CN102372416B - 使玻璃熔体均匀化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明针对一种减少由于氧化物材料而造成的搅拌装置中玻璃熔体的杂质的方法。氧化物材料(例如，氧化铂)可因所述玻璃熔体的高温而挥发，然后冷凝在搅拌容器的内表面上，尤其是冷凝在搅拌器轴上和搅拌容器盖的环绕表面上。然后聚集的冷凝氧化物材料可脱离并回落到所述玻璃熔体中。因此，所提供的装置和方法包括邻近于所述搅拌容器盖和所述搅拌器轴之间的环形间隙布置的加热元件。所述加热元件加热所述搅拌容器盖的限定所述环形间隙的表面，并且阻止可流动穿过所述环形间隙的挥发性氧化物的冷凝。

Description

使玻璃熔体均匀化的方法和装置

要求在先提交的美国申请的权益

本申请要求于2010年8月23日提交的第12/861,313号美国申请的优先权权益。该美国申请的内容，以及在本文中提及的公开文本、专利和专利文件的全部内容以参引的方式纳入。

技术领域

本发明总体涉及一种用于减少玻璃熔体中杂质的方法，更具体地涉及减少在玻璃搅拌过程中冷凝形成的杂质。

背景技术

化学均匀性和热均匀性是良好的玻璃形成过程的一个关键部分。玻璃熔融过程的功能通常是产生具有可接受水平的气体夹附物或固体夹附物的玻璃，但是所述玻璃通常具有化学不同相的线状缺陷(cord)(或者波筋(striae)或疵点(ream))。玻璃的这些不均匀组分是由熔融过程期间的各种普通现象所造成的，这些现象包括耐火溶解、熔融成层、玻璃表面挥发和温度差异。由于颜色和/或折射率(index)差异，所生成的线状缺陷在玻璃中是可见的。

一种用于改进玻璃均匀性的方法是使玻璃液通过位于熔炉下游的竖直取向的搅拌装置。所述搅拌装置设有搅拌器，所述搅拌器具有通过合适的驱动力(例如，电机)所旋转的中心轴。多个叶片从所述轴延伸，并且随着玻璃液从搅拌装置的顶部到达底部，所述叶片搅和玻璃液。所述搅拌腔的运行不应当将另外的缺陷(尤其是由冷凝的氧化物所引起的缺陷)引入所生成的玻璃中。

玻璃搅拌装置中的挥发性氧化物可由玻璃以及搅拌装置中存在的任何元素形成。一些最具挥发性和破坏性的氧化物由铂(Pt)、砷(As)、锑(Sb)、硼(B)和锡(Sn)形成。玻璃熔体中可冷凝氧化物的主要来源包括PtO₂的热铂表面，以及B₂O₃、As₄O₆、Sb₄O₆和SnO₂的玻璃自由表面。玻璃自由表面的意思是暴露至搅拌装置内的大气的玻璃表面。由于玻璃自由表面上方的大气(所述大气可包含前述材料中任一或全部，或其他挥发性材料)比搅拌装置外部的大气更热，对于自由玻璃表面上方的大气，存在穿过任何开口(例如，穿过搅拌器轴和搅拌容器盖之间的环形空间)向上流动的自然趋势。由于随着搅拌器轴和玻璃自由表面之间的距离增大搅拌器轴变得更冷，如果所述轴和/或盖的温度在所述氧化物的露点以下，则搅拌装置大气内所包含的挥发性氧化物可冷凝在所述轴的表面上。当所生成的冷凝物达到临界尺寸时，它们可脱落，落入玻璃中，并且造成玻璃产品中的夹附物或气泡缺陷。

已证明，加热玻璃自由表面上方的轴在减少玻璃熔体中的颗粒杂质方面仅仅取得部分成功，仅造成冷凝的成层。

一种通过冷凝物来减少玻璃熔体中的杂质的现有方法为在玻璃自由表面和搅拌腔的上部之间放置圆盘状罩。然而，所述方法使得难于例如通过加热玻璃上方的腔盖来控制玻璃自由表面的温度。此外，在罩和搅拌器轴之间的接合部可能成为冷凝物杂质的额外来源。

