CN102264652A - 使凝滞熔融材料流动 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将熔融材料从具有输出端的输送管送至具有输入端的接收容器的方法。所述方法包括设置输送管和接收容器，使输送管输出端与接收容器输入端之间存在空隙，从而使熔融材料从输送管输出端出来，并进入接收容器输入端，不会从接收容器输入端溢出。将熔融材料送入输送管，使熔融材料从输送管流入接收容器。加热存在于空隙中的熔融材料，促使其流动。

Description

使凝滞熔融材料流动

本申请要求2008年11月26日提交的美国专利申请第12/324,257号的优先权。

领域

本发明总体上涉及形成材料板的方法和装置。更具体地，本发明涉及将熔融材料送至板材形成装置的方法和装置。

背景

在玻璃制造领域，在玻璃最终形成所需制品并冷却至较低温度之前，往往要将熔融玻璃从一个容器(例如管子)送至另一个容器。熔融玻璃的传质过程可能导致玻璃温度和组成的变化，这是非常不利的。组成变化之一是在玻璃中夹带夹杂物，如气泡和固体夹杂物，它们会降低玻璃成品的产率。在制造高品质玻璃制品，特别是光学玻璃元件如LCD显示器的玻璃基板时，非常希望玻璃本体具有尽可能少的夹杂物。

熔制法用于从熔融材料制备材料板。通用熔制法见述于美国专利第3,338,696号和第3,682,609号，它们均授权于Dockerty。一般而言，熔制法包括将熔融玻璃送入槽，然后以受控方式使熔融玻璃从槽两侧向下溢流。从槽两侧流下的两股独立材料流在槽根部合二为一，形成单股材料流，将该单股材料流拉制成材料板。此方法的重要优点是材料板表面不接触槽或其他成型设备的侧面，因而是纯净的。该方法的另一个好处是材料板非常平整，具有均匀的厚度。

熔制法是制备用于显示器的薄玻璃板的优选方法。然而，用于显示器的玻璃板需要满足苛刻的条件，包括表面纯净、非常平整以及厚度均匀。玻璃板中存在的缺陷，如气体和/或固体夹杂物，通常是不利的。

概述

因此，本发明第一方面提供了将熔融材料从具有输出端的输送管送至具有输入端的接收容器的方法。该方法包括：(A)设置输送管和接收容器，使输送管输出端与接收容器输入端之间存在空隙，熔融材料从输送管输出端出来，并进入接收容器输入端，不会从接收容器输入端溢出；(B)将熔融材料送入输送管，使熔融材料从输送管流入接收容器；以及(C)加热存在于空隙中的熔融材料，促使其流动。

在本发明第一方面的一些实施方式中，熔融材料包括熔融玻璃。

在本发明第一方面的一些实施方式中，输送管是下导管，接收容器是熔拉法中等静压管的输入管。

在本发明第一方面的一些实施方式中，下导管和等静压管的输入管均为圆形，且基本上同心。

在本发明第一方面的一些实施方式中，在步骤(A)中，输送管输出端基本浸没在熔融材料中。

在本发明第一方面的一些实施方式中，在步骤(A)中，输送管输出端没有浸没在熔融材料中。

在本发明第一方面的一些实施方式中，步骤(C)包括将存在于空隙中的熔融材料的温度升高约20℃或更高。

在本发明第一方面的一些实施方式中，熔融材料是导电的，步骤(C)包括给存在于空隙中的熔融材料通电流。

在本发明第一方面的一些实施方式中，通过熔融材料的电流不会引起熔融材料电解。

在本发明第一方面的一些实施方式中，电流是交流电。

在本发明第一方面的一些实施方式中，输送管输出端和接收容器输入端是导电的，步骤(C)包括在输送管输出端与接收容器输入端之间施加电压。

在本发明第一方面的一些实施方式中，加在输送管输出端与接收容器输入端之间的电压是交变电压。

在本发明第一方面的一些实施方式中，输送管输出端与接收容器输入端基本上是同心的。

在本发明第一方面的一些实施方式中，输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙基本上是环形的。

在本发明第一方面的一些实施方式中，输送管输出端和接收容器输入端均包含铂或铂合金。

在本发明第一方面的一些实施方式中，步骤(C)在步骤(B)期间一直进行。

在本发明第一方面的一些实施方式中，步骤(C)在步骤(B)期间间断进行。

在本发明第一方面的一些实施方式中，在熔融材料开始填充输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙之后，立即进行步骤(C)。

