利用玻璃熔剂在玻璃配合料熔融期间减少泡沫的方法和装置制造方法
【专利摘要】通过将玻璃熔剂，例如但不限于本发明，硫酸钠铺展在起泡的和/或起沫的玻璃混合物上，减少、甚至消除在熔融玻璃池上形成并抑制在上部火焰和熔融玻璃池之间的热传递的起泡和起沫的玻璃混合物(28)。还提供了用于铺展所述玻璃熔剂的设备(30)。该设备(30)包括铺展喇叭体(32)和加压进料装置(36)。
【专利说明】利用玻璃熔剂在玻璃配合料熔融期间减少泡沬的方法和装
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年3月17日提交的名为“玻璃熔剂和利用它减少玻璃熔炉中的泡沫的方法”的美国临时专利申请N0.61/453，575的权益。该申请N0.61/453，575以其全部内容通过引用在此纳入。
[0003]发明背景
发明领域
[0004]本发明涉及利用玻璃熔剂在玻璃配合料熔融期间减少泡沫的方法和装置，更具体来说，涉及在熔融玻璃配合料材料后将硫酸盐，例如硫酸钠，铺展在形成在熔融玻璃上的起泡的和/或起沫的玻璃混合物上，以减少、甚至消除起泡的和/或起沫的玻璃混合物。
[0005]技术问题的讨论
[0006]在连续型玻璃熔炉中，熔融玻璃主体保持在炉中，并将玻璃配合料原料通过在该炉一端的入口供到熔融玻璃池的表面上。在那里，配合料在熔融玻璃池的表面上形成未熔融的层或“包围”，它可以延伸到炉中显著的距离，直到它变为熔融到熔融玻璃池中。熔融配合料的热通过熔融玻璃液面上的燃烧器产生的辐射热在炉内提供，有时通过浸没式电加热装置辅助。在炉子的入口端的相对端，熔融玻璃通过出口开口从熔融玻璃池取出。在炉子的玻璃配合料材料被加热和熔融的熔融区域与出口开口之间是炉子的对熔融玻璃精制的精制区域，即使熔融玻璃均匀化，并将熔融玻璃中的气泡消除。
[0007]随着玻璃配合料材料在熔`融玻璃上向炉子的出口开口移动，配合料继续熔融。在配合料完全熔融后，起泡的和/或起沫的玻璃混合物(下文也称作“不期望的混合物”)经常形成在熔融玻璃上。中等量的不期望的混合物通常在到达炉子的出口端之前熔融；然而，过量的不期望的混合物在玻璃移动通过炉子的精制区域并通过出口开口时可以保留在熔融玻璃池上。如玻璃制造领域的技术人员可以领会的，当不期望的混合物离开炉子的出口开口时，之后形成的玻璃带具有富含二氧化硅的表面，其含有大量由玻璃带表面上起泡的和/或起沫的玻璃混合物凝固形成的泡沫缺陷。
[0008]如前所述，中等量的不期望的混合物在混合物到达出口开口前熔融。即使在不期望的混合物熔融到达出口开口前，不期望的混合物的存在对于玻璃熔融工艺来说也是一种缺陷。为了更详细地讨论该缺陷，从炉子的入口端开始说起。在炉子的入口端处的熔融玻璃上的玻璃配合料原料或配合料包围是相对冷的，并且起到吸热设备的作用。此外，被加热并熔融的玻璃配合料材料，以及熔融玻璃上的不期望的混合物将下面的熔融玻璃池遮蔽而接受不到辐射热。更具体来说，熔融的配合料，以及熔融玻璃表面上存在的不期望的混合物显著抑制在上部火焰与熔融玻璃之间的热传递。此外，不期望的混合物将来自火焰的热从其表面反射掉，到达炉内部的耐火结构。这导致炉顶或炉冠较高的耐火结构温度和较低的熔融玻璃温度。较低的熔融玻璃温度通过限制热传递到精制区域中的玻璃中而抑制泡沫的完全消除。[0009]有可供克服玻璃配合料材料起吸热设备和遮蔽作用的问题的技术，例如参见美国专利N0.4，544，396，该专利在此通过引用纳入。不幸的是，目前没有消除在熔融玻璃上的起泡的和/或起沫的玻璃混合物以消除与熔融玻璃上的不期望的混合物相关的缺陷。
[0010]如玻璃制造领域的技术人员可以领会的，在玻璃配合料熔融后减少或消除起泡和起沫的玻璃混合物将最大化从燃烧火焰到精制区域中的熔融玻璃中的辐射热传递，并最小化对耐火结构的加热，使更多的热从耐火结构传递到熔融玻璃中。
