TW201623159A - 用於熔融拉製機器的揮發過濾系統 - Google Patents

用於熔融拉製機器的揮發過濾系統 Download PDF

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Abstract

本揭示案係關於用於產生玻璃帶的設備，該設備包括熔化容器、形成容器、與揮發過濾系統，揮發過濾系統係配置來從形成容器接收一蒸汽的至少一部分，蒸汽包括至少一揮發成分，揮發過濾系統包括轉移容器與急冷腔室，轉移容器操作在第一溫度，第一溫度高於揮發蒸汽的冷凝溫度，且急冷腔室操作在第二溫度，第二溫度低於揮發成分的凝固溫度。本文也揭示使用此種設備與揮發過濾系統來產生玻璃帶的方法。

Description

用於熔融拉製機器的揮發過濾系統
本申請案主張美國申請案序號第62/054531的優先權利益，其申請於2014年9月24日，其內容在本文以引用之方式將其全部併入。
本揭示案一般係關於用於玻璃製造系統的過濾系統，且更具體地，係關於用於熔融拉製機器的揮發過濾系統。
高性能的顯示裝置(例如液晶顯示器(LCD)與電漿顯示器)通常用於各種電子裝置中，例如手機、膝上型電腦、電子平板、電視、與電腦螢幕。目前市售的顯示裝置可使用一或更多個高精度的玻璃板，例如，作為電子電路元件的基板，或作為濾光器，僅舉出幾個應用。製造此種高品質玻璃基板的領先技術為熔融拉製處理，由康寧(Corning)公司所開發並且敘述於例如美國專利第3,338,696號與第3,682,609號中，在本文以引用之方式將其全部併入。
熔融拉製處理通常利用熔融拉製機器(FDM,fusion draw machine)，熔融拉製機器可包括形成主體(例如，隔熱管)。形成主體可包括槽與下部，下部 具有楔形橫剖面並且具有兩個主要側表面(或形成表面)傾斜向下而接合於根部處。在操作期間，槽填充有熔融玻璃，熔融玻璃允許流過槽的側部(或堰)之上並且沿著兩個形成表面向下，作為兩個玻璃帶，兩個玻璃帶最終在根部處會合，在根部處兩個玻璃帶熔合在一起，形成單一玻璃帶。玻璃帶因此可具有兩個原始的外部表面並未曝露於形成主體的表面。玻璃帶然後可下拉並且冷卻，以形成具有所欲厚度與原始表面品質的玻璃板。
在玻璃形成處理期間，從熔融玻璃的表面揮發的蒸汽會留佇在FDM中。留佇的蒸汽最終會形成黏性液體，黏性液體會塗覆FDM的內壁，且在許多情況下，會在系統內滲出或滴下。冷凝的蒸汽小滴會黏附至玻璃板，這會成為玻璃缺陷。此外，若小滴落在卷表面，小滴會導致裂開及/或大裂縫(rubicon)形成而擾亂玻璃帶。留佇在FDM內的揮發蒸汽也可能損壞設備，導致顯著的生產損失。蒸汽可包括各種揮發化合物，例如，B2O3、SiO2、Al2O3、與CaO，僅舉出幾個例子。
FDM可使用蒸汽過濾系統(VFS,vapor filtration system)從FDM析取留佇的蒸汽。已經嘗試從FDM排出蒸汽(例如，從FDM的隔焰槽區域的頂部)，但是此方法有多種缺點。例如，僅將蒸汽排出FDM並未考慮到需要平衡FDM的內部壓力並且補償排出的空氣。氣流及/或壓力的改變會導致玻璃中的缺陷，例如，內含物缺陷。這些先前方法也會由於蒸汽冷凝而遭受到設 備堵塞，這會導致差的可靠度以及對處理性能的負面影響。
消費者對於高性能顯示器所需要之不斷增加的尺寸與影像品質要求則推動了對於生產高品質、高精度的玻璃板之改良的製造處理的需要。因此，有利的是，提供可以最少化玻璃缺陷以及減少設備損壞與處理的不穩定性(例如，由於留佇在FDM中的揮發蒸汽所導致的)之用於形成玻璃帶與玻璃板的方法與設備。在各種實施例中，本文所揭示的方法與設備可最少化設備的堵塞，以及減少FDM內部的氣流擾動，如此可防止玻璃板中的內含物缺陷。
本揭示案係關於用於製造玻璃帶的方法，該方法包括下述步驟：熔化批次材料，以形成熔融玻璃；處理熔融玻璃，以形成玻璃帶，其中該處理步驟產生包括至少一揮發成分的蒸汽；排出該蒸汽的至少一部分，其中該蒸汽在排出期間維持在第一溫度，第一溫度高於該蒸汽的冷凝溫度；以及快速冷卻該蒸汽至第二溫度，第二溫度低於該揮發成分的凝固溫度。
