TWI624440B - 純化熔融玻璃的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本文揭示用於淨化(fining)熔融玻璃之方法及裝置，該方法及裝置增強玻璃之均勻性、避免在淨化製程期間釋放成氣泡之氧之腐蝕作用引起的淨化容器之物理結構的腐蝕且溶解及分散耐火材料，該耐火材料在熔化製程期間可能已浸入熔融玻璃中。在淨化製程期間，在垂直方向上導引熔融玻璃，同時熔融玻璃經攪動及加熱至一溫度以形成氧氣泡以收集在製造熔融玻璃期間產生之氣體。接著在非垂直方向上導引熔融玻璃流，以允許具有收集之氣體之氧氣泡經由玻璃自由表面(glass free surface)逸入玻璃自由表面上方之大氣中。玻璃自由表面及上方之大氣自熔融玻璃之垂直流上方延伸至淨化容器之出口。

Description

純化熔融玻璃的方法及裝置 【相關申請案之交叉引用】

本申請案根據專利法主張2013年1月24日申請之美國臨時申請案第61/756186號之優先權權益，本文依賴該案之內容且該案之內容全文以引用之方式併入本文中。

本揭示案大體上係關於用於製造玻璃之方法及裝置，且更特定言之，係關於用於改良熔融玻璃純化(refining)步驟中之玻璃品質的方法及裝置，該方法生產可用於各種產品之玻璃。

藉由在熔化爐中熔化所選之原材料(批料)來製造玻璃產生黏性熔融材料(在下文中稱為熔融玻璃)，該材料隨後經成形及冷卻成玻璃製品。然而，熔化製程亦產生不需要之副產物，若不自熔融玻璃移除該等副產物，則該等副產物可經歷玻璃製造製程且作為可視缺陷出現於成品中。在氣態副產物的情況下，該等缺陷不同地稱為晶粒、氣泡或氣態夾雜物。此外，熔融玻璃中之化學不均勻性可導致某些其他 可視缺陷，通常稱作擦痕、條紋或索狀凸紋。對於光學品質玻璃(詳言之，諸如意在用於光學透鏡或用於平板顯示器(例如，液晶顯示器)之基板的玻璃)而言，如同擦痕、索狀凸紋及晶粒之缺陷為不可接受之缺陷，該等缺陷可顯著影響最終製品實現企求目的之適合性。因此，需要在玻璃製品到達其最終形態之前移除該等缺陷或防止形成該等缺陷。

熔化批料以生產熔融玻璃之方法產生各種氣態副產物。該等氣態副產物可溶解在玻璃本身中或可作為氣泡分散在玻璃內。該等氣體可包括(例如且不限於)CO₂及SO₂。用於移除該等熔化相關之缺陷之一個方法為在初始熔化製程期間添加淨化劑，諸如，砷、銻、錫、鈰或硼之氧化物。例如，淨化劑可添加至提供至熔化爐之批料。製造製程中之稍後步驟中之熔融玻璃經加熱至充分大於初始熔化溫度之預定溫度，以誘導淨化劑經由改變原子價態產生氧氣泡。換言之，淨化劑經減少且放出過剩氧氣。另外，較高溫度降低熔融玻璃之黏度，從而使得氧氣泡更容易向上流動穿過熔融玻璃。當氧氣泡向上移動穿過熔融玻璃時，熔化產生之氣體擴散至氧氣泡中，且經輸送至熔融玻璃之自由表面(free surface)，其中氣體經釋放至自由表面上方之大氣。

某些玻璃製造製程使用用於將熔融玻璃遞送至後續成形裝置之貴金屬遞送系統。此情況特別適用於意在用於需要高光學透明度之光學應用或其他精密應用的高純度玻璃。與形成氧氣泡相關聯之問題為：若該等氣泡與由貴金屬或貴 金屬合金形成之某些玻璃處理及純化容器之內部表面接觸任何可感知時間段，則容器之內部表面可受腐蝕。該腐蝕(若未經抑制)可削弱容器壁且最終導致容器裂口。因此，熔融玻璃通常經受純化(refining)(或更常簡稱為「淨化(fining)」)，其中自熔融玻璃移除氣態夾雜物(氣泡)。

此外，亦需要均勻化熔融玻璃以移除條紋及索狀凸紋及防止累積停滯玻璃，該累積由熔融玻璃不均勻流過製造製程引起。通常，在淨化製程之後，但在熔融玻璃冷卻至熔融玻璃之黏度使得熔融玻璃難以冷卻之溫度之前，熔融玻璃經攪動或混合。然而，由於熔融玻璃已在淨化製程後經歷冷卻，該等習知製程的有效程度有限。

