CN87106000A - 浮法玻璃工艺用的垂直式输送装置 - Google Patents

Abstract

将玻璃液作为自由下降的垂直流引至平板玻璃成型工段。玻璃液流可以接纳到成型室第一区中之较窄且较深的贮存段，由此流至一较宽的区，再由此沿纵向被拉伸。

Description

本发明涉及平板玻璃成形的浮法工艺，其中，熔融态玻璃在一金属熔液（通常主要是熔融态的锡）槽上通过，经此过程而获得了一光滑表面，同时减薄至所需厚度。更具体地说，本发明是将玻璃液从熔化与澄清设备中运送到浮抛成形室的改进。

在浮法成形工艺中，业已周知，为了达到平板玻璃所要求的光学质量，用来使熔融态玻璃开始沉积到金属溶液槽上的设备有很严格的要求。经过了彻底澄清与均化的玻璃液，在其流过连接熔化与澄清设备和浮抛成形室的通路或其它导管时，由于接触到构成此类输送设备的陶瓷耐火材料，至少会使此玻璃液的底层部分稍受污染。这种污染，已知在由此种玻璃液生产出的玻璃板中会产生畸变。在初期的浮法工艺中，例如以美国专利号3220816（皮尔金顿公司）为代表的一种浮法工艺中，熔融态玻璃是通过流料槽口产生自由自降落之玻璃带而输送至熔态锡上，当玻璃液开始接触到此种熔态锡时，它的一部即返流而后外流。这样一种液流结构，起到了使此种玻璃液流中已污染的底面部分转移到其后在浮抛室形成的玻璃板带的边缘部分。这样的边缘部分可予以切除废弃，而该玻璃板带的中央部分，相对地说，不会有耐火材料引起的畸变。

解决上述问题的另一种不同方法披露于Edge等人的美国专利号3843346中。这里，只是将熔融玻璃的表面部分从熔炉拉引到浮抛成形室内，由此来避免耐火材料对生产出之玻璃板带各部分的污染。然而，即令是在这样的装置中，由于玻璃液在行将接触到熔融态金属之前，是要流经存在着的一个门槛件的，就必然会触及到少量的耐火材料。尽管此种门槛件可以由较纯的不污染的耐火材料制成，但它逐渐受侵蚀的结果，是会给玻璃带来某些畸变缺陷的。为了保持所生产之玻璃的质量标准，有时就需要将其更换。因此，在玻璃液输至浮抛成形室时，便希望与耐火材料的接触减至最低限度。

Galey的美国专利号3843444中说明了一种装置，其中的门槛件是位于称之为升降炉门或“炉闸门”的上部玻璃液流控制件之上游。这样一种装置可减小此门槛件上的剪切力，从而降低了它受侵蚀的程度，但是由于这种门槛件或炉闸门的存在，仍会使玻璃液与耐火材料作某些接触。在Kunkle等人的美国专利号4395272中，也有与此类似的一种装置。

Delajarte等人的美国专利号3468649与Lecourt的美国专利号3765857均为一种将玻璃液输向浮抛成形室的圆筒形导管。这两件专利都未公开可用以制成此种导管的材料以及此种导管结构的任何细节或其作用。由于此两件专利主要涉及其它一些特征，看来这两个专利中的上述导管仅仅是将玻璃液输送至浮抛成形室之装置的一种抽象的示意性描述。

在Brichard等人的3318671号，Montgomery的3488175号与Kanai的3679389号各件美国专利中，均为使熔融态玻璃沿一基本垂直的方向通至金属熔液槽。为了使此种玻璃板带在这样的装置中成为自支承的，玻璃的粘度就必须较高，因而当其处在金属溶液槽上时，除非对之再进行加热，玻璃板带在熔融金属槽上是不能达到平滑和减薄的目的的。再加热的结果有损于玻璃板带成形工艺过程的热效率。Shay在美国专利号4203750中，是将一条看上去粘度较低的玻璃板带引到金属熔液槽上，借助辊式拉边机使之减薄。尽管如此，为了能在输送到熔融金属槽前使玻璃板带成形，玻璃的粘度会相当高，而玻璃板带的这样的预成形过程必然要与起显著影响的耐火材料接触，而从污染与光学畸变观点看来，这总是不希望有的。

在Anderson的美国专利号4162907中，是将断续的玻璃液料块挤压到一小型的熔融态锡槽上。由于此种布局的不连续性，限制了它的生产率;同时，不利之处还在于需要依靠一台具有多个活动部件的复杂结构来将玻璃液输到金属熔液上。

