CN1149559A - 用于熔化可玻璃化的材料的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是用于熔化可玻璃化材料的窑炉(1)，其包括用于熔化和澄清玻璃的室(2)，该室在上游配备至少一个用于喂入可玻璃化材料的装置(4)，下游通向用来引导熔融态玻璃直到成型区域的一个或一系列室(6-7-8)。它配备有用于控制熔融态玻璃料流的对流的横向炉坎(14)形式的第一装置，该装置确定了“上游”区域(3)和“下游”区域(5)的界限。与这个炉坎协同作用的用于控制“上游”区域中对流的辅助装置最低限度地包括位于靠近炉坎并在炉坎上游的浸没式“上游”加热装置(15)以便防止已经达到所说的“下游”区域的熔融态玻璃返回到所说的“上游”区域，本发明另一个主题是这种窑炉的用途及其操作方法。

Description

用于熔化可玻璃化的材料的装置

本发明涉及一种用于从可玻璃化的材料熔化和澄清玻璃的装置，这种装置更普遍地作为一种熔炉而为人们所知，从而向用于形成平板玻璃的设备，例如：浮法玻璃或玻璃滚压成形设备连续供给熔融态的玻璃。

更具体地讲，本发明涉及用于平板玻璃的具有高生产能力的熔炉，所谓生产能力例如可以用每天至少熔化100吨的数量表示，并且其可以达到每天1000吨和比1000吨更多。然而，它也可有利地适用于较小尺寸的窑炉。

与所谓的通过浸没在熔融态玻璃浴中的电极供给加热能力的＂冷顶窑炉＂相比，更相关的是在专利US-4,599,100或EP-0-650,934中描述的所谓的＂火焰加热炉＂，也就是一种通过燃烧器提供加热能力的窑炉。

这种火焰加热炉的共同结构是包括已知样式的一系列彼此相通和各自具有特殊功能和尺寸的腔室以便保证可玻璃化材料的熔化和一旦熔化的玻璃的热均匀和化学均匀。

例如，专利EP-B-0,264,327公开了一种熔炉的结构，它包括在其中使制造玻璃的组合物发生熔化和澄清的第一室，它的后面是被称为卡脖的限流室。

这个卡脖通向使熔融玻璃发生均匀化、特别是热均匀化的第二室，这个室被通称为调整区并通向截面积更小的排出通道，该通道向合适的成型设备倾倒熔融玻璃。

在熔炉的设计和操作方面常见的考虑是理解和掌握熔融玻璃物料的对流，特别是在发生熔化和澄清的室中的对流。

这是因为有许多参数，例如：炉的外形尺寸和加热方法，决定着由于取决于加热程度的玻璃密度的改变而导致的熔融态玻璃中的对流循环带的建立方式。这些循环带的特征，特别是它们的尺寸、它们的位置、它们的动力学或它们的稳定性直接影响窑炉的性能，例如，影响其能量消耗、其产量或新生产的玻璃的质量。

因此，在火焰加热窑炉中，一般在熔化和澄清室中存在两个相互连接的主循环带，一个位于上游区域，在这里浮在表面的可玻璃化的材料的逐渐熔化，另一个位于下游区域，在这里大多数玻璃发生澄清。隔开它们并且两个带的玻璃上升的共同区域具有各种各样的名称，例如：再生区域、温泉区域，或热点，而这两个带的两端称为＂冷点＂。

在控制这些对流方面已经进行了各种研究。例如，为了降低火焰加热窑炉的能量消耗，专利US-3,536,470提出在熔化澄清室中安装一个横向炉坎，也就是一个低的中间冷却的隔墙横跨这个室的长度安装在底部。这堵墙可以降低循环带中流向热点并且属于那些被称为＂回流＂的玻璃的数量：它因此将花费在加热这些＂较冷＂的玻璃上的热值再降低一个合适的量。

然而，虽然这堵墙可以通过闸的作用对这些回流的流量产生影响，但是它自身不能控制对流，特别是热点的位置。

因此，本发明的目的是通过提出一种新型的允许较好地控制熔化和澄清室中的对流的窑炉来减轻这个不足之处。

本发明的主题是用于熔化可玻璃化材料的窑炉，它包括用于熔化和澄清玻璃的并在其上游配备有至少一种用于添加可玻璃化材料并通向下游的用于引导熔融态玻璃有到成形区域的一个或一系列室的装置。

