CN114728826A - 用于浸没式燃烧熔化器的消力器皿 - Google Patents

Abstract

一种生产玻璃的方法包括从容纳在浸没式燃烧熔化器（10）中的玻璃熔体（16）中抽出未精炼的泡沫熔融玻璃（18），以及将未精炼的泡沫熔融玻璃（18）引入到消力罐（70）的消力室（82）中。熔融玻璃中间池（84）容纳在消力罐（70）的消力室（82）内并在其中通过一个或多个非浸没式燃烧器（90）进行加热。熔融玻璃从熔融玻璃中间池（84）流动到熔融玻璃转移池（114），该熔融玻璃转移池容纳在附加到消力罐（70）的进料流槽（72）的流槽室（112）中。熔融玻璃进料（22）可以从熔融玻璃转移池（114）中被抽出并以受控的速率从进料流槽（72）输送。

Description

用于浸没式燃烧熔化器的消力器皿

技术领域

本公开涉及使用浸没燃烧熔融的玻璃生产，且更具体地，涉及一种用于管理在浸没式燃烧熔化器中生产的泡沫熔融玻璃的流动的消力器皿（stilling vessel）。

背景技术

玻璃是一种具有众多种应用的刚性无定形固体。钠钙硅玻璃例如广泛用于制造平板玻璃制品（包括窗户）、中空玻璃制品（包括诸如瓶子和罐子之类的容器）、以及还有餐具和其他特殊制品。钠钙硅玻璃包括SiO₂–Na₂O–CaO的无序且空间交联的三元氧化物网络。二氧化硅组分（SiO₂）是按重量计最大的氧化物，并且构成钠钙硅玻璃的主要网络形成材料。与纯二氧化硅玻璃相比，Na₂O组分充当降低玻璃的熔化、软化和玻璃化转变温度的助熔剂，并且CaO组分充当改进玻璃的某些物理和化学性质（包括其硬度和耐化学性）的稳定剂。在钠钙硅玻璃的化学成分中包括Na₂O和CaO使玻璃制品的商业制造比纯二氧化硅玻璃更实用且耗能更低，同时仍然产生可接受的玻璃性质。钠钙硅玻璃，一般地并且基于玻璃的总重量，其玻璃化学组成包括60 wt%至80 wt%的SiO₂、8 wt%至18 wt%的Na₂O、以及5 wt%至15wt%的CaO。

除了SiO₂、Na₂O和CaO之外，钠钙硅玻璃的玻璃化学组成还可包括其他氧化物和非氧化物材料，这些材料充当网络形成剂、网络改性剂、着色剂、脱色剂、氧化还原剂或影响最终玻璃的性质的其他剂。这些附加材料的一些示例包括氧化铝（Al₂O₃）、氧化镁（MgO）、氧化钾（K₂O）、碳、硫酸盐、硝酸盐、氟、氯、和/或以下各者中的一者或多者的元素或氧化物形式：铁、砷、锑、硒、铬、钡、锰、钴、镍、硫、钒、钛、铅、铜、铌、钼、锂、银、锶、镉、铟、锡、金、铈、镨、钕、铕、钆、铒和铀。氧化铝是更普遍包括的材料之一（基于玻璃的总重量，其通常以高达2wt%的量存在），因为它能够改进玻璃的化学耐久性并降低反玻璃化的可能性。不管钠钙玻璃中除了SiO₂、Na₂O和CaO之外还存在什么其他氧化物和/或非氧化物材料，那些附加材料的总和基于钠钙硅玻璃的总重量优选地为10wt％或更少，或更窄地为5wt％或更少。

浸没燃烧（SC）熔化是一种可以生产玻璃（包括钠钙硅玻璃）的熔化技术，并且最近作为商业玻璃制造的潜在可行选项已经引起了人们的兴趣。与常规的熔化实践（其中熔融玻璃浴主要用来自顶置式非浸没式燃烧器的辐射热加热）相反，SC熔化涉及将包含燃料和氧气的可燃气体混合物直接注入到包含在SC熔化器中的玻璃熔体中，通常通过安装在底板（floor）中或熔化器侧壁的浸入部分中的浸没式燃烧器。可燃气体混合物自燃，并且所得燃烧产物在它们排放通过玻璃熔体时引起剧烈的搅拌和湍流。与常规熔化炉的较慢动力学相比，燃烧产物和玻璃熔体之间经历的强烈剪切力引起贯穿熔融玻璃的快速热传递和颗粒溶解。

虽然SC技术可以相对快速地将可玻璃化进料熔化并整合到玻璃熔体中而因此导致与常规的玻璃熔化实践相比玻璃停留时间相对短，但玻璃熔体往往是泡沫的，并且在从SC熔化器中排放时具有相对低的密度（尽管进行了化学均质处理）。此外，由于包含在SC熔化器中的玻璃熔体的湍流本质所致，从SC熔化器中排放的熔融玻璃的流动往往会波动。所排放的熔融玻璃的波动流动会使得难以操作下游设备（诸如，玻璃澄清器），因为熔融玻璃的不可预测的输入流会引起下游部件的某些操作条件必须进行频繁调整。所排放的熔融玻璃的波动流动也难以随时间的推移进行调节以匹配玻璃生产要求。为了帮助在商业玻璃制造环境中实施SC熔化，需要以一种方式或另一种方式管理在从SC熔化器中排放的熔融玻璃的流动中的波动。

发明内容

本公开涉及一种连接到浸没式燃烧熔化器的消力器皿。通过喉管在浸没式燃烧熔化器和消力器皿之间建立流体连通。消力器皿包括消力罐和进料流槽。消力罐限定消力室，该消力室通过互连的喉管从浸没式燃烧熔化器接收未精炼的泡沫熔融玻璃。从浸没式燃烧熔化器接收到的未精炼的泡沫熔融玻璃作为熔融玻璃中间池而容纳在消力室内。消力罐可包括非浸没式燃烧器以加热熔融玻璃中间池，使得玻璃的温度不会降低并且不会引起玻璃粘度的不想要的增加。一些非浸没式燃烧器甚至可能用它们的燃烧产物撞击熔融玻璃中间池以减少上升到熔融玻璃池的顶表面的泡沫量。进料流槽附加到消力罐并限定与消力室连通的流槽室。进料流槽容纳熔融玻璃的转移池，并且被构造成以受控的速率将熔融玻璃进料从转移池输送到下游部件（诸如，玻璃澄清器）。

