CN109311723A - 从玻璃预制件形成玻璃管的方法和设备 - Google Patents

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CN109311723A CN201780035434.7A CN201780035434A CN109311723A CN 109311723 A CN109311723 A CN 109311723A CN 201780035434 A CN201780035434 A CN 201780035434A CN 109311723 A CN109311723 A CN 109311723A
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L·B·库克
T·H·弗莱切
D·W·霍托夫
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D·J·麦克恩罗
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Abstract

描述了形成玻璃管的方法。在一个实施方式中，方法包括：将玻璃坯块加热到高于玻璃坯块的玻璃转化温度的温度，以垂直向下方向从玻璃坯块拉制玻璃管，以及当拉制玻璃管时，使加压气体流动通过玻璃坯块的通道。玻璃坯块包括限定了玻璃坯块的外直径的外表面和限定了玻璃坯块的内直径的延伸通过玻璃坯块的通道。对玻璃管进行拉制使得玻璃坯块的外直径减少至玻璃管的外直径，以及使加压气体流动通过通道使得玻璃坯块的内直径增加至玻璃管的内直径。还描述了玻璃坯块、玻璃管以及它们的制造设备。

Description

从玻璃预制件形成玻璃管的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月7日提交的题为“Methods and Apparatuses for FormingGlass Tubing From Glass Preforms(从玻璃预制件形成玻璃管的方法和设备)”的美国临时申请第62/346,832号的优先权，其全文通过引用结合入本文。
背景技术
技术领域
本说明书一般地涉及玻璃管的制造，更具体地，涉及从玻璃预制件形成玻璃管的方法和设备。
技术背景
制造玻璃管和/或玻璃棒的各种方法是已知的。此类方法可以包括在钟状物上拉制熔融玻璃，这会沿着玻璃管的内表面产生瑕疵。此外，常规方法可能包括玻璃的外表面与设备接触，例如，用以改变玻璃的流动方向和/或持续拉制玻璃。这种与玻璃的接触会沿着玻璃管的外表面产生瑕疵。例如，在这些常规工艺中，当玻璃在工具上流动时，玻璃粘度可能允许成形工具在所得到的管的表面上施加纵向线(也称作“纵向嵌条线”)。这些纵向嵌条线是来自玻璃与金属工具接触的管表面上的一系列的峰谷。由于玻璃在其拉制之前发生熔化，可能导致其他缺陷，例如，晶种、气泡、起泡或内含物。
因此，需要减少了最终玻璃产品中的瑕疵的形成玻璃管的替代方法和设备。
发明内容
根据一个实施方式，形成玻璃管的方法包括：将玻璃坯块(glass boule)加热到高于玻璃坯块的玻璃转化温度的温度，以垂直向下方向从玻璃坯块拉制玻璃管，以及当以垂直向下方向拉制玻璃管时，使加压气体流动通过玻璃坯块的通道。玻璃坯块包括限定了玻璃坯块的外直径的外表面和延伸通过玻璃坯块的通道。通道限定了玻璃坯块的内直径。对玻璃管进行拉制使得玻璃坯块的外直径减少至玻璃管的外直径，以及使加压气体流动通过通道使得玻璃坯块的内直径增加至玻璃管的内直径。
根据另一个实施方式，形成玻璃管的设备包括：炉，加压气体源，至少一对牵拉辊，内径计，外径计，和电子控制单元。炉以基本垂直方向延伸。通过供给管道将加压气体源流体连接到放置在炉内的玻璃坯块的通道，并向通道提供加压气体流。所述至少一对牵拉辊放置在加热室的下游，并且构造成啮合从玻璃坯块拉制的玻璃管。电子控制单元与内径计、外径计、加压气体源、和所述至少一对牵拉辊通讯连接。电子控制单元包括：处理器和存储计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器，当由处理器执行时，基于从外径计接收的信号调节所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个，以及基于从内径计接收的信号调节由加压气体源提供的加压气体的流速。
在以下的详细描述中给出了附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了用于形成玻璃管的方法和设备的各种实施方式，且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1显示根据本文所述一个或多个实施方式的玻璃坯块制造系统；
图2显示根据本文所述一个或多个实施方式的玻璃坯块；
图3显示根据本文所述一个或多个实施方式，用于从玻璃坯块形成玻璃管的玻璃管制造装置；以及
图4显示根据本文所述一个或多个实施方式，采用图3的玻璃管制造装置，从玻璃坯块形成玻璃管的工艺。
具体实施方式