另一問題係關於含在熔化爐內之熔融玻璃之高溫及腐蝕性，該高溫及腐蝕性可導致熔化爐在熔融玻璃形成於熔化爐中時緩慢溶解於熔融玻璃中。例如，氧化鋯(zirconium oxide)(下文中稱為氧化鋯(zirconia))為可用於構造熔化爐之一種此類陶瓷材料。包含熔化爐之氧化鋯可在形成熔融玻璃期間溶解於熔融玻璃中，且可維持於玻璃中至製程結束，從而維持為最終玻璃產品的成分。若氧化鋯以低濃度均勻分散及溶解於熔融玻璃中，則不會造成顯著問題或影響最終產品。然而，若氧化鋯不均勻地混合至熔融玻璃且有效溶解在熔融玻璃中，且大量氧化鋯存在於離散位置，則氧化鋯可在熔融玻璃冷卻時自溶液結晶且在最終產品中形成可視缺陷。因此，不允許在均勻化之前發生結晶，因為在均勻化期間發生之混合步驟對移除已形成之晶體作用不大。根據本揭 示案之實施例，早期在玻璃製造製程中、接近熔化步驟、在玻璃冷卻至一溫度(在該溫度下，熔融玻璃之黏度有害影響混合效率及允許在玻璃中形成結晶組分)以下之前均勻化熔融玻璃。

因此，揭示在玻璃製造製程中淨化熔融玻璃的方法，該方法包含以下步驟：經由第一金屬導管使熔融玻璃自熔化爐流動至金屬淨化容器，該第一金屬導管定位在淨化容器與熔化爐之間，淨化容器包含第一部分及第二部分；使熔融玻璃在向上垂直方向上流過淨化容器之第一部分；當熔融玻璃在向上垂直方向上流動時，攪動熔融玻璃；當熔融玻璃在向上垂直方向上流動時，增加熔融玻璃之溫度；在淨化容器之第二部分中使熔融玻璃流自向上垂直方向重定向至非垂直方向；且其中淨化容器之第一部分及第二部分中之熔融玻璃包含連續自由玻璃表面，該表面為與玻璃自由表面上方之大氣之介面，以允許熔融玻璃中的氣泡逸入大氣中。

在一些實施例中，非垂直方向為水平方向。

攪動步驟可包含以下步驟：用旋轉部件主動混合熔融玻璃。在某些情況下，攪動步驟對熔融玻璃提供向上抽吸作用。

增加熔融玻璃之溫度的步驟包含以下步驟：使電流流過第一部分之壁(亦即，在壁之內流動)。

方法可進一步包含以下步驟：經由第二金屬導管使熔融玻璃自淨化容器流動至定位於淨化容器下游之攪拌容器，該第二金屬導管定位在淨化容器與攪拌容器之間，其中 在第二金屬導管內流動之熔融玻璃不具有自由玻璃表面；及在攪拌容器中攪拌熔融玻璃。

在另一實施例中，描述一種玻璃處理裝置，該玻璃處理裝置包含：熔化爐，該熔化爐由耐火材料形成且經配置以熔化批料以形成熔融玻璃；金屬淨化容器，該金屬淨化容器包含具有垂直縱軸之第一部分及連接至該第一部分之具有非垂直縱軸之第二部分；第一金屬導管，該第一金屬導管在熔化爐與淨化容器之第一部分之間延伸，以使得熔融玻璃經由第一金屬導管自熔化爐流動至淨化容器；攪拌容器，該攪拌容器定位於淨化容器下游；第二金屬導管，該第二金屬導管在淨化容器與攪拌容器之間延伸，以使得熔融玻璃經由第二金屬導管自淨化容器流動至攪拌容器；攪動部件，該攪動部件定位於第一部分中，經配置以在熔融玻璃向上流過第一部分時攪動熔融玻璃；及電極，該電極附接至第一部分，經配置以允許電流流過第一部分之壁。在一些實施例中，第二部分之縱軸可與第一部分之縱軸正交。

攪動部件可包含可旋轉攪拌器。可旋轉攪拌器可包含(例如)攪動元件，該攪動元件耦接至軸且自軸向外延伸，且其中第一部分之底板與延伸部件上之最高點之間的距離大於第一部分之底板與第二部分之壁之內部表面上的最低點之間的距離。攪動部件可經配置以向熔融玻璃提供向上抽吸作用。

在一些實施例中，第一導管之縱軸與第一部分之縱軸正交。

在另一實施例中，揭示一種用於淨化熔融玻璃之淨化容器，該淨化容器包含具有第一縱軸之第一部分及具有第二縱軸之第二部分，其中第一縱軸係垂直的，且第二縱軸係非垂直的；攪動部件，該攪動部件定位在第一部分內；至少一個排氣通路，該至少一個排氣通路延伸穿過第二部分之壁，以使得第二部分之內部體積與第二部分外之大氣流體連通；及電極，該電極附接至第一部分，經配置以允許電流流過第一部分之壁。攪動部件可包含可旋轉攪拌器。在一些實施例中，攪動部件經配置以在旋轉可旋轉攪拌器時向熔融玻璃提供向上抽吸作用。

可旋轉攪拌器可包含攪動元件，該攪動元件耦接至軸且自軸向外延伸，且其中第一部分之底板與攪動元件上之最高點之間的距離大於第一部分之底板與第二部分之壁之內部表面上的最低點之間的距離。