发明内容

在一个实施方案中公开了一种用于搅拌熔融态玻璃熔体的装置10，该装置包括：搅拌容器12，以及，定位在搅拌容器上方的搅拌容器盖14，搅拌容器盖14的表面40限定搅拌器轴24延伸穿过的孔38，从而在搅拌器轴24和搅拌容器盖14的孔限定表面40之间形成环形间隙52；第一通道48，其在搅拌容器盖14的所述孔限定表面40处形成；以及，被布置在所述第一通道中的第一加热元件56，其加热所述孔限定表面。

搅拌容器盖14可进一步包括第二通道60，所述第二通道包括布置在其中的热电偶58，以及其中热电偶的感测末端62邻近于所述孔限定表面40。所述热电偶的感测末端优选地被定位为感测所述搅拌容器盖的邻近于所述环形间隙的温度。

在一些实施方案中，包含铂的包层可被布置在所述搅拌容器盖的面向玻璃液30的自由表面28的表面34上。所述搅拌容器盖进一步包括在所述搅拌容器盖的面向玻璃液30的表面34中形成的另一通道44，以及其中第二加热元件42被布置在所述另一通道44中。

在另一实施方案中，描述了一种搅拌玻璃液30的方法，包括：使所述玻璃液流入搅拌容器12；使用延伸穿过孔38的搅拌器16来搅拌所述玻璃液，所述孔由位于所述搅拌容器上方的搅拌容器盖14的表面40所限定，从而在搅拌器16和搅拌容器盖14之间形成环形间隙52；以及使用邻近于孔限定表面40的加热元件来加热搅拌容器盖14的所述孔限定表面40。

该方法可进一步包括使用布置在所述搅拌容器盖14内的热电偶58来感测所述环形间隙52内的温度。然后所感测到的温度可被用于控制供应至所述加热元件的电流的大小，从而调节所述孔限定表面的温度以及在所述表面40和所述搅拌器轴24之间的所述环形间隙52的温度。

在以不暗含限制的方式、参考附图给出的以下解释性描述过程中，将更加容易理解本发明，以及本发明的其他目的、特征、细节和优点将更加明显。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的一种示例性搅拌装置的横截面视图，示出了搅拌容器盖和环形间隙加热元件。

图2是图1的搅拌容器盖的一个实施方案的立体图，所述搅拌容器盖由两个部分形成。

图3是图2的搅拌容器盖的一个部分的立体图，示出了：限定所述盖的中心孔的表面中的一个通道，用于加热所述表面；以及，形成在所述盖的底部表面的通道，用于接收盖底部的加热元件。

图4是根据本发明的一个实施方案的搅拌容器盖的一部分的横截面视图，示出了图3的包含底部表面加热元件的通道，以及所述盖的孔限定表面，并且进一步示出了布置在所述盖的表面上的金属包层材料。

图5是根据本发明的另一实施方案的搅拌容器盖的一部分的横截面视图，示出了图3的包含底部表面加热元件的通道，以及所述盖的孔限定表面，其中处于搅拌容器的孔限定表面的表面处的通道位于中间位置而非所述盖的上部边缘部分。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施方案的、用于实施使玻璃熔体均匀化的方法的一种示例性装置。图1的搅拌装置10包括搅拌容器12、搅拌容器盖14和搅拌器16。

