CN105246843B - 用于精制熔融的玻璃的方法和设备 - Google Patents

Abstract

批露了用于澄清熔融的玻璃的方法和设备，其增强玻璃的均匀性，避免澄清容器的物理结构受到来自在澄清过程中释放进入气泡的氧的腐蚀影响，以及溶解和分散熔融过程中可能渗透进入熔融的玻璃的耐火材料。在澄清过程中，沿着垂直方向引导熔融的玻璃，同时搅拌和加热该熔融的玻璃到形成氧气泡的温度，从而收集在制造熔融的玻璃时形成的气体。然后沿着非垂直方向引导熔融的玻璃的流动，从而使氧气泡和收集的气体通过玻璃自由表面逃逸进入玻璃自由表面上方的气氛。玻璃自由表面和其上方的气氛从熔融的玻璃的垂直的流上方延伸到澄清容器的出口。

Description

用于精制熔融的玻璃的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2013年01月24日提交的美国临时申请系列第61/756186号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

技术领域

本发明总体涉及用于制造玻璃的方法和设备，具体来说，涉及用于改善熔融的玻璃精制(refining)步骤中的玻璃质量的方法和设备，所述方法制备可用于各种产品的玻璃。

背景

通过在熔融炉中熔融选定的原料成分(批料)来制造玻璃产生一种粘性熔融的材料(下文称为熔融的玻璃)，其后续地形成并冷却成玻璃制品。但是,熔融过程还产生不想要的副产物，如果不从熔融的玻璃去除该副产物，它们可通过玻璃制造过程并在最终制品中作为可见缺陷显现。在气态副产物的情况下，这种缺陷不同地称为种子、气泡或气态包含物。此外，熔融的玻璃中的化学不均匀物可导致某些其它可见缺陷，通常称为细沟、条带或粗线。特别是对于光学质量玻璃，例如用于光学透镜的玻璃或用于平板显示器(例如液晶显示器)的基材，诸如细沟、粗线或种子的缺陷是不可接受的缺陷，其可显著地影响最终制品用于其预期目的的适用性。因此，需要在玻璃制品到达其最终形式之前，去除或防止形成这种缺陷。

概述

熔融批料材料来制备熔融的玻璃的过程产生各种气态副产物。这些气态副产物可溶解于玻璃自身，或可作为气泡分散在玻璃之内。例如，这种气体可包括但不限于CO₂和SO₂。用于去除这些熔融相关的缺陷的方法之一是在初始熔融过程中添加澄清剂,例如砷,锑,锡，铈或硼的氧化物。例如,澄清剂可添加到提供至熔融炉的批料材料。在制造过程的后续步骤中，将熔融的玻璃加热到充分大于初始熔融温度的预定的温度，从而诱导澄清剂通过原子价态改变产生氧气泡。换句话说,还原澄清剂并放出过量的氧。此外,更高的温度降低熔融的玻璃的粘度,使得氧气泡更易于向上地流动通过熔融的玻璃。随着氧气泡通过熔融的玻璃向上移动,熔融产生的气体扩散进入氧气泡并传输到熔融的玻璃的自由的表面,其中把气体释放到自由的表面上方的气氛。

某些玻璃制造过程使用贵金属递送系统来把熔融的玻璃递送到后续的形成设备。对于预期用于光学或要求高光学清晰度的其它精确应用的高纯玻璃而言，尤其如此。与形成氧气泡相关的一个问题是如果这些气泡与由贵金属或贵金属合金形成的某些玻璃加工和精制容器接触任意可观的时间段,容器的内部表面可发生腐蚀。如果任其发展，这种腐蚀可弱化容器壁并最终导致破坏容器。因此,通常对熔融的玻璃进行精制(或通常简单地称为“澄清”)，其中从熔融的玻璃去除气态包含物(气泡)。

此外，还需要匀化熔融的玻璃来去除细沟和粗线，和防止累积停滞玻璃，其是在制造过程中熔融的玻璃的不均匀流动的结果。通常，在澄清过程之后但在熔融的玻璃冷却到其中熔融的玻璃的粘度使得难以搅拌或混合熔融的玻璃的温度之前搅拌或混合熔融的玻璃。但是,存在这种常规过程到底多有效的限制，因为澄清过程下游的熔融的玻璃已经历冷却。