在操作期間，電極可放置為與電源電接觸。淨化容器之第一部分及第二部分可包含鉑，且在一些實施例中，第二部分之末端與第一部分之壁相交。

淨化容器之第一縱軸可與第二縱軸正交。

將在隨後的詳細描述中闡述額外特徵及優點，且對熟習此項技術者而言，額外的特徵及優點將部分地自描述中顯而易見或藉由實踐書面描述中所述之實施例及其申請專利範圍以及隨附圖式來認識到。應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者僅為示例性的且意在提供概述或框架以理解申請專利範圍之性質與特性。

包括隨附圖式以提供進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式圖示一或多個實施例，並與描述一起用以解釋各種實施例之原理及操作。

10‧‧‧玻璃製造裝置

12‧‧‧熔化爐

14‧‧‧淨化容器

16‧‧‧連接管

18‧‧‧攪拌腔

20‧‧‧連接管

22‧‧‧收集容器

24‧‧‧連接管

26‧‧‧下水管

28‧‧‧入口

30‧‧‧成形主體

32‧‧‧凹槽

34‧‧‧外部漸縮成形表面

36‧‧‧根部

38‧‧‧熔融玻璃

40‧‧‧玻璃帶

42‧‧‧拉輥

44‧‧‧箭頭

46‧‧‧上升管

48‧‧‧通道

50‧‧‧淨化容器入口

52‧‧‧上升管出口

53‧‧‧粗箭頭

54‧‧‧淨化容器出口

57‧‧‧縱軸

58‧‧‧縱軸

59‧‧‧縱軸

60‧‧‧縱軸

62‧‧‧連續自由玻璃表面

64‧‧‧大氣

66‧‧‧電極

68‧‧‧移動部件

70‧‧‧可旋轉軸

72‧‧‧攪動元件

74‧‧‧底板

76‧‧‧最高點

78‧‧‧最低點

80‧‧‧靜止部件

81‧‧‧壁

84‧‧‧通風管

86‧‧‧蓋子

88‧‧‧間隙

90‧‧‧管道

92‧‧‧攪拌容器

94‧‧‧攪拌器

96‧‧‧軸

98‧‧‧攪拌元件

100‧‧‧第二自由玻璃表面

102‧‧‧第二大氣

d₁‧‧‧距離

d₂‧‧‧距離

d₃‧‧‧距離

第1圖為併入本文中描述之淨化容器之示例性玻璃製造裝置的主要功能零件的示意圖；第2圖為根據本揭示案之實施例之示例性成形主體的橫截面視圖；第3圖為根據本揭示案之實施例之淨化容器的透視圖；第4圖為根據本揭示案之實施例之淨化容器的示意圖；第5圖為根據本文中描述之實施例之包含淨化容器的移動部件之一部分的透視圖；第6圖為根據本文中描述之實施例之包含淨化容器的另一移動部件之一部分的透視圖；第7圖為根據本文中描述之實施例且包含靜止攪動部件之淨化容器的示意圖。

提供實例以參看隨附圖式來更詳細描述本發明之實施例。在可能的情況下，在圖式中使用相同元件符號指示相同或相似零件。提供之實例及實施例闡述本發明之概念，但不應理解為本發明限於本文中提供之實施例。

第1圖為示例性玻璃製造裝置10之示意圖。玻璃製 造裝置10可用於例如製造用於平板顯示器(諸如，液晶顯示器(LCD)或有機發光二極體(OLED)顯示器)之玻璃基板。玻璃製造裝置10包括熔化爐12、淨化容器14、連接管16、攪拌腔18、連接管20、收集容器22、連接管24、下水管26、入口28及成形主體30，該連接管16為在熔化爐12與淨化容器14之間提供流體連通之導管，且熔融玻璃經由該連接管16在熔化爐與淨化容器之間流動；該連接管20為在淨化容器14與攪拌腔18之間提供流體連通之導管，且熔融玻璃經由該連接管20在淨化容器14與攪拌腔18之間流動；該連接管24為在攪拌腔18與收集容器22之間提供流體連通之導管，且熔融玻璃經由該連接管24在攪拌腔與收集容器22之間流動。

根據一些實施例，成形主體30為楔形主體，該主體包含：凹槽32，該凹槽32在該主體之上表面中；及外部漸縮成形表面34，該等表面34沿線(沿成形主體之底部長度延伸的根部36)在漸縮成形表面之下頂點處會合。來自收集容器22之熔融玻璃38供應至凹槽32，其中熔融玻璃38溢出凹槽且單獨在漸縮成形表面34之上流動。第2圖中圖示成形主體之橫截面視圖。單獨熔融玻璃流在根部36處結合(亦即，融合)，從而形成自黏性液體冷卻為彈性固體之單一連續熔融玻璃流，亦即，玻璃帶40。拉輥42定位於成形主體30下方，且與玻璃帶40之邊緣部分嚙合以幫助自成形主體根部拉動固化之玻璃帶。分離裝置(未圖示)隨後自玻璃帶切割各個玻璃片。雖然前述實例描述融合拉製機構作為整體玻璃製造裝置10之一部分，但狹槽拉製機構或類似機構可用於替代融合 拉製機構作為成形裝置。

