专利名称：用强化起泡工艺对玻璃或类似物质进行真空澄清的制作方法
技术领域：
本发明涉及在真空下进行玻璃液澄清的作业中来强化泡沫的生成。在普遍转让的美国专利申请编号894143(1986年8月7日提交)中，业已公开了一种方法与设备，其中通过将玻璃液引入真空室的上方予留空间内，来促进在真空澄清室中形成泡沫。此玻璃液一旦遇到减压便立即起泡，业已发现，使玻璃液起泡并非如以前所认为的那样是一个问题，而是极其有利于从玻璃液中除去已分解的和裹入的气体。此外还发现在澄清室液面上形成泡沫，且最好在其原有的泡沫层上产生泡沫是有利的，这样得以使这种泡沫处于该室的最低压力影响下。由于为这类泡沫薄膜中的玻璃液提供了大的表面区，就可从此液相中大大加速除去气体的过程。这样，这些很薄的玻璃液膜就会处于此真空室中这类泡沫的低压支配下。
但是在某些条件下，并非所有引入的玻璃液流都能在进到真空空间中立即起泡的。在这样的情形下，液流的表面部分可能快速起泡，但其中央部分则可能以无泡的方式贯穿原有的泡沫层，甚至进到其下方的玻璃液中。要是引入的玻璃液并不在所说泡沫层上起泡，就未必会暴露在此真空澄清室的最低压力下，而有可能处在低于最佳澄清的那些条件下，因为即便是在较轻的上述这种泡沫层中，压力也会在较低的高度下大大增加。任何穿透下方玻璃液的所引入的玻璃会冒很大的风险，它将不会暴露在足够的真空下去进行澄清，而且有可能被带入到输出的玻璃液流内，将使原会成为合格产品的质量降低。通过在真空室中提供较低的压力和/或减缓上述玻璃液流的速率，有可能改善引入之玻璃液的起泡状况，但我们要求的是，在提高所引入的玻璃液流起泡度的同时，不会改变出料量和压力之类的预定参数。
先有技术中所提出的通过真空来澄清玻璃，一般都是去避免使玻璃液起泡而不是去增强它。在上述的未决申请之前，是不把玻璃液注入到一真空室之上部空间的。因此，在先有技术中是并未对在这种澄清作业中来强化泡沫形成工艺有过启示的。
本发明的基本目的是使玻璃液在进入真空澄清室时，来提高它的起泡程度。这可用下述方式实现，即增加此玻璃液在真空预留空间中所渡过的时间，和/或在一定的真空度与一定的玻璃液温度下减小此玻璃液流于真空预留空间中的厚度。相反，本发明的起泡强化装置则允许以较低的真空度或较低的温度来保持一定的起泡度。本发明中采取了如下两种并非相互排斥的方法(1)可使引入的玻璃液流分散成一批较小的液流或使之改造成较薄的液流，(2)可使玻璃液流迟缓地通过此真空预留空间。
在上述第一种方法中，进入真空预留空间的玻璃液流可通过使之分股或散开而减薄。由于这种液流的起泡是从它的外表面向内部进展的，所以减薄其厚度就可使整个厚度在较少的时间内起泡。最优的情况是，完全起泡的时间减到少于此液流落到真空室中所保留的玻璃液面上时所需的时间，而最好是少于它落至处在该液面上泡沫层内所需的时间。所要求的这一特定厚度将是玻璃温度、真空压力与液流速率的函数。此液流的细分股数则又视此厚度的要求而定。减薄液流的厚度即使在已完全起泡的情况下也是有利的，因为当所形成的这类气泡处在液流表面邻近时，将远比它处在较厚液流的内部时，能使破裂之气泡中的气体更快地从泡沫中排出。
在上述的第二种方法中，进入的玻璃液流暂时难以直接下落流过真空预留空间。这样，此玻璃液流就会在最低的压力区保持较长的时间，因而就能于此液流落入玻璃液池或前述泡沫层上时，有较长的时间在此整个液流中进行起泡。缓流入的这种玻璃液流是通过在真空预留空间内于液流路程中设置一障碍物来实现的。这种障碍物能依靠为此玻璃液形成一较长的流程来达到它的目的，即可以对此玻璃液流设立一阻挡件而使其减速，或在该预留空间内提供一贮存器来暂时保存一定量的引入的玻璃流。在多数情形下，可以同时获得若干或全部这些效果的，而在最佳的实施例中，细分与延缓液流这两者都予以实现。
细分玻璃液流的装置可包括一批通向真空澄清室的入口，但由于这类入口一般涉及到价昂的耐火金属构件、阀门器件与密封部件，故最好采用单一的入口同时在真空室内细分液流。于是，可将细分或延缓玻璃液流的装置吊挂于真空室上部内从此入口排送玻璃液的路程中。最好让起泡强化装置安装在尽可能的高处，得以使落下的泡沫有最长的时间暴露在真空预留空间的低压下。这种装置最好由铂之类不污染的耐火材料制成，同时可以取例如板状、碗状、屏状或篮状等形式。在此种装置中最好设有细分液流的多孔部件。可以一上一下的设置两个或多个起泡强化装置，相续地来影响玻璃液流。
