TWI471280B - 在玻璃製造程序中用於減少冷凝物相關的缺陷的方法及裝置 - Google Patents

Description

在玻璃製造程序中用於減少冷凝物相關的缺陷的方法及裝置 【主張先前申請的美國申請案之益處】

此申請案主張美國申請案案號61/265,060，於2009年11月30日申請的益處。此文件的內容及此處所提及的公開、專利、及專利文件的整體說明書被併入作為參考。

本發明係大致關於一種在一玻璃熔融中減少污染的方法，且更具體而言，係關於在一玻璃攪拌程序期間減少冷凝物所形成的污染的方法。

化學及熱力的均勻性係形成良好玻璃操作的一關鍵部份。一玻璃熔融操作的功能係大致以氣態及固態內含物的可接受級別來生產玻璃，但此玻璃通常具有化學相異型態的核心(或條紋或斑紋)。此等玻璃的非均勻成份在進行熔融程序期間從各種正常事件得到，包括耐火分解、熔融分層、玻璃表面揮發、及溫度落差。所得到的核心在玻璃中因其顏色及/或折射率的差而係為可見的。

用於改善玻璃均勻性的一種方式係將熔融玻璃通過位於熔化物的下游的一直立置放的攪拌腔室。此等攪拌腔室裝備了具有一中央桿的一攪拌器，其藉由一適合的馬達轉動。多個葉片從桿延伸出，且當玻璃從攪拌腔室的頂部通過至底部時，葉片供以混合熔融玻璃。本發明係關注於此等攪拌腔室的操作，其不會引入更多缺陷至所得到的玻璃中，具體而言，不會引入來自經冷凝的氧化物的缺陷。

在一玻璃攪拌腔室中的揮發性氧化物可從玻璃及攪拌腔室中存在的任何元素形成。某些最會揮發且最具損害的氧化物係由Pt、As、Sb、B、及Sn形成。在一玻璃熔融物中可冷凝氧化物的主要來源包括PtO₂ 的熱的鉑表面，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玻璃的表面，其在攪拌腔室中暴露於大氣。因為玻璃自由表面上方的大氣比攪拌腔室的外部的大氣更熱，且其大氣可包含任何或所有上述或其他揮發性物質，所以自然趨勢將在自由玻璃表面上方的大氣向上流動穿過任何開口，例如穿過攪拌器桿及攪拌腔室遮蓋之間的環狀空間。由於當攪拌器桿及玻璃自由表面的距離增加時攪拌腔室桿變得較冷，若桿及/或遮蓋的溫度係比氧化物的露點更低，則攪拌腔室大氣所含有的揮發性氧化物將冷凝於桿的表面上。當所得到的冷凝物達到一臨界尺寸時其可剝落，而落入玻璃中且造成在玻璃產品中的內含物或氣泡缺陷。

已證實加熱玻璃自由表面上方的桿僅部份地成功降低玻璃熔化物中的顆粒污染，僅於冷凝物的一分層有所結果。

在本發明的一個廣的態樣中，提供在一玻璃熔化物中附著於一攪拌腔室的一攪拌棒的一冷凝物收集容器及玻璃製造系統。冷凝物收集容器包含一環狀底座部份，該底座部份具有一圓柱形壁以對環狀底座的一預先決定的角度附著在其上。冷凝物收集容器被包含於配置成持有熔融玻璃的一圓柱形攪拌腔室之中。攪拌腔室包含一遮蓋，遮蓋界定一通道穿過其中，具有一桿的一攪拌器延伸穿過遮蓋至攪拌腔室中，從而在遮蓋及桿之間形成一環狀間隙。推動葉片係附著於桿上用於有效率的混合腔室之中的熔融玻璃。