[0011]发明概述
[0012]本发明涉及减少在炉子中熔融玻璃池上形成的起泡和起沫的玻璃混合物的方法，该炉包括进料端、出口端，以及该入口端和该出口端之间的位置，在该位置处移动进入炉子入口端的玻璃配合料原料在它们向该出口端移动时熔融，其中起泡和起沫的玻璃混合物在熔融玻璃池上形成，所述方法通过将玻璃熔剂铺展在起泡和起沫的玻璃混合物上以使起泡和起沫的玻璃混合物坍塌等来实施。
[0013]本发明还涉及由所述熔融玻璃制成的玻璃制品。
[0014]本发明进一步涉及用于将玻璃熔剂铺展在熔融玻璃池上形成的起泡和起沫的玻璃混合物上的设备，所述设备包括铺展喇叭体，和用于使熔剂通过铺展喇叭体以预定的压力作为颗粒喷雾移动的加压进料装置等。
[0015]此外，本发明涉及改进的玻璃熔炉。改进的熔炉包括进料端、出口端和该入口端和该出口端之间的位置等，在该位置处移动进入炉子入口端的玻璃配合料原料熔融，其中起泡和起沫的玻璃混合物在熔融玻璃池上形成。改进包括安装在炉子外壁上的铺展喇叭体，和加压系统等，该加压系统用于使玻璃熔剂颗粒在炉子的期待形成起泡和起沫的玻璃混合物的区域上移动。
[0016]附图简述
[0017]图1是结合本发明的特征的典型的交叉加热、末端供料的玻璃熔炉的纵截面图。
[0018]图2是图1的炉子沿2-2线截取的底部俯视图。
[0019]图3是结合本发明特征的装置的立体图，该装置根据本发明的教导用于铺展玻璃熔剂以减少、甚至消除起泡和起沫的玻璃混合物。
[0020]图4-6是显示用于操作根据本发明的教导的图3的装置的供应的块状图。
[0021]发明详述
[0022]如本文中所使用的，除非另有明确规定，所有数值，例如表示值、范围、量或百分比的数值都读作以词语“约”修饰，即使该词语没有明确出现。当说到任何值的数量范围时，该范围应理解为在所提到的最小和最大值之间的每一个数和/或子范围。例如，“1-10”的范围意图包括所有在提到的最小值I和所提到的最大值10之间的全部子范围，并且包括所提到的最小值I和所提到的最大值10，也就是说最小值等于或大于I且最大值等于或小于10。本文所使用的术语“数量”表示I或大于I的整数。
[0023]在讨论本发明的非限制性实施方式前，应理解，本发明的应用不限于这里所显示和讨论的特定非限制性实施方式的细节，因为本发明能够有其它实施方式。此外，本文使用的用于讨论本发明的术语是为了说明而非限制的目的。再此外，除非另有说明，在以下讨论中，相同的附图标记指代相同的要素。
[0024]这里讨论的本发明非限制性实施方式涉及制造玻璃的工艺，其包括，但不限于，熔融玻璃配合料原料，精制该熔融玻璃和通过使熔融玻璃在金属浴上漂浮而制造玻璃带。然而，本发明不限于配合原料，本发明可以用制造任何玻璃产品的工艺实施，其中玻璃配合料材料的熔融导致在熔融玻璃上形成起泡的和/或起沫的玻璃混合物(下文也称作“不期望的混合物”)。本文中使用的术语“起泡的和/或起沫的玻璃混合物”和“不期望的混合物，，是指“夹带在液体熔融玻璃中的未坍塌的气泡的稳定多层，该液体熔融玻璃支撑在玻璃熔炉中熔融玻璃池的上表面上”。
[0025]本发明涉及的典型玻璃熔炉可以特征在于入口端，在该入口端玻璃配合料原料沉积到保持在炉子中的熔融玻璃池上，以及在于大体上相对的出口端，熔融玻璃的产品流从该出口端从池中取出。本发明的【具体实施方式】在常用类型的玻璃熔炉的情况下描述，其中用于熔融的主要热源是来自侧壁上的端口的在熔融玻璃池上横向延伸的多个火焰。应理解，玻璃熔炉其它配置也是常用的，并且也可以从本发明受益。
