CN106232533B - 玻璃熔化与精炼方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔化玻璃制造方法和装置，该装置从上游到下游包括：玻璃熔化和精炼火炉，其设有横向的架空喷火口；然后是调节池窑，所述火炉向该调节池窑供应玻璃，这个制造装置的尺寸使得K大于3.5，K因子由装置的尺寸决定。本发明使得可以设计玻璃熔化装置的尺寸，使得该装置尺寸更小并且消耗的能量更少，同时还能生产高品质的玻璃。

Description

玻璃熔化与精炼方法和装置
技术领域
本发明涉及一种熔化、精炼和调节熔化玻璃的方法和装置，其消耗的能量很少，而且能够提供高品质的玻璃，玻璃尤其可以被提供到玻璃围壳(enceinte)以便制造平板玻璃。
背景技术
玻璃熔化和成形装置依次包括进料区带、熔化和精炼区带、调节区带以及最后的成形区带。进料区带用于将原材料引入火炉中。熔化区带是原材料转变成玻璃熔体的地方。为了在流动性、均质和消除气泡方面获得最佳品质的玻璃熔体，必须使用化石燃料或电能在熔化区带中达到非常高的温度。调节区带接着用于冷却玻璃以便使玻璃达到成形温度，成形温度远低于玻璃在转化期间经受的温度。
玻璃制造装置必须以高产量生产高品质的玻璃（也即，玻璃包括的未熔化的材料尽可能少并且气泡尽可能少），而能耗和制造成本尽可能低。这样的设施的构造成本使得该领域的创新很难而且很慢。这就是为什么本发明人要深入研究发生于收容玻璃的连续池窑中的熔化玻璃内部的对流机制，以便找到最合适的尺寸和工作模式。
EP650934教导了一种玻璃熔化装置，其包括平底的熔化和精炼池窑，池窑通往流动通道，该流动通道足够浅，以防止形成熔化玻璃再循环带。熔化和精炼池窑是两个对流循环回路的所在地。精炼区带的下游未设置任何调节池窑。精炼区带的下游不存在任何玻璃回流。精炼区带的下游肯定会形成缺陷。
EP2168923教导了一种熔化玻璃制备装置，其包括熔化和精炼火炉，炉底通过多个台阶在小熔化区带与大精炼区带之间逐步升高。从这个火炉出来的玻璃是活塞流。
FR2299277教导了一种玻璃熔化和精炼装置，其包括调节池窑，调节池窑内部出现的是活塞流。如果朝向精炼区带的回流部分地发生在精炼池窑中，则这个返回区带太短，无法考虑到装置的其余部分中出现缺陷的概率而实现足够的作用。而且，这个区带很短，它必须在玻璃进入到活塞流区带之前包括强大的冷却构件，活塞流区带也可以被视为构成通道的开头。
US3261677教导了一种火炉，其包括精炼区带，该精炼区带很浅，其中不会发生任何回流。朝熔化区带没有回流，这样不利于消解缺陷。这个位置很浅，其底部必然处在很高的温度（大约1470℃），从而会导致底部耐火材料出现磨损，并且导致玻璃中产生缺陷。
CN201250173Y教导了深度为1100-1300 mm的火炉中的250-350 mm的台阶。火炉的其它尺寸可以从图中确定。总体上，这样的火炉的能耗很高，并且生产的玻璃品质不佳。更甚者，该申请中定义的K因子计算出来大约为1。
CN102320721教导了一种直接（即没有工作端(braise)）供应从上方看斜面形状的通道的火炉。通道中没有任何回流。玻璃在这个通道的入口处必然会过烫。为了在这个通道中将玻璃充分冷却，必须使用很强的吹气，因而会导致玻璃的光学品质降低。按照该申请的示例中的表达，吹气强度ΔSouff将大概是193%。
火炉中的温度梯度会引起玻璃在火炉中的对流流动。因此，对流回路或对流带随进料熔化产生，然后朝火炉底部下降，停留在火炉底部，直到底部热点为止，玻璃在底部热点处朝表面上升。第一循环回路下游的第二循环回路（称为下游回路）可以从熔化/精炼火炉底部的热点开始，上升并且循环到表面一直到火炉出口并从火炉中出来，以便通过调节池窑。火炉中的玻璃比调节池窑中的更烫。熔化和精炼火炉的底部的温度最好低于1400℃。由于熔化和精炼火炉中的玻璃深度是足够的，所述深度允许形成再循环带，所以底部温度可以保持在低于1400℃。
本申请中的上游和下游这些术语当然是参照从上游流向下游的玻璃流动方向。
“带”和“回路”这些术语在本申请的上下文中是同一个意思。现有技术的专利中经常描述到玻璃再循环回路的位置，但是很少注意玻璃再循环回路的强度及其相互作用。现在已经发现，再循环回路可能有代表熔化装置的产出(tirée)的几倍的流量，并且在再循环回路的位置及其强度方面改变再循环回路，也会连带改变相邻再循环回路的特征。因此，已经观察到熔化玻璃制造装置的几何参数以及所述装置的操作方式会直接影响这两条带的位置和相应平衡以及它们的对流强度。再循环回路的强度越大，这个回路本身对火炉能量的需求越高。除了熔化玻璃中的这些再循环现象之外，还会发生玻璃中产生气泡的现象，人们希望通过使气泡朝玻璃表面迁移，借此消除气泡，但是这些气泡也可以在更冷的区带被玻璃吸收。而且，精炼剂（最常见的是硫酸钠）的浓度会随着玻璃的流动而减少（因为它被逐渐消耗掉），并且减少的速度会随着玻璃温度的升高而变快。在到达成形装置尤其是平板玻璃成形装置之前，玻璃必须冷却到合适的转变温度。这就是调节池窑的作用。调节池窑可以只包括一个隔室，但是一般包括至少两个隔室。调节池窑因此可以包括多个隔室，这些隔室按顺序一个设置在另一个后面，由玻璃依次通过。更一般地，调节池窑包括两个连续隔室，第一个隔室称为颈部（英文中的neck或waist），第二个隔室称为工作端（英文中的workingend）。一般而言，熔化精炼火炉直接通往颈部。一般而言，颈部直接通往工作端中。颈部不包括任何喷火口并且总体上不包括任何加热构件。工作端设有向玻璃表面上吹气以便使玻璃达到正确温度的装置。向工作端中吹出的这个空气总体上进入工作端前面的颈部，这也有助于使玻璃冷却。