TWI623504B

TWI623504B - 製造玻璃的方法與裝置

Info

Publication number: TWI623504B
Application number: TW102141174A
Authority: TW
Inventors: 斯凡威爾須; 拉斯畢內克; 剛特卡爾; 漢斯猶根林茲; 林嘉宏
Original assignee: Ｊｓｊ喬代公司; 台灣玻璃工業股份有限公司
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2018-05-11
Also published as: TW201518237A

Abstract

一種製造玻璃的方法，該玻璃具有SiO₂ 47.5~55重量%，Al₂O₃ 21~27.5重量%，Na₂O 12~16重量%，其中，莫耳比例Al₂O₃：Na₂O為0.9：1到1.2：1間，其中在該熔融池中玻璃熔融物的最大溫度在1700℃以下，其中該方法的程序在該熔融池後方不需附加的精煉步驟，此外還關於一種用於實施前述方法的裝置，具有一熔融池，其中，該裝置不具精煉器。

Description

製造玻璃的方法與裝置

本發明關於一種製造玻璃的方法與裝置。

具有高Al₂O₃含量的鹼金屬、鋁、矽酸塩玻璃在先前技術係已知者且用於作電子裝置(如智慧型手機或平板電腦)的顯示器用的蓋玻璃。對於這種用途，在市場上定出最大的瑕疵量(Defektgröße)。習知之此類具高Al₂O₃含量的玻璃在最適合除熔渣(Läuterung，英：deslag)的溫度係在1700℃。這點使點在生產時要特別預防(Sondervorkehrung)，俾能就瑕疵量作預設。

舉例而言，在先前技術使用一精煉器(Refiner)，其中玻璃熔融物在調節(Konditionierung)後重新加熱以將氣體逐出。但這點使生產或本明顯提高，另一習知解決方案不用精煉器工作，但為此要使用特別耐溫度的玻璃爐使玻璃熔融物有極高的溫度。此外，在調節(Konditionierung)的範圍，二次瑕疵形成的問題變大。

本發明的目的在提供一種方法和裝置以克服這些缺點。

由此背景著手，本發明提供一種製造玻璃的方法，該玻璃具有：SiO₂47.5~55重量%，Al₂O₃21~27.5重量%，Na₂O12~16重量%，其中，莫耳比例Al₂O₃：Na₂O為0.9：1到1.2：1間，其中在該熔融池中玻璃熔融物的最大溫度在1700℃以下。

我們觀察到，和此玻璃相關的玻璃熔融物的粘度值在較低的溫度時已在最佳的除熔渣(Läuter)範圍(粘度η=10~100Pa.s)。一般，和具高Al₂O₃含量的其他此類玻璃相較，除熔渣溫度平均降低至少50℃。如此，在製造時有一段溫度保留。

依本發明在熔融池中玻璃熔融物的最大溫度在1680℃以下。此最大溫度一般調整在所謂熱點範圍(Hot-Spot Bereich)此在熔融物表面附近調整。

此外，本發明，省卻一道附加的精煉步驟(在熔融池外)，這種「附加的精煉」係指熔融物已調節(亦即均化)並冷卻到除熔渣溫度以下之後，將熔融物重新加熱到除熔溫度[如不用此方式也可(或除了此方式外同時另外)施加低壓]。此精煉步驟通道用於在以後將瑕疵尺寸及瑕疵率減少，且將玻璃的總氣體含量降低。減少玻璃總氣體含量也可減少在調節範圍中二次氣泡形成的情事。

因此由玻璃組成引起的溫度潛能應用在本發明的方法，以節省能或提高「比熔融物功率」(specific melt power)，降低耐火材料的負荷，改善品質和產率。

在一實施例中，該玻璃含有：SiO₂ 50~55重量%，且宜53~55重量%；及/或在一實施例中該玻璃含有：Al₂O₃ 21~25重量%，且宜21.5~23.5重量%；及或在一實施例中該玻璃含有：Na₂O 13~16重量%，且宜13.8~15.6重量%。

