CN1948196B - 一种提高玻璃质量的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高玻璃质量的方法和设备，包括池炉、澄清区和搅拌区等，其特征在于：池炉(11)和搅拌区(14)之间的澄清区(13)至少有并行2个，熔融玻璃并行流经澄清区(13)，再汇合到搅拌区(14)，不但满足了玻璃熔融大流量的需要，而且提高玻璃质量。玻璃原材料在池炉(11)中熔化后，熔融玻璃流经并行的澄清区(13)，熔融玻璃流出并行澄清区后汇聚于一处，一并进行搅拌，熔融玻璃再进入成型设备。使用该方法和设备，可以更彻底消除熔融玻璃体中的气泡，提高熔融玻璃体的温度一致性，提高玻璃的质量。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃的澄清，具体的讲，本发明应用在玻璃基板的生产制造，涉及到这些产品生产制造过程中的澄清和均化，从而满足高质量玻璃产品的要求。本发明特别重要的应用是生产液晶显示器、TFT等/或其它的玻璃基板。
背景技术
应用在液晶显示上的玻璃基本的制造是一项先进的技术，最终的玻璃基本要求没有气泡和条纹等玻璃缺陷。
一般的玻璃基板生产工艺是玻璃熔化后，熔融玻璃通过一个贵金属材料制造的澄清区，熔融被加热温度升高，熔融玻璃再经过搅拌和调节温度，得到成型所需要的一定温度的熔融玻璃。如附图1所示。澄清区的作用是通过升高熔融玻璃温度，降低熔融玻璃粘度，有利于熔融玻璃中气泡的逸出，也有利于玻璃品质均化。在此过程中，澄清区的加热方法是，给贵金属制造成的圆形或椭圆形管道两端通入电流，根据焦耳定律，贵金属管就会将电能转换成热能，并对贵金属管内的熔融玻璃加热。
上述的一般方法，在玻璃流量较小，如每天不超过8吨的情况下，需要的贵金属澄清区截面积较小，如圆形贵金属管直径200-300mm，澄清区长度在2500-4000mm时，基本可以得到较为满意的熔融玻璃质量。
在玻璃基板生产效率进一步提高后，熔融玻璃流量提高，如果仍然采用单一的澄清区，就必须增加澄清区的截面积，并延长澄清区的长度，这样下面的缺点是显而易见的：
由于加热源是澄清区贵金属管壁，熔融玻璃流量增加后，为减小熔融玻璃在澄清区贵金属管内的流动阻力，澄清区贵金属管截面积增加，因此加热源离熔融玻璃中心距离更远。熔融玻璃的导热性比较差，为能够将熔融玻璃中心的温度提高至规定的温度，必须增加流过澄清区贵金属管壁的电流，使澄清区贵金属管道温度更高，这样澄清区贵金属管道的寿命就会受到严重的影响。
如果增加澄清区贵金属澄清池截面后，处于熔融玻璃体中底部的气泡上升需要更多的时间，要加快气泡上升速度，就要通过提高贵金属管壁的温度相应提升熔融玻璃温度，这样贵金属通道的寿命会减少。
采用所述加热澄清区贵金属管壁的方法，就会造成中间熔融玻璃温度低，接近澄清区贵金属管壁的熔融玻璃温度高。澄清区贵金属截面积越大，玻璃液体温度越不均匀，玻璃液体的流动更加不均匀，会出现条纹等玻璃缺陷。
增加贵金属澄清区截面和增加贵金属澄清区长度，都会增加贵金属用量；同时，贵金属工作温度提高后，为提高其使用寿命，必须增加贵金属的壁厚，这样贵金属用量就进一步增加。
发明内容
本发明的目的就是提供一种解决上述缺点的一种方法和设备，从而可以达到：(1)允许大的玻璃流量通过。(2)消除玻璃中的气泡和温度不均匀性。(3)提高玻璃液体的澄清效率。(4)提高澄清区贵金属的寿命，减少贵金属使用量。
本发明通过采用并行澄清区，具体的说，熔融玻璃从池炉流出后，熔融玻璃被平均地分成2部分或2部分以上分别引入澄清区，经过澄清区的熔融玻璃再汇流到一起，经过搅拌进一步均化，得到质量符合要求的熔融玻璃，再流到下一个工序。
本发明的第一个方面，本发明提供了一种玻璃的澄清的方法，它包括：
1.一种提高玻璃质量的方法，包括下列步骤：
a.玻璃原材料在池炉中熔化为熔融的玻璃，在1550℃时，熔融玻璃的粘度不低于345泊；
b.熔融的玻璃流入通道的澄清区，澄清区管壁为贵金属，熔融的玻璃在澄清区被与其接触的贵金属管壁加热升温；向贵金属管壁通入电流，贵金属作为电阻发热，向熔融的玻璃提供热源；1600℃时，熔融玻璃的粘度不高于280泊；
c.熔融玻璃流出并行澄清区后汇聚一起，进入搅拌区；
d.熔融玻璃再经过调温、流量控制进入成型区；