看来理想的是，要能提供出一种装置，它可在浮法玻璃生产工艺中将玻璃液连续地输送至金属液槽上以形成平板玻璃，但可避免了上述种种缺点。

在本发明中，玻璃液是以一种垂直下落的大致呈圆柱形的液流输入平板玻璃成形室的。这股液流由该成形室的顶部进入，在其进入该室时，成形室不需设置任何构件以引导玻璃液流或使之成形。此种玻璃液流最初承接在此成形室的一个贮存段内，此处的玻璃液较深，再由这里流出展开，在金属熔液槽上展开成为较薄的玻璃带。最好使在此贮存段中的玻璃液也被承载在一层熔融态金属之上，由此使这种玻璃液的很大一部分表面与致污染的耐火材料脱离接触。熔融态金属可以从贮存段中连续地延展至成形室的其余部分。

在成形室中最初承接玻璃液的贮存段最好要较深和较窄些。在最佳的实施方案中，是在一中间区内将玻璃铺展至成品玻璃板带所需的宽度，在此中间区，让玻璃液流入相隔较宽的两堵侧墙之间并与之接触，由此使这层熔融态玻璃显著地减薄。随后，将这层玻璃引拉至成形室下游更宽的部分，在此使玻璃液与上述侧墙分开，并用拉引设备牵引，以达到玻璃板带的最终要求厚度。

玻璃液的垂直输送与在贮存段中的汇集以及在上述中间区的展开，其温度要高于常规浮抛成形室中所采用的温度。由于在上面涉及的几个阶段中都要求玻璃液自由地流动，它的粘度必须相当低。例如，对常规工业生产组成的钠-钙-硅平板玻璃说来，此种玻璃液在上述贮存段内的温度以不低于2400°F（1150℃）为宜，而最好约在2400°F（1310℃）左右。在其流过中间展开段时可容许温度有所下降，在玻璃板带与前述侧墙分离开后，此玻璃液的温度通常约为1800°F（980℃）至2100℃（1150°F）

让玻璃液在高温下流动基本上达到玻璃板带的最终宽度比较有利，因为波纹型的表面缺陷在低粘度下消失得较快，从而使生产出的玻璃能有改进的光学质量。低粘度玻璃液的自由流动而又快速地达到预定的玻璃板带宽度，就会允许采用较短的，经济的成形室。在这样一种过程所涉及的高温下将玻璃液供给于成形室，有可能很快侵蚀常规的玻璃液输送装置。此种侵蚀不仅污染了玻璃，还势必增加更换输送区耐火材料的费用。因此，上面提及的垂直式输送系统有利于将高温玻璃液引入浮法生产工艺的成形作业中。

由于进入到成形室的此种玻璃液流不需靠导流装置成形而自由降落，所以这样的垂直输送系统无需配备管道之类的构件来将玻璃液从熔化室载运至成形室。这就不仅避免了玻璃的潜在污染源，而且还可以有较大的自由度去选择熔化室出口处的耐火材料。特别是熔化室的出料口与阀门装置是可用铂制造的，而铂通常是禁止用于成形室的入口结构中的，这是由于成形室在传统上都保持有还原气氛以保护金属溶液的。尽管铂在接触熔融态玻璃时具有优良的抗腐蚀性，但在还原条件下却并不经久耐用。在熔化室出口处可采用阀门装置来控制玻璃液流到成形室贮存段的流率。可以设置一扇升降炉门（或“炉闸门”），以可调节的方式控制玻璃液从此贮存段流至中间室的流率，但依靠上述熔化室出口处用来控制玻璃液流率之阀门，则可以免除炉闸门与耐火材料必然会接触到玻璃液。

贮存段提供了一个很有利于搅拌输入至成形室的玻璃液的位置，因而能减少因玻璃的不均匀性引起的光学畸变效应。经过充分的澄清而输送到成形室时又未受到耐火材料管道显著污染的玻璃液，是不需进行均化处理的。对于不打算用作透明玻璃窗的玻璃液，在光学均匀性方面允许有较低的标准，因而可以不需搅拌处理。尽管本发明的将玻璃液输送到成形室的系统基本上消除了耐火材料污染的可能性，但在玻璃液进入到这段输送区域之前，可能会出现不均匀性。由于本发明之输送装置并没有提供把玻璃板带污染较重的部分转移到边缘部分的手段，因而在生产供透光用的平板玻璃时，最好在应用本发明时结合采用搅拌。

