CN106536428A - 用于调节玻璃的预精炼装置 - Google Patents

Abstract

本文描述了预精炼炉(28)，精炼炉包括用来容纳流出浸没式燃烧熔炼炉的熔融玻璃的腔室(34)。该精炼炉(28)还包括泡沫破碎机(36)和流出导管(38)。熔融玻璃容纳腔室包括顶部(42)、底部(40)和封围侧壁(44)。顶部(42)包括用来容纳泡沫破碎机(36)的开口，泡沫破碎机定位成破碎腔室内的玻璃气泡。流出导管(38)位于腔室(34)内，并与侧壁内出口(68)流体地连通。流出导管(38)定位成允许熔融玻璃从腔室下段流到出口(68)，并流到通常为精炼炉的下一处理阶段。

Description

用于调节玻璃的预精炼装置

相关申请的相互参照

本申请要求对2014年7月21日提交的美国专利申请No.62/026797的优先权益，本文以参见方式引入其全部内容。

技术领域

本发明总的涉及玻璃熔融策略和技术，更具体来讲，本发明涉及用来处理精炼炉前可使用的、浸没式燃烧熔融炉中流出的熔融玻璃的装置。

背景技术

浸没式燃烧熔炼用作为传统玻璃熔炼的一种替代方式。在浸没式燃烧熔炼中，燃料和氧化剂的混合物被注入到玻璃浴池内，导致熔体内发生燃烧。由于提高了玻璃浴池中的混合和传热，可以达到比通常在传统熔炼炉中所见的熔化率更佳的熔化率。

浸没式燃烧熔炼的一个缺点在于，由于浸没式燃烧，在熔体中存在着燃烧气体。熔体中大量的气体，再加上熔体的搅动运动以及与火焰的相互作用，这可导致含有大量气泡玻璃熔体，具有尺寸和量的宽范围分布，其达到的量级可大于传统熔炼炉中所见的数量。

传统浸没式燃烧过程的动态特性还可导致熔体显著扰动的自由表面。燃烧气体在熔体中膨胀和上升，直到它们在自由表面出现并通过废气离开熔炉。这些扰动的后果之一便是熔炉的主体经受很高水平的机械振动，这种振动会传递到下游的过程。还有，这些扰动可在玻璃液面内形成震荡，这可转化为流出玻璃流率的变化。

熔体中的这些气泡、熔炉的振动以及流出玻璃流率的变化，可对熔体下游玻璃的精炼步骤构成设计上的挑战。使用附加到浸没式燃烧熔炉的传统精炼炉设计通常不足以解决上述的设计挑战。例如，传统的精炼炉不能处理熔体中过量的气体或随着气泡上升到玻璃自由表面而形成的相关的浮沫。化学精炼传统上可用来解决这些问题；然而，由于个别的气泡生长尽管较慢，但形成更多泡沫玻璃，所以，化学精炼的有效性有限。还有，由于泡沫玻璃的两相特性，所以，玻璃流动控制可变得更加困难。由于这些限制的缘故，浸没式燃烧熔炼的使用已经被约束在质量相对低要求的应用中(例如，气泡量)。

如果考虑将浸没式燃烧熔炼用于高质量要求的应用中，诸如显示器和PV(光伏)玻璃，则有必要实施精炼策略，该策略可解决大量的气泡和宽范围尺寸分布。因此，在行内需要有改进的浸没式燃烧熔炉及预精炼的机构。

发明内容

本发明的一个实施例提供了预精炼炉，其包括用来接纳流出浸没式燃烧熔炼炉的熔融玻璃的腔室。该预精炼炉还包括泡沫破碎机和流出导管。熔融玻璃容纳腔室包括顶部、底部和封围侧壁。顶部包括容纳泡沫破碎机的开口，泡沫破碎机定位成破碎腔室内的玻璃气泡。流出导管位于在腔室内，并与侧壁内的出口流体地连通。流出导管定位成允许预精炼的熔融玻璃从腔室下段流到出口并流到处理的下一阶段(通常为精炼炉)。