下面将详细参考用于形成玻璃坯块和用于从玻璃坯块形成玻璃管的方法和设备的各种实施方式，其例子在附图中示出。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。
图3显示玻璃管制造装置的一个实施方式，全文一般由附图标记300指代。玻璃管制造装置300通常可以包括：加压气体源，其向位于炉内的玻璃坯块的内通道提供加压气体流；下料单元，其用于将玻璃坯块放置在炉内并以受控的进料速率使得玻璃坯块下降进入炉中；位于炉下游的至少一对牵拉辊；内径计；外径计；和电子控制单元。在炉中加热玻璃坯块，使得玻璃坯块的靠下部分的粘度降低，实现玻璃坯块的尺寸减小。玻璃坯块的经减小的部分形成玻璃管，其被炉下面的至少一对牵拉辊啮合，以拉制玻璃管。电子控制单元构造成：调节玻璃坯块在炉内的下料速率，基于从外径计接收的信号调节所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个，以及基于从内径计接收的信号调节控制气体的流速，从而控制玻璃管的形成。下面将具体结合附图描述用于从玻璃坯块形成玻璃管的方法和设备的各个实施方式。
除非另有说明，否则本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底、纵向、水平，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行，也不旨在理解为需要任何设备具体取向。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者任何设备权利要求实际上没有具体陈述单个组件的顺序或取向，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，或者没有陈述设备的组件的具体顺序或取向，都不旨在以任何方面暗示顺序或取向。这同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于设置步骤、操作流程、组件顺序或组件取向的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；说明书所述的实施方式的数量或种类。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”组件包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
参见图1，示意性显示用于形成玻璃坯块的示例性玻璃坯块制造系统100。玻璃坯块制造系统100通常包括：熔融玻璃传递系统102，用于接收熔融玻璃的传递容器104，和心轴106。
熔融玻璃传递系统102通常包括：熔融容器108、澄清容器110、和连接到玻璃坯块制造系统100的传递容器104的混合容器112。
传递容器104可以包括(未示出的)加热元件，用于加热玻璃和/或维持玻璃处于熔融状态。传递容器104还可含有(未示出的)混合组件，用于使得传递容器104中的熔融玻璃进一步均匀化。在一些实施方式中，传递容器104可以冷却和调节熔融玻璃，从而增加玻璃的粘度，之后将玻璃提供到心轴106。
传递容器104可以包括在其底部的开口118。在各种实施方式中，开口118是圆形的，但是可以是椭圆形、卵形、或者多边形，并且尺寸调节至允许熔融玻璃120流动通过传递容器104中的开口118。熔融玻璃120可以从传递容器104的开口118直接流过心轴106，形成玻璃坯块122。
仍参见图1，在各种实施方式中，玻璃坯块制造系统100还包括绕着心轴106放置的外模具124，使得来自传递容器104的熔融玻璃120在心轴106与外模具124之间流动。外模具124可以具有对应于传递容器104中的开口118的非圆形形状的内几何形貌。外模具124的外侧形状可以是有利于配套基础设施的任意形状。
在操作中，将玻璃批料材料以箭头2所示引入熔融容器108中。在熔融容器108中熔化玻璃批料材料，以形成熔融玻璃120。熔融玻璃120流入澄清容器110，其具有高温加工区域，所述高温加工区域接收来自熔融容器108的熔融玻璃120。澄清容器110从熔融玻璃120去除气泡。澄清容器110通过连接管111与混合容器112流体连接。也就是说，熔融玻璃通过连接管111从澄清容器110流到混合容器112。熔融玻璃120在混合容器112中通过例如搅拌均匀化。混合容器112进而通过连进料管113与传递容器104流体连接。
然后，熔融玻璃流动通过传递容器104中的开口118，并流到心轴106上，这形成玻璃坯块122中的通道126。在包含外模具124的实施方式中，外模具124的形状是玻璃坯块122的外表面128。心轴106和外模具124一起猝冷玻璃，形成具有内通道的玻璃坯块122。一旦形成，玻璃坯块122进行退火，这将玻璃坯块122加热到释放残留应力的温度，然后对玻璃坯块122进行再加热，从而可以将其拉制成玻璃管400。
