CN100390084C - 铂系金属材料制成的精炼室 - Google Patents

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Abstract

在本发明的某些实施例中公开了一种由铂系金属材料制成的适用于生产玻璃的精炼室，该室提高了精炼效率。所述精炼室具有管状截面(1)，其至少有一段具有特定形状，使得在工作位置时，一个将整个截面分为面积大致相等的下半部分和上半部分的水平线(12)的长度(10)，比下半部最大竖直距离(30)的两倍大。所述精炼室的截面还可以是，例如卵形、椭圆形、长条形、倒圆的三角形或多边形，并且可通过在周边上加径向褶纹、拐角、波纹或折边的方式，增强所述精炼室的刚度。

Description

铂系金属材料制成的精炼室
技术领域
本发明涉及一种由铂系金属材料制成的精炼室，尤其涉及一种在玻璃生产中可提高精炼效率的精炼室。
背景技术
在玻璃工业，特别是在特种玻璃的熔化和热塑设备中，通常使用贵金属，最好是铂系金属(PGM)材料制成的设备零件和元件。
铂系金属(PGM)材料的特征在于，其具有高熔点、耐高温性，同时还具有良好的机械强度和抗腐蚀性。因此，铂系金属材料特别适用于制作与玻璃熔融体接触的设备构件或元件。此类适合的材料包括铂及其合金，以及/或者其他铂系金属，在该材料中还可选择地加入少量的基底材料作为另一合金成分或氧化添加剂。典型的材料为精炼铂，PtRh10(一种含有10％铑的铂铑合金)或是含有少量精细分开的耐高温金属氧化物的铂，例如特别是锆氧化物，可增加强度和抗高温蠕变性(“精细晶粒稳定(Fine-grain-stabilized，简称FKS)”铂)。相同或相似的材料也可简写为ODS(Oxiale dispersion strength，氧化物弥散强化)、DPH或ZGS材料。发明DE-A 2002 886公开了一个加工此类材料的一种可行的方法，并且在此对其内容进行引用以作参考。如上所述的熔融工艺的设备部件，通常用于对玻璃熔融体的熔化、精炼、输运、均化以及配给。
熔融工艺的设备部件通常基本上由贵金属板制成，一般为薄壁管系统。流经它们的玻璃熔融体的温度一般在1000℃和1700℃之间。这些管道系统通常由陶瓷材料包覆，从而起到保温和支承的作用，而陶瓷材料通常又是通过起支承作用的金属构件，如金属盒进行支承。
所述PGM元件在室温下制成并安置在相应的设备中。其工作温度约在1000℃至1700℃之间。
玻璃熔融过程中的一个工序为“精炼”。“精炼”包括玻璃中各成分的完全融解和均匀分布，特别是消除纹路以及精化，即去除熔融体中的气泡。为了最大程度地实现均化和消除气泡，需要对所述玻璃熔融体进行充分的混合和脱气。
对于一些特殊用途的玻璃，光学玻璃，或者甚至是显示玻璃，精炼过程是在一个具有圆形截面的PGM管内完成。在工作中，该管子基本上为水平放置。玻璃熔融体充满管子的一半至三分之二，从而实现对由十分昂贵金属材料制成的精炼室的充分利用。
与其他相比，下述几点对于精炼尤为重要：(a)玻璃展开表面的大小对于脱气的效率具有实质性的影响；(b)上升气泡的最大通过距离对精炼所需的时间有影响；(c)玻璃熔融体的流体剖面和速度决定其混合程度及流量；以及(d)玻璃的温度及其温度分布影响精炼。因为精炼是在整个玻璃熔化过程中的最高温度下进行的，热量会直接或间接地作用于精炼段。
因此，需要建立适用于玻璃熔融和高温成形的新的改进方案。
发明内容
本发明一方面提供由PGM材料制成的适用于玻璃熔融和高温成形的设备部件的新的或改进方案。本发明特定的目的在于，提供一种改进的精炼室以及一种适用于在玻璃生产中提高精炼效率的精炼工艺过程。