在本发明第一方面的一些实施方式中，步骤(C)进行足够长的时间，使得存在于空隙中的熔融材料夹带的夹杂物水平基本上与刚从输送管输出端出来时的熔融材料相同。

在本发明第一方面的一些实施方式中，步骤(C)在熔融材料浸没输送管输出端后进行。

本发明第二方面提供了输送熔融材料的装置。该装置包含：(i)具有输出端的输送管；(ii)具有输入端的接收容器，它能接收从输送管输出端出来的熔融材料，并能与输送管相对设置，使得输送管输出端与接收容器输入端之间存在空隙；以及(iii)能在熔融材料填充输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙时有差别地加热空隙中熔融材料的设备。

在本发明第二方面的一些实施方式中，输送管输出端和接收容器输入端包含导电材料。

在本发明第二方面的一些实施方式中，能够进行差别加热的设备包括AC电源，它适合给填充输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙的熔融材料提供AC电压。

在本发明第二方面的一些实施方式中，输送管输出端延伸到接收容器输入端中。

本发明的一个或多个实施方式具有下面一个或多个优点。第一，通过加热输送管与接收容器之间的凝滞区中的熔融材料，凝滞区中熔融材料的粘度降低了。因此，凝滞区中的熔融材料能够流动，并更容易被从输送管射入接收容器的熔融材料冲走。这就能够缩短因该凝滞区带来缺陷而产生缺陷材料板的时间。第二，在熔融材料中通电流能够以受控方式基本均匀地加热熔融材料。第三，在凝滞区出现缺陷后激活加热过程，就能够启动加热，然后迅速冲走缺陷玻璃。

本发明的其他特征和优点从以下描述和所附权利要求中可以看得很清楚。

附图简述

下述附图显示了本发明的典型实施方式，但不应视作对本发明范围的限制，因为本发明还允许其他等效实施方式。这些图未必是按比例绘制的，出于清楚、简洁的目的，图中某些特征和某些视角可能在比例上放大了，也可能简化了。

图1是制备材料板的示例性装置的示意图。

图2是图1的局部放大图，显示了用于接收来自输送管的熔融材料的接收容器。

图3是图2中沿线3-3的截面图。

图4简要显示了使输送管与图2所示接收容器之间的凝滞材料流动的方法的一个阶段。

图5简要显示使输送管与图2所示接收容器之间的凝滞材料流动的方法的另一个阶段。

详细说明

本发明可用于输送任何熔融材料，包括但不限于玻璃熔体(或熔融玻璃)。本发明可有利地用于输送导电性熔融材料，因为该材料可通过在其中通电流来加热。

在本发明的一个特别有利的实施方式中，本发明用于输送熔融玻璃(或玻璃熔体)。本发明特别有利于输送在处理时具有导电性的熔融玻璃。这种玻璃材料包括但不限于硼铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、组成中包含碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物的其他氧化物玻璃等。

本发明涉及熔融材料的输送。因此，对于熔融玻璃，本发明的输送方法可用于任何玻璃制造技术，包括浮法、压制、轧制、流孔拉制、熔合拉制等，只要是在形成最终确定形状之前，将玻璃从输送管送至接收容器。下面将结合熔合拉制技术中的一些实施方式详细描述本发明。不过，本领域的普通技术人员在了解本申请的内容之后，应理解对本发明作必要改动后，它也适合其他玻璃制造技术。

下面将参照附图详细描述本发明的一些实施方式。在描述这些实施方式时，将会给出若干具体细节，以便完整地理解本发明。但对本领域的技术人员来说显而易见的是，在没有这些具体细节中的部分或全部细节的情况下，本发明也可实施。在其他情况下，众所周知的特征可能未加详述，以免不必要地干扰本发明的核心内容。此外，类似或相同的附图标记用于标明相同或类似要素。

图1是用于形成材料板如玻璃基材料板的装置100的示意图。装置100可以是下面将要描述的装置系统。在一个例子中，装置100包括熔化釜102，它具有接收分批原料106的开口104。熔化釜102内部会产生热或者向其供热，将批料106熔化成熔融材料108。在一个非限制性例子中，熔融材料108是熔融玻璃。在其他非限制性例子中，熔融材料108可以是熔融玻璃-陶瓷或其他类型的熔融玻璃基材料。一般地，熔融材料可以是具有导电性的任何熔融材料。在余下的描述在，将用熔融玻璃作为熔融材料108的例子。装置100可包含澄清釜110，它可接收经导管112来自熔化釜102的熔融玻璃108。在澄清釜110内处理熔融玻璃108，除去气体夹杂物(inclusions)，这些气体夹杂物可能是在熔化釜102中分解批料106时带入熔融玻璃的。如本领域所公知的，气体夹杂物可通过化学澄清法或低压/真空澄清法除去。

