TWI465408B - 用於將玻璃熔體均質化的裝置 - Google Patents

Description

用於將玻璃熔體均質化的裝置 【主張先前申請的美國申請案的益處】

本申請案主張於2010年8月23日申請，案號為12/861,313的美國申請案之優先權。此文件的內容及公開案、專利之整體揭示，及此處所提及的專利文件，係併入作為參考。

本發明係大致關於一種在玻璃熔體中降低污染的方法，且更具體而言，本發明係關於在玻璃攪拌製程期間降低凝結物所形成的污染。

化學及熱能上的均質性係良好玻璃形成操作上的關鍵部分。玻璃熔體操作的功能係通常以可接受等級的氣體或固體內含物產生玻璃，但此玻璃經常具有化學上異相的細線(或線或斑紋)。此等玻璃的非均質性元素係來自在熔融製程期間的各種正常事件，包括耐火分解、熔融成層、玻璃表面揮發及溫度差。因為顏色及/或折射率的差異，所產生的細線可見於玻璃中。

改良玻璃均質性的一種方式係將熔融玻璃通過位於熔融器下游的直立定向的攪拌裝置。此類攪拌裝置裝設有攪拌器，該攪拌器具有由適合的驅動力量(例如馬達)旋轉的中央桿。複數個葉片從桿中延伸，且當熔融玻璃從攪拌裝置的頂部至底部通過時，複數個葉片混合熔融玻璃。此類攪拌腔室的操作不應引導更多缺陷至產生的玻璃之中，具體而言，缺陷係由凝結的氧化物生成。

在玻璃攪拌裝置中的揮發性氧化物可從玻璃及攪拌裝置中的任何元件形成。某些最會揮發且最具傷害性的氧化物係由Pt、As、Sb、B及Sn形成。在玻璃熔體中的可凝結氧化物的主要來源包括PtO₂ 的熱鉑表面，及B₂ O₃ 、As₄ O₆ 、Sb₄ O₆ 及SnO₂ 的玻璃自由表面。玻璃自由表面係意味著在攪拌裝置之中暴露於大氣的玻璃的表面。因為在玻璃自由表面的上方的大氣比在攪拌裝置外部的大氣更熱，且玻璃自由表面的上方的大氣可含有任何或所有上述或其他揮發物質，所以在自由玻璃表面上方的大氣具有自然趨勢而向上流動通過任何開口，例如通過介於攪拌器桿及攪拌容器蓋之間的環狀空間。因為隨著攪拌器桿及玻璃自由表面之間的距離增加，攪拌器桿變得較冷，所以若桿及/或蓋的溫度低於氧化物的露點，則包含於攪拌裝置大氣中的揮發性氧化物可凝結於桿的表面上。當所產生的凝結物達到臨界尺寸時，該等凝結物剝落，落回至玻璃且造成玻璃產品中的內含物或氣泡缺陷。

加熱玻璃自由表面上方的桿已證實僅部分地成功降低玻璃熔體中的微粒污染，僅在凝結物的成層中起作用。

降低由凝結物造成的玻璃熔體的污染的一種先前技術方法係為佈置碟狀護板於玻璃自由表面及攪拌腔室的上部部分之間。然而，例如藉由加熱玻璃上方的腔室蓋，此等方法可使難以控制玻璃自由表面的溫度。此外，介於護板及攪拌器桿之間的接頭可供以作為凝結物污染的額外來源。

在一個實施例中，揭示一種用於攪拌熔融的玻璃熔體之裝置10，該裝置10包含攪拌容器12及位於該攪拌容器上的攪拌容器蓋14，該攪拌容器蓋14的表面40界定孔洞38，攪拌器桿24透過該孔洞38而延伸，藉此形成環狀間隙52介於該攪拌器桿24及該攪拌容器蓋14的該孔洞界定的表面40之間；第一通道48，該第一通道48形成於該攪拌容器蓋14之該孔洞界定的表面40處；及第一加熱元件56，該第一加熱元件56佈置於該第一通道中，該第一加熱元件加熱該孔洞界定的表面。

