CN117843220A - 用于冷却管道中熔融玻璃的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种管道，所述管道被构造成将熔融玻璃从一个熔融玻璃处理容器输送到另一个熔融玻璃处理容器，所述管道包括冷却管，所述冷却管延伸穿过所述管道并且被构造成接收穿过其中的冷却流体流，从而冷却流过所述管道的熔融玻璃。

Description

用于冷却管道中熔融玻璃的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2022年10月4日提交的美国临时申请序列号No.63/378310的优先权，该申请的内容作为依据并通过引用的方式整体并入本文。

技术领域

本公开内容涉及一种热提取设备，更具体地，涉及一种管道，所述管道用于从流动通过其中的熔融玻璃中提取热。

背景技术

玻璃制品(例如玻璃片)的制造通常涉及将熔融玻璃从熔炉通过多个处理容器传送到成形设备，所述成形设备将熔融玻璃成形为所需的玻璃制品。在熔炉与成形设备之间，必须严格调节熔融玻璃的温度以实现适合于成形的温度(例如粘度)。熔融玻璃的冷却通常通过辐射冷却在各个处理容器之间延伸的管道内实现。增加熔融玻璃的流量(例如以增加产量)通常需要增加从管道损失的热量以实现必需的成形温度。这可以通过延长管道的长度或扩大管道的直径，从而增加表面积，使用更高导热率的耐火材料，或增加施加到耐火材料外部的强制对流冷却来实现。然而，这些方法的有效性存在限制。此外，这些冷却方法必须从管道外部向内提取热量，这会在熔融玻璃流中产生大的径向温度梯度，从而产生大的粘度梯度。

发明内容

在第一方面，公开了一种玻璃制造设备，包括第一熔融玻璃处理容器、第二熔融玻璃处理容器、以及在所述第一熔融玻璃处理容器与所述第二熔融玻璃处理容器之间延伸的管道，所述管道限定延伸穿过其中的内部通道，所述内部通道被构造成在所述第一熔融玻璃处理容器与所述第二熔融玻璃处理容器之间传送熔融玻璃，所述管道包括延伸穿过所述管道的内部通道的冷却管。至少一个冷却管限定冷却通道，所述冷却通道通过所述冷却管的壁与所述管道的内部通道隔离。

在第二方面，根据第一方面的玻璃制造设备的冷却管可以包括布置在冷却通道内的陶瓷耐火内衬。

在第三方面，根据第一或第二方面的玻璃制造设备的冷却管的壁可以包括铂。

在第四方面，根据第三方面的玻璃制造设备的冷却管的壁包括铂-铑合金。

在第五方面，根据第一至第四方面中任一个的玻璃制造设备的管道可以被陶瓷耐火材料围绕，冷却管从管道向外延伸穿过陶瓷耐火材料。

在第六方面，根据第五方面的玻璃制造设备的管道和陶瓷耐火材料可以布置在外壳中，并且冷却管的端部可以在外壳中对大气开放。

在第七方面，根据第五方面的玻璃制造设备的管道和陶瓷耐火材料可以布置在外壳中，并且冷却管可以延伸穿过陶瓷耐火材料和外壳的壁。

在第八方面，根据第一至第七方面中任一项的玻璃制造设备的管道可以包括中心纵向轴线，其中冷却管的纵向轴线可以正交于管道的纵向轴线延伸。

在第九方面，根据第一方面的玻璃制造设备的冷却管可以包括多个冷却管。

在第十方面，根据第九方面的玻璃制造设备的多个冷却管可以是间隔开的，并且沿着管道的纵向轴线线性布置。

在第十一方面，根据第一至第十方面中任一个的玻璃制造设备的第一熔融玻璃处理容器可以包括澄清容器，并且第二熔融玻璃处理容器包括混合设备。

在第十二方面，根据第一至第九方面中任一个的玻璃制造设备的第一熔融玻璃处理容器可以包括混合设备，并且第二熔融玻璃处理容器可以包括输送容器，所述输送容器包括从输送容器的底部延伸的出口管道。

在第十三方面，根据第一方面的玻璃制造设备的冷却管可以包括位于管道内的冷却室，所述冷却室包括多个穿通通道，所述多个穿通通道由延伸通过冷却室的多个横管的内表面限定，流通通道被构造成允许通过管道传送的熔融玻璃的至少一部分流动通过所述流通通道。

在第十四方面，根据第十三方面的玻璃制造设备的所述多个横管的外表面可以涂覆有耐火陶瓷材料。

在第十五方面，描述了一种制造熔融玻璃制品的方法，所述方法包括：使熔融玻璃通过内部通道从第一熔融玻璃处理容器流动到第二熔融玻璃处理容器，所述内部通道由在第一熔融玻璃处理容器与第二熔融玻璃处理容器之间延伸的管道限定；以及通过使冷却流体流动通过冷却管的冷却通道来冷却管道中的熔融玻璃，所述冷却管延伸穿过所述内部通道。

在第十六方面，根据第十五方面的方法的冷却流体可以包括惰性气体。

在第十七方面，根据第十五或第十六方面的方法还可以包括在使冷却流体流动通过冷却通道之前冷却冷却流体。

在第十八方面，根据第十五至第十七方面中任一个的方法的冷却管可以包括布置在冷却通道内的耐火陶瓷内衬。

在第十九方面，根据第十五方面至第十八方面中任一个的冷却管可以包括位于管道中的冷却室，所述冷却室包括延伸穿过冷却室的多个横管，所述多个横管的内表面限定了流通通道，所述方法还包括使流动通过管道的内部通道的熔融玻璃的至少一部分流动通过流通通道。

在第二十方面，根据第十五至第十八方面中任一个的方法的冷却管可以包括多个冷却管。

前面的发明内容和下面的具体实施方式都给出了旨在提供用于理解本文公开的实施例的性质和特性的概述或框架的方面。所附的附图以提供进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开内容的各种实施例，并且与说明书一起解释其原理和操作。