另一个问题涉及容纳在熔融炉之内的熔融的玻璃的高温和腐蚀性质,这可导致当在熔融炉中形成熔融的玻璃时,熔融炉缓慢地溶解于熔融的玻璃。例如,锆氧化物(下文称为氧化锆(zirconia))是可用于构造熔融炉的这样一种陶瓷材料。构成熔融炉的氧化锆可在形成熔融的玻璃时溶解于熔融的玻璃并可在直到过程结束时仍然留在玻璃中，仍然是最终玻璃产品的一个成分。如果氧化锆以低浓度均匀地分散和溶解于熔融的玻璃，则它不会导致显著的问题或影响最终产品。但是,如果氧化锆没有均匀地混合进入和有效地溶解于所有熔融的玻璃,且在离散的位置存在显著浓度的氧化锆,则当熔融的玻璃冷却时，氧化锆可从溶液结晶出来并在最终产品中形成可见缺陷。因此，在匀化之前不能允许发生结晶，因为匀化中的混合去除一旦形成的晶体的作用有限。根据本文所述的实施方式，在玻璃制造过程早期匀化熔融的玻璃,其靠近熔融步骤且在玻璃冷却到其中熔融的玻璃的粘度有害地影响混合效率且允许在玻璃中形成晶体组分的温度之前。

因此,批露了一种在玻璃制造过程中澄清(fining)熔融的玻璃的方法，所述方法包括使熔融的玻璃通过设置在澄清容器和熔融炉之间的第一金属导管从熔融炉流动到金属澄清容器,该澄清容器包含第一部分和第二部分；使熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动通过澄清容器的第一部分；当熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，搅拌该熔融的玻璃；当熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，增加熔融的玻璃的温度；把熔融的玻璃的流动从向上的垂直方向重定向成澄清容器的第二部分中的非垂直方向；和其中澄清容器的第一部分和第二部分中的熔融的玻璃包含连续的自由的玻璃表面，该自由的玻璃表面是与玻璃自由表面上方的气氛的界面，从而使熔融的玻璃中的气体气泡逃逸进入气氛。

在一些实施方式中，所述非垂直方向是水平的方向。

所述搅拌可包含使用旋转元件主动地混合熔融的玻璃。在一些情况下，所述搅拌在熔融的玻璃上提供向上的抽吸(pump)作用。

增加熔融的玻璃的温度的步骤包含使电流流动通过第一部分的壁(即，在该壁之内)。

所述方法还可包括通过设置在澄清容器和搅拌容器之间的第二金属导管使熔融的玻璃从澄清容器流动到设置在澄清容器下游的搅拌容器,其中在第二金属导管之内流动的熔融的玻璃不具有自由的玻璃表面,和在该搅拌容器中搅拌熔融的玻璃。

在另一种实施方式中,描述了一种玻璃加工设备，其包含熔融炉，该熔融炉由耐火材料形成并构造成熔融批料材料以形成熔融的玻璃；金属澄清容器，其包含具有垂直的纵向轴线的第一部分和连接到第一部分并具有非垂直的纵向轴线的第二部分；在熔融炉和澄清容器第一部分之间延伸的第一金属导管，从而熔融的玻璃穿过第一金属导管从熔融炉流动到澄清容器；设置在澄清容器下游的搅拌容器；在澄清容器和搅拌容器之间延伸的第二金属导管，从而熔融的玻璃穿过第二金属导管从澄清容器流动到搅拌容器；设置在第一部分中的搅拌元件，该搅拌元件构造成当熔融的玻璃向上地流动通过第一部分时搅拌熔融的玻璃，以及连接到第一部分的电极，该电极构造成使电流流动通过第一部分的壁。在一些实施方式中，第二部分的纵向轴线可垂直于第一部分的纵向轴线。

搅拌元件可包含可旋转的搅拌器。可旋转的搅拌器可包含,例如,耦合到轴和从轴向外延伸的搅拌元件,其中第一部分的底和延伸元件的最上面的点之间的距离大于第一部分的底和第二部分的壁的内部表面上的最低点之间的距离。搅拌元件可构造成向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。

在一些实施方式中，第一导管的纵向轴线垂直于第一部分的纵向轴线。

在另一种实施方式中，批露了一种用于澄清熔融的玻璃的澄清容器，其包含具有第一纵向轴线的第一部分和具有第二纵向轴线的第二部分,其中第一纵向轴线是垂直的和第二纵向轴线是非垂直的；设置在第一部分之内的搅拌元件；至少一个排放通道(passage)，其延伸通过第二部分的壁从而第二部分的内部体积与第二部分的外部的气氛流体连通；和连接到第一部分的电极，该电极构造成使电流流动通过第一部分的壁。搅拌元件可包含可旋转的搅拌器。在一些实施方式中，搅拌元件构造成当旋转可旋转的搅拌器时，向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。

可旋转的搅拌器可包含耦合到轴和从轴向外延伸的搅拌元件,其中第一部分的底和搅拌元件的最上面的点之间的距离大于第一部分的底和第二部分的壁的内部表面上的最低点之间的距离。

