CN1200713A - 调整和均化玻璃熔体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种调整基础玻璃组成以改变其性质的方法,其中使熔融玻璃带有加入其中的调整剂在通过基本水平的供料道中的液流中流动。独立地进行玻璃液流中的调整剂的水平和垂直分配。然后把调整剂均匀分散在其中的熔融玻璃送入成形设备。

Description

调整和均化玻璃熔体的方法和设备

本发明涉及玻璃的制造，更具体地，本发明涉及调整基础玻璃来改变其性质，例如赋予其要求的颜色。

向熔融的基础玻璃中添加着色剂的概念已经是熟知的，但是人们认为实践中只应用于容器玻璃(这里有时称为“工作带着色”)领域中，而不是用于平板玻璃领域。这主要是因为平板玻璃的质量和均匀性以及气泡的要求一般高于容器玻璃，对于浮法玻璃，这些要求更为严格。具体地，除了特定的“艺术”型产品，着色的平板玻璃，尤其是浮法玻璃需要在整个面积上有均匀的色调，因此要求加入的着色剂非常均匀地分布在玻璃中。而且，要求其添加和分布方式不会导致产生不可接受的气泡。但是已经有人提议向熔融的基础玻璃组成中添加着色剂来生产着色的平板玻璃。将会理解的是，如果能够成功地做到这一点，可以大大地缩短从制造透明平板玻璃到制造着色的平板玻璃的转换时间，或者进行从一种颜色到另一种颜色的色调变化的转换时间，当必须在基础池窑或熔窑中熔融不同组成的玻璃时，这是需要的。

EP 0 599 403A提出了一种制造着色的玻璃容器的装置，EP 0 556576A提出了一种窗玻璃或容器玻璃组合物的着色装置，EP 0 275 534A提出了一种制造着色的平板玻璃的装置。所有这些装置都有在熔融的玻璃中混合着色添加物质的某种形式的作用。EP 0 599 403A具有脉冲式鼓泡器，而EP 0556 576A特别关注避免气泡的产生，具有类似于机械搅拌器的系统。EP 0275 534A也有一种类似于机械搅拌器的系统。将会理解的是，在这样系统中的每个搅拌器赋予所说的玻璃相同类型的搅拌作用。这样一种类型的搅拌作用不能取得要求的着色剂在玻璃中的分布均匀性。

根据本发明，提供了一种调整基础玻璃改变其性质的方法，包括使熔融的基础玻璃基本单向地沿基本水平的供料道流动，向水平流动的熔融基础玻璃中添加调整剂，并且垂直地把所说的调整剂分配到熔融的玻璃中，用一个与玻璃料流流动方向成横向布置的部件水平地独立地把所说的调整剂分配到熔融的玻璃中，并把调整剂在其中基本均匀分布的熔融的玻璃料流送入成形设备。通过分别使调整剂独立地垂直和水平地分配在熔融的玻璃中，可以得到更均匀的分散，并且这种更均匀的分散方式可以避免产生不可接受的气泡。

所说的调整剂可以加入到熔融的基础玻璃中，然后独立地垂直分配在熔融的玻璃中。这种垂直的分配可以通过搅拌水平流动的带有调整剂的熔融基础玻璃来进行，从而产生玻璃中的相对的垂直运动。

可以通过使带有至少部分浸入熔融的玻璃中的基本为螺旋形的叶片的垂直轴旋转来进行这种垂直搅拌。这样的机械搅拌器可以用耐火材料制造，优选的是用耐热金属制造，如铂。

所说的调整剂可以通过搅拌带有调整剂的水平流动的熔融玻璃而水平地分配在熔融的玻璃中，从而用与玻璃流的流动方向成横向布置的部件产生熔融玻璃中的相对的水平运动。所说的水平搅拌优选的是通过使带有至少部分浸入熔融玻璃中的桨式叶片旋转来进行。

优选的是产生相对的垂直运动的搅拌在产生相对的水平运动的独立的搅拌之前进行。换句话说，相对于玻璃流的流动来说，垂直搅拌在水平搅拌的上游进行。

基础玻璃基本是透明玻璃或一种着色玻璃，调整剂可以是着色剂，从而生产着色玻璃或调整着色基础玻璃的色调。值得欣赏的是，着色剂的均匀分布将会产生均匀的色调。

调整剂优选的是以熔融的形式加入到熔融的基础玻璃中。可以滑落到基本水平的熔融的基础玻璃流的上表面上。此外，也可以加到熔融的基础玻璃的表面之下，例如，通过从一个喂料端浸在熔融的玻璃中的部件引入，也可以在其添加时以垂直分配到熔融玻璃中的方式加入。