在以下的範例說明的過程中，本發明將更容易地被理解，且其他目標、特徵、細節及優點將變得更清楚明瞭，其將參照隨附的圖式說明，而非以任何方式暗示為限制。

第1圖圖式用於執行均勻化一玻璃熔化物的方法的一範例裝置。第1圖的攪拌腔室10包括一入口導管12及一出口導管14。在圖示的實施例中，熔融玻璃透過入口導管12流至攪拌腔室中(如箭頭13所指示)，且透過出口導管14流出腔室(如箭頭15所顯示)。攪拌腔室10包括至少一個壁16，其理想地為圓柱形的形狀且實質上直立地置放，儘管攪拌腔室可具有諸如橢圓形或六角形的其他形狀。理想地，攪拌腔室壁可包括一內部襯裡18，包含鉑、一鉑合金或一分散強化的鉑或鉑合金(例如，一氧化鋯強化的鉑合金)。具有類似的耐火特性，包括抵抗腐蝕以及導電性的其他襯裡物質，可作為替代品。玻璃入口導管12係位於或接近攪拌腔室10的底部，而玻璃出口導管14係位於接近攪拌腔室的頂部。然而，技藝人士將瞭解入口導管12及出口導管14可被反轉，使得熔融玻璃從頂部流入攪拌腔室中且透過攪拌腔室的底部流出。亦可利用入口及出口導管的中間位置提供所達到的適當攪拌(即，所欲均勻性的量)。由於生產一灌注效應大致需要無法接受的高級別的剪應力，攪拌器理想地並非顯著的透過攪拌腔室灌注玻璃。攪拌器及攪拌腔室壁理想地由鉑、一鉑合金或一分散強化的鉑或鉑合金(例如，一氧化鋯強化的鉑合金)構成。

攪拌腔室10進一步包括一攪拌器20，其包含桿22及從桿向外延伸朝向攪拌腔室的壁16的多個葉片24。桿22係典型地實質上直立地置放且可轉動地固著，使得在攪拌腔室中從桿的較低部份延伸的葉片24至少部份地隱沒於熔融玻璃的自由表面26的下方。熔融玻璃的表面溫度係典型地介於大約1400℃至1600℃之間的範圍，但可取決於玻璃的組成而更高或更低。攪拌器20理想地由鉑構成，但可為一鉑合金，或一分散強化的鉑或鉑合金(例如，一氧化鋯強化的鉑合金)。

如第1圖中所顯示，攪拌腔室10可包括一排出管28，用於在例如系統的關閉期間從攪拌腔室移除玻璃。此外(或取而代之的)，攪拌腔室可包括一可選的集液槽30。攪拌器20藉由一適合的驅動器轉動。舉例而言，攪拌器20可由一電動馬達(未顯示)透過適當的齒輪，或由一皮帶驅動器而轉動。

根據本實施例，攪拌腔室10藉由腔室遮蓋32覆蓋。腔室遮蓋32可直接在壁16上靜置，或可佈置高溫度密封物質於壁及遮蓋之間，壁及遮蓋之間的密封在任何情況下足以避免於遮蓋及壁之間相當的氣體流。遮蓋32亦可包括用於加熱腔室遮蓋的遮蓋加熱器34，且因此幫助控制流過攪拌腔室的玻璃熔化物的自由表面溫度。遮蓋加熱器34典型地包括一電阻線圈，其典型地包含鉑嵌入腔室遮蓋耐火物質之中。電阻線圈係以一電子電路供應，理想地為交變電流(儘管可施加直流電流)，從而加熱腔室遮蓋。腔室遮蓋從玻璃熔化物的自由表面起算典型地係介於大約2英吋(5.08cm)及3英吋(7.62cm)之間，但如所需要，此距離可更大。因此，容積35係界定於攪拌腔室遮蓋32、攪拌腔室壁16及玻璃自由表面26之間。

腔室遮蓋32亦包括一通道，其中攪拌器桿22穿過該通道。通道的內部表面可包括一襯裡，其形成殼套36。如與攪拌腔室的其他成份一樣，殼套36理想地為抵抗腐蝕，該腐蝕係歸因於可從熔融玻璃所發展的高溫且具腐蝕性的氣體及冷凝物。殼套36典型地包含鉑或鉑合金。穿過腔室遮蓋通道的桿22在桿22的外部表面及通道的內部表面之間形成環狀間隙38，或在利用殼套36的情況下，環狀間隙係形成於桿的外部表面及殼套的內部表面之間。為了消除混亂狀況，以下僅參考殼套的內部表面，但仍應理解為意味著兩種情況，而可應用任一者。此舉取決於界定環狀間隙38的表面，其上形成冷凝物(例如，鉑)。一旦冷凝物達到一特定尺寸之後，其將剝落且落入玻璃熔化物26中，從而在最終玻璃產品中建立缺陷。在腔室遮蓋32上方的桿22的此部份由含有桿加熱器40的一耐火物質圍繞。在具有遮蓋加熱器34的情況中，桿加熱器40理想地包含一電阻加熱元件。加熱元件理想地包含鉑，但可為一鉑合金。

