品包含第一可執行代 碼部分，該部分設計用來確定溢流槽的閾值溫度(Tt)和最大允許熱應力。Tt是形成溢流槽 的一種或多種材料的高溫蠕變機制開始使該溢流槽的熱應力減小的溫度，最大允許熱應力 是一種熱引發的應力水平，在高于該水平時將破壞溢流槽。該計算機程序產品進一步包含 第二可執行代碼部分，用于控制對溢流槽的加熱，使得溢流槽在加熱到大約Tt溫度的過程 經歷基本均勻的熱應變梯度。這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最 大允許熱應力。該計算機程序產品進一步包括第三可執行代碼部分，用于控制對溢流槽的 加熱，使得該溢流槽在達到高于或等于Tt的溫度之后經歷相當不均勻的熱應變梯度。高于Tt的溫度的加熱速率使得溢流槽在加熱過程中同時經歷應力減小，從而通過這種應力減小 使溢流槽中因為相當不均勻的熱應變梯度產生的應力減小，在溢流槽中產生的熱應力小于 最大允許熱應力。本發明的其他優點部分將在以下說明中提出，通過這些說明，它們中的一部分將 是顯而易見的，或者可以通過實施本發明而了解。應該理解，以上概述和以下詳述都只是示 例性和說明性的，并非對本發明的限制。附圖簡要描述附圖結合在本說明書中并構成說明書的一部分，說明本發明的一些方面，與說明 書一起說明而非限制本發明的原理，其中使用的類似的附圖標記表示各附圖中類似的部 分圖IA說明用于實施優選實施方式的各方面的一種示例性計算裝置；圖IB是圖IA中所示的一種處理系統的備選實施方式，可用于根據本發明的實施 方式中；圖2A是可以根據本發明一種實施方式進行加熱的示例性溢流槽的側視圖。圖2B是圖2A中所示的溢流槽沿線AA切開的截面圖。圖3說明包括溢流槽的一種示例性熔合過程的一部分。圖4是說明用于預熱根據本發明的一種實施方式的溢流槽的流程圖；圖5是說明用于預熱根據本發明的一種實施方式的溢流槽的備選示例性過程的 流程圖；圖6說明根據本發明一種實施方式提出的示例性加熱曲線；圖7是說明在根據本發明一種實施方式的加熱過程中，一種示例性溢流槽產生的 應力的圖；和圖8說明用于加熱根據本發明的一種示例性溢流槽的控制系統的一種實施方式。發明詳述通過以下發明詳述、包括的實施例、附圖以及之前和之后的說明，可以更容易地理 解本發明。在揭示和描述本發明的系統、制品、裝置和/或方法之前，應該理解，本發明并不 限于具體的系統、具體的裝置、或者具體的方法，因此當然是可以變化的。還應該理解，本文 使用的術語僅僅是為了描述具體實施方式
的目的，并不意圖進行限制。提供以下對本發明的說明作為目前已知的對本發明的最好的實施方式的描述。因 此，本領域普通技術人員能夠理解，可以在仍然獲得本發明的有益結果的同時，對本發明的 各方面進行各種變化。顯然可以通過選擇本發明的一些特征而不采用其他特征，來獲得本 發明的一些所需的益處。因此，本領域技術人員將會理解，可以對本發明進行許多修改和改 進，在一些情況中甚至是需要的，它們構成本發明的一部分。因此，提供以下說明作為本發 明原理的示例而非限制。如說明書和所附權利要求中所用，單數形式的“一個”、“一種”和“該”包括復數指 代物的情況，除非上下文中有另外的清楚指示。因此，例如對“一種反射器”的引用包括兩 種或更多種此類反射器的情況，等等。在本文中，范圍可以表述為從“約”一個具體值，和/或至“約”另一個具體值。表述這樣的一種范圍時，另一方面包括從所述一個具體值和/或至所述另一個具體值。類似 地，用近似值表述數值時，通過使用先行詞“約”，可以將其理解為，所述具體值構成另一方 面。應該進一步理解，各范圍的端點在與另一個端點相關以及獨立于另一個端點的情況下 都是有意義的。還應該理解，本文揭示了一些數值，各數值都應該理解為其值本身以及“約” 該具體值。例如，如果揭示了數值“10”，則應該認為也揭示了“約10”。還應該理解，當揭示 一個數值是“小于或等于”某值、“大于或等于”某值時，則本領域普通技術人員應該認為也 揭示了這些值之間的可能的范圍。