本文也揭示用於製造玻璃帶的設備，該設備包括：熔化容器；形成容器；以及揮發過濾系統，揮發過濾系統係配置來從形成容器接收一蒸汽的至少一部分，該蒸汽包括至少一揮發成分，揮發過濾系統包括：轉移容器與急冷腔室，其中轉移容器操作在第一溫度，第一溫度高於 該蒸汽的冷凝溫度，且其中急冷腔室操作在第二溫度，第二溫度低於該揮發成分的凝固溫度。
在各種實施例中，從形成容器排出的蒸汽可快速急冷，例如，使用壓縮流體流，像是壓縮乾空氣。根據各種態樣，將蒸汽快速急冷包括下述步驟：在足以將揮發成分的至少一部分轉換成實質上固體形式(本質上跳過或實質上跳過液相)的時間期間內冷卻該蒸汽。在某些實施例中，回收迴路可用於重新注入加熱的空氣至形成容器中，如此可最少化形成容器內的氣流的擾動。根據進一步的實施例，蒸汽可包括選自B2O3、SiO2、Al2O3、CaO與類似者的至少一揮發成分。
本揭示案的額外特徵與優點將提出於以下的詳細說明中，且本領域中熟習技藝者從該敘述將可輕易得知部分，或者藉由實施如同本文所述的實施例(包括下面的詳細說明、申請專利範圍、以及所附圖式)而認定。
將瞭解到，前述的一般說明與下面的詳細說明兩者呈現本揭示案的各種實施例，且打算提供概觀或架構來瞭解申請專利範圍的本質與特徵。所附圖式係包括來提供本揭示案的進一步瞭解，並且併入至本說明書中且構成本說明書的一部分。圖式例示本揭示案的各種實施例，並且與說明書一起用來解釋本揭示案的原理與操作。
100‧‧‧玻璃製造系統
102‧‧‧蒸汽流
104‧‧‧玻璃帶
110‧‧‧熔化容器
112‧‧‧箭頭
114‧‧‧熔融玻璃
115‧‧‧熔化至澄清管
120‧‧‧澄清容器
125‧‧‧澄清至攪拌腔室的連接管
127‧‧‧位準探針立管
130‧‧‧攪拌腔室
135‧‧‧攪拌腔室至碗件的連接管
140‧‧‧碗件
145‧‧‧降液管
150‧‧‧FDM
152‧‧‧形成容器
154a‧‧‧上部
154b‧‧‧下部
155‧‧‧入口
160‧‧‧形成主體
162‧‧‧開孔
164‧‧‧槽
165‧‧‧拉卷組件
166a、166b‧‧‧形成表面
168‧‧‧根部
170‧‧‧VFS
172‧‧‧轉移容器
174‧‧‧加熱元件
176‧‧‧急冷腔室
177‧‧‧入口
178‧‧‧壓縮流體流
180‧‧‧冷凝器
182‧‧‧冷卻元件
184‧‧‧收集隔室
186‧‧‧固體成分
188‧‧‧氣體成分(氣體流)
190‧‧‧空氣過濾器
192‧‧‧過濾的空氣
194‧‧‧回收迴路
196‧‧‧空氣流
198‧‧‧加熱單元
當聯合以下的圖式來閱讀時，可最佳地瞭解以下的詳細說明，其中相似的結構係盡可能地以相似的元件符號來表示，且其中：第1圖為範例性玻璃製造系統的示意圖；第2圖根據本揭示案的態樣，為配備有蒸汽過濾系統的形成容器的示意圖；第3圖根據本揭示案的態樣，為用於蒸汽過濾系統的處理流程圖；第4圖根據本揭示案的態樣，為蒸汽過濾系統的示意圖；第5圖根據本揭示案的態樣，為急冷腔室的示意圖；及第6圖為圖表，例示使用根據本揭示案的蒸汽過濾方法所達成的蒸汽冷卻曲線，相較於使用先前技術方法所達成的蒸汽冷卻曲線。
設備
本文揭示的是用於製造玻璃帶的設備，該設備包括：熔化容器；形成容器；以及揮發過濾系統，揮發過濾系統係配置來從形成容器接收一蒸汽的至少一部分，該蒸汽包括至少一揮發成分，揮發過濾系統包括轉移容器與急冷腔室，轉移容器操作在第一溫度，第一溫度高於該蒸汽的冷凝溫度，且急冷腔室操作在第二溫度，第二溫度低於該揮發成分的凝固溫度。
本揭示案的實施例將參考第1圖來討論，第1圖繪示用於製造玻璃帶104的範例性玻璃製造系統100。玻璃製造系統100可包括熔化容器110、熔化至澄清管115、澄清容器(例如，澄清管)120、澄清至攪拌腔室的連接管125(具有從其延伸的位準探針立管127)、攪拌腔室(例如，混合容器)130、攪拌腔室至碗件的連接管135、碗件(例如，傳送容器)140、降液管145、與FDM 150，FDM 150可包括入口155、形成主體(例如，隔熱管)160、與拉卷組件165。
玻璃批次材料可引入熔化容器110中，如同箭頭112所示，以形成熔融玻璃114。澄清容器120藉由熔化至澄清管115而連接至熔化容器110。澄清容器120可具有高溫處理區域，高溫處理區域從熔化容器110接收熔融玻璃並且可從熔融玻璃移除氣泡。澄清容器120藉由澄清至攪拌腔室的連接管125而連接至攪拌腔室130。攪拌腔室130藉由攪拌腔室至碗件的連接管135而連接至碗件140。碗件140可傳送熔融玻璃通過降液管145進入FDM 150中。