在上述步骤中，澄清区由至少两个并行连接的管道组成。并行澄清区在搅拌区或搅拌区之前汇合在一起。由于池炉出口的熔融玻璃中仍然包含定量的气泡，在熔融玻璃成型前必须继续升温到一定的温度，如液晶玻璃通常要升到1570℃以上，并保持一定的时间，才能彻底将熔融玻璃中的气泡排出进而得以澄清。当熔融玻璃在澄清区的流量较小时，比如不高于8吨/天，澄清区的玻璃深度浅、流速小，熔融玻璃中的气泡通常2小时左右就能消除，澄清区长度约2.5-4m就可以得到较好的玻璃质量。随着生产技术的发展，玻璃流量逐步增加。如果仍然采用单一的澄清通道，就增加澄清通道的玻璃深度，并延长澄清通道的长度，以满足玻璃澄清需求。当澄清区中熔融玻璃的深度大于300mm时，在澄清区出口处，熔融玻璃垂直方向的温度差别就大于10℃，这种温度差别对于液晶玻璃就会产生条纹缺陷。本发明通过采用并行澄清区，解决了这个问题。具体的说，玻璃从池炉流出后，把玻璃平均的分成2部分或2部分以上分别引入澄清区，经过澄清的熔融玻璃再汇流到一起，经过搅拌进一步均化，得到质量符合要求的玻璃，再流到下一个工序。本发明的有益效果是，通过采用并行的澄清区，有效的减小了澄清区的玻璃深度，加快了熔融玻璃中气泡的逸出，同时熔融玻璃的温度更加均匀，可以达到温差小于5℃的效果，提高了玻璃的质量。
2.熔融玻璃通过多个由管道组成的澄清区进入搅拌区。
从池炉到搅拌区之间有至少两个并行澄清区，汇合并行澄清均化通道后再在搅拌区进行搅拌。这种方法的有益效果是进一步均化玻璃的温度。由于加热和控制系统不可避免的误差，如热电偶的检测精度偏差，控制系统的精度偏差，最终会导致等来自不同澄清通道澄清后的玻璃在微观上一定仍然有一些温度差异。因此，将它们汇合到一起，并进行适当的搅拌，使其进一步均匀。
3.采用向铂或铂合金等贵金属材料制作的管壁通入电流产生热量的方法来加热熔融玻璃。
贵金属管的加热方法是，给圆形或椭圆形贵金属管两端通入4-12V，1000-6000A的电流，根据焦耳定律，贵金属管就会将电能转换成热能，并对贵金属管内的熔融玻璃加热，实现加热熔融玻璃的目的；比如铂金制成的管，如果其壁厚为1.2mm，直径为280mm，长度为1000mm，在长度方向上，该铂管的电阻为0.000546欧姆，对其施加2.88V的电压时，铂管就会产生5277A的电流，根据焦耳定律，这段铂管的加热功率为15200W。这种加热玻璃的有益效果是，电能利用率高，加热源不会对玻璃造成污染，加热功率容易控制。贵金属管壁通入的电流为1000-6000A。当贵金属壁通入的电流小于1000A时，贵金属壁产生的热量少，贵金属壁的温度低，当熔融玻璃流经低温度贵金属壁时，温度迅速下降，会产生气泡等玻璃缺陷，严重时熔融玻璃会停止流动；当贵金属壁通入的电流大于6000A时，贵金属壁的电流密度很大，贵金属壁表面温度接近其软化的温度，贵金属的强度下降，贵金属很容易被破坏，降低贵金属使用寿命。贵金属壁通入的电流的优选值为3000-5000A。
4.所述并行澄清区管道中心线在同一个水平面上。
并行澄清区中心线在一个水平面上。根据流体力学原理，澄清通道内玻璃的流动动力来自于池炉内熔融玻璃的压力。因此，保持各个并行澄清区处于同一个水平面上，是保障各澄清区熔融玻璃流量相同的一个重要前提条件。
5.所述并行澄清区采用相同的加热和控制系统。
本发明的第二个方面，本发明提供了一种提高玻璃质量的设备，它包括：
1.一种提高玻璃质量的系统，包括池炉、通道、成型设备等，通道包括澄清区、搅拌区、调温区、流量控制区等，所述的澄清区至少有两个并行连接；
2.所述的澄清区在搅拌区之前并行连接；
3.所述的澄清区贵金属管壁有电流流过；澄清区和熔融玻璃接触的部分都是用贵金属如铂或铂合金制造成的。通常的玻璃澄清区采用耐火材料，玻璃直接与耐火材料接触。在玻璃与耐火材料的接触面上，由于熔融玻璃中的一些成分在高温下会与多数耐火材料的一些成分发生化学反应，同时熔融玻璃的流动，会冲刷耐火材料表面，以上两种作用就导致熔融玻璃中常常含有耐火材料组份的杂质。本发明中，使熔融玻璃在贵金属制造的容器中流动，有益的效果是，避免玻璃与耐火材料直接接触，由于贵金属或贵金属的合金具备良好的耐高温特性，即使在1700℃时也不易与氧气和玻璃中的组份反应，并具有一定的机械强度，所以可以提高了玻璃的品质。
4.所述的并行澄清区中心线在同一个水平面上；
5.所述并行澄清区采用相同的加热和控制装置；
附图说明
图1是本发明现有玻璃制造方法和设备示意图，
图2是本发明第一个实施例示意图，
图3是本发明第二个实施例示意图，
图4是本发明第三个实施例示意图，
图5是本发明澄清区贵金属加热的实施例示意图。
前述附图(包括在说明书中构成了说明书的一部分)示意出了本发明的各种实施方式，并且附图与说明书一起来解释本发明的原理。附图和说明仅仅是解释性的，不应构成对本发明的限制。
附图1中使用的数字表示如下：
21池炉
22连接管
23澄清区
24搅拌区
25流量控制部分
26成型部分
附图2中使用的数字表示如下：
31池炉
32连接管
33-1、33-3、33-3澄清区
34搅拌区
35流量控制部分
36成型部分
附图3中使用的数字表示如下：