例如，如果揭示了數值“10”，則應該認為也揭示了 “小于 或等于10”以及“大于或等于10”。還應該理解，在本申請中，以不同格式的數字形式提供 數據，這些數據代表終點和起點，以及數據點的任何組合的范圍。例如，如果揭示了具體數 據點“10”和具體數據點“15”，則應該理解，也揭示了大于、大于或等于、小于、小于或等于， 以及等于10和15，以及10和15之間。還應該理解，也揭示了兩個具體單元之間的各單元。 例如，若揭示了 “ 10，，和“ 15 ”，則應該認為也揭示了 “ 11 ”、“ 12 ”、“ 13 ”和“ 14”。“任選的”或“任選地”表示隨后描述的事件或情形可能發生或可能不發生，這種表 述包括所述事件或情形發生的情況以及所述事件或情形不發生的情況。本領域普通技術人員將會理解，本發明的實施方式可以作為方法、數據處理系統、 或計算機程序產品進行實施。因此，實施方式可以采取完全硬件的實施方式、完全軟件的實 施方式、或組合了軟件和硬件方面的實施方式。而且，優選實施方式可以采取計算機可讀存 儲介質上的計算機程序產品的形式實施，所述存儲介質具有在其中具體表現的計算機可讀 程序指令(如計算機軟件)。更具體來說，實施方式可以采取通過網絡實施的計算機軟件的 形式實施。可以采用任何合適的計算機可讀存儲介質，包括硬盤、CD-ROM、光學存儲裝置、或 磁存儲裝置。以下參考說明根據本發明一種實施方式的方法、設備(即系統)和計算機程序產 品的框圖和流程圖描述根據本發明的各實施方式。應該理解，框圖和流程圖中的各個方框， 以及框圖和流程圖中方框的組合，可以各自通過計算機程序指令實施。這些計算機程序指 令可以加載在通用計算機、專用計算機或其他可編程的數據處理設備上，用于產生一種機 制，使得在計算機或其他可編程的數據處理設備上執行的指令能夠產生一種實施流程圖或 框圖中規定的功能的方式。這些計算機程序指令也可以存儲在計算機可讀存儲器中，這種存儲器能夠指揮計 算機或其他可編程的數據處理設備以特定方式作用，使得存儲在計算機可讀存儲器中的指 令產生包括計算機可讀指令的制成品，用于實施流程圖或框圖中規定的功能。計算機程序 指令也可以加載在計算機或其他可編程的數據處理設備上，從而在計算機或其他可編程的 設備上進行一系列可操作的步驟，產生計算機實施過程，由此，在計算機或其他可編程設備 上執行的指令提供用于實施流程圖或框圖中規定的功能的步驟。因此，框圖的方框和流程圖的說明支持了用于進行規定功能的方式的組合，用于 進行規定功能的步驟的組合，以及用于進行規定功能的程序指令方式。還應該理解，框圖的 各方框和流程圖的各說明，以及框圖中方框與流程圖說明的組合，都可以通過專用的基于 硬件的計算機系統實施，這些系統進行特定的功能或步驟，或者專用硬件和計算機指令的組合。在本文參考的實施方式中，可以引用“計算機”、“計算裝置”、“控制器”或“服務器”。這種計算機可以是例如大型計算機、臺式計算機、筆記本計算機或膝上計算機、手持式 裝置如數據采集和存儲裝置，或者可以是位于另一個設備中的處理裝置，例如作為控制系 統的一部分的控制器。在一些情況下，所述計算機可以是用來獲得數據的“啞”終端、或者 網絡上的處理器、或者具有有限處理能力的裝置如控制器。參見
圖1A，該圖說明一種計算裝 置的實施方式，可使用該裝置實施根據本發明實施方式的各方面。在圖IA中，使用處理器 1 (如微處理器)執行軟件指令，從而進行指定步驟。該處理器從電源17接受能量，該電源 17也按需要為其他部件提供能量。處理器1使用數據總線5進行通訊，該數據總線通常是 16或32比特寬(例如，并行的)。數據總線5通常用于在處理器和存儲器之間傳輸數據和 程序指令。在該實施方式中，可以將存儲器視作RAM或其他形式的主存儲器2，該主存儲器 只在運行過程中保留存儲內容，或者該存儲器可以是非易失性存儲器3，例如ROM、EPR0M、 EEPR0M、FLASH或其他類型的存儲器，這些存儲器在所有時刻都保留存儲內容。