当从火炉进入调节池窑（其一般从颈部开始）时，玻璃流的剖面积和玻璃流的宽度大幅减小，并且当从颈部进入工作端时，玻璃流的剖面积和玻璃流的宽度大幅增大。玻璃流的剖面积与装置的几何形状相关。这一点尤其适用于玻璃的高度，因为这样的装置具有专用槽盆，槽盆由耐火块（称为“槽盆块”）构成，用于与玻璃接触并且收容玻璃。装置中的玻璃的高度总体上对应于槽盆块的上部水平缩小一段总体上在30 mm与130 mm之间的安全边际后与底部水平之间的距离。本领域的技术人员将与玻璃接触的块的组件称为“底层结构”。设置在底层结构上的材料组件称为“上层结构”。上层结构的材料在底层结构的槽盆块上方，不接触玻璃但是接触火炉的氛围，因此上层结构的材料的性质一般不同于底层结构的槽盆块的性质。即使上层结构使用的材料与底层结构的材料相同，本领域的技术人员也能立刻区分这两个构造部分。槽盆块的存在的特征是具有适合收容熔化玻璃的材料，并且涉及到装置的整个长度，也即，既包括火炉也包括调节池窑。因此，在根据本发明的装置和方法中，玻璃的高度（用于计算玻璃流的剖面积）一般等于槽盆块的高度减去30 mm至130 mm，尤其是80 mm（在30 mm至130 mm的范围的中间）。因此，本申请还涉及一种装置，该装置的槽盆块是这样的：玻璃表面水平在槽盆块的上部水平下方30 mm和130 mm之间的距离之处，因此根据本发明的K大于3.5，并且优选地大于5.5，并且更优选地大于7.5。尤其是，K可以大于9，甚至大于10.5，甚至大于13。
在调节池窑之后，玻璃进入一条通道，该通道本身通向成形装置。通道中的玻璃的高度（或深度）远远小于它在通道前面的调节池窑中的高度，从而使得通道中不会发生玻璃的任何再循环。因此玻璃在通道中以活塞流形式流动。这样并不阻止玻璃在这个通道中遵循曲线轨迹，但是不论轨迹是什么样的，它都是从上游朝向下游。这条通道有利地尽可能短。实际上，由于玻璃接触通道壁和通道底部，所以通道中可能会出现缺陷，这些缺陷不可避免地会并入到进入成形装置中的玻璃，原因在于，通道中没有回流。因此，通过减小通道的长度，能降低通道中出现缺陷的概率。通道的长度一般在从0.3 m至10 m的范围内，并且更一般在从0.8 m至6 m的范围内。通道的下游末端对应于装置的纵轴上的特定坐标，玻璃在该坐标上接触通道的耐火底部。在用于制造平板玻璃的浮动腔室的情况下，这个末端对应于用于将玻璃浇铸在熔融金属上的浇铸唇缘末端。在使玻璃经过轧辊之间的轧制装置的情况下，这个末端对应于玻璃接触轧辊的位置。该通道尤其可以对应于EP650933的图1和图2中的部分14，或者对应于EP616983A1的图1和图2中的通道，其中具有或者不具有搅拌器15至18，并且它的中间部分13和14将缩短甚至不存在。而且，通道底部可以朝下游略微上斜，斜度相对于水平线在0和6°之间，升高幅度一般不超过100 mm。
对于从熔化/精炼火炉到调节池窑（调节池窑可以从颈部类型的隔室开始）的玻璃流，玻璃流的宽度有至少30%并且一般至少50%的急剧缩小，这个急剧缩小的实现是通过火炉下游的壁与玻璃流动方向形成至少40°并且甚至至少60°并且一般90°的角度。这个缩小对于装置的中间纵轴两侧的两个壁发生。调节池窑沿着总体玻璃流动方向（也即，在装置的中间纵轴上从上游到下游）的长度大于2 m，并且一般长度大于5米。
从火炉过来，调节池窑的入口一般受到保温幕的保护，该保温幕从炉顶一直下垂到玻璃。通常，这个保温幕不会浸没在玻璃中。它的作用首先是将熔化/精炼火炉的热的氛围与火炉下游的冷的氛围隔开，并且从调节池窑的开头开始。但是，保温幕也可以浸没在玻璃中。
调节池窑可以包括工作端，其设有玻璃吹气装置。一般工作端前面是颈部。工作端与前面的颈部的区别是，从上方看，玻璃流的宽度明显增大。这个宽度增大的实现一般是通过壁与颈部的侧壁形成大于40°并且一般大于60°的角度并且一般是90°的角度。这个宽度增大对于装置的中间纵轴两侧的两个壁发生。该增大一般是至少30%，并且更一般是至少50%。在玻璃浮动腔室中在熔融金属（一般是锡）上转变成平板玻璃的情况下，建议玻璃在调节池窑的出口（也即，一般在工作端的出口）处在包括在1000℃与1400℃之间的温度。这个温度可以取决于玻璃的成分。吹到工作端中的冷气不应过强，因为这样可能会在玻璃表面上形成光学缺陷。这就是为什么一般本领域的技术人员会设置较宽的工作端，这样就不需要在小面积的玻璃上吹太多的气并遇到形成光学缺陷的风险。颈部沿着总体玻璃流动方向（也即，在装置的中间纵轴上）的长度一般大于2 m，并且一般长度大于4米。工作端沿着总体玻璃流动方向（也即，在装置的中间纵轴上）的长度一般大于2 m，并且一般长度大于5米。
在本申请的上下文中，将玻璃的接触火炉氛围或调节装置氛围（视情况而定）的上表面称为“玻璃表面”或“玻璃的表面”。熔化玻璃在熔化玻璃制造装置中的所有对流现象都与所述装置从上游朝下游的温度变化以及其不同元件的几何形状有关，所述装置包括熔化区带、精炼区带、调节池窑。熔化区带是火炉的最上游的区带，并且包括火炉上游的至少第一喷火口。精炼区带是火炉的最下游的区带，在调节池窑的上游。这样的装置是一种特别复杂并且不容易建模的系统。具体而言，试图结合下面的优点：
a）高品质的玻璃；通过下面的方式获得高品质的玻璃：使玻璃尽可能长时间地处在更高的温度；因此特别难熔化的颗粒熔化的可能性更大，并且更高的温度有利于消除气泡；
b）低能耗；能耗源自将装置加热，还有在调节池窑中（尤其是工作端）冷却熔化玻璃以便使玻璃达到其合适的转变温度。
这些目标很难协调，因为a）标准需要高温和高对流强度，从而使很大部分的玻璃从下游回流到上游，下游的玻璃已经相对冷却，而b）标准需要尽可能少地加热，并且需要尽可能少地冷却。除了要找到这些属性上的折衷之外，还需要尽可能降低构造成本，这就意味着，玻璃制备装置的不同元件（尤其是调节池窑并且更尤其是工作端）的壁、底部和顶部的面积尽可能小。实际上，根据现有技术，工作端的尺寸有时候接近于火炉的尺寸。