FDM 150可包括入口155、形成主體160、與拉卷組件165。入口155可從降液管145接收熔融玻璃，熔融玻璃可從降液管145流至形成主體160。形成主體160可包括開孔162，開孔162接收熔融玻璃，熔融玻璃可流入槽164中、溢流於槽164的側部之上、且沿著兩相對的形成表面166a與166b運行向下、之後在根部168 處熔合在一起而形成玻璃帶104。拉卷組件165可傳送拉製的玻璃帶104，以用於由額外的選擇性的設備之進一步處理。
例如，玻璃帶可由行進砧機(TAM,traveling anvil machine)進一步處理，行進砧機可包括機械刻劃裝置，用於刻劃玻璃帶。已刻劃的玻璃然後可分離成多片玻璃板，使用本領域已知的的各種方法與裝置來加工、拋光、化學強化、及/或其他的表面處理，例如蝕刻。當然，雖然本文揭示的設備與方法係參考熔融拉製處理與系統來討論，將理解到，此種設備與方法也可聯合其他的玻璃形成處理來使用，例如槽拉與漂浮處理，僅舉出幾個例子。
例如，在玻璃帶形成處理期間，例如在FDM 150中，揮發化合物會形成蒸汽102，蒸汽102會留佇在系統內，可能導致對於玻璃帶及/或處理設備的損傷。因此，在本揭示案的某些態樣中，蒸汽過濾系統(VFS,vapor filtration system)可提供來用於從FDM或形成容器排出蒸汽。第2圖根據本揭示案的非限制性實施例，例示包括形成容器152之FDM的一部分，FDM包括形成主體160，形成主體160配備有VFS 170。蒸汽流102(例示為箭頭)可藉由轉移容器(或輸送管)172從形成容器152排出。轉移容器可配備有加熱元件174，加熱元件174可維持轉移容器172的溫度(以及因此維持行進於其中的蒸汽流的溫度)於高於蒸汽的冷凝點之溫度。 在某些實施例中，轉移容器172可操作在相似或相同於形成容器內的溫度(例如，形成溫度)之溫度。
藉由非限制性範例的方式，形成容器在它的最熱點(例如，形成主體160的槽164附近的上部154a處)可操作在範圍從大約1100℃至大約1300℃的溫度，例如從大約1150℃至大約1250℃、從大約1150℃至大約1225℃、或從大約1175℃至大約1200℃，包括其間的所有範圍與子範圍。形成容器在它的最冷點(例如，形成主體160的根部168附近的下部154b處)可操作在範圍從大約800℃至大約1150℃的溫度，例如從大約850℃至大約1100℃、從大約900℃至大約1050℃、或從大約950℃至大約1000℃，包括其間的所有範圍與子範圍。轉移容器172可因此操作在高於蒸汽的冷凝溫度之溫度，例如形成溫度處或附近的溫度(例如，形成容器中的最熱點處的溫度)，此溫度範圍例如為從大約1000℃至大約1300℃、例如從大約1050℃至大約1250℃、從大約1100℃至大約1225℃、或從大約1150℃至大約1200℃，包括其間的所有範圍與子範圍。
行進通過轉移容器172的蒸汽102可進入急冷腔室176，其中蒸汽102可快速冷卻至低於蒸汽中的揮發成分的凝固點之溫度。例如，蒸汽可接觸於壓縮流體流178，例如壓縮乾空氣(CDA,compressed dry air)、去濕的空氣、或任何合適的冷卻氣體流，例如氮氣等。接觸於壓縮流體流可用來稀釋蒸汽流及/或降低水分含量， 以及快速冷卻蒸汽，使得蒸汽可跳過或實質上跳過液體形成階段。壓縮流體流178進入急冷腔室176時的溫度及/或速度可改變，並且受控制為例如蒸汽流的溫度、成分及/或速度以及急冷腔室176的尺寸之函數。
根據各種實施例，壓縮流體流178可具有範圍從大約0℃至大約-150℃、從大約-20℃至大約-100℃、從大約-30℃至大約-60℃、或從大約-40℃至大約-50℃的溫度，包括其間的所有範圍與子範圍。在一範例性的非限制性實施例中，壓縮流體流可具有範圍從大約-35℃至大約-40℃的溫度。壓縮流體流的速度的範圍可為例如從大約0.5m/sec至大約2000m/sec，例如從大約1m/sec至大約1000m/sec、從大約2m/sec至大約100m/sec、從大約5m/sec至大約20m/sec、或從大約5m/sec至大約15m/sec，包括其間的所有範圍與子範圍。在本領域中熟習技藝者的能力內，可選擇適於所欲的操作與結果之流速度。