該攪拌容器蓋14可進一步包含第二通道60，該第二通道60包含熱偶58佈置於其中，且其中該熱偶的感測端62係經定位靠近該孔洞界定的表面40。該熱偶的感測端係較佳地經定位以感測鄰接該環狀間隙的該攪拌容器蓋之溫度。

在某些實施例中，含有鉑的包覆層可佈置於該攪拌容器蓋的表面34上，面向該熔融玻璃30的自由表面28。該攪拌容器蓋進一步包括額外的通道44，形成於該攪拌容器蓋的表面34中面向該熔融玻璃30，且其中第二加熱元件42係佈置於該額外的通道44中。

在另一實施例中，說明一種攪拌熔融玻璃30的方法，包含以下步驟：將該熔融玻璃流入攪拌容器12；以延伸通過孔洞38的攪拌器16攪拌該熔融玻璃，該孔洞38係由位於該攪拌容器上的攪拌容器蓋14的表面40所界定，藉此形成環狀間隙52於該攪拌器16及該攪拌容器蓋14之間；及以加熱元件加熱該攪拌容器蓋14的該孔洞界定的表面40，該加熱元件係經定位鄰接於該孔洞界定的表面40。

該方法可進一步包含以下步驟：以熱偶58感測該環狀間隙52之中的溫度，該熱偶58係佈置於該攪拌容器蓋14之中。該經感測的溫度可接著被用以控制供應至該加熱元件的電流的強度，藉此調節該孔洞界定的表面及介於該表面40及該攪拌器桿24之間的該環狀間隙52之溫度。

在以下的解釋說明過程中，本發明將更輕易地被理解，且本發明的其他目標、特徵、細節及優點將變得更顯而易見。以下的解釋說明將參考隨附的圖式，不以任何方式暗示限制而給定。

第1圖圖示用於實現一種方法的範例裝置，該方法係根據本發明的一實施例用於均質化玻璃熔體。第1圖的攪拌裝置10包括攪拌容器12、攪拌容器蓋14及攪拌器16。

儘管攪拌容器可如所需地具有其他形狀及定向，攪拌容器12係較佳地為圓柱形且實質上直立的定向。較佳地，攪拌容器包括內部表面18，該內部表面18包含鉑或鉑的合金。具有對高溫的抵抗性，包括對腐蝕的抵抗性以及導電性的其他物質可作為替代物。舉例而言，用於形成內部表面18的合適金屬可包括其他鉑類族的金屬，例如銠、銥、鈀、釕、鋨及所述者之合金。攪拌容器12包含位於或接近攪拌容器12的頂部的熔融玻璃入口管道20，及位於接近攪拌容器的底部的熔融玻璃出口管道22。然而，技藝人士應瞭解，在某些實施例中入口管道20及出口管道22可為相反的，使得熔融玻璃從底部流入攪拌裝置，且透過攪拌裝置的頂部流出。入口及出口管道的中間部分亦可被利用而達成適當的攪拌(即，所欲的均質結果)。

攪拌器16包含攪拌器桿24，及從攪拌器桿24延伸出的複數個攪拌葉片26。攪拌葉片26典型地在攪拌裝置的操作期間隱沒於熔融玻璃30的自由表面28之下。熔融玻璃表面溫度係典型地介於1300℃至1500℃之間的範圍中，但取決於玻璃組成物而可為更高或更低。攪拌器16較佳地包含鉑，且可為鉑的合金或分散強化的鉑(例如，氧化鋯強化的鉑合金)。

攪拌容器蓋14覆蓋攪拌容器12的上部開口端，且包括上部表面32及下部表面34。下部表面34可進一步包括包覆物質36(見第4圖)，該包覆物質36位於下部表面34上以保護下部表面34，避免熔融玻璃的自由表面上方的大氣腐蝕。舉例而言，下部表面34可包括鉑或鉑合金(例如，鉑銠合金)包覆。攪拌容器蓋14界定延伸通過攪拌容器蓋的厚度的孔洞38(第2圖)，且攪拌器桿24透過該孔洞38而延伸。孔洞38係藉由攪拌容器蓋14的孔洞界定的表面40連結。在某些實施例中，攪拌容器蓋14可以複數個片段形成，以在諸如攪拌裝置的重組期間幫助輕易地移除且替換攪拌容器蓋。舉例而言，在第2圖圖示的實施例中，顯示攪拌容器蓋14具有兩個片段，攪拌容器第一蓋片段14a及攪拌容器第二蓋片段14b。