成形设备可以是平板玻璃(尤其是浮法玻璃)成形设备，而且该方法可包括将调整剂在其中均匀分布的熔融玻璃成形为平板玻璃(尤其是浮法玻璃)。本发明还提供了由上述方法制得的平板玻璃(尤其是浮法玻璃)。

本发明的另一个方面是提供向基本水平流动的熔融的基础玻璃流中添加调整剂的设备(适用于上述的根据本发明的方法，但不是唯一的)，包括一个喂料装置，其下部浸在熔融的玻璃中，带有一个调整剂出口，和把调整剂喂入所说的喂料装置并通过出口在其表面之下排入熔融的玻璃液流的装置，其中，所说的出口通过一个垂直的部件伸出，从而使得至少在液流的大部分深度上分配调整剂。

所说的出口可以在使用时面向液流流动方向的喂料装置的一侧上，优选的是包括一系列在基本垂直的线上排列的孔。调整剂优选的是从所说的出口以流动的状态排出，所说的设备可以包括一个熔化器来熔化调整剂并把调整剂以熔融的状态送入喂料装置。所说的熔化器优选的是包括一个过滤装置以防把不想要的物质送入所说的喂料装置。所说的喂料装置方便的是一个管子。

现在将参考附图并通过实施例描述根据本发明的实施方案，其中：

图1是玻璃熔窑或池窑的示意性平面图

图2是通过调整剂喂料器的示意性垂直截面

图3是通过另一种形式的调整剂喂料器的示意性垂直截面

图4是通过另一种形式的调整剂喂料器的示意性垂直截面

图5是玻璃熔窑或池窑的示意性平面图，

图6是通往浮法玻璃成形设备或浮法池的入口的示意性平面图。

示意性表示于图1的玻璃熔窑或池窑包括一个上游部分1，该部分有一个熔化区2和一个通过收缩部分4连接到工作端5的澄清区3。一个从工作端5通向成形设备入口处的供料口7的供料道6。配合料以熟知的方式喂入熔化区2，在熔化区熔化后形成熔融的玻璃，然后在澄清区内澄清，即除去气泡。熔融的玻璃通过收缩部分4到工作端5，然后沿供料道6流到供料口7，玻璃液的调节在工作端5和供料道6中进行。熟悉该技术的那些人将会理解，在熔化区、澄清区和调节区一般没有精确固定的界线。

收缩部分4、工作端5和供料道6形成了一个基本水平的通道，通过这个通道，在池窑的部分1中熔化并澄清的熔融基础玻璃以基本单向的液流即顺流流向供料口7，而没有任何明显返回的逆流。优选的是在澄清区3的下流部分也是单向流动，例如，在收缩部分4的上游约与液流宽度相同的距离上。位于收缩部分4的喂料器8向水平流动的熔融基础玻璃加入调整剂，例如着色剂，所说的调整剂通过位于朝向工作端5的上游端的螺旋搅拌器9垂直分配于熔融的玻璃中。搅拌器9包括带有至少部分浸入熔融玻璃中的螺旋叶片的垂直的轴，使得该轴的旋转能对带有所说的调整剂的的水平流动的熔融基础玻璃进行搅拌，从而在熔融玻璃中产生能使所说的调整剂垂直分配的相对的垂直运动。

在搅拌器9的下游，朝向供料道6的上游端是另一个搅拌器10，搅拌器10被设计用与液流流动方向成横向布置的部件使所说的调整剂水平分配于熔融玻璃中，即沿侧向或横向分配。这种水平分配与螺旋搅拌器9进行的垂直分配独立地进行。搅拌器10包括带有至少部分浸入熔融玻璃的基本垂直的桨式叶片的轴，该轴的旋转导致带有调整剂的水平流动的熔融基础玻璃的搅拌，通过与玻璃流成横向布置的部件在熔融玻璃中产生相对的水平运动，从而使所说的调整剂在液流的宽度上分配。