蒸汽102可因此快速冷卻至低於蒸汽中的揮發成分的凝固點之溫度，例如，低於大約600℃的溫度，例如低於大約575℃、低於大約550℃、低於大約525℃、或低於大約500℃。在某些實施例中，蒸汽流可快速冷卻至範圍從大約200℃至大約600℃、從大約250℃至大約500℃、或從大約300℃至大約400℃的溫度，包括其間的所有範圍與子範圍。
根據各種實施例，用語「快速冷卻」及其變化型係用來表示：蒸汽在足以跳過或實質上跳過液相的時間期間內冷卻至至少蒸汽中存在的揮發成分的凝固溫度。根據各種實施例，該時間期間可小於大約10秒，舉例來說，小於大約5秒、小於大約1秒、小於大約0.5秒、或小於大約0.1秒，但是較長或較短的時間期間也可能並且係打算落在本揭示案的範圍內。在其他實施例中，快速冷卻可發生在數毫秒內，例如，該時間期間的範圍可從大約0.01秒至大約0.09秒。不希望受理論的限制，相信，本文所揭示之蒸汽的快速冷卻可最少化或消除處理設備中液體成分的存在，藉此減少相關的危險，例如腐蝕及/或堵塞。
冷卻的蒸汽流102(包括任何固體微粒)然後可行進至一或更多個冷凝器180，冷凝器180可配備有一或更多個冷卻元件182，例如，配備有冷卻線圈的水冷式冷凝器。蒸汽流102可在冷凝器180中進一步冷卻，如此可沉澱蒸汽流102的額外成分，例如，可冷凝蒸汽流中的水分以及具有較低凝固點或冷凝點的其他成分。至少一冷凝器180可例如冷卻蒸汽流至範圍從大約100℃至大約500℃的溫度，例如從大約150℃至大約400℃、從大約200℃至大約350℃、或從大約250℃至大約300℃，包括其間的所有範圍與子範圍。在一非限制性的實施例中，VFS可包括第一冷凝器，第一冷凝器可將蒸汽流從範圍從大約500℃至大約600℃的第一溫度冷卻至範圍從大約250℃至大約450℃的第二溫度，例如從大約300℃至 大約400℃，包括其間的所有範圍與子範圍。VFS可進一步包括第二冷凝器，第二冷凝器將蒸汽流向下冷卻至第三溫度，第三溫度的範圍從大約100℃至大約200℃，例如從大約110℃至180℃、從大約120℃至170℃、從大約130℃至大約160℃、或從大約140℃至大約150℃，包括其間的所有範圍與子範圍。
冷凝器180可配備有收集隔室184，或者收集隔室可提供作為VFS的分開的組件。來自冷凝器180的固體粒子及/或液體可在收集隔室184中積聚，作為分離的固體成分186。在一些實施例中，分離的氣體成分(例如，氣體流)188然後可通過空氣過濾器190，且所產生之過濾的空氣192然後可加熱並且經由回收迴路194而回收回到形成容器152。在某些實施例中，過濾的空氣192可用於補充形成容器內耗盡的空氣流196，作為「補償」流。
第3圖根據本揭示案的各種實施例，例示VFS的範例性流程圖。雖然第1圖與第2圖例示蒸汽流為從形成容器的頂部(例如，隔焰槽區域)離開，將理解到，在容器或FDM中的任何點處排出都可能。例如，如同第3圖所示，形成容器可包括數個排出點，例如，從頂部及/或側部或者任何其他合適的位置，例如隔焰槽或轉變區域(分別參見，例如第2圖的154a與154b)，其中蒸汽可從容器排出。在步驟A中，蒸汽可從形成容器排出，並且在步驟B中加熱，以維持蒸汽在高於其冷凝溫度之溫度。蒸汽然後可在步驟C中急冷與冷卻，以凝固至少一揮發成 分及/或冷凝存在於蒸汽流中的各種成分。微粒過濾器可使用在步驟D中，以從氣體流分離任何固體粒子。過濾的流然後可在步驟E中輸送(例如，藉由鼓風機的方式)至選擇性的加熱單元。過濾的流然後可在步驟F中加熱，並且在一些實施例中，在步驟G中回收回到形成容器。
第4圖為示意圖，繪示可用於施行本文所揭示的方法之VFS設備的非限制性實施例，例如第3圖的流程圖中所述的方法。在例示的實施例中，來自形成容器的蒸汽流102可加熱並且輸送至急冷腔室176，其中蒸汽流102可快速冷卻，例如，藉由接觸於一或更多種壓縮流(未圖示)。蒸汽流然後可流經至少一冷凝器180(圖示出兩個)，以進行進一步的冷卻。任何固體粒子及/或冷凝的液體可收集在收集隔室184中，例如粉末收集器。剩餘的分離的氣體流然後可在加熱單元198中過濾(未圖示)且加熱。根據一些實施例，加熱的氣體流然後可回收回到形成容器，作為補償流(未圖示)。