发明内容
本发明首先涉及一种熔化玻璃制备装置，其从上游到下游包括：熔化和精炼火炉，然后是调节池窑，本发明还涉及通过所述装置制备熔化玻璃的方法。火炉设有横向的架空的喷火口，每个喷火口包括助燃剂入口和燃料入口。火炉一般在每个侧壁中设有至少2个横向喷火口，并且在每个侧壁中一般设有3个至10个横向喷火口。火炉的每个横向喷火口一般功率为2至12兆瓦。侧壁（一般彼此平行）一般彼此相隔7至16米的距离。
助燃剂可能富含氧，甚至是纯氧（助燃剂含80％至100％体积的氧气），或者是基于空气（助燃剂含10％至30％体积的氧气），或者就是空气、富氧空气、或者贫氧空气，尤其是通过燃料气体稀释的空气。横向喷火口插入在熔化/精炼火炉的侧壁（也称为“侧面壁”）中。对于助燃剂是基于空气（助燃剂含10％至30％体积的氧气）的情况，火炉侧壁中的成对的喷火口以本领域的技术人员已知的方式面朝彼此并且以相反的模式工作。
对于供应给横向喷火口的助燃剂是纯氧的情况，喷火口设置成面对面，或者是交错的。在这种情况下，一般不提供蓄热器以在将纯氧注入火炉之前加热纯氧。
可玻璃化的原材料朝上游引入到熔化火炉中，以经过横向喷火口的火焰下方。
为了确定根据本发明的装置（用于根据本发明的方法）的合适的尺寸，对于对流和热传递现象的建模做了深入研究。
因此，本发明首先涉及一种熔化玻璃制造装置，其从上游朝下游包括：玻璃熔化和精炼火炉，设有横向的架空喷火口；以及调节池窑，所述火炉直接供应所述调节池窑。调节池窑将玻璃引导到成形装置的供应通道。制造装置的尺寸设计成使得K大于3.5，其中
（1）
其中
（2）
其中
Sf 表示熔化/精炼火炉中的火焰下面的面积；
x0 是从火炉中的火焰下面的表面的末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
x1是调节池窑末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
σ(x)表示从装置到横坐标x的玻璃流的剖面积；
P(x)表示从装置到横坐标x的玻璃流的剖面周长；
并且
∑iKSi表示归因于装置中的在火炉中的火焰下面的表面下游的特异元件(élémentsingulier)的KSi的总和，特异元件是这样的：其从上游朝下游并且沿着玻璃流动方向在至少2米上，形成玻璃流的剖面的多于10%的缩小，然后是玻璃流的剖面的多于10%的增大，其中
（3）
σi 表示在特异元件Si紧上游的玻璃流的剖面积，
σSi表示特异元件Si产生的流的最小剖面积。
在所有这些公式中，使用的单位都是国际单位。玻璃流的剖面是在垂直于总体玻璃流动方向的平面中测量的。
优选地，K大于5.5，更优选地大于7.5，更优选地大于9，或者甚至大于10.5，或者甚至大于13。K一般小于30。
K的值如果较大，这表明熔化/精炼火炉中的上游再循环回路的强度较大，而调节池窑中的下游回路的强度较小。
特异元件突出到玻璃流中，比如例如置于底部上的台阶，或者浸没在玻璃中的障壁。这个特异元件产生玻璃流的最小剖面。
横坐标的值在从上游朝下游的方向上增加。
公式（2）中也考虑到特异元件，因为这些特异元件会使得玻璃流高度或宽度变化，因此玻璃流的剖面积变化，流的剖面的周长也变化。一般而言，在根据本发明的装置中，玻璃流的所有剖面都具有正方形或矩形形状，其中包括在特异元件的位置。实际上，特异元件从底部或者从两个侧壁中的一个侧壁或两个侧壁或从上方突出到玻璃中，并且这是在构成玻璃流的剖面（特异元件从其突出）的正方形或矩形的所有侧面或者一些侧面上突出。但是，流的平面可能具有更复杂的形状。
熔化/精炼火炉中的火焰下面的表面Sf是本领域的技术人员众所周知的概念。它就相当于覆盖熔化/精炼火炉中的末端位置的横向或非横向架空喷火口的助燃剂入口的外边界的最小四边形下面的连续玻璃表面，这个四边形的上游边平行于火炉的上游壁，并且构成从一个侧壁延伸到另一个侧壁的区段，这个四边形的下游边也平行于火炉的上游壁，并且构成从一个侧壁到另一个侧壁的区段。公式（2）的横坐标x0对应于火焰下面的表面的四边形的下游边。这个四边形一般有两条边叠置在火炉的侧壁上。一般而言，火炉的侧壁平行于并且正交于上游的壁，并且在这种情况下这个四边形是正方形或矩形。火炉可以只包括横向架空喷火口。但是除了横向架空喷火口之外，火炉还可以包括至少一个氧气喷火口，尤其是顶部或者横向喷火口。这也是架空喷火口，因为它的火焰是在火炉的氛围中产生的。如果这样的氧气喷火口置于横向架空喷火口的助燃剂入口的火焰下面的表面外侧，则该氧气喷火口可以使公式（2）和（3）中要考虑的火焰下面的表面增大。如上所述，Sf是最小的四边形下面的玻璃表面，它覆盖所有架空喷火口的助燃剂入口的外边界，包括这些氧气喷火口的助燃剂入口。
比如台阶或障壁之类的特异元件的存在，使得流的剖面首先缩小，然后在玻璃流动方向上增大，这个缩小和增大发生在总体玻璃流动方向（也即，沿着装置的中间纵轴）上至少2米的距离上。特异元件可以例如由固定于火炉底部上的台阶构成。它也可以是用水冷却过的金属障壁，通过上层结构固持，并且从侧面引入，所述障壁被引入到玻璃中以减小玻璃流的剖面。当玻璃遇到台阶或障壁中时，玻璃的剖面大幅减小。当玻璃已经经过台阶或障壁中时，玻璃的剖面增大。因为特异元件的作用，所以玻璃流的剖面从上游到下游先减小然后增大。特异元件还可以采用设置于装置的侧壁上的隔壁或小门的形式。