本发明上述的几个方面或其它方面，可以根据附图和下面对最佳实施例所作的详细描述中获得更明确的认识。
图1是一玻璃的熔化与澄清系统的垂直剖面图，此系统中包括一真空澄清室，而本发明是对该室的一项改进。
图2是用来将玻璃液输至真空澄清室的一种管子的放大的横剖面图，依本发明的一个实施例，它设有一些缝口。
图3是在玻璃液流路中的有一网件的另一种入口管的横剖面图。
图4是在此流路中的有一带小孔之接受器的又一种入口管的实施例之侧视图。
图5是这样一种入口管的侧视图，在其出口端的下方装有一种笼状构件。
图6是一种部分剖开的多孔杯形件之顶视图，它适合用来约束进入真空澄清室的玻璃液流。
图7是图6中之装置的横剖面侧视图。
图8是依据本发明一最佳实施例的附接在一出料管上的两级起泡强化装置之横剖面图。
图9是与本发明另一实施例的入口管相组合之起泡强化装置的支架构件之侧视图。
图10是类似于图9所示装置的一种锥状改型的侧视图。
图11是依据本发明一实施例取槽状结构之起泡强化装置的侧视图。
图12是图11中之槽的实施例沿12-12线截取的横剖面图。
本发明在这里是对制造玻璃来描述的。应知这里的玻璃一词是用在其最广义意下的，包括属“玻璃质的”或“类玻璃状”的材料，因为这种最终的玻璃化状态在本发明中并非一关键因素。另一方面，本发明最可能的应用是在制造高质量的透明玻璃产品方面，在这里，从玻璃中消除气泡与灰泡非常重要。此外，本发明的优点特别关联到玻璃之连续的、大规模的(例如出料量大于10吨/日或9公吨/日)工业性生产，特别是观察窗用玻璃的这种生产。
在最佳实施例中，提供了一种可在工业生产规模的连续制造玻璃过程中来利用真空澄清工艺之设备。当熔化玻璃时所需的绝大部分热能已传给了熔融态玻璃，因而只需很少的或不需有热能供给真空室内所含的玻璃液时，这之后便可让玻璃液流入此真空澄清室内。除了必须补偿通过室壁造成的热损失外，在此真空澄清阶段最好不作更多的加热。在有充分高的出料率情况下，除了所流入的玻璃液本身外，此真空室可以完全不需加热。在本发明的最优实施例中，首先将配合料在特别适合于这道工序的一个部段使之液化，此已液化的料然后输至第二段，在此将固体颗粒完全溶解，而已液化之配合料的温度则升高到一可提供澄清所需粘度的温度。继后，将此熔融的配合料通到真空室。结果是，在该熔融态料进行真空处理之前，其中的大部分气体副产物就被驱出，而从此澄清区就分离出最大的气体逸出区，这样，此配合料就不会在熔化的初期阶段与正在澄清下的部分熔体混合。由于配合料进入真空澄清段之前，进行熔化时所需的绝大部分或全部热已经满足，因而基本上可不必在澄清段加热，也就免于使澄清区中的玻璃液作过多的对流。由于这一结果，就减少了对澄清室壁的侵蚀，也有可能减少此玻璃液中澄清不完全的部分与澄清较良好的部分混合。
由真空辅助的这种澄清过程能够采用较低的温度进行澄清。较低的温度不仅有利于降低能耗，还能减少对室壁的侵蚀影响。通常要在约2800°F(1520℃)峰值温度下澄清的玻璃，取决于所用的真空水平，能在不超过约2600°F(1425℃)，甚至在2500°F(1370℃)或更低的温度下澄清至同等程度。
从理论上说，于真空澄清室中形成泡沫会显著地增强从玻璃液中除去气泡的作用。由这种泡沫所提供的薄膜和大的表面积加大了暴露在低压条件下的程度，同时加速了把气体自液相中输出的进程。这与通常的澄清作法相反，在通常的情形下，必需预备有滞留时间让气泡升至液面而从此粘滞熔融体中逸出，这就必然要求保持住一大池玻璃液不动。然而，真空澄清技术则能在颇小的空间获得一定的澄清度，在将玻璃液引入已保持在真空室中的原有玻璃液之前，且最好是在此引入的玻璃液流穿透前述的泡沫层之前，通过使之起泡，就能提高这种起泡了的液流暴露于真空条件下的有益效果。
