CN102753490A - 用于减少玻璃制造工艺中冷凝相关缺陷的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及减少玻璃熔融体内由诸如氧化铂颗粒的氧化物颗粒形成的污染物的设备和方法,氧化物颗粒可能冷凝在搅拌腔的内表面上,尤其是搅拌轴上,并落回熔融玻璃内。该设备包括冷凝物收集容器,该冷凝物收集容器围绕搅拌装置的搅拌轴环形布置。收集容器位于占据搅拌腔的熔融玻璃的自由表面上方,并用于收集已形成在搅拌腔盖上和盖本身内的间隙上的任何冷凝颗粒。通过收集冷凝物,可避免否则会通过冷凝物形成的最终玻璃产品内的缺陷。还提供一种搅拌玻璃熔融体的方法。
Description
要求在先提交的美国申请的优先权
本申请要求2009年11月30日提交的美国申请序列号第61/265,060号的权益。该文献的内容和本文提到的公开物、专利和专利文献的全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本发明总体涉及减少玻璃熔融物内污染物的方法,且更具体地涉及减少玻璃搅拌过程期间冷凝形成的污染物。
技术背景
化学和热均匀性是优质玻璃形成操作的关键部分。玻璃熔融操作的功能通常是产生具有可接受气体或固体包含物量的玻璃,但该玻璃通常具有化学不同类相的线(或纹路或折边)。玻璃的这些不均匀成分是熔融过程期间各种正常现象造成的,包括耐火材料分解、熔融物分层、玻璃表面挥发和温度差。由于颜色和/或光学系数差,产生的线在玻璃上可见。
用于改进玻璃均匀性的一种方法是使熔融玻璃穿过位于熔融器下游的垂向定向的搅拌腔。这些搅拌腔装备有搅拌器,搅拌器具有通过适当马达转动的中心轴。多个叶片从轴延伸并用于在熔融玻璃从搅拌腔的顶部向底部穿过时将熔融玻璃混合。本发明涉及这种搅拌腔的操作而不在形成的玻璃内引入其它缺陷,尤其是由冷凝的氧化物产生的缺陷。
玻璃搅拌腔内的挥发性氧化物可由玻璃搅拌腔内存在的任何元素形成。某些最挥发性和有害的氧化物由Pt、As、Sb、B和Sn形成。玻璃熔融物中可冷凝氧化物的主要来源对于PtO2包括热铂表面,对于B2O3,As4O6,Sb4O6和SnO2则包括玻璃自由表面。玻璃自由表面意思是玻璃暴露于搅拌腔内气氛的表面。由于玻璃自由表面上方的气氛(且该气氛可能包含任何或所有前述或其它挥发性材料)比搅拌腔外的气氛热,所以有玻璃自由表面上方的气氛向上流动通过任何开口、诸如通过搅拌器轴与搅拌腔盖之间的环形空间的自然趋势。由于搅拌腔轴随着搅拌器轴与玻璃自由表面之间的距离增加而变冷,所以如果轴和/或盖温度低于氧化物露点,则包含在搅拌腔气氛内的挥发性氧化物会冷凝到轴的表面上。当形成的冷凝物达到它们会脱落的临界大小,则落入玻璃并造成玻璃产品内的包含物或气泡缺陷。
已经证实加热玻璃自由表面上方的轴仅部分成功地减少玻璃熔融物内的颗粒污染物、仅造成冷凝物的分层。
发明内容
在本发明的一较宽方面,提供一种冷凝物收集容器,该冷凝物收集容器附连至玻璃熔融和玻璃制造系统内搅拌腔的搅拌杆。冷凝物收集容器包括环形基部,该环形基部附连有相对于环形基部成预定角度的圆柱壁。冷凝物收集容器容纳在圆筒形搅拌腔内,该圆筒形搅拌腔构造成容纳熔融玻璃。该搅拌腔包括盖,该盖限定穿过其中的通道,搅拌器的轴延伸穿过该盖进入搅拌腔,由此在盖与轴之间形成环形间隙。叶轮叶片附连到轴,并用于高效地使腔内的熔融玻璃混合。
在以下参考附图给出的说明性描述过程中,本发明将更容易被理解且其其他目的、特性、细节和优点也将变得更显而易见,该说明性描述过程并非旨在以任何方式表示限制。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的示例性搅拌腔的剖视图,示出腔盖和冷凝物收集容器。
图2是附连到搅拌器轴的冷凝物收集容器的局部三维图。
图3是示例性冷凝物收集容器的剖视图。
具体实施方式
图1示出用于实践均匀化玻璃熔融体的方法的示例性设备。图1的搅拌腔10包括入口管12和出口管14。在所示实施例中,熔融玻璃通过入口管12流入搅拌腔(如箭头13所示)并通过出口管14流出搅拌腔(如箭头15所示)。搅拌腔10包括至少一个壁16,该至少一个壁16较佳地呈圆柱形并大致垂向定向,但搅拌腔也可具有诸如椭圆或六边形之类的其它形状。较佳地,搅拌腔壁包括内部衬里18,该内部衬里18包括铂、铂合金或分散加固的铂或铂合金(例如氧化锆加固的铂合金)。也可用具有类似耐热特性(包括耐腐蚀)以及导电性的其它衬里材料代替。玻璃入口管12位于搅拌腔10底部或附近,而玻璃出口管14位于搅拌腔顶部附近。但是,技术人员会认识到,入口管12和出口管14可互换,使得熔融玻璃从顶部流入搅拌腔并通过搅拌腔的底部流出。也可采用入口管和出口管的中间位置,只要实现充分搅拌即可(即,所需的均匀化量)。搅拌器较佳地不显著泵吸玻璃穿过搅拌腔,因为产生泵吸效应通常需要高得不可接受的剪切应力。搅拌器和搅拌腔壁较佳地由铂、铂合金或分散加固的铂或铂合金(例如氧化锆加固的铂合金)组成。