本公开体现了许多个方面，这些方面可以彼此分开或组合实施以提供用于生产玻璃的方法。根据本公开的一个实施例，一种生产玻璃的方法包括几个步骤。一个步骤涉及将来自一个或多个浸没式燃烧器的燃烧产物直接排放到包含在浸没式燃烧熔化器的内部反应室内的玻璃熔体中。从所述一个或多个浸没式燃烧器中排放的燃烧产物搅动玻璃熔体。该方法的另一个步骤涉及从玻璃熔体中抽出未精炼的泡沫熔融玻璃并通过熔融玻璃出口将未精炼的泡沫熔融玻璃排放出浸没式燃烧熔化器。该方法的再另一个步骤涉及将未精炼的泡沫熔融玻璃引入到消力罐的消力室中，该消力罐与浸没式燃烧熔化器流体连通。未精炼的泡沫熔融玻璃与容纳在消力罐的消力室内的熔融玻璃中间池融合。该方法的又一步骤涉及用从一个或多个非浸没式燃烧器中排放的燃烧产物加热熔融玻璃中间池，所述一个或多个非浸没式燃烧器安装在消力罐的限定消力室的壳体中。该方法的另一个步骤涉及使熔融玻璃从熔融玻璃中间池流入熔融玻璃转移池中，该熔融玻璃转移池容纳在进料流槽的流槽室中。并且该方法的再另一个步骤涉及以受控的速率将熔融玻璃进料从熔融玻璃转移池输送出进料流槽。

根据本公开的另一个方面，一种生产玻璃的方法包括几个步骤。该方法的一个步骤涉及通过喉管将从浸没式燃烧熔化器中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃引入到消力罐的消力室中，该喉管提供从浸没式燃烧熔化器的熔融玻璃出口到消力罐的入口的流动路径。未精炼的泡沫熔融玻璃具有钠钙硅玻璃化学组成并且与容纳在消力罐的消力室内的熔融玻璃中间池融合。该方法的另一个步骤涉及用从一个或多个非浸没式燃烧器中排放的燃烧产物加热熔融玻璃中间池，所述一个或多个非浸没式燃烧器安装在消力罐的限定消力室的壳体中。该方法的再另一个步骤涉及使熔融玻璃从熔融玻璃中间池流到熔融玻璃转移池，该熔融玻璃转移池容纳在附加到消力罐的进料流槽的流槽室中。进料流槽具有部分地限定流槽室的流槽碗状部和附连到流槽碗状部的孔口板，熔融玻璃进料从进料流槽被输送通过该孔口板。并且该方法的又一步骤涉及将熔融玻璃进料引入到容纳在玻璃澄清器内的熔融玻璃浴中。熔融玻璃浴流向玻璃澄清器的出口开口并产生从玻璃澄清器的出口开口出现的精炼熔融玻璃。精炼熔融玻璃的密度大于从浸没式燃烧熔化器中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃的密度。

根据本公开的又一方面，一种用于生产玻璃的系统包括浸没式燃烧熔化器、消力器皿和喉管。浸没式燃烧熔化器具有限定内部反应室的壳体、用于将可玻璃化进料引入到内部反应室中的进料入口、以及用于从内部反应室排放未精炼熔融玻璃的熔融玻璃出口。浸没式燃烧熔化器进一步包括一个或多个浸没式燃烧器。消力器皿包括消力罐和进料流槽。消力罐具有限定消力室、入口和出口的壳体，并且进料流槽附加到消力罐以便覆盖消力罐的出口。进料流槽具有流槽碗状部和孔口板，该孔口板限定用于将熔融玻璃进料输送出进料流槽的至少一个孔口。喉管将浸没式燃烧熔化器和消力器皿互连，并且通过提供从浸没式燃烧熔化器的熔融玻璃出口到消力罐的入口的流动路径而在内部反应室和消力室之间建立流体连通。

附图说明

本公开连同其附加的目的、特征、优点和方面将从以下描述、所附权利要求和附图中得到最好的理解，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的系统的正视横截面表示，该系统包括浸没式燃烧熔化器和附接到浸没式燃烧熔化器的消力器皿；

图2是图1中所图示的浸没式燃烧熔化器的底板沿着剖面线2-2截取的横截面平面图；

图3是根据本公开的一个实施例的液体冷却面板的横截面图示，该液体冷却面板可用于构建浸没式燃烧熔化器的壳体中的一些或全部；

图4是根据本公开的一个实施例的玻璃澄清器的横截面图示，该玻璃澄清器从附接到浸没式燃烧熔化器的消力器皿（如图1中所描绘）接收熔融玻璃进料；

图5是根据本公开的一个实施例的图1中所示的消力器皿的正视横截面图示；

图6是图5中所示的消力器皿沿着图5中的剖面线6-6截取的横截面图；

图7是图5中所示的消力器皿沿着图5中的剖面线7-7截取的横截面图；

图8是图5中所示的消力器皿沿着图5中的剖面线8-8截取的横截面图；以及

图9是根据本公开的一个实施例的用于由熔融玻璃形成玻璃容器的过程的示意性流程图，该熔融玻璃在浸没式燃烧熔化器中生产并被输送通过附接到浸没式燃烧熔化器的消力器皿。

具体实施方式

图1-2中示出了根据本公开的各种实践的一种用于生产玻璃的系统，该系统包括浸没燃烧（SC）熔化器10和连接到SC熔化器10的消力器皿12。SC熔化器10被供给有呈现出玻璃形成配方的可玻璃化进料14。可玻璃化进料14在SC熔化器10内部在搅动的玻璃熔体16内进行熔融反应以生产熔融玻璃。未精炼的泡沫熔融玻璃18从玻璃熔体16中被抽出并通过喉管20从SC熔化器中排放，该喉管将SC熔化器10和消力器皿12互连并在两个结构10、12之间建立流体连通。消力器皿12接收从SC熔化器10中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18并将熔融玻璃进料22可控地输送到下游部件24。如图所示，下游部件24可以是玻璃澄清器，其澄清并且任选地热调节熔融玻璃进料22以进行随后的玻璃成型操作。