这种真空澄清室的优选构型是一种沿垂向延伸的罐，最为方便的是取一种直立的筒形。已液化的原料被引入到保持在该罐中上方的预留空间内。当接触到预留空间的减压，此原料至少有很大一部分由于溶解于其中的气体逸出和存在于其中的气泡与灰泡扩大而起泡。泡沫的形成增大了暴露在减压下的表面积，而有助于从液相中除去气体形式的物质。在罐中的熔液池上方产生泡沫远比从熔液池中产生泡沫有利于使泡沫破裂，和有助于气体的逸出。垂直延伸的几何结构之另一优点是，由于含有较轻泡沫或气泡之原料保留在罐的上端而发生分层现象，因而总体上的物质输运是在远离泡沫区处进行，这样就不可能使任何未澄清的玻璃会裹含在产品液流中。在减压下从玻璃液中除去气体，可将溶解于其中的气体浓度降到它在大气压力时的饱和点之下。随着玻璃液朝下流至底部的出口，由罐内玻璃液深度而增大的压力会使任何残余的气体保留在溶液中，同时减小了任何得以保留下来之小气泡的体积。让温度随玻璃趋向出口的过程而降低，也会有助于溶解气体。此外，经真空澄清后所保留的低浓度气体，减少了气泡在玻璃制造过程以后阶段的成核作用，而这在通常的澄清作业中成为一个问题。
在大规模熔化玻璃，特别是熔化钠钙硅玻璃时，配合料中通常包括硫酸钠或硫酸钙或其它的硫源来辅助熔化与澄清过程。硫之类澄清辅助剂存在于玻璃液中，在进行真空澄清时已发现成了一个问题，这是由于产生出大量的泡沫且由于会侵蚀真空澄清室的陶瓷耐火材料壁。但在此以前，没有这类澄清辅助剂就难以有效地熔化和澄清玻璃。依据本发明的最佳实施例，采用很少的或者不用化合物澄清辅助剂，就能使玻璃熔化和澄清到高标准的质量。这在本发明则是容易作到的，因为此时的熔化与澄清工序是在分离的阶段进行，而此各个阶段则可由一种能最低限度地使用或不去使用化合物澄清剂来实现。普遍认为化合物澄清剂能起到从熔液池中加速聚集或浮升起气泡，但这种机理看来比不上本发明澄清方法中的一种次要性的作用。这样，免除或大大减少所用的澄清辅助剂量，对质量不会有显著影响。为了减少不希望有的物质排放到环境中，消除或减少这种澄清辅助剂也是有必要的。在制造平板玻璃的浮法工艺中，为了避免硫化锡形成并挥发于浮抛室内而凝聚与滴落至玻璃上部表面上的缺陷，从玻璃中减少或消除硫便成了另一种优点。硫与铁化合对玻璃有着色效应，因而在澄清中避免使用硫可以较精确地控制玻璃的颜色。
参看图1，本发明的整个熔制过程最好由三段组成液化段10、溶解段11与真空澄清段12。为了在液化段10进行熔化，可以采用各式样的装置，但是用来使此熔制过程的这一段独立出来并能经济地进行，这方面一种高效的装置则是美国专利号4381934以及再版专利号32317中所公开的，现综合于此作为详细叙述最佳液化段实施例的参考。液化罐的基本结构是一个圆筒15，可由钢制成，有一个大致呈圆柱形的侧壁部分，一个通常是开放的顶部以及一个除非用作排料口时才打开的封闭底部。圆筒15装配成可围绕一基本上垂直的轴旋转，例如通过一种合围的支承环可转动地载于一批支承轮17上，并通过一批准直轮18保持就位。在圆筒15内形成有一个基本上是封闭的空腔，所用到的上部盖子构件20例如由一周边框架给以稳定的支承。盖子20正如熟悉耐火材料熔窑结构的人所周知可取多种形式。图中描述的这种最优装置为一由一批耐火砖制成的隆起的拱形结构。应该理解到，这种盖子可以采用单件式的或平挂吊的结构。
可通过一或多个贯穿盖子20的燃烧器来为液化配合料供热。最好将一批燃烧器围绕此盖子的周边配置，便于将火焰导向圆筒内配合料的广大区域。燃烧器宜用水冷来保护它们免受筒内严苛环境的影响。废气可通过盖子中的孔口23从此液化罐内逸出。可以方便地利用此废气中的废热在预热段(未示明)来预热配合料，例如参看美国专利号4519814。
配合料最好为粉末态，可由斜槽24加到液化罐的空腔内，此斜槽在图中所示的实施例中通过废气口23。加料槽配置的细节可参看美国专利号4529428。斜槽24的终端紧邻圆筒10的侧壁，配合料可由此而沉落到圆筒10的内壁部分上。由于此圆筒10转动的结果，在它的内壁上就保持有一配合料层25，并起到隔热衬里的作用。此衬里25表面上的配合料当在空腔内接触到热时，就形成一液化层26向下流经此倾斜的衬里而到达筒底。上述出口可装配上一陶瓷耐火材料的出料孔。已液化的料流28从液化筒下落，经孔口29通至第二段11。此第二段可以称作溶解罐，因为它的功能之一便是去溶解离开了液化筒10而留在已液化料流28中之任何未熔化的粒状配合料。在这时的已液化的配合料通常只是部分熔化，包含有未熔化的砂粒和相当多量的气相。在采用碳酸钠配合料而以硫酸盐为澄清辅助剂的典型钠钙硅玻璃的熔化过程中，上述气相主要包括碳的氧化物和硫的氧化物。氮也可以夹裹的空气中出现。在本发明中，大大地减少了使用硫酸盐的必要性，因而硫的氧化物未必会作为玻璃液气体含量的一部分以显著的形式出现。