如第3圖及第4圖中最佳地顯示，攪拌容器蓋14亦可包括一或更多加熱元件42安裝於攪拌容器蓋的下部表面34處。典型地具有金屬線圈、棒或條帶的形式之加熱元件42係佈置於一或更多通道44中，該一或更多通道44係形成於攪拌容器蓋14的下部表面34中。在某些實施例中，下部表面34包括單一通道44，單一加熱元件42透過該單一通道44而延伸。舉例而言，通道可形成大致螺旋的形狀。然而，單一加熱元件42的使用係僅僅易於製造及維持，且亦可利用佈置於一或更多通道44中所使用的複數個加熱元件。在攪拌容器蓋14係以一或更多片段形成的實例中，至少兩個加熱元件42係佈置於至少兩個通道44中，各個片段至少具有一個通道，此設計簡化攪拌蓋片段的移除。一或更多加熱元件42可藉由耐火水泥46而固定於通道44之中。

攪拌容器蓋14進一步包括第二通道48，該第二通道48形成於孔洞38之至少一部分的四周。亦即，通道48係形成於界定孔洞38的攪拌容器蓋14的至少一部分之中。通道48較佳地位於鄰接孔洞38的上部部分，在攪拌裝置的操作期間最遠離熔融玻璃的表面，且鄰接上部表面32。因為攪拌容器12之中的內部大氣50的溫度以及熔融玻璃自由表面28上方的溫度係顯著地高於攪拌裝置10外部的外部大氣51的溫度，所以建立了煙囪效應，且來自內部大氣50的熱氣體排放通過環狀間隙52，該環狀間隙52係由攪拌器桿24及攪拌容器蓋14的孔洞界定的表面40形成。此等氣體可包括來自熔融玻璃本身揮發的物質，或來自攪拌器及/或攪拌容器發揮的物質(例如，鉑)。此等揮發的物質可凝結於攪拌容器蓋的表面上，且若允許成長為足夠的大，則剝落且被捲入熔融玻璃中。

當然，通道48可被放置於孔洞38之中的任何直立位置(第5圖)。然而，在缺乏任何其他熱源的情況下，最遠離熱的熔融玻璃的攪拌容器蓋14的該等部分係比較靠近熔融玻璃的攪拌容器蓋的該等部分更冷，且孔洞的上部段傾向成為最冷的。因此，凝結物更容易形成於接近孔洞的上部段的攪拌容器蓋表面處，該處最遠離熔融玻璃表面。此等攪拌容器蓋表面可包括兩個表面，界定孔洞38的表面40，及在孔洞38之中的攪拌容器桿24的表面。為了加熱此等表面，一或更多加熱元件56係經定位於通道48之中以加熱兩者表面40及延伸通過孔洞38的攪拌器桿24的外部表面。為了穩固一或更多加熱元件56，耐火水泥46可被包括於通道48中以固持加熱元件於適當位置。此外，鉑或鉑合金的包覆佈置於部分的攪拌容器蓋上，使得通道48及內含於通道之中的加熱元件56係由包覆所覆蓋。包覆可為形成於下部表面34上的包覆物質36的延伸。如此處所使用，孔洞界定的表面40係為攪拌容器蓋本身的耐火物質的表面，或者在包覆物質係佈置於耐火表面的實例中，孔洞界定的表面40係外接於孔洞的包覆表面。