在一个实施例中，本发明具有一个适用于玻璃生产的由PGM材料制成的精炼室，该室包括：具有一定截面形状的管状腔室，其中所述精炼室的至少一段的截面具有特定形状，使得当所述管子在工作位置时，一个将截面分为上半部分和下半部分的水平线大致比下半部分的最大竖直距离的两倍大。
在另一个实施例中，本发明具有一个适用于玻璃精炼的工艺过程，其中所述玻璃熔融体流经一个本发明的管状精炼室，该工艺过程包括：使温度在1000℃至1700℃的玻璃熔融体流经所述精炼室，其中所述精炼室中至少有一段截面为椭圆形或卵形，使得在工作位置时，一个将所述截面划分为面积大致相等的下半部分和上半部分的水平线的长度，比所述截面下半部分的最大竖直距离的两倍大，以及/或者调节所述玻璃熔融体的液面高度，使得与玻璃熔融体的流动方向垂直的玻璃表面的宽度比所述精炼室中所述玻璃熔融体最大竖直距离的两倍大。
在另一个实施例中，本发明具有一个适用于生产如本发明所述精炼室的工艺过程，包括：(a)将一个具有两个轴向端部的具有光滑壁的管状部分插入到一具有特定内径和外径的筒状模具中，其中所述管状部分具有特定的内径和外径，其中所述筒状模具的内径与所述管状部分的外径大致相等，并且所述管状部分具有径向波纹状凹陷；(b)在所述管状部分的每个轴向端部具有一个压力工具，其将所述管的端部严格密封，形成一空间；(c)用液压油充分填充所述空间；(d)通过压力工具施加轴向压力产生内部液压，从而在所述管状部分缩短的同时使所述管状部分的壁产生波纹以与模具的凹陷相配合。
在另一个实施例中，本发明包括对本发明的用于精炼玻璃的精炼室和/或工艺过程的应用。
一个如本发明所述的适用于玻璃生产的精炼室，由PGM材料制成，最好是FKS 16铂合金。所述精炼室可以由至少一段具有特定截面的管子制成，该特定截面使得其在工作位置时，将所述截面划分为面积大致相等的上半部分和下半部分的所述水平线的长度，比所述下半部分最大竖直距离的两倍大。所述水平线长度与下半部截面的最大竖直距离之间的比例，最好在2.5∶1至5∶1之间，特别是最好在3∶1和4∶1之间。在一个优选实施例中，如本发明所述的精炼室的形状可以为卵形、椭圆形、长条形、倒圆的三角形或多边性，本发明的结构可以通过刚化措施而稳定，例如通过形成褶纹、拐角、波纹或折边。
所述精炼室的壁厚最好是大约0.5毫米至3.0毫米，并且最好为0.7毫米至1.5毫米。
与一个已知的具有圆形截面的精炼室相比，具有特定截面形状的所述精炼室具有下述差异和优点：(a)所述玻璃熔融体自由表面增加，增大了脱气性；(b)从底部最低点至表面之间最远距离的缩短，意味着脱气所需的时间减少了，会使流量增加、所述精炼段缩短或所述截面减小。这样，可使设备生产中所需的PGM材料减少，从而使费用大幅缩减。(c)玻璃熔融体深度的减少以及流体截面的改变，将导致不同的流体形状，这又会改善所述玻璃熔融体的混合，并且(d)由于热量沿着所述精炼段增加，所述玻璃熔融体的深度越小，在所述玻璃熔融体中的温差越小，或者玻璃熔融体的加热速度更快。
总之，所述精炼室截面的几何形状的改变，可以提高和改善所述玻璃的精炼效率。按照上述说明可相应地设计一个本发明的精炼工艺过程。
为了更好地了解本发明的其他优点和实施例，需参考下述说明，在所附权力要求书中对其范围进行阐明。
附图说明
本发明优选实施例的选择是为了图示和说明的需要，而非是以任何方式对发明保护范围的限制。在下述附图中图示了本发明特定方面的优选实施例。
图1(a)和(b)都示意性给出了本发明所述的精炼室在其工作位置时的截面图。
图2(a)-(d)图示了本发明所述的精炼室的其它可能的截面形状。
图3图示了当具有相同周长和填充了相同体积的玻璃熔融体时，圆形截面与椭圆截面之间的区别。
具体实施方式
结合优选实施例对本发明进行描述。这些实施例的列出是出于理解本发明，而不能被理解为是在任何方面对所述发明的限定。普通技术人员通过阅读所述公开内容便可知的所有替代，如修改和等同变换，都包括在本发明保护范围内。