装置100可包含搅拌釜114，它可经导管116接收来自澄清釜110的熔融玻璃108。在搅拌釜114内搅拌熔融玻璃108，提高其均一性。装置100包含输送容器118，它可经导管120接收来自搅拌釜114的熔融玻璃108。搅拌釜114内的搅拌器113可帮助滤除送入导管120的熔融玻璃108中的固体夹杂物。输送容器118可在顶部121开口，从而使其中的熔融玻璃108暴露于环境大气。输送管122连接或安装在输送容器118下面。在此位置，输送容器118中的熔融玻璃就能流入输送管122。在一个非限制性例子中，输送管122是下导管。输送容器118可包含锥形部分或碗体119，它使熔融玻璃108在流入下导管122时能够打旋，从而帮助熔融玻璃108保持其均一性。

装置100包含形成釜126。在一个非限制性例子中，形成釜126是等静压管，它可以是熔合拉制机的一个部件。在一个非限制性例子中，形成釜126包含槽128，它具有一般性标示为130的开口，用于接收熔融玻璃108，使其进入槽128。进管124与开口130连接，可用来将熔融玻璃108送入开口130。进管124包含接收容器132，它靠近输送管122，用于接收来自输送管122的熔融玻璃108。在一个非限制性例子中，接收容器132是一根升流管(riser pipe)。形成釜126的槽128接收的熔融玻璃108溢出，沿形成釜126的两侧134(图1中仅一侧可见)流下，最终在形成釜126根部136合并成单股熔融玻璃流。将单股熔融玻璃流108拉制成玻璃板。

图2是输送管122与接收容器132之间的界面的放大图。如图所示，输送管122与接收容器132对齐。本文所用术语“对齐”是指输送管122与接收容器132按一定方式设置，使得熔融材料从输送管122出来后，能进入接收容器132，一般不会溢出并沿接收容器132两侧往下流。在一个非限制性例子中，这种对齐包括接收容器132的输入端140接住输送管132的输出端138。这要求输出端138的外径小于输入端140的内径。输出端138接入输入端140时，它与输入端140可同心，也可不同心。在一个非限制性例子中，输送管122和接收容器132的横截面是圆形的。在图2所示设置方式中，在输送管122输出端138与接收容器132输入端140之间限定了空隙142。图3简要显示了空隙142的横截面图。空隙142可以是环形的。回到图2，空隙142未密封，与接收容器132内部连通。因此，接收容器132接收的熔融玻璃108通过空隙142暴露于环境大气。

在制造片状玻璃时，熔融玻璃108可能会因多种原因而截留小泡(blister)。上游处理步骤，如玻璃熔化、澄清和匀化，不可避免地会给从输送管122送入接收容器132的玻璃带入一些气体和/或固体夹杂物。此外，由于接收容器132中的熔融玻璃108接触难熔材料和环境大气，它可能会受到能引起小泡的颗粒物或固体夹杂物的污染。

虽然熔融玻璃108从输送管122流入接收容器132，但是部分熔融玻璃108可能进入空隙142并留在空隙142中，直至循环回到接收容器132中的主玻璃流108里。由于熔融玻璃108a循环回到主玻璃流108里，所以熔融玻璃108a里的任何缺陷也将循环回到主玻璃流108中。若空隙142中的熔融玻璃108a是凝滞的，上述缺陷将以缓慢的速率渗出空隙142，例如在7-10天的时间里。在此延长的渗出时间里，所产生的玻璃板将具有缺陷，导致生产损失。凝滞玻璃中的高浓度缺陷会转移至所制造的大量玻璃产品中，使其具有高到不可接受的水平的缺陷。因此，使空隙142中的凝滞熔融玻璃流动将是非常有益的，这样就能最大程度减少这种有缺陷的玻璃产品。

为说明问题，参见图2，使输送管122与接收容器132之间的空隙142里的凝滞玻璃流动的常规程序是相对于接收容器132抬高输送管122，或者相对于输送管122降低接收容器132，使输送管122的输出端143高于接收容器132里的玻璃线145。这种抬高输送管122或降低接收容器132的动作导致空隙142里的熔融玻璃108a流动，使空隙142里的熔融玻璃108a更快地循环回到接收容器132里的主玻璃流108中。当空隙142里的熔融玻璃循环回到主玻璃流108中之后，将输送管122的输出端143重新浸入接收容器132中的熔融玻璃108里。