搅拌腔10还包括搅拌器20,该搅拌器20包括轴22和从轴朝向搅拌腔的壁16向外延伸的多个叶片24。轴22通常大致垂向定向并可转动地安装成从轴的下部延伸的叶片24至少部分浸入熔融玻璃的自由表面26下方地在搅拌腔内转动。熔融玻璃表面温度通常在约1400℃至1600℃范围内,但根据玻璃成分可更高或更低。搅拌器20较佳地由铂组成,但也可由铂合金或分散加固的铂或铂合金(例如氧化锆加固的铂合金)组成。
如图1所示,搅拌腔10可包括在例如系统停机期间从搅拌腔移除玻璃的排泄管28。附加地(或替代地),搅拌腔可包括选配储槽30。搅拌器20通过适当的驱动器转动。例如,搅拌器20可通过适当的齿轮传动由电动机(未示出)或者由带驱动器转动。
根据本实施例,搅拌腔10由腔盖32覆盖。腔盖32可直接搁置在壁16上,或者高温密封材料可设置在壁与盖之间,且壁与盖之间的密封在任何情况下足以防止盖与壁之间可感知的气体流。盖32还可包括盖加热器34,该盖加热器34用于加热腔盖且因此有助于控制流过搅拌腔的熔融玻璃的自由表面温度。盖加热器34通常包括电阻线圈,该电阻线圈通常包括铂并嵌入腔盖耐热材料内。电阻线圈被供以电流,较佳地是交变电流,但也可施加直流电,由此加热腔盖。腔盖通常离熔融玻璃的自由表面约2英寸(5.08cm)至3英寸(7.62cm)之间,但如果需要该距离可以更大。因此,搅拌腔盖32、搅拌腔壁16与玻璃自由表面26之间限定容积35。
腔盖32还包括搅拌器轴32穿过的通道。通道的内表面可包括形成壳体36的衬里。与搅拌腔的其它部件一样,理想的是壳体36耐受高温和腐蚀性气体以及可能从熔融玻璃产生的冷凝物造成的腐蚀。壳体36通常包括铂或铂合金。穿过腔盖通道的轴22形成轴22的外表面与通道的内表面之间的环形间隙38,如果采用壳体36的话,该环形间隙形成在轴的外表面与壳体的内表面之间。为了避免混淆,下文将仅涉及壳体的内表面,但应当诠释在适用的情况下为表示两种情况。冷凝物(例如铂)形成在限定环形间隙38的表面上。一旦冷凝物达到一定大小,其将脱落并落入玻璃熔融体26,由此形成最终玻璃产品中的缺陷。轴22在腔盖32上方的部分由包含耐热材料的轴加热器40围绕。轴加热器40,与盖加热器34的情况一样,较佳地包括耐热元素。加热元件较佳地包括铂,但可以是铂合金。
隔热层42设置在腔盖32顶上。隔热层44类似地围绕轴加热器46。环形间隙38消除转动轴与壳体、加热器、绝缘体和盖之间的接触。
可选地,至少一个流动管50可从外部搅拌腔10延伸到搅拌腔10的内部,即延伸到容积35。流动管可用来使气体沿搅拌轴流动,由此减少挥发性氧化物沿轴的冷凝。
在搅拌器轴上,盖32下方且熔融玻璃26上方定位有冷凝物收集容器40。容器包含环形平坦底部41,该底部大致垂直于搅拌轴22放置。冷凝物收集容器还包括围绕外周垂向定向的侧壁43。底部41和侧壁43的组合用于包含可能形成在环形间隙38的内表面上并已随后脱落的任何铂或其它冷凝物。在一实施例中,底部面积超过环形间隙38的横截面面积。在另一实施例中,从轴的外表面到冷凝物收集容器的周界壁的距离在0.5-2英寸之间。侧壁的高度可以是任何距离,但在一实施例中,范围从0.25英寸至1英寸。
如冷凝物收集容器40的断开三维视图(图2)中可以看到的,环形底部与轴平齐并围绕该轴。周向侧壁限定容器的外边界。没有顶部,从而从上方掉落的冷凝物会着落并容纳在由环形底部41与周向侧壁43限定的容器内。冷凝物收集容器40可用任何数量的方式附连至轴,但在一实施例中,沿指定长度形成与轴22接触的套环45。套环45可焊接或以其它方式结合到轴。在一实施例中,冷凝物收集容器通过将两个半环形部分连结并沿直径焊接线47焊接在一起而组装到轴上。
图3是示例性冷凝物收集容器40的剖视图。在一实施例中,底部与外周壁之间的角度θA可在90-120度之间。在较佳实施例中,底部与外周壁之间的角度θA为100度。由于套环45与搅拌器轴22平齐,所以底部与套环之间的角度θB会与轴的外壁的角度一致。在一实施例中,角度θB在85-90度之间。
冷凝物收集容器可由已知能够承受搅拌腔内存在的温度类型的材料制成。例如,冷凝物收集容器可由铂组成,但也可以是铂合金或分散加固的铂或铂合金(例如氧化锆加固的铂合金)。
运行时,冷凝物收集容器将逐渐收集如前所述从环形间隙脱落的冷凝的铂冷凝物。当拆卸玻璃制造系统以进行维护程序时,取出容器内的冷凝物并丢弃或回收。
对本领域技术人员显而易见的是,可对本发明做出各种其它修改和变化而不偏离本发明的精神和范围。因此本发明旨在覆盖本发明的修改和变型,只要这些修改和变型在所附权利要求及其等价物的范围内。