可以根据形成熔融玻璃混合物的已知方法形成熔融玻璃120。此外，提供形成熔融玻璃120的具体玻璃组合物组分可以取决于具体实施方式发生变化。具体来说，玻璃组合物组分可以包括例如：二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、碱土氧化物(例如，MgO、CaO、SrO、或BaO)、碱性氧化物(包括但不限于Na2O和/或K2O)，和一种或多种额外的氧化物或澄清剂(例如，SnO2、ZrO2、ZnO、TiO2、或Cl-等)，但不限于此。在一个具体实施方式中，熔融玻璃混合物可以由例如美国专利第8,551,898号所揭示的玻璃组合物形成。但是，应理解的是，考虑将其他玻璃组合物用于本文所述的方法和设备，并且是可行的。
通常来说，对传递容器104中的熔融玻璃120的温度进行控制，使得传递容器104的开口118处的熔融玻璃120的粘度适合提供来自开口118的玻璃的稳定流动。例如，在一些实施方式中，传递容器104中的熔融玻璃120的温度使得熔融玻璃混合物的粘度是约1kP(千泊)至约250kP、约25kP至约225kP、或者约50kP至约150kP，以提供来自传递容器104的稳定化流动。用于本文所述方法和设备的玻璃组合物可限于如下玻璃组合物，其同时产生允许形成玻璃而不发生失透的合适的工作粘度以及待生产制品所需的物理属性。如本文所用，工作粘度指的是玻璃展现出大于约25kP粘度时的温度。但是，在某些情况下，最终制品可能需要被认为可拉制的玻璃组合物无法满足的属性。换言之，所需的玻璃组合物的液相线温度可能足够高，从而防止传递容器104的开口118处的熔融玻璃发生失透的温度可能导致开口118处的熔融玻璃的粘度低于适合拉制的粘度下限。在此类实施方式中，心轴106和外模具124可以采用主动冷却特征，从由开口118出来的熔融玻璃去除热量，从而快速增加粘度以克服结晶和实现形成坯块。
图2显示可以用图1所示的玻璃坯块制造系统100形成的示例性玻璃坯块122。如图2所示，玻璃坯块122的通道126限定了玻璃坯块122的内直径ID1，而玻璃坯块122的外表面128限定了玻璃坯块122的外直径OD1。取决于具体实施方式，玻璃坯块122的内直径ID1和外直径OD1可以发生变化。例如，在一些实施方式中，玻璃坯块122的内直径ID1是约3mm至约50mm，以及玻璃坯块122的外直径OD1是约140mm至约250mm。玻璃坯块122的内直径ID1可以取决于玻璃坯块122的外直径OD1变化，并且通常可以是约3mm至约50mm、约3mm至约25mm、或者约3mm至约5mm。例如，外直径OD1是约150mm的玻璃坯块122的内直径ID1可以是约5mm至约20mm。作为另一个例子，外直径OD1是约250mm的玻璃坯块122的内直径ID1可以是约10mm至约50mm。在一个具体例子中，玻璃坯块122的外直径是约140mm至约160mm，以及内直径是约6mm至约40mm。在各种实施方式中，玻璃坯块122可以长约1m至约3m，或者甚至长约1.5m至约2.5m。
在一些实施方式中，可以根据替代方法形成玻璃坯块122。例如，在一个实施方式中，形成的玻璃坯块122没有通道，以及然后在玻璃坯块122中钻入通道126或者以任意其他方式引入(例如，用钻石浸渍的金属尖端进行枪钻或芯钻)。在一些实施方式中，可以对较短长度的玻璃(例如，小于或等于12英寸)进行钻孔，并通过火焰加工接合到一起以形成玻璃坯块122。
在其他实施方式中，可以将玻璃圆柱体压制通过包含活塞的挤出模头，以制造玻璃坯块122。挤出模头可以包括心轴，以形成玻璃坯块122的通道126。在对玻璃进行挤出的一些实施方式中，玻璃的温度使得玻璃混合物的粘度是约1x105P(泊)至约1x107P。或者，可以使用其他方法形成包含通道126的玻璃坯块122。
在实施方式中，形成玻璃坯块122的工艺可能导致玻璃中的缺陷。具体来说，通道126和/或外表面128可能包含各种缺陷，例如裂纹或划痕。如本文所用，“缺陷”指的是气泡、内含物、玻璃微粒、划痕、裂纹、空气线、表面杂质、嵌条、或者玻璃表面上或者玻璃内部的降低了玻璃质量的任意其他瑕疵。例如，此类缺陷可能是由于干扰或改变了熔融玻璃120的流动的心轴106上存在的不规则物或缺陷。诸如气泡和内含物之类的内部缺陷可能是由于从熔融容器108出来的玻璃质量的结果。可能下拉出一些气泡，使得所得到的管的壁厚度内出现空气线。外部缺陷(例如，嵌条和污点)可能是由于靠着工具流动的熔融玻璃并浮现在表面上的结果。还可能在属于几何形貌的质量中发现缺陷，例如，偏离所需表面形状的区域，例如不圆、和弯曲等。
根据各种实施方式，可以通过对内表面和外表面进行加热和拉制，来减少玻璃坯块122的通道126上的缺陷和外表面128上的缺陷，以形成具有较少缺陷的玻璃管400。不受限于理论，当坯块减小到管时，存在减小比(reduction ratio)。几何形貌加上构造部分玻璃的任何缺陷的尺寸的减小是该减小比。因此，如果玻璃坯块包括尺寸为10mm的缺陷，并且减小比为100，则玻璃管400包括尺寸为0.1mm的缺陷。因此，可以减小小缺陷的尺寸，从而对于人眼而言它们变得不可见。此外，用于将玻璃坯块122拉制成玻璃管400的拉制工艺可能对于表面具有火焰抛光作用。例如，如果由于后加工或转运导致在玻璃坯块122上存在划痕，则它可以在拉制玻璃坯块122时被“愈合”，这是因为拉制过程包括再加热玻璃以允许其流动，从而去除了缺陷。具体来说，玻璃坯块122的内直径ID1增加同时玻璃坯块122的外直径OD1减小，从而形成具有内直径ID2和外直径OD2的玻璃管400。