41池炉
42连接管
43-1、43-2、43-3澄清区
44搅拌区
45流量控制部分
46成型部分
附图4中使用的数字表示如下：
51池炉
52连接管
53-1、53-2、53-3澄清区
54搅拌区
55流量控制部分
56成型部分
57熔融玻璃分配区
58玻璃分配区中的隔板
附图5中使用的数字表示如下：
61澄清区贵金属管壁
62澄清区贵金属管壁外层特殊耐高温材料
63电气控制设备
具体实施方式
本发明与现有技术对比实施例1
如图1所示，本例为一般的澄清方式，在熔融玻璃流量为10吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清管道的直径、壁厚、长度如表一对比实施例1对应行中所示。制造澄清管所需要的贵金属总重量为182.21kg。按照对比实施例1的设计数据，通过实验，得到澄清管操作温度为1690℃，使用寿命21月，同一截面上玻璃温度偏差±3.0℃，每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过2个。
实施例2
如图2所示，本例为2个并行的澄清区。在玻璃流量为10吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清区的直径、壁厚、长度如表一实施例2对应行中所示。相对于对比实施例1，实施例2的贵金属用量少20.48公斤；玻璃温度差由±3℃，下降至±1℃；每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过0.5个；澄清区操作温度可以从1680℃，下降到1650℃；澄清区的寿命由21个月延长到26个月。
实施例3
如图3所示，本例为3个并行的澄清区。在玻璃流量为10吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清区的直径、壁厚、长度如表一实施例3对应行中所示。相对于对比实施例1，实施例3的贵金属的用量少36.65公斤；玻璃温度差由±3℃下降至±0.7℃；每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过0.2个；澄清区操作温度由1680℃下降到1620℃，澄清通道的寿命从21个月延长至26.5个月。
通过以上实施例，可以明显得看出，在玻璃流量为10吨/天的情况下，采用并行澄清区的2个实施例比采用一般的单一澄清区在贵金属使用量、玻璃质量、澄清区贵金属寿命等方面有明显得优势。
对比实施例4
如图1所示，本例为一般的澄清方式，在熔融玻璃流量为12吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清管道的直径、壁厚、长度如表一对比实施例4对应行中所示。制造澄清管所需要的贵金属总重量为216.82kg。按照对比实施例4的设计数据，通过实验，得到澄清管操作温度为1680℃，使用寿命19月，同一截面上玻璃温度偏差±3.3℃，每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过2.2个。
实施例5
如图2所示，本例为2个并行的澄清区。在玻璃流量为12吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清区的直径、壁厚、长度如表一实施例5对应行中所示。相对于对比实施例4，实施例5的贵金属用量少35.68公斤；玻璃温度差由±3.3℃，下降至±1.5℃；每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过0.6个；澄清区操作温度可以从1680℃，下降到1650℃；澄清区的寿命由19个月延长到24.5个月。
实施例6
如图3所示，本例为3个并行的澄清区。在玻璃流量为12吨/天的条件下，澄清区设计成为圆柱形状。按照一定的经验和理论，确定澄清区的直径、壁厚、长度如表一实施例6对应行中所示。相对于对比实施例4，实施例6的贵金属用量少63.18公斤；玻璃温度差由±3.3℃，下降至±0.7℃；每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量不超过0.25个；澄清区操作温度可以从1680℃，下降到1650℃；澄清区的寿命由19个月延长到26.5个月。
通过以上实施例，可以明显得看出，在玻璃流量为12吨/天的情况下，采用并行澄清区的2个实施例比采用一般的单一澄清区在贵金属使用量、熔融玻璃温度差、玻璃气泡含量、澄清区贵金属寿命等方面有明显优势。