熔化爐12及成形主體30通常由抗熱耐火材料(諸如陶瓷材料)構造，該材料能夠經受將安置於熔化爐12中(箭頭44)之組成原料(批料)熔化成熔融玻璃38及將熔融玻璃成形為玻璃製品(諸如，玻璃帶40)所需之溫度。形成熔融玻璃所必需之溫度可在小於1300℃至高於1550℃之間變化，且該溫度取決於待生產之玻璃之類型及必需的原材料。舉例而言，在玻璃為鋁硼矽酸鹽玻璃(諸如可用於某些顯示玻璃應用)的情況下，最終熔化溫度之範圍可為1550℃至1570℃。其他玻璃類型可具有類似或不同之熔化溫度。用於熔化爐中之適合耐火材料之實例包括鋯及/或鋁之氧化物。

在淨化製程期間，熔融玻璃通常經加熱至高於熔化爐內之熔融玻璃之溫度的溫度。舉例而言，對於具有約1550℃之熔化溫度之鋁硼矽酸鹽玻璃，適合之淨化溫度可等於或大於約1600℃，更通常的範圍為自約1600℃至約1650℃，且在一些實施例中，在約1600℃與約1700℃之間。當熔融玻璃之溫度增加時，含在熔融玻璃內之一或多種淨化劑減少，此時，一或多種淨化劑將氧釋放為氣泡。適合之淨化劑包括(但不限於)砷、銻、錫、鈰及鐵之氧化物。然而，某些淨化劑(諸如氧化砷及氧化銻)毒性很大。因此，可選擇毒性較低的淨化劑，諸如，錫之氧化物。

隨著氧氣泡由淨化劑產生，氧氣泡之浮力使得氣泡自熔融玻璃上升至玻璃自由表面，此時，氣泡將內含之氣體釋放至自由玻璃表面上方之大氣中。該等氣泡用作用於由熔 化製程產生之氣體(例如，CO₂及SO₂)的收集點，此時，熔化產生之氣體(以額外氣泡或溶解氣體之形式)在氧氣泡內累積，從而增加氣泡之大小及浮力且促進該等氣泡上升至玻璃自由表面。氣泡在玻璃自由表面處破裂且將封閉氣體釋放至玻璃自由表面上方之大氣中。釋放之氣體接著自淨化容器排出。

應注意，自熔化爐流動之熔融玻璃不為均勻的。除上述熔化產生之氣體的存在之外，自熔化爐流動之熔融玻璃包含各種熱(例如，黏度)不均勻性及化學不均勻性，不均勻性之存在可引起由玻璃製造裝置10產生之最終玻璃產品的可視人為缺陷。另外，各點處之熔融玻璃流在流動之熔融玻璃流之橫截面中可改變。流動之該變化可形成滯留熔融玻璃區域，其中熔融玻璃之區域以比熔融玻璃之其他區域顯著更慢之速度流動，或在最壞情況下，完全不流動。由於滯留，熔融玻璃之該等區域亦可具有不同於一般熔融玻璃流之熱補給及/或化學補給。然而，熔融玻璃之該等滯留區域可意外地被拉成一般熔融玻璃流，從而產生具有熱不均勻性及/或化學不均勻性之熔融玻璃區域。另外，包含熔化爐之耐火材料(例如，氧化鋯或氧化鋁)隨時間緩慢溶解至熔融玻璃中。若鋯未充分溶解且均勻分散於熔融玻璃中，則鋯可在熔融玻璃中結晶且影響最終玻璃製品之品質及組成。在一些情況下，最終玻璃製品可能無法用於預期之特定目的。因此，熔融玻璃應在製造製程期間完全均勻化。

淨化容器14、攪拌腔18、收集容器22、下水管26 及其他相關聯之熔融玻璃輸送導管及容器(例如，連接管16、連接管20、連接管24及入口28)可由貴金屬或貴金屬合金形成。該等貴金屬通常係選自鉑族金屬，包括釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑及以上各者之合金。舉例而言，貴金屬可為純鉑或鉑與一或多種其他貴金屬(諸如，銠或銥)之合金。適合貴金屬合金可包括鉑銠合金，該鉑銠合金包含以重量計範圍為約80%至約90%之鉑及範圍為約10%至約20%之銠。在一些實施例中，淨化容器14與連接管16及連接管20可為具有圓形橫截面之管。用於至少一部分淨化容器14之圓形橫截面形狀方便使用安置在淨化容器14內之旋轉部件。然而，連接管及淨化容器或連接管及淨化容器之部分可具有其他橫截面形狀，諸如橢圓形或長圓形，其中橫截面係垂直於容器或連接管之縱軸截取。可使用非圓形形狀，例如，在採用被動混合時。