此外，不受限于理论，相比于采用常规转化工艺形成的玻璃管，通过从玻璃坯块拉制玻璃管形成玻璃管可以导致表面质量的改进。例如，由于各种方向变化和与玻璃表面的接触点，常规转化工艺会引入表面缺陷。相反地，本文所述的各种方法在形成过程中使玻璃坯块的内表面与心轴接触以及使经拉制的玻璃管的外表面与牵拉辊接触，但是，在制造过程中可以不以任意其他方式提供表面接触。
如图2所示，在各种实施方式中，玻璃坯块122包括柄200。柄200可以与玻璃坯块122作为整体形成(例如，在挤出过程中)，或者当熔融玻璃120从传递容器104的开口118向下出来时形成。例如，可以较快速地拉制熔融玻璃120，以形成柄200，通常称为对坯块进行“颈化”。柄的长度可以是例如约1米、约2米、或者甚至更长。或者，可以在形成玻璃坯块122之后，将柄200附连到玻璃坯块122。例如，可以在玻璃坯块122进行退火之后或者在玻璃坯块122形成为玻璃管400之前的任意时刻，采用火焰加工或者其他合适技术，来附连柄200。在各种实施方式中，柄200提供了用于运载或操作玻璃坯块122的表面，而不需要接触玻璃坯块122自身的表面。此外，柄200可以起到导管的作用，用于将玻璃坯块122连接到加压气体源，从而向玻璃坯块122的通道126提供加压气体，如下文进一步详述。例如，柄200可以部分地形成在玻璃坯块122处，对柄200进行了预研磨匹配接合火焰加工。不受限于理论，玻璃坯块122包含柄的实施方式可以使得浪费最小化，并且实现将玻璃坯块122的所有玻璃都用于形成玻璃管400，而不需要丢弃玻璃坯块122的端部。
现参见图3和4，在形成玻璃坯块122之后，可以将玻璃坯块122插入玻璃管制造装置300中，从玻璃坯块122拉制玻璃管400。在实施方式中，玻璃管制造装置300通常包括：炉302，用于供给加压气体306的加压气体源304，以及至少一对牵拉辊308。如本文所用，术语“牵拉辊”包括牵拉装置，包括但不限于：牵引机条带、夹轮、绞盘、和双辊等。玻璃管制造装置300还可包括：内径计310，外径计312，下料单元320，用于控制从玻璃坯块122拉制玻璃管400的过程的电子控制单元(ECU)314。
在本文所述的实施方式中，炉302可以是垂直延伸(即，以图3所示的坐标轴的+/-Z方向)的管式炉。(图3中未示出的)玻璃坯块122可以置于炉302中。加压气体源304可以是泵或者其他加压气体源(例如，加压气体圆柱筒、压缩机等)，其通过供给导管316连接到玻璃坯块122的通道126。在实施方式中，供给导管316还可包括密封物318，当玻璃坯块122连接到加压气体源304时，其可以用来密封供给导管316和玻璃坯块122的通道126。例如，玻璃坯块122的柄200可以连接到密封物318以形成接合件。通过密封物318和柄200连接到通道126的供给导管316将加压气体306从加压气体源304提供到通道126。供给导管316可以是挠性软管的形式，或者至少可以包括能够垂直移动的部分。例如，供给导管316可以包括连接到螺旋送料器的卡盘，可以控制所述螺旋送料器以垂直方向移动。
玻璃管制造装置300还包括柄啮合机制303，用于当玻璃坯块122的柄200连接到密封物318时对其进行支撑。在各种实施方式中，柄啮合机制303在至少一侧是打开的，以帮助将柄200放置在柄啮合机制303中。例如，在各种实施方式中，可以以图3和4所示的坐标轴的+/-X方向插入玻璃坯块122的柄200，用于连接到密封物318和供给导管316。
在实施方式中，加压气体源304通讯连接到ECU 314。ECU 314可以包括：处理器和存储计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器，当由处理器执行时，调节从加压气体源304发出的加压气体306的流速。加压气体306可以是例如：空气、氮气、氩气、氦气或者其他类似加工气体，但不限于此。在一些实施方式中，加压气体306可以是惰性气体，而在其他实施方式中，可以采用成形气体来影响通道126的表面化学性，同时增加玻璃坯块122的内直径ID1。
图3还显示电连接到ECU 314的下料单元320。下料单元320还连接到柄啮合机制303和供给导管316，并且用于使得玻璃坯块122在炉302中垂直移动(即，图3所示坐标轴的+/-Z方向)。玻璃坯块122在炉302中的垂直移动实现了当玻璃进行拉制时它的尺寸的稳态减小。因此，柄啮合机制303、供给导管316、密封物318、柄200、和玻璃坯块122下降进入到炉302中，直到玻璃坯块122的靠下部分抵达炉302的热区(未示出)。例如，下料单元320可以引起与供给导管316和柄啮合机制303相关的螺旋给料器转动，使得柄啮合机制303和供给导管316以及密封物318、柄200、和玻璃坯块122下降进入炉302中。玻璃坯块122在炉的热区中的那部分的粘度降低，实现了玻璃坯块122的那部分的尺寸减小，形成玻璃管400。当通过牵拉辊308拉动玻璃管400时，下料单元320持续使得玻璃坯块122下降进入炉302中。一旦玻璃坯块122发生了减小，下料单元320可以升起柄啮合机制303、柄200、密封物318、和供给导管316垂直离开炉302，实现柄200与密封物318断开连接，从柄啮合机制303移出。在实施方式中，ECU 314可以包括处理器和存储计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器，当由处理器执行时，控制下料单元320调节玻璃坯块122、供给导管316、柄啮合机制303、和密封物318在炉302中的垂直位置的速率。