該存儲器也 可以是次存儲器4，例如儲存大量數據的存儲盤。在一些實施方式中，存儲盤可以使用另外 的I/O總線6或專用總線(未顯示)與處理器進行通訊。該次存儲器可以是軟盤、硬盤、⑶ 盤、DVD或計算機領域普通技術人員已知的任何其他類型的大容量存儲器。處理器1還使用I/O總線6與各種外圍或外部裝置通訊。在該實施方式中，使用 外圍I/O控制器7提供標準接口，例如RS-232、RS422、DIN、USB或其他適合于各種輸入/輸 出裝置的接口。典型的輸入/輸出裝置包括本地打印機18、監視器8、鍵盤9、和鼠標10或 其他典型的指針式設備(如滾動球、觸控板、游戲桿等)。處理器1通常還使用通訊I/O控制器11與外部通訊網絡進行通訊，可以使用各 種接 口，如數據通訊方向協議(data communication oriented protocol) 12，例如 Χ· 25、 ISDN、DSL、線纜調制解調器等。通訊控制器11也可以結合調制解調器(未顯示)用于接口 并與標準電話線13進行通訊。最后，通訊1/0控制器可以結合以太網接口 14用于通過LAN 進行通訊。可以采用任何這些接口來獲得廣域網絡，例如互聯網WWW、內網、LAN、或其他數 據通訊設施。最后，處理器1可以與無線接口 16進行通訊，該無線接口以可操作的方式與天 線15連接，用于與另一個裝置進行無線通訊，進行無線通訊時例如采用以下的一種協議 IEEE 802. 11 協議、802. 15. 4 協議，或標準 3G 無線電信協議，如 CDMA20001x EV-DO, GPRS、 W-CDMA、或其他協議。可以采用的處理系統的另一種實施方式如圖IB中所示。在該實施方式中，顯示的 分布的通訊和處理結構包括服務器20，該服務器與本地客戶計算機26a或遠程客戶計算機 26b進行通訊。服務器20通常包括處理器21和主存儲器24，該處理器與數據庫22進行通 訊，該數據庫可以看作一種形式的次存儲器。該處理器還使用1/0控制器23與外部裝置進 行通訊，該1/0控制器通常與LAN 25連接。該LAN可以為聯網打印機28和本地客戶計算 機26a提供本地連接。這些部件都可位于作為服務器的同一個設備中，不過不一定要求位 于同一個房間中。與遠程裝置進行通訊通常通過將數據從LAN 25經由通訊設備傳遞至廣 域網絡27如互聯網而實現。遠程客戶計算機26b可以執行網頁瀏覽器的功能，因此，遠程 客戶計算機26b可以按需要通過經由廣域網絡27、LAN 25向服務器29傳輸數據而與服務 器進行互動。數據網絡領域的普通技術人員將認識到，可以有許多其他的備選項和結構，它們可以用于實施根據本發明的實施方式。可以通過不同方式改進圖IA和IB中所示的實施方 式，這些改進方式也包括在本發明的范圍之內。可以將玻璃制造表述成這樣一種過程，在該過程中，在高溫下將原料轉化成均相 熔體，然后將該熔體輸送通過合適的成形過程，提供產品，然后進行修整。在一種實施方式 中，玻璃制造過程包括本領域普通技術人員已知的熔合過程。該熔合過程的一個組成部分 是稱為溢流槽的一般為凹槽形狀的裝置。一種示例性的溢流槽200如圖2A和2B中所示， 該溢流槽具有垂直軸208和水平軸210。在玻璃制造的熔合過程中，熔融玻璃溢流過溢流槽 200的壁202，向下流到根部204，然后在底部再次熔合形成玻璃板。一種示例性的熔合過程 的一部分包括圖3所示的溢流槽200。溢流槽200的上部是薄壁凹槽206 (稱為堰)，該凹 槽中裝滿熔融玻璃并形成溢流，因此該凹槽的工作溫度等于進入該凹槽的玻璃的溫度。溢 流槽的下部(或根部)是三角形的耐火實心部分204，玻璃從其外側流下并冷卻。從堰206 到根部204的轉變部分212稱為突變部(break)。因此在操作過程中，隨著熔融玻璃從堰向 著根部溢流和冷卻，溢流槽具有變化的(不均勻的)垂直溫度曲線(從堰到根部)。為了有 助于減輕首次啟用新的溢流槽時發生的玻璃流動問題，要在熔融玻璃進入該溢流槽之前將 該溢流槽加熱至其熱曲線。