現參看第1圖、第3圖及第4圖，淨化容器14包含與連接管16直接接觸之第一部分(上升管46)，及第二部分(通道48)。上升管46可在淨化容器入口50與上升管出口52之間垂直延伸。上升管出口52亦用作至通道48之入口。通道48向外延伸遠離上升管46，且提供在上升管出口52與淨化容器出口54之間的流動路徑供熔融玻璃流動穿過通道48。在某些實施例中，通道48之末端在上升管出口52處與上升管46之壁相交。在一些實施例中，上升管46具有縱軸57，該縱軸57係垂直的。在一些實施例中，通道48具有縱軸59，該縱軸59係水平的。在某些情況下，上升管46及通 道48實質上可彼此正交，亦即縱軸57與縱軸59之間的角為90°±5°。在其他實施例中，上升管46可為垂直的，且通道48可為水平的。因此，在玻璃製造裝置10之操作期間，在熔化爐12中形成之熔融玻璃38在淨化容器入口50處流經連接管16進入淨化容器14中。熔融玻璃流在第4圖中由粗箭頭53指示。熔融玻璃接著向上流動穿過上升管46、自上升管出口52流出及穿過通道48至淨化容器14之出口56進入連接管20中。在一些實施例中，連接管16之縱軸58平行於連接管20之縱軸60(參見第4圖)，但不一定如此。

由於熔融玻璃38向上流動穿過上升管46且接著沿通道48流動，故熔融玻璃在上升管46及通道48兩者內形成連續自由玻璃表面62。如本文中所使用，自由玻璃表面為熔融玻璃在淨化容器14內流動之表面，該表面曝露至安置於流動之熔融玻璃上方之體積內的大氣64，且該體積由淨化容器之壁封閉。自由玻璃表面62為大氣64與熔融玻璃38之間的介面。應注意，當熔融玻璃流動穿過連接管16及連接管20時，在玻璃製造裝置10之操作期間，連接管16及連接管20均不具有自由玻璃表面。

在淨化容器入口50處自連接管16進入淨化容器14之熔融玻璃38隨後可隨著熔融玻璃向上流動穿過上升管而在上升管46內經加熱。舉例而言，上升管46內之熔融玻璃可由定位於上升管46之外表面上或周圍之電阻加熱元件(未圖示)間接加熱，該等電阻加熱元件加熱上升管且因此加熱在上升管內流動之熔融玻璃。或者，上升管46可藉由使電流流 動穿過上升管本身而直接加熱，該電流藉由焦耳加熱直接加熱上升管。舉例而言，兩個或兩個以上電極66可附接至上升管46及/或通道48，以使得電流可自源(未圖示)供應至上升管及/或通道48。在第4圖之實施例中，四個電極附接至淨化容器14，包括附接至上升管46之兩個電極及附接至通道48之兩個電極。在另一實施例中，可移除附接至上升管46之最上部電極66，其中淨化容器可包括三個電極66。無論間接或直接加熱，加熱之上升管加熱在上升管內流動之熔融玻璃，以使得熔融玻璃可達到預定淨化溫度。

根據本文中揭示之實施例，亦可攪動向上流動穿過上升管46之熔融玻璃。例如，如第1圖中所示，熔融玻璃可由定位於上升管46內之移動部件68(例如，攪拌部件)主動攪動，該移動部件68混合且均勻化熔融玻璃。

由於上升管46內之移動部件68定位於玻璃製造製程中可發生熔融玻璃加熱且可產生氧氣泡用於淨化製程之位置處，故可放鬆對自由玻璃表面62之攪動的關注。亦即，在淨化容器下游之製程步驟期間，熔融玻璃可自淨化溫度顯著冷卻，且因此展示出較高黏度。隨著黏度增加，自熔融玻璃移除氣泡變得更佳困難。因此，相比該等下游製程步驟，大量選項可用於攪動上升管46內之熔融玻璃。

如第1圖、第3圖及第4圖中所示，移動部件68可包含可旋轉軸70及一或多個攪動元件72，該一或多個攪動元件72自軸向外延伸且耦接至軸。軸70自上升管46延伸且耦接至旋轉運動源，例如液壓馬達或電動馬達(未圖示)。該 旋轉運動源可直接或間接耦接至軸70。例如，軸70可直接耦接至馬達軸且與馬達軸共線，或軸70可經由驅動機構(例如，齒輪箱及/或鏈驅動)間接耦接至馬達軸。至少一個攪動元件可具有各種設計。

在一個實施例中，攪動元件72可包含自軸向外延伸之一或多個輪葉，輪葉經塑形以在熔融玻璃向上穿過上升管46時攪拌、循環或旋轉熔融玻璃。輪葉可為平面的、彎曲的或展示出實現預定混合效率所必需之更複雜之形狀。舉例而言，第1圖、第3圖及第4圖中所示之輪葉為平面的，其中輪葉之平面與軸70之縱軸平行。應注意，軸70之縱軸可與上升管46之縱軸57平行且與縱軸57位置重合。移動部件68可設計有輪葉，該等輪葉靠近上升管46之垂直壁移動以自上升管壁之表面清除氣泡及使氣泡進入熔融玻璃流之中心。