螺旋搅拌器9和桨式搅拌器10每一种都具有本质上已知的形式，并用合适的耐火材料制造，优选的是用耐热金属制造，如铂。螺旋搅拌器9表示为一对同向旋转的搅拌器(用箭头表示为逆时针方向)，而桨式搅拌器10表示为一对反向旋转的搅拌器(如箭头所示)，其旋转方式是趋于驱动在它们中间的熔融玻璃。但是，值得欣赏的是，可以选择适合于特定要求的搅拌器数量和其旋转方向，但是一般应该足够有效地覆盖搅拌区域内的熔融玻璃流的整个宽度。值得欣赏的还有，实际上，熔融玻璃内的纯水平或纯垂直的相对运动如果不是不可能的，也是通过各个不同的搅拌器难以得到的，所以，本文所说的水平和垂直运动是分别表示水平为主的和垂直为主的运动。那些熟悉该技术的人将会进一步理解的是，独立地通过搅拌器9和搅拌器10产生的各自不同的搅拌作用进行垂直(为主的)运动和水平(为主的)运动，与有时在玻璃容器制造中使用的更复杂数量的类似的复杂的搅拌器布置相比，可以使用较简单的整体布置。

在图1的实施方案中，在搅拌器9处的玻璃液温度一般可以在1200℃～1450℃范围内，例如约为1300℃。在搅拌器10处，熔融的玻璃温度可以在1150℃～1400℃，例如约为1280℃。从搅拌器9的位置和搅拌器10的位置之间的纵向距离应该足以避免对混合产生影响，从这点来看，优选的是至少等于熔融玻璃流的宽度，一般可以在1m～4m的范围内。但是，理想的是使这个距离更长以避免在搅拌操作之间的明显有害的相互作用，这些搅拌作用特别容易产生气泡。因此所说的距离优选的是大于工作端5的熔融玻璃流的宽度的二倍，一般可以在2m～8m的范围内，例如约为4m。熔融玻璃液流的深度应该符合单向流动的要求，搅拌位置处一般可以在200mm～800mm范围内，例如长的供料道(如50m长)约为500mm，短的供料道(如10m长)约为250mm。

搅拌器9的位置不是特别重要的，但是可以是离喂料器8的下游约等于工作端5的熔融玻璃流的宽度的距离。

图1示意地表示了沿收缩部分4的宽度方向间隔排列的三个喂料器8，此处熔融的玻璃温度一般可以在1200℃～1480℃的范围内，例如约为1320℃。

将会理解的是，可以提供任何合适数量的喂料器，所说的喂料器可以取任何合适的形式。优选的是它们应该使得添加剂在其加入到熔融的基础玻璃中时处于熔融态。

图2示意地表示了一个简单的这种形式的喂料器。它包括一个顶部有一个漏斗12的垂直管11。所说的垂直管安装在收缩部分4上方的耐火材料顶13上(其基础如图2所示)，垂直管11的底部浸入熔融玻璃中使其端壁14在玻璃表面S之下。在顶部13和熔融的玻璃液面S之间有一个气体空间，垂直管11通过这个空间，这提供了一个足够热的环境可以熔化所说的垂直管中的添加剂。实践中，以任何合适的方便的方式把适当形式(如片状)的添加剂喂入漏斗12，并在其在重力作用下在垂直管11中落下时熔化。所说的添加剂从垂直管在表面S下的底部端排出(用箭头表示)，从而进入朝向搅拌器9(图1)的熔融的基础玻璃液流(用箭头表示)中。

图3示意地表示了图2所示的喂料机的改进型的另一种形式的喂料器，用相同的参考数表示相同的部件。图3的型式在垂直管11的底部不同于图2的喂料机。在图3中，在锥形部分15的垂直管的端部带有通向垂直管16的中孔，垂直管16上有一个辅助的导管17，该导管的形状光滑，把熔融的添加剂从垂直的路径引导到水平的路径中。垂直管16的底端18在熔融的玻璃表面S的液面上方有一个短距离的空隙，以便有一定的滴落高度，优选的是该滴落高度小于所说的垂直管的孔口直径的三倍，例如，孔口直径可以具有10mm的数量级。导管17的底端19在熔融玻璃表面的液面上。在重力作用下在垂直管11中落下时熔化的添加剂通过锥形部分15的中孔浸入垂直管16从其底端18排出，并从所说的底端18落到导管17上。然后熔融的添加剂从导管17的端部19轻轻地滑落在熔融的基础玻璃表面S上。