在实施方式中，所述至少一对牵拉辊308位于炉302的下游，并且啮合住一部分的外表面玻璃管400。可以通过电连接到ECU 314的马达(未示出)主动驱动牵拉辊308。在实施方式中，ECU 314可以包括处理器和存储计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器，当由处理器执行时，控制牵拉辊308的转动(即，牵拉辊的扭矩和/或速度)，因而控制拉制的线速度。
在一些实施方式中，提供冷却流体来对玻璃管400进行冷却。例如，在玻璃管400具有大的外直径OD2和厚壁的实施方式中，可能希望在玻璃管400与牵拉辊308接触之前对玻璃管400进行冷却。例如，冷却可以降低玻璃管400的温度，以减少或消除玻璃管太热会导致的牵拉辊308的损坏。例如，冷却流体可以是惰性气体或者温度足以降低玻璃管400的温度的流体。冷却流体可以将玻璃管400的温度降低到低于约300℃、低于约200℃、或者低于约100℃。
仍参见图3，内径计310和外径计312可以放置在炉302的下游，并且分别用来测量通过玻璃管制造装置300从玻璃坯块122拉制的玻璃管400的内直径和外直径。在各种实施方式中，内径计310和外径计312可以是基于激光或者基于视觉测量系统，从而可以穿过玻璃坯块122的壁来测量内直径。例如，可以使用基于视觉的检查系统来测量玻璃管400的内直径和外直径。在具体实施方式中，可以采用玻璃的折射率来减少或者甚至消除由于玻璃的曲率半径所导致的透镜效应，否则的话这可能扭曲测量。在实施方式中，内径计310可以放置在玻璃管400的外部，并且构造成当供给导管316连接到玻璃坯块122时测量玻璃片400的内直径，如下文进一步详述。内径计310和外径计312与ECU314通讯连接并且向ECU 314分别提供指示了通过玻璃管制造装置314从玻璃坯块122拉制的玻璃管400的内直径和外直径的电信号。
在实施方式中，储存在ECU 314的存储器中的计算机可读取和可执行指令可以配置如下：当通过处理器执行时，ECU 314从内径计310和外径计312分别接收指示了通过玻璃管制造装置300从玻璃坯块122拉制的玻璃管400的内直径和外直径的信号。基于这些信号，ECU 314对以下至少一种进行调节：从加压气体源304发出的加压气体306的流动，玻璃坯块122下降进入到炉中的速率，和所述至少一对牵拉辊308的转动(例如，扭矩和/或速度)，从而控制从玻璃坯块122拉制的玻璃管400的尺度(例如，内直径、外直径，进而控制壁厚)，如下文进一步详述。
现参见图3和4，在本文所述的实施方式中，玻璃管制造装置300的ECU314控制加压气体源304结合所述至少一对牵拉辊308，从而以下游方向从玻璃坯块122拉制玻璃管400，并由此增加玻璃坯块122的长度的同时增加玻璃坯块122的内直径ID1和降低玻璃坯块122的外直径OD1，由此将玻璃坯块122转化为玻璃管400。为了开始这个过程，玻璃坯块122通过柄200和密封物318连接到供给导管316。柄200和密封物318是匹配的，从而将加压气体306发射进入通道126中。内径计310放置在玻璃管400的外部，在炉302下面。之后，玻璃坯块122下降进入到炉302中，并加热到高于其玻璃转化温度Tg的温度，在该点，玻璃坯块122的玻璃表现为粘性流体并开始流动。这个温度通常与玻璃具有约100kP至约200kP的粘度一致，从而可以从玻璃坯块122拉制玻璃管。当玻璃开始从玻璃坯块122以下游方向流动从而形成玻璃管400时，通过外径计312并且在所述至少一对牵拉辊308之间引导玻璃管400，从而牵拉辊308接触并啮合玻璃管400的外表面，和以下游方向拉制玻璃。
应理解的是，所述至少一对牵拉辊308位于炉302的下游足够的距离，以实现玻璃冷却到低于玻璃转化温度和固化，之后被牵拉辊308啮合，从而避免对于牵拉辊308的损坏。更具体来说，所述至少一对牵拉辊308放置成与玻璃管400的外表面接触，接触点处，玻璃管400的温度低于玻璃管400和玻璃坯块122的玻璃转化温度Tg。在低于玻璃转化温度Tg的温度，玻璃管400表现类似于弹性固体，可以通过例如牵拉辊308对其进行机械操控，而不损坏牵拉辊308。
虽然玻璃转化温度Tg随着形成玻璃坯块122(因而随着玻璃管400)的具体玻璃组合物而变化，但是玻璃转化温度Tg通常是约1200℃至约450℃。因此，在各种实施方式中，牵拉辊308放置成与玻璃管400的外表面接触的点的玻璃管400的温度是：比玻璃转化温度Tg低了约50℃、比玻璃转化温度Tg低了约100℃、比玻璃转化温度Tg低了约200℃、比玻璃转化温度Tg低了约300℃、或者比玻璃转化温度Tg低了约400℃。在一些实施方式中，牵拉辊308接触玻璃管400的点的玻璃管的温度是约50℃至约250℃。不受限于理论，当牵拉辊308放置成当玻璃管400的温度低于玻璃转化温度Tg的温度时与玻璃管400发生接触，则牵拉辊308可以拉制玻璃管400(包括玻璃坯块122的外表面128中已经存在的缺陷)，并且通过加热愈合至少一些表面缺陷和/或几何形貌不均匀性，而没有在玻璃管400的外表面中引入额外缺陷，从而形成的玻璃管400的缺陷少于形成它的玻璃坯块122。