附图说明

图1是一种示例性玻璃制造设备的示意图，包括通过管道连接的多个熔融玻璃处理容器；

图2A是图1的示例性管道的透视图，包括延伸穿过管道的内部通道的至少一个冷却管；

图2B是图2A的管道的横截面端视图；

图3是至少一个冷却管的横截面图，示出了耐火内衬；

图4是图1的示例性管道的透视图，包括水平延伸穿过管道的内部通道的至少一个冷却管；

图5是图1的示例性管道的透视图，包括至少一个冷却管，所述冷却管沿着管道的纵向轴线延伸管道的长度的至少一部分；

图6是图2A的管道的横截面图，管道被陶瓷耐火材料包围，管道和陶瓷耐火材料封闭在外壳中，并且至少一个冷却管从管道延伸穿过陶瓷耐火材料并与由外壳封闭的夹套体积流体连通；

图7是图2A的管道的横截面图，管道被陶瓷耐火材料包围，管道和陶瓷耐火材料封闭在外壳中，并且至少一个冷却管从管道延伸穿过陶瓷耐火材料和外壳，从外壳外部的源为冷却管供应冷却流体；

图8是至少部分透明的透视图，其示出了冷却管，所述冷却管包括位于管道内部的冷却室，所述冷却室包括熔融玻璃可以流动通过的多个流通通道，所述流通通道延伸穿过冷却室并由多个横管限定，熔融玻璃通过横管的壁与在冷却室中流动的冷却流体隔离；

图9是图7的管道的横截面图，示出了冷却室中的冷却流体的流动；

图10是建模的归一化温度与承载熔融玻璃的管道的宽度上位置的关系的曲线图，其示出了与没有内部冷却的基础情况相比，在流量和功率调整之后，具有内部冷却管的管道中减小的径向热梯度；以及

图11是建模的归一化温度与沿着图7的管道长度的位置的关系的曲线图，在沿着管道周边的各个点处，示出了与没有内部冷却的基础情况相比，在调整流量和功率之后，具有内部冷却管的管道中减小的径向热梯度。

具体实施方式

现在将在详细参考本公开内容的实施例，其示例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。

如本文所用，术语“约”意指量、尺寸、配方、参数和其他数量和特征不是精确的，也不需要是精确的，而是可以根据需要近似和/或更大或更小，反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。

范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一实施例包括从一个特定值到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，该特定值形成另一实施例。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点和独立于另一个端点都是重要的。

本文所用的方向术语，例如上、下、右、左、前、后、顶、底，仅参考绘制的附图，并不旨在暗示绝对取向。

除非另有明确说明，否则决不旨在将本文所述的任何方法解释为要求其步骤以特定顺序执行，也不旨在将任何装置解释为要求特定取向。因此，在方法权利要求没有叙述其步骤遵循的顺序，或者任何装置权利要求实际上没有叙述各个部件的顺序或取向，或者在权利要求或说明书中没有另外具体说明步骤限于特定顺序，或者没有叙述装置的部件的特定顺序或取向的情况下，决不旨在在任何实施例推断顺序或取向。这适用于任何可能的非明确的解释基础，包括：关于步骤安排、操作流程、部件顺序或部件取向的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的普通含义，以及本说明书中描述的实施例的数量或类型。

如本文所用，单数形式“一”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“一”部件包括具有两个或更多个这样的部件的实施例，除非上下文另有明确说明。

词语“示例性”、“示例”或其各种形式在本文中用于表示用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例性”或“示例”的任何实施例或设计不应被解释为比其他实施例或设计优选或有利。此外，提供示例仅是为了清楚和理解的目的，并不意味着以任何方式限制或约束所公开的主题或本公开内容的相关部分。可以理解，可能存在各种范围的无数附加或替代示例，但是为了简洁起见，已经省略了这些示例。

如本文所用，除非另有说明，否则术语“包括”和“包含”及其变型应被解释为同义和开放式的。过渡性短语“包括”或“包含”之后的元素列表是非排他性列表，使得除了列表中具体列举的那些元素之外的元素也可以存在。

如本文所使用的术语“基本”、“基本上”及其变型旨在表示所描述的特征等于或近似等于值或描述。例如，“基本上平面的”表面旨在表示平面或近似平面的表面。此外，“基本上”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施例中，“基本上”可以表示彼此在约10％内的值，例如彼此在约5％内，或彼此在约2％内。

图1所示的是示例性玻璃制造设备10。玻璃制造设备10包括玻璃熔炉12，其包括熔化容器14。除了熔化容器14之外，玻璃熔炉12可任选地包括一个或多个另外的部件，例如加热元件(例如燃烧器和/或电极)，其被配置为加热原材料并将原材料转化成熔融材料(下文称为熔融玻璃)。例如，熔化容器14可以是电助熔化容器，其中，通过燃烧器和直接加热向原材料添加能量，其中，使电流通过原材料，电流通过原材料的焦耳加热来添加能量。

玻璃熔炉12可以包括减少来自熔化容器的热损失的其他热管理装置(例如隔热部件)。玻璃熔炉12可以包括促进原材料熔化成熔融玻璃的电子和/或机电装置。玻璃熔炉12可以包括图1中未示出的支撑结构(例如，支撑底盘、支撑构件等)或其他部件。

熔化容器14可由耐火材料形成，例如包括氧化铝或氧化锆的耐火陶瓷材料，但耐火陶瓷材料可包括其他耐火材料，例如钇(例如氧化钇、氧化钇稳定的氧化锆、磷酸钇)、锆石(ZrSiO₄)或氧化铝-氧化锆-二氧化硅或甚至氧化铬，它们可替代使用或以任何组合使用。在一些示例中，熔化容器14可由耐火陶瓷砖构成。