本发明的其它特点可以根据附图及以下对具体的实施方案所作的描述中获得理解。

图1为本发明之成形室的示意性平面图（顶部截除）。

图2为图1中之成形室横剖面侧示意图。

图3为图1与2中成形室输送段之放大的横剖面侧视图，表示依据本发明将玻璃液垂直地输送给成形室的一种实施方案。

图4为图1与2中成形室的输送与成形段的放大横剖面侧视图，表示依据本发明将玻璃液垂直地输送给成形室的最优实施方案，同时表示出了搅拌此玻璃液的一种装置。

图5为图1与2中成形室的输送段之放大横剖面侧视图，表示本发明的另一实施方案。

现在参看图1与2，其中给出了依据本发明一实施方案中的成形室10的总平面图。此成形室连接着一玻璃液源11，后者可以是本项工艺中周知的任何类型的熔窑。更确切地说，在绝大多数情形中，输至此成形室的玻璃液继熔化之后要经过澄清过程，而在某些场合下还要经过热调节步骤。玻璃液源11应理解为可能是一沉清室或调节室，为了简单起见，它们之中的任何一个都可以看作“熔化室”。垂直降落的玻璃液流12从熔化室11出来，通过成形室10顶部的一个开口，为此成形室的第一区13所接纳。在第一区13之中，于一可垂直调节的炉闸门15之后，设有玻璃液的一个贮存段14，此炉闸门可以有调节地控制从该第一区至中间区20的玻璃液流。图2给出的是最优布置情况，其中的一层金属熔液22布满成形室（包括第一区13）。此种金属熔液最好是锡（可能含有铁与铜之类少量的其它元素）。在第一区13中配备金属熔液，是为玻璃液贮存段14的底面上提供一不污染的接触表面层。在本发明的某些情况下，第一区13中则不要求有此种金属溶液。

中间区20较第一区13为宽，提供给中间区的玻璃液21有足够低的粘度，使它能漫延开与侧墙接触。玻璃液在中间区20中所达到的宽度，最好接近拟生产的最终玻璃板带的宽度。随着有控制的玻璃液量流过炉闸门15并在中间区20内展开，此玻璃液流的厚度减小，趋近或等于在中产区末端的平衡厚度。在中间区20末端还可以设置一为图1与2中虚线所示的密封档板23，以便使此中间区中的玻璃液21上方的气体可以加压到高于大气压力，借此使这层玻璃液的厚度减薄到该平衡厚度以下。此附加技术根据的是Kunkle等人的美国专利号4395272。

继续参考图1与2，上述成形室的第三区25类似于一种传统的浮抛成形室。此第三区25的侧墙较之中间区20的侧墙分隔得更远，使玻璃板带26的边缘得以从这里分开。可用如通常的有齿的轮子27的边缘夹持装置啮合板带26在第三区中的两相对边部，以便控制此板带的宽度。在玻璃液以等于或略高于平衡厚度的状态进入第三区中的那些实施方案中，当所生产出的板带厚度低于该平衡厚度时，边缘夹持装置将板带的宽度保持住;或在产生的厚度低于平衡厚度时，在纵向拉伸时夹持装置减低板带宽度的损失。在中间区玻璃厚度已经减至低于平衡厚度时，边缘夹持装置用来维持带宽，从而保留住减低的厚度。夹持装置的数目和间距根据具体的生产要求而有显著的不同。

玻璃液流在本发明成形过程中第一区与第二区（即中间区）中的自由流动性质，与浮法成形工艺中通常所用到的情形相比，显示出有较低的粘度和较高的温度。在整个第一区13与至少是中间区20之上游部分的玻璃液温度至少为2100°F（1150℃）。当玻璃液流出中间区20时，它的温度可以下降到低达1800°F（980℃）。由于玻璃液在通过成形室时逐渐变冷，因而在成形室上游部分的温度要高得多。例如在贮存段中的玻璃液最好处在至少是2200°F。要是玻璃液拟在第一区内加以搅拌，则上述这一温度就尤为理想。进入此成形室的玻璃液流12可以处于相应的较高温度下，通常是在2300°F（1260℃）至约2400℃（1315℃）的范围。对于进入到上述第一区中的玻璃液温度并不存在确切的上限，但在事实上极其可能的是，此时的玻璃液温度将略低于其在上游熔化与澄清过程中所达到的峰值澄清温度，此温度一般不高于2800°F（1500℃）。另一个事实是，让玻璃液在进入成形室之前充分地冷却，这在某些情形下对于延长此成形室的阀门装置与耐火材料侧墙等之类部件的寿命将是可取的。在上述种种较高的温度下，于成形室之第一与第二区之下铺设一层金属熔液22，用来隔断玻璃液与陶瓷耐火材料的接触是有很大好处的，因为在这样高的温度下，此种耐火材料对该玻璃液将会产生显著的污染影响。同样值得重视的是，这时的高温玻璃液流12也不必再触及到陶瓷耐火材料的结构件。