溶解罐11通过在一与下游澄清段独立的位置上提供暂留时间，起到完全溶解来自第一段中已液化配合料内未熔颗粒的作用。钠钙硅玻璃配合料一般在约2200°F(1200℃)的温度液化，而在一约在2200°F(1200℃)至约2400°F(1320℃)的温度下进入溶解罐11，在后一温度下，残余的未熔颗粒在给以足够的滞留时间内常能溶解。溶解罐11以沿水平延伸的耐火材料槽形式给出于图中，带一耐高温的顶部31，入口与出口则分置在相对端，以确保有适当的滞留时间。在此溶解槽内的玻璃液深度可以较浅，以阻止玻璃液循环。
实行此溶解工序时尽管不必追加大量的热能，但加热可加速此过程，因而可减小溶解槽11的尺寸。但更为有效的是，最好在溶解段加热其中的玻璃液，以使它的温度升高，为继后的澄清段作准备。使澄清温度最高化有利于降低玻璃液的粘度和提高所裹含之气体的蒸汽压。对于澄清钠钙硅玻璃，通常约2800°F(1520℃)的温度认为是合宜的，但当采用真空辅助澄清时，则可采用较低的峰值澄清温度而不会牺牲产品质量。能降低的温度值取决于真空度。因此，当依据本发明在真空下进行澄清时，在澄清前所需提高的温度不必超过2600°F(1430℃)。当采用这里所揭示的较低压力范围时，此澄清槽内的温度不必高过2500°F(1370℃)。将峰值温度降到这一量级会使耐高温槽的寿命显著延长并节能。进入溶解罐内的已液化配合料只需适当加热，为玻璃液进行澄清作准备。在溶解段11可采用燃烧热源，但已发现这一阶段本身很适合电加热，为此可如图所示设置一批电极，沿水平穿过侧壁。利用玻璃液本身对通过电极间的电流之电阻来产生热，是通常用来电熔玻璃的一项技术。电极32可以是碳或钼的一种为熟悉本项工艺的人周知的一种类型。在此溶解槽中可设置一滤渣器，用来阻挡任何飘浮的物料进到出口端。
用来控制玻璃液从溶解段11流至澄清段12的阀门包括一堵头35，它沿轴向对准一排料管36。此堵头的轴37穿过溶解槽的顶盖31，得以控制堵头35与管36的间隙来调节玻璃液流入澄清段的速率。尽管上述阀门装置较为理想，但也可采用本项工艺中周知的其它装置来控制玻璃液到澄清段的流速。举例来说，可以采用与排料管相组合的加热和/或冷却装置，用来调整流过其间之玻璃液的粘度，因而调节了相应的流速。
澄清段12最好由一直立的槽构成，槽子可取大致圆柱状的构型，内有陶瓷耐火材料衬里40，外复以气密的水冷套。上述耐火材料可以是本项工业中周知的铝锆硅型。此外套可包括一双壁式的圆柱形侧墙件41，其间有环形的水流通道，还包括有圆形的端部冷却器42与43。耐火材料衬里40与侧墙41之间可设置保温层(未示明)。阀门管36所用铂之类的耐高温金属制成，并密封入此澄清槽上端的孔口44中。所示明的管子36垂直地通过澄清槽12的顶端，之所以如此，是为了在真空空间内尽可能从高处引入玻璃液流。但应认识到，本发明也适用于并不充分重视高度因素的入口装置。这样，此种入口可取水平配置并可通过澄清槽的侧墙，但应在玻璃液面之上，且最好高于澄清槽12的正常泡沫层高度。
当玻璃液通过管36而遇到澄清槽内的减压，溶解的气体和闭封于玻璃熔体中的气体的体积膨胀，形成为位于液体51上的泡沫层51。当泡沫破裂，气体就含在液体51中。通过伸经此槽上部的真空导管52，可在澄清槽内形成负压。“起泡”一词用于本文件时可以表征为至少使相应玻璃液的体积倍增。要是相应的玻璃液完全泡沫化，则体极增大的通常远大于加倍。泡沫一词的定义则表征为至少是占其总体积90%的一种气相，或视作为气泡薄膜相互接触的一种状态。
玻璃液作为泡沫的薄膜分布开来大大增加了暴露在减压下的表面积。因此，最好使起泡效应达到最大限度。同时还希望泡沫是暴露在系统中的最低压力下，此种压力是在槽顶的高出液面的顶留空间中遇到的，因而让新引入的已起泡玻璃液经此预留空间落到上述泡沫层之上面时，会提高这种暴露效果。此外，利用槽内的质量传递将新的起泡液体流到泡沫层上部，也比在此泡沫层之下从玻璃液表面来产生泡沫更为合适。
