CN102112407A - 带有玻璃热调节的平板玻璃表面处理单元和方法 - Google Patents

带有玻璃热调节的平板玻璃表面处理单元和方法 Download PDF

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Abstract

尤其通过改变化学、光学或机械性能或者通过沉积一个或几个薄层对平板玻璃、特别是带状或板状平板玻璃进行表面处理的单元，该单元包括在玻璃的厚度中产生受控温度梯度的加热和冷却部件、加热待处理表面以使该表面在使其表面得到有效处理所需要的持续时间期间始终处于所需的温度的部件和冷却相对表面以使该相对表面的黏度在1013dPas与2.3×1010dPas之间的部件。

Description

带有玻璃热调节的平板玻璃表面处理单元和方法
技术领域
本发明涉及特别通过改变化学、光学或机械性能或者沉积一个或多个薄层对平板玻璃、特别是带状或板状平板玻璃的表面进行处理的处理单元，该设备带有玻璃热调节，这种调节允许在得到有效的玻璃表面处理所需要的持续时间内把玻璃的其中一表面的温度提高到需要的温度。
背景技术
这种玻璃调节在通过浮法(float)玻璃工艺、压延工艺或拉伸工艺连续生产的玻璃带上进行。该调节也在玻璃板的处理工艺中应用，而无论这些玻璃板是行进的还是间断的(批量)。玻璃可以已经预先进行过处理，例如通过在锡浴中沉积一层。
本发明更特别地但非专一地涉及一种用以制造用于建筑、汽车或太阳能应用的平板玻璃的处理单元。
已知的是，某些上述应用越来越需要通过沉积通常由多个相继层构成的薄层进行玻璃表面处理。这些层允许例如得到阳光反射、弱发射率、导电性、颜色、防污垢的特性和其它特性。
为了简化描述，下面考虑在上表面上实施表面处理。但是，根据本发明，待处理的表面可以无区别地是上表面或下表面或者这二者。
玻璃表面的光学性能或机械性能的改变可以通过借助雕辊在玻璃带的其中一表面上形成一结构的方法得到。
其它应用需要通过在玻璃的有限深度中改变化学组成和结构构成的方法转变玻璃的机械、化学性能或光学特征。
在大气压下使用的用于沉积薄层的主要方法为CVD(chemical vapordeposition，即化学气相沉积)、火焰CVD、大气等离子体、SP(spraypyrolysis，即喷雾热分解)。这些方法可以将玻璃表面加热或冷却到不同程度。热分解法需要很高的玻璃温度，以便使反应物分解并形成层。因此在平板玻璃制造中或其转变(例如玻璃淬火)中平板玻璃还处于高温时这些方法特别适合。
浮法玻璃制造要求对于钠钙玻璃(verre sodocalcique)从1000℃的温度到大约620℃的温度在液态锡浴上形成玻璃带。在大约800℃停止形成厚度和宽度恒定的带。在该温度以下，带的几何形状保持稳定，继续在锡上受控冷却带。在620℃的最高温度，通过机械辊稍微抬起带到浴槽外，以使带进到退火炉中。将带切割成板片之前，在该退火炉中使带从620℃冷却到大约50℃。
等于大约2.3x1010dPas黏度的大约620℃的最高温度，允许得到符合EN或ASTM标准的质量。对于涉及玻璃支撑装置形成的印记或平面度缺陷的更低质量要求，浴槽出口温度可较高。
对于不同于标准钠钙玻璃的成分的玻璃成分，浴槽出口最高温度也可不同。
CVD工艺的一部分实施在锡浴中，以得益于有利沉积的较高玻璃温度，尽管带表面很难触及。为了防止液态锡氧化，通过N2+H2混合物构成的还原气氛对锡浴进行保护。该还原气氛有利于沉积需要还原气氛的层如金属层。其它方法例如SP不能在锡浴中使用，因为它们会污染浴槽以上的气氛。
在退火隧道如退火炉中，气氛由空气构成，并且带的输送一般在辊道上进行。因此对于沉积方法，玻璃表面更容易触及。因此，所有SP系统和一部分CVD工艺实施在退火炉的开始部分中，在该开始部分中，玻璃温度限制在620℃的最大值。
带表面的温度在例如通过扩散的热解沉积和表面转变方法的效率和质量中起重要作用。
例如，标准的CVD热解处理在于沉积用作建筑中反射层的非晶Si的薄层。沉积通过硅烷气体的分解进行。对于＜650℃的温度，硅烷热分解的动力性是缓慢的，并在低于610℃的温度只是非常局部的。玻璃在退火炉中的有限温度大大降低了沉积过程的效率。由于被冷却的反应器非常接近玻璃，它还会导致玻璃的热损失。
SP处理比CVD工艺能更进一步冷却玻璃带，对于钠钙玻璃，在玻璃温度局部降低到大约570℃以下时，这会导致玻璃变形的问题。该低温还导致反应剂分解效率降低和层附着性差。
例如为获得通过着色离子在玻璃中的扩散上色或者获得通过氧化铝扩散的化学或机械固化的玻璃表面转变方法，都需要较高的玻璃温度。
也可施加电场，以有利于离子在沉积层和/或玻璃中的扩散。
可以通过不同方法例如在火焰中产生纳米颗粒或者通过在CVD反应器中存在的反应剂的分解，实现在玻璃表面的化学物质沉积。元素在玻璃中的扩散率与温度直接有关。温度在退火炉中是有限的，以致对于钠钙玻璃，玻璃仍保持在大约620℃以下。
专利US 4536204描述了在镀敷前对带在上表面加热，以降低在带宽度上的温度的非均匀性。使用辐射加热装置。但是，注入到玻璃中的热流必须保持有限，以避免超过可接受的最高温度。因此，在上表面达到的温度水平和温度保持持续时间都是有限的。