上面给出的温度是参考通常的钠-钙-硅商品浮法玻璃组成而言。对于其它的组成，相应的温度将随具体的玻璃组成之温度-粘度关系而变化。为了将上面所披露的温度外推到其它玻璃组成，下面列出了钠-钙-硅浮法玻璃之一具体实例的温度与粘度关系。

粘度（泊）    温度

100    2630°F（1443℃）

1000    2164°F（1184℃）

10000    1876°F（1024℃）

100000    1663°F（906℃）

图3详细地说明了用来控制玻璃液从熔化室或澄清室11流入成形室的阀门装置之实例。在此实例中，用一根铂之类的耐高温的金属管30通过耐火材料构成的室11之底，限定一个可通过玻璃液流12的排料孔。再以一个可由铂之类耐高温金属制成或包铂的垂直可调柱塞31，用来控制通过管30的玻璃液流。这种柱塞和排料管的装置在制瓶业之类的某些玻璃行业中虽属常见且这类部件在市面上也可立即购到，但将此类装置用于平板玻璃成形作业中却是新颖的。图3中给出的玻璃液源11表示的是玻璃工业中所普通用的水平式池窑的端部。此类池窑的端部可以构成一个料道，在此料道中可以对玻璃液进行热调节与均化处理。

为了防止金属熔液在浮抛成形室中被过分氧化，通常在此成形室中保持一种不氧化气氛，典型的情况是由氮之类惰性气体与少量氢之类的还原气体组成。在本发明中，由于在第一区13中是由贮存段14中玻璃液整个地覆盖住了金属熔液22，同时有炉闸门15来使第一区的气氛与成形室其余各区分开，可能就不需在第一区中配备还原气氛了。在这样的情形下，图3实施例中的管30就可以通到成形室的第一区13中，因为经选用来构成此管的铂将不会受到还原气氛的侵蚀影响。为了放止随着玻璃液流12输入贮存段而裹卷进空气，最好把管30通到玻璃液14贮存段表面的上方而分开很短一段距离。要是把管30伸至贮存段14玻璃液的表面下方也是可行的。应该认识到，这里提到的铂意思是指包括铂合金在内，特别是普通用作玻璃接点的铂铑合金。

图4表示本发明的最优实施方案，其中包括一批搅拌器40，用来搅拌成形室第一区13中贮存段14的玻璃液。这些搅拌器最好排成一个阵列，而在每一行中各有一批搅拌器。所需要的确切搅拌器个数将取决于所需要的均匀化程度和所选定的搅拌器设计的搅拌作用。图4中给出的搅拌器为螺旋型，但属于本项工艺中周知的任何玻璃液搅拌器设计都是可以采用的。在进行搅拌时，可以把着色剂或其它的添加剂加到第一区13中搅拌器的玻璃液上游。为此，可以设置一螺旋加料器41，通过侧墙进入成形室内。

图4实施方案中的玻璃液源42可以是以前其它实施方案中所叙述的那种，或可以是一种不太常见的熔化装置或澄清装置。例如可以采用Matesa等人在美国专利号4610711中所公开的那种垂直取向的澄清装置将玻璃液输入到本发明的成形过程。此玻璃源42上设有一根出料管43，此种出料管最好用铂一类耐高温金属制成。在本实施方案中，于玻璃液源42的外部配备有控制玻璃液流的装置。这样一种阀门装置依据的是schwenninger的美国专利号4600426号，包括一个支承在横向延伸之臂45上的球泡状部件44，而这根臂则又以可作垂直调节的装置支承。为了防止有玻璃液卷入或裹进空气，可将一带细长尾部的部件46从此球状部44向下插入成形室至略处于第一区玻璃液14液面上方的高度，或者最好是正在此液面上或在此液面下方。上述阀门装置的这些部件最好由铂或钼之类耐高温金属制成。