进入澄清槽12的玻璃液之热量足以在槽内保持着适当的温度，但在低出料率的情况下，经过槽壁的能量损耗可能会超过由玻璃液为槽子输送热能的速率。此时，为了避免温度会降到不适当的程度，需为澄清池内传热。供热量可能是很少的，因为它的目的仅仅是补偿经过槽壁的热损失，同时可用通常的电加热装置来进行，其中使电极沿径向穿过侧壁，而电流原于电极间通过玻璃液。
与出料率无关，槽12中熔液体51上方的空间常比所希望的较冷，这是由于其中没有熔液以及由于来自此熔液的辐射热已为泡沫层50阻隔。结果是泡沫层的上部会变得较冷，因而就提高了泡沫的粘度和减缓了气体排出的速度。在这种情形，已知，最好是提供装置来加热玻璃液与泡沫上方的预留空间。为此目的，可行的方法是设置一燃烧器53并在此该真空空间内维持燃烧。可在此真空槽上端设置一导管54，借此将少量的水周期性地喷布到泡沫上。喷水作业已知有助于使泡沫破裂。
在所述的实施例中，已澄清的玻璃液通过铂之类耐高温金属的排料管55从澄清槽12的底部排出。若将此种排料管设于槽子侧壁的底部区，也同样是可行的。排料管55最好伸过耐火材料底部56上方而安装，用以阻止任何残渣进入输出的液流。在底部56下设一水冷器57来防止在排料管周围漏泄玻璃液。可用一锥形的节流件58来控制经排料管55的溶液流速，这时可通过调节此节流件与管55间的空隙来控制经过其中的流体之速率。已澄清的玻璃液流60从澄清槽底部自由流下，并可经过一成形段(未示明)成型为所需产品。澄清的玻璃液例如可通一浮法玻璃的浮抛室，熔融态的玻璃在此浮移在一熔融的金属浴上而形成一平的玻璃板。
硫的化合物(例如硫酸钠、硫酸钙)之类的助熔剂和澄清剂通常是包括在玻璃配合料中的，但它们在玻璃的熔化作业中会从废气中排出相当一部分不希望有的物质。硫的化合物影响到玻璃产品中所存气相的一个显著部分，因而除去它们是澄清过程中一个组成部分。在真空澄清法中，所出现的硫量从传统工艺上看来是很小的，但还是超过了所要求的限度，因为对真空室的大气来说，这种硫的化合物便构成了很大的组成部分，而且硫的存在会加速真空室壁的假蚀。典型的情况是，平板玻璃的配合料中所包括的硫酸钠，按重量计，约相当于硅源材料(砂子)的5/1000至15/1000，为了保证进行合适的澄清，10/1000据认为是理想的。当按照本发明进行作业时，业已发现，最好将硫酸钠的用量按重量计限制为不超过所用石英砂量的2/1000，更为理想的是不超过1/1000，而0.5/1000则是一个特别优越的例子。上述重量比是对硫酸钠给定的，但应理解到，它们也可据摩尔重量比换算成其它硫源的。利用本发明来完全消除澄清辅助剂是可行的，但由于在其它的配合料中一般含有痕量的硫，因而即使在配合料中并非事先加入有硫，还是可能出现少量的硫。
在低压下达到完全起泡较易，因而在澄清槽中最好采用低压。本发明的起泡强化装置可以允许采用高于其它情形所能采用的压力，因而便节省了真空泵的费用。但是，即会是在使用这些起泡强化装置的情况下，超过一定的压力级后也很难达到完全泡沫化。这方面的最高压力级需取决于进入真空室内玻璃液流的粘度，因而也就取决于玻璃的温度与组成。对于常规的钠钙硅平板玻璃组成，在2500°F(1370℃)至2700°F(1480℃)时，发现应使澄清室12的预留空间低于100乇的绝对压力，而最好是低于70乇，以达到完全起泡。此真空空间内的压力室应保持到比最大压力低到何种程度，需取决于玻璃的质量流量率及所用之具体的起泡强化装置。在较高的玻璃流速下，即会采用很广的一类起泡强化装置，采用低于40乇的压力可能是较好的。但在约20乇的压力时，即使有很高的流速，仅仅是中等程度的起泡强化装置才可能是需要的。
从图2至图12，其中说明了本发明的起泡强化装置的若干实施例。这类装置的每一个都是用来安装在图1的真空澄清槽12中，结合管子36的下端，以便为流经管36的液流所冲击。这种起泡强化装置可以装配到或整体式连接着管36本身，或可以独立地安装到澄清槽12的相邻盖子构件上，或安装在一经此真空室壁部的入口进到其内部的支承臂上。此后一种安装方式是为了便于调节强化装置的位置与取向，并便于更换。强化装置的高度应在熔液51之上，而最好是起出泡沫层50。