第5圖根據本揭示案的各種態樣，提供急冷腔室的更詳細透視圖。如同圖式中可見的，在一些實施例中，急冷腔室176可為耦接至至少一冷凝器180的閥。加熱的蒸汽流102可流過急冷腔室，急冷腔室可包括一或更多個入口177，壓縮流體流可通過一或更多個入口177而流入腔室中，以接觸於蒸汽流102。結合的流然後可流入冷凝器180中，以進一步冷卻。當蒸汽流進入冷凝器時， 分離的固體成分186(例如，凝固的微粒)會開始掉落出氣體蒸汽(例如，因為重力)，並且可收集在收集容器中。
用語「蒸汽流」與「蒸汽」在本文中可互換使用，表示從形成容器排出並且隨後受到加熱、急冷、與冷卻的流。蒸汽流包括至少一揮發成分，該揮發成分在形成容器與轉移容器中可為氣體形式，且在離開急冷腔室時實質上為固體或微粒形式。本文所述的蒸汽流可理解為包括氣體蒸汽與夾帶於其中的任何微粒物質兩者。
當在此使用時，用語「凝固溫度」與其變化型係打算表示一種溫度，在該溫度時，至少一氣體至固體的轉換產生實質上無液體的大團蒸汽係包括至少一固體微粒，例如，夾帶在大團蒸汽中的實質上固體微粒，其中氣體至固體的轉換係相關於溫度的降低。凝固溫度也可稱為沉積溫度，或是蒸汽的至少一部分轉換成固體時的溫度，例如，昇華的相反。類似地，用語「冷凝溫度」與其變化型係打算表示一種溫度，在該溫度時，至少一氣體至液體的轉換產生在大團蒸汽中引入至少一液相，其中氣體至液體的轉換係相關於溫度的降低。
當在此使用時，用語「實質上固體」與其變化型係打算表示：本質上或全部轉換成固體粒子之先前的揮發成分。例如，固體粒子可包括100%重量百分比的固體，或者在其他實施例中，固體粒子可包括大於大約99.9%重量百分比的固體，例如大於大約99.5%、大於大約 99%、大於大約98%、大於大約97%、大於大約96%、或大於大約95%重量百分比的固體。
藉由非限制性範例的方式，蒸汽流可包括至少一揮發成分，例如B2O3、SiO2、Al2O3、與CaO，僅舉出幾個例子。硼(例如，B2O3的形式)可在形成處理期間揮發，以形成氣態的B2O3。使用硼作為非限制性範例，蒸汽流可從形成容器排出，並且維持在高於蒸汽的冷凝溫度之溫度。例如，蒸汽流可加熱並且維持在高於大約1000℃的溫度，例如高於大約1100℃，或高於大約1200℃，例如，範圍從大約1000℃至大約1300℃，例如從大約1050℃至大約1250℃、從大約1100℃至大約1225℃、或從大約1150℃至1200℃，包括其間的所有範圍與子範圍。在各種實施例中，將蒸汽維持在高於冷凝溫度可以防止在處理設備中液體的形成，處理設備中液體的形成可能以其他方式損壞各種設備部件及/或可能堵塞設備。
在急冷腔室中，蒸汽流可接觸於壓縮流體流，例如乾壓縮流，例如CDA。乾的冷空氣可降低蒸汽流的水分含量及/或稀釋蒸汽流，藉此快速冷卻蒸汽流至低於揮發成分(例如，B2O3)的凝固溫度之溫度，以跳過或實質上跳過液相的形成。在硼蒸發為B2O3的情況中，凝固點估計大約在557℃。因此，在各種實施例中，快速冷卻蒸汽至低於大約550℃的溫度應該會產生包括硼的固體微粒，而不會形成或實質上不會形成液相。相對於會堵 塞設備的液體冷凝物，實質上乾的固體微粒可較容易濾出系統，例如，藉由空氣過濾器及/或粉末收集器的方式。當然，B2O3作為揮發成分的範例不應限制本文所附的申請專利範圍的範圍，因為範例性實施例可用來移除任何數量的揮發成分。
針對範例性的揮發硼蒸汽，第6圖根據本揭示案的各種態樣，例示可達成的範例性冷卻曲線Y。為了比較的目的，也包括先前技術的冷卻曲線X。使用本文所揭示的方法與設備，在階段A時(大約1225℃)離開隔焰槽之包括揮發硼的蒸汽可在階段B時在急冷腔室中快速冷卻(至大約500-600℃)，在階段C時在第一冷凝器中冷卻(至大約275-325℃)，在階段D時在第二冷凝器中進一步冷卻(至大約100-140℃)，且當在階段E時從VFS離開時(例如，過濾之後)，可具有大約25-40℃的最終溫度。當然，如同上面所討論的，在某些實施例中，VFS也可包括加熱單元，用於再加熱蒸汽至適於回收回到形成容器中的溫度。