该公开内容并非是有关玻璃精炼的初级读物；针对本领域技术人员可知的相关基础知识并未作详细阐明。
在一个实施例中，本发明具有一个用于玻璃生产的由PGM材料制成的精炼室，其具有一个截面形状为截面1的管状腔室，其中精炼室至少有一段具有特定的形状，使得当管子在工作位置时，将截面分为上半部分21和下半部分20且具有长度10的一个水平线11的长度比下半部20的最大竖直距离30的两倍大。
在另一个实施例中，可通过成形措施使精炼室的刚度加强，所述的成形措施可以是在精炼室圆周上形成褶纹、拐角、波纹或折边或它们的组合。这对于壁厚约为0.5毫米至3毫米特别适用，更优选适用于壁厚为0.7毫米至1.5毫米。
在另一个实施例中，精炼室如此构造从而使水平线11的长度10与截面下半部分20的最大竖直距离30之比，在2.5∶1和5∶1之间，最好在3∶1和4∶1之间。
在另一个实施例中，精炼室管子中至少有一段的截面为椭圆状。
在另一个实施例中，精炼室管子中至少有一段截面1采用的形状为卵形、长条形、倒圆的三角形、多边形或它们的组合。
在另一个实施例中，本发明具有一个适用于玻璃精炼的工艺过程，其中玻璃熔融体流经本发明的管状精炼室，该工艺过程包括：使温度在1000℃至1700℃范围内的熔融态玻璃流经精炼室，其中精炼室至少有一段的截面采用这样的形状，即在工作位置时，将截面分别划分为面积大致相等的下、上两部分20和21的所述水平线11的长度10，比所述下半部分20的最大竖直距离30的两倍大，并且/或者调节所述玻璃熔融体的液面高度，从而使与玻璃熔融体流动方向垂直的玻璃表面具有的宽度，比精炼室内玻璃熔融体的最大竖直距离的两倍大。
在另一个实施例中，本发明包括一个用于生产本发明的精炼室的工艺过程，其包括：(a)将一个具有两个轴向端部的光滑壁管子插入一个具有特定内径和外径的筒状模具，其中管状部分具有特定的内径和外径，其中筒状模具的内径大致与管状部分的外径相等，并且其中管状部分具有波纹状径向凹陷；(b)在管状部分的每一轴向端部具有一个加压工具，其将管的端部严格密封，形成一个空间；(c)用液压油完全填充该空间；并且(d)通过该加压工具施加一个轴向压力产生内部液压，管状部分在缩短的同时，其管壁变为波纹状从而与所述模具的凹陷实现配合。
在另一个实施例中，本发明包括应用本发明所述的管来精炼玻璃。
由PGM材料制成的具有圆形截面的精炼室，为已知的目前的工艺水平。在一个如本发明所述的精炼室中，与玻璃熔融体流动方向相垂直的表面宽度，比从精炼室底部至玻璃表面的深度的两倍大。如图1(a)和图1(b)的简图所示，本发明中这种比例关系的实现是通过在工作位置时，也就是在基本水平的位置时，精炼室的截面1采用特定的形状，使得将截面分别划分为面积大致相等的下、上两部分20和21的所述水平线11的长度10，比所述下半部分20的最大竖直距离30的两倍大。水平线的长度与所述最大竖直距离间的比例，最好至少为2.5∶1。也就是说，如果精炼室充满了最大可能量的一半以上的玻璃熔融体，则玻璃熔融体的最大高度小于玻璃表面宽度的一半。
图2为如本发明所述精炼室截面1的其它可能实例，椭圆形(图2(a))，具有特定截面的管(“长条形”，图2(b))，(倒圆)三角形，以及(圆形)多边形(图2(d))。
图3所示为已知的圆形截面1’与椭圆截面1的比较，其中椭圆的短、长轴之间的比例为，例如，1比2。因此，水平线11的长度10与最大竖直距离30的比例，如权利要求1所规定，为4∶1。圆形的周长与椭圆的周长相等，从而使所用的材料总量具有可比性。当两者都充满同样量值的玻璃时，在该实施例中体现出下述的不同：玻璃熔融体的自由表面12’，12比圆形的增加28％，并且从底部的最低点至表面之间的最大距离31’和31减少了34％。
薄壁板结构的刚度很小，特别是在高温状态下。为了弥补该缺陷，最好增强材料的厚度，或是通过加固措施以稳定结构，例如采用褶纹、拐角、波纹或折边的形状。
