使用物理起泡器的玻璃澄清方法与流程

本申请根据35u.s.c.§120，要求2013年2月5号提交的美国申请系列第13/759578号的优先权，本文以所述申请为基础并将其全文通过引用结合于此，所述美国申请系列根据35u.s.c.§119，要求2012年2月27号提交的美国临时申请系列第61/603581号的优先权，本文以所述申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

领域

本发明一般地涉及玻璃澄清方法，更具体地涉及包含气泡的玻璃澄清方法，其可用于低成本玻璃制造。

技术背景

通过原材料在加热下的反应使得玻璃熔融的过程中，通常产生气态内含物。然后可以各种方式去除气态内含物。四种通常类型的气泡去除包括：大的熔融容器，其中在容器的后部加入批料材料，靠近容器的前部存在自由表面，当玻璃中的气泡上升到玻璃表面并砰出(pop)时，去除气泡；或者将批料进料到熔融容器的后部，将玻璃移动到澄清容器，所述澄清容器的温度高于熔融容器的温度，气泡上升到表面并砰出；或者将批料进料到熔融容器的后部，将玻璃移动到澄清容器，所述澄清容器的温度高于熔融容器的温度，并且向批料加入化学澄清剂，从而使得在较高温度下，当玻璃到达澄清容器时，澄清剂释放气体，增加存在的气泡的尺寸以改善上升速率，从而改善澄清；或者将批料进料到熔融容器的后部，将玻璃移动到澄清容器，所述澄清容器的温度高于熔融容器的温度，并在澄清容器中在玻璃表面上抽真空，这导致气泡响应其生长，上升到表面并砰出。

可以采用上述方法去除许多气态内含物，其成就的变化取决于设备、玻璃组合物和操作设定的细节。存在对于低成本和/或使得气态内含物最小化的澄清方法的需求。

概述

例如，在制造玻璃的方法中，其中，玻璃从熔融容器移动到澄清容器，可在澄清容器中设置强迫起泡(其可以是单独的起泡器、起泡器排或者多排起泡器)以改善澄清，例如，使得气泡最小化或者消除气泡。

一个实施方式是一种对玻璃熔体进行澄清的方法，所述方法包括：在熔融容器中提供玻璃熔体，使得玻璃熔体通过第一通道移动到澄清容器，在澄清容器中将气泡物理引入玻璃熔体中以形成澄清的玻璃，其中所述熔融容器和澄清容器相互处于水平朝向。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图简要说明

图1示意性显示了根据一个实施方式的方法。

图2是显示气泡(气态内含物)消除距离的数学建模结果图。

图3a显示在澄清容器中没有起泡的玻璃流动和温度。

图3b显示在澄清容器中具有起泡的玻璃流动和温度。

详细描述

本发明的实施方式可提供一个或多个优势，例如将通过澄清容器进行澄清的玻璃的产量增加到得到与没有起泡器相当的质量，在已有工艺的情况下，这会增加已有设备基底面(footprint)的总销售量，导致每单位成本的下降。在新工艺的情况下，这能够实现建造较小、较廉价的澄清容器，用于节约净资产。此外，这能够实现可以从澄清容器中去除的最小气态内含物的尺寸的下降，这可用于降低玻璃产品的容许的气态内含物尺寸，从而提供优异质量而不会增加损耗。此外，这可以实现可以通过澄清去除的气态内含物的总数量的增加，从而可用于降低澄清容器的基底面，增加澄清容器的气泡负载而不会造成质量的损失或变差。

如图1所示，一个实施方式是一种对玻璃熔体进行澄清的方法100，所述方法包括：在熔融容器12中提供玻璃熔体10，使得玻璃熔体通过第一通道16移动到澄清容器14，在澄清容器中将气泡18物理引入玻璃熔体中以形成澄清的玻璃11，其中所述熔融容器和澄清容器相互处于水平朝向。

根据一个实施方式，将气泡物理引入到玻璃熔体包括通过至少一个起泡器20在玻璃熔体中产生气泡。可以在澄清容器的后部设置单个起泡器、起泡器排或者多排起泡器，以改善澄清，例如使得气态内含物最小化。

在一个实施方式中，移动玻璃熔体包括将玻璃熔体引入到澄清容器高于起泡器的部分22中。气泡在澄清容器的入口产生向上作用力，从而经由第一通道16从熔融容器进入容器的气态内含物被以向上的方向吸起，该吸起的速度大于单独的斯托克斯定律(气泡上升)的速度。因此，气态内含物比没有起泡时更快地到达玻璃表面，更高效地去除气态内含物。

在一个实施方式中，在澄清容器的后部设置起泡器、起泡器排或者多排起泡器。在一个实施方式中，澄清容器具有高长宽比，例如，相对于宽度，长度至少是1.5倍，例如1.5倍，例如1.6倍，例如1.7倍，例如1.8倍，例如1.9倍，例如2.0倍，例如1.5-2.0倍。澄清容器的后部起泡结合高长宽比产生这样一种条件，其不会严重扰乱玻璃的热对流。