玻璃熔炉12可以作为被配置为制造玻璃制品(例如玻璃带)的玻璃制造设备10的部件而被并入，但是在另外的实施例中，玻璃熔炉可以并入到被配置为形成其他玻璃制品的玻璃制造设备中，所述其他玻璃制品例如玻璃棒、玻璃管、玻璃包壳(例如用于照明装置(例如灯泡)的玻璃包壳)、玻璃容器和玻璃透镜(但不限于此)。在一些示例中，玻璃熔炉12可以包括在玻璃制造设备中，所述玻璃制造设备包括狭缝拉制设备、浮浴设备、下拉设备(例如熔合下拉设备)、上拉设备、压制设备、轧制设备、管拉制设备或将受益于本公开内容的任何其他玻璃制造设备。举例来说，图1示意性地例示了作为熔合下拉玻璃制造设备的部件的玻璃熔炉12，所述熔合下拉玻璃制造设备用于熔合拉制玻璃带以随后加工成单独的玻璃片，或者将玻璃带卷绕到卷轴上以供后续使用。如本文所用，熔合拉制包括使熔融玻璃流动通过成形体的倾斜(例如会聚)侧表面，其中，所得熔融材料流在成形体的底部处接合或“熔合”以形成玻璃带。

玻璃制造设备10可任选地包括位于熔化容器14上游的上游玻璃制造设备16。在一些示例中，一部分或整个上游玻璃制造设备16可作为玻璃熔炉12的一部分并入。

如图1所示，上游玻璃制造设备16可以包括原材料储存仓18、原材料输送装置20和与原材料输送装置20连接的电机22。原材料储料仓18可被构造成储存原材料24，其可通过一个或多个进料端口向熔化容器14中进料，如箭头26所示。原材料24通常包括至少一种或多种玻璃形成金属氧化物和一种或多种改性剂。在一些示例中，原材料输送装置20可以由电机22提供动力，以将预定量的原材料24从原材料储存仓18输送到熔化容器14。在另一些示例中，电机22可以为原材料输送装置20提供动力，从而基于相对于熔融玻璃的流动方向在熔化容器14下游感测到的熔融玻璃液位，以受控速率引入原材料24。此后，可加热熔化容器14内的原材料24以形成熔融玻璃28。通常，将原材料作为颗粒，例如作为各种“砂”加入到熔化容器中。原材料24还可以包括来自先前熔化和/或成形操作的废玻璃(即碎玻璃)。燃烧器可用于开始熔化过程。在电助推熔化过程中，一旦通过燃烧器充分降低原材料的电阻，就可以通过在定位成与原材料接触的电极之间产生电势来开始电助推，从而建立通过原材料的电流，原材料通常进入或处于熔融状态。

玻璃制造设备10还可以包括下游玻璃制造设备30，其相对于熔融玻璃28的流动方向位于玻璃熔炉12的下游。在一些示例中，下游玻璃制造设备30的一部分可以作为玻璃熔炉12的一部分并入。例如，下文所述的第一连接管道32或者下游玻璃制造设备30的其他部分可以作为玻璃熔炉12的一部分并入。

下游玻璃制造设备30可以包括第一调节室，例如澄清容器34，其位于熔化容器14的下游，并经由上述第一连接管道32与熔化容器14联接。在一些示例中，熔融玻璃28可经由第一连接管道32从熔化容器14重力进料到澄清容器34。因此，第一连接管道32为熔融玻璃28提供了从熔化容器14到澄清容器34的流动路径。但是，其他调节室可以位于熔化容器14的下游，例如在熔化容器14和澄清容器34之间。在一些实施例中，可以在熔化容器与澄清室之间采用调节室。例如，在进入澄清室之前，来自初级熔化容器的熔融玻璃可在次级熔化(调节)容器中进一步加热或在次级熔化容器中冷却到低于初级熔化容器中熔融玻璃温度的温度。

可以通过各种技术从熔融玻璃28中去除气泡。例如，原材料24可以包括多价化合物(即澄清剂)，例如氧化锡，其在加热时经历化学还原反应并释放氧气。其他合适的澄清剂可以包括但不限于砷、锑、铁和/或铈，尽管由于其毒性，由于环境原因在一些应用中可能不鼓励使用砷和锑。将澄清容器34加热到例如大于熔化容器内部温度的温度，从而将澄清剂加热到足以进行化学还原的反应温度。熔融玻璃中包括的一种或多种澄清剂的温度诱导的化学还原所产生的氧可包括在熔融过程中产生的气泡中。然后，浮力增加的扩大的气泡上升到澄清容器内的熔融玻璃的自由表面，然后从澄清容器排出，例如通过与自由表面上方的气氛流体连通的排气管。

下游玻璃制造设备30还可以包括另一个调节室，例如混合设备36，例如搅拌容器，用于混合从澄清容器34向下游流动的熔融玻璃。混合设备36可用于提供均匀的玻璃熔体组合物，从而减少否则可能存在于离开澄清容器的熔融玻璃中的化学和/或热不均匀性。如图所示，澄清容器34可以经由第二连接管道38联接到混合设备36。因此，熔融玻璃28可以通过第二连接管道38从澄清容器34重力进料到混合设备36。通常，混合设备36内的熔融玻璃包括自由表面，其中自由(例如气态)体积在自由表面与混合设备的顶部之间延伸。虽然显示混合设备36相对于熔融玻璃28的流动方向位于澄清容器34的下游，但是在其他实施例中，混合设备36可以位于澄清容器34的上游。下游玻璃制造设备30可以包括多个混合设备，例如澄清容器34上游的混合设备和澄清容器34下游的混合设备。当使用时，多个混合设备可以具有相同的设计，或者它们可以具有彼此不同的设计。本文公开的容器和/或管道中的一个或多个可以包括位于其中的静态混合叶片，以进一步促进熔融材料的混合和随后的均匀化。

下游玻璃制造设备30还可以包括另一个调节室，例如位于混合设备36下游的输送容器40。输送容器40可充当蓄积器和/或流动控制器，以经由出口管道44向成形体42提供熔融玻璃28的一致流动。在一些实施例中，输送容器40内的熔融玻璃可以包括自由表面，其中，自由体积从自由表面向上延伸到输送容器的顶部。如图所示，混合设备36可以经由从输送容器40的底部延伸的第三连接管道46联接到输送容器40，其中，熔融玻璃28可以通过第三连接管道46从混合设备36重力进料到输送容器40。