經由連接管16自熔化爐12至淨化容器入口50及在上升管46中向上及接著經由通道48流出上升管出口56的熔融玻璃流至少部分藉由熔化爐12中之熔融玻璃施加之壓力實現，熔化爐12中之熔融玻璃處於比淨化容器14中之熔融玻璃高的位準。然而，熔融玻璃之移動亦可藉由使用泵實現，以經由連接管16自熔化爐12移動熔融玻璃在上升管46中向上及穿過通道48。因此，除混合及均勻化熔融玻璃之外，至少一個攪動元件72亦可用以藉由主動促進熔融玻璃穿過上升管之向上移動來移動或「泵送」熔融玻璃。

在一些實施例中，軸及攪動元件可形成為螺桿，其中一或多個螺旋狀攪動元件72以適合扭轉速率朝向自由玻璃 表面螺旋上升軸。舉例而言，第5圖中圖示移動部件68之一部分，其中複數個螺旋狀攪動元件72耦接至軸70。或者，可使用單一螺旋狀攪動元件。在第6圖中所示之另一實施例中，攪動元件72可形成為推進器或風扇之葉片，該等葉片經定向以為熔融玻璃提供向上推力且向上移動熔融玻璃及氧氣泡至自由玻璃表面。在第6圖之實施例中，葉片之平面不與軸70之縱軸平行。

移動部件68之攪動元件72需要不完全浸沒於熔融玻璃38流內，如淨化容器14下游之混合操作所需。在下游混合操作中，延伸穿過自由玻璃表面之曝露之攪動元件可導致自由玻璃表面疊蓋，從而將處於自由玻璃表面上方之氣體截留到熔融玻璃中。如前所述，由於熔融玻璃隨著自淨化容器向下遊移動而冷卻，故淨化容器下游之熔融玻璃的較高黏度可使得難以移除截留之氣穴(captured pockets of gas)。

定位移動部件以使得至少一部分攪動元件處於或高於淨化容器14內之自由玻璃表面62可有利於遍及自由玻璃表面均勻地散開含在熔融玻璃內的氣泡，且因此為氣泡提供與熔融玻璃流之增加交互作用。如第4圖中所示，至少一部分最上部攪動元件72自自由玻璃表面62向上延伸距離d₁。移動部件68可包括可旋轉攪拌器，該攪拌器包含軸70及攪動元件72，該攪動元件72耦接至軸且自軸向外延伸，且其中移動部件定位於上升管46內，以使得淨化容器14之第一部分(上升管46)之底板74與攪動元件72上之最高點76之間的距離d₂大於上升管46之底板74與第二部分(通道48)之 壁81之內部表面上的最低點78之間的距離d₃。

如第7圖中所示，在某些其他實施例中，攪動上升管46內之熔融玻璃可藉由使熔融玻璃流過或流經定位於上升管46內之靜止部件80完成，其中靜止部件80被動重定向熔融玻璃流，從而促進攪動及混合熔融玻璃。舉例而言，靜止部件(例如，擋板)可耦接至上升管46之壁之內表面，且延伸至熔融玻璃流內，該熔融玻璃流經定向，以使得熔融玻璃38之另外實質上層流至少在擋板之最近處經重定向為非層流。靜止組件可界定延伸穿過靜止組件之通路以獲得更多湍流。應理解，用於導引上升管內之熔融玻璃之該等靜止組件可具有在無需不必地限制熔融玻璃流的情況下實現適當攪動可能所必需之各種配置。在一些實施例中，移動部件及靜止部件兩者可用於上升管46內。

移動部件68或靜止組件80可由如前所述之貴金屬或貴金屬合金(例如，鉑族金屬或鉑族金屬合金)形成，諸如，純鉑或鉑銠合金。

當諸如淨化容器14內之熔融玻璃具有或將很快處於熔融玻璃之最高溫度，且因此處於熔融玻璃之最低黏度時，在熔化爐12之短距離內攪動熔融玻璃亦可：1)消除熔融玻璃之不均勻流。未經攪動之熔融玻璃趨向於在流之中心處流動得更快，從而導致滯留玻璃沿流之周邊形成且影響玻璃之品質及稠度；2)消除化學不均勻性，該等化學不均勻性可導致可引起最終玻璃製品中之可視缺陷的擦痕、條紋或索狀凸紋；及3)將陶瓷材料(諸如，氧化鋯或氧化鋁)完全混 合至熔融玻璃中，從而防止該等材料結晶，該等陶瓷材料可能已在熔化製程期間溶解至玻璃中。