SC熔化器10包括壳体26，该壳体具有顶板28、底板30、以及连接顶板28和底板30的周围的直立壁32。周围的直立壁32进一步包括前端壁32a、与前端壁32a相对并间隔开的后端壁32b、以及连接前端壁32a和后端壁32b的两个相对的横向侧壁32c、32d。顶板28、底板30和周围的直立壁32一起限定SC熔化器10的内部反应室34，当熔化器10操作时，该内部反应室容纳玻璃熔体16。壳体26的至少底板30和直立侧壁32、以及顶板28（如果需要的话）可由一个或多个流体冷却面板36构建，如例如图3中所示。流体冷却面板36中的每一者可包括内壁36a和外壁36b，它们一起限定冷却剂（诸如，水）可循环通过的内部冷却空间40。一个或多个挡板（未示出）可在内壁36a和外壁36b的面对的内表面之间完全或部分地延伸，以沿着期望的流动路径来引导冷却剂的流动。作为经液体冷却的结果，覆盖每个液体冷却面板36的内壁36a的玻璃侧耐火材料层42支撑冷冻玻璃层44并被其覆盖，该冷冻玻璃层原位形成在玻璃熔体16的外层（outer skin）和玻璃侧耐火材料层42的表面之间。该冷冻玻璃层44一旦形成，就屏蔽并有效地保护下面的内壁36a免受玻璃熔体16的影响。玻璃侧耐火材料层42可由AZS（即，氧化铝-氧化锆-二氧化硅）组成。

SC熔化器10的壳体26限定进料入口46、熔融玻璃出口48和排气口50。如此处在图1中所示，进料入口46可被限定在壳体26的顶板28中、与前端壁32a相邻或相距一定距离，并且熔融玻璃出口48可被限定在壳体26的后端壁32b中、与底板30相邻或在其上方一定距离处，不过进料入口46和熔融玻璃出口48的其他位置当然是可能的。进料入口46提供通向内部反应室34的入口以用于输送可玻璃化进料14。被构造成将计量的量的可玻璃化进料14引入到内部反应室34中的分批进料机52可联接到壳体26。分批进料机52可例如包括在直径略大的进料管54内旋转的旋转螺杆（未示出），该进料管与进料入口46连通以将可玻璃化进料14以受控的速率从进料斗输送到内部反应室34中。熔融玻璃出口48的出口提供来自内部反应室34的出口以用于将未精炼的泡沫熔融玻璃18排放出SC熔化器10。

排气口50优选地被限定在壳体26的顶板28中、在前端壁32a和后端壁32b之间、位于进料入口46下游的位置处。排气管道56与排气口50连通，并且被构造成从内部反应室34中去除气态化合物。通过排气管道56去除的气态化合物可根据需要进行处理、回收或以其他方式管理为远离SC熔化器10。为了帮助防止或至少最小化通过排气口50的一些可玻璃化进料14的潜在损失（作为无意的进料废弃物），从壳体26的顶板28悬垂的分隔壁58可定位在进料入口46和排气口50之间。分隔壁58可包括下部自由端60，该下部自由端定位成靠近玻璃熔体16但在其上方（如所图示的），或者该下部自由端可浸没在玻璃熔体16内。优选地，分隔壁58由类似于图3中所描绘的流体冷却面板的流体冷却面板构建。

SC熔化器10包括一个或多个浸没式燃烧器62。所述一个或多个浸没式燃烧器62中的每一者安装在端口64中，该端口被限定在底板30中（如图所示）和/或周围的直立壁32中、在壁32的被玻璃熔体16浸入的一部分处。（多个）浸没式燃烧器62中的每一者通过输出喷嘴66将可燃气体混合物G强制注入到玻璃熔体16中。可燃气体混合物G包括燃料和氧化剂。供应到（多个）浸没式燃烧器62的燃料优选地是甲烷或丙烷，并且氧化剂可以是纯氧气或包括高百分比（> 80 vol%）的氧气（在这种情况下，（多个）燃烧器62是氧燃料燃烧器），或者氧化剂可以是空气或任何富氧气体。在注入到玻璃熔体16中之后，可燃气体混合物G立即自燃以产生燃烧产物68（即，CO₂、CO、H₂O和任何未燃烧的燃料、氧气和/或其他气体化合物，诸如氮气），这些燃烧产物被排放到玻璃熔体16中并通过玻璃熔体16。从五个到三十个的任何数量的浸没式燃烧器62通常安装在SC熔化器10中，不过取决于熔化器10的大小和熔体容量，当然可采用更多或更少的燃烧器62。

消力器皿12连接到SC熔化器10，其中两个结构10、12优选地机械地附接并支撑在共同的框架上，使得这两个结构10、12响应于玻璃熔体16的晃动和通常湍流的本质而一致地摇动和振动。消力器皿12接收从SC熔化器10中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18（该未精炼的泡沫熔融玻璃有具有波动的流动速率的趋势），并且以受控的流动速率将熔融玻璃进料22输送到下游部件24。以这种方式，可以操作SC熔化器10以生产熔融玻璃，并且可以更高效地且以更好的整体控制来实践对熔融玻璃的下游处理（最显著的是玻璃澄清和热调节），因为可以以良好的精度来调节至执行那些操作的（多个）部件的熔融玻璃输入流。可以附加地操作消力器皿12以部分地澄清和/或减少汇集在消力器皿12内的熔融玻璃中间池的泡沫含量，同时还防止在将熔融玻璃进料22输送到下游部件24之前从玻璃损失热量。此处所描绘的消力器皿12包括消力罐70和附加到消力罐70的进料流槽72。

如图5-8中所示，消力罐70包括壳体74，该壳体包括底板76、顶板78、以及连接底板76和顶板78的直立壁80。此处，直立壁80包括前端壁80a、与前端壁80a相对并间隔开的后端壁80b、以及连接前端壁80a和后端壁80b的两个相对的横向侧壁80c、80d。在一些实施方式中，并且取决于进料流槽72的大小，直立壁80可能不包括后端壁。消力罐70的壳体74的底板76、顶板78和直立壁80一起限定体积小于SC熔化器10的内部反应室34的消力室82。消力室82容纳熔融玻璃中间池84，当SC熔化器10和消力器皿12操作时，该熔融玻璃中间池沿流动方向F流动。消力罐70的壳体74限定入口86和出口88以准许玻璃沿着流动方向F分别流入和流出熔融玻璃中间池84。入口86可被限定在壳体74的前端壁80a中并且出口88可被限定在后端壁80b中，不过其他位置当然是可能的。