這種類型的不均勻的溫度曲線在耐火材料中產生熱應力。如果 不將這些應力充分減小至更安全的允許應力，則這種應力會導致材料開裂或者斷裂。溢流 槽的開裂會對正在制造的玻璃板的品質產生負面影響，必須更換斷裂的溢流槽，這一般是 一個耗時而昂貴的過程。向一種材料施加相當不均勻的熱應變梯度的時候，在該材料中產生熱應力。通過 對溢流槽200施加從堰206到根部204的不均勻的加熱，在該溢流槽中引起不均勻的熱應 變梯度。換言之，向該溢流槽施加不均勻的垂直加熱曲線。相反，均勻的熱應變梯度通常不會導致熱應力。對溢流槽200進行均勻加熱(從 堰206到根部204)時，產生均勻的熱應變梯度。[對于溢流槽的情況，在工作時，熱引發的 應變梯度可能非常大，超過該材料的靜態疲勞強度]。因此，根據本發明的實施方式提供了 一種對以下情況進行評價的方法，即，提出的預熱溢流槽的加熱方案是否使該溢流槽面臨 因為熱應變梯度而發生損壞的風險。加熱方案包括例如以下步驟在一定溫度水平將溢流 槽加熱(均勻或不均勻的)一定時間。例如，加熱方案可以包括在加熱溢流槽的過程中，只 有在達到閾值溫度之后，才允許產生相當不均勻的熱應變梯度的第一步驟。該閾值是耐火 材料中的高溫蠕變機制能使熱應力減少(一種一般稱為應力減小的過程)的溫度。第二步 驟是緩慢升高所述相當不均勻的熱應變梯度，使得最大熱應力決不會過于接近該材料的破 壞強度。使所述相當不均勻的熱應變梯度的升高速率降低，從而減小最大熱應力，原因在 于，隨著熱應力因為非線性熱梯度的增大而增大，該熱應力同時因為耐火材料的蠕變而減 小，綜合的效果是，較為緩慢的升高使得能夠有更多的時間用于因為蠕變發生的應力減小， 從而使達到的最大熱應力減小。第三步驟是盡可能縮短加熱時間，使得不必延緩玻璃生產。本文描述的是一種根據測量的材料性質和計算機化的應力分析預測提出的加熱 方案是否符合以下步驟的示例性的方法在溢流槽加熱過程中，只有在到達閾值溫度之后， 才使得產生相當不均勻的熱應變梯度；使所述相當不均勻的熱應變梯度緩慢升高，使得最 大熱應力決不會過于接近該材料的破壞強度；盡可能縮短加熱時間，使得不必延緩玻璃生 產。這種預測在對溢流槽進行任何加熱之前進行。由于在較低的溫度下，形成溢流槽的材料的蠕變機制非常緩慢，所以要以基本均勻的方式進行加熱，從而避免引起會導致損壞溢 流槽并且不能通過該蠕變機制予以減小的熱應力。例如，這種基本均勻的加熱在堰和根部 之間的溫差(ΔΤ)約等于或小于30攝氏度。確定溢流槽的閾值溫度(Tt)，該溫度與構成該 溢流槽的材料有關。Tt是構成溢流槽的材料的蠕變機制達到能夠以一定速率減小加熱過程 中產生的熱應變的速度的近似溫度，所述一定速度使得能夠對該溢流槽進行相當不均勻的 (垂直)加熱。例如，相當不均勻的加熱使得堰和根部之間的ΔΤ約等于或大于100攝氏 度。一種根據本發明的實施方式提供了用于對玻璃制造過程中的溢流槽預熱過程進行控制 的控制系統、方法和計算機程序產品，但是本發明的范圍也包括可以應用于其他預熱工作 的工藝。溢流槽的組成和尺寸影響其熱曲線。溢流槽可包含一種或多種耐火材料，例如鋯 石。例如，美國專利公開第20050130830號(“用于玻璃制造系統中的耐蠕變性鋯石耐火 材料(Creep Resistant Zircon Refractory Material Used In A Glass Manufacturing System)”，序列號10/738425，2005年6月16日公布，通過參考結合于此并構成本申請的一 部分)描述了一種包含鋯石耐火材料的溢流槽。另外，溢流槽的形狀會影響其熱曲線。圖4是說明用于對根據本發明一種實施方式的溢流槽進行預熱的示例性過程。在 該附圖中，附圖標記和符號具有以下含義402 接收關于構成溢流槽的固有材料性質的信息；404 產生提議的加熱方案過程中經歷的溢流槽應力的模型；406:將提議的加熱方案過程中預測的最大應力與測得的溢流槽材料的破壞強度 進行比較；408 是否可以接受提議的加熱方案？