专利US 4022601描述了位于锡浴槽与退火炉之间的SP镀层装置。对于生产的玻璃和要求的质量水平可接受的最高温度是在浴槽出口为649℃。由于镀层装置导致玻璃急剧冷却，加热装置安装于上表面，就在镀层装置的上游，以补偿该冷却并把玻璃带回到它的初始温度。位于下表面在镀层装置处的第二加热部件可以补偿镀层方法引起的冷却，以避免玻璃开始凝固导致的变形。该发明不能把玻璃带到高于其在浴槽出口的温度的温度。
发明内容
本发明的目的尤其在于以比前面描述的方法更高效率允许提高玻璃的待处理表面的温度，而不会导致玻璃变形和/或不会导致由支撑装置尤其是支撑辊对玻璃造成的印记，所述支撑装置位于与被处理表面相对的表面上。
本发明主要在于尤其通过改变化学、光学或机械性能，或者通过沉积一个或多个薄层对平板玻璃、特别是带状或板状的玻璃的表面进行处理的单元，其特征在于，该单元包括用于在玻璃的厚度中产生受控温度梯度的加热和冷却部件、加热待处理表面以便该表面在使玻璃表面得到有效处理所必需的持续时间期间始终处在所需的温度的部件和冷却相对表面以使该相对表面的黏度在1013dpas到2.3x1010dPas之间、并优选约为1.9x1012dPas的部件。
有利的是，该单元相继包括：
-带有待处理表面加热部件和相对表面冷却部件以便在待处理表面和相对表面达到目标温度的启动区；
-带有待处理表面的加热部件和处理单元、以及与被处理表面相对的表面的冷却部件的处理区；
-带有冷却部件的均质化区；
-并且一些装置位于处理单元的入口和出口，用于限制热散失和气体交换。
为了在待处理表面和在相对表面达到目标温度的所述启动区的长度可以确定为使佩克莱数Pe
Figure BDA0000046118750000041
在0.5到15之间，有利地在3到5之间，其中
-t扩散＝深度热扩散的特征时间，t扩散由t扩散＝(厚度/2)2/热扩散率给出；
-t输送＝带在启动区水平输送的特征时间，t输送由t输送＝区长度/带速度给出。
处理单元可以包括一个或多个位于玻璃的同一表面上或玻璃的相对的表面上的相继的处理装置。
平板玻璃表面的处理单元包括用于保持相对表面在这样的温度的冷却部件：所述温度可以避免玻璃被支撑部件形成印记和/或由于缺乏机械强度而造成的玻璃变形，同时避免过度冷却可能导致的玻璃凝固。
本发明还在于尤其通过改变化学、光学或机械特性或者通过沉积一个或多个薄层进行平板玻璃、特别是带状或板状平板玻璃的表面处理的方法，其特征在于，通过加热待处理表面以便所述待处理表面在使玻璃表面得到有效处理所需要的持续时间期间始终处于所需温度的待处理表面加热部件、和通过冷却相对表面以便所述相对表面的黏度在1013dPas与2.3x1010dPas之间、优选约为1.9x1012dPas的相对表面冷却部件，在玻璃的厚度中产生受控的温度梯度。
有利的是，根据该方法：
-在启动区，加热待处理表面并冷却相对表面，以便在待处理表面和在相对表面达到目标温度；
-在处理区，使待处理表面加热并经受处理，而冷却与被处理表面相对的表面；
-在均质化区，冷却与已经过处理的表面相对的表面。
优选地，在启动区，在两个表面上的正的和负的热流不是均衡的，这样可以稍微增加带的平均温度。
在处理区，在两个表面上可以平衡加热和冷却，这样可以使穿过玻璃带的温度梯度保持稳定。
在均质化区，可以停止加热同时保持冷却。
根据该方法，相对表面被保持在可以避免玻璃由于支撑装置形成印记和/或玻璃由于缺乏机械强度而变形、同时避免过度冷却可能导致的玻璃凝固的温度。
实施本发明可以提高进行表面处理以改善其性能的温度。该温度提高可以在需要实现短时间处理时短暂实现，或者可以在当表面处理需要时在更长的时间期限内保持该温度提高。
根据本发明通过在与待处理表面相对的表面进行的同时冷却，使该温度提高成为可能。该同时冷却可以限制相对表面的温度，从而限制玻璃印记和下陷。应控制该冷却，以避免玻璃部分凝固所导致的平面度缺陷。
根据本发明的方法的特征还在于在处理装置前和/或后实现玻璃的热调节。也可在处理期间应用热调节。
在处理期间进行热调节的情况下，处理装置可以包括加热和/或冷却部件。
根据本发明的方法的特征还在于，沿着处理单元调节玻璃上表面的温度，以便优化实施的处理。
根据处理的性质，将上表面带到目标温度，并且在进行处理所需的持续时间期间保持该温度。
在上表面的加热和在相对表面的冷却在玻璃中产生很大的温度梯度。处理结束后，例如通过上表面的冷却，有利于玻璃厚度中的温度均匀化，从而在处理单元的出口和退火炉的入口获得通常的热条件。
根据本发明的一实施变型，玻璃在处理单元的出口没有达到其通常的退火炉入口温度。在这种情况下，需要调节退火炉的初始冷却，例如通过强化的上冷却和/或通过第一区的延长。
根据另一处理例子，沿热调节单元调整将带表面带到的温度，以便优化处理效率，待处理表面的温度大于620℃，同时注意使相对表面的温度保持在希望的温度范围内，对钠钙玻璃在550℃到620℃之间。
对于其它质量的玻璃，这些温度水平的等同方式通过将它们用黏度表达而获得。待处理表面的黏度将大于约2.3x1010dPas，同时注意使相对表面的温度保持在希望的黏度范围内，在大约1013dPas与2.3x1010dPas之间。
根据本发明的一实施例，待处理表面的温度在玻璃上的一点围绕平均温度在高值与低值之间交替，同时使相对表面保持在对于钠钙玻璃的大约570℃的温度，其相当于黏度约为1.9x1012dPas。在扩散符合Arrhenius(阿仑尼乌斯)型的规律时，该实施方式可以加强在玻璃厚度中的扩散处理，因为比起简单保持于平均温度，温度峰值导致的扩散更大。