一个特异元件对应于一个Ksi。要想知道是否存在特异元件，最简单的方法是测量所述特异元件依次产生的上游的剖面变化和下游的剖面变化。通过测量特异元件紧上游的剖面（称为特异元件上游的剖面）与因为特异元件产生的最小剖面σSi之间的剖面差异（相对于就在特异元件上游的剖面），能测量出上游的剖面变化。通过测量特异元件紧下游的剖面（称为特异元件下游的剖面）与因为特异元件产生的最小剖面σSi之间的剖面差异（相对于因为特异元件产生的最小剖面），能测量出下游的剖面变化。如果这两个变化都大于10%，则存在特异元件，应当计算该特异元件的KSi以在计算装置的K时输入进去。
特异元件在玻璃流动方向上从所述元件开始使玻璃流的剖面减小的位置开始，这个减小是通过壁与总体玻璃流动方向形成大于40°的角（特异元件内部的角）。一般而言，这个角是90°。特异元件在玻璃流动方向上在它结束使玻璃流剖面增大的位置结束，这个结束增大是通过壁与玻璃总体流动方向形成大于40°的角（特异元件内部的角）。一般而言，这个角是90°。特异元件的开头与特异元件的末尾之间沿着装置的中间纵轴的距离小于2米，则可以考虑存在特异元件。
可以在品质Q、能耗和使用小型调节池窑（尤其是小型工作端）的可能性方面衡量装置尺寸的影响。上文描述的因子K考虑到一些关键参数，从而允许设计根据本发明的装置的尺寸，使其能耗低但还能生产优良品质的玻璃。因子K有助于确定能使用小型调节池窑的装置。根据本发明，K大于3.5，并且优选地大于5.5，甚至更优选地大于7.5。
使用商用流体动力软件，用数字方式建模玻璃在熔化玻璃制造装置中的流动。根据装置的几何形状，软件研究应当在玻璃的空闲表面上施加多大的能量通量，才能让熔化/精炼火炉中的最高玻璃表面温度等于1590℃，并且工作端出口的玻璃温度等于1130℃。所考虑的玻璃是碱石灰标准的玻璃，含有700 ppm重量含量的Fe2O3和180 ppm重量含量的 FeO。槽盆和底部的热损失是标准的（4 kW/m2）。关于实际熔化装置执行的实验确认了根据本发明的因子K的相关性。
品质Q通过下面的方式确定。本领域的技术人员知道，玻璃熔体的品质可以通过下面的方式得到改善：使得玻璃熔体在更长的时间处在高温，并且更具体而言，处在高于发生玻璃的化学精炼的温度。基于使用数字模型得出的流，从火炉上游的壁不断地有100000个颗粒。所考虑的品质标准Q是相对于参照情况处在高于1400℃的平均时间。
能耗是用下面的方式确定的：它是指相对于参照情况（表1中的例1），为了让熔化/精炼火炉中的最高玻璃表面温度等于1590℃、并且让调节池窑出口的玻璃温度等于1130℃，在熔化/精炼火炉中的从空闲表面进入玻璃的能量，加上用于使原材料熔化直到原材料变为液相为止的能量。调节池窑的尺寸对于品质Q和能耗还有冷却所需要的吹气能量的影响，决定了是否可能使用小型调节池窑尤其是小型工作端。如果能使用小型工作端将是很有利的，因为这样需要的构造材料就更少，因此成本也更低。而且，在小型调节池窑的情况下，构造材料与玻璃的接触面积更小，这样能减少在玻璃中造成缺陷的风险。
根据本发明，发现调节池窑尤其是工作端的尺寸，可能尤其会因为下述原因而大幅减小：下游的对流带的强度相对较低，这样就相当于需要调节的玻璃更少，而通过合适的K值就可以实现这一点。
根据本发明，精炼隔室的底部和调节池窑的底部的深度足够大，使得同一个再循环回路（称为下游回路）经过这两个元件。这个回路经过调节池窑的所有隔室，尤其一般是颈部后面是工作端。优选地，这个下游回路一直延伸到调节池窑的末端，一般是工作端，也即一直延伸到通道，但是不进入通道。这个再循环回路的存在是至关重要的，并且保持中等强度。已经注意到，这个回路的回流包括大部分源自精炼区带的缺陷以及在调节池窑中产生的缺陷，并且让这些缺陷返回火炉的精炼区带，一般能使缺陷消失。本领域的技术人员相信，必须使用大型调节池窑尤其是大型工作端，以便使玻璃有足够的时间搁置，能让气泡有时间逸出，并且玻璃能一直冷却到必要的玻璃转变温度。相反，我们发现最好使用小型调节池窑尤其是小型工作端，必要时冷却程度略高，这是因为材料与玻璃接触的面积因此得以最小化，因此缺陷来源更少。由于穿过调节池窑的再循环回路的强度较低，所以调节池窑的尺寸也可以较小。实际上，这个低强度的结果是，再循环带从火炉传递到调节池窑的热量更少，这样使得所需要的冷却程度更低。优选地，穿过调节池窑的再循环回路一直延伸到通道但是不进入通道中。根据这个可能性，下游再循环回路一直延伸到横坐标x1，它可以对应于工作端的下游末端。这意味着，在调节池窑中的任何横向于火炉的纵轴的垂直平面中，在玻璃中存在一些点，这些点的纵向速度分量是负的，也即，该分量的方向是从下游朝上游。这些点构成了回流的一部分。在从上游朝下游的玻璃流动方向上的速度被视为是正的。具体而言，因为玻璃与调节池窑的材料接触，所以气泡可能会形成在整个调节池窑中，直到它的末端为止。于是，在气泡的上升速度与气泡被玻璃带动（尤其是带向上游）的趋势之间存在竞争。可以通过本领域的技术人员已知的理论模型来评估进入通道中的残余气泡的百分比，根据该模型，有100000个气泡随机地置于调节池窑的底部上，所述气泡通过玻璃的对流效应并且因为在阿基米德原理的效应下升起的趋势发生移动。
从调节池窑进入通道时，玻璃流的宽度急剧变窄，玻璃的深度也减小。这个变窄尤其是通过正交于装置的轴线的壁实现的。
优选地对于调节池窑尤其是对于工作端并且任选地对于颈部使用的是这样的材料，该材料可以与熔化玻璃接触并且不会在玻璃中产生缺陷。这一点也适用于将玻璃从调节池窑传递到转变装置的通道。在这条通道中，玻璃流是活塞流，并且没有再循环带。但是，这种类型的材料，比如纯氧化铝（尤其是以Jargal品名出售的纯氧化铝），非常昂贵，一方面要节约使用，另一方面用在玻璃转变装置前面的最下游的流动区带中。