[0026]参考图1，所描绘的典型玻璃熔炉8包括耐火槽底壁10，槽入口端壁11，拱形顶12，悬挂背壁13，和多个侧燃烧端口 14。端口的数量可以变化；典型的平玻璃炉通常在每侧具有5-8个端口。炉槽含有熔融玻璃池15。侧槽壁16示于图2中。配合料21通过入口开口 17供到池15上，并在其逐渐进入炉子时形成熔融的层或配合料覆盖体18。熔融玻璃通过由出口端壁20部分限定的炉子出口端处的出口开口 19穿过炉子。
[0027]熔融玻璃池15中的循环流示于图1中。在炉子入口端17存在的相对较冷的配合料材料以及通过配合料18层使熔融玻璃池15屏蔽上部火焰，引起池15的入口区中向下的对流22。熔融玻璃池15中的最热区域往往位于配合料层18末端的下游，典型地与最后的端口或与最后端口相邻的端口 14相对。该区域23中的高温度，也称为“弹性区”或“热点”，在池15中产生上升对流。上升和下降对流的结合在弹性区23上游的区域中产生了循环圈，如图1中看到的，该循环圈以大体上逆时针的方向移动，其中上部分中的流沿上游方向移动(即向入口 17)以及下部分中的流沿下游方向移动(即向出口 19)。在弹性区23的下游，可以存在以相对方向旋转的循环圈24。
`[0028]虽然不限于本发明，可以提供多个起泡器管25以增强循环，并且在熔炉内进行氧化还原变化，如美国专利N0.5，006, 144中披露的，该专利在此通过引用纳入。起泡器25和26显示为在图中基本上沿炉子宽度延伸的直排，但应理解，本发明不限制可以用在本发明的实践中的起泡器排的数量，排中起泡器的数量，并且起泡器可以以任何方式布置，例如但不限于图2中所示的本发明的线性排。此外，本发明可以在没有起泡器的玻璃熔炉上实施。
[0029]通常，炉子的加热模式设计为使得玻璃配合料材料在通过炉子的具有起泡器的区域前完全熔融。通常，在炉子的具有起泡器25的区域中，玻璃配合料材料完全熔融，并且起泡和起沫的玻璃混合物或不期望的混合物28在熔融玻璃池15上形成。在不具有起泡器的炉子中，起泡和起沫的玻璃混合物28通常在配合料熔体末端下游约1-5英尺的区域中形成。如可以理解的，本发明在不期望的混合物28漂浮在池15上的玻璃熔炉的区域中实施。更具体来说，在本发明的实践中，化学玻璃熔剂被铺展在不期望的混合物28上以使不期望的混合物坍塌。将玻璃熔剂在炉子中不影响玻璃的流动或质量的位置铺展在不期望的混合物28上。在本发明的非限制性实施方式中，实施本发明的位置是炉子的具有起泡器25的区域，例如在弹性区23上有且配合料熔体末端下游的位置。
[0030]可以用在本发明的实践中的化学玻璃熔剂(但本发明不限于此)包括钠盐，例如硫酸钠、氯化钠、碳酸钠以及它们的混合物。钠盐在本发明的实践中是优选的，因为钠是玻璃的基本组分，并且钠盐的添加不会实质上改变所制备的玻璃产品的性质。此外，在本发明的优选实践中，但不限于此，优选的化学玻璃熔剂是硫酸钠，也称作芒硝。更具体来说，实验运行使用硫酸钠、氯化钠和碳酸钠进行，而使用硫酸钠实现了最佳结果，例如较少的时间来降低熔融玻璃上的不期望的混合物28的量，以及较长的时间使不期望的混合物28出现在熔融玻璃上。如现在可以领会的，本发明不限于硫酸钠和其它类型的硫酸盐，例如但不限于，硫酸钙和硫酸镁也可以用在本发明的实践中，条件是它们与玻璃制造工艺相容。
[0031]本发明包括使用硫酸钠来降低或消除不期望的混合物28，并且不减少配合料中硫酸钠的重量百分比(并且包括使用硫酸钠来降低或消除不期望的混合物28并且减少配合料中硫酸钠的重量百分比。更具体来说，当硫酸钠的添加使不期望的混合物28坍塌时，可以使移动进入炉子8入口端17的玻璃配合料材料21的硫酸钠减少。通常，对于每次使不期望的混合物坍塌的硫酸钠的添加来说，可以使玻璃配合料原料21减少15-35%、优选20-30%、且更优选25%的硫酸钠。通过说明的方式而不是限制本发明，对于使用10磅的硫酸钠，即芒硝以减少或消除不期望的混合物，使玻璃配合料原料减少2.5磅的芒硝。在进行的实验中没有使配合料的芒硝减少，制成的玻璃保持了其高质量。