将会理解的是，通过如图2所示的把熔融的添加剂引入到玻璃表面之下或如图3所示的滑落到玻璃表面上，可以避免或消除可能产生的气泡问题(例如，如果让添加剂直接落在玻璃上)。

图4示意地表示了另一种形式的把添加剂引入到熔融的基础玻璃表面之下的喂料器。它包括一个管子20形式的垂直的喂料部件，其下端浸在玻璃表面之下。所说的管子的最下面的底端22是封闭的，浸入的端部部分在一侧有一个出口，该出口在垂直方向上伸出，由通过一系列在垂直线上排列的小孔23组成，并朝着熔融的玻璃液流的流动方向(如箭头所示)。在管子20中的熔融态的添加剂通过孔23(例如其直径可以为约1mm)排出到熔融的基础玻璃中。由于这些孔沿所说的管子的浸入端部分21垂直分布，添加剂在很大的部分上垂直分布在熔融的玻璃中，优选的是基本分布在加入添加剂时的液流的整个深度上。

管子20的顶部带有一个直径增大的头部24，在头部24上方是一个中空的熔化器装置，该熔化器装置有一个倾斜的部件25和位于热环境中的水平部件26。如果需要，该中空的熔化器装置可以直接进行电加热，虽然可以使用其它的加热方法。一对交叠的挡板27和28排列在水平部分26中，刚好在其底部中的出口管29的上游处，出口管29向管子20的头部24喂料。所说的熔化器装置的倾斜部分25有一个入口30，在运行中，向入口30喂入用于熔化的片状添加剂。熔融的添加剂通过水平部分到达挡板27和28，它只能在上挡板27的下面通过，然后越过下挡板28。通过这样的布置，上挡板27的下边缘低于下挡板28的上边缘，这些挡板形成了一个除去浮渣和其它不想要的物质的过滤装置，只有清洁的熔融的添加剂在其中通过。然后这些添加剂流过出口管29进入管子20的头部24，并沿管子20通过在其已经描述的下部21的孔23排出。

由于用这个实施方案的喂料器，熔融的添加剂在加入到熔融的基础玻璃时垂直分配于熔融的基础玻璃中，也可能不需要再提供另外的垂直分配，例如通过如前所述的螺旋搅拌器。因此，图4示意地表示了一对在其下端带有垂直叶片32的垂直轴31的桨式搅拌器之一。使轴31旋转(如箭头所示)，浸入玻璃液中的叶片搅拌带有调整剂的水平流动的熔融基础玻璃，从而通过与玻璃液流流动方向成横向布置的部件在熔融玻璃中产生水平运动。这使所说的调整剂水平分布在熔融的玻璃中。

在基本水平的通道上的窑顶33适当地安装喂料器管20和搅拌器轴31，熔融的玻璃液流沿着所说的基本水平的通道流动，该通道的底部如图4的34所示。为了保证维持在使液体添加剂液流连续流动的温度，对管子20的上部，即其通过耐火材料窑顶结构33的部位直接进行电加热。图4还表示了安装在窑顶33和熔融的玻璃表面S之间的气体空间的电加热器35，该电加热器同时加热管子20以保证液体添加剂的流动。

可以沿玻璃液流的横向和/或纵向按一定间隔排列多个管子20和多个桨式搅拌器。桨式搅拌器优选的是位于离管子20距离较短的下游处，使它们可以把带有所说的调整剂的熔融玻璃拉向它们，防止调整剂的任何明显的垂直位移，例如沉降。