现在再来参看图5，其中示明的实施方案虽然舍弃了许多上述的优越特点，但在本发明的最广方面的领域内，它却表示了一种用来将玻璃液输送给平板玻璃形成作业的新颖装置。图5所示的各种改变可与已公开的其它实施方案一起使用，或分别使用。在图5所示出的一种常规的熔化或澄清装置50中，玻璃液流51是从它的一端而不是从其底部排料孔排出。在所描述的这一例子中，玻璃液是通过一窄槽52排出的，此窄槽有一或垂直调节的闸门53，用来改变流率。槽子52的宽度最好尽可能地小，以便使与耐火材料接触的表面积减到最小限度。但是，垂直下降的玻璃液流由于表面张力与较长的自由下落距离，总取圆柱形。需要时，槽子52可以用铂或其它不污染材料衬里。槽子52可以用铂或其它不污染材料衬里。此成形室的第一区55内设有玻璃液的贮存段56，但在此玻璃液与耐火材料底部之间并未铺设上述优选出的金属熔液层。在此区域55内为玻璃液接触的表面之某些部分或全部可以用铂或其它不污染的耐火材料包覆。上述贮存段56同前述实施例中那样较深也较窄。从第一区55流到第二区57的玻璃液，在一垂直可调的炉闸门58与一门槛件59之间受到控制，此门槛件则最好采用熔融石英之类不污染的耐火材料。在中间区57中的玻璃液则与前述实施方案相同，让它以较大的宽度流过一金属熔液槽60之上。

本发明已以一些具体的实例作了描述，但应理解到，对于那些熟悉本项工艺的人来说，其它变动、改进均属本发明权利要求所规定的范围内。

Claims (21)

1、将玻璃液流输送到成形室金属熔液槽上来形成平玻璃板带的一种方法，其特征在于：此种玻璃液是作为一种未经中间容器载承的垂直下降流，经由成形室的顶部供入的。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述的下降流基本上呈圆柱形。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述的下降流是在高于2100°F（1150℃）的温度下进入此成形室的。

4、如权利要求1所述的方法，其中所述的下降流是在高于2200°F（1200℃）的温度下进入此成形室的。

5、如权利要求1所述的方法，其中从下降流进入此成形室的玻璃液进入与成形室的玻璃液贮存段中，与侧墙接触。

6、如权利要求5所述的方法，其中所述的玻璃液贮存段是载承在金属熔液层上的。

7、如权利要求1所述的方法，其中所述的下降流是接纳在此成形室中金属熔液槽上。

8、如权利要求1所述的方法，其中说及的下降流不与陶瓷耐火材料接触。

9、如权利要求5所述的方法，其中的玻璃液在其从贮存段引出开始形成平玻璃板带时展布开来。

10、将玻璃液流从一玻璃液源引出并输送到成形室的金属熔液槽上使之形成平玻璃板带的方法，其特征在于：在此玻璃液源的出料口限定了玻璃液流的形状，并使此玻璃液流在不改变形状的条件下下降入成形室。

11、如权利要求10所述的方法，其中所说的下降玻璃液流基本上呈圆柱形。

12、如权利要求10所述的方法，其中所说的玻璃液流被接纳在熔融金属液槽上，在此区域中玻璃与成形室侧墙相接触。

13、如权利要求10所述的方法，其中所说的玻璃液流具有最低为2100°F（1150℃）的温度。

14、将玻璃液流输送到一成形室的金属熔液槽上使此玻璃液形成一平玻璃板带的方法，其特征在于：此玻璃液是在最低为2100°F（1150℃）的温度下，基本上是垂直地送入上述成形室中。

15、将玻璃液流输送至一成形室中的金属熔液槽上使此玻璃液形成一平玻璃板带的方法，其特征在于：将输入的玻璃液流汇集到此成形室中一较窄而又较深的第一区中，而让玻璃液与此室的侧墙相接触，并对由此第一区流至此成形室第二区中的玻璃液进行定量控制，在此第二区内允许此玻璃液铺展开与该侧墙接触且使玻璃减薄，然后使此玻璃液流到此成形室的第三区中，在这里，此玻璃液与该侧墙相分开，并减薄而形成具有所需厚度的玻璃板带。

16、如权利要求15所述的方法，其中所说的玻璃液是载承在上述第三区中的金属熔液之上的。

17、如权利要求16所述的方法，其中所说玻璃液是载承在上述第二区中的金属熔液之上的。

18、如权利要求17所述的方法，其中所说的玻璃液是承载在上述第一区中的金属熔液之上的。

19、如权利要求15所述的方法，其中所说的玻璃液是在最低为2100°F（1150℃）的温度下载承在上述的第一区上。

20、如权利要求15所述的方法，其中在前述第二区中保持有大于大气压力的压力，以便减薄熔融态玻璃的厚度。

21、形成平板玻璃的一种方法，包括：

在成形室的上方建立一垂直下降的玻璃液流;

让此玻璃液流垂直降落到低于此成形室顶部的一个高度;

将熔融玻璃通到成形室的金属熔液槽上;

将此玻璃液流形成平玻璃板带，同时载承在此成形室的金属熔液上。

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