410 結束；Y 是；N:否。為溢流槽確定可以接受的加熱方案的過程包括在步驟402，接收關于溢流槽固 有性質的信息，這些性質例如是構成該溢流槽的材料的破壞強度，以及這些材料的高溫蠕 變率。在步驟404，對計算機化的應力分析采用有限元分析(FEA)技術，產生在提議的加熱 方案過程中遇到的溢流槽應力的模型。該模型包括對材料的線性彈性行為以及該材料的高 溫蠕變行為進行預測。對于任何特定的加熱方案，所述FEA模型都根據溫度、材料膨脹數據 以及因為高溫蠕變機制產生的應力減小對溢流槽中的最大應力進行預測。在步驟406，將 預測的最大應力與測得的該材料的破壞強度進行比較，確定該加熱方案的安全性。如本文 定義的安全性表示確保所預測的最大應力在整個加熱方案中小于該材料的破壞強度。在步 驟408，確定評價的所提議加熱方案是否可以接受。如果所提議的加熱方案不能接受，則可 以評價多個加熱速率，選出一個能在“快速啟用新設備”和“通過回到步驟404從而以安全 方式施加必需熱梯度”之間進行合理權衡的速率。在步驟408，如果所提議的加熱方案是可 以接受的，則該過程在步驟410結束。一般來說，該加熱方案通過以下方式開發隨著按給 定速率加熱溢流槽，對在該溢流槽中引起的應力與該溢流槽的最大可接受應力進行比較， 所述給定速率例如是，10攝氏度/小時、5攝氏度/小時、4攝氏度/小時、3攝氏度/小時、 2攝氏度/小時等。最大可接受應力一般是通過實驗確定的導致溢流槽損壞的應力值。例如，可能已經確定，一種示例性的溢流槽會在經歷以下條件的情況下被破壞1500-1600psi 的熱引發應力保持大約200小時、或者1600-1700psi的熱引發應力保持大約150小時、等 等。可以通過這種方式開發不會超過最大可接受應力的加熱方案。圖5是說明用于對根據本發明一種實施方式的溢流槽進行預熱的另一種示例性 過程的流程圖。該圖中的附圖標記具有以下含義502 確定一種示例性溢流槽的最大熱應力；504 確定該示例性溢流槽的閾值溫度范圍(Tt)；506 將該溢流槽均勻加熱至大約Tt，使得該溢流槽不會經歷超過該最大熱應力的 熱應變梯度；508:在該溢流槽的溫度高于約Tt之后，對該溢流槽進行不均勻加熱，使得該溢流 槽中因為加熱產生的熱應力小于最大熱應力；和510:結束。在步驟502，確定一種示例性溢流槽的最大熱應力。在步驟504，確定該溢流槽的 閾值溫度(Tt)。Tt是該溢流槽中的高溫蠕變機制開始以一定速率使該溢流槽的熱應力減小 的溫度范圍，所述熱應力減小能抵消因為加熱該溢流槽的速率所引起的應力。在步驟506， 按一定速率均勻加熱該溢流槽，所述速率例如是，10攝氏度/小時、5攝氏度/小時、4攝氏 度/小時、3攝氏度/小時、2攝氏度/小時等。在這個加熱階段過程中，基本均勻地加熱該 溢流槽，使得堰和根部大致處于相同溫度(即△ T約等于或小于30攝氏度)，因此該溢流槽 不會經歷超過所確定的最大應力水平的熱應變梯度。圖6顯示提議的三種示例性的溢流槽加熱方案。在該圖中，6. 1是頂部曲線，6. 2 是中間曲線，6. 3是底部曲線。如圖6中所示，在一種實施方式中，包括但并不限于，示例性 的溢流槽的溫度以約3攝氏度/小時的速率基本線性(且均勻地)地升高至約Tt，雖然可 以以該第一速率進行加熱，但是本發明范圍中也設想了其他速率。圖7顯示溢流槽中的最大應力隨時間變化的曲線(曲線7. 1)。該圖頂部的虛直線 (7. 2)表示10小時靜態破壞應力。同樣如圖7中所示，在一種實施方式中，但并不限于，隨著 根據圖6將一種示例性溢流槽加熱至Tt，預測的在該溢流槽中引起的應力以大約3. 2psi/ 小時的速率基本線性地增大，雖然可以以該第一速率進行加熱，但是本發明范圍中還設想 了其他速率。這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最大熱應力。