操作时，电极可设置成与电源电连接。澄清容器第一部分和第二部分可包含铂,在一些实施方式中，第二部分的端部与第一部分的壁交叉。

澄清容器的第一纵向轴线可垂直于第二纵向轴线。

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解本发明的性质和特性的总体评述或框架。

所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图简要说明

图1是一种示例玻璃制造设备的主要功能部分的示意图，其包含如本文所述的澄清容器；

图2是根据本发明的实施方式的示例性成形主体的横截面视图；

图3是根据本发明的实施方式的澄清容器的透视图。

图4是根据本发明的实施方式的澄清容器的示意图；

图5是根据本文所述的实施方式的构成澄清容器的移动元件的部分透视图；

图6是根据本文所述的实施方式的构成澄清容器的另一移动元件的部分透视图；

图7是根据本文所述的实施方式的澄清容器的示意图，且包含静止搅拌元件。

详细描述

参考附图，提供实施例来更加详细地描述本发明的实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。提供的实施例和实施方式说明本发明的概念，但不应构造成把本发明限制到本文所述的实施方式。

图1是示例性玻璃制造设备10的示意图。例如，玻璃制造设备10可用来制造用于例如液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示器的平板显示器的玻璃基材。玻璃制造设备10包含熔融炉12,澄清容器14,连接管道16(该连接管道16是在熔融炉12和澄清容器14之间提供流体连通的导管，且熔融的玻璃通过该连接管道16在熔融炉和澄清容器之间流动),搅拌室18,连接管道20(该连接管道20是在澄清容器14和搅拌室18之间提供流体连通的导管，且熔融的玻璃通过该连接管道20在澄清容器14和搅拌室18之间流动),收集容器22,连接管道24(该连接管道24是在搅拌室18和收集容器22之间提供流体连通的导管，熔融的玻璃通过该连接管道24在搅拌室和收集容器22之间流动),下导管26,进口28和成形主体30。

根据一些实施方式,成形主体30是楔形主体，其包含在其上部表面的槽32和沿着线条(即根部36)在汇聚形成表面的下部尖端(apex)相遇的外部汇聚形成表面34,该线条沿着成形主体的底部长度延伸。把来自收集容器22的熔融的玻璃38供应到槽32，熔融的玻璃38在那里从槽溢流，并独立地在汇聚形成表面34上流动。成形主体的横截面视图见图2。熔融的玻璃的独立流动在根部36处结合(即，熔合),由此形成熔融的玻璃的单一连续流动，即玻璃带40，其从粘性液体冷却成弹性固体。牵拉辊42设置在成形主体30下方，并与玻璃带40的边缘部分啮合，从而有助于从成形主体根部牵拉固化中的玻璃带。然后，分离设备(未显示)从玻璃带切割单个玻璃板。尽管上面的实施例描述熔合拉制机器作为整个玻璃制造设备10的一部分,可使用狭缝拉制或类似的机器来取代熔合拉制机器作为成形设备。

熔融炉12和成形主体30通常由耐热耐火材料例如陶瓷材料构成,其能耐受将沉积进入熔融炉12(箭头44)的成分原料(批料)熔融成熔融的玻璃38以及将熔融的玻璃形成为玻璃制品例如玻璃带40所需的温度。形成熔融的玻璃所需的温度可为小于1300℃到大于1550℃,并取决于待制备的玻璃的类型和必备的原材料。例如,当玻璃是硼硅酸盐玻璃时,例如可用于某些显示器玻璃应用，最终熔融温度可为1550℃-1570℃。其它类型玻璃可具有类似或不同的熔融温度。熔融炉中所用的合适的耐火材料的示例包含锆和/或铝的氧化物。

在澄清过程中,通常把熔融的玻璃加热到大于熔融的玻璃在熔融炉之内的温度的温度。例如,对于熔融温度为约1550℃的硼铝硅酸盐玻璃,合适的澄清温度可等于或大于约1600℃,更典型地为约1600℃-约1650℃和在一些实施方式中为约1600℃-约1700℃。随着熔融的玻璃的温度增加，容纳在熔融的玻璃中的一种或更多种澄清剂被还原，于是澄清剂以气泡的方式释放氧。合适的澄清剂包括但不限于砷、锑、锡、铈和铁的氧化物。但是,某些澄清剂例如砷和锑氧化物毒性很大。结果,可选择毒性更小的澄清剂例如氧化锡。

随着通过澄清剂产生氧气泡,氧气泡的浮力导致气泡透过熔融的玻璃上升到玻璃自由表面,于是气泡把容纳的气体释放进入玻璃自由表面上方的气氛。这些气泡用作用于由熔融过程产生的气体(例如CO₂和SO₂)的收集点,于是熔融产生的气体(作为其它气泡的形式或作为溶解的气体的形式)在氧气泡之内累积，增加气泡的尺寸和浮力和促进它们升高到玻璃自由表面。气泡在玻璃自由表面破裂并将密封的气体释放进入玻璃自由表面上方的气氛。然后，释放的气体从澄清容器排放。