熔化/精炼火炉可以包括熔化隔室和精炼隔室，其相应的底部深度是不同的。熔化隔室位于精炼隔室上游（参照玻璃流动方向），一般占据的底部面积大于精炼隔室，并且深度可以大于精炼隔室的底部。熔化隔室的底部一般基本上是平面的。精炼隔室的底部一般也基本上是平面的。从熔化区带的底部到精炼区带的底部的通路可以是陡急的，也即包括一个垂直的台阶。然而，这个通路也可以是更缓和的、倾斜型的或连续台阶型的通路，可以在一般大于1 m的距离上延伸。熔化/精炼火炉一般包括四个壁，一个上游壁、一个下游壁和两个侧壁。一般而言，这两个侧壁是平行的，并且在火炉的整个长度上彼此始终相隔同样的距离。两个火炉区带的底部之间的深度差异以及因此引起的玻璃高度差异，可能会在熔化区带（火炉上游的区带）中形成强度很大的再循环带。因此，熔化区带的底部具有足够的深度，使得上游的再循环带（在熔化区带中）的对流强度优选地包括在火炉的产出的3倍与5倍之间。下游的再循环回路的强度大幅减小。注意到玻璃的透明度可能会影响对流强度，更透明的玻璃一般会产生更强的对流强度。再循环回路的对流强度等于在这条回路中从上游朝下游循环的玻璃流量（前向流量）与装置的产出因此与方法的产出的比率。
熔化区带中的玻璃高度与精炼区带中的玻璃高度之间的比率尤其可以包括在1.2与2之间。熔化区带的底部与精炼区带的底部上可以设有几个障碍物（高度小于50 cm的台阶）。一般而言，熔化/精炼火炉的长度与宽度之间的比率包括在从2到4的范围内。
根据本发明的装置得到的玻璃转变装置可以是空心玻璃转变装置或玻璃纤维转变装置，但是更一般而言是平板玻璃转变装置，是在比如锡之类的熔融金属池窑上浮动玻璃的类型或辊轧型的转变装置。这种转变装置得到通道的供应，而通道本身得到调节池窑的供应。玻璃在通道中形成活塞流。
本发明允许制造和使用一种熔化装置，其包括熔化/精炼火炉和调节池窑，使得火炉的火焰下面的面积与调节池窑的面积的比率大于1.4，甚至大于1.6，甚至大于1.8。优选地，火炉中的火焰下面的面积与调节池窑的面积的比率（Sf/Scond）小于4，并且更优选地小于3。
根据本发明的装置和方法适于任何玻璃的熔化，无论是有色玻璃还是无色玻璃，尤其是碱石灰玻璃、硅酸铝玻璃、硅硼玻璃等等。
本发明涉及任何包括或使用带有横向喷火口的玻璃火炉，尤其用于熔化玻璃以将其在浮动单元中成形为平板玻璃的方法和装置。本发明更尤其涉及这样的方法和装置，它的熔化/精炼火炉能生产500至1500 m3的玻璃，更尤其是700至1400 m3的玻璃。本发明更尤其涉及产出为每天400至1300吨玻璃的方法和装置。本发明更尤其涉及这样的方法和装置，它的火炉中的玻璃高度包括在0.8至2米的范围内（熔化区带和精炼区带），这个高度可能从上游向下游改变，并且它的调节池窑中的玻璃高度包括在0.4至1.40米的范围内，这个高度可能从上游向下游改变。
本发明尤其涉及一种使用根据本发明的装置的玻璃制备方法。本发明更尤其涉及这样的装置和方法，其中火炉中的最高玻璃表面温度包括在1350与1650℃内，并且从调节池窑出来的玻璃的温度包括在1000与1400℃之间。
附图说明。
具体实施方式
下面绘出的图不是按比例绘制的。
图1示出了根据本发明的装置，a）是俯视图，b）是侧视图。该装置从上游朝下游包括火炉1，其包括原材料引入区带20、熔化区带2、精炼区带3，调节池窑，调节池窑包括颈部4和工作端5。工作端将适当温度的熔化玻璃经由通道6传递至转变单元，在通道6内部，玻璃流是活塞流。熔化/精炼火炉1设有横向架空喷火口，它的六个空气入口用7表示。两个侧壁11和12对称地设有面朝彼此的横向喷火口，这些喷火口以本领域的技术人员已知的方式“颠倒地”交替工作。四个外侧空气入口（8、9）的外边界形成四边形10的角，在a）中用阴影表示，示出了从上方看的火焰下面的表面，称为Sf。字母x0表示火炉中的火焰下面的表面的末端（四边形的下游边表示火焰下面的表面）的横坐标，而字母x1表示调节池窑的末端在装置的中间纵轴AA’（上游是A，下游是A’）上的横坐标，中间纵轴AA’对应于总体玻璃流动方向。在熔化玻璃13的表面水平的下面，有两条对流带14和15在转动。第一回路，称为上游再循环回路，在熔化隔室中强度相对较大，并且尤其经过第一上游喷火口的下面。第二回路，称为下游再循环回路，强度较小，并且经过火炉的精炼区带，然后经过颈部和工作端，并且不进入通道6中。障碍物16在这里加强了两个对流带14和15的边界和构成。在从火炉到颈部的通路中，玻璃流的宽度和剖面突然缩小，这里是通过壁19和19’与中间玻璃流动方向形成90°角实现的。在从颈部流到工作端的过程中，玻璃流的剖面突然增大，这里是通过壁18和18’与中间玻璃流动方向形成90°角实现的。颈部开头的可浸没障壁17使玻璃流的剖面减小，并且构成特异元件，需要计算这个元件的Ksi。工作端中的玻璃60的表面，也即与工作端中的氛围接触的表面，受到被吹到工作端内的空气作用以便使玻璃冷却。此空气从工作端到达调节装置，但是尽可能不进入精炼熔化火炉。
图2示出了从火炉的精炼区带21到调节池窑的通路的俯视图，该调节池窑由颈部22然后是工作端23构成。中间纵轴AA’上的箭头表示从上游朝下游的玻璃流。该装置在轴线AA’两侧是对称的。在从火炉流到颈部的过程中，玻璃流的宽度突然缩小，这是通过火炉壁24和24’与玻璃流动方向在装置的轴线AA’的两侧形成至少40°的角α实现的。在从颈部流到工作端的过程中，玻璃流的宽度明显增加，这是通过壁25和25’与玻璃流动方向形成大于40°的角β实现的。这个增大发生在装置的中间纵轴的两侧上。
图3示出了台阶30，其使玻璃流的剖面明显缩小，台阶30的表面表示为31，并且流动方向用箭头表示，所述台阶可以位于调节池窑中，尤其是在颈部中或工作端中。这是特异元件，需要计算它的KS。特异元件的开头在点32上（这在图上是一个点，但实际上是垂直于总体玻璃流动方向的一条线）开始，在这里，壁33与总体玻璃流动方向形成大于40°的角δ，从而开始使玻璃流的剖面缩小。特异元件在点34处结束，在这里，壁35与总体玻璃流动方向形成大于40°的角γ，从而不再使玻璃流剖面增大。点32与点34之间的距离平行于总体玻璃流动方向（通过水平箭头示出）小于2 m。这个台阶是玻璃流的最小剖面36的原因。