而且， 在步驟508，對該溢流槽進行不均勻的加熱(即，使得堰和根部之間的ΔΤ變化成大約等于 或大于100攝氏度)。這種做法是可行的，原因在于，構成溢流槽的材料的高溫蠕變機制發 生的速率足夠快，足以消除這種不均勻加熱引起的一部分應力，從而使溢流槽中引起的應 力保持低于最大熱應力。Tt是構成溢流槽的材料的蠕變機制達到一定速率從而能消除加熱 溢流槽所引起的一部分應力的溫度范圍。該過程在步驟510結束。圖6說明根據本發明一種實施方式提議的示例性的加熱曲線。在圖6中，提議的溢 流槽加熱方案顯示了示例性溢流槽在頂部、在中間(大約向下一半的位置)和在底部(根 部)的溫度。在圖6的示例性溢流槽中，確定閾值溫度(Tt)約為800攝氏度。因此，如圖6 中所示，在溢流槽達到約800攝氏度之后，采用不均勻的加熱速率。Tt的值取決于溢流槽材 料的組成。圖7是說明根據本發明一種實施方式，對一種示例性溢流槽進行加熱的過程中，所產生的應力的圖。在圖7中說明了對于圖6中所示的提議的加熱方案，在溢流槽中預 測的最大應力。采用圖4中所述的方法預測圖7中所示的應力水平。圖7中還顯示，預計 3000psi的靜態應力如果施加超過約10小時，則會導致示例性溢流槽發生材料破壞。通過 圖7的圖確定，圖6提議的加熱方案是安全的，因為該應力低于3000psi的應力水平。圖8說明用于根據本發明加熱一種示例性溢流槽的控制系統的實施方式。該圖中 的附圖標記具有以下含義801 溢流槽材料；802 加熱裝置；803 溢流槽結構；804:溢流槽；806 溫度元件；808 控制器；810 控制模塊1 ；812 控制模塊2 ；禾口814:控制模塊3。在圖8中，在示例性溢流槽804中連接一個或多個加熱裝置802，或將加熱裝置結 合在溢流槽中。加熱裝置802可以是任何一種或多種經過設計能按照加熱方案均勻或不均 勻地加熱溢流槽804的裝置。這種一個或多個加熱裝置可以是例如，一個或多個電學元件、 一個或多個氣體燃燒器、或者任何其他經過設計能夠按照加熱方案均勻或不均勻地加熱溢 流槽804的裝置。通過一個或多個溫度元件806從溢流槽804獲得熱曲線，這些溫度元件 可以結合在溢流槽804中、與其連接、或者與其靠近。示例性的溫度元件可以包括例如熱電 偶裝置和紅外溫度計。所述一個或多個加熱裝置802以及一個或多個溫度元件806都以可操作的方式與 控制器808連接。控制器808能夠從一個或多個溫度元件806接受信息，以確保按照加熱方 案對溢流槽804進行加熱，并且按照加熱方案控制一個或多個加熱裝置802的運行。所述 一個或多個加熱裝置802、一個或多個溫度元件806、以及控制器都按照在一個或多個計算 裝置上運行的一個或多個控制器模塊運行。雖然圖8中所示的實施方式說明了控制器808、 控制模塊1810、控制模塊2812、控制模塊3814和計算裝置816的獨立部件，但是應該理解， 這些部件的全部或者其中的一個或多個可以進行組合，在單獨一個計算裝置或處理器上運 行，或者可以是比圖8中所示的在多個處理器上運行的更為分立的模塊或裝置。圖8的控制系統800的實施方式包括控制模塊1810，該模塊在計算裝置816的一 個或多個處理器上運行。控制模塊1810根據輸入信息或構成溢流槽804的材料及其結構 確定該溢流槽的最大熱應力和閾值溫度(Tt)。Tt是構成溢流槽804的一種或多種材料中的 高溫蠕變機制開始以一定速率減小該溢流槽的熱應力的溫度范圍，所述減小熱應力的速率 快到足以抵消至少一部分因為不均勻加熱在該溢流槽中引起的熱應力。控制系統800進一 步包括控制模塊2812，該模塊在計算裝置816的一個或多個處理器上運行。控制模塊2812 控制一個或多個用于加熱溢流槽804的加熱裝置802，使得溢流槽804在加熱至大約Tt的 過程中經歷基本均勻的熱應變梯度(由基本均勻的垂直加熱曲線造成)。