在一實施例中該玻璃含有SiO₂ 50~55重量%，且宜53~55重量 %；在一實施例中，該莫耳比例SiO₂：Al₂O₃在2.5：1到4.8：1間，且宜在3.52：1到4.5：1間；尤宜在3.9：1到4.2：1間；且/或該莫耳比例Al₂O₃：Na₂O在0.94：1及1.1：1之間。

在另一實施例中，此含量和莫耳比例顯示對玻璃熔融物的流變(rheologisch)性質特別有利。

在一實施例中，該玻璃除了Na₂O外，所含鹼金屬氧化物還有K₂O(1.5~2.5重量%)及或Li₂O(可達1.5重量%)。

在一實施例中，該玻璃不含CaO或Cn。

在一實施例中，該玻璃除了上述主成分外還含有MgO 4~10重量%，且宜4~8重量%，尤宜4.5~6重量%；及/或該玻璃含有：SnO₂>0到1重量%之間，且宜0.3~0.5重量%；及/或該玻璃含有：CeO₂>0，到0.6重量%之間，且宜>0到0.2重量%，及/或該玻璃含有>0到1重量%F；及/或ZrO₂ 1.8~3.5重量%，且宜2~2.5重量%；及/或該玻璃含有0.2~3.5重量%的ZnO。

本發明的方法係一種連續程序，這表示連續地供應某種量的固體材料，並連續地熔融、混合、除熔渣以及將熔融物調節。

此外本發明關於一種用於實施本發明方法的一種裝置或一玻璃爐，它不具有熔融池下游精煉器，不具附加的精煉器可使成本大大減少且程序效率提高，本發明的裝置須適合實施本發明的方法，因此特別是加熱作用做成使在熔融池中的溫度及所需之溫度分佈剖面可依本發明的方法實施，因此特別是加熱作業做成熔融池使中的溫度及所需之溫度分佈曲線可依本發明的方法調整及維持。

在本發明方法的一實施例，熔融池中熔融物利用一上爐加熱手段加熱。對應地，本發明的裝置在熔融池上方可有一上爐加熱手段。依本發明的方法，在一實施例中，使用由煤氣/氧操作的燃燒器維持溫度，這些燃燒器可設在熔融池壁側，使熔融物「火焰被蓋」均勻而無漏隙。適合於此的燃燒器，舉例而言，具有400~500仟瓦/每個燃燒器的加熱功率，且最大功率/最小功率比例很大，為3~4。

在本發明方法一實施例，在熔融池的總長度20%~35%間兩側將熱廢氣從上爐抽出，對應地，本發明的裝置可在上爐的對應部段有通過。燃燒器設在這些通道前面及後面。如此，熔融池的放入區域(Einlegeberrich)和熱點(Hot-Spot)區域間的溫度影響可脫鈎。

在一實施例中，熔融池有一壁。此壁可設在熔融池的總長度的60~80%間，特別是在65~75%間。

在本發明方法的一實施例，在熔融池的壁與後端間的距離的20~35%之間，該熔融物在表面的一部分從熔融池流出，流出的部分須為每一邊不多於2重量%，因此總共不多於4重量%。對應地，本發明的裝置在熔融池的相關位置有流出手段，這些流出手段位置熔融物位面高度且構成一溢流手段。度量設計使上述流出量能保持。因此特別是在開始階段能將有雜質的表面玻璃作析出(Aussonderung)。且可避免從表面嚴重地直接流出沿？區域方向通過。圖2(下文將更詳細說明)顯示表面流的主要影響。

在一實施例中，熔融池的二側壁在壁後方至少部段地形成一熱阱(Wärmesenke)。舉例而言，這點可藉相當區域中較差的絕緣而達成。並用於影響熔融物流，特別是配合上述之溢流手段的作用避免嚴重的從表面直接流出通過。

在本發明方法一實施例，玻璃熔融物從槽(Wanne，英：tank)流出到一設以適當耐火材料的通道形調節池。利用一加熱手段(宜設在其上方，且宜為一拱曲、平坦的火焰燃器加熱手段，(它可連續地在加熱和冷卻之間操作)，可依目標達到1400℃~1500℃間之出口溫度。此調節池可在第一部分的底區域設以上述SiCl₄-雙物料氣泡噴嘴，而在其他部分設以溢流手段及「底玻璃排出手段」，有一(管式)調節器(Konditionierer)(它可接在後方)可由一直接電熱的鉑/銠管系統構成，以調整所需之封唇(Lipblock)溫度。