熔融玻璃中间池84由通过喉管20从SC熔化器10中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18供给。在那方面，熔融玻璃中间池84是所排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18的汇集集合，其缓和所排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18的不可预测且常常波动的流动速率。熔融玻璃中间池84比包含在SC熔化器10中的搅动熔体16的湍流程度更小。这是因为，消力罐70的壳体74不包括任何浸没式燃烧器，且因此熔融玻璃中间池84不会因将燃烧产物从浸没式燃烧器位置直接射进并通过熔融玻璃池84而被搅动。通过在熔融玻璃中间池84中逐渐灌输平静，与容纳在SC熔化器10中的玻璃熔体16的湍流相比，包含在未精炼的泡沫熔融玻璃18中的均匀分布的夹带气泡可以开始沉降并上升通过熔融玻璃池84，因此开始了澄清熔融玻璃的初始阶段。

当在消力罐70中积聚和容纳更平静的熔融玻璃中间池84时，优选地尽可能多地缩减熔融玻璃池84的净热损失以防止熔融玻璃的粘度增加。为此，并且与SC熔化器10的壳体26不同，消力罐70的壳体74不是液体冷却的。消力罐70的壳体74由耐火材料构建。例如，底板76以及直立壁80的玻璃接触部分可由熔铸AZS、粘结AZS、可浇注AZS、高氧化铝、氧化铝-铬或氧化铝-二氧化硅型耐火材料形成。绝缘耐火砖和陶瓷防火板可设置在壳体74的这些部分后面。壳体74的上部结构（即，直立壁80的非玻璃接触部分）和顶板78可由氧化铝-二氧化硅耐火材料（诸如，莫来石）形成。上部结构也可用陶瓷纤维板绝缘。附加地，消力罐70的壳体74可支撑一个或多个非浸没式燃烧器90。（多个）燃烧器90中的每一个燃烧燃料和氧化剂的混合物并被瞄准到消力室82中，使得从燃烧器90排出的燃烧产物92将热量转移到熔融玻璃中间池84。

（多个）非浸没式燃烧器90可包括多个侧壁燃烧器90a，所述多个侧壁燃烧器安装在直立壁80中、且特别是安装在直立壁80的上部结构中。例如，侧壁燃烧器90a可包括安装在横向侧壁中的一个80c中的第一系列的燃烧器90a1和安装在另一侧壁80d中的第二系列的燃烧器90a2。这两个系列的燃烧器90a1、90a2将它们的燃烧产物92a1、92a2（仅图8）朝向彼此引导，但不必安装成直径对齐，使得热量可以均匀地分布到熔融玻璃中间池84。燃烧器90a1、90a2中的每一者可被可枢转地安装或固定地安装在燃烧器块内，使得从每个燃烧器90a1、90a2排出的燃烧产物92a1、92a2被瞄准到消力室82的在熔融玻璃中间池84上方的气氛中且因此不直接撞击熔融玻璃池84，或者被瞄准为直接撞击熔融玻璃中间池84。将燃烧产物92a1、92a2瞄准到在熔融玻璃中间池84上方的气氛中将热量以辐射方式传递到熔融玻璃池84，而燃烧产物92a1、92a2和熔融玻璃中间池84之间的直接撞击通过各种机制（包括传导和对流）传递热量。燃烧产物92a1、92a2和熔融玻璃中间池84之间的直接撞击还可以减小可能积聚（无论是否在泡沫层中）在熔融玻璃中间池84的顶表面84'上的泡沫的体积，这可以帮助改进进入熔融玻璃池84中的热传递效率，因为泡沫往往充当绝缘热障层。侧壁燃烧器90a可以是铅笔状燃烧器或某种其他合适的燃烧器构造。

除了侧壁燃烧器90a之外，至少一个顶板燃烧器90b可安装在壳体74的顶板78中。（多个）顶板燃烧器90b可被可枢转地或固定地安装在燃烧器块内并且是高速燃烧器，其燃烧产物92b被瞄准为直接撞击熔融玻璃中间池84。这种高速燃烧器在燃烧器的出口处具有3000英尺/秒（fps）的最小气体速度。通过用顶板燃烧器90b的燃烧产物92b撞击熔融玻璃中间池84（特别是在高速下），可以减少可能存在于熔融玻璃中间池84的顶表面84'上的任何量的泡沫。顶板燃烧器90b甚至可远离燃烧器90b的枢轴位置的中心线C朝向前端壁80a成角度以便将表面泡沫推向前端壁80a，这与玻璃通过熔融玻璃中间池84的流动方向F相反。为了最大化（多个）顶板燃烧器90b的加热和泡沫回推效应，并且如图7中最佳所示，多个顶板燃烧器90b可在相对的侧壁80c、80d之间跨越顶板78间隔开（并且优选地成角度，如上文所描述的）以产生火焰幕94，该火焰幕撞击熔融玻璃中间池84并且在侧壁80c、80d之间横向于消力罐70内玻璃的流动方向F延伸。

消力罐70可包括液位计96，以测量消力室82内的熔融玻璃中间池84的深度D，如图5中所示。液位计96可以是适合与熔融玻璃一起使用的任何液位测量仪器，包括例如雷达计、浸渍探头或相机。液位计96可由顶板78支撑（如图所示），或者它可被支撑在壳体74中的其他地方。准确地测量熔融玻璃中间池84的深度D或液位的能力可以有助于对SC熔化器10和消力器皿12进行整体控制。此外，熔融玻璃中间池84的深度D可以用于间接地测量包含在SC熔化器10的内部反应室34内的玻璃熔体16的标称深度D_N，因为内部反应室34和消力室82维持在相同的压力下。因此，由于作用在玻璃熔体16和熔融玻璃中间池84上的均衡静压，所以这两个不可压缩熔融玻璃体的液位往往相对于重力而水平地对齐。并且由于熔融玻璃中间池84相对平静，因此其深度D给出了对SC熔化器10中玻璃熔体16的标称深度DN的良好指示，该标称深度是熔体在不被搅动并被允许沉降的情况下将具有的深度。