本发明用来调节流出浸没式燃烧熔炼炉的泡沫玻璃，使得玻璃可在传统的精炼炉内有效地得到处理。本发明包括管理自由表面泡沫的工具，该自由表面泡沫是由出现的气体所形成的，其在泡沫玻璃中不足以有效地分离大部分气体。

在本发明另一实施例中，预精炼炉可设计成使熔炉下游的设备与浸没式燃烧关联的机械振动相隔离。本发明还可减缓与浸没式燃烧熔炼相关联的流率变化，导致进入传统的精炼步骤的稳定和可控的玻璃流率。

在以下的详细描述中，将阐述附加的特征和优点，本技术领域内的技术人员从该描述中部分地将会容易地明白，或通过实践如文中描述的实施例得以认识，本文包括以下的详细描述、权利要求书以及附图。

应该理解到，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示范性的，意在对理解权利要求书的特性和特征提供一个综述或框架。附图的纳入是为了提供深入的理解，附图纳入到本说明书内并构成说明书的一部分。附图阐述了一个或多个实施例，它们连同描述一起用来解释各种实施例的原理和操作。

附图说明

图1是利用本发明预精炼炉的玻璃熔融系统的立面侧视图。

图2是本发明预精炼炉的立面剖视图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的实施例，实施例的实例显示在附图中。只要有可能，在全部的附图中将采用相同的附图标记来指代相同或类似的零件。

某些实施例的操作原理可以是使气体与玻璃熔体分离的斯托克斯(Stokes)上升效应的应用。在如此的实施例中，从浸没式燃烧熔炼炉中流出的泡沫玻璃可被倾倒在示范预精炼炉的自由表面上，并可以低速向下流，允许借助斯托克斯(Stokes)上升效应让熔体中的气泡上升。分离的气泡可出现在空气/玻璃交界面处并聚集到玻璃泡沫中，借助于泡沫破碎机可使玻璃泡沫破碎。向下的玻璃流动可在示范的预精炼炉内被加热，以降低熔体黏度并促进气体上升。预精炼的玻璃进入流出导管，流出导管可连接到在预精炼炉的下部处示范的精炼炉，那里，没有或最少的泡沫将进入流出导管。

图1是利用本发明预精炼炉28的玻璃熔融系统20的立面侧视图。参照图1，玻璃熔融系统20包括传统的浸没式燃烧熔炼炉22。浸没式燃烧熔炼炉在行内众所周知，任何这样的燃烧器都可用在本发明中。浸没式燃烧熔炼炉22可通过熔炼炉导管26连接到预精炼炉28。预精炼炉28可定位得比浸没式燃烧熔炼炉22相对低，这样，熔炼炉导管26可从浸没式燃烧熔炼炉22的下部到预精炼炉28向下倾斜。预精炼炉28又可通过精炼炉导管31连接到精炼炉32。

如图1中所示，浸没式燃烧熔炼炉22的玻璃液位24可高于预精炼炉28和精炼炉32的玻璃液位30。

正如下文中进一步详细解释的，由于熔融玻璃高的空隙率，熔炼炉导管26可允许来自浸没式燃烧熔炼炉22的熔融玻璃以粗的控制速率向下流动。熔炼炉导管26可以非刚性结合连接到预精炼炉28，以在使预精炼炉28与浸没式燃烧熔炼炉22内的任何振动隔绝。熔炼炉导管26还可容纳在非刚性的外壳内，以使周围对预精炼炉28内部气氛的影响减到最小或控制住该影响，和/或使热损失减到最小。

图2是本发明预精炼炉28的立面剖视图。参照图2，预精炼炉28包括熔融玻璃容纳腔室34、泡沫破碎机36和流出导管38。腔室34可包括底部40、顶部42以及封围侧壁44。封围侧壁44在某些实施例中可具有圆形横截面，或可具有其他合适的截面。