攪動及加熱上升管46中之熔融玻璃亦可幫助形成氧氣泡，且當上升管之壁為實質上垂直時，促進該等氧氣泡移動至自由玻璃表面62，而不導致上升管壁之顯著腐蝕。當含氧氣泡與淨化容器之金屬內部表面或玻璃製造裝置10之由貴金屬或貴金屬合金構造之其他結構接觸時，在任何長度的時間內，金屬表面可經受腐蝕。若未經抑制，該腐蝕可減弱結構且最終導致結構破裂。此為淨化容器之特殊相關考慮因素，由於最靠近熔化爐，淨化容器最可能具有分散於熔融玻璃內之氣泡的最高累積。藉由實質上垂直地定向上升管46，向上上升穿過上升管46之氣泡直接向上移動至自由玻璃表面62，而不維持與上升管之表面接觸適當時間。亦即，含在熔融玻璃佔用之上升管46內之氣泡上升穿過上升管，且氣泡經由自由玻璃表面釋放至上升管內之大氣64中及不停留於上升管之貴金屬表面上。當熔融玻璃沿通道48行進時，由於自由玻璃表面62延伸貫穿通道48之長度且與上升管46內之自由玻璃表面相延續，情況亦如此。因此，由於在熔融玻璃穿過淨化容器14之整個時間週期期間，熔融玻璃包含自由玻璃表面，該自由玻璃表面自上升管46之上部分延伸且沿通道48延伸至淨化容器14的出口54，故氣泡將穿過自由玻璃表面62進入淨化容器內之大氣64中。

為消除經由自由玻璃表面62離開熔融玻璃且進入大氣64之氣體，大氣64可經由通風管84排出至淨化容器14 外部之大氣。可提供通風管84，該通風管84延伸穿過淨化容器之壁(例如，壁81)且在含在淨化容器內之大氣64與淨化容器外部之大氣之間形成穿過淨化容器壁之通路。若需要，通風管84可連接至污染消除系統(未圖示)。在其他實施例中，通風管84可耦接至真空源以自大氣64主動抽出氣體。

通風管84可(例如)提供為靠近淨化容器14之下游末端，諸如，靠近淨化容器出口54(例如，通道48上)。可提供額外通風管。在一些實施例中，軸70向上延伸穿過定位於上升管46頂部處之蓋子86。蓋子86可由例如絕熱耐火材料(諸如，氧化鋁)形成。蓋子86界定通路，軸70延伸穿過該通路，且通路形成軸70與蓋子86之間的間隙88。間隙88可用作用於淨化容器大氣64內之氣體的額外排氣路徑。在一些實施例中，淨化容器14亦可具備用於將調節氣體添加至大氣64的通路。例如，第4圖圖示管道90，該管道90耦接至蓋子86且穿過蓋子86延伸至淨化容器14(例如，上升管46)內之大氣64，以使得一或多種調節氣體可添加至大氣64。在一些情況下，調節氣體可為惰性氣體，諸如，氦、氬或其他惰性氣體及以上各者之組合。

在一些實施例中，通道48之長度由所有或實質上所有氣泡隨著熔融玻璃沿通道48流動經由自由玻璃表面62逸出所用之時間決定。氣泡上升穿過熔融玻璃之速度、熔融玻璃38之深度及熔融玻璃向下流過通道48時之流速或平均速度為可決定氣泡到達及經由自由玻璃表面62逸出需要的時間且因此幫助決定通道48之最小長度的因素。

氣泡上升穿過熔融玻璃之速度取決於氣泡與熔融玻璃38之間的密度差、氣泡之最小半徑(氣泡越小，移動越慢)及熔融玻璃之黏度。基於史托克斯定律之以下或類似等式可用於計算氣泡穿過熔融玻璃的速度： 其中ν_B為氣泡上升穿過熔融玻璃的速度，η為熔融玻璃之動態黏度，g為重力常數，a為氣泡之半徑，ρ'為氣泡之密度且ρ為熔融玻璃之密度。

因此，為決定用於具有大於預定最小半徑之半徑的實質上所有氣泡經由自由玻璃表面逸出之通道48所需的最小長度x_C，首先使用以上或類似等式決定ν_B。接著，使用以下速度等式決定氣泡自通道48之底部移動至玻璃自由表面所需之時間t_B：t_B=x_H/ν_B，其中x_H為自通道48之底部至玻璃自由表面的距離。接著，用該等式之另一變體計算通道48所需之最小長度：x_C=ν_G t_B，其中ν_G為通道48中之熔融玻璃的平均流速。此等式情況假設通道48中之熔融玻璃具有穩態流速，其中壓力無顯著改變，且假設通道之配置實質上均勻。

當熔融玻璃在淨化容器出口54處離開淨化容器14時，熔融玻璃流動穿過連接管20至下游攪拌腔18，其中可發生熔融玻璃38之額外均勻化。攪拌腔18包含攪拌容器92及旋轉安裝於攪拌容器92中之攪拌器94。攪拌器94可包含軸96及耦接至軸96之複數個攪拌元件98(例如，輪葉或葉片)，該等複數個攪拌元件98混合及均勻化熔融玻璃。如第7圖中所指示，熔融玻璃可向下流動穿過攪拌腔18。攪拌器94可經 設計為流中立攪拌器，該攪拌器經定位以使得在旋轉期間，攪拌元件不在流動穿過攪拌腔18之熔融玻璃上施加可感知的抽吸作用。攪拌元件98亦為第二自由玻璃表面100下方之足夠距離，以使得在熔融玻璃流動穿過攪拌腔18時，攪拌器94不干擾第二自由玻璃表面100。第二自由玻璃表面100為熔融玻璃38與含在熔融玻璃上方之攪拌容器92內之第二大氣102之間的介面。另外，由於流動穿過攪拌腔18之熔融玻璃比流動穿過淨化容器14之熔融玻璃更冷，故流動穿過攪拌腔18之熔融玻璃之黏度大於流動穿過淨化容器14之熔融玻璃的黏度。因此，攪拌腔18沿熔融玻璃38之流動路勁的佈置至少部分由能夠由攪拌器94有效攪拌之最大黏度決定。