根据本发明的方法的特征还在于处理单元包括一个或多个相继的玻璃处理装置，例如用于进行不同层的堆积，以便使一层与一扩散方法结合，或形成大厚度的单一层。这些相继的处理装置的性质可以不同，如SP，其后是CVD，然后是火焰CVD。符合本发明的该表面处理单元可以在单元中实现一般在锡浴槽或在退火炉中实现的处理。该单元还可以通过允许掉换方法实施的顺序来克服现有的约束。实际上，可以首先实现SP处理，然后是高温CVD处理，如在锡浴中进行的处理，而这在以前是不可能的，因为在浴槽中使用SP是被排除的。
根据本发明的方法可以使处理装置位于玻璃的单一表面上，或位于玻璃的两个表面上。在两个表面上实施处理例如允许将在一个表面上的一个功能层例如抗反射层、与在相对表面上的导电透明层相结合。
所应用的处理方法的性质和顺序将与玻璃处理的目标结果相适应。
不同处理的热要求可能是不同的，这导致需要调整施加在玻璃两个表面上的热流。在待处理表面上的热流的调整允许得到每个处理所需要的温度。例如在SP的上游和下游需要更强地加热。
根据本发明的方法的特征还在于沿热调节单元调节玻璃上表面的温度，以便优化每个相继的处理。
根据本发明的方法的特征还在于待处理表面的温度高于620℃，优选高于640℃，并且在被机械装置如辊支撑的钠钙玻璃的情况下，在热调节单元中，玻璃的相对表面的温度在550℃到620℃之间。
根据本发明的一实施例，当为了进行处理需要大的热流和大的表面温度时，在处理后还进行被处理表面的冷却，以便进一步排热。
符合本发明的加热部件允许得到具有不同温度级之间交替的横向的温度轮廓。下表面的冷却强度也横向地调节。上表面的这些不同温度级允许获得在玻璃宽度上的沉积厚度、扩散强度的变化或任何其他改变。例如为了制造光电池，可以形成允许接触多个光电池的相继带的金属沉积。
根据本发明，处理单元内的气氛的化学成分、压力和温度与实施的每个处理相适应。
某些层如金属层的沉积需要还原气氛。
由于安全的原因，根据处理单元中存在的物质，单元内的压力可以大于或小于大气压。
处理单元可以包括其中气氛不同以适应在每个部分中进行的处理的一些部分。
处理单元中存在的气氛可以来自于锡浴，必要时在过滤之后。整体上说，处理单元内的气氛应没有灰尘，这可能需要对注入的气体进行过滤。
在浮法玻璃工艺的情况下，根据本发明的处理单元位于浴槽出口与退火炉之间，或包括在退火炉的开始处。该处理单元可以与锡浴槽和/或退火炉分开或相连。
为了确定玻璃热调节的热参数，需要考虑：
-要加热到处理所需温度的厚度；
-玻璃的速度；
-玻璃的热扩散率；
-玻璃的焓；
-玻璃的发射率。
根据本发明的处理单元可以处理较大的玻璃厚度范围，例如2-25mm。因此各种可能的处理需要确定合适的热尺寸，以得到希望的结果，同时避免玻璃过热、以及设备尺寸太大或能量过度消耗。
对于大范围的浮法玻璃生产，符合本发明的方法可以简单、迅速地确定把需施加在带不同深度的带的加热和冷却的最佳条件。下面将针对一实施例描述该方法。
附图说明
本发明除了上面描述的布置外，还包括一定数量的其它布置，下面将针对参照附图描述的但非限定性的钠钙玻璃的一些实施例更深入地描述这些布置。附图中：
-图1是实施本发明方法的浮法玻璃生产线的示意性纵剖面图；
-图2是更详细表示热调节设备的图1一部分的更大比例的示意图；
-图3是在恒定的处理温度情况下根据在横坐标的纵向位置的在纵坐标的带温度变化的线图；
-图4是表示在恒定处理温度情况下随横坐标上的厚度中位置变化的纵坐标上的带温度的线图；
-图5是在上表面包括四个相继处理装置的根据本发明的处理单元的纵剖面图；
-图6是表示透明钠钙浮法玻璃的吸收频谱和黑体频谱的线图；
-图7是在应用四个CVD反应器的调整的处理温度的情况下随在横坐标的纵向位置变化的在纵坐标的带温度的线图，其中三个CVD反应器在上表面而一个在下表面。
具体实施方式
高温带输送遇到的主要问题如被辊压出印记或者两个辊之间的玻璃沉陷和变形。
对钠钙玻璃，经验表明，对于10-20米/分钟的典型行进速度，大约620℃的温度是避免带被支撑辊压出印记或带在辊间下陷的上限。对于低速，如在玻璃板加工炉中，可接受的最高温度较低，约为580℃。
对钠钙玻璃，经验还表明，大约570℃的温度是玻璃从其开始凝固的下限。
当冷却玻璃板或玻璃带时，要注意对称地冷却两个表面。对处于转变温度Tg以上的玻璃，对称冷却首先导致两个表面对称凝固，然后导致体积凝固。当没有在两个表面上对称地产生凝固时，这会造成玻璃弯曲。如果只是一个表面开始凝固，则玻璃板或玻璃带会变形。
为了考虑这些危险，本发明提出对于钠钙玻璃，在介于550℃与620℃之间的温度下使相对表面保持接触辊。
在辊之间的下陷和变形取决于玻璃的温度。对于钠钙玻璃的大约620℃的均匀温度是上限，对辊之间的500mm的距离——退火炉中的标准距离，从该上限起会观察到玻璃明显下陷。
在辊之间的过度下陷有在玻璃中形成永久性曲纹的危险。
对于玻璃的某些处理，如通过CVD沉积薄层，由于玻璃表面与CVD反应器之间的很小的间隙，保持玻璃的良好平面度是必不可少的。
为了输送玻璃，还使用浮升台。机械接触的缺乏可允许略高于620℃的温度。但是，黏度下降会迅速导致玻璃的机械强度下降。
因此，大约620℃的温度是在带有机械输送的平板玻璃热处理系统中钠钙玻璃的上限。