将会理解的是，所述的在管子20的下端部分21上的孔23的垂直线是示范性给出的，也可以使用其它的出口布置。所说的出口不必一定朝看玻璃液流的流动方向，作为另一个实施例，可以在所说的管子的圆周上排列一系列的孔，如果需要，所说的管子可以旋转。此外，所说的管子不必一定是垂直的，而是可以整体倾斜或部分倾斜，使得所说的出口仍然能伸出一个垂直的部件。具体地，浸入端部分21可以沿玻璃液流的流动方向倾斜，使其底端22比其上端更靠近下游。如果使用直管，管子20的未浸入部分可以类似地倾斜或者是垂直的，而在玻璃液面区内带一个弯头以提供倾斜的下部21。各种适合于特定要求的几何形状的其它布置也是可能的。同时，所说的调整剂也不必一定如参考图4所述的单独进行熔化，而是可以如参考图3所述的在管子11中进行熔化。一个较短的图4形式的管子20可以连接到图3中的管子11的底端取代管子16和导管17。如果需要，可以连接一种装置对管子11抽真空或降低压力，使得对其它所含的物料有脱气作用，从而进一步降低产生气泡的危险。

图5是类似于图1的示意图，用相同的参考数表示相同的部件。图5的装置有一个如参考图4所述的喂料器和桨式搅拌器，都位于工作端5中。为了容易说明，图5表示了单一的一个喂料器36和单一的一对桨式搅拌器37，而实际上可以使用多个喂料器，例如两个或三个，并且通常为每个喂料器配置一对桨式搅拌器。沿熔融的玻璃液流的宽度上使用多个喂料管时，它们之间优选的是相隔一定的间距，该距离等于或小于桨式搅拌器轴的间距，从而使每个喂料器清楚地配置特定的一对桨式搅拌器。

搅拌器37离喂料器36的纵向距离优选的是小于搅拌器中心之间的间距，一般可以在300mm～1.3m范围内，例如约为600mm。在搅拌器37的位置处熔融玻璃的温度一般在1100℃～1400℃范围内，例如约为1180℃。

另外的对应于图1中的搅拌器10的桨式搅拌器可以保留在在图5的实施方案中朝向供料道6的上游端。如果需要，可以提供另外的朝向图1和图5的实施方案中的供料道6的下游端的桨式搅拌器以进行所说的调整添加剂的进一步水平分配。

图1和5一般表示一个供料口7。调整剂基本均匀分布于其中的熔融玻璃液流从所说的供料口送到成形设备。图6示意地表示了一个浮法玻璃成形设备，包括一个浮法池39，熔融的玻璃从带有附属的控制门砖41的通道40进入浮法池39中。对于这样的设备，图1和5中的供料口7与图6的通道40相连，并把送入的调整剂基本均匀分布于其中的熔融玻璃以熟知的方式成形为浮法玻璃。通过先澄清熔融的玻璃，然后加入并以所述的方式分配所说的调整剂可以避免或消除气泡问题。通过实施例给出的温度和尺寸的数值首先与用于浮法玻璃成形设备的玻璃熔窑或池窑有关。

虽然考虑了本发明具体用于浮法玻璃时浮法玻璃的高质量要求，它可以用于其它形式的平板玻璃，如滚压平板玻璃或拉制的平板玻璃。本发明也可以应用于其它类型的玻璃制品，例如容器玻璃或电视机显象管。在每种情况下，玻璃熔窑或池窑的供料口与合适的成形设备相连。

如前所述，所说的调整剂可以是着色剂。加入着色剂的基础玻璃可能是透明玻璃，使得所说的着色剂赋予其一定的色调，或者基础玻璃本身已经是着色的，使得所说的着色剂调整其色调。在后一种情况下，调整了色调的碎玻璃可以回收进入用于基础色调玻璃的熔窑。但是，可以使用除看色剂以外的其它性质(如折射率)的调整剂。

将会理解的是，一般通过玻璃厚度方向观察的平板玻璃在玻璃的面积上的色调明显变化是看得清的，而在厚度方向上的变化一般没什么意义。所以，所说的调整剂在玻璃的面积上的均匀分布比其厚度方向上的平均分布更重要，因此可以解释本文所说的与平板玻璃相关的基本均匀分布。

将会理解的是，附图，尤其是图1和5，完全是示意性的而不是按比例的图。本发明的方法可以用于各种玻璃熔窑或池窑，图1为了说明图解表示了其中一种。所以可以理解的是，基本水平的通道(由图1和5中的部件4、5和6提供的)可以在沿其长度方向有宽度和/或深度的变化，但不一定必须有这些变化。此外，熔融玻璃液流的单向流动优选的是在调整剂加入的上游(例如在图1和5中的澄清区3中)开始。