图4示出了浸没在玻璃中的障壁40，障壁40的表面表示为41，并且流动方向用箭头表示，所述障壁可以位于调节池窑中，尤其是在颈部中或工作端中。这是特异元件，需要计算它的Ksi。特异元件从点42开始，在这里，壁43与总体玻璃流动方向形成大于40°的角φ，从而开始使玻璃流剖面减小。特异元件在点44处结束，在这里，壁45与总体玻璃流动方向形成大于40°的角ψ，从而不再使玻璃流剖面增大。点42与点44之间的距离平行于总体玻璃流动方向（通过水平箭头示出）小于2 m。这个障壁是玻璃流的最小剖面46的原因。
图5a）示出了在横坐标x处正交于玻璃流动方向的装置的剖面平面。这个剖面平面尤其可以是颈部中或工作端中的剖面。玻璃50正交于图的平面流动。玻璃被底部51和槽盆块52和52’容纳，该底部和槽盆块构成装置的底层结构的一部分。障壁53仅仅在玻璃流剖面平面中、在槽盆块之间的距离的一部分上浸没在玻璃中。图中未示出障壁固持系统，也未示出覆盖着装置内部的顶部。与内部氛围接触的玻璃水平55处在槽盆块的上部水平56的下方，隔开一段距离57，称为安全边际。元件54和54’支撑在槽盆块上，并且构成上层结构的一部分。图5b）解释了“横坐标x处的玻璃流的剖面积”和“横坐标x处的装置的玻璃流的剖面的周长”的意思，适用于图5a）的情况。玻璃流的剖面积是图5b）的阴影区带的面积。玻璃流的剖面的周长是线段AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HA的长度的总和。
示例1至19
所有示例都是在图1所示的装置中实施的，该装置包括熔化/精炼火炉，后面是颈部后面跟着工作端构成的调节池窑。表1和表2列出了装置的不同元件的尺寸和结果。示例的所有火炉都具有火焰下面的表面Sf，大小为326.3 m2。所有示例意在提供每天900吨的产出的熔化玻璃，火炉中的最高玻璃表面温度为1590℃，工作端出口的温度为1130℃。玻璃是标准的碱石灰玻璃，含有700 ppm重量含量的Fe2O3和180 ppm重量含量的FeO。在除了示例5、8、19之外的所有示例中，在颈部中放置一个厚度50 mm的障壁，通过颈部的上层结构得到固持，并且浸没在玻璃中达到400 mm的深度，使得这个障壁的上游面置于离颈部的入口3.2米之处。在示例5的情况下，没有障壁（Ks=0）。对于示例8，障壁浸没在玻璃中，达到350 mm的深度。对于示例19，障壁浸没在玻璃中，达到500 mm的深度。在必要的情况下，障壁是仅有的需要计算Ksi的特异元件。
对于所有示例，
-熔化区带的长度是26675 mm，
-熔化和精炼区带的宽度是13000 mm，
-精炼区带的长度是17000 mm，
-火焰下面的表面的末端与颈部入口之间的距离是14075 mm，
-hf表示熔化区带中的玻璃的高度，
-ha表示精炼区带中的玻璃的高度，
-Vfa表示火炉中的玻璃的体积，
-Lc表示颈部的长度，
-Ic表示颈部的宽度，
-hc表示颈部中的玻璃的高度，
-Lb表示工作端的长度，
-Ib表示工作端的宽度，
-hb表示工作端中的玻璃的高度，
-ΔQ表示玻璃品质相对于示例1（参照情况）的玻璃品质，即所考虑的示例i的玻璃品质与示例1的玻璃品质之间的差异，总和除以示例1的品质ΔQ=(Qi-Q1)/Q1；所考虑的是在高于1400℃下花费的平均时间。在表1中这个ΔQ乘以100，以用百分比表达结果。
-ΔConso表示整个装置的能耗相对于示例1的能耗，即所考虑的示例i的能耗与示例1的能耗之间的差异，总和除以示例1的能耗：ΔConso=(Consoi-Conso1)/Conso1；在表1中这个ΔConso乘以100，以用百分比表达结果。
-ΔSouff表示工作端处的冷却吹气强度相对于示例1的工作端处的冷却吹气强度，即所考虑的示例i的工作端处的冷却吹气强度与示例1的工作端处的冷却吹气强度之间的差异，总和除以示例1的工作端处的冷却吹气强度：ΔSouff=(Souffi-Souff1)/Souff1；在表2中这个ΔSouff乘以100，以用百分比表达结果。
表1
表2中详细列出了可浸没障壁产生的Ka和Ks的值（其中K=Ka+Ks）以及调节池窑表面和吹气特征，σsc表示通过颈部中的障壁（通过特异元件）产生的玻璃流的最小剖面，Sc表示玻璃与颈部中的氛围接触的面积，Sb表示玻璃与工作端中的氛围接触的面积，Scond表示玻璃与调节池窑中的氛围接触的面积（其中Scond=Sc+Sb），Sf/Scond表示火焰下面的面积与玻璃同调节池窑中的氛围接触的面积的比率。
表2
示例按照因子K的递增从1到19编号。应注意，对于玻璃实现的品质ΔQ与因子K之间存在相关，示例3至19能得到更优品质的玻璃。可以看出，K应当大于3.5，并且优选地大于5.5，甚至更优选地大于7.5。示例3至19的能耗也很好。114.75 m2的小型工作端一般就够了，只有示例2除外，示例2中需要的吹气强度过大。对于示例1中使用的吹气强度，玻璃表面出现光学缺陷的风险较低。相反，在示例2的情况下，这个风险是真实存在的，因为148.35m2的调节池窑面积需要的ΔSouff大于示例1的ΔSouff的119%。应注意，如果ΔSouff大于示例1的ΔSouff的90%，则表面出现光学缺陷的风险过高，示例2中就是这样的情况。优选地，ΔSouff低于示例1的ΔSouff的85%。为了实现这一点，根据本发明，K应当足够高，并且火焰下面的面积与调节池窑的面积的比率（Sf/Scond）应当小于4并且优选地小于3，并且更优选地小于2.5。在示例10的情况下，调节池窑的面积很大，因此制造成本很高，正是因为面积很大所以吹气强度降低。在这种构造中，调节池窑的面积可以减小。