为了提高例如通过CVD的表面处理方法的性能，本发明提出提高待处理表面的温度，例如提高到650℃。正好在CVD反应器上游的加热可以提高玻璃的上表面的温度，更广泛的是待处理表面的温度，并且这不会导致相对表面的温度提高。在CVD反应器后，热流应迅速排出，以便不超过在下表面的可接受的最高温度。在反应器产生极少热损失的情况下——这对目标层的沉积是希望的，可以在反应器之后实现被处理表面的冷却。但是，对于通常厚度为3-5mm的玻璃，该选择是不能令人满意的，因为在加热时和沉积期间产生的热扩散导致相对表面的温度的迅速和过度增加，这可能引起辊对玻璃造成印记。在使用多个相继的CVD反应器以形成层堆叠的情况下，带的厚度中的热扩散的问题将更突出。该构型还会导致另外对CVD处理有害的带在辊间的下陷。
本发明提出相对表面的冷却，以便把该相对表面保持在这样一温度：其可以避免玻璃被支撑装置造成印记和/或由于缺乏机械强度形成的玻璃变形，同时避免过度冷却可能导致的玻璃凝固。
参照图1，可以看到本发明的第一实施例，示意性表示出的按照浮法玻璃工艺的玻璃带生产设备。
所述设备包括炉1，用于制造玻璃的原料如砂子、助熔剂、玻璃屑等进入炉中。膏态玻璃带B从炉1出来，被熔融锡浴2支撑，熔融锡浴2占据在还原气氛、特别是氮气和氢气下的浮动室3的下部分。在大约介于1000℃与600℃之间的温度下，玻璃在锡浴上形成。
在室3的出口端，玻璃带B从锡浴抬升起，并进入“drossbox(渣箱)”DB(或浴槽出口)中处在被称为“LOR辊”(Lift Out Rollers，即提升辊道)的辊4上。然后玻璃带B在数十厘米的长度上穿过具有露天的空间5。该空间有时是封闭的，并配有排出来自锡浴的气体的部件。
然后带B进入到符合本发明的表面处理单元A中。表面处理单元包括作为玻璃传送部件的辊6、在玻璃上表面的加热装置7和处理单元8、和与加热装置7相对的在下表面的冷却装置9。位于处理单元8的入口和出口的一些装置E可以限制热散失和气氛交换。
玻璃在处理单元后进入退火炉L。玻璃带完全沿着退火炉由辊10水平地支撑，辊10以带的前进速度被带动转动。可调节的拉伸力F施加在带B上。拉伸力F的强度可以对在锡浴槽3中带B的形成起作用。在带的上方和下方设有冷却器K。
对该实施例考虑的数据如下：
-没有薄层的透明钠钙玻璃带的宽度为3.7m、厚度为4mm并且行进速度为15米/分钟；
-表面处理在LOR辊4之后、但在带退火开始之前进行，玻璃在为610℃的温度；
-表面处理需要把上表面加热到650℃的温度；
-表面处理需要在12秒内保持该温度，这对应于在15米/分钟下为3m的长度；
-表面处理系统对带的传热没有影响，即它不改变带的温度。
下面举出的其它实施例可以处理表面处理系统对带的传热有影响的情况。
现在将更详细地描述该实施例。
为了得到希望的温度和持续时间，加热和冷却系统按照本发明以图2所示的以下方式设计：
尤其通过燃烧加热11a，在0.7m的长度(启动区11)上给上表面施加60kW/m2的正热流。
在相对表面上，尤其通过利用空气吹入的对流冷却装置11b在相同长度上用-15kW/m2的热流进行冷却。
然后，尤其通过辐射加热装置12a，在3.1m的长度(保持区12)上利用25kW/m2的热流加热上表面。
在相对表面上，从0.7m位置起，用-25kW/m2的流在4m的长度上进行冷却。
均质化区13跟随在保持区12后。
图3示出玻璃带中的温度轮廓，曲线T上表示上表面的温度，T下表示下表面的温度，T中心表示中心的温度。以℃为单元的温度在纵坐标表示，以米为单位的位置在横坐标表示。
调节开始时的强化加热热流用于更快在带中建立温度梯度。在这部分中，两个表面上的正热流和负热流不平衡，这样可以稍微增加带的平均温度。
在带的表面迅速得到希望的650℃的温度。冷却避免了下表面的温度增加到形成玻璃带辊印的临界温度620℃以上。
下表面上的温度降到约580℃。该温度仍足以避免有变形危险的带凝固的开始。
然后，在位置0.7m和3.8m之间的为3.1m的距离上，在两个表面上平衡加热和冷却，这样可以保持稳定的穿过玻璃带的温度梯度。因此在表面处理过程中，在上表面保持650℃的温度和在下表面保持580℃的温度。
在图3线图中的3.8m位置，停止加热上表面，同时保持冷却，以使带的温度在带的厚度中均匀化(均质化区)。自此，即便没有冷却上表面，但由于带的深度热扩散，上表面的温度也迅速下降。上表面的冷却允许加速温度均匀化。在下表面上继续冷却直到4.8m的位置。这样，降低了带的平均温度，这样可以大约在7m的位置重新回复在实施根据本发明的热调节之前的带的初始温度。
如果退火炉的第一区域热调适好，则热调节单元可以从3.8m的位置起结束。在这种情况下适合通过在一段有限距离上强化冷却上表面来补偿带在退火炉入口的温度差。
图4的线图表示沿热调节区的竖直的带的温度轮廓的变化。温度在纵坐标表示，而厚度中的位置在横坐标表示。实线曲线对应于在单元中0.7m位置的温度轮廓，点状虚线曲线对应于在1m位置的温度轮廓，短划虚线曲线对应于在3.8m位置的温度轮廓。
以很快会线性化的更弯曲的轮廓达到650℃的温度。在1m的位置，温度轮廓仍稍微弯曲。在3.8m的位置，温度轮廓是线性的。但是，玻璃的表面处理已经在0.7m的位置开始，因为已经达到目标温度。
为了确定对带进行热调节所需的热流，首先需要了解玻璃的传导性。玻璃的特性是它的同时通过声子和光子的传导性：但只有在吸收光谱的“不通透”部分中发射的光子才有助于被称为“有效”的传导性。
已经通过线性近似确定透明钠钙型浮法玻璃的有效传导率在600-700℃的范围：
λ(T)＝(a0+a1·T)[W/m·K]