一隔絕層42係佈置於腔室遮蓋32的頂端上。隔絕層44類似地圍繞桿加熱器46。環狀間隙38消除正在轉動的桿及殼套、加熱器、隔絕及遮蓋之間的接觸。

可選地，至少一個流管50可從外部攪拌腔室10延伸至攪拌腔室10的內部，即，容積35。流管可被利用以造成氣體沿著攪拌器桿流動，從而減少沿著桿的揮發性氧化物的冷凝。

一冷凝物收集容器40係位於攪拌器桿上、遮蓋32的下方及玻璃熔化物26的上方。容器含有一環狀平面底部部份41，大致對攪拌桿22垂直地擱置。冷凝物收集容器進一步包含直立地置放的側壁43在外部圓周的四周。底部部份41及側壁43的結合供以容納可形成於環狀間隙38的內部表面上且隨後剝落的任何鉑或其他冷凝物。在一個實施例中，底部部份的區域超過環狀間隙38的剖面區域。在另一實施例中，從桿的外部表面至冷凝物收集容器的圓周壁的距離係介於0.5-2英吋之間。側壁的高度可為任何距離，但在一個實施例中係為從0.25英吋至1英吋的範圍。

如冷凝物收集容器40的分離的三維視圖中可見(第2圖)，環狀底部部份係與桿齊平且圍繞著桿。一圓周側壁對容器界定一內部界線。其並無頂端，使得從上方落下的冷凝物將著地且變成包含於由環狀底部部份41及圓周側壁43所界定的容器中。冷凝物收集容器40可以任何數量的方式附著於桿，但在一個實施例中，形成一頸圈45沿著一規定的長度接觸桿22。頸圈45可被纏繞或者被束縛至桿。在一個實施例中，冷凝物收集容器藉由連結兩個半環狀部份且將其沿著一直徑纏繞線47纏繞在一起而組裝於桿上。

第3圖顯示冷凝物收集容器40的一剖面視圖。在一個實施例中，底部部份及外部圓周壁之間的角度θA可介於90-120度之間。在一較佳實施例中，底部部份及外部圓周壁之間的角度θA係為100度。由於頸圈45係與攪拌器桿22齊平，在底部部份及頸圈之間的角度θB將與桿的外部壁的角度一致。在一個實施例中，角度θB係介於85-90度之間。

冷凝物收集容器可由已知物質作成，該等物質具有抵抗存在於攪拌腔室中的溫度的類型的能力。舉例而言，冷凝物收集容器可由鉑構成，但可為一鉑合金，或一分散強化的鉑或鉑合金(例如，一氧化鋯強化的鉑合金)。

在操作中，冷凝物收集容器將逐漸收集經冷凝的鉑冷凝物，其如先前所述從環狀間隙剝落。當玻璃製造系統被取下用於維護手續時，在容器中獲得冷凝物且被丟棄或者回收。

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對技藝人士而言將為顯而易見的。因此，本發明意圖覆蓋在隨附的申請專利範圍及其均等的範疇之中所提供的對本發明的修改及改變。

10．．．攪拌腔室

12．．．入口導管

13．．．箭頭

14．．．出口導管

15．．．箭頭

16．．．腔室壁

18．．．內部襯裡

20．．．攪拌器

22．．．桿

24．．．葉片

26．．．自由表面

28．．．排出管

30．．．集液槽

32．．．腔室遮蓋

34．．．遮蓋加熱器

35．．．容積

36．．．殼套

38．．．環狀間隙

40．．．桿加熱器

41．．．底部部份

42．．．隔絕層

43．．．側壁

44．．．隔絕層

45．．．頸圈

46．．．桿加熱器

47．．．直徑纏繞線

50．．．流管

第1圖係根據本發明的一實施例的一範例攪拌腔室的一剖面視圖，顯示腔室遮蓋及冷凝物收集容器。

第2圖係附著於攪拌器桿的冷凝物收集容器的一部分三維視圖。

第3圖係一範例冷凝物收集容器的一剖面視圖。

10．．．攪拌腔室

12．．．入口導管

13．．．箭頭

14．．．出口導管

15．．．箭頭

16．．．腔室壁

18．．．內部襯裡

20．．．攪拌器

22．．．桿

24．．．葉片

26．．．自由表面

28．．．排出管

30．．．集液槽

32．．．腔室遮蓋

34．．．遮蓋加熱器

35．．．容積

36．．．殼套

38．．．環狀間隙

40．．．桿加熱器

41．．．底部部份

42．．．隔絕層

43．．．側壁

44．．．隔絕層

45．．．頸圈

46．．．桿加熱器

47．．．直徑纏繞線

50．．．流管

Claims (18)