相反地，使用先前技術的方法，揮發硼蒸汽在數個步驟中逐漸冷卻，在這期間可能有液體的形成，因此導致堵塞設備的風險。例如，冷卻曲線X繪示：針對沒有VFS的79”EXG系統，使用熱電偶或熱溫感測器來量測玻璃帶溫度，沿著圖式中各個點所作的溫度量測。如同曲線X所示，在沒有排出的情況下，任何揮發硼蒸汽都無法達到低於揮發硼的凝固點之溫度，因此維持在液體-氣體 狀態，這會使處理流較難以輸送及/或設備較難以清洗。因此，第6圖證實，使用本文揭示的方法與設備，可以快速冷卻包括至少一揮發成分的蒸汽，使得液相實質上可以避免掉，同時也產生較容易從系統輸送與清洗的固體微粒相。
方法
本文揭示的方法係用於製造玻璃帶，該方法包括下述步驟：熔化批次材料，以形成熔融玻璃；處理熔融玻璃，以形成玻璃帶，其中該處理步驟產生包括至少一揮發成分的蒸汽；排出該蒸汽的至少一部分，其中該蒸汽在排出期間維持在第一溫度，第一溫度高於該蒸汽的冷凝溫度；以及快速冷卻該蒸汽至第二溫度，第二溫度低於該揮發成分的凝固溫度。
用語「批次材料」與其變化型在本文係用來表示玻璃先驅物成分的混合物，該混合物在熔化時反應及/或結合，以形成玻璃。藉由用於結合玻璃先驅物材料的任何已知方法，可製備及/或混合玻璃批次材料。例如，在某些非限制性實施例中，玻璃批次材料可包括玻璃先驅物粒子的乾的或實質上乾的混合物，例如，沒有任何溶劑或液體。在其他實施例中，玻璃批次材料可為漿的形式，例如，存在於液體或溶劑中的玻璃先驅物粒子的混合物。
根據各種實施例，批次材料可包括玻璃先驅物材料，例如矽石、氧化鋁、與各種添加的氧化物，例如硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫、或鈦氧化物。例如，玻璃批次材料 可包括矽石及/或氧化鋁的混合物，以及一或更多種添加的氧化物。在各種實施例中，玻璃批次材料可包括整體大約45%至大約95%重量百分比的氧化鋁及/或矽石，以及整體大約5%至大約55%重量百分比之硼、鎂、鈣、鈉、鍶、錫、或鈦的至少一者的氧化物。
批次材料可根據本領域中已知的任何方法來熔化，包括參考第1圖之本文所討論的方法。例如，批次材料可加入至熔化容器，並且加熱至範圍從大約1100℃至大約1700℃的溫度，例如從大約1200℃至大約1650℃、從大約1250℃至大約1600℃、從大約1300℃至大約1550℃、從大約1350℃至大約1500℃、或從大約1400℃至大約1450℃，包括其間的所有範圍與子範圍。在某些實施例中，批次材料可在熔化容器中具有停留時間，停留時間為數分鐘至數小時的範圍，取決於各種變數，例如操作溫度與批次的尺寸。例如，停留時間的範圍可從大約30分鐘至大約8小時、從大約1小時至大約6小時、從大約2小時至大約5小時、或從大約3小時至大約4小時，包括其間的所有範圍與子範圍。
熔融玻璃可隨後進行各種額外的處理步驟，包括澄清以移除氣泡，以及攪拌使熔融玻璃均勻，僅舉出幾個例子。熔融玻璃然後可根據本領域中已知的任何方法來處理，以產生玻璃帶，包括參考第1圖至第2圖之本文所討論的熔融拉製方法，以及槽拉與漂浮方法。在處理步驟期間產生的蒸汽可使用本文所述的VFS來排出與冷卻。
在某些實施例中，一或更多個蒸汽流可從形成容器排出，例如，藉由自然的對流及/或風扇所引致的空氣拉力。本文所提及的排出步驟係打算例如指：從形成容器析取蒸汽並且從形成容器輸送離開至冷卻單元，例如急冷腔室及/或冷凝器。根據本揭示案的各種態樣，在排出步驟期間，蒸汽流維持在高於蒸汽的冷凝點之第一溫度。第一溫度可例如藉由加熱轉移容器來維持，蒸汽流透過轉移容器而從形成容器行進至急冷腔室。藉由非限制性範例的方式，轉移容器可操作在範圍從大約1000℃至大約1200℃的溫度，例如從大約1050℃至大約1175℃、或從大約1100℃至大約1150℃，包括其間的所有範圍與子範圍。
蒸汽流然後可進入急冷腔室，其中蒸汽流可快速冷卻至第二溫度，第二溫度低於蒸汽流中的至少一揮發成分的凝固點。蒸汽流的速度及/或體積流率可根據各種處理參數而改變，例如作為快速冷卻蒸汽流所需的熱轉移的函數，例如，以凝固所欲的揮發成分。根據所欲的應用，本領域中熟習技藝者有能力來選擇適當的蒸汽流率及/或速度。