這種加熱進一步 通過控制模塊2812控制，使得這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽804中產生的熱應力小于最大熱應力。控制系統800進一步包括控制模塊3814，該模塊在計算裝置816的一個或 多個處理器上運行。在溢流槽804以一定加熱速率達到高于或等于Tt的溫度之后，所述速 率使得溢流槽804經歷相當不均勻的熱應變梯度(由相當不均勻的垂直加熱曲線造成)，控 制模塊3對一個或多個加熱裝置802進行控制。另外，對溢流槽804的加熱進行控制，使得 溢流槽804在加熱過程中同時經歷因為構成溢流槽的材料的高溫蠕變機制而產生的應力 減小，從而通過這種應力減小使溢流槽804中因為相當不均勻的熱應變梯度產生的應力降 低，在溢流槽中產生小于允許的最大熱應力的熱應力。用于控制如圖8中所示的示例性控制系統800的指令可以通過計算機程序產品的 形式在處理器上的計算機可執行代碼中體現。該計算機程序產品可包括第一可執行代碼部 分，該部分設計用于確定溢流槽的閾值溫度范圍(Tt)和最大允許熱應力。該計算機程序產 品可包括第二可執行代碼部分，該部分用于控制溢流槽的加熱，使得溢流槽在加熱至大約 Tt的過程中經歷基本均勻的熱應變梯度，這種基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱 應力小于最大允許熱應力。該計算機程序產品可進一步包括第三可執行代碼部分，該部分 用于控制溢流槽的加熱，使得溢流槽在達到高于或等于Tt的溫度之后經歷相當不均勻的熱 應變梯度，這種加熱以一定速率進行，使得溢流槽在加熱過程中同時經歷應力減小，從而通 過這種應力減小使溢流槽中因為相當不均勻的熱應變梯度產生的應力降低，在溢流槽中產 生的熱應力小于最大允許熱應力。雖然已經在以上說明中揭示了本發明的一些方面，但是本領域普通技術人員應該 理解，了解了以上說明和附圖的內容之后，關于本發明可以想到許多改進和其他方面。所以 應該理解，本發明并不限于本文揭示的具體方面，所附權利要求的范圍中包括許多改進和 其他方面。而且，雖然本文和以下權利要求中采用了一些具體術語，但是它們僅僅以一般和 說明性的意義使用，其目的并不是限制所述的本發明。
權利要求
一種加熱溢流槽的方法，該方法包括(A)確定溢流槽的最大允許熱應力；(B)確定該溢流槽的閾值溫度范圍(Tt)，其中Tt是溢流槽中的高溫蠕變機制開始使溢流槽的熱應力以一定速率減小的溫度范圍，所述熱應力減小抵消溢流槽中的至少一部分熱引發應力；(C)均勻加熱該溢流槽，使得溢流槽在加熱至大約Tt的過程中經歷基本均勻的熱應變梯度，所述基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于所述最大允許熱應力；和(D)在溫度高于約Tt之后，不均勻地加熱所述溢流槽，使得溢流槽經歷相當不均勻的熱應變梯度，其中所述第二速率使得溢流槽中因為所述相當不均勻的熱應變梯度產生的熱應力至少部分地由于所述高溫蠕變機制而減小，在溢流槽中產生的熱應力小于所述最大允許熱應力。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溢流槽基本由鋯石構成。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和根部，步驟(C) 包括加熱溢流槽使得堰和根部之間的溫差等于或小于約30攝氏度。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和根部，步驟(D) 包括加熱溢流槽使得堰和根部之間的溫差等于或大于約100攝氏度。