然而，上述使凝滞玻璃流动的常规程序伴有风险。例如，若玻璃板形成方法涉及富含氧化锆的玻璃，则发现富含氧化锆的玻璃进入空隙142并凝滞不动。富含氧化锆的玻璃长时间停留，与玻璃温度因素一起使其发生析晶作用，形成次级锆石夹杂物，缓慢地从空隙142渗入主玻璃流108中。利用上述常规程序使凝滞玻璃流出空隙142。然而，降低接收容器132，使接收容器132里的玻璃液位(glass level)145低于输送管122的输出端143之后不久，所形成的玻璃板里的小泡就增加到使生产线损失持续处于100％的水平。当几天后接收容器132恢复到正常位置时，在随后7天里，小泡随之出现典型的浓度衰减曲线，直至小泡水平达到正常。

本发明提出的使空隙142里的凝滞熔融玻璃流动的方法包括主动加热空隙142里的熔融玻璃108a。如图4和5所示，可连接加热电路150，使之穿过空隙142，用来给空隙142里的熔融玻璃108a供热。可在如图4所示输送管122的输出端143高于接收容器132里的玻璃线145，或者如图5所示输送管122的输出端143低于接收容器132里的玻璃线145时，用加热电路150给空隙142供热。当空隙142里存在熔融玻璃108a时，供给空隙142的热使空隙142里的熔融玻璃108a流动，导致熔融玻璃108a从空隙142流入主玻璃流108，其流速比不给空隙142供热时更快。

在熔融玻璃108从输送管122流入接收容器132时，可间断地给空隙142供热，例如每当发现空隙142中存在有缺陷的凝滞玻璃(或其他熔融材料)时就供热，或者连续供热。在一个非限制性例子中，一旦熔融玻璃108开始从输送管122流入接收容器132就给空隙142供热，然后有选择地供热。在一个非限制性例子中，一旦熔融玻璃108开始填充空隙142就开始给空隙142供热。在一个非限制性例子中，给空隙142供热，直到空隙142中的熔融玻璃达到与接收容器132里的本体熔融玻璃108基本上相同的缺陷水平，例如夹杂物水平。在一个非限制性例子中，当输送管122的输出端143浸没到接收容器132里的熔融材料108当中之后，给空隙142供热。在一个非限制性例子中，供给空隙142的热基本上限定在空隙142中，使得接收容器132里的熔融玻璃108的总体温度没有显著升高。在一个非限制性例子中，热均匀分布在空隙142中。

加热电路150可通过多种方式实现。在一个例子中，加热电路150包含交流电(AC)电源152。交流电的优点是在大电流密度下，玻璃熔体不会发生电解，电解会使玻璃中产生气泡及其他不利的小泡。另一方面，直流电流(DC)容易电解玻璃熔体，还原或氧化一些玻璃成分，导致玻璃中产生小泡和/或夹杂物，例如O₂夹杂物。在AC电源152与输送管122之间构建连接154。若难以或不方便直接构建连接154至输送管122，则可代之以在AC电源152与输送容器118之间构建连接154。在输送管122与输送容器118接触的情况下，与输送容器118构建的连接就如同与输送管122构建的连接。同样在接收容器132与AC电源152之间构建连接158。连接158可以是接地线。在一个例子中，输送管122和接收容器132由能导电的材料制成。在另一个例子中，至少输送管122的输出端138和接收容器132的输入端140是用导电材料制成的。在一个非限制性例子中，至少输送管122的输出端138和接收容器132的输入端140是用铂合金制成的。一般地，输送管122和接收容器132的材料是不会与熔融材料108反应的材料。

当玻璃材料刚开始从输送管122送入空接收容器132时，接收容器132里的玻璃线实际上位于接收容器132底部，输送管122的输出端143与接收容器132里的玻璃液位之间的空间相当大。一旦输送管122的输出端与接收容器132底部之间形成熔融玻璃108的连续流，施加在输送管122与接收容器132之间的电压将形成回路，使熔融玻璃108被流动的电流加热。随着接收容器132中的玻璃液位145上升，输送管122的输出端143与接收容器132中的玻璃液位145之间的空间逐渐缩小，如图4所示。最终，输送管122的输出端143将浸没到接收容器132里的熔融玻璃108之中，如图5所示，使熔融玻璃进入空隙142。加热电路150提供的电流将通过空隙142中的所有熔融玻璃108a。

参见图5，随着熔融玻璃从输送管122流入接收容器132，更多新鲜的熔融玻璃将被从输送管122的输出端143注射到接收容器132中的玻璃线145。若不对空隙142中的熔融玻璃108a进行主动加热，空隙142中的熔融玻璃108a将相对凝滞，也就是不大容易被引入接收容器132的新鲜玻璃流冲走。通过在空隙142里的熔融玻璃108a中通电流，例如利用加热电路150，可将空隙142里的熔融玻璃108a加热至高温，使其具有低粘度，这样，下面的熔融玻璃流冲走熔融玻璃108a将容易得多。