进料流槽72附加到消力罐70并覆盖消力罐70的壳体74的出口88。进料流槽72包括流槽碗状部98、孔口板100、一个或多个盖块102和往复式柱塞104。流槽碗状部98限定与消力罐70的壳体74的出口88流体连通的入口106，并且具有附连有孔口板100的下端108以及支撑所述一个或多个盖块102的上端110。流槽碗状部98可由耐火材料形成，包括上文结合消力罐70壳体74的底板76以及直立壁80的玻璃接触部分提到的任何耐火材料。流槽碗状部98、孔口板100和（多个）盖块102一起限定容纳熔融玻璃转移池114的流槽室112。一个或多个非浸没式燃烧器116（诸如，一个或多个铅笔状燃烧器）可安装在流槽碗状部98中。如前所述，燃烧器116中的每一者燃烧燃料和氧化剂的混合物，其中燃烧器116中的每一者被瞄准到流槽室112中以通过辐射抑或通过与熔融玻璃转移池114的顶表面114'直接撞击来将热量传递到熔融玻璃转移池114。

进料流槽72的孔口板100限定至少一个孔口118（并且通常为从一个到四个的任何数量，不过多于四个当然是可能的），熔融玻璃进料22可以以满足下游部件24的特定输入需求的受控速率从熔融玻璃转移池114被输送通过所述至少一个孔口。孔口板100也可由耐火材料构建。为了控制来自进料流槽72的熔融玻璃进料22的流动速率，沿着横向于孔口118的出口平面122定向的轴向中心线120来控制往复式柱塞104（在一些实施例中可以是具有或不具有锥形头或中空圆柱形管的实心杆）的往复式移动，以调节通过孔口118的流动速率（按质量抑或按体积）。例如，当往复式柱塞104远离孔口118完全缩回时，准许通过孔口118的最大程度的流动，当往复式柱塞104朝向孔口118完全伸展以阻塞孔口118时，不准许流动，并且在柱塞104的介于其完全缩回位置和其完全伸展位置之间的不同位置处准许介于最大程度的流动和无流动之间的不同程度的流动。如果孔口板100包括多于一个孔口118，则单独的可缩回柱塞104与孔口118中的每一者相关联。

喉管20将SC熔化器10和消力器皿12互连并在内部反应室34和消力室82之间建立流体连通，该喉管是限定从SC熔化器10的熔融玻璃出口48到消力器皿12的消力罐70的入口86的流动路径124的导管，如图5中所示。喉管20包括底壁20a、顶壁20b和一对横向间隔开的侧壁20c、20d（图8），该对侧壁连接底壁20a和顶壁20b以限定流动路径124。在一种实施方式中，如此处所示，喉管20的从SC熔化器10的壳体26（且更具体地，壳体26的后端壁32b）延伸的第一部分126可形成为壳体26的流体冷却面板的一部分，而喉管20的从消力罐70的壳体74（且更具体地，壳体74的前端壁80a）延伸的第二部分128可由非流体冷却的耐火材料形成。附加地，为了帮助延长喉管20的寿命，顶壁20b可具有向上成角度的表面130以使逸出气体偏转，这些逸出气体可从流过喉管20的未精炼的泡沫熔融玻璃18中逸出。其他壁20a、20c、20d中的每一者可以以各种方式中的任一种来构造，以根据需要（例如，朝向消力室82会聚、朝向消力室82发散、恒定的横截面面积等）使喉管20的流动路径124成形。

在SC熔化器10及其相关联的消力器皿12的操作期间，并且现在具体参考图1，所述一个或多个浸没式燃烧器62中的每一者单独地将燃烧产物68直接排放进入并通过包含在SC熔化器10中的玻璃熔体16。玻璃熔体16是一定体积的熔融玻璃，其重量常常在1美吨（1美吨=2,000磅）和20美吨之间，不过重量可以更高，并且在SC熔化器10的稳态操作期间通常维持在恒定的体积下。随着燃烧产物68被推挤到玻璃熔体16中并通过玻璃熔体16（这产生复杂的流动模式和严重的湍流），玻璃熔体16被剧烈地搅动并经历快速的热传递和强烈的剪切力。燃烧产物68最终从玻璃熔体16中逸出，并且与可能从玻璃熔体16中挥发出来的任何其他气态化合物一起通过排气口50从内部反应室34中去除。附加地，在一些情况下，一个或多个非浸没式燃烧器（未示出）可安装在顶板28中和/或周围的直立壁32中、在玻璃熔体16上方的位置处，以通过火焰撞击而直接地抑或通过辐射热传递间接地将热量提供给玻璃熔体16，并且还促进泡沫抑制和/或破坏。

当所述一个或多个浸没式燃烧器62被射入玻璃熔体16中时，可玻璃化进料14通过进料入口46被可控地引入到内部反应室34中。可玻璃化进料14不像常规连续熔化炉中所惯常的那样形成搁置在玻璃熔体16顶部上的配合料薄层，而是相反，因搅动的玻璃熔体16而被迅速解散和消耗。由于由（多个）浸没式燃烧器62引起的剧烈的熔体搅动和剪切力，分散的可玻璃化进料14贯穿玻璃熔体16经受强烈的热传递和快速的颗粒溶解。这引起可玻璃化进料14快速混合、反应和化学地整合到玻璃熔体16中。然而，因从（多个）浸没式燃烧器62中排放燃烧产物68造成的对玻璃熔体16的搅动和搅拌还促进了玻璃熔体16内的气泡形成。因此，玻璃熔体16本质上是泡沫的，并且包括均匀分布的夹带气泡。夹带气泡可占玻璃熔体16的30 vol%至60 vol%，这使玻璃熔体16的密度相对低，对于钠钙硅玻璃来说，通常密度的范围为从0.75 gm/cm³至1.5 gm/cm³，或更窄地为从0.99 gm/cm³至1.3 gm/cm³。夹带在玻璃熔体16内的气态夹杂物的大小不同，并且可包含几种气体中的任何一种，包括CO₂、H₂O（水蒸气）、N₂、SO₂、CH₄、CO和挥发性有机化合物（VOC）。