其中系数a0＝0.9，并且a1＝8.9＊10-4＊K-1
在文献中找到更详细涉及对于其它质量的玻璃的传导性、热扩散率及其确定的文章，例如M.Lazard，S.André，D.Maillet，Int.J.of heat andmass transfer 47(2004)，pages 477-487。
然后，利用玻璃片的厚度(4mm)和处理所需的表面温度(650℃)、和下表面的固定温度(580℃)，确定穿过玻璃片需施加的热流。
利用上面所述例子的参数，得到要在保持区建立的为25kW/m2的热流。该热流已经用在图3所示的模拟中。有效得到接近目标温度的温度。
为了确定启动区的长度，即为了达到在上表面和在下表面的目标温度并建立或多或少呈线性的梯度的持续时间，使用另一种方法，该另一种方法可以对于玻璃的不同速度、不同厚度或不同热扩散率确定启动长度。
被称为“佩克莱数(hombre de Péclet)”的无量纲数允许确定用于与质量传递结合的热扩散方法的最佳条件，如根据本发明实施的用于加热移动中的玻璃的方法。在本情况中，温度的扩散方向与相应于带行进的质量传递方向垂直。这个特点要求利用单维方法以相同的扩散及传输方向重新定义传统的佩克莱数。
该重新定义建立在两个特征时间的基础上，即对于深度热扩散的特征时间和对于玻璃水平传输的特征时间。
深度热扩散的特征时间t扩散通过t扩散＝(厚度/2)2/热扩散率给出。
带在启动区中水平输送的特征时间t输送通过t输送＝区长度/带速度给出。
t扩散/t输送比值确定佩克莱数Pe。
Figure BDA0000046118750000132
启动区的长度使得佩克莱数在0.5-15之间，并且有利地在3-5之间。因此足以在深度上建立热轮廓，以保证上表面和下表面上的温度的良好稳定性。
在上述例子中，已经在为3的佩克莱数基础上将启动区长度确定在0.7m。图4表明，该长度使得在0.7m位置在玻璃的厚度中形成具有良好深度热扩散的温度轮廓。因此可以开始需要的处理。
在确定长度后，很容易估算要注入启动区的热流。计算在玻璃初始温度与目标表面温度之间的平均温度。然后利用玻璃的速度、密度和比热，计算达到该平均温度需要的能量流。该能量流除以启动区的长度就给出需注入玻璃中的热流密度。
使用相同推理来确定在启动区冷却下表面的热流密度。然后使用相同方法来确定处理单元的相继热调节区的长度和热流。
图5所示的本发明的以下实施例表示出包括热启动区11、处理区12和热均质化区13的处理单元。
启动区11包括燃烧加热装置11a。
在处理区12，多个相继的单元可以实现玻璃的化学转变和/或层的堆叠。根据图5的例子：
-在被辊支撑的玻璃带以上，处理区12相继地具有：等离子体处理单元12b1、CVD单元(或反应器)12b2、SP单元12b3、火焰CVD单元12b4；
-然后，为了处理带的下表面，在带的下表面之下，处理区12具有CVD单元12b5和通过在带下面吹入气体用以在没有辊时支撑带的浮升部件；
-处理区12还具有例如通过红外或微波的辐射的加热部件12a。
在与被处理表面相对的表面上，设有尤其通过吹入空气进行冷却的冷却装置11b。
均质化区13包括带有隔离的水冷却器13b，随后是带有上横梁和下横梁的装置13c，上下横梁配有通过热电偶测量带温度的部件。
根据本发明，在区域长度上调节被处理表面的表面温度，以便优化每个处理，下表面的温度被保持在目标范围内，对钠钙玻璃保持在550℃与620℃之间。按照根据前面处理的出口温度和下一处理的入口目标温度是需要对玻璃上表面进行加热、均衡还是冷却，通过加热、均衡或冷却部件实现该温度调节。
图5中示出了例如通过光测高温计或借助包括在沉积设备中的热电偶的温度测量部件14。还看到回收来自加热(燃烧烟气)、沉积系统和冷却器的气体的装置15。可以回收被带预热的冷却空气，用以熔融炉的燃烧。根据带的处理气体的性质，这些气体可以经过过滤和/或被熔融炉的燃烧获取。
现在考虑玻璃加热的各种可能性。可以把加热方法分类为特别适于经由表面注入热量的表面方法、和以其加热体积材料已知的体积方法。
1/表面方法：
辐射(在玻璃的不通透光谱中的辐射吸收加热)，例如通过电阻、辐射火焰或激光；
热空气(在玻璃表面的对流和传导)
热气体(燃烧的辐射、对流和传导)
等离子体(与玻璃片接触的离子化气体)。
2/体积方法：
微波(电介质加热)；
感应(电流耗散加热)；
根据玻璃的性质和厚度利用相应于大约等于1的光学厚度的波长进行辐射。
一般说来，通过微波或感应加热薄的玻璃板具有两大困难：
-吸收不好和效率不高，尤其是对低温玻璃；
-极深地深入到体积中(而不是有限深度)。
体积加热部件具有能实现在处理表面下面的热量“储存”和在玻璃厚度中的非线性温度轮廓的优点。这允许在进行冷却被处理表面的处理时限制被处理表面的表面温度下降。同时，下表面的冷却允许将下表面保持在目标温度。
导电覆层、反射覆层或弱发射覆层导致红外辐射的反射。因此不能用红外辐射穿过镀覆表面有效地加热玻璃。如果辐射的波长不同，例如微波或感应，则可以通过辐射实现加热玻璃或镀层。应用的加热方法也可以是对流的。
也可选择加热方法，以利用预先沉积层的特性。因此，感应加热允许主要加热例如金属的导电层。
加热方法可以允许得到特殊的横向的温度轮廓，例如在两个温度级之间的交替，从而在玻璃宽度上产生可变强度的处理。
表面加热部件可以包括横向延伸在带宽度上的成排燃烧器，燃烧器的火焰朝向带的要刻花的表面。
玻璃上表面的加热和冷却部件可以集成在处理单元中。