下游玻璃制造设备30还可以包括成形设备48，其被配置为形成玻璃制品，例如玻璃带。因此，成形设备48可以包括下拉设备，例如溢流下拉设备，其中，从输送容器40延伸的出口管道44定位成将熔融玻璃28从输送容器40传递到成形体42的入口管道50。在实施例中，出口管道44可以延伸到入口管道50的开口端中。例如，距离输送容器40最远的出口管道44的远端的直径可以小于入口管道50的开口端的直径，使得出口管道44的远端延伸到入口管道50中并与入口管道50同心，在出口管道44的远端和入口管道50的开口端之间存在间隙。出口管道44的远端与入口管道50的开口端之间的间隙中的熔融玻璃可暴露于环境大气。

熔合下拉玻璃制造设备中的成形体42可以包括位于成形体的上表面中的槽52和相反的会聚成形表面54(仅显示一个表面)，所述会聚成形表面54沿着成形体的底部边缘(根部)58在拉制方向56上会聚。经由输送容器40、出口管道44和入口管道50输送到槽52的熔融玻璃溢流出槽52的壁，并作为分开的熔融玻璃流沿着会聚的成形表面54下降。分开的熔融玻璃流在根部58下方并沿着根部58汇合，以产生熔融玻璃带，通过向熔融玻璃带施加向下的拉力，例如通过重力和相反的反向旋转的牵拉辊，在拉制方向56上从根部58拉制熔融玻璃带。所施加的向下拉力和熔融玻璃的温度可用于在熔融玻璃冷却和熔融玻璃的粘度增加时控制玻璃带的尺寸。因此，熔融玻璃带经历粘度转变，从粘性状态到粘弹性状态再到弹性状态，并获得赋予玻璃带60稳定的尺寸特性的机械性质。然后可以对玻璃带60进行刻痕，然后将其分成较短的长度，例如分成玻璃片62。可替换地，可以卷绕玻璃带60。玻璃带刻痕设备64可以包括能够以拉制速度沿着拉制方向垂直移动的台架(未示出)。可以通过机械手66从玻璃带移除玻璃片。例如，机械手66可以在刻痕处弯曲玻璃带，导致玻璃带沿着刻痕分离并形成玻璃片62。

下游玻璃制造设备30的部件(包括连接管道32、38、46、澄清容器34、混合设备(例如搅拌容器)36、输送容器40、出口管道44或入口管道50中的任何一个或多个)可以由贵金属形成。合适的贵金属包括选自由铂、铱、铑、锇、钌和钯或其合金组成的组的铂族金属。例如，玻璃制造设备的下游部件可以由铂-铑合金形成，所述铂-铑合金包括约70重量％-约90重量％的铂和约10重量％-约30重量％的铑。因为这样的贵金属代表了相当大的费用，所以各种容器(例如，管道)形成有厚度不大于所需厚度的壁，并且因为它们也在高温下操作，其中一些可能接近金属的软化温度，所以在没有辅助的情况下，容器可能无法在操作温度下支撑容纳在其中的熔融玻璃的重量。因此，耐火陶瓷材料128(参见图6、7)可以定位在容器周围，耐火材料128用于支撑容器，帮助保持其结构完整性，并且调节从容器损失的热量。耐火材料可以形成为块、片或板，作为浆料倒入容器周围的适当位置并随后硬化(例如，“可浇铸的”耐火材料)，或这两者。耐火陶瓷材料128可以布置成多层，其中不同的耐火材料层具有不同的热导率。在实施例中，管道(例如，第三管道46)的不同角度部分可以被包封在具有不同热导率的耐火材料中。例如，在一些实施例中，管道的顶部可以被包封在一层或多层耐火材料中，其中，在管道的顶部部分上方的耐火材料的总热导率(例如，平均热导率)可以不同于在管道下方或在管道的侧面处的耐火材料的总热导率。类似地，耐火材料128的热导率可以沿着管道的长度变化，使得管道的一个纵向部分被构造成在上游或下游(相对于管道内的熔融玻璃的流动方向)比管道的另一部分损失更多的热量。

可在用于玻璃制造的金属(例如贵金属)容器的金属-熔融玻璃界面处发生的常见氧化反应是带负电荷的氧离子转化为分子氧，这可由熔融玻璃中的水和羟基物质的热分解引起。在玻璃熔化和输送的高温下，熔融玻璃中存在低分压的氢。当贵金属容器(例如管道)中所含的熔融玻璃与贵金属接触时，熔融玻璃中的氢快速渗透穿过容器壁，耗尽金属-玻璃界面附近的熔融玻璃的氢。对于离开容器的每摩尔氢，1/2摩尔氧留在金属-玻璃界面处。因此，当氢离开容器时，氧水平(例如，金属-玻璃界面处的氧分压)增加，这可以导致在熔融玻璃中产生气泡(气态内含物)。

为了减轻气态内含物，可以将下游玻璃制造设备30的至少一部分(其可以包括容器34、36、40和管道32、38、46和44中的任何一个或多个)封装或包封在外壳80内，所述外壳80设计成保持容器周围的特定环境。外壳80是小外壳，其在封闭设备和外壳之间产生小的夹套体积82，这更好地便于控制外壳80内的气氛。例如，与大的房间大小的外壳相比。这是由于以下事实：外壳80内的条件的传感器读数(例如相对湿度或露点温度)更可能代表玻璃处理设备的外部金属表面处的条件，因为外壳80中的体积小于开放的工厂车间空间中的体积。

外壳80的夹套体积82限定在外壳80的内壁与容器34、36、40和可以包含在外壳中的管道32、38、46和44中的任何一个或多个的外表面之间。外壳80可以是防漏的，就此而言，其可以用于在夹套体积82内保持比外壳80外部的环境压力条件更大的低氧、潮湿气氛的略微更正的压力。如图所示，外壳80可被制成封闭下游玻璃制造设备30的含贵金属部件的一个区域。可替换地，多个外壳80可用于形成多个区域，其中单独的外壳80可单独地封闭容器34、36、40和管道32、38、46和44中的一个或多个。利用多个外壳80的优点是能够独立地控制下游玻璃制造设备30的特定区域中的气氛。