在本發明方法一實施例，在熔融池中SiCl₄和O₂噴入熔融物中，特別是在熱點區域之前或之中。氣體也可另外在調節池中噴入。對應地，本發明的裝置可在熔融池及/或調節池中有SiCl₄-氣體噴嘴及O₂-氣體噴嘴它們宜為雙物料噴嘴。由這些氣體在熔融物中形成SiO₂及Cl₂氣體，Cl₂的氣泡上升並形成部分壓力阱，以將熔融物中溶解的氣體降壓，這點造成熔融物除氣，且有助除熔渣。此外，熔融物的水含量是藉著矽上的OH基團用CI取代將減少，這點使得在貴金屬表面均化時，二次氣泡形成情事明顯減少。

(1)‧‧‧(本發明的製造玻璃的)裝置

(2)‧‧‧熔融池

(3)‧‧‧前區域

(4)‧‧‧中間區域

(5)‧‧‧壁

(6)‧‧‧狗屋

(7)‧‧‧通道

(8)‧‧‧上升區域

(9)‧‧‧調節池

(10)‧‧‧溢流手段

(11)‧‧‧過渡區[上升區域(8)過渡到調節池(9)]

(12)‧‧‧噴嘴

(13)‧‧‧拱起

(14)‧‧‧燃燒器

(15)‧‧‧分隔壁

(16)‧‧‧溢流手段

(17)‧‧‧底排出手段

(18)‧‧‧均化裝置的檢出端

(19)‧‧‧起始電極

圖1係由本發明製的玻璃的所測量之粘度走勢和先前技的玻璃在1200℃和1550℃的溫度範圍的比較。

圖2a及2b係經本發明裝置的縱剖面圖，可見到玻璃熔融物的液流。

圖3係經一本發明裝置之一調節池的剖面圖。

[實施例1]

將某一量之適當起始材料在本發明方法的範圍中在一玻璃爐一中熔融、均化、除熔渣並放流，以得到以下組成的玻璃53.8重量% Sio₂ 21.9重量% AlO₃ 5.7重量% MgO 14重量% Na₂O 1.9重量% K₂O 2.2重量% ZrO₂ 0.4重量% SnO₂ 0.1重量% CeO₂

製造作業在本發明的裝置(1)達成(見圖2b)，此裝置(1)有一熔融池(2)，它分成一前區域(3)及一在壁(5)後方的區域(4)。壁位在池的長度70%處。該裝置係一50噸/每天的設備。池上方有一拱起(圖未示)，具有十二個Oxyfuel燃燒器。在熔融池30%長度處。在拱起或上爐處的面側有廢空氣通道。廢氣經此通道由上爐抽出，壁方有圖中不詳示的SiCl₄氣體和O₂氣體的噴嘴，在池前側，設有「狗屋」(Doghouse)以供應該量。在出口側，熔融池接到一通道(7)(Durchlass)。此通過部包含一上升區域(8)它開口到調節池(3)。圖2b的裝置與圖2a裝置不同處在該區域「壁通道」(4)的長度30%處在壁後兩側有二個溢流手段(10)。另外，熔融池在圖2b的裝置在壁後的區域的絕緣比其他部分差，因此沿壁方向的橫向對流作用密集化。

調節池(9)的構造在圖3中詳示，它接到上升區域(8)，在入口區域有一底排出手段(17)，從上升區域(8)過渡到調節池(9)的過渡區此圖中用圖號(11)表示，在調節池前半，設有數個SiCl₄氣體和O₂氣體的噴嘴(12)，沿方向分佈，其距離少於40cm，圖號(19)表示起始電極，舉例而言，它可在起始操作或低負載操作時使用，在熔融池上方，有具有燃燒器(14)的拱起(13)及一分隔壁(15)，在調節池(9)末端，有一溢流手段(16)及一排出開口(17)，以將熔融物的部分作析出(Aussonderung)。圖號(18)表示均化裝置的檢出端。熔融池係狹長，其中橫截面向上變寬。