发明DE-A-100 51 946描述了一种通过内部液压扩张的方式生产由PGM材料制成的管状构件的工艺过程。按照其描述的工艺过程，具有径向突出波纹的PGM材料制成的管状构件，通过对光滑壁管段再次成形获得，将一具有两个轴向端的光滑壁管子插入一内径与该管外径相等并且具有径向波纹状凹陷的筒状模具中，用一压力工具将管两轴向端密封，用液压油充分填充该空间，然后通过压力工具施加轴向压力产生内压，从而在管状部分缩短的同时使管壁发生波纹从而与模具内的凹陷相配合。此处引用了发明DE-A-100 51 946所公开的信息。
该工艺过程适用于PGM管以及PGM管状部分的成形，从而使其在径向的刚度和轴向的弹性增强。特别是，通过刚化成形措施，该过程适用于生产如本发明所述的精炼室。
虽然本发明是通过与特定实施例相结合进行说明，显然本发明可进一步修改并且其应用范围涵盖了基于本发明基本原理的所有变形、应用或改进，并且还包含那些与本发明所公开内容具有一定差异，但仍局限在对本发明相关技术通常性和习惯性应用的内容以及对前文所述基本特点的应用和如下附录权利要求书中所声明的范围。

Claims (9)

1.一个由铂系金属材料制成的适用于玻璃生产的精炼室，包括：具有一定截面(1)形状的管状腔室，其中所述精炼室的至少一段的截面(1)形状为椭圆形或卵形，在工作位置时，所述椭圆形或卵形具有一个将所述截面划分为面积相等的下半部分(20)和上半部分(21)的水平线(11)的长度(10)，所述水平线(11)的长度(10)与所述截面下半部分(20)的最大竖直距离(30)之比，在2.5∶1和5∶1之间。
2.如权利要求1所述的精炼室，其中所述精炼室的壁厚为0.5毫米至3毫米，并且可通过成形措施刚化，所述成形措施包括在所述精炼室的周边上形成褶纹、拐角、波纹、折边或它们的组合。
3.如权利要求2所述的精炼室，其中所述精炼室的壁厚为0.7毫米至1.5毫米，并且可通过成形措施刚化，所述成形措施包括在所述精炼室的周边上形成褶纹、拐角、波纹、折边或它们的组合。
4.如权利要求1所述的精炼室，其中所述水平线(11)的长度(10)与所述截面下半部分的最大竖直距离(30)之比，在3∶1和4∶1之间。
5.如权利要求1或2所述的精炼室，其中所述精炼室由一种氧化物弥散强化材料制成。
6.如权利要求1或2所述的精炼室，其中所述精炼室由FKS16铂合金制成。
7.一种精炼玻璃的工艺过程，其中所述玻璃熔融体流过一个管状精炼室，特别是如任一前述权利要求所述的精炼室，其包括：
使温度在1000℃至1700℃的玻璃熔融体流经所述精炼室，其中所述精炼室中至少有一段截面为椭圆形或卵形，在工作位置时，所述椭圆形或卵形具有一个将所述截面划分为面积相等的下半部分和上半部分的水平线的长度，所述水平线(11)的长度(10)与所述截面下半部分(20)的最大竖直距离(30)之比，在2.5∶1和5∶1之间，以及调节所述玻璃熔融体的液面高度，使得与玻璃熔融体的流动方向垂直的玻璃表面的宽度处于比所述精炼室中所述玻璃熔融体最大竖直距离大2.5倍至5倍之间的范围。
8.一种用于生产如权利要求1-6中任一所述的精炼室的工艺过程，包括：
将一个具有光滑壁的管状部分插入到一筒状模具中，所述筒状模具的内径与所述管状部分的外径相等，并且所述管状部分具有径向波纹状凹陷；利用一压力工具将所述管的两轴向端部密封；用液压油充分填充上述方法形成的空间；然后通过压力工具施加轴向压力产生内部液压，从而在所述管状部分缩短的同时使所述管状部分的壁产生波纹以与模具的凹陷相配合。
9.对如上述任一权利要求所述的用于精炼玻璃的精炼室和/或工艺过程的应用。
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