5.一種用于加熱溢流槽的控制系統，所述控制系統包括在一個或多個處理器上運行的第一控制模塊，該模塊確定溢流槽的最大熱應力和閾值 溫度范圍Tt，該溢流槽包含一種或多種材料并具有給定的結構，其中Tt是所述形成溢流槽 的一種或多種材料中的高溫蠕變機制開始以一定速率使溢流槽的熱應力減小的溫度范圍， 所述熱應力減小抵銷了溢流槽中的至少一部分熱引發應力；在一個或多個處理器上運行的第二控制模塊，該模塊控制一個或多個用于加熱溢流槽 的加熱裝置，對所述加熱裝置進行控制從而對溢流槽進行基本均勻的加熱，使得溢流槽在 加熱到大約Tt的過程中經歷基本均勻的熱應變梯度，對所述加熱進行控制，使得基本均勻 的熱應變梯度在溢流槽中產生的熱應力小于最大允許熱應力；在一個或多個處理器上運行的第三控制模塊，該模塊在溢流槽達到高于或等于大約Tt 的溫度之后控制所述一個或多個加熱裝置，所述溢流槽經歷相當不均勻的加熱以及相當不 均勻的熱應變梯度，其中對加熱進行控制，使得溢流槽在加熱過程中同時經歷應力減小，從 而通過這種應力減小使溢流槽中因為所述相當不均勻的熱應變梯度產生的應力降低，在溢 流槽中產生的熱應力小于最大允許熱應力。
6.如權利要求5所述的控制系統，其特征在于，所述溢流槽基本由鋯石構成。
7.如權利要求6所述的控制系統，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和根部，第 二模塊適合于對溢流槽的加熱進行控制，使得堰和根部之間的溫差等于或小于約30攝氏 度。
8.如權利要求6所述的控制系統，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和根部，第 三模塊適合于對溢流槽的加熱進行控制，使得堰和根部之間的溫差等于或大于約100攝氏度。
9.一種計算機程序產品，該產品包括可以通過計算裝置的處理器執行的代碼，該產品 用于處理對溢流槽的加熱進行控制的任務，所述計算機程序產品包括第一可執行代碼部分，該部分設計用于確定溢流槽的閾值溫度范圍(Tt)和最大允許熱 應力，其中Tt是形成溢流槽的一種或多種材料中的高溫蠕變機制開始以一定速率使溢流槽 的熱應力減小的溫度范圍，所述熱應力減小抵銷了溢流槽中的至少一部分熱引發應力，所 述最大允許熱應力是超過后可能損壞溢流槽的熱引發應力水平；第二可執行代碼部分，該部分用于控制對溢流槽進行基本均勻的加熱，使得溢流槽在 加熱到大約Tt的過程經歷基本均勻的熱應變梯度，所述基本均勻的熱應變梯度在溢流槽中 產生的熱應力小于最大允許熱應力；和第三可執行代碼部分，該部分用于控制對溢流槽進行相當不均勻的加熱，使得溢流槽 在達到高于或等于約Tt的溫度之后經歷相當不均勻的熱應變梯度，這種加熱進行的速率使 得溢流槽在加熱過程中因為所述高溫蠕變機制而同時經歷應力減小，從而通過這種應力減 小至少部分地降低溢流槽中因為所述相當不均勻的熱應變梯度產生的應力，在溢流槽中產 生的熱應力小于最大允許熱應力。
10.如權利要求9所述的計算機程序產品，其特征在于，所述溢流槽基本由鋯石構成。
11.如權利要求10所述的計算機程序產品，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和 根部，所述第二可執行代碼部分適合于對溢流槽的加熱進行控制，使得堰和根部之間的溫 差等于或小于約30攝氏度。
12.如權利要求10所述的計算機程序產品，其特征在于，所述溢流槽包括堰、突變部和 根部，所述第三可執行代碼部分適合于對溢流槽的加熱進行控制，使得堰和根部之間的溫 差等于或大于約100攝氏度。
全文摘要
本發明提供一種根據測量的材料性質和計算機化的應力分析在開始任何加熱之前預測提議的加熱方案是否符合以下步驟的方法、控制系統和計算機程序產品在溢流槽加熱過程中，只有在到達閾值溫度之后，才使得產生相當不均勻的熱應變梯度；使所述相當不均勻的熱應變梯度緩慢升高，使得最大熱應力決不會過于接近該材料的破壞強度；盡可能縮短加熱時間，使得不必延遲玻璃生產。
文檔編號C03B17/06GK101925545SQ200880125902
公開日2010年12月22日 申請日期2008年11月24日 優先權日2007年11月30日
發明者K·P·雷迪, W·R·鮑威爾 申請人:康寧股份有限公司