該SiCl₄氣體和O₂氣體之噴嘴(它們位在熔融池和調節池中)係雙物料噴嘴，由不銹鋼製成，具有水冷卻手段。

當然此設備在數方面也建構成不同，只要滿足申請專利範圍要件即可。

在一此種裝置中，將適合量從「狗屋」(6)送入熔融池。燃燒器操作之平均燃燒負荷在400~500仟瓦/每燃燒器，功率比例最大/最小為3-4，如此可防止燃燒器熄火，以確保縱向溫度分佈曲線。在熱點區域中熔融物的溫度調到最大1660℃，當然，本發明不限於這種數值。

廢氣經廢氣通道在熔融池長度30%導離，利用這種位置方式，在放入區域和熱點區域間的廢氣熱傳送可脫鈎。這點使熔入部中的燃燒器加熱有更大的自由度。

各有少於20%熔融物經溢流手段(10)析出(aussondern)。此外，利用該側壁之當作熱阱的部段，有利於玻璃向側面流動，此措施使含雜質及泡沫的表面玻璃離，並減弱在從熔融物表面直接流入調節區域的作用。根據數學模型方法，使用GFM模型(Glass Service Vsetin/CZ)可將對於除溶渣區域長度20~35%從後壁緣流出之最佳距離範圍測定此模擬，假設壁在池長度70%處。圖2a及2b中，顯示這種模型方式的結果，此資訊利用追踪物(Tracer)得到。顯然，在圖2b中利用追踪物濃度可看出從熔融物表面直接流到通道的情形減弱。

將SiCl₄氣體和O₂氣體噴入，在熔融池的熱點區域及在調節池中，氣泡頻率利用噴嘴2相關調整限制在5~30毫米間。

在本發明的裝置及本發明的方法省卻了精煉器，在均化作業後，直接鑄成一玻璃塊並作細冷卻。

[實施例2]

將一適當量的起始物質配合實施例1中所述在一玻璃爐中熔融、均化、除熔渣，及放流，以得到具以下組成的玻璃2：53.8重量% Sio₂ 22.9重量% Al₂O₃ 4.7重量% MgO 14重量% Na₂O 1.9重量% K₂O 2.2重量% ZrO₂ 0.4重量% SnO₂ 0.1重量% CeO₂

相較於玻璃1，在玻璃2中Al₂O₃成分離31重量%，MgO的成分低31重量%。

以下表1包含玻璃1.2的所測性質，及廠商之商標玻璃”Gorilla”的相關性質，舉例而言，它用於做i-phone手機之顯示器的蓋玻璃。

在熔融及加工範圍中，玻璃1,2的粘度固定點相較於Gorilla玻璃，係位在低得多的溫度，最佳之除熔渣範圍在粘度log η=1~2。玻璃1達到粘度log η=1時的溫度比Gorilla玻璃低115K。對log η=2，溫度差110K，在玻璃2，此值比在Gorilla玻璃低50K(log η=1及2)。因此在玻璃1,2的log η=1在小於1700℃達到，在玻璃1甚至低於1650℃，因此一般平均除熔渣溫度比起對照組玻璃在10~100Pa.s粘度範圍低了50~100K。

在圖1中顯示玻璃1,2之測量之粘度去熱和Gorilla玻璃以及Schott AG公司的商標玻璃Xensation比較，後者用於智慧型手機的顯示器的蓋玻璃，所示溫度範圍在1200℃~1550℃間，如圖所示，玻璃1.2的粘度在整個溫度範圍都小得多。

因此在製造時，本發明方法所用之溫度可保留總括言之，熔融物溫度降低。而「比熔融功率」及產率超高，這點使能量節省，且耐火材料負荷減少，同時，儘管不用精煉器，也能達高品質。