為了監控環狀間隙52處的溫度，且若為所欲的協助加熱元件56及/或加熱元件42的自動控制，可在攪拌容器蓋14中包括一或更多熱偶58。如第4圖中所顯示，在某些實施例中，通道60可形成通過攪拌容器蓋14的內部，且延伸至或至少接近表面40。亦即，熱偶較佳地並不暴露於延伸通過間隙52的大氣，但係足夠地靠近暴露於間隙表面之表面的間隙大氣，因此可合理地決定接觸間隙52中的大氣的表面的溫度。熱偶58係佈置於通道60中。熱偶通道60係於第4圖中顯示為包括耐火水泥46，以在通道60之中固定熱偶。然而，因為耐火水泥可能干擾熱偶58的溫度感測性能，且使得熱偶的替換變得困難，所以若為所欲的，耐火水泥可排除於熱偶通道之外。而且，如第4圖中所顯示，包覆物質36係位於熱偶感測端62及攪拌器桿24之間。更簡單而言，熱偶58可以類似於加熱元件56由包覆所覆蓋的方式，而由包覆物質36所覆蓋。

在操作期間，馬達63透過鏈結66耦接至攪拌器桿24，而旋轉攪拌器16。鏈結66舉例而言，可包括鎖鏈及相關的扣鏈齒輪連接至馬達及攪拌器桿兩者。透過入口管道20供應至攪拌裝置10的熔融玻璃30係由攪拌器16攪拌且均質化，且透過出口管道22流出攪拌裝置。於表面40及環狀間隙52之中的溫度控制，如第4圖中所圖示，可以使用控制電路而達成。於表面40處的溫度係由熱偶58的感測端62感測。電子訊號係由熱偶產生，且透過電線68傳遞至控制器64。控制器64根據預定的變換因數詮釋電子訊號為溫度，且將所得到的溫度與預定的溫度設定點作比較。若感測到的溫度係低於設定點溫度，則控制器透過電線72指示電源70傳遞電流通過電線74至加熱元件56。一旦感測到的溫度達到設定點溫度，控制器指示電源降低或終結電流。當然，可能使用其他控制方案，且上述係僅僅為實施例的一個方法。加熱元件42係類似地由控制器64透過電源70及電線76而控制。

範例非限制實施例包括：

C1.　一種用於攪拌熔融玻璃的裝置，包含：攪拌裝置，該攪拌裝置包括攪拌容器及位於攪拌容器上的攪拌容器蓋，該攪拌容器蓋的表面界定孔洞，攪拌器桿透過該孔洞而延伸，藉此形成環狀間隙介於該攪拌器桿及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面之間；第一通道，該第一通道形成於該攪拌容器蓋之該孔洞界定的表面處；及第一加熱元件，該第一加熱元件佈置於該第一通道中，該第一加熱元件加熱該孔洞界定的表面。

C2.　如C1之裝置，其中該攪拌容器蓋進一步包含第二通道，該第二通道包含熱偶佈置於其中，且其中該熱偶的感測端係經定位靠近該孔洞界定的表面。

C3.　如C1或C2之裝置，其中含有鉑的包覆層係佈置於該攪拌容器蓋的表面上，面向該熔融玻璃的自由表面。

C4.　如C1至C3任一者之裝置，其中該攪拌容器蓋進一步包括額外的通道形成於該攪拌容器蓋的表面中面向該熔融玻璃，且第二加熱元件係佈置於該額外的通道中。

C5.　如C1之裝置，其中該攪拌容器蓋進一步包含熱偶佈置於其中，且其中該熱偶的感測端係經定位以感測鄰接該環狀間隙的該攪拌容器蓋之溫度。

C6.　一種攪拌熔融玻璃的方法，包含以下步驟：將該熔融玻璃流入攪拌容器；以延伸通過孔洞的攪拌器攪拌該熔融玻璃，該孔洞係由位於該攪拌容器上的攪拌容器蓋的表面所界定，藉此形成環狀間隙介於該攪拌器及該攪拌容器蓋之間；及以加熱元件加熱該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面，該加熱元件係經定位鄰接於該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面。

C7.　如C6之方法，進一步包含以下步驟：以熱偶感測該環狀間隙之中的溫度，該熱偶係佈置於該攪拌容器蓋之中。

C8.　如C7之方法，進一步包含以下步驟：使用該經感測的溫度而控制供應至該加熱元件的電流的強度，藉此調節該孔洞界定的表面之溫度。

對於本領域中技藝人士而言，可對本發明作成各種其他修改及改變而不悖離本發明的精神及範疇將為顯而易見的。因此，本發明意圖包含落入隨附申請專利範圍的範疇之中及其均等的本發明的修改及改變。