泡沫破碎机36可包括头部46和杆部48，由此在某些实施例中，泡沫破碎机36可定位在熔融玻璃容纳腔室34的顶上，并配合熔融玻璃容纳腔室34顶部42中的顶部开口52。如图2中所示，泡沫破碎机36的杆部48可延伸穿过顶部开口52，使得杆部48可被用于对泡沫破碎机36提供泡沫破碎运动。泡沫破碎机36的头部46可定位在腔室34内，以在腔室34填充有从浸没式燃烧熔炼炉22流出的熔融玻璃时接触玻璃泡沫50(见图1)。

在图2所示的实施例中，可使用旋转锥来伸展、破碎和减少玻璃自由表面处的玻璃泡沫50。当然，其他的泡沫控制替代方案，或者各种方案的组合，都可应用在预精炼炉28中，而且如此的实例不应限制附后权利要求书的范围。例如，旋转锥和其他的减少泡沫的示范策略在美国专利第6,854,290号中描述，本文以参见方式引入其全部内容。

还可使用盖板54作为腔室顶部42的一部分，以将泡沫破碎机36的位置适当地固定在顶部开口52内，并将腔室34内部与外部大气密封。腔室顶部42还可设置有观察端口56，以允许目视检查腔室34的内部。腔室顶部42还可包括隔热件58，以减少从腔室34内部的热损失。

在某些实施例中，侧壁44可包括构造成接纳熔炼炉导管26的入口60，熔炼炉导管26将熔融玻璃从浸没式燃烧熔炼炉22递送到示例预精炼炉28。在某些实施例中，该入口60可容纳呈非刚性连接的熔炼炉导管26。如此的连接可用来使预精炼炉28与浸没式燃烧熔炼炉22内产生的振动相隔绝。

入口60和熔炼炉导管26之间的接口还可包括非刚性的外壳64，该非刚性外壳保持浸没式燃烧熔炼炉22和预精炼炉28之间的非刚性连接，并还可构造成使周围对示例预精炼炉28内部气氛的影响减到最小或控制住该影响，和/或使热损失减到最小。在图2的实施例中，入口60可比熔炼炉导管26宽，并允许熔炼炉导管26延伸到腔室34内部，使得熔融玻璃流66可倾倒入腔室34内。

腔室侧壁44还可包括构造成接纳精炼炉导管31的出口68。该精炼炉导管31可用作为熔融玻璃朝向精炼炉32流动的出口(图1)。在某些实施例中，可如图2中所示设置到精炼炉32的连接件72，并进行隔热。隔热的连接件72可用来使系统的热损失减到最小。在其他的实施例中，腔室侧壁44还可包括使系统的热损失减到最小的隔热件74。

在某些非限制性的实施例中，在腔室34必须关闭和放空的情况下，腔室底部40还可包括排放龙头76。排放龙头76可使用下凸缘90和龙头凸缘91进行加热。如果希望分离预精炼的玻璃流，那么排放龙头76也可用作流动转向器。排放龙头76的位置可不限于在腔室底部40的中心，甚至可使用在侧壁44内。类似于侧壁，腔室底部40可包括隔热件78，以使系统的热损失减到最小。

出口导管38可包括在出口导管38内形成通道的下部开口80和上部开口82。出口导管38可与侧壁44的出口68流体地连通，这样，在熔融玻璃通过出口68流出腔室34之前，预精炼的熔融玻璃在下部开口80处进入出口导管38。如图2所示，出口导管38的下部开口80可定位在腔室34的下段内。上部开口82可定位在玻璃泡沫50高度上方的腔室34的上段内，这样，没有材料通过上部开口82进入出口导管38。

在某些实施例中，出口导管38可以不需要诸如预精炼炉28向下流动部分中的流速那样的低流速。在图2的实施例中，出口导管38中的熔融玻璃流动可具有向上的方向；然而，其他的实施例可包括任何的流动方向，只要进入出口导管38内的进入点出现在玻璃自由表面之下的合适高度处即可，如此的实例于是不应限制附后权利要求书的范围。