外壳80还可以包括闭环控制系统84，其被配置为控制外壳80内的气氛，并减少或防止在容器34、36、40和管道32、38、46和44内的金属-玻璃界面处发生可能导致气态内含物的氧化反应。

特别地，闭环控制系统84可以控制外壳80内部(和封闭部件外部)的气氛，以通过使氢迁移到玻璃-金属界面中来抑制金属-玻璃界面处的不期望的氧化反应。受控水平的氢渗透到玻璃-金属界面中减少了不期望的物质(例如分子氧和卤素)的产生，这又可以防止在熔融玻璃28中形成不期望的气态内含物。通过向下游玻璃制造设备30的金属部件的外表面(非玻璃接触表面)供应相对于内部玻璃-金属界面处的氢分压更高分压的氢，可以实现氢渗透穿过容器和/或管道的金属壁。因此，可以在外壳80内保持潮湿的低氧气氛，其可以在下游玻璃制造设备30的含铂部件的非玻璃接触表面处产生受控水平的氢。因此，闭环控制系统84可以包括O₂和/或N₂补充系统86，其包括氧供应源88和氮供应源90(或另一种惰性气体如氩或氦的供应源)。闭环控制系统84还可以包括水蒸气源92和空气源94，例如作为水蒸气的载体。空气和水蒸气可以通过空气处理器96提供给外壳80。

示例性闭环控制系统84可以包括从外壳80内和外壳80外的一个或多个位置获得传感器读数的控制器。控制器处理传感器测量值并控制不同的装置，如空气处理器96和O₂和/或N₂补充系统86。在操作中，控制器控制各种装置以在外壳80内产生气氛，其中产生氢的水蒸气分解以等于或大于如果在部件的非玻璃接触表面处存在环境气氛则会发生的氢渗透穿过部件34、36、40、32、38、46和44的金属壁的速率的速率发生。当存在较高的氢分压时，熔融玻璃28内的不期望的物质(例如分子氧和/或卤素)的还原防止了在熔融玻璃中形成不期望的气态内含物。具有较高分压的氢的另一个优点是，由于外壳80内的低氧水平，可以降低或可能消除含铂部件34、36、40、32、38、46和44的氧化速率。

下游玻璃制造设备30的目标是生产和处理熔融玻璃，并将熔融玻璃输送到成形设备48，从而可将熔融玻璃成形为玻璃产品，例如玻璃片。因此，从玻璃熔炉12提供的熔融玻璃在澄清容器34中进行处理以去除气态内含物，在混合设备36中进行均质化，并经由输送容器40输送到成形设备48(例如成形体42)。这还需要确保熔融玻璃以适于成形的温度(即粘度)输送到成形设备。例如，经由熔合下拉工艺形成的熔融玻璃必须具有足够的粘度，其从成形体的根部作为带流出以由带的边缘部分支撑。在前述部件(例如，澄清容器34、混合设备36和输送容器40)之间延伸的管道可用于降低熔融玻璃的平均温度，以满足下游处理要求。例如，第二管道38和第三连接管道46可以包括冷却区域，其中，可以使用加热或冷却方法来控制管道的热损失速率，以在沿着流动路径的指定位置处实现预定的熔融玻璃粘度。这种加热和/或冷却方法可以包括以下中的任何一个或多个：邻近管道的外部加热线圈、管道的直接加热(其中在管道的壁中建立电流，该电流通过焦耳加热来加热管道，从而调节管道的热损失)、围绕管道的耐火绝热材料，该耐火绝热材料被选择为具有预定的热导率，以及使用鼓风机设备围绕管道的强制对流。单个管道可以具有多个冷却区域，使得管道(以及因此流动通过其中的熔融玻璃)损失的热量在管道内的不同位置处变化。例如，熔融玻璃可以在第二管道38中从澄清温度冷却到混合温度，澄清温度通常是最热的系统温度并且可以超过160℃，混合温度通常对应于1000-3000泊范围内的粘度。该冷却可提供在约100℃至约300℃范围内的温度降低。第三连接管道46可以进一步将熔融玻璃从混合温度冷却至适于进入成形体的输送温度和粘度，标称粘度大于或等于约35千泊。这种进一步的冷却可以提供在约100℃至约300℃范围内的额外的温度降低。为了实现这样的冷却速率，贵金属管道的尺寸通常被设计成具有足够的表面积，以通过围绕和支撑管道的外部耐火结构进行最大的热传导(去除)。耐火材料的几何形状和热导率的组合以及工艺环境边界条件决定了热损失的大小。随着增加熔融玻璃的流量以增加产量，或者生产具有基于玻璃的粘度点的高冷却梯度要求的玻璃，由管道(例如第二管道38和/或第三连接管道46)提供的热损失的增加可以通过以下任何组合来适应：(1)额外的贵金属管道长度或有效管道直径，(2)使用支撑管道的更大热导率的耐火材料，和/或(3)增加施加到耐火材料外部的强制对流冷却。

尽管如此，这种设计和缩放方法具有实际限制--制造设施中水平占地面积增加的成本和用于加长或直径增加的管道的额外贵金属资本成本，已知耐火材料热导率的限制，以及过度强制对流冷却的负面影响，例如玻璃中的缺陷形成和材料资产的风险。此外，这些组合从管道的壁冷却，这可在管道的中心区域内的熔融玻璃与靠近管道的一个或多个壁的内表面的熔融玻璃之间产生大的径向温度梯度。这种热梯度可导致玻璃流动控制难题，并且需要在成形过程中进行补偿，这可能对产品属性产生负面影响。在更极端的情况下，冷却区域的边缘可能低于液相线温度，导致熔融玻璃的失透风险，特别是对于较低液相线粘度和/或高晶体生长速率的玻璃组合物。液相线温度是高于该温度材料完全为液体的温度和晶体在该温度可以在热力学平衡中共存于熔融材料中的最大温度。因此，这种温度偏移会加剧管道内的径向温度梯度，并可能导致影响产品产量的固体内含物缺陷。由于熔融玻璃中的热传递变化，用红外光(IR)吸收物质(例如Fe²⁺)掺杂玻璃将具有甚至更大的径向效应。