在所有示例中，底部温度低于1360℃。
在所有示例中（示例7除外），玻璃含有的残余气泡不到50%。示例7对应于示例4，区别是工作端的深度为600 mm。由于工作端的深度较小，所以进入调节池窑中的再循环带穿过颈部和工作端的一大部分，但是它不会一直到达通道的入口。在工作端的最后7米中，玻璃流是活塞流。在通道的入口处，玻璃含有60%的残余气泡。
示例20
装置的尺寸与示例1的相同，区别是没有障壁，工作端的深度减小了50%（减小至0.72 m）并且工作端的宽度减小为6米。K的值为10.22。穿过调节池窑的再循环带穿过颈部和工作端的一部分，但并不延伸到通道，因为工作端的最后7米不是再循环位置，因此流是活塞流。在通道的入口处，玻璃含有50.4%的残余气泡。其它结果如下：ΔSouff = 24%，Sf/Scond=2.41 ，ΔQ = -8。

Claims (45)

1.一种通过一种装置制造熔化玻璃的方法，该装置从上游到下游包括：玻璃熔化和精炼火炉，其设有横向的架空喷火口；然后是调节池窑，其包括一个或多个隔室，所述火炉包括熔化区带和精炼区带，所述精炼区带的底部和所述调节池窑的底部足够深，使得称为下游回路的同一个再循环回路经过所述精炼区带和所述调节池窑的所有隔室，所述火炉向所述调节池窑供应玻璃，所述方法包括在所述熔化和精炼火炉中熔化玻璃，所述装置的尺寸使得K大于3.5，其中
其中：
其中：
Sf表示所述火炉中的火焰下面的面积；
x0是所述火炉中的火焰下面的区域的末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
x1是所述调节池窑的末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
σ(x)表示所述装置的玻璃流在横坐标x处的剖面积；
P(x)表示所述装置的玻璃流在横坐标x处的剖面周长；且
∑iKSi表示归因于所述火炉中的火焰下面的区域下游的所述装置中的特异元件的KSi的总和，特异元件为：其从上游朝下游并且沿着玻璃流动方向在不到2米上，形成玻璃流的剖面的多于10%的缩小，然后是玻璃流的剖面的多于10%的增大，其中
，
σi表示在所述特异元件Si紧上游的玻璃流的剖面积，
σSi表示所述特异元件Si产生的流的最小剖面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，K > 5.5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，K > 7.5。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，K大于9。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，K大于10.5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，K大于13。
7.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.4。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.6。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.8。
10.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述火炉足够深，使得上游再循环回路和下游再循环回路在所述火炉中形成。
11.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述调节池窑从上游到下游包括颈部然后是工作端。
12.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述火炉具有500 m3至1500m3的玻璃的产能。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述火炉具有700m3至1400 m3的玻璃的产能。
14.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，它的产出是每天400吨至1300吨的玻璃。
15.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述横向喷火口使用包括10%至30%的体积的O2的助燃剂，这些横向喷火口设有蓄热器，并且成对地且相反地工作。
16.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，所述横向喷火口使用含有80%至100%的体积的O2的助燃剂。
17.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，在所述调节池窑中的任何横向于所述火炉的纵轴的垂直平面中，在玻璃中存在一些点，这些点的纵向速度分量的方向是从下游到上游。
18.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其特征在于，在所述调节池窑之后，所述玻璃进入通道中，该通道本身供应成形装置，在所述通道中不会发生任何回流。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述通道的长度包括在从0.3 m至10 m的范围内。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述通道的长度包括在从0.8 m至6 m的范围内。