10．．．玻璃熔體裝置

12．．．攪拌容器

14．．．攪拌容器蓋

14a．．．攪拌容器第一蓋片段

14b．．．攪拌容器第二蓋片段

16．．．攪拌器

18．．．內部表面

20．．．入口管道

22．．．出口管道

24．．．攪拌器桿

26．．．攪拌葉片

28．．．自由表面

30．．．熔融玻璃

32．．．上部表面

34．．．下部表面

36．．．包覆物質

38．．．孔洞

40．．．表面

44．．．通道

48．．．第一通道

50．．．內部大氣

51．．．外部大氣

52．．．環狀間隙

56．．．第一加熱元件

58．．．熱偶

60．．．第二通道

62．．．感測端

63．．．馬達

64．．．控制器

66．．．鏈結

68．．．電線

70．．．電源

72．．．電線

74．．．電線

76．．．電線

第1圖係根據本發明的一實施例的範例攪拌裝置的剖面視圖，顯示攪拌容器蓋及環狀間隙加熱元件。

第2圖係第1圖的攪拌容器蓋的一實施例的透視圖，該攪拌容器蓋以兩個片段形成。

第3圖係第2圖的攪拌容器蓋的一個片段的透視圖，顯示通道在界定蓋的中央孔洞的表面中，該通道用於加熱該表面，及形成於蓋的底部表面中的通道，用於容納蓋底部加熱元件。

第4圖係根據本發明的一實施例的攪拌容器蓋的一部分的剖面視圖，圖示第3圖的通道含有底部表面加熱元件及蓋的孔洞界定的表面，且進一步顯示金屬包覆物質佈置於蓋的表面上。

第5圖係根據本發明的另一實施例的攪拌容器蓋的一部分的剖面視圖，圖示第3圖的通道含有底部表面加熱元件及蓋的孔洞界定的表面，其中於攪拌容器的孔洞界定的表面處之通道係位於中間位置，而非蓋的上部邊緣部分。

10．．．玻璃熔體裝置

12．．．攪拌容器

14．．．攪拌容器蓋

16．．．攪拌器

18．．．內部表面

20．．．入口管道

22．．．出口管道

24．．．攪拌器桿

26．．．攪拌葉片

28．．．自由表面

30．．．熔融玻璃

32．．．上部表面

34．．．下部表面

38．．．孔洞

40．．．表面

44．．．通道

50．．．內部大氣

51．．．外部大氣

52．．．環狀間隙

56．．．第一加熱元件

63．．．馬達

66．．．鏈結

Claims (8)