这个熔化和澄清室设置有用于控制大多数熔融态玻璃料流的对流的第一种装置，该装置是以在这个室中界定＂上游＂区域和＂下游＂区域的横向炉坎的形式存在的，因此，＂上游＂区域是从将可玻璃化材料的加入区域延伸到该炉坎的区域，以及＂下游＂区域从这个炉坎一直到延伸熔化和澄清室到成型设备的室。在本发明的意义中，＂横向炉坎＂被理解为池窑液面下的隔墙，它放置在池底横跨该室的宽度方向并且大约以横向于它的长度的方向布置，也就是说实际上大约与熔融态玻璃输出流的方向垂直。

根据本发明，与这第一种装置协同作用的是用于在＂上游＂区域控制对流的辅助设备，至少包括池窑液面下的＂上游＂加热设备，它靠近炉坎并在炉坎的上游，这些装置的组合可以阻止已经到达＂下游＂区域的熔融态玻璃返回＂上游＂区域。

因此，借助于这些辅助装置，这堵墙不再象前面所提到的美国专利US-3,536,470中所述的一样仅简单地起闸的作用，而是一旦熔融态玻璃进入＂下游＂区域就对它起一个几乎难以超越的障碍物的作用。从能量消耗和玻璃质量的观点看这是特别有利的：在上游区域不再需要重新加热一定量的来自于＂下游＂区域的熔融态玻璃。更有甚者，已经到达＂下游＂区域的玻璃在被移到下一个室之前能以最佳的方式在这里被澄清，并且没有被带回上游部分的可能性，因而也没有与尚未澄清的玻璃液相接触的可能性。

实际上，就火焰加热窑炉的熔化和澄清室来说，大部分热能由燃烧器提供，而且本发明的横向炉坎优选地布置在自然出现隔开两个对流循环的＂热点＂的室的区域中。

由此可见，根据本发明的炉坎和辅助装置的组合可以很好地控制对流，特别是以下列两种方式：它可以在横向炉坎的两边将两个带严格地隔开，从而正如已经看到的那样，防止第二带，即设立在炉坎＂下游＂区域的这个带越过该炉坎，让已经完全或部分澄清的熔融态玻璃回流到＂上游＂区域。为了达到这个目的，在两个带之间设定被称为＂热点＂的再生区域并使之稳定，特别是竖向与该炉坎对准或与之接近。因此，本发明对稳定和控制发生在室中的对流循环带有较大的有利影响，但单独存在横向炉坎不可能达到这个效果。

横向炉坎的位置和外形尺寸很重要。这就是为什么优选地将横向炉坎沿熔化和澄清室的长度方向布置在路程的大约1/3～2/3处。事实上，正如前面所提及的那样，这相当于大体上在接近炉坎不存在时将出现再生区域的区域中布置炉坎。上游有一区域主要用于可玻璃化材料的熔化，而该炉坎的下游有一区域主要用于熔融玻璃的澄清。

有利地，炉坎的外形是这样选择的，即它的高度几乎等于室中熔融态玻璃深度的一半，特别是高度大约等于这个玻璃高度的四分之一或者三分之一，这是因为炉坎并不是只要非常高就有效，该高度是更加现实的：因为不得不考虑到如果它非常高它将倾向于熔蚀得更快。

该炉坎可以采用不同的外形尺寸，最简单的是选择一个平行六面体的部件，有效地将其做墙的形状。然而，优选地是用切断或修圆角的方法给出该部件的轮廓，因为后者的外形使得有可能降低与墙的使用有关的＂阴影＂效应，也就是说在炉坎的底部附近形成动力学比其它地方慢、温度比其它地方低的玻璃的区域。因此，可以选择一个顶部是平面或圆形面，特别是凸面，并且其侧面向垂直方向相对倾斜或是其有可以沿炉坎高度变化的凸曲率或凹曲率的圆形的炉坎部件。

在后一种情况下，炉坎可以有利地被加工成所需要的尺寸，即炉坎的底边比它的高度大，特别地是大两倍。

与横向炉坎有关的用于控制对流的辅助装置除＂上游＂加热装置之外还可以包括接近横向炉坎的浸没式＂上游＂起泡器。它们有助于改善热点的稳定性和在炉坎两边将两个循环带正确分开。

所有这些与炉坎有关的控制装置为了对炉坎具有最佳影响应该在非常接近炉坎的地方布置。例如，有利地，它们在距离横向炉坎的底边不超过2000mm，特别是不超过1500mm的＂上游＂区域中。