被引入到内部反应室34中的可玻璃化进料14具有一种组成，该组成被配制成在熔化时向玻璃熔体16提供（特别是在熔融玻璃出口48处）预定的玻璃化学组成。例如，玻璃熔体16的玻璃化学组成可以是钠钙硅玻璃化学组成，在这种情况下，可玻璃化进料14可以是原始的原材料以及任选地碎玻璃（即，回收玻璃）和/或玻璃前驱体的物理混合物，该物理混合物提供按正确比例的SiO₂、Na₂O和CaO与下表1中列出的任何其他材料（包括最常见的Al₂O₃）一起构成的来源。构成可玻璃化进料14的确切构成材料经受很多变化，同时仍然能够实现如玻璃制造工业中通常所公知的钠钙硅玻璃化学组成。

例如，为了在玻璃熔体16中实现钠钙硅玻璃化学组成，进料14可包括原始的原材料，诸如呈分别提供必要比例的SiO₂、Na₂O和CaO所需的量的石英砂（结晶SiO₂）、苏打灰（Na₂CO₃）和石灰岩（CaCO₃）。取决于钠钙硅玻璃化学组成的期望的化学成分和由其形成的玻璃制品的颜色，也可将其他原始的原材料包括在可玻璃化进料14中以促成玻璃熔体16中的SiO₂、Na₂O、CaO以及可能地其他氧化物和/或非氧化物材料中的一种或多种。这些其他原始的原材料可包括长石、白云石和铝钙石（calumite）矿渣。可玻璃化进料14甚至可取决于各种因素而包括高达80 wt％的碎玻璃。附加地，可玻璃化进料14可包括二级或次要原始的原材料，这些原材料向钠钙硅玻璃化学组成提供可能需要的着色剂、脱色剂和/或氧化还原剂，并且可进一步提供化学澄清剂的源以有助于下游气泡去除。

仍然参考图1，从SC熔化器10通过熔融玻璃出口48排放的未精炼的泡沫熔融玻璃18从玻璃熔体16中被抽出并且被化学均质处理为期望的玻璃化学组成（例如，钠钙硅玻璃化学组成），但是具有与玻璃熔体16相同的相对低的气泡密度和夹带体积。未精炼的泡沫熔融玻璃18直接流过喉管20的流动路径124并进入消力罐70的消力室82中，在消力室中，该未精炼的泡沫熔融玻璃与熔融玻璃中间池84融合。来自熔融玻璃中间池84的熔融玻璃进而沿着流动方向F流动并进入进料流槽72的流槽室112中以供应熔融玻璃转移池114。由于熔融玻璃中间池84的沉降以及任选地该池与燃烧产物（包括高速顶板燃烧器90b的燃烧产物）的撞击，熔融玻璃转移池114的密度可高于包含在SC熔化器10中的玻璃熔体16的密度，这可以帮助减小下游玻璃澄清工作。从进料流槽72输送的熔融玻璃进料22从熔融玻璃转移池114中被抽出并以受控的速率（如由往复式柱塞104的受控的往复式移动所管控的）被输送通过孔口板100。

熔融玻璃进料22可进一步加工成玻璃制品，该玻璃制品包括例如平板玻璃或容器玻璃制品以及其他选项。为此，从进料流槽72输送的熔融玻璃进料22可具有如由可玻璃化进料14的配方规定的钠钙硅玻璃化学组成。供应有熔融玻璃进料22的下游部件24可以是玻璃澄清器132，该玻璃澄清器包括限定澄清室136的壳体134。熔融玻璃浴138容纳在澄清室136内，并且从被限定在壳体134的一端中的入口开口140流到被限定在壳体134的相对端中的出口开口142。多个非浸没式燃烧器144安装在玻璃澄清器132的壳体134中、在熔融玻璃浴138上方，并且燃烧燃料和氧化剂的混合物。从燃烧器144排出的燃烧产物将热量传递到熔融玻璃浴138，以帮助促进夹带气泡和溶解气体的上升和爆裂。在操作中，熔融玻璃进料22通过入口开口140被接收到澄清室136中，并且与包含在澄清室136中的熔融玻璃浴138组合。熔融玻璃浴138进而从壳体134的出口开口142供应精炼熔融玻璃146。

图9中阐述了用于由从消力器皿12中抽出的熔融玻璃进料22形成玻璃容器的优选方法。在该过程中，在步骤150中从消力器皿12输送熔融玻璃进料22，如上文所解释的。也就是说，可玻璃化进料14被引入到SC熔化器10的内部反应室34中并被搅动的玻璃熔体16所消耗。随着（多个）浸没式燃烧器62中的每一者将燃烧产物68排放到玻璃熔体16中并通过玻璃熔体16时，可玻璃化进料14熔化并融入到玻璃熔体16中。未精炼的泡沫熔融玻璃18从SC熔化器10中排放并且流过喉管20并进入消力罐70的消力室82中。在那里，未精炼的泡沫熔融玻璃18与熔融玻璃中间池84组合，这进而供给熔融玻璃转移池114。熔融玻璃进料22通过进料流槽72从熔融玻璃转移池114中被抽出。接下来，在步骤152中，将熔融玻璃进料22形成为至少一个、且优选地多个玻璃容器。成型步骤152包括精炼步骤152a、热调节步骤152b和成型步骤152c。成型步骤152的这些各个子步骤152a、152b、152c可以通过任何合适的实践来实施，包括使用常规的设备和技术。

