專利名稱：制造玻璃的方法與設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及制造熔融玻璃的方法與設備。具體地說，本發明涉及這樣一種用來制造熔融玻璃的方法與設備，可使進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。
傳統的浮法玻璃熔爐包括熔化區、澄清區與冷卻區。在熔化區中，顧名思義，用來制造玻璃的成份被熔化。在澄清區，消除熔融玻璃中存在的氣泡。經過澄清區，熔融玻璃進入冷卻區，并在其進入金屬液槽的途中于進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。配合料雖然經過混合，但這種混合也遠非完善的。還有，取決于原料原先的存貯條件，粒料是有可能發生分層和/或反應的。這樣一些差別已知會影響到成品玻璃的不均勻性。
將各個原料組份混合到一起并連續地喂入熔化區，這種混合料最初形成漂浮于業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組成的明顯差別。隨著混合料的熔化，還會進一步增加不均勻性。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逐漸減少。類似地，浮法玻璃通常是在蓄熱室爐內制造，隨著火焰換向也會產生不均勻性。不均勻性的其它可能來源是耐火材料侵蝕、熔爐氣氛溶解到玻璃中、以及由于某些玻璃組份的蒸發造成的選擇性損失。
在冷卻區，玻璃液變冷，由于這種冷卻所產生的熱對流會引起一些其它問題。冷卻發生在玻璃液接觸到冷卻區的側壁與底部處，但通常是在向下方向進行有控制的冷卻，這就是說，玻璃液的上表面經常是由空氣冷卻到所需的程度。這樣形成的對流一般會導致旋流型式，影響到顯著部分玻璃液通過冷卻區。結果使得在通過這些復雜的流道中已然花費了很多時間的玻璃液，將同經過較快速輸送的玻璃液一起結合到產品中，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，條紋關聯到相鄰的玻璃部分具有不同光密度或折射率時所產生的光學效應。
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，則長的停留時間會帶來一些嚴重問題。例如在上述情形下，彩色玻璃的某些部分就需要有很長的時間才能徹底流出冷卻區。易于理解到，在使所生產的透明玻璃標準能夠達到市場上認可的水平之前，必須使上述熔爐中實質上完全沒有殘余的彩色玻璃。這是由于彩色玻璃的帶色條紋與帶色花紋會顯現在透明玻璃中，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。
本發明擬提供一種制造玻璃的方法與設備，得以消除上述問題或至少是使這類問題減至最低限度。在它的一個特定方面，本發明提供了這樣的方法與設備，它能快速地變換來制造不同類型的玻璃，而不會過多的耽誤因而是不會浪費時間地生產出出合格的新型玻璃。
根據本發明，提供了一種在浮法熔爐中制造玻璃的設備，此熔爐包括為玻璃液順次通過的熔化區、澄清區和冷卻區，以及用來接受從冷卻區出來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進到浮拋通路的整個出口寬度上減薄熔融玻璃。
申請人確信在緊接浮拋通道入口上游處來攪拌玻璃，屬全新的概念。一般的看法是，玻璃液在這一區域中太冷而不適于攪拌。此外，玻璃工業中的傳統觀點是，攪拌應在熔爐的受限區域例如通道中進行。在通道中攪拌的主要缺點是(a)形成不合格的外觀、(b)制備通道用材料的耗損問題、(c)引入了分散性的缺陷。這幾個問題有某種程度的內部聯系。
玻璃熔爐中普遍存在的高溫以及玻璃液的侵蝕性質，使得構制攪拌器的材料選擇成為重要問題。攪拌器通常是由下述之類不同材料中之一制成耐火材料，如硅線石；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題。
耐火材料常會溶解于玻璃中，產生折射率變化和相關缺陷。它們也常常排出“結石”即分散式的固體物質缺陷到玻璃中。最后，它們還有一種傾向，經長期使用后會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。應用耐高溫金屬的主要缺點是它們的費用。但是它們在用作電解反應中的電極時還常常引起氣泡的形成。
鋼材，例如軟鋼，由于它們價廉、易于購到和易于加工，顯然是頗理想的材料。但它們的主要缺點是熔點低。于是由它們制作的攪拌器必須冷卻，而最簡易的冷卻方法是用水冷。但傳統的作法是，規定不得在通道中用水來冷卻攪拌器。水冷會降低玻璃液的溫度，除此，當前還有一種看法是，這會在玻璃液中引入其它缺陷。還有，要是生產線停工，這類攪拌器會將玻璃凍結于通道中。結果還給通道本身造成有形的損傷。
申請人意想不到地發現，通過在緊鄰冷卻區到浮拋通道出口上游處進行攪拌。同時通過保證玻璃液在進入浮拋通道之前完全減薄，上述問題要末不曾發生要末最大限度減少。