构成这些控制装置一部分的＂上游＂加热设置优选地是以浸没式电极形式存在，特别是固定在底部并且具有不超过1500kw的总热值、特别是1200～500kw的电极。具体地讲，平行于炉坎设置一或二排电极就足够了。另外补充一点，如此定位的加热装置使激发第一循环带即在上游区域中出现的循环带的对流成为可能。为了更好地设定两个带的各自位置和热点的位置，必须调整热值。它保持在低范围内，因为这些加热装置不是用来补充或替代窑炉配备的用来加热可玻璃化材料的常规的设备，特别是以燃烧器形式存在的设备。

根据本发明，用于控制出现在熔化和澄清室的＂下游＂区域的对流的装置也可以与横向炉坎协同作用，这些装置至少包括接近所说炉坎的浸没式＂下游＂加热装置。这些加热装置有利地是以浸没式电极的形式存在，特别是固定在底边并且一排排布置的电极。为了充分有效，它们距离横向炉坎的底部不超过1500mm并且它们的最大总发热量优选地不超过100kw，特别是不超过70kW。

这些＂下游＂控制装置可以提供各种不同的功能，事实上，这些装置加强了＂上游＂控制装置和横向炉坎的作用。

首先，它们有助于更容易地使熔融态玻璃的对流循环带之间隔开，从而防止出现在炉坎的下游区域中的循环带的熔融态玻璃＂回流＂到上游区域。

此外，构成这些控制装置一部分的＂下游＂加热装置对仅仅出现在炉坎下游的大部分玻璃具有非常有益的影响，而且当从该室中熔融玻璃的总的流动方向上时这部分好象在＂阴影＂区域之中：事实上，构成这个室的下游循环带一部分的料流玻璃具有比这个带的其余部分温度低和速度慢的倾向，这个趋势是在使用作为障碍物的横向炉坎时所固有的，尽管正如已经看到的一样它具有其它的优点。

现在，所定义的这个＂阴影＂区域可以证明是一个瑕疵，特别是在窑炉的操作条件改变的时候，例如在玻璃组合物改变为另一种的时候，例如从透明玻璃的生产转为有色玻璃的生产时。这是因为在这种转换期间，没有澄清好的＂半浑浊＂玻璃料流具有快速从这个室中排出和在并不是很短的一段时间里在所生产的熔融态玻璃中产生缺陷的危险。通过适度加热该玻璃料能够缓解这个问题，使它的性能(温度、速度)更接近＂下游＂循环带的其余玻璃的性能。然而，这不涉及从根本上改变炉坎＂下游＂的对流系统，这也是为什么释放的热值优选地不太高的理由。它只是一种调节而不是影响出现在炉坎下游的所有的熔融玻璃的真正加热。

本发明特别适用于这样一种窑炉，它设计有通向一系列室的熔化和澄清室，这一系列室包括形成限流室的中间室，然后是用于调节/均化熔融玻璃的室，最后是引导玻璃到成型设备的排出通道。

它主要涉及这样一种窑炉，其中燃烧器是在熔化和澄清室中熔化可玻璃化材料的主要装置。

它同样主要适用于将玻璃喂入形成浮法玻璃类的平板玻璃的设备中的窑炉。

本发明的另一主题是操作这些窑炉的方法，其特征是用于控制＂上游＂对流的辅助设备的操作过程的调节，特别是用于控制加热装置的热值和/或与横向炉坎协同作用的通过起泡器的气流量的操作过程的调节，以便在这个炉坎的两边设定熔融玻璃的两个对流循环带并固定它们的＂热点区域＂，特别是垂直地与所说的炉坎对准或与之接近。

该调节同样可以对用于控制＂下游＂区域的对流的与炉坎协同作用的装置产生影响，特别是对熔化和澄清室的＂下游＂区域、位于较低区域的区段中和接近横向炉坎底部的熔融态玻璃的对流循环带提供受控加速作用和/或受控再加热。

本发明的其它特征和优点借助于下面的附图将出现在非限制性的窑炉的实例的详细描述中，其中附图表示：

·图1：整个窑炉的纵剖面图，

·图2：整个窑炉的平面图，

·图3：窑炉的熔化和澄清室的纵向剖面图。

所有这些附图是高度示意性的，并且为了使它们更易于研究，没有精确地反映所表示的各种零件的真实尺寸。

图1和2代表用于给浮法玻璃厂供应熔融态玻璃的＂火焰加热＂或换句话说＂蓄热＂型熔窑1。正如所知道的那样，它被划分为第一熔化/澄清池2，这里通过两排用燃料/空气混合物操作的燃烧器(没有表示出)交替地提供加热能力。应该注意加热能力正如在专利申请EP-A-0,650,934中所描述的那样通过使用氧气作为氧化剂并能连续操作的燃烧器提供。