当以下游方向拉制玻璃管400时，加压气体源304引导加压气体306通过供给导管316并进入玻璃坯块122的通道126。加压气体306向玻璃坯块122的通道126加压(由于炉302中的加热，其现在是可塑性变形的)，以及由于施加的压力和由于加热所导致的玻璃的塑性增加，使得玻璃坯块122的内直径ID1增加到玻璃管400的内直径ID2。
可以通过例如控制供给到玻璃坯块122的通道126的加压气体306的压力，来控制内直径ID的增加。在实施方式中，通过ECU 314，基于从内径计310接收到的信号，来调节加压气体源304发出的加压气体306的压力。例如，ECU 314可以从内径计310接收表示了正在形成的玻璃片400的内直径ID2的信号。ECU 314的处理器可以将测得的玻璃管的内直径ID2与ECU 314的存储器中储存的目标ID值进行对比。当处理器确定目标ID值大于测得的内直径ID2的值时，ECU 314的处理器向加压气体源304传送控制信号，这增加了从加压气体源304发出的加压气体306的流速，从而增加了玻璃管400的内直径ID2。或者，当处理器确定目标ID值小于测得的内直径ID2的值时，ECU 314的处理器向加压气体源304传送控制信号，这减小了从加压气体源304发出的加压气体306的流速，从而减小了玻璃管400的内直径ID2。因此，内径计310和ECU 314与加压气体源304形成反馈回路，通过测量玻璃管400的内直径ID2和基于玻璃管400的内直径ID2调节加压气体306的压力，来控制玻璃管400的内直径ID2。在各种实施方式中，加压气体306以约5kPa至约50kPa、约7.5kPa至约25kPa、或者约10kPa至约15kPa的压力，引导通过玻璃坯块122的内直径ID1。
当引导加压气体306进入玻璃坯块122的通道126中时，牵拉辊308通过与玻璃管400的外表面接触，以垂直向下方向(即，图3和4所示坐标轴的-Z方向)拉动玻璃管400。在实施方式中，可以采用ECU 314来控制从炉拉制的玻璃管400的厚度。可以通过控制玻璃管400的内直径ID2(如上文所述)和/或控制玻璃管400的外直径OD2，来控制玻璃管400的厚度。例如，玻璃坯块122的玻璃的粘度降低结合通过牵拉辊308施加到玻璃上的拉制作用力，使得玻璃坯块122的外直径OD1降低到玻璃管400的外直径OD2。可以通过例如，控制牵拉辊308的速度和/或扭矩，来控制外直径OD的变化。在实施方式中，通过ECU 314，基于从外径计312接收到的信号，来调节所述至少一对牵拉辊308的转动。例如，ECU 314可以从外径计312接收表示了正在形成的玻璃管400的外直径OD2的信号。ECU 314的处理器可以将测得的玻璃管的外直径OD2与ECU 314的存储器中储存的目标OD值进行对比。当处理器确定目标OD值大于测得的外直径OD2的值时，ECU 314的处理器向牵拉辊308传送控制信号，以减小牵拉辊308的速度和/或扭矩，从而增加了玻璃管400的外直径OD2。或者，当处理器确定目标OD值小于测得的外直径OD2的值时，ECU 314的处理器向牵拉辊308传送控制信号，以增加牵拉辊308的速度和/或扭矩，从而增加了玻璃管400的外直径OD2。因此，外径计312和ECU 314可以与牵拉辊308形成反馈回路，通过测量玻璃管400的外直径OD2和基于玻璃管400的外直径OD2调节牵拉辊308的速度和/或扭矩，来控制玻璃管400的外直径OD2。在各种实施方式中，牵拉辊308的转动速率对应于约0.1m/分钟至约60m/分钟、约1m/分钟至约30m/分钟、或者约10m/分钟至约20m/分钟的拉制的线速度。在具体实施方式中，牵拉辊308与玻璃接触的点的玻璃温度低于约200℃。
在一个例子中，从具有90mm外直径OD1和10mm内直径ID1的玻璃坯块，以约50kP的粘度和无压力情况下拉制玻璃管。进料到炉中的玻璃坯块的下料速率是25mm/分钟，以及炉温约为930℃。所得到的玻璃管具有3:1的减小比，得到的管具有30mm外直径OD2和3.33mm内直径ID2。但是，当以约1.5psi的压力将加压气体施加到玻璃坯块的通道时，内直径ID2增加到约25mm。伴随着内直径的增加，管的外直径OD2也增加。因此，为了使得管的外直径OD2降低回到30mm，增加牵拉辊的速度以产生1m/分钟的拉制线速度，以得到具有30mm外直径OD2和25mm内直径ID2的玻璃管。