在没有下游化学热平衡能力的玻璃制造过程中在较大粘度下冷却(例如，搅拌，或在足够低的粘度下足够的时间)由于熔体到玻璃转变的性质而有在所得玻璃产品中产生热产生的人造物的风险，其中粘度快速增加，并且局部松弛时间变化。这可导致玻璃产品中的密度变化，这可表现为“条纹”缺陷--持续的局部化和组成驱动的密度差异，其可在熔融玻璃转变为固体带时存在，并且可表现为带中的可见缺陷。类似地，如果不小心进行冷却，则可能发生失透，这可能导致玻璃中的固体内含物缺陷，其可能不会重新溶解或简单地改变组成，如果在化学均质化(例如混合)步骤的下游，则可能导致条纹缺陷。

因此，描述了采用被引导到在管道内流动的熔融玻璃的较热中心区域的冷却的设备和方法。这种冷却方法可以改变历史缩放实践，以在不显著改变冷却流体(例如气体)流速的情况下实现每单位贵金属的更高玻璃流速。另外，因为冷却被引导到管道的中心内部区域，所以这些方法可以定向地抵消径向热梯度效应，导致熔融玻璃的周边温度更高并降低失透风险。

本文所述的设备和方法可以通过重新设计熔融玻璃下游设备来减少贵金属(例如铂族金属)的使用，以实现类似的流动(改善的资本回报率)，或者用于增加熔融玻璃流动以降低单位成本，或者这两者。通过在每资本资产更高的玻璃流量的情况下通过增加提供具有强IR吸收剂(例如，Fe²⁺掺杂玻璃)的产品的能力来提高产量，减轻径向温度梯度效应可以改善单位成本。作为示例而非限制，将关于第三连接管道46讨论本公开内容的各方面，应当理解，这些方面可以应用于本公开内容的其他容器和/或管道(包括第二管道38)的方面。

如图2A和2B所示，第三连接管道46包括形成管道周边的壁100，壁100围绕第三连接管道46的内部通道102延伸并限定第三连接管道46的内部通道102，该内部通道被构造成接收通过其中的熔融玻璃流。第三连接管道46还包括纵向轴线104，纵向轴线104居中地定位在第三连接管道46的至少一部分内并延伸穿过第三连接管道46的至少一部分。即，第三连接管道46不需要沿其整个长度是线性的。图2A和2B将第三连接管道46示出为在与纵向轴线104正交的平面中的横截面中具有椭圆形(或圆形)轮廓和直线轮廓的组合。例如，第三连接管道46可以包括壁，该壁包括由相对的直壁部分连接的相对的圆形或椭圆形弧，因此当在横截面中观察时，管道呈现为扁平椭圆形或扁平圆形形状。然而，第三连接管道46不限于扁平椭圆形或扁平圆形横截面形状。例如，第三连接管道46可具有圆形横截面形状、椭圆形横截面形状、矩形(例如正方形)横截面形状、或适于将熔融玻璃输送通过内部通道102的任何其他横截面形状。

在图2A和2B所示的实施例中，第三连接管道46包括第一上壁部分106a、与第一壁部分106b相对的第二下壁部分106b，并且其中第一壁部分106a和第二壁部分106b在其端部处通过两个相对的弧形壁部分(椭圆弧或圆弧)-第一弧形壁部分108a和第二弧形壁部分108b连接。在横截面中观察(参见图2B)的第一壁部分106a和第二壁部分106b可以是基本上平坦的(在横截面中示出为直线)。第一弓形壁部分108a和第二弓形壁部分108b可以包括圆弧、椭圆弧或任何其他凸形弯曲形状(相对于中心纵向轴线104的凸形)。因此，第三连接管道46还可以包括长轴110和与长轴110正交的短轴112，其中长轴110表示第三连接管道46的最大直径，短轴112表示第三连接管道46的最小直径。长轴110和短轴112中的每一个与纵向轴线104正交。纵向轴线104可以与长轴110和短轴112的交点相交。

再次参考图2A，第三连接管道46还包括在内部通道102内延伸并穿过内部通道的中心区域的一个或多个冷却管114。一个或多个冷却管114各自限定延伸穿过冷却管的通道116，通道116通过冷却管的壁118与第三连接管道46的内部通道102分离。一个或多个冷却管114可垂直于纵向轴线104延伸。在实施例中，一个或多个冷却管可与纵向轴线104相交。例如，每个冷却管114可以延伸穿过第三连接管道46的直径，例如沿着短轴112。在一些实施例中，一个或多个冷却管114可以相对于纵向轴线104以非零但非正交的角度延伸，例如沿着长轴110延伸。

熔融玻璃可以流动通过第三连接管道46的内部通道102，冷却流体120(例如气体)可以流动通过由一个或多个冷却管114限定的冷却通道103，同时通过冷却管壁118保持熔融玻璃28与冷却流体120之间的分离。冷却流体120可以包括空气。然而，在另外的实施例中，冷却流体120可以主要包括一种或多种单原子惰性气体(例如，氩气、氪气和/或氦气)。在一些实施例中，冷却流体120可以主要是双原子气体，例如诸如氮气的不活性气体。冷却流体120可以包括惰性气体和不活性气体两者。冷却流体120可以包括氢。冷却流体120可以包括等于或大于50％体积的惰性气体和/或不活性气体。在实施例中，冷却流体120可以包括等于或小于约21体积％的氧、等于或小于约15体积％的氧、等于或小于约10体积％的氧、等于或小于约5体积％的氧、或者等于或小于约1体积％的氧。通过限制冷却流体中的氧量，可以使冷却管的氧化减到最小。然而，冷却流体不限于气体。在一些实施例中，冷却流体120可以是液体，例如水或其他合适的液体冷却介质。