一旦熔融玻璃離開攪拌腔18，則熔融玻璃流至收集容器22，其中熔融玻璃由下水管26導引至成形主體30，其中熔融玻璃可形成為玻璃帶40。

對熟習此項技術者將顯而易見的是，在不脫離本發明之精神及範疇的情況下可作出各種修改及變化。由於熟習此項技術者可想到併入本發明之精神及實質之所揭示實施例的修改、組合、子組合及變化，故本發明應解釋為包括在附加申請專利範圍及附加申請專利範圍等效物之範疇內的一切事物。

Claims (10)

1. 一種在一玻璃製造製程中淨化(fining)熔融玻璃的方法，該方法包含以下步驟：經由一第一金屬導管使熔融玻璃自一熔化爐流動至一金屬淨化容器，該第一金屬導管定位在該淨化容器與該熔化爐之間，該淨化容器包含一第一部分及一第二部分；使該熔融玻璃在一向上垂直方向上流動穿過該淨化容器之該第一部分；當該熔融玻璃在該向上垂直方向上流動時，攪動該熔融玻璃；當該熔融玻璃在該向上垂直方向上流動時，增加該熔融玻璃之一溫度；在該淨化容器之該第二部分中使該熔融玻璃流自一向上垂直方向重新定向至一非垂直方向；且其中在該淨化容器之該第一部分及該第二部分中之該熔融玻璃包含一連續自由玻璃表面(free glass surface)，該表面為與該自由玻璃表面上方之一大氣之一介面，以允許該熔融玻璃中的氣泡逸入該大氣中。
2. 如請求項1所述之方法，其中該攪動步驟包含以下步驟：用一旋轉部件主動混合該熔融玻璃。
3. 如請求項1所述之方法，其中該攪動步驟對該熔融玻璃 提供一向上抽吸作用。
4. 如請求項1所述之方法，其中增加該熔融玻璃之該溫度之該步驟包含以下步驟：使一電流流過該第一部分之一壁。
5. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：經由一第二金屬導管使該熔融玻璃自該淨化容器流動至定位於該淨化容器下游之一攪拌容器，該第二金屬導管定位在該淨化容器與該攪拌容器之間，其中在該第二金屬導管內流動之該熔融玻璃不具有一自由玻璃表面；及在該攪拌容器中攪拌該熔融玻璃。
6. 一種玻璃處理裝置，該玻璃處理裝置包含：一熔化爐，該熔化爐由一耐火材料形成且經配置以熔化一批料以形成一熔融玻璃；一金屬淨化容器，該金屬淨化容器包含具有一垂直縱軸之一第一部分及連接至該第一部分之具有一非垂直縱軸的第二部分，其中在該淨化容器的該第一部分及該第二部分中的該熔融玻璃包含一連續自由玻璃表面，該表面為與該自由玻璃表面上方之一大氣之一介面，以允許該熔融玻璃中的氣泡逸入該大氣中；一第一金屬導管，該第一金屬導管在該熔化爐與該淨化容器之第一部分之間延伸，以使得熔融玻璃經由該第一金屬 導管自該熔化爐流動至該淨化容器；一攪拌容器，該攪拌容器定位於該淨化容器下游；一第二金屬導管，該第二金屬導管在該淨化容器與該攪拌容器之間延伸，以使得熔融玻璃經由該第二金屬導管自該淨化容器流動至該攪拌容器；一攪動部件，該攪動部件定位在該第一部分中，該攪動部件經配置以在該熔融玻璃向上流過該第一部分時攪動該熔融玻璃；及一電極，該電極附接至該第一部分，該電極經配置以允許一電流流過該第一部分之一壁。
7. 如請求項6所述之玻璃處理裝置，其中該第二部分之該縱軸與該第一部分之該縱軸正交。
8. 如請求項6所述之玻璃處理裝置，其中該攪動部件包含一可旋轉攪拌器。
9. 如請求項8所述之玻璃處理裝置，其中該可旋轉攪拌器包含一延伸部件，該延伸部件耦接至該可旋轉攪拌器的一軸且自該可旋轉攪拌器的該軸向外延伸，且其中該第一部分之一底板與該延伸部件上之一最高點之間的一距離大於該第一部分之該底板與該第二部分之一壁之一內部表面上的最低點之間的一距離。
10. 如請求項9所述之玻璃處理裝置，其中該攪動部件經配置以向該熔融玻璃提供一向上抽吸作用，且其中該延伸部件的至少一部分經配置以位於該金屬淨化容器內的一自由玻璃表面處或上方。