除非另作说明，各实施例的强化装置都最好是由铂，特别是由广泛用来与玻璃液接触的铂铑合金制成。从理论上说，任何耐火材料都可用于本发明之目的，但耐用性的问题使得绝大多数其它耐火材料无实用价值。陶瓷耐火材料会因与流动中的玻璃液接触而受到严重的侵蚀。澄清槽12预留空间中的气氛已知会被充分地氧化到有害于钼的耐久性之程度。可以采用水冷的不锈钢或类似材料，但最好要使玻璃经冷却部件而提走的热量减至最低限度。在将某些水冷部件用于本发明的几个实施例中时，当限制了它们的接触面积时，并无产生过多的热损失。
本发明的起泡强化装置在其最简形式中可以对管件36的出口端作出一些变动。例如在图2的实施例中，管36可装配上一封闭的下端62以及一批侧向口63，借此把流经该管的熔液流分成多股较细的液流，每一股细液流更易为低压环境所影响。这些侧向口63在图中是以矩形缝的形式给出，但可采用任何形式。侧向口的尺寸则取决于所需分出的细流数和能承受的流阻。端部件62上也可设置一或多个孔口，而要是它备有一或多个这类孔口，就可取代侧向口而用作分流装置。
同样，图3则描述一个实施例，它有一个在管36之端部中的插件，用来分割玻璃液流。如图示，此插件可取条或线状件组成的格栅，或用丝网、多孔板或其它多孔构件。分开的细流的间距要使它们随后能重新组合，但要是这些股细流在重新汇合前已然受到真空的作用是并无害处的。取决于质量流率与真空度，这些股细流在遇到减压时，于重新组合前几乎会立即起泡。不过，对于较高的出料率，未用这里所公开的能在较长时间内形成分股流或薄层流的其它一些实施例，可能是较理想的。
图2与图3的实施例并非最佳实施例，尤其在高流速的情况下，因为通过管36流动时会增大阻力。这种阻力不仅降低了经过管子的流速，还使通过阀门装置35或类似装置来调节流速变得复杂化。因此，最好是让玻璃液从管36流出，然后由本发明的起泡强化装置与之遇合离此管子一段足够的距离，以免传给管内显著的反压。因此，在图4的实施例中采用篮框状接受器67这样形式的线网或类似材料的构件。此接受器67也可不用线网而由多孔板材或其它多孔料材制造。接受器上的孔口至少要在短时间内将进入的液流分开，而且接受器也提供了阻力，阻止液流立即落到泡沫层内或其下方。此接受器67在图中大致取圆柱形构型，但应理解到实质上可取只要能减缓流速的任何形状。用接受器67罩住管36的出口端有这样一个优点，即没有哪一部分液流能够不受此接受器的影响。接收器67的上端可用图4所示的压力带固定在管36的周围。接受器67允许作一定延伸，以提供足够的内部容积来适应其中的泡沫或玻璃液所发生的任何堆累现象，得以不影响从管子36流出。
本发明的篮框式起泡强化装置的一种改型给出在图5中。这里，由一批棒条70构制成了类似笼子的一种封闭件。此种笼子可取多种形式，但图5所示的锥形构型具有这样的优点，即它提供了不同宽度的孔口，顶部上的宽口用来通过起泡沫的液体，而底部的窄口用来限制通过的分股液之尺寸。另外，锥形结构很少阻碍液流的通行，因而不易在管36内形成反压。如图示，例如如可用焊接方法，使棒条70的底端接合在一圆盘71上，而把其上端固定在管36上。必要时，也可在棒条的一或多个居中位置由围绕72增强。
图6与图7中示明了本发明的另一实施例，其中的起泡强化接受器取多孔杯75的形式。杯形件75可形成为包括一侧壁部分76、底部77以及必要时可增设的一种扩口状的凸缘部78，所有这些，最好都由铂制成。此根状件的侧壁与底部设有许多可让玻璃液流过的孔。孔的数目与尺寸可按具体情形所需的效果作较大的变动。一般情形下，直径范围从0.5至3厘米的孔已证明是可以满足要求的，孔的数目只要不会不适当地减弱杯形件的强度是可以最大限度增设的。尽管可以采用同一尺寸的孔，但最好在靠近顶部处设置较大的孔，以便在高流速时使任何过量的液流将通过这些较大的孔而不超过此杯形件的上述凸缘。图6与图7中杯形件的实施例可如前述的几个实施例那样，吊挂在管36上，但可看到有一不同的支承装置，此时的起泡强化装置是安装在一与管36独立的支承壁80上，此支承臂最好伸到真空澄清槽之外，便于调节或更换此装置。为了使支承臂80在澄清槽的高温环境中，能沿着很大一段水平距离具有坚固的结构，最好是让水之类的冷却液在其间循环。为此目的，图6与图7所示的臂80包含有同心的冷却导管81与82。