搅拌容器12优选是圆柱体形状和大体竖直取向的，尽管根据需要，搅拌容器可具有其他形状和取向。优选地，搅拌容器包括内表面18，所述内表面18包括铂或铂合金。可替代地使用具有抗高温性、包括抗腐蚀性以及电导性的其他材料。例如，用于形成内表面18的合适金属可包括其他铂族金属，例如铑、铱、钯、钌、锇及其合金。搅拌容器12包括：玻璃液入口管20，其位于搅拌容器12的顶部处或顶部附近；以及，玻璃液出口管22，其位于所述搅拌容器的底部附近。然而，本领域普通技术人员应意识到，在一些实施方案中，入口管20和出口管22可颠倒，使得所述玻璃液从所述搅拌装置的底部流入所述搅拌容器以及穿过所述搅拌容器的顶部流出。只要实现了充分搅拌(即，所期望的均匀度)，还可采用中间位置用于入口管和出口管。

搅拌器16包括搅拌器轴24和从搅拌器轴24延伸的多个搅拌叶片26。在所述搅拌装置的运行期间，搅拌叶片26通常浸没在玻璃液30的自由表面28下方。玻璃液表面温度通常在约1300℃至1500℃的范围内，但是取决于玻璃成分可更高或更低。搅拌器16优选地包括铂，并且可以是铂合金或弥散强化铂(例如，氧化锆强化铂合金)。

搅拌容器盖14覆盖搅拌容器12的上部开口末端，并且包括上表面32和下表面34。下表面34可进一步包括位于下表面34上的包层材料36(参看图4)，以保护下表面34免受玻璃液的自由表面上方的腐蚀性大气的伤害。例如，下表面34可包括铂或铂合金(例如，铂铑)包层。搅拌容器盖14限定延伸穿过所述搅拌容器盖的厚度的孔38(图2)，搅拌器轴24延伸穿过所述孔。孔38由搅拌容器盖14的孔限定表面40所限制。在一些实施方案中，搅拌容器盖14可由多个部分形成，以便于容易地移除和更换所述搅拌容器盖，例如在搅拌装置的重装过程中。例如，在图2中示出的实施方案中，示出的搅拌容器盖14具有两个部分，即搅拌容器的第一盖部分14a和搅拌容器的第二盖部分14b。

如图3和图4中最佳示出的，搅拌容器盖14还可包括嵌入在搅拌容器盖的下表面34处的一个或多个加热元件42。加热元件42(通常是金属线圈、金属棒或金属条的形式)被布置在搅拌容器盖14的下表面34中形成的一个或多个通道44中。在一些实施方案中，下表面34包括单个加热元件42延伸穿过的单个通道44。例如，所述通道可形成大体螺旋形状。然而，单个加热元件42的使用仅便于制造和维修，以及可采用布置在一个或多个通道44中的多个加热元件。在搅拌容器盖14由一个或多个部分形成的情况下，至少两个加热元件42被布置在至少两个通道44中，每一部分具有至少一个通道，这简化了搅拌盖部分的移除。所述一个或多个加热元件42可通过耐火水泥46被固定在通道44内。

搅拌容器盖14进一步包括在孔38的至少一部分周围形成的第二通道48。即，通道48在限定孔38的搅拌容器盖14的至少一部分中形成。通道48优选地定位为邻近孔38的上部且邻近上表面32，所述孔的上部在搅拌装置的运行期间最远离玻璃液的表面。由于搅拌容器12内以及玻璃液自由表面28上方的内部大气50的温度显著高于搅拌装置10外的外部大气51的温度，产生了烟囱效应，热气体从内部大气50穿过由搅拌器轴24与搅拌容器盖14的孔限定表面40所形成的环形间隙52排出。这些气体可包括来自玻璃液自身的挥发材料，或者来自搅拌器和/或搅拌容器的挥发材料(例如，铂)。这些挥发材料可冷凝在搅拌容器盖的表面上，并且如果允许这些挥发材料充分长大，它们会脱落并且夹带在玻璃液中。