精炼步骤152a涉及从熔融玻璃进料22中去除夹带气泡，使得由其形成的玻璃容器不包含多于商业上可接受量的可见玻璃缺陷。为了实施这种精炼，将熔融玻璃进料22通过澄清器罐132的入口开口140倾倒入包含在澄清器罐132的澄清室136内的熔融玻璃浴138中。熔融玻璃138浴远离玻璃澄清器132的入口开口140并朝向出口开口142流动，并且沿着该路径由非浸没式燃烧器144（这些燃烧器是扁平火焰顶置式燃烧器、侧壁铅笔状燃烧器、顶置式撞击燃烧器、其某种组合等）加热，以通过增加或至少维持熔融玻璃浴138的温度来降低或维持熔融玻璃浴138的粘度，这进而促进夹带气泡的上升和爆裂。在许多情况下，澄清室136中的熔融玻璃浴138被加热到介于1200℃至1500℃之间的温度。附加地，包括在可玻璃化进料14中的任何化学澄清剂可通过分解成气体（诸如，SO₂和O₂）来进一步促进从熔融玻璃浴138的气泡去除，这些气体容易上升通过熔融玻璃浴138，同时一路上收集较小的夹带气泡。作为精炼过程的结果，与壳体134的限定入口开口140的端部相比，熔融玻璃浴138在壳体134的限定出口开口142的端部处更致密并且具有更少的夹带气泡。特别地，对于钠钙硅玻璃来说，从玻璃澄清器132的出口开口142出现的精炼熔融玻璃146通常具有范围为从2.3 gm/cm³至2.5 gm/cm³的密度。

在热调节步骤156b中，对在玻璃澄清器132中获得的精炼熔融玻璃146进行热调节。这涉及以受控的速率冷却精炼熔融玻璃146以实现适合于玻璃成型操作的玻璃粘度，同时还在精炼熔融玻璃146内实现更均匀的温度分布。精炼熔融玻璃146优选地被冷却到介于大约1000℃和1200℃之间的温度以提供经调节的熔融玻璃。可在单独的前炉中执行对精炼熔融玻璃146的热调节，该前炉从玻璃澄清器132的出口开口142接收精炼熔融玻璃146。前炉是限定延伸通道的细长结构，顶置式和/或侧壁安装式燃烧器可以沿着该延伸通道一致且平稳地降低流动的精炼熔融玻璃的温度。然而，在另一个实施例中，可在单个结构（诸如，组合的玻璃澄清器和前炉结构）中执行澄清和热调节步骤156a、156b，该单个结构可以适应对熔融玻璃进料22的澄清和对精炼熔融玻璃146的热调节两者。

然后，在成型步骤156c中由经调节的熔融玻璃形成玻璃容器。在一些标准的容器成型过程中，经调节的熔融玻璃作为熔融玻璃流或流道（runner）在澄清器/前炉的端部处从玻璃进料机中排放。然后，将熔融玻璃流道剪切成预定重量的单独的料块。每个料块经由料块输送系统被输送到玻璃容器成型机的坯模具中。然而，在其他玻璃容器成型过程中，熔融玻璃直接串流到坯模具中以用玻璃填充模具。一旦处于坯模具中，并且其温度仍然介于大约1000℃和1200℃之间，熔融玻璃料块就被压制或吹制成包括管状壁的型坯或预制件。然后，将型坯从坯模具转移到玻璃容器成型机的吹制模具中，以便最终成形为容器。一旦型坯被接收在吹制模具中，就闭合吹制模具并且使用压缩气体（诸如，压缩空气）将型坯快速向外吹制成与模腔轮廓相匹配的最终容器形状。除了压制-吹制和吹制-吹制成型技术之外，当然可实施其他方法来形成玻璃容器，包括例如压缩或其他模制技术。

在吹制模具内形成的玻璃容器具有轴向封闭的基部和周向壁。周向壁从轴向封闭的基部延伸到口部，该口部限定通向由轴向封闭的基部和周向壁限定的容纳空间。允许玻璃容器在与吹制模具的模具壁接触的同时冷却，且然后从吹制模具中取出玻璃容器并将其放置在传送带或其他运输装置上。然后，在退火炉中以受控的速率重新加热和冷却玻璃容器，以放松热致应变并去除内部应力点。玻璃容器的退火涉及将玻璃容器加热到高于钠钙硅玻璃化学组成的退火点的温度（该温度通常在510℃至550℃的范围内），接着是以1℃/min至10℃/min的速率将容器缓慢地冷却到低于钠钙硅玻璃化学组成的应变点的温度（该温度通常在470℃至500℃的范围内）。玻璃容器可在其已被冷却到低于应变点的温度之后迅速冷却。出于各种原因，可在退火之前（热端涂层）抑或在退火（冷端涂层）之后将各种涂层中的任一种涂覆到玻璃容器的表面。

因此，已公开了一种使用浸没燃烧熔融技术来生产玻璃的方法，该方法满足了先前阐述的目的和目标中的一个或多个。熔融玻璃可进一步加工成玻璃制品，包括例如玻璃容器。已结合几个图示性实施例呈现了本公开，并且已讨论了附加的修改和变化。鉴于前述讨论，本领域普通技术人员将容易地想到其他修改和变化。例如，为权宜起见，实施例中的每一个的主题特此通过引用并入其他实施例中的每一个中。本公开旨在涵盖如落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这种修改和变化。

Claims (15)

1.一种生产玻璃的方法，所述方法包括：

将来自一个或多个浸没式燃烧器（62）的燃烧产物（68）直接排放到包含在浸没式燃烧熔化器（10）的内部反应室（34）内的玻璃熔体（16）中，从所述一个或多个浸没式燃烧器（62）中排放的所述燃烧产物（68）搅动所述玻璃熔体（16）；

从所述玻璃熔体（16）中抽出未精炼的泡沫熔融玻璃（18）并通过熔融玻璃出口（48）将所述未精炼的泡沫熔融玻璃（18）排放出所述浸没式燃烧熔化器（10）；

将所述未精炼的泡沫熔融玻璃（18）引入到消力罐（70）的消力室（82）中，所述消力罐与所述浸没式燃烧熔化器（10）流体连通，所述未精炼的泡沫熔融玻璃（18）与容纳在所述消力罐（70）的所述消力室（82）内的熔融玻璃中间池（84）融合；

用从一个或多个非浸没式燃烧器（90）中排放的燃烧产物（92）加热所述熔融玻璃中间池（84），所述一个或多个非浸没式燃烧器安装在所述消力罐（70）的限定所述消力室（82）的壳体（74）中；