Claims

一種製造玻璃的方法，該玻璃具有：SiO₂ 47.5~55重量%，Al₂O₃ 21~27.5重量%，Na₂O 12~16重量%，其中，莫耳比例Al₂O₃：Na₂O為0.9：1到1.2：1間，其中在該熔融池中玻璃熔融物的最大溫度在1700℃以下，其中該方法的程序在該熔融池後方不需附加的精煉步驟。
如申請專利範圍第1項之方法，其中：在熔融池中玻璃熔融物的最大溫度在1680℃以下。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該玻璃含有SiO₂ 50~55重量%，及/或該玻璃含有Al₂O₃ 21~25重量%，及/或該玻璃含有Na₂O 13~16重量%。
如申請專利範圍第3項之方法，其中：SiO₂含量為53~55重量%。
如申請專利範圍第3項之方法，其中：Al₂O₃含量為21.5~23.5重量%。
如申請專利範圍第3項之方法，其中：Na₂O含量為13.8~15.6重量%。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該莫耳比例SiO₂：Al₂O₃在2.5：1到4.8：1間，且/或該莫耳比例Al₂O₃：Na₂O在0.94：1及1.1：1之間。
如申請專利範圍第7項之方法，其中：莫耳比例SiO₂：Al₂O₃在3.52：1到4.5：1之間。
如申請專利範圍第8項之方法，其中；莫耳比例SiO₂：Al₂O₃在3.9：1到4.2：1之間。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該玻璃含有K₂O 1.5~2.5重量%，及/或該玻璃含有最多1.5重量%的Li₂O。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該玻璃不含CaO；及/或該玻璃含有MgO 4~10重量%，及/或該玻璃含有SnO₂>0到1重量%之間，及/或該玻璃含有CeO₂>0到0.6重量%之間，及/或該玻璃含有>0到1重量%F；及/或ZrO₂ 1.8~3.5重量%，及/或該玻璃含有0.2~3.5重量%的ZnO。
如申請專利範圍第11項之方法，其中：MgO含量為4~8重量%。
如申請專利範圍第12項之方法，其中：MgO含量為4.5~6重量%。
如申請專利範圍第11項之方法，其中：SnO₂含量為0.3~0.5重量%。
如申請專利範圍第11項之方法，其中：CeO₂含量為>0到0.2重量%。
如申請專利範圍第11項之方法，其中：ZrO₂含量為2~2.5重量%。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：在該熔融池後，玻璃熔融物送到一調節區域，並冷卻到1500℃以下，在該調節區域下游均質化，並在更進一步的調節級的下游冷卻到封唇溫度。
如申請專利範圍第17項的方法，其中：該玻璃熔融物送到該調節區域的一調節池。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該玻璃熔融物在該熔融池中用燃燒器由上方加熱，且廢氣在玻璃熔融物上方在該熔融池總長度約20%~35%間之處導離。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：該熔融池有一壁，且在該壁與該熔融池之間的距離2~25%間之處兩側將熔融物的在表面的那一分從熔融池取出。
如申請專利範圍第1或第2項的方法，其中：在該熔融池中或在該調節池中將SiCl₄及O₂噴入到該玻璃熔融物中。
一種用於實施前述申請專利範圍第1~第21項中任一項的方法的裝置，具有一熔融池，其特徵在：該裝置不具精煉器，且該裝置有一設在該熔融池後方的調節區域，一設在該調節區域下游的均質化部分，及另一設在下游的調節器。
如申請專利範圍第22項之裝置，其中：該調節區域有一調節池。
如申請專利範圍第22項之裝置，其中：在該熔融池上方設有一具燃燒的燃燒室，且該燃燒室中設有吸離子段，位在熔融池總長度20%~35%處，以將熱氣體從燃燒室抽離。
如申請專利範圍第22或第23項之裝置，其中：該熔融池有一壁，且在壁和熔融池後端間的距離20~35%處兩側有流出手段，該流出手段的尺寸設計及設置方式使該表面上的熔融物部分可流掉。
如申請專利範圍第22或第23項之裝置，其中：在該熔融池中及/或該調節池中設有O₂氣體噴嘴及SiCl₄氣體噴嘴。
如申請專利範圍第24項之裝置，其中：該噴嘴為雙物料噴嘴。