综合以上实施例1-6，并行澄清区在贵金属使用量、熔融玻璃温度差、玻璃气泡含量、贵金属通道使用寿命4个方面比一般单澄清区有优势。考虑到并行澄清区的综合成本与经济效益，优选定方案是采用2个并行的澄清区，即能提高熔融玻璃温度均匀性、减少玻璃中气泡的含量、降低贵金属使用量提高澄清区使用寿命，又能很好的兼顾澄清区的建设运行成本。
实施例7-14显示了不同情况下，澄清区贵金属管通入电流和电压的试验值。汇总结果如表二所示。
实施例7
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1mm，长度为1500mm，入口温度为1580℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为1996A，出口温度为1588℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为3个/公斤。贵金属使用寿命为30个月。
实施例8
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1mm，长度为1500mm，入口温度为1580℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为3455A，出口温度为1604℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.7个/公斤。贵金属使用寿命为23个月。
实施例9
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1mm，长度为1500mm，入口温度为1580℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为4779A，出口温度为1626℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.5个/公斤。贵金属使用寿命为23个月。
实施例10
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1mm，长度为1500mm，入口温度为1580℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为1996A，出口温度为1588℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.2个/公斤。贵金属使用寿命为12个月。
实施例11
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1.2mm，长度为1500mm，入口温度为1570℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为1962A，出口温度为1579℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为2.4个/公斤。贵金属使用寿命为30个月。
实施例12
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1.2mm，长度为1500mm，入口温度为1570℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为2358A，出口温度为1583℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.6个/公斤。贵金属使用寿命为22个月。
实施例13
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1.2mm，长度为1500mm，入口温度为1570℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为4232A，出口温度为1612℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.5个/公斤。贵金属使用寿命为23个月。
实施例14
在澄清区熔融玻璃流量为4吨/天的情况下，澄清区贵金属为圆形，直径为280mm，壁厚为1.2mm，长度为1500mm，入口温度为1570℃，试验得到，当贵金属管壁通入的电流为5260A，出口温度为1635℃。得到的玻璃中大于0.1mm的气泡数量平均为0.3个/公斤。贵金属使用寿命为12.5个月。
通过实施例7-14，可以明显得看出，在玻璃流量为4吨/天的情况下，当贵金属通入电流值在2000-5000A之间时，可以得到较好的玻璃质量和合适当贵金属使用寿命。