1. 一種用於攪拌熔融玻璃熔體的裝置，包含：一攪拌裝置，該攪拌裝置包括一攪拌容器及位於該攪拌容器上的一攪拌容器蓋，該攪拌容器蓋包含一第一片段及一第二片段，其中該攪拌容器蓋的一表面界定一孔洞，一攪拌器桿透過該孔洞而延伸，藉此形成一環狀間隙介於該攪拌器桿及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面之間；一第一通道，該第一通道形成於該孔洞界定的表面之一上部部分中，該上部部分直接鄰接於該孔洞界定的表面；一第一加熱元件，該第一加熱元件佈置於該第一通道中，該第一加熱元件加熱該孔洞界定的表面；一第二通道，該第二通道形成於該攪拌容器蓋之該第一片段的一下部表面中，該第二通道面向該熔融玻璃熔體的一自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口；一第二加熱元件，該第二加熱元件佈置於該第二通道中，該第二加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面；一第三通道，該第三通道形成於該攪拌容器蓋之該第二片段的一下部表面中，該第三通道面向該熔融玻璃熔體的該自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口；及一第三加熱元件，該第三加熱元件佈置於該第三通道中，該第三加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面。
2. 如請求項第1項所述之裝置，其中該攪拌容器蓋進一步包含一熱偶通道，該熱偶通道包含一熱偶佈置於其中，且其中該熱偶的一感測端係經定位靠近該孔洞界定的表面。
3. 如請求項第1項所述之裝置，其中一含有鉑的包覆層係佈置於該攪拌容器蓋的一表面上，面向該熔融玻璃的一自由表面。
4. 如請求項第1項所述之裝置，其中該熱偶的一感測端係經定位以感測鄰接該環狀間隙的該攪拌容器蓋之一溫度。
5. 一種用於攪拌一熔融玻璃熔體的裝置，包含：一攪拌裝置，該攪拌裝置包括一攪拌容器及位於該攪拌容器上的一攪拌容器蓋，該攪拌容器蓋包含一第一片段及一第二片段，其中該攪拌容器蓋的一表面界定一孔洞，一攪拌器桿透過該孔洞而延伸，藉此形成一環狀間隙介於該攪拌器桿及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面之間；一第一通道，該第一通道形成於該孔洞界定的表面之一上部部分中，該上部部分直接鄰接於該孔洞界定的表面；一第一加熱元件，該第一加熱元件佈置於該第一通道中，該第一加熱元件加熱該孔洞界定的表面；一第二通道，該第二通道形成於該攪拌容器蓋之該第一片段的一下部表面中，該第二通道面向該熔融玻璃熔體的一自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口； 一第二加熱元件，該第二加熱元件佈置於該第二通道中，該第二加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面；一第三通道，該第三通道形成於該攪拌容器蓋之該第二片段的一下部表面中，該第三通道面向該熔融玻璃熔體的該自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口；一第三加熱元件，該第三加熱元件佈置於該第三通道中，該第三加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面；及一鉑包覆層，該鉑包覆層形成於該攪拌容器蓋的該下部表面及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面上。
6. 如請求項第5項所述之裝置，其中該第二通道及該第三通道之至少一者係為螺旋形。
7. 如請求項第5項所述之裝置，進一步包含：至少一個額外的通道，該至少一個額外的通道形成於該攪拌容器蓋之該第一片段的該下部表面中，或形成於該攪拌容器蓋之該第二片段的該下部表面中；及至少一個額外的加熱元件，該至少一個額外的加熱元件佈置於該該至少一個額外的通道中。
8. 一種用於攪拌一熔融玻璃熔體的裝置，包含：一攪拌裝置，該攪拌裝置包括一攪拌容器及位於該攪拌容器上的一攪拌容器蓋，該攪拌容器蓋包含一第一片段及 一第二片段，其中該攪拌容器蓋的一表面界定一孔洞，一攪拌器桿透過該孔洞而延伸，藉此形成一環狀間隙介於該攪拌器桿及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面之間；一第一通道，該第一通道形成於該孔洞界定的表面之一上部部分中，該上部部分直接鄰接於該孔洞界定的表面；一第一加熱元件，該第一加熱元件佈置於該第一通道中，該第一加熱元件加熱該孔洞界定的表面，其中該第一加熱元件以耐火水泥固定在該第一通道之中；一熱偶通道，該熱偶通道在該攪拌容器蓋中開口至該孔洞中；一熱偶，該熱偶佈置於該熱偶通道中，且定向使得該熱偶的一感測端係經定位靠近該孔洞界定的表面；一第二通道，該第二通道形成於該攪拌容器蓋之該第一片段的一下部表面中，該第二通道面向該熔融玻璃熔體的一自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口；一第二加熱元件，該第二加熱元件佈置於該第二通道中，該第二加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面；一第三通道，該第三通道形成於該攪拌容器蓋之該第二片段的一下部表面中，該第三通道面向該熔融玻璃熔體的該自由表面，且朝向該熔融玻璃熔體的該自由表面開口；一第三加熱元件，該第三加熱元件佈置於該第三通道中，該第三加熱元件加熱該熔融玻璃熔體的該自由表面；及一鉑包覆層，該鉑包覆層形成於該攪拌容器蓋的該下部 表面及該攪拌容器蓋的該孔洞界定的表面上，其中該鉑包覆層經定位介於該熱偶的該感測端及該攪拌容器蓋的該孔洞之間、介於該第一加熱元件及該攪拌容器蓋的該孔洞之間、介於該第二加熱元件及該熔融玻璃熔體的該自由表面之間、且介於該第三加熱元件及該熔融玻璃熔體的該自由表面之間。