冷却部件可以是辐射部件，例如由横向延伸在玻璃宽度上并且冷却流体、尤其是空气或水在内部流经的管子形成，该管子位于被处理表面的附近。冷却部件也可以是通过将气体吹到玻璃上的对流部件。该气体可以与处理单元中存在的气体不同或相同。
根据本发明的方法的特征还在于，冷却玻璃下表面的冷却部件不会导致支撑玻璃的机械设备的过度冷却。
当需要冷却一个表面时，该冷却可以通过冷却装置或通过与表面处理单元的封壳设计相关的自然冷却实现。例如，封壳的较弱隔热性或活门开放可有利于玻璃的自然冷却。
现在更详细地研究电加热的情况，电加热即通过通常用在退火炉中的电阻辐射进行的加热。如果希望只加热玻璃表面，则需要考虑该加热的光谱形状。
图6用实线表示厚度为4mm的透明钠钙浮法玻璃的吸收光谱，以点划虚线表示在825℃的黑体的光谱。横坐标上表示以微米为单元的波长。光学厚度在纵坐标上在左侧刻度表示，而以W/m2μm为单元表达的黑体的辐射在纵坐标在右侧刻度上表示。
在该图上看到，对于2.7μm以上的波长，黑发射体的辐射主要被玻璃表面吸收。计算两个无限板子之间的辐射交换，允许得到传递根据第一实施例的在稳定状态所需的25kW/m2的净热辐射所必需的条件。为此，黑发射体的表面温度应为825℃。在该温度，发射体还在玻璃的光学窗口中发射22kW/m2。该辐射穿过带，并加热位于下方的辊及其它设备。因此黑的或灰的发射体只部分地适合于加热玻璃表面。优选使用在2.7μm以下的发射减少的光谱发射器。另一方案在于使用空气或低发射性烟气的对流加热。
图7表示根据本发明的另一实施例的利用三个位于上表面的CVD反应器和一个位于下表面的CVD反应器进行的热模拟。浮法玻璃带的厚度为3mm，速度为15米/分钟。玻璃为透明钠钙型玻璃。反应器的长度为800mm，在玻璃带表面造成的热损失在反应器开始处的25kW/m2到结束时的10kW/m2之间变化。
在图7中，在横坐标上标注沿处理单元的用米表示的位置，而在纵坐标上标注用℃表示的温度。实线曲线对应于玻璃带上表面的温度，粗短划虚线对应于下表面的温度，而点状中间虚线对应带中心的温度。
如同第一实施例中所描述的，启动区允许建立在玻璃厚度中的热梯度。然后，为了预计CVD反应器的热损失，在每个反应器的上游施加短时间的加热。该加热可以把待处理表面带到大约750℃的温度，使得玻璃表面的在反应器中心位置的温度保持高于650℃。如图7所示，第一反应器的位置(长度0.8m)处于1m(反应器开始)与1.8m(反应器结束)之间。其它反应器处于短时间加热后的相等位置。
在位于上表面的第三反应器后，一新的启动区可以使玻璃中的热梯度反置。现在上表面的温度大约为580℃，因此保证带的机械稳定性。为了待进行的处理，下表面应被加热到大约750℃，然后冷却。两个支撑辊之间具备的通常距离不足以进行玻璃的该加热、处理和冷却。因此CVD反应器被设计成还保证带的抬升。在反应器上游的加热装置和在反应器下游的冷却装置也有助于玻璃的支撑。在7m的位置，玻璃带的支撑重新由辊承担。在该位置，温度在厚度中几乎是均匀的，并接近带进入处理单元的温度：610℃。
待处理表面的加热部件可以加热预先沉积的镀层。
待处理表面的加热部件可以主要加热预先沉积的镀层。
待处理表面的加热部件使得大部分发射的辐射是在其中玻璃是不通透的波长中。
在处理单元中施加电场，以有利于离子扩散在沉积层中和/或玻璃中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.平板玻璃表面的处理单元，其尤其通过改变化学性能、光学性能或机械性能或者通过沉积一个或多个薄层，对平板玻璃、特别是呈带状或板状的平板玻璃的表面进行处理，其特征在于，所述处理单元包括用以产生穿过玻璃的热流的加热和冷却部件、加热待处理表面以将所述待处理表面带到所需温度并保持使玻璃表面得到有效处理所需要的一段持续时间的待处理表面加热部件、和冷却相对表面以将所述相对表面的温度降低到对应于在1013dPas与2.3x1010dPas之间并优选为1.9x1012dPas的黏度的水平的相对表面冷却部件。
2.如权利要求1所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，所述处理单元相继包括：
-启动区(11)，所述启动区带有待处理表面加热部件和相对表面冷却部件，用以产生穿过玻璃的热流并且在待处理表面和相对表面达到目标温度；
-处理区(12)，所述处理区带有待处理表面的加热部件和处理部件、以及与相对表面冷却部件，用以在整个表面处理过程中保持穿过玻璃带的稳定的温度梯度；
-均质化区(13)，所述均质化区带有冷却部件，以便所述待处理表面的温度快速降低。
3.如权利要求2所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征还在于，一些装置(E)位于所述处理单元(8)的入口和出口，用以限制热散失和气氛交换。
4.如权利要求2或3所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，为在待处理表面和相对表面达到目标温度的所述启动区的长度确定成使佩克莱数Pe
Figure FDA0000046118810000011
在0.5到15之间，有利地在3到5之间，其中
-t扩散＝深度热扩散的特征时间，t扩散由t扩散＝(厚度/2)2/热扩散率给出；
-t输送＝带在启动区水平输送的特征时间，t输送由t输送＝区长度/带速度给出。