应指出，从熔融炉流动的熔融的玻璃不是均匀的。除了存在如上所述的熔融产生的气体以外,从熔融炉流动的熔融的玻璃包含各种热学(例如粘度)和化学不均匀物，它们的存在可在由玻璃制造设备10生产的最终玻璃制品中产生视觉假象(artifact)。此外,熔融的玻璃在流动熔融的玻璃的流的横截面各点处的流动可变化。流动中的这种变化可形成停滞熔融的玻璃的区域，其中该区域的熔融的玻璃以显著低于其它区域熔融的玻璃的速度流动,或者在最坏的情况下，完全不流动。因为停滞，熔融的玻璃的这种区域还可具有不同于总体熔融的玻璃流动的热学和/或化学组成。但是,熔融的玻璃的这种停滞区域可令人意外地牵拉进入熔融的玻璃的总体流动,形成具有热学和/或化学不均匀性的熔融的玻璃的区域。此外,构成熔融炉的耐火材料例如锆或铝氧化物随着时间会缓慢的溶解于熔融的玻璃。如果锆没有充分溶解和在整个熔融的玻璃中均匀分散,锆可在熔融的玻璃中结晶，并影响最终玻璃制品的质量和组成。在一些情况下，对于其预期的特定目的，可使最终玻璃制品变得毫无用处。因此，在制造过程中应充分的均匀化熔融的玻璃。

澄清容器14,搅拌室18,收集容器22,下导管26和其它相关的熔融的玻璃传输导管和容器(例如连接管道16,20,24和进口28)可由贵金属或贵金属合金形成。这种贵金属通常选自铂族金属,包括钌、铑、钯、锇、铱、铂及其合金。例如,贵金属可能是纯铂或铂与一种或更多种其他贵金属如铑或铱的合金。合适的贵金属合金可包含铂-铑合金，其以重量计包含约80％-约90％的铂和约10％-约20％的铑。在一些实施方式中,澄清容器14和连接管道16和20可为具有圆形横截面的管道。用于至少部分澄清容器14的圆形横截面形状促进使用在其中设置的旋转元件。但是,连接管道和澄清容器,或它们的部分可具有其它横截面形状,例如卵形或椭圆形状,其中横截面垂直于容器或连接管道的纵向轴线。例如,当使用被动混合时，可使用非圆形形状。

现在参考图1,3和4,澄清容器14包含第一部分即直接接触连接管道16的上导管46,和第二部分即通道48。上导管46可在澄清容器进口50和上导管出口52之间垂直地延伸。上导管出口52还用作到通道48的进口。通道48向外远离上导管46延伸，并在上导管出口52和澄清容器出口54之间提供流动路径，用于使熔融的玻璃在它们之间流动。在一些实施方式中，在上导管出口52处，通道48的端部与上导管46的壁交叉。在一些实施方式中,上导管46具有垂直的纵向轴线57。在一些实施方式中,通道48具有水平的纵向轴线59。在一些情况下，上导管46和通道48可基本上相互垂直，即纵向轴线57和纵向轴线59之间的角度是90°±5°。还在其他实施方式中,上导管46可为垂直的和通道48可为水平的。因此,在玻璃制造设备10运行时,在熔融炉12中形成的熔融的玻璃38通过连接管道16在澄清容器进口50处流动进入澄清容器14。图4中，熔融的玻璃的流动通过块状箭头53来表示。然后熔融的玻璃向上流动通过上导管46,流出上导管出口52和流动通过通道48到达澄清容器14的出口54并流动进入连接管道20。在一些实施方式中,连接管道16的纵向轴线58平行于连接管道20的纵向轴线60(参见图4),但不必如此。

当熔融的玻璃38向上流动通过上导管46和随后沿着通道48流动时，熔融的玻璃同时在上导管46和通道48之内形成连续的自由的玻璃表面62。如本文所使用,自由的玻璃表面是在澄清容器14中流动的熔融的玻璃的接触气氛64的表面，该气氛64设置在流动熔融的玻璃上方的体积之内且该体积由澄清容器的壁封闭。自由的玻璃表面62是气氛64和熔融的玻璃38之间的界面。应指出，在玻璃制造设备10运行且当熔融的玻璃流动通过连接管道16和连接管道20时，连接管道16或连接管道20都没有自由的玻璃表面。