所述攪拌裝置最好包括至少一對攪拌器。每個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，軸的下端有一個與此軸的軸線共平面的攪拌器件，此攪拌器件有不同尺寸的主軸線與副軸線，取大致的矩形構型。
在上述情形下，這種攪拌器件最好包括一對相互大致成180°而與軸的軸線成90°的槳葉，各對中的攪拌器相互大致錯開90°，依相反方向轉動。
在本發明一特定的最佳實施例中，攪拌器的槳葉在使用中總是浸沒于玻璃液中。
上述攪拌裝置最好設有冷卻裝置。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構則最為理想。
在本發明的第二個方面中，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熔化玻璃組份的配合料、在澄清區澄清玻璃液以從其中除去氣泡、使玻璃液從澄清區流入冷卻區、在冷卻區冷卻玻璃液并使此已調節至低溫的玻璃液進入浮拋通道，其中使此玻璃液在從冷卻區進入浮拋通道的出口區域中接受攪拌，使玻璃液在進入浮拋通道中時完全減薄。
在進行上述攪拌時，最好是借助至少一對攪拌器并使成對的攪拌器依相反的方向轉動。
這對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入玻璃液內的軸，各軸的下端帶有構件，使用時形成基本上是矩形的與上述軸的軸線共面的攪拌件或槳葉，這些攪拌器依成對的組使用，使得它們的槳葉基本上以90°異相轉動并且是依相反方向轉動。
本發明將進一步對照附圖以僅僅是舉例的方式進行說明，在附圖中
圖1是本發明的玻璃制造熔爐的示意性縱剖圖；圖2是構成本發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出的玻璃進行減薄。
圖1示明的玻璃制造熔爐統一由標號1表明。此熔爐包括一熔化區2。熔化形成玻璃的原料混合料以標號3示明。在所示實施例中，各組分是以一股稱作橫火焰方式通過小爐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。
玻璃液然后進入澄清區7。這是熔爐的最熱部分，在此區中，玻璃液在熔化區2內形成的氣泡被清除或至少是減到最小限度。在緊接澄清區7沿玻璃液流向的下游處是冷卻區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率和熱對流，在熔化區2中有一定的玻璃液再循環量。但是，隨著玻璃液進入澄清區7，可以看到，基本上分成直流與再循環流的狀態。直流狀態保留于澄清區中玻璃液表面鄰近，并流過冷卻區作為玻璃液6上表面的相鄰部分。這一直流12然后進入浮拋通道13，由此再進入浮拋池(未示明)。
由于熱對流，還存再循環流的方式。在這種構型下引起的一個問題是“停滯”區的存在，在這樣的區域中，玻璃液常會變得較冷和較粘滯；玻璃液一旦進入這種區域內，勢必在其中保持很長的時間。這類區域中之一是在冷卻區的前端壁14鄰近。正是由于玻璃液在這種區域中的滯留，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，要耗用過多的變換時間。在冷卻區8中循環的玻璃液能較快地從其中抽出，但匯集在“停滯”區中的玻璃液則會于此保留很長時間，極難清除。
傳統上，冷卻區8是冷的。這個區中的熱從玻璃液面上并通過此區的底部與側壁除去。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生了有害的稱之為熱轉化的熱循環。具體地說，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，在某些環境下就會造成局部的玻璃液循環型式，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。傳統上，為了解決這一問題是靠設置充分大的冷卻區，以達到每單位表面積上有合適的冷卻速率。在此應該注意到，必須保證使玻璃液冷卻，這是因為存在著使玻璃液必須進入浮拋通道中的最佳溫度。但遺憾的是，設置大型冷卻區8會大大增加熔爐設備的基建費用，并在變換玻璃色調時顯著地延長了清爐時間。
在本發明中還設置了至少一對攪拌器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。為簡明起，圖2中只示明了一對攪拌器。各攪拌器15a與15b是相互一致的。每個攪拌器有一根在使用時基本上沿垂向朝下插入玻璃液中的軸17。這兩個軸由適當的傳動裝置(未示明)帶動。各軸下方的自由端載有一對槳葉18a與18b。這對槳葉18a與18b基本與軸17的軸線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，這兩個攪拌器設置成基本上按90°異相轉動，轉速相同，在2～20秒以內，但方向相反。