5.如权利要求1至4中任一项所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，所述处理单元包括一个或多个位于玻璃的同一表面上或玻璃的相对表面上的相继的处理装置。
6.平板玻璃表面的处理方法，其尤其通过改变化学性能、光学性能或机械性能或者通过沉积一个或多个薄层，对平板玻璃、特别是呈带状或板状的平板玻璃的表面进行处理，其特征在于，通过加热待处理表面以便所述待处理表面在使玻璃表面得到有效处理所需要的持续时间期间始终处于所需温度的待处理表面加热部件、和通过冷却相对表面以便所述相对表面的黏度在1013dPas与2.3x1010dPas之间的相对表面冷却部件，在玻璃的厚度中产生受控的温度梯度。
7.如权利要求6所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于：
-在启动区(11)，加热所述待处理表面并冷却所述相对表面，以便在待处理表面和相对表面达到目标温度；
-在处理区(12)，加热所述待处理表面并使所述待处理表面经受处理，而冷却与被处理表面相对的所述相对表面；
-在均质化区(13)，冷却与已经过处理的表面相对的所述相对表面。
8.如权利要求6或7所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述启动区，在两个表面上的正热流和负热流不平衡，这允许稍微提高带的平均温度。
9.如权利要求6至8中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述处理区，在两个表面上平衡所述加热和所述冷却，这允许保持穿过玻璃带的稳定的温度梯度。
10.如权利要求6至9中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述均质化区，停止加热同时保持冷却。
11.如权利要求6至10中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，玻璃一表面的冷却源自冷却装置或者与表面的处理单元的封壳设计相关的自然冷却。
12.如权利要求6至11中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，沿表面的处理单元调节玻璃上表面的温度，以便优化实施的处理。
13.如权利要求6至12中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在由机械部件如辊支撑的钠钙玻璃的情况下，在热调节单元中，玻璃的待处理表面的温度大于620℃，而玻璃的相对表面的温度介于550℃到620℃之间。
14.如权利要求6至13中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，上表面的温度在玻璃上的一点围绕平均温度在高值与低值之间交替。
15.如权利要求6至14中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，所述加热部件允许得到在不同温度级之间交替的横向的温度轮廓。
16.如权利要求6至15中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，利用体积加热进行待处理表面的加热，所述体积加热允许实现在待处理表面下面的热量储存，从而导致在玻璃厚度中的非线性的温度轮廓。
17.如权利要求6至16中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件允许加热预先沉积的层。
18.如权利要求6至17中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件允许主要加热预先沉积的层。
19.如权利要求6至18中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件使得大部分发射的辐射是在其中玻璃是不通透的波长中。
20.如权利要求6至19中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在处理单元中产生电场，以有利于离子扩散在沉积层中和/或玻璃中。
21.如权利要求6至20中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，处理单元内气氛的化学成分、压力和温度适应于实施的每个处理。

Claims (20)

1.平板玻璃表面的处理单元，其尤其通过改变化学性能、光学性能或机械性能或者通过沉积一个或多个薄层，对平板玻璃、特别是呈带状或板状的平板玻璃的表面进行处理，其特征在于，所述处理单元包括用以在玻璃的厚度中产生受控温度梯度的加热和冷却部件、加热待处理表面以使所述待处理表面在使玻璃表面得到有效处理所需要的持续时间期间始终处于所需温度的待处理表面加热部件、和冷却相对表面以使所述相对表面的黏度在1013dPas与2.3x1010dPas之间的相对表面冷却部件。
2.如权利要求1所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，所述处理单元相继包括：
-启动区(11)，所述启动区带有待处理表面加热部件和相对表面冷却部件，用以在待处理表面和相对表面达到目标温度；