21.一种平板玻璃制造方法，其包括通过根据前述权利要求中的一项所述的方法制造熔化玻璃，然后通过在浮动腔室中使玻璃在熔融金属浴上浮动，将所述熔化玻璃转变成平板玻璃。
22.一种熔化玻璃制造装置，该装置从上游到下游包括：玻璃熔化和精炼火炉，其设有横向的架空喷火口；然后是调节池窑，其包括一个或多个隔室，所述火炉包括熔化区带和精炼区带，所述精炼区带的底部和所述调节池窑的底部足够深，使得称为下游回路的同一个再循环回路经过所述精炼区带和所述调节池窑的所有隔室，所述火炉向所述调节池窑供应玻璃，所述制造装置的尺寸使得K大于3.5，其中
其中：
其中：
Sf表示所述火炉中的火焰下面的面积；
x0是所述火炉中的火焰下面的区域的末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
x1是所述调节池窑的末端在总体玻璃流动方向上的横坐标；
σ(x)表示所述装置的玻璃流在横坐标x处的剖面积；
P(x)表示所述装置的玻璃流在横坐标x处的剖面周长；且
∑iKSi表示归因于所述装置中的在所述火炉中的火焰下面的区域下游的特异元件的KSi的总和，特异元件为：其从上游朝下游并且沿着玻璃流动方向在不到2米上，形成玻璃流的剖面的多于10%的缩小，然后是玻璃流的剖面的多于10%的增大，其中
σi表示在所述特异元件Si紧上游的玻璃流的剖面积，
σSi表示所述特异元件Si产生的流的最小剖面积。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，K > 5.5。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，K > 7.5。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，K大于9。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，K大于10.5。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，K大于13。
28.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.4。
29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.6。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率大于1.8。
31.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率小于4。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述火炉中的火焰下面的面积与所述调节池窑的面积的比率小于3。
33.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述火炉足够深，使得上游再循环回路和下游再循环回路在所述火炉中形成。
34.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述调节池窑从上游到下游包括颈部然后是工作端。
35.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述火炉具有500 m3至1500m3的玻璃的产能。
36.根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述火炉具有700 m3至1400 m3的玻璃的产能。
37.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，它的产出是每天400吨至1300吨的玻璃。
38.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，所述横向喷火口使用包括10%至30%的体积的O2的助燃剂，这些横向喷火口设有蓄热器，并且成对地且相反地工作。
39.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，在所述调节池窑中的任何横向于所述火炉的纵轴的垂直平面中，在玻璃中存在一些点，这些点的纵向速度分量的方向是从下游到上游。
40.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，在所述调节池窑之后，所述玻璃进入通道中，该通道本身供应成形装置，在所述通道中不会发生任何回流。
41.根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述通道的长度包括在从0.3 m至10 m的范围内。
42.根据权利要求41所述的装置，其特征在于，所述通道的长度包括在从0.8 m至6 m的范围内。
43.一种平板玻璃制造装置，其包括根据权利要求22-42中的一项所述的熔化玻璃制造装置，后面是玻璃在熔融金属浴上浮动的浮动腔室。
44.根据权利要求22-27中的一项所述的装置，其特征在于，它在它的整个长度上包括容纳熔化玻璃的槽盆块，玻璃的高度是所述槽盆块的上部水平减去包括在30 mm与130 mm之间的安全边际与底部水平之间的距离。
45.根据权利要求44所述的装置，其特征在于，安全边际为80 mm。
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