在各种实施方式中，当从玻璃坯块122拉制玻璃管400时，ECU 314向下料单元320提供反馈，这进而导致下料单元320降低柄200，因而降低玻璃坯块122，进一步向下进入炉302中。在一些实施方式中，ECU 314可以导致下料单元320使得柄200和玻璃坯块122以特定进料速率向下进入炉302的热区中。可以基于玻璃管400所需的内直径和外直径以及炉302的温度，来选择进料速率。不受限于理论，快进料速率导致炉302的热区中较短的玻璃停留时间，这可以实现更高的玻璃粘度。因此，在一些实施方式中，可以调节下料速率，从而控制玻璃管400的外直径OD2和/或内直径ID2。
根据各种实施方式，玻璃管400的外直径OD2小于玻璃坯块122的外直径OD1，以及内直径ID2大于玻璃坯块122的内直径ID1。取决于具体实施方式，玻璃管400的内直径ID2和外直径OD2可以发生变化。例如，在各种实施方式中，玻璃管400的内直径ID2是约0.5mm至约70mm，以及玻璃管400的外直径OD2是约1mm至约80mm。内直径ID2可以是约0.75mm至约50mm、约0.8mm至约40mm、或者约1mm至约35mm。外直径OD2可以是约1.25mm至约65mm、约1.5mm至约45mm、或者约2mm至约40mm。在各种实施方式中，所得到的玻璃管400的壁的厚度t是约0.100mm至约10mm或者约0.2mm至约5mm。在一些实施方式中，玻璃管可以是如下情况：内直径ID2约1.6mm至约7mm、外直径OD2约2mm至约10mm、和壁厚约0.2mm至约1.5mm，或者内直径ID2约1.8mm至约4mm、外直径OD2约2mm至约5mm、和壁厚约0.100mm至约0.5mm。在一个具体实施方式中，玻璃管400的内直径ID2约2.4mm、外直径OD2约3mm和壁厚约0.3mm。
也可以根据本文所提供的方法来制造较大的玻璃管。在一个实施方式中，玻璃管可以是内直径ID2约8mm、外直径OD2为10mm和壁厚约1mm。在另一个实施方式中，玻璃管可以是内直径ID2约14.35mm、外直径OD2约16.75mm和壁厚约1.2mm。在另一个实施方式中，玻璃管可以是内直径ID2约20mm、外直径OD2约25mm和壁厚约2.5mm。在其他实施方式中，玻璃管可以是内直径ID2约36mm、外直径OD2约40mm和壁厚约2mm，或者内直径ID2约54mm、外直径OD2约60mm和壁厚约3mm。在另一个实施方式中，玻璃管可以是内直径ID2约62mm、外直径OD2约70mm和壁厚约4mm。因此，各种实施方式可以提供各种尺寸和各种壁厚的玻璃管。
在一个实施方式中，可以从具有非圆形外几何形貌的玻璃坯块122形成异型玻璃管(profiled glass tube)400。从具有内几何形貌的外模具124形成玻璃坯块，所述内几何形貌是非圆形形状(例如，椭圆形、卵形或多边形)，并且对应于传递容器104中的开口118。当拉制管的粘度保持足够高(例如，>50kP或>80kP)以防止玻璃的表面张力扭曲管400的外部形状时，从玻璃坯块122拉制的异型玻璃管400可以维持其外部形状。可以在玻璃坯块122减小并过渡到玻璃管400的同时向玻璃坯块122的外侧施加主动冷却，紧靠低于拉制炉302，维持管400的外侧形状同时向坯块122的内直径126加压。
可以采用管切割器和/或任意其他方式切割玻璃管400，以转化为另一种产品。例如，玻璃管400可以转化为一种或多种注射器、筒、或瓶子。取决于具体实施方式和所需产品，可以在用冷却流体进行冷却之前，对玻璃管400进行转化。取决于具体实施方式，可以在所得到的产品上进行涂覆或者其他加工，例如离子交换、或者抛光等。
因此，本文所述的各种实施方式可用于从玻璃坯块形成玻璃管、玻璃注射器、玻璃筒、玻璃瓶等。各种实施方式实现了玻璃管的形成过程中待拉制的玻璃坯块的表面中的缺陷，进而使得玻璃管中的缺陷量的减少(由此减少了从其形成的玻璃注射器、筒和瓶子中的缺陷量)。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (22)

1.一种形成玻璃管的方法，所述方法包括：
将玻璃坯块加热到高于玻璃坯块的玻璃转化温度的温度，所述玻璃坯块包括限定了玻璃坯块的外直径的外表面和延伸通过玻璃坯块的通道，所述通道限定了玻璃坯块的内直径；
以垂直向下方向从玻璃坯块拉制玻璃管，从而使玻璃坯块的外直径减小到玻璃管的外直径；以及
当以垂直向下方向拉制玻璃坯块时，使得加压气体流动通过玻璃坯块的通道，从而使玻璃坯块的内直径增加到玻璃管的内直径。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括通过在心轴上引导熔融玻璃来形成玻璃坯块。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对玻璃坯块进行拉制包括用至少一对牵拉辊啮合住限定了玻璃管的外直径的玻璃管的外表面。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一对牵拉辊啮合住玻璃管的一部分外表面，所处的温度低于玻璃坯块的玻璃转化温度。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括在拉制玻璃管之前，将柄附连到玻璃坯块。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，柄的附连包括与玻璃坯块作为整体形成柄。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括：