为了给杯形件75本身提供刚性的支承，所示的实施例包括一环形导管83，冷却液经此循环而杯形件则位于其中。如图所示，此环形管83包含内部臂冷却管81的延伸部，而其终端连接外部臂冷却管82。因此，冷却液可循环地从导管81经环形管83由导管82流出。流动的方向自然可以反转。由于冷却，导管81、82与环形管83不必用铂制造而可由不锈钢或类似材料制成。为了减少冷却的支承臂80对澄清槽内部的致冷影响，此支承臂上可套以图6与7所示的耐火材料管84。可以通过增强件85为杯形件75增加结构强度，此增强件可包括焊接在环形管83上并下延至杯形件的侧部与下方的铂合金管。应知这种杯形件的形状可以相当地有别于图6与7所示的平截头锥形的实施例。特别是为了增加杯形件的容积同时能让它经过一尺寸有限的入口通入澄清槽，采用沿水平方向拉长的杯形件是有利的。臂80可沿大致为水平的取向通过此槽上侧边的一个口，或可以包括一弯曲部而能沿垂向穿过槽子的顶部。在此臂通过槽臂的位置处可设置一铰接件，以便在提供气密封闭的同时调节起泡强化装置的位置。
在本发明的任何实施例中，太快的流速可能超过起泡强化装置的能力。这时最好采用两级式起泡强化装置。换句话说，要是液流在通过第一个起泡强化装置后未能起泡到所需程度，就可通到位于可接受从此第一装置流来的部分起泡液流处的一或多个另外的起泡强化装置上。这种第二级的装置实质上可采用与第一种装置相同的设计，或可采用不同结构的组合体。一般的说，各个第二级的或后继级的最好大于前一级的。两级装置的例子示明于图8，其中的第一个多孔碗90支承在第二个多孔碗91之上，两者都安装成与管36的出口垂直对准，以便接受流入的玻璃液。从碗90溢流出的或者说得不到碗90充分处理的液流由碗91接收，在这里使液流再次减缓、分股并减薄。两级装置看来能适合绝大多数使用目的，但要是在特殊情形下必须达到所需的起泡程度，也可以采用三级或更多级的。图8中所示用来支承碗90、91的结构只是一个优选出的例子。应知这种结构可能有多种变型。可用一批管件92支承上部碗90而用另一组管93支承下部碗91。这两组管件都可上延至与一环形件94结合，如图所示，此环形件又可由管36吊住或如图6与7所示由一沿侧向延伸的臂支承。在图8所示的特殊装置中，管件92朝内折至碗90之下以对碗90提供另外的支承，同时延伸过下部碗91去耽会接附在底部支承环95上的管件93，由此而为这种结构增加刚性。作为一种具任意性的特点，碗91的缘可由管96增强。
分流以减薄厚度因而让液流所有部分都能受到真空影响，乃是上述各个实施例的一特点。不用分股而用布散的方法也能减薄液流的厚度。这种方法示明于图9至图12的实施例中。下降的液流在表面张力影响下呈圆柱形，因为这种形状具有最小的表面积。不幸的是，这种形状对于液流的真空起泡来说是最少需要的。对这种液流形状所作的任何变动都将有利于提高液流每单位体积的表面积。因此，一种减薄液流厚度来强化起泡的方法是提供非圆柱形的液流形状，例如采用一种非圆形的入口(例如槽缝)。在液流的通道上设置一固体件来改变液流形状也是一种有利的方法，同时具有减缓液流速度的另外优点，由此而加大了在预留空间内的滞留时间。于是最优的液流变动形式。采用有水平状表面的液流能够实现最大延时。
图9示明了一种实心的盘形件100，例如大致取为圆形，水平地由一批托架101支承于管36之下。另一种形式是，此盘形件可用一横向延伸的支承臂所托承。从管36流出的玻璃液布散在盘100之上，在它滞留在此盘上的瞬间减薄其厚度，并按表面积远大于原始液柱截面的一种大致为环形的形状，流过上述盘形件的边缘。要是希望在此盘形件保留较大量的液流，则可让它具有向上突起的边缘部。这样的边缘部也可加工出缺口，产生从此盘上流下的细分股液流。
图9实施例的一种变型示明在图10中，其中的液流布散装置不是水平式的，但有相当大的水平面积。代替盘形件而设有一尖端朝上的锥形件105，为来自管36上的托架106支承。应知各种其它形状，例如半球形、楔形或四面体形等，也可用来布散液流。