每个冷却管114包括第一端122和与第一端122相对的第二端124(参见图6、7)。在一些实施例中，冷却管壁118可由与冷却管所连接的连接管道(例如第三连接管道46)相同的材料形成。例如，第三连接管道46可以包括铂，例如铂-铑合金。在这种情况下，冷却管114可以类似地包括铂，例如相同或类似的铂-铑合金。参考图3，在一些实施例中，每个冷却管114可以衬有无机耐火内衬126，例如氧化铝或氧化锆耐火内衬。耐火内衬126可以避免熔融玻璃28的温度大幅降低，否则熔融玻璃28将与冷却管壁118的内表面直接接触。耐火内衬126的存在可以避免熔融玻璃中的温度降低，这可能导致熔融玻璃的温度下降到低于熔融玻璃的液相线温度，从而避免失透和/或组成条纹产生。可以选择冷却流体流速与耐火内衬厚度和材料组合，使得内部冷却管壁温度不下降到低于熔融玻璃组合物的液相线温度，从而避免失透缺陷或组合条纹缺陷的可能性。

根据一些方面，冷却流体120可以包括夹套体积82内的气氛。即，第一端122和第二端124可通向夹套体积82，使得夹套体积82中的气氛自由流动通过一个或多个冷却管。这种流动可以通过热力学驱动，其中，通过第三连接管道46和在其中流动的熔融玻璃加热的夹套体积82内的内部气氛通过一个或多个冷却管114向上升高。此外，流动可以进一步由空气处理器96驱动。

冷却管114可以以任何径向角度定向，例如在与纵向轴线104正交的平面中的任何径向角度。例如，冷却管114可以如图2A所示垂直于第一壁部分106a和第二壁部分106b延伸，如图4所示水平延伸，或者以它们之间的任何角度延伸。此外，冷却管114可以与通过第三连接管道46的熔融玻璃流的方向成角度，或者逆着第三连接管道46中的熔融玻璃流。即，至少一个冷却管114可以不与纵向轴线104正交，而是与纵向轴线104形成角度，例如锐角。如图5所示，在一些实施例中，至少一个冷却管114的至少一部分可以与纵向轴线104平行，例如，在第三连接管道46内沿纵向轴线104延伸。

在一些实施例中，至少一个冷却管114可以延伸超过第三连接管道46的壁100。例如，如图6所示，一个或多个冷却管114可以延伸穿过一层或多层耐火材料128的厚度，使得冷却管114的第一端122和第二端124通向耐火材料128与外壳80之间的夹套体积82。例如，在一些实施例中，一个或两个端部122、124可以延伸到夹套体积82中。参考图7，在其他实施例中，一个或多个冷却管114可以延伸穿过耐火材料128、夹套体积82和外壳80。在这样的实施例中，冷却流体120可以经由外壳80外部的冷却气体供应源供应到至少一个冷却管114。冷却流体可以例如作为在压力下储存在现场容器(例如，气瓶，未示出)中的“房屋”气体供应，并且通过合适的冷却剂管道(未示出)可用于至少一个冷却管114和/或其他现场设备。在进一步的实施例中，冷却流体120可被泵送通过一个或多个冷却管114。在实施例中，多个冷却管可通过用于向冷却管供应冷却流体120的公共增压室互连。

在一些实施例中，至少一个冷却管114可以包括冷却室，冷却室被构造成向冷却管增加额外的表面积，并增加从流动通过连接管道46(特别是内部通道102的中心区域)的熔融玻璃的热提取。图8-9分别示出了连接管道46的一部分的透视图和截面图。在该实施例中，第三连接管道46被示出为在与纵向轴线104正交的平面中具有圆形横截面形状，但是可以具有不同的横截面形状，例如如图6和7所示的横截面形状，或任何其他合适的横截面形状。可以存在耐火材料128，但未示出。在图8-9的实施例中，冷却管114包括位于管道内部通道102中的冷却室200，冷却室200包括多个流通通道202，当熔融玻璃流动通过第三连接管道46的内部通道102时，熔融玻璃28流动通过流通通道202。即，熔融玻璃通过第三连接管道46的流动路径的至少一部分延伸通过冷却室200中的流通通道202。冷却室200在图8-9中显示为中空圆柱体，其限定与冷却管114的冷却通道103流体连通的内部体积204，使得流动通过冷却管114的冷却流体120也流动通过冷却室200。除了圆柱形形状之外的形状可用于冷却室200。通常，冷却室200的横向尺寸将大于冷却管114其他部分的类似横向尺寸。例如，如图9所示的实施例所示，冷却室200上方的冷却管114的上部部分206的直径和/或冷却室200下方的冷却管114的下部部分208的直径小于冷却室200的直径。就面积而言，冷却管114的上部部分206的横截面积和/或下部部分208的横截面积可以小于冷却室200的横截面积(例如最大横截面积)，每个横截面积由冷却管相应部分在平行于纵向轴线104(例如垂直于延伸穿过冷却管114的纵向轴线210)的相应平面中的边界(壁)限定。流通通道202由横管212的内表面限定，横管212延伸穿过冷却室200并定位在冷却室200内，使得流通通道202代表横管212的内部通道。因此，横管212的外表面是冷却室200的内表面。

在一些实施例中，冷却室200可以是圆柱形的并且包括第一冷却室壁214和与第一冷却室壁214相对的第二冷却室壁216，其中第一冷却室壁214和第二冷却室壁216是平行的室壁，例如平面平行壁。然而，在另外的实施例中，第一冷却室壁214和第二冷却室壁216可以是弯曲的室壁。第一冷却室壁214和第二冷却室壁216通过圆柱形冷却室壁217连接。在图8-9所示的实施例中，横管212平行于纵向轴线104布置，并且在第一冷却室壁214和第二冷却室壁216之间延伸，这对熔融玻璃流动通过流通通道202提供了最小的阻力。然而，可以设想横管212的其他取向。