如同本文相關於設備所討論的，蒸汽流可急冷至第一溫度，並且隨後藉由一或更多個冷凝器來冷卻至第二溫度，或甚至第三溫度。在急冷與冷卻之後，蒸汽流可進行各種分離處理，以從氣體流分離任何的固體微粒或液體冷凝物。分離的固體成分可丟棄、分析、或以其他方式 回收來用於另一目的。分離的氣體成分可過濾(例如，使用空氣過濾器)，並且加熱至適於選擇性地回收回到形成容器中的溫度。例如，過濾的空氣可加熱至範圍從大約1000℃至大約1250℃的溫度，例如從大約1050℃至大約1200℃、或從大約1100℃至大約1150℃，包括其間的所有範圍與子範圍。
本文揭示的方法與設備可提供一或更多個優點，優於沒有過濾系統的先前技術過濾系統及/或FDM。在某些實施例中，蒸汽流的快速冷卻允許跳過或實質上跳過在FDM內可能會有問題的液體冷凝相。此外，本文揭示的VFS可藉由移除冷凝源(例如，揮發蒸汽)而減少FDM內建立的冷凝。FDM內冷凝的減少可導致減少：玻璃中的裂縫、大裂縫(rubicon)的形成、處理的不穩定性、及/或相關於冷凝的生產損失。例如，藉由減少冷凝，可減少或甚至消除在隔焰槽區域中由於蒸汽攻擊所導致的耐火材料劣化或「分解」。也可降低由於冷凝物的存在所導致的設備故障的風險，使得設備的壽命與性能隨時間而提高。此外，由於減少或不存在冷凝的缺點，玻璃板的品質也可改良。使用本文所揭示的VFS之玻璃製造處理所反應出的成本節省可高達1億美元。
此外，因為VFS系統在FDM的外部，VFS系統可容易地改型、打開與關閉、清洗、及/或微調，而不用太大地擾亂到FDM。此外，可利用基本的工業計量與控制系統來調整、監視、與控制VFS。相較於其他過濾 系統，VFS中沒有專用的材料及/或部件則可提供顯著的成本節省。最後，本文揭示的VFS可允許收集微粒樣本進行分析，以及改良清洗與維修的簡易性。VFS的定期清洗可使用玻璃工業中常見的標準工具與技術來施行，因此最小化複雜性、停機時間、及/或成本。當然，將理解到，本文揭示的方法與設備可能不具有上述一或更多個優點，但是此種方法與設備係打算落入所附申請專利範圍的範圍內。
將理解到，各種揭示的實施例可包括相關於特定實施例所述的特定特徵、元件或步驟。也將理解到，特定的特徵、元件或步驟雖然相關於一個特定實施例來敘述，特定的特徵、元件或步驟可用各種未例示的組合或排列來互換或結合於替代實施例。
也將理解到，本文所使用的用語「該」或「一」指的是「至少一」，且不應限制於「僅一個」，除非明確指明為相反的意義。因此，例如，提及「一冷凝器」係包括具有兩個或更多個此種冷凝器的範例，除非上下文清楚指明其他。
範圍在本文可表示為從「大約」一個特定值，及/或至「大約」另一個特定值。當表示出此種範圍時，範例包括從該一個特定值及/或至該另一個特定值。類似地，當藉由使用先行詞「大約」而將值表示為近似值時，將理解到，特定值形成另一態樣。將進一步理解到，每一範圍的端點明顯相關於另一端點，並且獨立於另一端點。
本文所用的用語「實質的」、「實質上」與其變化型係打算表示所述的特徵等於或大約等於一個值或敘述。此外，用語「實質上相似的」係打算表示兩個值為相等或近似相等。在一些實施例中，「實質上相似的」可表示彼此大約10%內的值，例如彼此大約5%內、或彼此大約2%內。
除非另外明確指出，並不打算以任何方式將本文所提出的任何方法解釋為需要以特定的順序來執行其步驟。因此，當方法的申請專利範圍並未實際詳述其步驟所要遵循的順序，或者並未在申請專利範圍或說明書中另外具體陳述步驟將限於特定的順序時，並不打算以任何方式推斷任何特定的順序。
雖然特定實施例的各種特徵、元件或步驟可能使用轉折語「包括」來揭示，將理解到，這暗示了替代的實施例，包括可能使用轉折語「由...組成」或「本質上由...組成」所敘述的那些。因此，例如，針於包括A+B+C的系統之暗示的替代實施例包括了由A+B+C組成的系統之實施例，以及本質上由A+B+C組成的系統之實施例。
對於本領域中熟習技藝者將是顯而易見的：可對本揭示案進行各種修改與變化，而不偏離本揭示案的精神與範圍。因為併入本揭示案的精神與實質之所揭示實施例的修改組合、子組合與變化可由本領域中熟習技藝者做出，本揭示案應解釋為包括所附申請專利範圍與其均等物的範圍內的一切。