测量玻璃管的内直径；以及
基于测得的玻璃管的内直径，调节加压气体的压力。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括：
测量玻璃管的外直径；以及
基于测得的玻璃管的外直径，调节以垂直向下方向拉制玻璃管的速率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，调节玻璃管的拉制速率包括调节与玻璃管接触的至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个。
10.如权利要求1所述的方法，其还包括在至少一对拉制辊啮合住玻璃管的外表面之前，用冷却流体对玻璃管进行冷却。
11.一种用于形成玻璃管的设备，所述设备包括：
以基本垂直方向延伸的炉；
加压气体源，其通过供给管道连接到放置在炉内的玻璃坯块的通道，所述加压气体源向通道提供加压气体流；
至少一对牵拉辊，其放置在炉的下游，并且构造成啮合从玻璃坯块拉制的玻璃管；
内径计；
外径计；和
电子控制单元，其通讯连接到所述内径计、所述外径计、所述加压气体源、和所述至少一对牵拉辊，所述电子控制单元包括处理器和存储计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器，当由处理器执行时：
其调节所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个；以及
其调节通过加压气体源提供的加压气体的流速。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述至少一对牵拉辊放置和构造成啮合住玻璃管，所处的温度低于玻璃坯块的玻璃转化温度。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，基于从外径计接收的信号，调节所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于：
从外径计接收的信号对应玻璃管测得的外直径；以及
当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，将玻璃管测得的外直径与非暂时性存储器中储存的目标外直径值进行对比。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，当响应确定玻璃管测得的外直径大于暂时性存储器中储存的目标外直径值时，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，增加所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个。
16.如权利要求11所述的设备，其特征在于，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，基于从内径计接收的信号，调节加压气体源提供的加压气体的流速。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于：
从内径计接收的信号对应玻璃管测得的内直径；以及
当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，将玻璃管测得的内直径与非暂时性存储器中储存的目标内直径值进行对比。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，当响应确定玻璃管测得的内直径小于暂时性存储器中储存的目标内直径值时，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，增加加压气体源提供的加压气体的流速。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于：
从外径计接收的信号对应玻璃管测得的外直径；以及
当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，将玻璃管测得的外直径与非暂时性存储器中储存的目标外直径值进行对比。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，当响应确定玻璃管测得的外直径大于暂时性存储器中储存的目标外直径值时，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，增加所述至少一对牵拉辊的速度和扭矩中的至少一个。
21.如权利要求11所述的设备，所述设备还包括与电子控制单元通讯连接的下进料单元，其中，当由处理器执行计算机可读和可执行指令组时，对下进料单元调节炉内的玻璃坯块的垂直位置的速率进行控制。
22.如权利要求11所述的设备，其特征在于，加压气体源通过密封物与玻璃坯块的通道流体连接，所述密封物连接了玻璃坯块的柄。
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