池窑2包括一个＂上游＂熔化区域3，其中可玻璃化材料的加料口4位于这里，和一个＂下游＂澄清区域5，然后是构成限流室的被称为卡脖的中间室6，然后是用于均化和加热和化学调节玻璃的被称为澄清池的室7。最后，澄清池7通向排出通道8，通道8直接喂入金属液槽，金属液槽没有被表示出。

两个主要对流带9、10自然地出现在熔化/澄清室2中，正如图3中所清楚地表示的那样，这两个带之间的再生区域11相当于＂热点＂，而两个带的两端12、13相当于熔融态玻璃料流的＂冷点＂。当然，＂热＂和＂冷＂在本发明的范围中是非常相对的术语，因为它们都是相对于熔融态玻璃来说的，然而他们是本领域技术人员熟知的。

还将注意到＂下游＂带10不一定限定在室2中。它也可以流过下一室的至少一部分。实际上，在所表示的情况下，它延伸到卡脖6以及所有或一些沿着澄清池7的长度方向上的路径。

在室2的整个宽度上延伸并且上游与其后是一排起泡器16的一排横向浸没式电极15相连的横向炉坎14的存在可以固定和稳定两个带9、10以便使被称为＂热点＂的再生区域大约垂直地与炉坎14对准。具体地说，因而阻止了在澄清过程中并位于室2的下游区域5中的熔融态玻璃越过该炉坎流回上游区域3。由此可见，从一个区域到另一个区域的任何玻璃回流被消除或者最低限度地通过把第二对流带限制在下游区域5从而大大地被降低。至少由于两理由说明是有益的：一方面，由于已经流进下游区域的玻璃现在将不会流回到上游区域所以它省去了不得不重新加热它们，窑炉的能量消耗因此而降低。另一方面，下游区域中的玻璃已经完全或部分地被澄清，那么对它来说再和来自于上游区域的还没有被澄清的玻璃相混合不是一个好主意。

横向炉坎14布置在沿池窑2的长度方向的大约2/3处，它的高度大约相当于玻璃深度的三分之一。从本发明的目的来看，这个高度使它足够有效，并且，如果它非常高，那么这个炉坎将有过早磨损的危险。电极15距离它的底边大约1000mm，它们可以永久地工作或仅仅间歇地被启动以及它们具有大约1000kw的最大总热值，并且可以适当地调节。

炉坎14具有一个切去壁角的侧面以便尽可能小地妨碍循环带中的熔融态玻璃在它们接近炉坎底部的区域中的循环，这些切去的壁角相对于垂直方向有一个倾斜角并向着隔墙的顶部减小。顶部具有一个在宽度方向上呈水平的平面，它的宽度大约相当于炉坎底部宽度的三分之一或四分之一。这个炉坎可以作成单片。这里，由于技术上的原因，事实上，它是由几块陶瓷块衔接在一起而构成的。

炉坎14还与一排距离炉坎底部不超过800mm的横向＂下游＂电极17协同作用。因此这些电极17提供适度的额外热量，但是，这个在炉坎14的＂阴影＂中的区域18事实上具有速度比带的其余区域慢、温度比其余的低的倾向，对于窑炉的操作来说，这点不是最佳的，因为具有不同性能和不能非常好地＂移动＂的这种玻璃很可能当它从窑炉出来的时候，特别是当从一种可玻璃化材料的组合物变为另一种的时候被发现具有瑕疵。这些电极能够促使区域18的速度和温度更接近循环带10的其它区域的，以及，事实上能够消除从区域18中产生的玻璃中任何有瑕疵的危险。

然而，不得秒精确地控制这些电极17的供热能力，因为太高的热值可能导致玻璃的局部过热，而局部过热能够导致在已经澄清的玻璃中具有出现瑕疵特别是气泡的危险。和电极17一样，它们可以永久地以全部能量或以控制的能量工作，或者交替地当出现需要时间歇地工作，例如，当窑炉在运转情况下的变化是可以预见的时候。

同时也可以注意到这些下游电极17在固定和稳定热点位置，特别是固定和稳定在上游采用起泡器的位置方面起作用。它们平衡和改善了上游起泡器16对第二循环带10的影响以便使它包含在下游区域之中。