[0032]本发明不限制将玻璃熔剂施用到不期望的混合物上的装置或方法，任何铺展装置或铺展技术都可以用于本发明的实践中。在本发明的一种非限制性实施方式中，清楚地示于图3的铺展设备30用于实践本发明。铺展设备30包括铺展喇叭体32，进料导管34和加压进料设备36。铺展喇叭体32具有出口端38和入口端40。铺展喇叭体32的入口端40具有通过螺钉螺栓组件44连接到进料导管34的出口端48的法兰盘46的法兰盘42。铺展喇叭体32的内部具有多个间隔的隔板50以在该喇叭体内部提供迫使硫酸钠通过的通道54。硫酸钠从铺展喇叭体32的出口端38以喷雾56的形式排出(参见图2)并铺展在不期望的混合物28上。硫酸钠的粒度范围在20目(0.841mm)到200目(0.074mm)。
[0033]根据需要参考图3-6，水冷夹套60围绕铺展喇叭体32的通道54。水冷夹套60通过入口导管62并通过出口导管64连`接到水冷设备66 (参见图4)。冷却的水从冷却设备66通过入口导管62并通过水冷夹套60。加热的水从水冷夹套60出来通过出口导管64到冷却设备66。加热的水通过冷却设备66冷却并通过导管62到铺展喇叭体32。
[0034]根据需要参考图3-6，进料导管34的入口端68具有通过螺钉螺栓组件44连接到加压进料设备36的出口端74上的法兰盘72的法兰盘70。加压进料设备36的入口端76通过导管78连接到设备80 (参见图5)以将硫酸钠供应到进料设备34的腔室82。进料设备36的腔室82通过导管84连接到加压空气供应源86 (参见图6)。利用该装置，硫酸钠通过设备80进入进料设备36的腔室82，来自供应源86的加压空气移动通过导管84进入腔室82以吹扫硫酸钠通过腔室82，通过进料导管34，通过铺展喇叭体32的通道54到不期望的混合物28上，从而使不期望的混合物坍塌。
[0035]在本发明的实践中，铺展设备30的铺展喇叭体32安装在玻璃炉8的每个壁16上，其中铺展喇叭体的法兰盘42向该炉子外壁16的外表面90偏斜。进料导管34配合支撑铺展设备30并使铺展喇叭体的法兰盘42偏向壁16的外表面90。铺展喇叭体位于配合料熔体的末端和弹性区23之间。在本发明的一种非限制性实施方式中，铺展喇叭体32具有6个方形开口 54，其中方形开口 54的每一边长2英寸，并且铺展喇叭体32的长度为2英寸。使硫酸钠在50磅/平方英寸的空气压力下移动通过铺展设备30，该压力足以覆盖距炉壁16有17英尺的距离。
[0036]在一个实验运行中，玻璃炉每小时生产25吨熔融玻璃。对于实验开始运行后的
1.5小时，每分钟I磅硫酸钠铺展在不期望的混合物28上。不期望的混合物28坍塌并与熔融玻璃混合。实验运行完成后观察不期望的混合物5分钟。如之前所述，实验运行利用氯化钠和碳酸钠进行，并且最佳结果利用硫酸钠得以实现。
[0037]如玻璃制造领域的技术人员可以领会的，实施本发明以减少或消除起泡和起沫的玻璃混合物，最大化从燃烧火焰到精制区域中的熔融玻璃的辐射热传递，以及最小化对耐火结构的加热，使得更多的热从耐火结构传递到熔融玻璃中。
[0038]本发明不限于以上给出和讨论的本发明的实施方式，这些实施方式只是为了说明`的目的，本发明的范围仅由后附的权利要求以及任何加入本申请与本申请有直接或间接联系的任何附加权利要求来限定。
【权利要求】