一般地，电流将从AC电源152流到输送管122，沿输送管122向下，通过环状空隙142里的熔融玻璃108a，经接收容器132穿出。在一个例子中，加热电路150中的AC电流主要作用于空隙142，从而将所供热量基本上限制在空隙142。因为空隙142中的玻璃具有较高的局部电阻，所以大部分电能将被分配到空隙142中。因为空隙142中熔融玻璃108a的质量小，所以在短时间内就能非常快地加热该物质。加热空隙142中的熔融玻璃所需的电压大小取决于空隙142中熔融玻璃的电阻，它反过来取决于输送管122在接收容器132里的熔融玻璃108中浸入的深度。在一个例子中，给空隙142供热包括将空隙142中熔融玻璃的温度升高约20℃或更高，在一些实施方式中升高至少25℃，在一些实施方式中升高至少30℃，在一些实施方式中升高至少40℃，在一些实施方式中升高至少50℃。

可采用其他方法给空隙142供热，或者有差别地加热空隙142里的熔融玻璃108a。例如，可在空隙142中设置用合适材料制成、不与熔融玻璃108反应的电阻丝环，用来加热熔融玻璃108a。该电阻丝可连接到合适的电源上，用来给空隙142供热。也可采用其他方式加热空隙142中的熔融玻璃108a，如感应加热。

尽管已经结合有限的实施方式描述了本发明，但了解本发明益处的本领域的技术人员将会理解，可设计其他实施方式，只要它们不背离本文所公开的本发明范围。因此，本发明范围应仅受限于所附权利要求。

Claims (24)

1.一种将熔融材料从具有输出端的输送管送至具有输入端的接收容器的方法，其包括：

(A)设置输送管和接收容器，使输送管输出端与接收容器输入端之间存在空隙，熔融材料从输送管输出端出来，并进入接收容器输入端，不会从接收容器输入端溢出；

(B)将熔融材料送入输送管，使熔融材料从输送管流入接收容器；以及

(C)加热存在于空隙中的熔融材料，促使其流动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融材料包括熔融玻璃。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输送管是下导管，所述接收容器是熔合拉制法中等静压管的输入管。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下导管和等静压管的输入管均为圆形，且基本上同心。

5.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，输送管的输出端浸没在熔融材料中。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，输送管的输出端没有浸没在熔融材料中。

7.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)包括将存在于空隙中的熔融材料的温度升高约20℃或更高。

8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述熔融材料是导电性的，步骤(C)包括使电流通过存在于空隙中的熔融材料。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过熔融材料的电流基本上不会引起所述熔融材料电解。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述电流是交流电。

11.如权利要求8-10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述输送管输出端和所述接收容器输入端是导电性的，步骤(C)包括在所述输送管输出端与所述接收容器输入端之间加电压。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，加在所述输送管输出端与所述接收容器输入端之间的电压是交变电压。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输送管的输出端与所述接收容器的输入端基本上同心。

14.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述输送管输出端与所述接收容器输入端之间的空隙基本上是环形的。

15.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述输送管输出端和所述接收容器输入端均包含铂合金。

16.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)在步骤(B)过程中连续进行。

17.如权利要求1-15中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)在步骤(B)过程中间断进行。

18.如权利要求1-15中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)在所述熔融材料开始填充所述输送管输出端与所述接收容器输入端之间的空隙之后立即进行。

19.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)进行的时间足够使得存在于所述空隙中的所述熔融材料所夹带的夹杂物水平基本上与刚从所述输送管出输出端出来的熔融玻璃相同。

20.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(C)在所述熔融材料浸没所述输送管输出端之后进行。

21.一种输送熔融材料的装置，其包括：

(i)具有输出端的输送管；

(ii)具有输入端的接收容器，它能接收从输送管输出端出来的熔融材料，并能与输送管相对设置，使得输送管输出端与接收容器输入端之间存在空隙；以及

(iii)能在熔融材料填充输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙时有差别地加热空隙中熔融材料的设备。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述输送管输出端和所述接收容器输入端包含导电材料。

23.如权利要求21或22所述的装置，其特征在于，所述设备(iii)包含AC电源，它适合于给填充输送管输出端与接收容器输入端之间的空隙的熔融材料提供AC电压。

24.如权利要求21-23中任意一项所述的装置，其特征在于，所述输送管输出端延伸至接收容器输入端中。

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