当然，通道48可位于孔38内的任何竖直位置处(图5)。然而，在不存在任何其他的热源的情况下，搅拌容器盖14的最远离热玻璃液的那些部分比搅拌容器盖的接近玻璃液的那些部分更冷，以及所述孔的上部区域(reach)趋向于最冷。因而，冷凝物更有可能形成在所述孔的上部区域附近的搅拌容器盖表面，最远离玻璃液表面。这些搅拌容器盖表面可包括限定孔38的表面40，以及搅拌容器轴24在孔38内的表面。为加热这些表面，一个或多个加热元件56被定位在通道48内，以加热表面40和延伸穿过孔38的搅拌器轴24的外表面。为了稳定所述一个或多个加热元件56，耐火水泥46可被包括在通道48中，以保持所述加热元件就位。此外，铂或铂合金的包层被布置在搅拌容器盖的部分上，使得通道48和该通道内的加热元件56被包层所覆盖。所述包层可以是在下表面34上所形成的包层36的延伸。如在此所使用的，孔限定表面40是搅拌容器盖自身的耐火材料的表面，或者在包层材料被布置在耐火表面上的情况下，孔限定表面40是限定所述孔的包层表面。

为了监控环形间隙52处的温度，并且如果期望协助对加热元件56和/或加热元件42进行自动控制，则一个或多个热电偶58可被包括在搅拌容器盖14中。如图4所示，在一些实施方案中，通道60可穿过搅拌容器盖14的内部形成，并且延伸至，或者至少接近延伸至，表面40。即，热电偶优选地未暴露至延伸穿过间隙52的大气，但是足够接近于暴露至所述间隙表面的间隙大气，使得可合理地确定接触间隙52中的大气的表面的温度。热电偶58被布置在通道60中。图4中示出的热电偶通道60包括耐火水泥46，以将热电偶固定在通道60内。然而，由于耐火水泥可干扰热电偶58的温度感测性能，并且使得更换热电偶比较困难，所以如果期望，热电偶通道中可不包括耐火水泥。此外，如图4中所示，包层材料36位于热电偶感测末端62和搅拌器轴24之间。简言之，可通过与使用包层覆盖加热元件56相似的方式来使用包层材料36覆盖热电偶58。

在运行时，通过联动装置(linkage)66联接至搅拌器轴24的电机63使搅拌器16转动。联动装置66可例如包括：链；以及，相关链轮，所述链轮连接至电机和搅拌器轴。通过入口管20供应至搅拌装置10的玻璃液30被搅拌器16搅拌且变均匀，以及通过出口管22流出搅拌装置。通过使用控制电路，可实现对表面40处以及环形间隙52内的温度的控制，如图4中所示。通过热电偶58的感测末端62来感测表面40处的温度。电信号由热电偶生成，并经由线68传送至控制器64。根据预定的转换因子，控制器64将所述电信号解释为温度，并且将所生成的温度与预定的温度设定点比较。如果所感测的温度小于设定点温度，则控制器经由线72控制电源70以通过线74将电流传送至加热元件56。一旦所感测的温度达到所述设定点温度，控制器控制电源以减小或者关闭电流。当然，其他控制方案是可能的，以及前述只是一种实施方法。加热元件42类似地由控制器64经由电源70和线76来控制。

示例性、非限制性实施方案包括：

C1一种用于搅拌玻璃液的装置，包括：搅拌装置，其包括搅拌容器以及位于所述搅拌容器上方的搅拌容器盖，所述搅拌容器盖的表面限定搅拌器轴延伸穿过的孔，从而在所述搅拌器轴和所述搅拌容器盖的所述孔限定表面之间形成环形间隙；第一通道，在所述搅拌容器盖的所述孔限定表面处形成；以及，被布置在所述第一通道中的第一加热元件，其加热所述孔限定表面。

C2根据C1的装置，其中所述搅拌容器盖进一步包括第二通道，所述第二通道包括被布置在所述第二通道中的热电偶，以及其中所述热电偶的感测末端邻近于所述孔限定表面。

C3根据C1或C2的装置，其中包含铂的包层被布置在所述搅拌容器盖的面向所述玻璃液的自由表面的表面上。

C4根据C1至C3中任一项的装置，其中所述搅拌容器盖进一步包括另一通道，所述另一通道在所述搅拌容器盖的面向所述玻璃液的表面中形成，以及第二加热元件被布置在所述另一通道中。