1.减少在炉子中的熔融玻璃池上形成的起泡和起沫的玻璃混合物的方法，该炉子包含进料端、出口端、以及该入口端和该出口端之间的位置，在该位置处移动进入炉子入口端的玻璃配合料原料在它们向该出口端移动时熔融，其中起泡和起沫的玻璃混合物在熔融玻璃池上形成，所述方法包括: 将玻璃熔剂铺展在起泡和起沫的玻璃混合物上以使起泡和起沫的玻璃混合物坍塌。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃熔剂包括硫酸盐。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃熔剂是钠盐。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述钠盐选自硫酸钠、氯化钠、碳酸钠以及它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中铺展玻璃熔剂在所述炉子中的熔融玻璃中的对流以逆时针方向移动的位置进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中铺展玻璃熔剂通过使玻璃熔剂移动通过铺展设备来完成。
7.根据权利要求1所述的方法，其中铺展玻璃熔剂通过使玻璃熔剂以I磅/分钟的速率通过铺展设备来完成。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述玻璃配合料原料选择为使钠钙硅玻璃具有预定重量百分比的所述钠盐，其中将重量百分比大于零的第一部分的所述钠盐加入所述玻璃配合料原料，并将重量百分比大于零的第二部分的所述钠盐在铺展钠盐进行期间加入，其中第一部分和第二部分的所述钠盐组成所述预定量的钠盐。
9.根据权利要求8所述的方 法，其中对于每10磅的第二部分的所述钠盐，将第一部分的所述钠盐减少2.5磅。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钙和硫酸镁。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该炉子包括从该炉子的底板向上延伸的多个起泡器，并且铺展玻璃熔剂的步骤在起泡器上进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中该炉子中的熔融玻璃包括弹性区炉，并且铺展玻璃熔剂的步骤在该弹性区的上游且配合料熔体的末端的下游进行。
13.玻璃制品，其由根据权利要求1所述的方法制备的玻璃制造。
14.用于在熔融玻璃池上形成的起泡和起沫的玻璃混合物上铺展玻璃熔剂的设备，所述设备包含: 铺展喇叭体，和 用于使熔剂以预定的压力作为颗粒喷雾移动通过该铺展喇叭体的加压进料装置。
15.根据权利要求11所述的设备，其中该铺展喇叭体包含具有多个通道的箱体，所述熔剂通过所述通道移动。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述熔剂包括硫酸盐。
17.在包含进料端、出口端以及该入口端和该出口端之间的位置的玻璃熔炉中，在该位置处移动进入炉子入口端的玻璃配合料原料熔融，其中起泡和起沫的玻璃混合物在熔融玻璃池上形成，改进包括: 安装在该炉子外壁上的铺展喇叭体，和 用于使玻璃熔剂的颗粒移动通过该炉子的期待起泡和起沫的玻璃混合物形成的区域的加压系统。
18.根据权利要求17的改进的玻璃熔炉，其包含在熔融玻璃池上在所述铺展喇叭体末端上的水冷夹套。`
【文档编号】C03B5/193GK103517880SQ201280013674
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年3月14日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】L·E·詹森, R·K·邓恩, R·E·艾金, G·迪基亚姆保罗 申请人:Ppg工业俄亥俄公司