在图11与12所示的实施例中是可以发生一定的液流散布的，但它主要用来延长流路以加大熔液暴露在预流空间低压下的时间。此实施例需要有将下落的液流从垂直路径变换为较迁回之路径的装置。较简单的液流转向装置的例子是图11与12中所示的一种槽110。此槽可支承在澄清槽12的预留空间中，以小的角度偏离水平，进入的液流可以冲击此槽子的高端而自其低端流出。为了给此沿水平延伸的槽子提供刚度，最好采用冷却装置。因此，可在此槽子中设置一种例如取发夹构型的导管111来循环冷却剂(最好是水)。此冷却剂导管还可用作为此槽子的支承臂。导管111可用不锈钢或类似材料制成。为了减少澄清槽由冷却导管111造成的热损失，此导管可封在一耐火材料件112中。此耐火材料件112最好套在一铂合金罩113内，以使它对流动的玻璃液具有耐用性。如图12所示，此槽子的上表面可取凹的轮廓来帮助液流沿其长度导向。尽管初始预定的液流路指是沿着此槽子的长向，但在高流速的情况下，某些玻璃液会溢流过槽子的边部。槽子110被绘制成直线式的，但应知液流转向装置还可包括弯折形与弧形。使玻璃液从一个流路转向器流到另一个转向器也同样是所希望的，这样就能进一步延长它在预流空间中的滞留时间。
在不脱离本发明后附权利要求书所规定的范围之条件下，熟悉本项工艺的人是可以作出其它变型与改型的。
权利要求
1.熔化与澄清玻璃质材料或类似材料的一种方法，它包括产生出此类材料的熔融体；将一股此种熔融体材料的液流引到一定体积的此种熔融体材料的上方空间，在此空间维持一足以使至少部分的这种熔融体材料起泡的负压；提供条件使上述液流以异于单一圆柱形的形状沿着至少一部分它的路程通入上述空间，以增强此液流与上述负压的接触。
2.如权利要求1所述的方法，其中有多股液流通过至少一部分上述空间。
3.如权利要求2所述的方法，其中有一单股液流进入上述空间并在此空间内细分成多股液流。
4.如权利要求1所述的方法，其中当液流进入上述空间时，借一种入口的构型赋予这股液流一种非圆柱的形状。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述的液流在进入此空间后，通过接触一在此空间内的实心部件而重新整形。
6.如权利要求5所述的方法，其中此实心部件使此液流细分成多股。
7.如权利要求5所述的方法，其中此实心部件减慢前述液流的流速。
8.如权利要求5所述的方法，其中此实心部件减薄液流的厚度。
9.如权利要求5所述的方法，其中此实心部件延长了此液流通过上述空间的流路。
10.用来澄清玻璃液或类似物质的一种设备，它包括适用于保持一定体积待澄清之熔液的槽子，在槽内此一定体积熔液的上方有一预留空间;一个适用来将另一股熔液流引至槽内预留空间部分的入口;用来在此预留空间内施加负压的装置;以及与上述入口相结合的液流取形装置，用来使预留空间内至少一部分液流具有异于单一圆柱形的形状。
11.如权利要求10所述的一种设备，其中的液流取形装置包括了上述入口的一个部分。
12.如权利要求10所述的一种设备，其中的液流取形装置在预留空间内是支承在前述入口的下方。
13.如权利要求10所述的设备，其中的液流取形装置包括一多孔部件。
14.如权利要求13所述的设备，其中的液流取形装置包括一格栅件或网件。
15.如权利要求13所述的设备，其中的液流取形装置是一个有许多孔的容器。
16.如权利要求10所述的设备，其中的液流取形装置被支承成可以在液流路程中提供一具有相当大的水平部分之表面。
17.如权利要求16所述的设备，其中的液流取形装置包括一沿水平延伸的槽。
18.如权利要求10所述的设备，其中的液流取形装置包括一批空间使熔液可从此取形装置流经这些空间。
19.如权利要求10所述的设备，其中的液流取形装置是支承在一沿水平延伸的臂上。
20.如权利要求10所述的设备，其中的液流取形装置主要是由铂或铂合金制成。
全文摘要
在玻璃液或类似物质熔液进入一真空澄清槽时，通过改变引入的液流来强化前者的起泡效应，改变的目的是去增大这类熔液的表面积和/或延长它通过一真空预留空间的时间，以提高它暴露于真空下的程度。
文档编号C03B5/225GK1030397SQ8810399
公开日1989年1月18日 申请日期1988年6月29日 优先权日1987年6月29日
发明者罗纳德·李·施文宁格, 赖特·蒙哥马利·韦尔顿, 博伊德·斯蒂芬·道森, 约瑟夫·米歇尔·马蒂萨, 拉里·约翰·谢利斯塔克 申请人:Ppg工业公司