图4所示，也是本发明的一种实施例。在池炉和澄清区之间有一个分配熔融玻璃流量的分配区。分配区中设置有改变熔融玻璃流向的隔板，通过合理布置隔板的位置，保证熔融玻璃在流经分配区到并行管道的线路长度基本相等。图4中显示了一个隔板58，虚线部分示意熔融玻璃的流线。隔板也可以有多个。如采用一个隔板，隔板处于分配区中央或中央的附近，隔板垂直与玻璃流入分配区的方向，隔板的宽度大于中间并行通道的最大宽度。从而实现流入并行管道中熔融玻璃的流量基本相等，起到平均分配并行管道内熔融玻璃流量的作用。
虽然本文对本发明的一些具体实施方式进行了描述和说明，但是我们应该清楚，在不偏离本发明的精神意图以及权利要求书中限定的范围的情况下，可以对本发明进行一些修改。
表一
| 对比实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 玻璃流量T/D | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 12 |
| 并行澄清数量 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 澄清区直径mm | 400 | 300 | 250 | 450 | 320 | 250 |
| 澄清区贵金属壁厚mm | 1.3 | 1 | 0.8 | 1.3 | 1 | 0.8 |
| 澄清长度mm | 5200 | 4000 | 3600 | 5500 | 4200 | 3800 |
| 澄清区操作温度℃ | 1680 | 1650 | 1620 | 1680 | 1650 | 1620 |
| 澄清区使用寿命(月) | 21 | 26 | 26.5 | 19 | 24.5 | 26.5 |
| 玻璃液温度差 | ±3.0 | ±1.0 | ±0.7 | ±3.3 | ±1.5 | ±0.7 |
| 对比实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量 | 2 | 0.5 | 0.2 | 2.2 | 0.6 | 0.25 |
| 澄清区贵金属总量kg | 182.21 | 161.73 | 145.56 | 216.82 | 181.14 | 153.64 |
表二
| 实施例 | 直径(mm) | 厚度(mm) | 长度(mm) | 入口温度(℃) | 出口温度(℃) | 电流(A) | 每公斤玻璃板中大于0.1mm气泡的数量 | 铂金使用寿命(月) |
| 实施例7 | 280 | 1 | 1500 | 1580 | 1588 | 1996 | 3 | 30 |
| 实施例8 | 280 | 1 | 1500 | 1580 | 1604 | 3455 | 0.7 | 23 |
| 实施例9 | 280 | 1 | 1500 | 1580 | 1626 | 4779 | 0.5 | 23 |
| 实施例10 | 280 | 1 | 1500 | 1580 | 1637 | 5317 | 0.2 | 12 |
| 实施例11 | 200 | 1.2 | 1500 | 1570 | 1579 | 1962 | 2.4 | 30 |
| 实施例12 | 200 | 1.2 | 1500 | 1570 | 1583 | 2358 | 0.6 | 22 |
| 实施例13 | 200 | 1.2 | 1500 | 1570 | 1612 | 4232 | 0.5 | 23 |
| 实施例14 | 200 | 1.2 | 1500 | 1570 | 1635 | 5260 | 0.3 | 11 |
Claims (3)
1.一种提高玻璃质量的方法，包括下列步骤：
a.玻璃原材料在池炉中熔化为熔融的玻璃，在1550℃时，熔融玻璃的粘度不低于345泊；
b.熔融的玻璃流入由两个以上并行的管道组成的澄清区，澄清区管道的管壁为贵金属，加热控制装置向贵金属管壁通入电流，贵金属作为电阻发热，向熔融的玻璃提供热源；熔融的玻璃在澄清区被与其接触的贵金属管壁加热升温；当温度升至1600℃时，熔融玻璃的粘度不高于280泊；贵金属壁通入的电流的优选值为3000-5000A；
c.熔融玻璃流出并行澄清区后汇聚一起，进入搅拌区；
d.熔融玻璃再经过调温、流量控制进入成型区。
2.如权利要求1所述提高玻璃质量的方法，其特征在于，所述澄清区两个以上并行管道的中心线在同一个水平面上。
3.如权利要求1所述提高玻璃质量的方法，其特征在于，所述并行澄清区的管道都采用相同的加热控制装置。
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