Claims (20)
1.一种用于搅拌和容纳熔融玻璃的搅拌腔,所述搅拌腔作为玻璃制造系统的一部分,并包括:
至少一个壁和盖,所述盖具有穿过所述盖的通道;
搅拌器,所述搅拌器包括延伸穿过盖通道的轴,由此在所述轴与所述盖之间形成环形间隙;
所述熔融玻璃的自由表面上方的容积;以及
冷凝物收集容器,所述冷凝物收集容器位于所述熔融玻璃的所述自由表面上方,并具有大致垂直于所述搅拌器轴布置的平坦环形底部和垂向定向侧壁,所述底部具有周界,所述侧壁与所述周界直接连接,所述底部和所述侧壁以90至120度之间的角度相交。
2.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,由所述底部与所述侧壁相交形成的角度为100度。
3.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,所述冷凝物收集容器还包括将所述容器附连至所述轴的环形套环。
4.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,还包括至少一个气体流动管,所述至少一个气体流动管允许气体流入所述腔并穿过所述容积。
5.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,还包括用于允许熔融玻璃进入所述搅拌腔的入口和用于允许熔融玻璃流出所述腔的出口。
6.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,所述搅拌器还包括从所述轴向外并朝向所述腔的所述壁延伸的叶片。
7.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,所述冷凝物收集容器由铂或铂合金制成。
8.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,所述底部的横截面面积超过所述环形间隙的横截面面积。
9.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,从所述搅拌腔到所述冷凝物收集容器的所述侧壁的距离在0.5至2英寸之间。
10.如权利要求1所述的搅拌腔,其特征在于,所述冷凝物收集容器的所述侧壁的高度为0.25至1英寸之间。
11.一种搅拌玻璃熔融体的方法,包括:
提供:搅拌腔,所述搅拌腔包括至少一个壁和盖,所述盖具有穿过所述盖的通道;搅拌器,所述搅拌器包括延伸穿过盖通道的轴,由此在所述轴与所述盖之间形成环形间隙;所述熔融玻璃的自由表面上方的容积;以及冷凝物收集容器,所述冷凝物收集容器位具有大致垂直于所述搅拌器轴布置的平坦环形底部和垂向定向侧壁,所述底部具有周界,所述侧壁与所述周界直接连接,所述底部和所述侧壁以90至120度之间的角度相交;以及
搅拌所述玻璃熔融体。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述搅拌方法是制造用于液晶显示器(LCD)的玻璃基底的玻璃制造过程的一部分。
13.如权利要求11所述的方法,其特征在于,由所述底部与所述侧壁相交形成的角度为100度。
14.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述冷凝物收集容器还包括将所述容器附连至所述轴的环形套环。
15.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述搅拌腔还包括用于允许熔融玻璃进入所述搅拌腔的入口和用于允许熔融玻璃流出所述腔的出口。
16.如权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:收集冷凝物的步骤,所述冷凝物形成在所述环形间隙内、脱落并落入所述冷凝物收集容器。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括:去除已收集在所述冷凝物收集容器内的所述冷凝物的步骤。
18.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述底部的横截面面积超过所述环形间隙的横截面面积。
19.如权利要求11所述的方法,其特征在于,从所述搅拌腔到所述冷凝物收集容器的所述侧壁的距离在0.5至2英寸之间。
20.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述冷凝物收集容器的所述侧壁的高度为0.25至1英寸之间。
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