＂上游＂电极15和/或＂下游＂电极17可以在非常靠近炉坎14底部的位置放置。为了实现这一点，可以使用特殊的辅助陶瓷块(没有示出)，这些陶瓷块适当装配和直接地布置在炉坎(14)的两边。

Claims (18)

1.用于熔化可玻璃化材料的窑炉(1)，包括用于熔化和澄清玻璃的室(2)，该室的上游至少配备一个用于喂入可玻璃化材料的装置和下游通向用来引导熔融态玻璃直到成型区域的一个室或一系列室(6-7-8)，所说的熔化和澄清室(2)装备有用于控制熔融态玻璃料流对流的横向炉坎(14)形式的第一装置，该装置确定了＂上游＂区域(3)和＂下游＂区域(5)的界限，其特征在于与所说的横向炉坎协同作用的用于控制＂上游＂区域中的对流的辅助装置最低限度包括浸没式＂上游＂加热装置(15)，它靠近工位于炉坎的上游，以便防止已经到达所说的＂下游＂区域的熔融态玻璃回到所说的＂上游＂区域。

2.根据权利要求1的窑炉(1)，其特征在于设计炉坎(14)和用于控制对流(15-16)的辅助装置以便两个隔开的对流循环带(9-10)各自在炉坎(14)的两边产生。

3.根据权利要求2的窑炉(1)，其特征在于设计炉坎(14)和用于控制对流(15-16)的辅助装置以便在两个对流循环带(9-10)之间的＂热点＂区域垂直地与横向炉坎(14)对准或靠近横向炉坎的地方。

4.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于横向炉坎(14)沿着熔化和澄清室(2)的长度方向在1/3～2/3的地方布置。

5.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于横向炉坎的高度几乎是熔化和澄清室(2)中的熔融态玻璃深度的一半，特别是高度大约等于所说的深度的四分之一或三分之一。

6.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于横向炉坎(14)具有一个平行六面体或修圆的截面或切去壁角的截面。

7.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于横向炉坎(14)的底边大于它的高度，特别地底边大约是它的高度的两倍。

8.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于用于控制对流的辅助装置还包括靠近横向炉坎(14)并在横向炉坎(14)的上游的浸没式＂上游＂起泡器(16)。

9.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于在上游区域中的用于控制对流的辅助装置距离横向炉坎(14)不超过2000mm，特别是不超过1500mm。

10.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于＂上游＂加热装置是浸没式电极(15)，特别是固定在熔化和澄清室底部、最大总热值不超过1500kw、特别是在1200kw和1500kw之间的电极。

11.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于与横向炉坎(14)协同作用的用于控制＂下游＂区域中的对流的装置至少包括浸没式＂下游＂加热装置(17)，它靠近所说的炉炊并位于炉炊的下游。

12.根据权利要求11的窑炉(1)，其特征在于＂下游＂加热装置(17)距离横向炉坎(14)不超过1500mm。

13.根据权利要求11或12的窑炉(1)，其特征在于＂下游＂加热装置是浸没式电极，特别是固定在底部并且具有最大总热值不超过100kw，特别是不超过70kw的电极。

14.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于熔化和澄清室(2)通向一系列室，这一系列室包括构成限流室的中间室(6)、随后的调节/均化室(7)、随后的通向成型设备的排出通道(8)。

15.根据上述权利要求之一的窑炉(1)，其特征在于燃烧器是熔化和澄清室(2)中熔化可玻璃化材料的主要装置。

16.根据上述权利要求之一的窑炉(1)的用途，即给用于形成浮法玻璃类中的平板玻璃的设备提供熔融态玻璃。

17.根据权利要求1～15之一的窑炉(1)的操作方法，其特征在于调节用于控制＂下游＂区域中的对流(15)的辅助装置，特别是＂上游＂加热装置的热值和通过与横向炉坎(14)协同作用的＂上游＂起泡器(16)的气流量以便在横向炉坎(14)的两边固定两个熔融态玻璃的对流循环带(9-10)以及固定它们的＂热点＂(11)，特别是垂直地与所说的炉坎(14)对准。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于调节用于控制＂下游＂区域中的对流的装置的操作，和特别是与横向炉坎(14)协同作用的＂下游＂加热装置的热值，特别是为了对位于较低区域并接近横向炉坎(14)的区段(18)中的熔化和澄清室(2)的＂下游区域中的熔融态玻璃的对流循环带(10)提供可控制的加热和可控制的再加热。

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