C5根据C1的装置，其中所述搅拌容器盖进一步包括布置在其中的热电偶，以及其中所述热电偶的感测末端被定位为感测所述搅拌容器盖的邻近于所述环形间隙的温度。

C6一种搅拌玻璃液的方法，包括：使所述玻璃液流入搅拌容器；使用延伸穿过一个孔的搅拌器来搅拌所述玻璃液，所述孔由位于所述搅拌容器上方的搅拌容器盖的表面所限定，从而在所述搅拌器和所述搅拌容器盖之间形成环形间隙；以及，使用邻近于所述搅拌容器盖的所述孔限定表面的加热元件来加热所述搅拌容器盖的所述孔限定表面。

C7根据C6的方法，进一步包括使用布置在所述搅拌容器盖内的热电偶来感测所述环形间隙内的温度。

C8根据C7的方法，进一步包括使用所感测到的温度来控制供应至所述加热元件的电流的大小，从而调节所述孔限定表面的温度。

本领域普通技术人员应明了的是，在不背离本发明的主旨和范围的前提下，可对本发明做出各种其他修改和变体。因而，意图是本发明包括本发明的各变型和变体，只要它们落在随附的权利要求以及它们的等价物的范围内。

Claims (7)

1.一种用于搅拌玻璃液的装置，其特征在于，包括：

搅拌装置，其包括搅拌容器以及位于所述搅拌容器上方的搅拌容器盖，所述搅拌容器盖包括第一部分和第二部分，其中所述搅拌容器盖的孔限定表面限定搅拌器轴延伸穿过的孔，从而在所述搅拌器轴和所述搅拌容器盖的所述孔限定表面之间形成环形间隙；

第一通道，其在所述搅拌容器盖的所述孔限定表面处形成；

被布置在所述第一通道中的第一加热元件，其加热所述孔限定表面；

第二通道，其形成在所述搅拌容器盖的所述第一部分的下表面中；

被布置在所述第二通道中的第二加热元件，其加热所述玻璃液的自由表面；

第三通道，其形成在所述搅拌容器盖的所述第二部分的下表面中；

被布置在所述第三通道中的第三加热元件，其加热所述玻璃液的自由表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述搅拌容器盖进一步包括热电偶通道，所述热电偶通道包括被布置在所述热电偶通道中的热电偶，以及所述热电偶的感测末端邻近于所述孔限定表面。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，包含铂的包层被布置在所述搅拌容器盖的面向所述玻璃液的自由表面的表面上。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述搅拌容器盖进一步包括被布置在所述搅拌容器盖中的热电偶，以及所述热电偶的感测末端被定位为感测所述搅拌容器盖的邻近于所述环形间隙的温度。

5.一种搅拌玻璃液的方法，其特征在于，包括：

使所述玻璃液流入搅拌容器；

使用延伸穿过一个孔的搅拌器来搅拌所述玻璃液，所述孔由位于所述搅拌容器上方的搅拌容器盖的孔限定表面所限定，从而在所述搅拌器和所述搅拌容器盖之间形成环形间隙，其中所述搅拌容器盖包括第一部分和第二部分；以及

使用邻近于所述搅拌容器盖的所述孔限定表面的第一加热元件来加热所述搅拌容器盖的所述孔限定表面；以及

使用第二加热元件和第三加热元件来加热所述玻璃液的自由表面，其中：

所述第二加热元件位于所述搅拌容器盖的所述第一部分的下

表面上的第二通道中；以及

所述第三加热元件位于所述搅拌容器盖的所述第二部分的下

表面上的第三通道中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括使用布置在所述搅拌容器盖内的热电偶来感测所述环形间隙内的温度。

7.根据权利要求5或6所述的方法，进一步包括使用所感测到的温度来控制供应至所述加热元件的电流的大小，从而调节所述孔限定表面的温度。