102‧‧‧蒸汽流
152‧‧‧形成容器
154a‧‧‧上部
154b‧‧‧下部
160‧‧‧形成主體
164‧‧‧槽
170‧‧‧VFS
174‧‧‧加熱元件
176‧‧‧急冷腔室
178‧‧‧壓縮流體流
180‧‧‧冷凝器
182‧‧‧冷卻元件
184‧‧‧收集隔室
186‧‧‧固體成分
188‧‧‧氣體成分(氣體流)
190‧‧‧空氣過濾器
192‧‧‧過濾的空氣
194‧‧‧回收迴路
196‧‧‧空氣流

Claims (20)

  1. 一種用於產生一玻璃帶的方法，包括下述步驟：熔化批次材料，以形成熔融玻璃；處理該熔融玻璃，以形成一玻璃帶，其中該處理步驟產生包括至少一揮發成分的一蒸汽；排出該蒸汽的至少一部分，其中該蒸汽在該排出期間維持在一第一溫度，該第一溫度高於該蒸汽的一冷凝溫度；及快速冷卻該蒸汽至一第二溫度，該第二溫度低於該揮發成分的一凝固溫度。
  2. 如請求項1所述之方法，其中快速冷卻之步驟包括下述步驟：將該蒸汽接觸於至少一壓縮流體流，該至少一壓縮流體流係選自壓縮乾空氣、去濕的空氣、或液態氮。
  3. 如請求項1所述之方法，其中快速冷卻之步驟發生於大約10秒或更短的一時間期間內。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該處理步驟係施行於一流體拉製機器中，該流體拉製機器包括一隔熱管。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該至少一揮發成分係選自B2O3、SiO2、Al2O3、CaO、與其組合。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第一溫度的範圍從大約1000℃至大約1300℃。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第二溫度小於大約600℃。
  8. 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：冷卻該蒸汽至一第三溫度，該第三溫度的範圍從大約100℃至大約300℃。
  9. 如請求項1所述之方法，其中在該快速冷卻步驟之後，該蒸汽實質上為無液體的。
  10. 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：將該蒸汽分離成一氣體成分與一固體成分。
  11. 如請求項10所述之方法，進一步包括在該處理步驟中使用下述步驟：過濾、加熱、與回收該氣體成分。
  12. 一種用於形成一玻璃帶的設備，包括：一熔化容器；一形成容器；及一揮發過濾系統，該揮發過濾系統係配置來從該形成容器接收一蒸汽的至少一部分，該蒸汽包括至少一揮發成分，該揮發過濾系統包括：一轉移容器，該轉移容器操作在一第一溫度，該第一溫度高於該揮發蒸汽的一冷凝溫度；及 一急冷腔室，該急冷腔室操作在一第二溫度，該第二溫度低於該揮發成分的一凝固溫度。
  13. 如請求項12所述之設備，其中該形成容器包括一隔熱管。
  14. 如請求項12所述之設備，其中該第一溫度的範圍從大約1000℃至大約1300℃。
  15. 如請求項12所述之設備，其中該急冷腔室包括至少一入口，該至少一入口係配置來傳送一壓縮流體流至該急冷腔室中。
  16. 如請求項12所述之設備，其中該第二溫度小於大約600℃。
  17. 如請求項12所述之設備，進一步包括至少一冷凝器，該至少一冷凝器操作在範圍從大約100℃至大約300℃的一溫度。
  18. 如請求項12所述之設備，進一步包括一過濾器，用於從該蒸汽分離一固體成分。
  19. 如請求項12所述之設備，進一步包括一回收迴路與一加熱單元，該回收迴路用於將該蒸汽的一氣體部分送回該形成容器，且該加熱單元用於在回收之前加熱該蒸汽的該氣體部分。
  20. 如請求項12所述之設備，其中該至少一揮發成分係選自B2O3、SiO2、Al2O3、CaO、與其組 合。
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