可以对具体描述的实施方案进行变动而不离开本发明的原则对于那些熟悉该技术的人是明显的。例如，虽然在进行水平分配之前进行所说的调整剂在熔融玻璃中的垂直分配通常是优选的。但是可能有一些情况使水平分配在垂直分配之前进行。同时，所说的调整剂在熔融玻璃中的分配可以通过除了具体描述的那些装置之外的装置进行。因此，具体地，垂直分配可以通过由加热器(如电极)产生的对流产生，而不是通过机械搅拌，或者可以联合使用电极和搅拌器。此外，虽然在所述的实施方案中把玻璃熔窑或池窑表示为向单一的一个单元喂料，但是一个池窑可以向连接多个成形设备的多个出口喂料。如果需要，玻璃的调节可以在熔窑或池窑和各个成形设备之间的通道中进行，使得不同的设备或生产线可以生产不同的产品，如英国专利申请No.9616364.7所述。

Claims (17)

1、一种调整基础玻璃以改变其性质的方法，包括使熔融的基础玻璃基本单向地沿着基本水平的供料道流动，向水平流动的熔融基础玻璃加入调整剂，特点在于把所说的调整剂垂直分配于熔融的玻璃中，并独立地用一个与玻璃流流动方向成横向布置的分配部件把所说的调整剂水平地分配在熔融的玻璃中，然后把调整剂基本均匀分散在其中的熔融玻璃流送入成形设备。

2、一种根据权利要求1的方法，特点在于把所说的调整剂加入到熔融的基础玻璃中，然后独立地垂直分配在熔融的玻璃中。

3、一种根据权利要求2的方法，特点在于通过搅拌水平流动的带有调整剂的熔融基础玻璃以在熔融的玻璃中产生相对的垂直运动，把所说的调整剂垂直分配在熔融的玻璃中。

4、一种根据前面的权利要求的任一个的方法，特点在于通过用一个与玻璃流流动方向成横向布置的部件搅拌水平流动的带有调整剂的熔融基础玻璃以在熔融的玻璃中产生相对的水平运动，把所说的调整剂水平分配在熔融的玻璃中。

5、一种根据权利要求3和4的方法，特点在于产生相对的垂直运动的搅拌在产生相对的水平运动的独立的搅拌之前进行。

6、一种根据前面的权利要求的任一个的方法，特点在于所说的添加剂在其加入到熔融的基础玻璃中时是熔融态的。

7、一种根据权利要求6的方法，特点在于所说的熔融添加剂滑落在熔融的基础玻璃表面上。

8、一种根据权利要求6的方法，特点在于所说的熔融添加剂在熔融的基础玻璃表面之下加入。

9、一种根据权利要求8的方法，特点在于所说的添加剂的加入方式使其在加入时垂直分配于熔融的玻璃中。

10、一种根据前面的权利要求的任一个的方法，特点在于所说的成形设备是平板玻璃、任选的是浮法玻璃的成形设备，包括把调整剂基本均匀分布在其中的熔融玻璃成形为平板玻璃，任选的是浮法玻璃。

11、通过根据权利要求10的方法生产的平板玻璃，任选的是浮法玻璃。

12、向基本水平流动的熔融基础玻璃液流(4，5，6)中添加调整剂的设备，特点在于包括一个下端(14，21)浸在所说的熔融玻璃中并带有调整剂出口(18，19)的喂料装置(8，11，20)，和把调整剂喂入所说的喂料装置并通过所说的出口在熔融玻璃液流表面(S)之下排入熔融玻璃液流的装置，其中所说的出口通过一个垂直的部件伸出，以便把所说的调整剂分配在所说的液流的至少大部分深度上。

13、根据权利要求12的设备，特点在于出口(18，19)在喂料装置(20，21，22)的一侧，使用时朝向所说的液流的流动方向。

14、根据权利要求12或13的设备，特点在于所说的出口包括一系列的孔(23)。

15、根据权利要求12～14的任一个的设备，特点在于包括一个把所说的调整剂熔化并以熔融态送入所说的喂料装置的熔化器(25，26)。

16、根据权利要求15的设备，特点在于所说的熔化器包括一个过滤装置(28)，以防把不想要的物质送入所说的喂料装置。

17、根据权利要求12～16的任一个的设备，特点在于所说的喂料装置是一个管子(11，16，20)。

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