当熔融的玻璃向上地流动通过上导管时，后续地可在上导管46之内加热来自连接管道16在澄清容器进口50处进入澄清容器14的熔融的玻璃38。例如,可通过设置在上导管46的外部表面上或绕着该表面设置的电阻加热元件(未显示)间接地加热上导管46之内的熔融的玻璃，该电阻加热元件加热上导管和因此加热在上导管之内流动的熔融的玻璃。或者,可通过使由焦耳加热直接地加热上导管的电流流动通过上导管自身，来直接地加热上导管46。例如,可把两个或多个电极66连接到上导管46和/或通道48，从而可从电源(未显示)把电流供应到上导管和/或通道48。在图4所示的实施方式中,把4个电极连接到澄清容器14,包含连接到上导管46的两个电极和连接到通道48的两个电极。在另一种实施方式中,可去除连接到上导管46的最上部的电极66，其中澄清容器包含3个电极66。不管进行间接地还是直接地加热,加热的上导管加热在其中流动的熔融的玻璃，从而熔融的玻璃可取得预定的澄清温度。

根据本文所述的实施方式，还可搅拌向上地流动通过上导管46的熔融的玻璃。例如,如图1所述,可通过移动元件68例如搅拌元件主动搅拌熔融的玻璃，移动元件68设置在上导管46之内且混合和匀化熔融的玻璃。

因为上导管46中的移动元件68设置在其中可进行加热熔融的玻璃和用于澄清过程的产生氧气泡的玻璃制造过程的位置，可放松对搅拌自由的玻璃表面62的担忧。即，在澄清容器下游的加工步骤中，熔融的玻璃可从澄清温度显著地冷却，并因此呈现更高的粘度。随着粘度增加，从熔融的玻璃去除气泡变得更困难。因此,与这种下游的加工步骤相反，在上导管46之内搅拌熔融的玻璃可使用多种选择。

如图1,3和4所示,移动元件68可包含可旋转的轴70和从轴向外延伸并耦合到轴的一个或多个搅拌元件72。轴70从上导管46延伸并耦合到旋转运动的来源，例如液压或电机(未显示)。旋转运动的来源可直接地和间接地耦合到轴70。例如,轴70可直接地耦合到电机轴并与其共线性,或者通过驱动机构(例如齿轮箱和/或链驱动)间接地耦合到电机轴。至少一个搅拌元件可具有各种设计。

在一种实施方式中，搅拌元件72可包含从轴向外延伸的一个或多个叶片，叶片成形为当其向上通过上导管46时搅动、循环或旋转熔融的玻璃。叶片可为平坦的、弯曲的或呈现为了实现预定的混合效率所需的更复杂的形状。例如,图1,3和4中所示的叶片是平坦的，其中叶片的平面平行于轴70的纵向轴线。应指出，轴70的纵向轴线可平行于上导管46的纵向轴线57，并与之一致。移动元件68可设计成具有叶片，该叶片通过靠近上导管46的垂直的壁从而把气泡吹扫远离上导管壁的表面并进入熔融的玻璃的流动的中央。

熔融的玻璃从熔融炉12通过连接管道16到达澄清容器进口50和沿上导管46向上和随后通过通道48流出上导管出口52的流动，是至少部分地通过熔融炉12中的熔融的玻璃施加的压力来实现的,该熔融炉12中的熔融的玻璃的高度水平大于澄清容器14中的熔融的玻璃。但是,熔融的玻璃的移动还可通过使用泵来使熔融的玻璃通过连接管道16从熔融炉12移动和沿上导管46向上和通过通道48移动来实现。因此,除了混合和匀化熔融的玻璃以外,通过主动地促进熔融的玻璃通过上导管的向上的移动，至少一个搅拌元件72还可用来移动和“抽吸(pump)”熔融的玻璃。

在一些实施方式中，轴和搅拌元件可形成为螺杆，其中一个或多个螺旋搅拌元件72沿着轴以适当的缠绕速率螺旋上升并朝向自由的玻璃表面。例如,部分移动元件68见图5,其中多个螺旋搅拌元件72耦合到轴70。或者,可使用单一螺旋搅拌元件。在另一种实施方式中,如图6所示,搅拌元件72可形成为螺旋桨或风扇形式的刀片，其进行取向为熔融的玻璃提供向上的推力，并使熔融的玻璃和氧气泡向上移动至自由的玻璃表面。在图6的实施方式中，刀片的平面不平行于轴70的纵向轴线。

移动元件68的搅拌元件72无需完全浸没在熔融的玻璃38的流动之内,这是澄清容器14下游的混合操作所需要的。在下游混合操作中，延伸穿过自由的玻璃表面的暴露的搅拌元件可导致拍打(lapping)自由的玻璃表面,由此把设置在自由的玻璃表面上方的气体捕集进入熔融的玻璃。如上所述，因为熔融的玻璃从澄清容器向下游移动时发生冷却,澄清容器下游的熔融的玻璃的更高的粘度可使得难以去除这种捕集的气体口袋。