在一些实施例中，冷却流体120流动通过冷却管114(包括冷却室200)，并接触与冷却流体120接触的横管212的外表面(以及冷却管114的内表面，包括冷却室200)。同时，流动通过第三连接管道46的熔融玻璃28的至少一部分流动通过由横管212形成的流通通道202。流动通过横管的内部通道(即，流通通道202)的熔融玻璃与流动通过冷却管114、冷却室200并与横管212的外表面接触的冷却流体120之间的热交换从与横管212接触的熔融玻璃中提取热量，从而冷却熔融玻璃。将冷却室200放置在第三连接管道46的中心区域中冷却了通过管道的熔融玻璃流的中心部分，进一步降低了熔融玻璃流中的径向温度梯度。虽然未示出，但冷却室200的内表面可以设置有耐火材料，如对冷却管114的其他部分的内表面所述的。在实施例中，横管212的外表面可以设置有耐火陶瓷材料218。耐火陶瓷材料218可以与耐火内衬126相同。耐火材料可有助于缓和冷却室的冷却效果，并防止流动通过第三连接管道的熔融玻璃失透。

图10是显示示例性直接加热的第三连接管道46的建模的数据的曲线图，第三连接管道46在混合设备36和输送容器40之间延伸，并且包括多个处于预定流动特性的冷却管。水平轴表示沿着管道的宽度的距离，零表示管道的中心。垂直轴上的温度被归一化。实曲线300表示基础情况(即，没有冷却管冷却)的温度与横跨管道的宽度的位置的关系，管道的宽度与管道的纵向轴线相交(例如，沿着长轴110)。数据显示了在熔融玻璃流的宽度上(从熔融玻璃流的左边缘(在左金属-熔融玻璃界面处)到熔融玻璃流的右边缘(在右金属-熔融玻璃界面处))存在的径向温度梯度。虚曲线302表示相同的布置，但是流速被调整以获得与基础情况相同的平均出口温度。点划曲线304表示与虚曲线302类似的条件，但是电力被输送到直接加热管道以在管道的出口处再次获得相同的平均出口温度。虽然径向温度梯度在所有三条曲线中都是明显的，但是对于相同的平均出口温度和相同或相似的边缘温度(管道侧面的玻璃接触表面处的温度)，包括经由冷却管114的内部冷却的曲线(虚曲线302和点划曲线304)显示出与曲线300相比降低的中心温度(在位置零处)，从而降低了径向温度梯度。

图11是示出(归一化)温度与沿着图10的管道的长度的关系的曲线图。数据显示了在管道的侧面处(在金属-熔融玻璃界面处)和在管道顶部处的金属-熔融玻璃界面处沿着熔融玻璃流的边缘的热电偶位置处的温度。如图10所示，在图11中示出了用于调整的流量和调整的电功率的数据。由于比例，在调整流量的情况下，熔融玻璃流的侧边缘处的温度看起来仅略高，而顶表面处的温度通常显著较低，表明径向热梯度效应降低。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对本公开内容的实施例进行各种修改和变化。因此，本公开内容旨在覆盖这些修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等同方案的范围内。

Claims (20)

1.一种玻璃制造设备，包括：

第一熔融玻璃处理容器；

第二熔融玻璃处理容器；以及

管道，在所述第一熔融玻璃处理容器与所述第二熔融玻璃处理容器之间延伸，所述管道限定延伸穿过其中的内部通道，所述内部通道被构造成在所述第一熔融玻璃处理容器与所述第二熔融玻璃处理容器之间传送熔融玻璃，所述管道包括延伸穿过所述管道的所述内部通道的至少一个冷却管，所述至少一个冷却管限定冷却通道，所述冷却通道通过所述冷却管的壁与所述管道的所述内部通道隔离。

2.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述冷却管包括布置在所述冷却通道内的陶瓷耐火内衬。

3.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述冷却管的所述壁包括铂。

4.根据权利要求3所述的玻璃制造设备，其中所述冷却管的所述壁包括铂-铑合金。

5.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述管道被陶瓷耐火材料围绕，所述冷却管从所述管道向外延伸穿过所述陶瓷耐火材料。

6.根据权利要求5所述的玻璃制造设备，其中所述管道和所述陶瓷耐火材料布置在外壳中，并且所述冷却管的端部在所述外壳中与大气流体连通。

7.根据权利要求5所述的玻璃制造设备，其中所述管道和所述陶瓷耐火材料布置在外壳中，并且所述冷却管延伸穿过所述陶瓷耐火材料和所述外壳的壁。

8.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述管道包括中心纵向轴线，并且所述冷却管的纵向轴线正交于所述管道的所述中心纵向轴线延伸。

9.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述冷却管包括多个冷却管。

10.根据权利要求9所述的玻璃制造设备，其中所述多个冷却管是间隔开的，并且沿着所述管道的纵向轴线线性布置。

11.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述第一熔融玻璃处理容器包括澄清容器，并且所述第二熔融玻璃处理容器包括混合设备。

12.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述第一熔融玻璃处理容器包括混合设备，并且所述第二熔融玻璃处理容器包括输送容器，所述输送容器包括从所述输送容器的底部延伸的出口管道。

13.根据权利要求1所述的玻璃制造设备，其中所述冷却管包括位于所述管道内的冷却室，所述冷却室包括多个穿通通道，所述多个穿通通道由延伸通过所述冷却室的多个横管的内表面限定，所述流通通道被构造成允许通过所述管道传送的所述熔融玻璃的至少一部分流动通过所述流通通道。

14.根据权利要求13所述的玻璃制造设备，其中所述多个横管的外表面涂覆有耐火陶瓷材料。

15.一种制造熔融玻璃制品的方法，所述方法包括：

使熔融玻璃通过内部通道从第一熔融玻璃处理容器流动到第二熔融玻璃处理容器，所述内部通道由在所述第一熔融玻璃处理容器与所述第二熔融玻璃处理容器之间延伸的管道限定；以及

通过使冷却流体流动通过冷却管的冷却通道来冷却所述管道中的所述熔融玻璃，所述冷却管延伸穿过所述内部通道。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述冷却流体包括惰性气体。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括在使所述冷却流体流动通过所述冷却通道之前冷却所述冷却流体。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述冷却管包括布置在所述冷却通道内的耐火陶瓷内衬。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中所述冷却管包括位于所述管道中的冷却室，所述冷却室包括延伸穿过所述冷却室的多个横管，所述多个横管的内表面限定了流通通道，所述方法还包括使流动通过所述管道的所述内部通道的所述熔融玻璃的至少一部分流动通过所述流通通道。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述冷却管包括多个冷却管。