腔室34还可包括一个气体燃烧器84或多个气体燃烧器，其位于玻璃泡沫50之上的空间内。气体燃烧器84或多个气体燃烧器可用来加热玻璃液位之上的气氛。当然，也可采用加热玻璃液位之上的预精炼炉28的其他加热方法，如此的实施例不应限制附后权利要求书的范围。例如，腔室34的侧壁44和顶部42可用金属绕组85进行电加热。

腔室34还可包括上部、中间和下部凸缘86、88、90，分别用来直接加热腔室34的内部。上部凸缘86可位于邻近于熔融玻璃流动66的腔室34的上段内。中间凸缘88可位于腔室34的中段内，以调节腔室34中段内的加热。下部凸缘90可位于腔室34的底部处。在某些实施例中，这些凸缘86、88、90各可独立地受控，以向腔室34提供从顶部到底部的预定温度梯度。对如此控制的输入可由热电偶、RTD或诸如此类的仪器提供。例如，可将上部凸缘86设置到比中间和下部凸缘88、90高的温度，以在腔室34上段内提供较高温度的区域。腔室34上段内较高温度的区域对降低黏度而能使熔融玻璃内的气泡有更大移动性是理想的。

预精炼炉28的内部可以是用铂合金制成的圆管。铂因传导通过其中的电能也可被用作加热元件。当然，预精炼炉28的内部可不局限于铂合金，因为其他的材料也可用来形成预精炼炉28的内部。例如，可采用铂-铑合金，铂-铑合金诸如但不限于PtRh20以及PtRh30合金。如前所指出的，尽管预精炼炉28的横截面呈圆形，但横截面可以是任何其他方便的几何形，只要对玻璃流动给于合适的考虑就可。

在某些实施例中，可将外壳92添加到预精炼炉28。该外壳92可含有防止氢气渗透的修正的气氛。当使用铂合金作为预精炼炉28内部的材料时，带有修正氛围的如此外壳可以是理想的。

本技术领域内的技术人员将会明白，在不脱离由附后权利要求书定义的本发明精神和范围的前提下，可以作出各种修改和变化。

Claims (8)

1.一种玻璃预精炼炉，包括：

熔融玻璃容纳腔室，所述熔融玻璃容纳腔室具有顶部、底部和封围侧壁；

泡沫破碎机，所述泡沫破碎机具有头部和杆部，所述头部构造成接合所述腔室内的玻璃泡沫；以及

流出导管，所述流出导管具有第一开口、第二开口和中间通道，所述第一开口定位在所述腔室下段内以浸没在玻璃泡沫下方的熔融玻璃内的，而所述第二开口定位在所述腔室上段内以位于玻璃泡沫上方；

其中，所述腔室的顶部包括第三开口，所述第三开口构造成容纳泡沫破碎机的杆部，所述泡沫破碎机的杆部插入在所述第三开口内，以对所述腔室内的泡沫破碎机的头部提供泡沫破碎运动；

其中，所述侧壁包括入口和出口，所述入口构造成接纳来自熔融玻璃源的熔融玻璃，所述出口构造成排出预精炼的熔融玻璃；以及

其中，所述流出导管与所述出口流体地连通，使得只有在第一开口处穿过所述流出导管的预精炼的熔融玻璃才可通过所述出口排出。

2.如权利要求1所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述腔室包括用来加热所述腔室的加热元件。

3.如权利要求2所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述腔室包括多个加热元件，用来加热所述腔室和允许在所述腔室内形成不同温度的加热区域。

4.如权利要求1所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述腔室包括气体燃烧器，所述气体燃烧器布置成定位在所述玻璃泡沫上方。

5.如权利要求1所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述腔室包括内壁，所述内壁由铂合金制成。

6.如权利要求1所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述预精炼炉包括包围所述腔室的外壳，所述外壳构造成将所述腔室保持在受控的氛围中。

7.如权利要求5所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述预精炼炉包括包围所述腔室的外壳，所述外壳构造成将所述腔室保持在受控的氛围中。

8.如权利要求1所述的玻璃预精炼炉，其特征在于，所述入口构造成容纳处于非刚性连接中的用来递送熔融玻璃的导管。