设置移动元件从而至少部分搅拌元件在澄清容器14之内的自由的玻璃表面62处或在自由的玻璃表面62上方，可有利于越过自由的玻璃表面均匀地传播熔融的玻璃中所容纳的气泡,因此增加气泡与熔融的玻璃流动的相互作用。如图4所示,至少部分最上面的搅拌元件72从自由的玻璃表面62向上延伸距离d₁。移动元件68可包含可旋转的搅拌器，其包含轴70和耦合到轴和从轴向外延伸的搅拌元件72,其中移动元件设置在上导管46之内从而澄清容器14的第一部分(上导管46)的底74和搅拌元件72的最上面的点76之间的距离d₂大于上导管46的底74和第二部分(通道48)的壁81的内部表面上的最低点78之间的距离d₃。

如图7所示,在一些其他实施方式中,熔融的玻璃在上导管46之内的搅拌可通过使熔融的玻璃流动越过或透过设置在上导管46之内的静止元件80来实现,其中静止元件80被动地重定向熔融的玻璃的流动,由此促进熔融的玻璃的搅拌和混合。例如,静止元件(例如挡板)可耦合到上导管46的壁的内侧表面并延伸进入熔融的玻璃的流动,其进行取向从而至少在挡板的附件区域内，将本来基本上层流的熔融的玻璃38重定向成非层流。静止组件可限定延伸穿过静止组件的通道，以获得更加湍急的流动。应理解，用于在上导管之内引导熔融的玻璃的这种静止组件可具有获得适当搅拌所需的各种构造，且无需限制熔融的玻璃的流动。在一些实施方式中,可在上导管46之内同时使用移动元件和静止元件。

如上所述，移动元件68,或静止元件80可由贵金属或贵金属合金(例如铂族金属或铂族金属合金)形成,例如纯铂或铂–铑合金。

当熔融的玻璃已经或很快要处于其最高温度和因此最低粘度(例如在澄清容器14之内)时,在熔融炉12的短距离之内搅拌熔融的玻璃,还可：1)消除熔融的玻璃的不均匀流动。没有搅拌的熔融的玻璃趋于在流动的中央流动更快，由此导致沿着流动周界形成停滞玻璃和影响玻璃的质量和一致性；2)消除化学不均匀物，其可导致形成细沟(striae)、条带(striation)或粗线(cord)，而这可导致最终玻璃制品中的最终缺陷,和3)把在熔融过程中可能溶解进入玻璃的陶瓷材料(例如锆和铝氧化物)充分混合进入熔融的玻璃,由此防止这种材料结晶。

在上导管46中搅拌和加热熔融的玻璃还可帮助形成氧气泡,促进它们移动到自由的玻璃表面62，且当上导管的壁是基本上垂直的时不显著腐蚀上导管的壁。当包含氧的气泡接触澄清容器的金属内部表面，或者玻璃制造设备10的由贵金属或贵金属合金构造的其它结构且接触任意时间长度时，金属表面可经历腐蚀。如果任其发展，这种腐蚀可弱化和最终导致结构失效。对于澄清容器而言这尤其是个相关的考虑，因为澄清容器最靠近熔融炉，最有可能具有最多累积的分散在熔融的玻璃之内的气泡。通过使上导管46基本上垂直地取向,通过上导管46向上上升的气体气泡直接地移动最高达到自由的玻璃表面62，且不与上导管的表面接触可观的时间。即，占据上导管46的熔融的玻璃中容纳的气泡通过上导管上升，并在通过自由的玻璃表面释放进入上导管之内的气氛64，且不停留在其贵金属表面上。当熔融的玻璃沿着通道48移动时亦是如此,因为自由的玻璃表面62在通道48的整个长度延伸并与上导管46之内的自由的玻璃表面是连续的。因此,因为在熔融的玻璃穿过澄清容器14的整个时间段内，熔融的玻璃包含从上导管46的上部部分延伸和沿着通道48延伸到达澄清容器14的出口54的自由的玻璃表面,气体气泡将穿过自由的玻璃表面62进入在澄清容器之内的气氛64。

为了消除通过自由的玻璃表面62离开熔融的玻璃和进入气氛64的气体,可通过排放管道84，将气氛64排放到澄清容器14的外部的气氛。可提供排放管道84，其延伸穿过澄清容器的壁(例如壁81)并形成通道，该通道穿过容纳在澄清容器之内的气氛64和澄清容器外部的气氛之间的澄清容器壁。如有需要，排放管道84可连接到污染减轻系统(未显示)。在其他实施方式中,排放管道84可耦合到真空来源，以主动地从气氛64抽吸气体。