-处理区(12)，所述处理区带有待处理表面的加热部件和处理部件、以及与被处理表面相对的表面的冷却部件；
-均质化区(13)，所述均质化区带有冷却部件；
-其特征还在于，一些装置(E)位于所述处理单元(8)的入口和出口，用以限制热散失和气氛交换。
3.如权利要求2所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，为在待处理表面和相对表面达到目标温度的所述启动区的长度确定成使佩克莱数Pe
Figure FDA0000046118740000011
在0.5到15之间，有利地在3到5之间，其中
-t扩散＝深度热扩散的特征时间，t扩散由t扩散＝(厚度/2)2/热扩散率给出；
-t输送＝带在启动区水平输送的特征时间，t输送由t输送＝区长度/带速度给出。
4.如权利要求1至3中任一项所述的平板玻璃表面的处理单元，其特征在于，所述处理单元包括一个或多个位于玻璃的同一表面上或玻璃的相对表面上的相继的处理装置。
5.平板玻璃表面的处理方法，其尤其通过改变化学性能、光学性能或机械性能或者通过沉积一个或多个薄层，对平板玻璃、特别是呈带状或板状的平板玻璃的表面进行处理，其特征在于，通过加热待处理表面以便所述待处理表面在使玻璃表面得到有效处理所需要的持续时间期间始终处于所需温度的待处理表面加热部件、和通过冷却相对表面以便所述相对表面的黏度在1013dPas与2.3x1010dPas之间的相对表面冷却部件，在玻璃的厚度中产生受控的温度梯度。
6.如权利要求5所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于：
-在启动区(11)，加热所述待处理表面并冷却所述相对表面，以便在待处理表面和相对表面达到目标温度；
-在处理区(12)，加热所述待处理表面并使所述待处理表面经受处理，而冷却与被处理表面相对的所述相对表面；
-在均质化区(13)，冷却与已经过处理的表面相对的所述相对表面。
7.如权利要求5或6所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述启动区，在两个表面上的正热流和负热流不平衡，这允许稍微提高带的平均温度。
8.如权利要求5至7中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述处理区，在两个表面上平衡所述加热和所述冷却，这允许保持穿过玻璃带的稳定的温度梯度。
9.如权利要求5至8中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在所述均质化区，停止加热同时保持冷却。
10.如权利要求5至9中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，玻璃一表面的冷却源自冷却装置或者与表面的处理单元的封壳设计相关的自然冷却。
11.如权利要求5至10中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，沿表面的处理单元调节玻璃上表面的温度，以便优化实施的处理。
12.如权利要求5至11中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在由机械部件如辊支撑的钠钙玻璃的情况下，在热调节单元中，玻璃的待处理表面的温度大于620℃，而玻璃的相对表面的温度介于550℃到620℃之间。
13.如权利要求5至12中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，上表面的温度在玻璃上的一点围绕平均温度在高值与低值之间交替。
14.如权利要求5至13中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，所述加热部件允许得到在不同温度级之间交替的横向的温度轮廓。
15.如权利要求5至14中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，利用体积加热进行待处理表面的加热，所述体积加热允许实现在待处理表面下面的热量储存，从而导致在玻璃厚度中的非线性的温度轮廓。
16.如权利要求5至15中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件允许加热预先沉积的层。
17.如权利要求5至16中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件允许主要加热预先沉积的层。
18.如权利要求5至17中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，待处理表面加热部件使得大部分发射的辐射是在其中玻璃是不通透的波长中。
19.如权利要求5至18中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，在处理单元中产生电场，以有利于离子扩散在沉积层中和/或玻璃中。
20.如权利要求5至19中任一项所述的平板玻璃表面的处理方法，其特征在于，处理单元内气氛的化学成分、压力和温度适应于实施的每个处理。
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