熔融容器可由陶瓷耐火砖制造，并且可以内衬或者不内衬铂或铂合金。在一个实施方式中，所述方法还包括在熔融容器中加热玻璃熔体。可以通过任意数量的方法对熔融容器进行加热，包括单独使用的侧壁或底部电极或者将其与置于玻璃熔体上方的侧壁中的气体/氧气或气体/空气燃烧器结合使用。

在一个实施方式中，第一通道(例如由陶瓷耐火物制造的管道)将玻璃从熔融容器传递到澄清容器。通道还可包括铂或铂合金，后衬有陶瓷耐火材料用于强化。在一个实施方式中，所述方法还包括在第一通道中加热玻璃熔体。第一通道可以采用加热元件进行间接加热，或者铂的直接加热，例如铂管道，这取决于通道设计。在耐火通道的情况下，可以用玻璃下方的加热的元件电极或者玻璃上方的燃烧器，或者它们的组合进行加热。

澄清容器可由陶瓷耐火物制造，并且可以内衬或者不内衬铂或铂合金。在一个实施方式中，所述方法还包括在澄清容器中加热玻璃熔体。可以通过任意数量的方法对澄清容器进行加热，包括单独使用的侧壁或底部电极或者将其与置于玻璃熔体上方的侧壁中的气体/氧气或气体/空气燃烧器结合使用。

起泡器元件可制造成许多配置，包括：位于澄清容器后部的一个起泡器；位于容器后部的一排起泡器；或者位于容器后部的多排起泡器。

起泡器可以起泡具有相似效果的不同的气体组合物，因为该效果是物理的。一些示例性气泡气体包括o2、空气、n2、ar或其组合。基于容器中所用的材料以及玻璃组成，一种气体可能相对于另一种是优选的－o2和空气会氧化玻璃或耐火材料，而n2或ar会还原玻璃中的澄清剂(例如砷或锑)。因此，可能会调节玻璃组成与玻璃组成和材料选择－本发明旨在覆盖所有导致通过澄清容器中通过强迫起泡的澄清的改善的结合。

在一些实施方式中，起泡速率较低，例如12-30个气泡/分钟，并仍然实现玻璃的物理混合。在一些实施方式中，起泡速率为12-60个气泡/分钟。在60个气泡/分钟时，澄清的改善可能下降，但是这仍好于没有起泡。

在一些实施方式中，气泡的平均直径为0.5-3英寸，例如1-3英寸，例如1-2.5英寸，例如1-2英寸。

在一些实施方式中，物理引入气泡包括以如下方式引入气泡：起泡速率为12-60个气泡/分钟，并且气泡的平均直径为0.5-3英寸。

根据一个实施方式，所述方法还包括通过第二通道24将澄清的玻璃移动到成形工艺。第二通道(例如管道)可由陶瓷耐火物制造。第二通道可包括铂或铂合金，后衬有陶瓷耐火材料，例如用于强化。根据一些实施方式，所述方法还包括在第二通道中加热玻璃熔体。第二通道可以采用加热元件进行加热，或者铂的缠绕或直接加热，例如铂管道，这取决于通道设计。

图2是数学建模结果图，其显示通过在澄清容器的后部的起泡，使得气泡(气态内含物)消除距离下降。对于该例子，最佳起泡速率低于30个气泡/分钟。12个气泡/分钟也显示非常好的结果。高于该速率，澄清的改善开始下降。图2显示采用数学建模的各种情况的所得的澄清去除位置：情况0是没有起泡，情况1是12个气泡/分钟，和1英寸气泡的起泡，情况2是12个气泡/分钟和2英寸气泡的起泡，以及情况3是30个气泡/分钟和2英寸气泡的起泡。澄清去除位置(容器下所有产生的气泡都被去除的距离)越小，容器的澄清越好。线26、28和30显示相同的罐深度下，磅/小时的增加。因此，图2的所示的优势如下：通过起泡改善了澄清，并且存在最佳起泡速率；在低速率下的起泡改善了澄清，增加该起泡速率会最终导致较差的澄清，虽然这可能仍优于没有澄清。

图3a显示在澄清容器中没有起泡的玻璃流动和温度。灰色的阴影越浅，温度越高。

图3b显示在澄清容器中具有起泡的玻璃流动和温度。灰色的阴影越浅，温度越高。在具有起泡的情况下，在容器32的后部具有非常显著的向上作用力。该向上作用力可增加气泡(或气泡缺陷)向上到达玻璃表面的流动，这实现的更多的澄清去除(在熔体的表面砰出)的时间。

除非另有明确说明，否则，不应将本文所述的任何方法解释为必须按照特定的顺序进行其步骤。因此，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序的时候，或者当权利要求或说明书中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序的时候，不应推断出任何特定顺序。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域技术人员可以结合本发明的精神和实质，对所述的实施方式进行各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。