使熔融玻璃从所述熔融玻璃中间池（84）流入熔融玻璃转移池（114）中，所述熔融玻璃转移池容纳在进料流槽（72）的流槽室（112）中；以及

以受控的速率将熔融玻璃进料（22）从所述熔融玻璃转移池（114）输送出所述进料流槽（72）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，加热所述熔融玻璃中间池包括用从所述一个或多个非浸没式燃烧器中排放的燃烧产物直接撞击所述熔融玻璃中间池。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述熔融玻璃进料输送出所述进料流槽包括：通过控制与孔口板（100）的孔口（118）对齐的往复式柱塞（104）的往复式移动，来控制熔融玻璃从所述熔融玻璃转移池通过所述孔口板（100）的所述孔口（118）的流动速率，所述孔口板附连到所述进料流槽的流槽碗状部（98）。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在介于1200℃和1500℃之间的温度下将所述熔融玻璃进料引入到容纳在玻璃澄清器（132）内的熔融玻璃浴（138）中，所述熔融玻璃浴（138）流向所述玻璃澄清器（132）的出口开口（142）并产生精炼熔融玻璃（146），所述精炼熔融玻璃（146）的密度大于从所述浸没式燃烧熔化器中排放的所述未精炼的泡沫熔融玻璃的密度；

对所述精炼熔融玻璃（146）进行热调节以获得具有介于1000℃和1200℃之间的温度的经调节的熔融玻璃；以及

将所述经调节的熔融玻璃的料块输送到I.S.成型机中并由所述经调节的熔融玻璃形成玻璃容器。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述未精炼的泡沫熔融玻璃包含介于30 vol%和60 vol%之间的夹带气泡，并且其密度范围为从0.75 gm/cm³至1.5 gm/cm³，并且其中，在所述玻璃澄清器中产生的所述精炼熔融玻璃具有范围为从2.3 gm/cm³至2.5 gm/cm³的密度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃熔体在所述浸没式燃烧熔化器的所述熔融玻璃出口处具有包括以下各者的钠钙硅玻璃化学组成：60 wt%至80 wt% SiO₂、8 wt%至18 wt% Na₂O、以及5 wt%至15 wt% CaO。

7.一种生产玻璃的方法，所述方法包括：

通过喉管（20）将从浸没式燃烧熔化器（10）中排放的未精炼的泡沫熔融玻璃（18）引入到消力罐（70）的消力室（82）中，所述喉管提供从所述浸没式燃烧熔化器（10）的熔融玻璃出口（48）到所述消力罐（70）的入口（86）的流动路径（124），所述未精炼的泡沫熔融玻璃（18）具有钠钙硅玻璃化学组成并且与容纳在所述消力罐（70）的所述消力室（82）内的熔融玻璃中间池（84）融合；

用从一个或多个非浸没式燃烧器（90）中排放的燃烧产物（92）加热所述熔融玻璃中间池（84），所述一个或多个非浸没式燃烧器安装在所述消力罐（70）的限定所述消力室（82）的壳体（74）中；

使熔融玻璃从所述熔融玻璃中间池（84）流到熔融玻璃转移池（114），所述熔融玻璃转移池容纳在附加到所述消力罐（70）的进料流槽（72）的流槽室（112）中，所述进料流槽（72）具有部分地限定所述流槽室（112）的流槽碗状部（98）和附连到所述流槽碗状部（98）的孔口板（100），熔融玻璃进料（22）从所述进料流槽（72）被输送通过所述孔口板；以及

将所述熔融玻璃进料（22）引入到容纳在玻璃澄清器（132）内的熔融玻璃浴（138）中，所述熔融玻璃浴（138）流向所述玻璃澄清器（132）的出口开口（142）并产生从所述玻璃澄清器（132）的所述出口开口（142）出现的精炼熔融玻璃（146），所述精炼熔融玻璃（146）的密度大于从所述浸没式燃烧熔化器（10）中排放的所述未精炼的泡沫熔融玻璃（18）的密度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述浸没式燃烧熔化器中排放的所述未精炼的泡沫熔融玻璃包含介于30 vol%和60 vol%之间的夹带气泡，并且其密度范围为从0.75 gm/cm³至1.5 gm/cm³，并且其中，从所述玻璃澄清器的所述出口开口出现的所述精炼熔融玻璃具有范围为从2.3 gm/cm³至2.5 gm/cm³的密度。

9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：

控制与所述孔口板的孔口（118）对齐的往复式柱塞（104）的往复式移动，以控制熔融玻璃从所述熔融玻璃转移池通过被限定在所述孔口板中的所述孔口（118）的流动速率，以由此以受控的速率从所述进料流槽输送所述熔融玻璃进料。

10.一种用于生产玻璃的系统，所述系统包括：

浸没式燃烧熔化器（10），其具有限定内部反应室（34）的壳体（26）、用于将可玻璃化进料（14）引入到所述内部反应室（34）中的进料入口（46）、以及用于从所述内部反应室（34）排放未精炼熔融玻璃的熔融玻璃出口（48），所述浸没式燃烧熔化器（10）进一步包括一个或多个浸没式燃烧器（62）；

消力器皿（12），其包括消力罐（70）和进料流槽（72），所述消力罐（70）具有限定消力室（82）、入口（86）和出口（88）的壳体（74），并且所述进料流槽（72）附加到所述消力罐（70）以便覆盖所述消力罐（70）的所述出口（88），所述进料流槽（72）具有流槽碗状部（98）和孔口板（100），所述孔口板限定用于将熔融玻璃进料输送出所述进料流槽（72）的至少一个孔口（118）；以及

喉管（20），其将所述浸没式燃烧熔化器（10）和所述消力器皿（12）互连，并且通过提供从所述浸没式燃烧熔化器（10）的所述熔融玻璃出口（48）到所述消力罐（70）的所述入口（86）的流动路径（124）而在所述内部反应室（34）和所述消力室（82）之间建立流体连通。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述消力罐包括一个或多个非浸没式燃烧器（90），所述一个或多个非浸没式燃烧器被瞄准为将燃烧产物（92）排放到所述消力室中。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述一个或多个非浸没式燃烧器包括安装在所述消力罐的所述壳体的顶板（78）中的多个顶板燃烧器（90b）。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个顶板燃烧器安装在所述壳体的所述顶板中，并且从所述壳体的一个侧壁（80c）到所述壳体的相对侧壁（80d）跨越所述顶板间隔开。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个浸没式燃烧器安装在所述浸没式燃烧熔化器的所述壳体的底板（30）中。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述消力罐的所述壳体由非流体冷却的耐火材料形成。

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