1. 一種用於攪拌且容納熔融玻璃作為一玻璃製造系統的部份的攪拌腔室，包含：至少一個壁及遮蓋，該遮蓋具有一通道穿過其中；一攪拌器，其包含延伸穿過該遮蓋通道的一桿，從而在該桿及該遮蓋之間形成一環狀間隙；一容積，其係在該熔融玻璃的一自由表面的上方；及一冷凝物收集容器，其位於該熔融玻璃的該自由表面的上方且具有經安排大致垂直於該攪拌器桿的一平面環狀底部部分，該底部部分具有一圓周，及具有連接靠近該圓周的一向上直立地置放的側壁，該底部部分及該側壁以介於大於90及120度之間的一角度相交，該冷凝物收集容器進一步包含一向上立地置放的環狀頸圈，該環狀頸圈將該容器附著至該桿，該底部部分及該頸圈以介於85及小於90度之間的一角度相交，其中該底部部分朝向該桿傾斜，而該側壁遠離該桿傾斜。
2. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中由該底部部分及該側壁的該相交所建立的該角度係100度。
3. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，進一步包含至少一個氣體流管，其允許一氣體流進入該腔室且穿過該容 積。
4. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，進一步包含用於允許熔融玻璃進入該攪拌腔室的一入口，及用於允許熔融玻璃流出該腔室的一出口。
5. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中該攪拌器進一步包含葉片，其從該桿向外延伸，且延伸向該腔室的該壁。
6. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中該冷凝物收集容器係以鉑或一鉑合金作成。
7. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中該底部部份的一截面面積超過該環狀間隙的一截面面積。
8. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中從該攪拌腔室至該冷凝物收集容器的該側壁的一距離係介於0.5及2英吋之間。
9. 如申請專利範圍第1項之攪拌腔室，其中該冷凝物收集容器的該側壁具有一高度介於0.25及1英吋之間。
10. 一種進行攪拌一玻璃熔化物的方法，其包含以下步 驟：提供一攪拌腔室，其包含至少一個壁及遮蓋，該遮蓋具有一通道穿過其中；一攪拌器，其包含延伸穿過該遮蓋通道的一桿，從而在該桿及該遮蓋之間形成一環狀間隙；一容積，其係在該熔融玻璃的一自由表面的上方；及一冷凝物收集容器，其具有經安排大致垂直於該攪拌器桿的一平面環狀底部部分，該底部部分具有一圓周，及具有連接靠近該圓周的一直立地置放的側壁，該底部部分及該側壁以介於大於90及120度之間的一角度相交，該冷凝物收集容器進一步包含一向上立地置放的環狀頸圈，該環狀頸圈將該容器附著至該桿，該底部部分及該頸圈以介於85及小於90度之間的一角度相交，其中該底部部分朝向該桿傾斜，而該側壁遠離該桿傾斜；及攪拌該玻璃熔化物。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該進行攪拌的方法係一玻璃製造程序的一部份，用於作成液晶顯示器(LCDs)的玻璃基板。
12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中由該底部部份及該側壁的該相交所建立的該角度係100度。
13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該攪拌腔室進一步包含用於允許熔融玻璃進入該攪拌腔室的一入口，及用於允許熔融玻璃流出該腔室的一出口。
14. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含以下步驟：收集形成於該環狀間隙中、剝落且落入該冷凝物收集容器中的一冷凝物。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含以下步驟：移除在該冷凝物收集容器中已收集的該冷凝物。
16. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該底部部份的一截面面積超過該環狀間隙的一截面面積。
17. 如申請專利範圍第10項之方法，其中從該攪拌腔室至該冷凝物收集容器的該側壁的一距離係介於0.5及2英吋之間。
18. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該冷凝物收集容器的該側壁的一高度介於0.25及1英吋之間。