這樣的攪拌產生了圖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8中時是從一側到另一側橫跨一個至少等于此通道的寬度而運動。這樣的運動是均勻化過程的基本狀態；所有的玻璃液都被減薄，一些不規則的區域將與其余的玻璃液交錯，使得由它們產生的光學畸變減至最少。取決于冷卻區8的寬度和/或攪拌器15a、15b的尺寸，玻璃液6可以在其進到浮拋通道之前減薄到滿意程度或可以在此通道入口處實現這樣的減薄。不論是哪種情形，目標都相同防止任何未經攪拌的玻璃液繞過攪拌器15a、15b而沿冷卻區的側壁和端壁進入此通道內。如圖3所示，任何循上述路徑到此通道入口16的玻璃液，都會為業已受到攪拌器15a、15b的作用但未進入此通道的玻璃液所集中，而返回到攪拌器15a、15b的上游側。
攪拌器15a、15b會攪拌掉任何不然會形成于通道入口16處區域中的光學缺陷。這樣來攪拌掉缺陷允許在冷卻區中采用較高的表面冷卻速率。在當前的其產量受到需要避免上述問題的限制的浮法玻璃熔爐中，這意味可以生產出較高的玻璃產量。或者，在新的熔爐中，能把冷卻區8作的很小，以便使玻璃液能在正確的溫度下進入浮拋通道。這自然可顯著地節約基建費用。
在浮拋通道入口區攪拌的另一優點是攪拌器15a、15b可用水冷。為使進到浮拋通道內的玻璃液有同一溫度，這時的冷卻區可以在較高的溫度下運轉。換言之，在攪拌器15a、15b上游的冷卻區的部分中，只需給玻璃液6表面上供給較少量的空氣。當冷卻區8一般在較高溫度下工作時，玻璃液自然較富流動性。這等于是說鄰近冷卻區8前端壁的玻璃液的“停滯”區會變得較小，因而在熔爐1由制造某種玻璃變換為制造另一種時，這種區域中的玻璃液也較易排凈。本發明能給出的另一個優點是極少有可能發生析晶。
權利要求
1.用于制造玻璃的設備，它包括為玻璃液順次通過的熔化區(2)、澄清區(7)和冷卻區(8)，以及用來接收從冷卻區(8)出來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(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進入浮拋通道內的整個寬度上減薄。
2.如權利要求1所述的設備，特征在于攪拌裝置(15)包括至少一對攪拌器(15a、15b)。
3.如權利要求2所述的設備，特征在于在上述這對或每一對中的攪拌器(15a、15b)基本是一致的。
4.如權利要求3所述的設備，特征在于每個攪拌器(15a、15b)包括一個軸部(17)，使用時基本垂直向下插入玻璃液中，軸的下端載有與其軸線共平面的攪拌器件(18a、18b)，此攪拌器件具有主軸線與副軸線，這兩條軸線的尺寸不同，此攪拌器件大致呈矩形構型。
5.如權利要求4所述的設備，特征在于上述攪拌器件包括一對漿葉(18a、18b)，它們相互構成約180°的角度和相互構成約90°的角度，而攪拌器(15a、15b)依相反轉動方向驅動。
6.如上述任一項權利要求中所述的設備，特征在于其中設有用來冷卻攪拌裝置的裝置。
7.如權利要求6所述的設備，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構。
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(2)中熔化玻璃成形料、在澄清區(7)中澄清玻璃液而從其中除去氣泡、使玻璃液從澄清區(7)進入冷卻區(8)、在冷卻區(8)冷卻玻璃液，使玻璃液從冷卻區(8)再進到浮拋通道(13)，特征在于此玻璃液是在從冷卻區(8)進入浮拋通道(13)的入口(16)處接受攪拌，由此改進玻璃的均勻性并使玻璃液在浮拋通道(13)入口的整個寬度上完全減薄。
9.如權利要求8所述方法，特征在于在設置有至少一對攪拌器(15a、15b)進行所述攪拌，并使各對中的攪拌器(15a、15b)相互反向轉動。
10.如權利要求8或9所述方法，特征在于上述這對或各對中的攪拌器(15a、15b)是相互異相約成90°轉動。
11.如權利要求8至10所述方法，特征在于它還包括有在冷卻區(8)中冷卻攪拌器(15a、15b)的附加步驟。
12.如權利要求11所述方法，特征在于所述冷卻步驟是用水冷進行。
全文摘要
制造浮法玻璃的方法與設備，設備為一熔爐。包括熔化區、澄清區以及和澄清區通連的冷卻區。冷卻區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攪拌器件，后者大致呈矩形構型，有不同尺寸的主軸線與副軸線，并同上述軸的軸線共平面，攪拌是在冷卻區鄰接浮拋通道的入口處進行。
文檔編號C03B5/00GK1156695SQ9612266
公開日1997年8月13日 申請日期1996年10月25日 優先權日1995年10月28日
發明者彼德·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 申請人:皮爾金頓公共有限公司