例如,可在靠近澄清容器14的下游端部处提供排放管道84,例如靠近澄清容器出口54(例如在通道48上)。还可提供其它排放管道。在一些实施方式中,轴70向上延伸通过设置在上导管46顶部的盖子86。盖子86可由例如绝热的耐火材料例如铝形成。盖子86限定通道，轴70通过该通道延伸，且该通道在轴70和盖子86之间形成间隙88。间隙88可用作澄清容器气氛64之内的气体的额外的排放路径。在一些实施方式中,还可为澄清容器14提供用于把调节气体添加到气氛64的通道。例如,图4显示管道90，其耦合到盖子86和延伸穿过该盖子86到达在澄清容器14(例如上导管46)之内的气氛64，从而可把一种或更多种调节气体添加到气氛64。在一些情况下，调节气体可为惰性气体例如氦气、氩气或其它惰性气体及其组合。

在一些实施方式中，通道48的长度由熔融的玻璃沿着通道48流动时全部或基本上全部的气体气泡通过自由的玻璃表面62逃逸所需的时间决定。气泡通过熔融的玻璃上升的速度,熔融的玻璃38的深度和熔融的玻璃向下流动到通道48的流动速率或平均速度都是可决定气泡到达自由的玻璃表面62和通过其逃逸所需多长时间的因素，因此有助于决定通道48的最小长度。

气体气泡通过熔融的玻璃上升时的速度取决于气泡和熔融的玻璃38之间的密度差异,气泡最小半径(气泡越小，移动越慢)和熔融的玻璃的粘度。基于斯托克思(Stokes)定律的下述或类似公式可用来计算气体气泡通过熔融的玻璃的速度:

其中，ν_B是气泡通过熔融的玻璃上升的速度,η是熔融的玻璃的动态粘度,g是重力常数，a是气泡半径,ρ’是气泡密度和ρ是熔融的玻璃的密度。

因此，为了决定使基本上全部的气泡具有大于预定的最小半径的半径来通过玻璃自由表面逃逸所需的通道48的最小长度x_C,首先使用上述或类似公式决定v_B。接下来，使用下面的速度公式t_B＝x_H/v_B,其中x_H是通道48的底部到玻璃自由表面的距离，来决定气泡从通道48的底部移动到玻璃自由表面的时间t_B。然后，使用该公式的另一变量x_C＝v_Gt_B计算所需的用于通道48的最小长度,其中v_G是通道48中的熔融的玻璃的平均流动速度。这假定通道48中的熔融的玻璃具有稳态的流动速率，且压力没有显著改变，以及通道的构造是基本上均匀的。

当熔融的玻璃在澄清容器出口54处排出澄清容器14时，熔融的玻璃通过连接管道20流动到下游搅拌室18,在那里可对熔融的玻璃38进行额外的匀化。搅拌室18包含搅拌容器92和在其中可旋转地安装的搅拌器94。搅拌器94可包含轴96和耦合到该轴的多个搅拌元件98(例如叶片或刀片)，其混合和匀化熔融的玻璃。如图7所示,熔融的玻璃可通过搅拌室18向下流动。搅拌器94可设计成设置的流动中性搅拌器，从而搅拌元件在旋转时不赋予流动通过搅拌室18的熔融的玻璃可观的抽吸作用。此外，搅拌元件98在第二自由的玻璃表面100下方具有足够的距离，从而当熔融的玻璃流动通过搅拌室18时，搅拌器94不打乱第二自由的玻璃表面100。第二自由的玻璃表面100是熔融的玻璃38和容纳在搅拌容器92之内且在熔融的玻璃上方的第二气氛之间的界面。此外,因为流动通过搅拌室18的熔融的玻璃比流动通过澄清容器14的熔融的玻璃更冷,流动通过搅拌室18的熔融的玻璃的粘度大于流动通过澄清容器14的熔融的玻璃的粘度。因此，沿着熔融的玻璃38的流动路径的搅拌室18的位置至少部分地通过搅拌器94所能有效搅拌的最大粘度决定。

一旦熔融的玻璃排出搅拌室18,熔融的玻璃流动到收集容器22，在那里该熔融的玻璃被下导管26引导至成形主体30,熔融的玻璃可在那里形成为玻璃带40。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (20)

1.一种在玻璃制造过程澄清熔融的玻璃的方法，所述方法包括:

使熔融的玻璃通过第一金属导管从熔融炉流动到金属澄清容器,该第一金属导管设置在所述澄清容器和所述熔融炉之间，该澄清容器包含第一部分和第二部分；

使所述熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动通过所述澄清容器的第一部分；

当熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，搅拌该熔融的玻璃；

当所述熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，增加熔融的玻璃的温度；

把所述熔融的玻璃的流动从向上的垂直方向重定向成在所述澄清容器的第二部分中的非垂直方向；和

其中，所述澄清容器的第一部分和第二部分中的所述熔融的玻璃包含连续的自由的玻璃表面，该自由的玻璃表面是与该玻璃自由表面上方的气氛的界面，从而使熔融的玻璃中的气体气泡逃逸进入气氛。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非垂直方向是水平的方向。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌包括使用旋转元件主动地混合所述熔融的玻璃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌在所述熔融的玻璃上提供向上的抽吸作用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，增加所述熔融的玻璃的温度的步骤包含使电流流动通过第一部分的壁。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过设置在澄清容器和搅拌容器之间的第二金属导管使熔融的玻璃从澄清容器流动到设置在澄清容器下游的搅拌容器,其中在第二金属导管之内流动的熔融的玻璃不具有自由的玻璃表面,和在该搅拌容器中搅拌熔融的玻璃。

7.一种玻璃加工设备，其包含：

熔融炉，该熔融炉由耐火材料形成并构造成熔融批料材料以形成熔融的玻璃；

金属澄清容器，其包含具有垂直的纵向轴线的第一部分和连接到第一部分并具有非垂直的纵向轴线的第二部分；

在所述熔融炉和所述澄清容器第一部分之间延伸的第一金属导管，从而熔融的玻璃穿过第一金属导管从熔融炉流动到澄清容器；

设置在澄清容器下游的搅拌容器；

在澄清容器和搅拌容器之间延伸的第二金属导管，从而熔融的玻璃穿过第二金属导管从澄清容器流动到搅拌容器；

设置在第一部分中的搅拌元件，该搅拌元件构造成当熔融的玻璃向上地流动通过第一部分时搅拌熔融的玻璃,其中所述搅拌元件包含可旋转的搅拌器，以及其中可旋转的搅拌器包含耦合到轴和从轴向外延伸的延伸元件，且所述延伸元件的至少一部分构造成在金属澄清容器之内自由的玻璃表面处或在所述自由的玻璃表面之上；

连接到第一部分的电极，该电极使电流流动通过第一部分的壁。

8.如权利要求7所述的玻璃加工设备，其特征在于，第二部分的纵向轴线垂直于第一部分的纵向轴线。

9.如权利要求7所述的玻璃加工设备，其特征在于，第一部分的底和延伸元件的最上面的点之间的距离大于第一部分的底和第二部分的壁的内部表面上的最低点之间的距离。

10.如权利要求7所述的玻璃加工设备，其特征在于，所述搅拌元件构造成向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。

11.如权利要求7所述的玻璃加工设备，其特征在于，第一导管的纵向轴线垂直于第一部分的纵向轴线。

12.一种用于澄清熔融的玻璃的澄清容器，其包含：

具有第一纵向轴线的第一部分和具有第二纵向轴线的第二部分,其中第一纵向轴线是垂直的和第二纵向轴线是非垂直的，其中第一部分和第二部分构造成容纳熔融的玻璃，且其中所述澄清容器的第一部分和第二部分中的所述熔融的玻璃包含连续的自由的玻璃表面，该自由的玻璃表面是与该玻璃自由表面上方的气氛的界面；

设置在第一部分之内的搅拌元件；

延伸通过澄清容器的壁的至少一个排放管道，从而连续的自由的玻璃表面上方的气氛与澄清容器外部的气氛流体连通；和

连接到第一部分的电极，该电极使电流流动通过第一部分的壁。

13.如权利要求12所述的澄清容器，其特征在于，所述搅拌元件包含可旋转的搅拌器。

14.如权利要求13所述的澄清容器，其特征在于，所述搅拌元件构造成当旋转搅拌器时，向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。

15.如权利要求13所述的澄清容器，其特征在于，所述可旋转的搅拌器包含耦合到轴和从轴向外延伸的搅拌元件,其中第一部分的底和搅拌元件的最上面的点之间的距离大于第一部分的底和第二部分的壁的内部表面上的最低点之间的距离。

16.如权利要求15所述的澄清容器，其特征在于，所述搅拌元件的至少一部分构造成在金属澄清容器之内自由的玻璃表面处或在所述自由的玻璃表面之上。

17.如权利要求12所述的澄清容器，其特征在于，所述电极设置成与电源电连接。

18.如权利要求12所述的澄清容器，其特征在于，所述第一部分和第二部分包含铂。

19.如权利要求12所述的澄清容器，其特征在于，第二部分的端部与第一部分的壁交叉。

20.如权利要求12所述的澄清容器，其特征在于，所述第一纵向轴线垂直于第二纵向轴线。