控制玻璃熔化熔炉操作的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及玻璃恪化恪炉(glassmeltingfurnace )的操作，其中玻璃制作(glassmaking)成分恪化以产生恪融玻璃制作材料的恪池(bath)，可从恪融玻璃制作材料生产固体玻璃。
【背景技术】
[0002]在玻璃的制造中，玻璃制作材料通过从利用氧燃烧燃料的燃烧器提供的热来在玻璃熔化熔炉中熔化。燃料可利用作为氧的来源的空气来燃烧，或利用含有比空气更高的氧含量的流来燃烧。恪炉(furnace)必须由可经得起在恪炉中普遍的非常高温度的材料来制造。常采用的建造材料是公知的，其典型地包括AZS和娃质耐火材料(refractory)和相关材料。
[0003]然而，玻璃熔化熔炉中的状态已知会引起熔炉的内表面的侵蚀，尤其是玻璃制作材料上方的顶部(“冠部(crown)”)。用于冠部的最广泛使用的材料是用于碱石灰硅玻璃熔炉的硅砖。由玻璃熔化熔炉中的玻璃批料(batch material)和熔融玻璃产生的碱蒸气(大部分是NaOH和Κ0Η)与硅耐火砖反应，且随着时间的流逝而在冠部的内表面上形成玻璃状硅酸盐材料。当足够浓度的碱金属氧化物(主要是Na20和K20)累积在玻璃状硅酸盐层中时，玻璃状材料可变得足够流动的以直接地滴入熔炉中的熔融玻璃中，或沿硅质耐火材料表面蔓延且在熔炉中的其它耐火材料表面上蔓延，且溶解或移走耐火材料颗粒中的一些，耐火材料颗粒中的一些落入熔融玻璃中。此侵蚀是非期望的，因为其导致冠部中的材料损失，这最终导致冠部的昂贵修理或替换，且因为侵蚀产物已知会落入熔炉中的熔融玻璃材料的池中，且引起玻璃产品中的缺陷。
[0004]本发明提供了下述方法:用于控制熔炉气氛，以减小耐火材料的侵蚀且改善玻璃的质量，具体而言，增大玻璃的氧化态(g卩，减小氧化还原比，其为二价铁与三价铁的摩尔比)来生产特征为高透光性(transmiss1n of light)的玻璃(用于使用诸如通透平板玻璃和玻璃餐具)。优选地，氧化还原比减小0.01到0.20。
【发明内容】
[0005 ]本发明的一个方面为一种操作玻璃熔化熔炉的方法，熔炉包括由相对的侧壁、后壁、顶部和前壁限定的玻璃熔化室，该方法包括:
(A)在所述玻璃熔化室的熔化区中熔化玻璃制作材料以建立熔融玻璃制作材料的熔池，通过来自所述熔化区的所述侧壁中的相对的蓄热器端口中的两对或更多对的燃料和预热氧化剂的燃烧而提供至所述熔池之上的熔化区的热，其中所述燃烧在所述熔化区中的所述熔池之上形成包括燃烧产物的气氛，其中涌出(spring)区存在于所述熔池中，
(B)使熔融玻璃制作材料从熔化区进入且穿过玻璃熔化室的精炼区，且然后经由所述前壁中的端口离开所述玻璃熔化室，
(C)将燃料的至少一个气态流或雾化流体流和至少一个氧化剂流注射到熔融玻璃制作材料上方的精炼区中，且燃烧所述精炼区中的所述燃料和氧化剂，以将所述精炼区中在所述熔池表面附近的气氛中的平均氧浓度增大lvol%到60vol%，以及
(D)调整所述蓄热器端口中的各个的燃料和燃烧空气流率，以使离开位于涌出区与精炼区之间的所述蓄热器端口中的各个的烟道(flue)气体中的氧浓度在2vol%到10vol%之间，优选地2vol%到6vol%之间。
[0006]在本发明的优选方面中，在步骤(C)中注射的所述至少一个氧化剂流包括35vol%至IJ100vol%的氧，且所述燃料在步骤(C)中以相对于步骤(C)中注射的氧化剂的化学计量比的110%到2000%来注射。
[0007]当在本文中使用时，“玻璃制作材料”包括以下材料中的任何及它们的混合物:沙(主要是Si02)、碱灰(主要是Na2C03)、石灰石(主要CaCCb和MgCCb)、长石、硼砂(水合硼酸钠)、钠和钾的其它氧化物、氢氧化物和/或硅化物，以及之前通过熔化和凝固前述中的任何来产生的玻璃(如，再循环的固体玻璃件)。玻璃制作材料还可包括功能添加剂，如批量氧化剂(例如芒硝(硫酸钠，Na2S04)和/或硝石(硝酸钠，NaN03和/或硝酸钾，KN03))以及澄清剂(fining agent)(如铺白(Sb2〇3))。
[0008]当在本文中使用时，“碱类”意思是含有钠、钾和/或锂原子的化合物，包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、在高于1200°C的温度下由氢氧化钠或氢氧化钾的分解形成的产物、以及它们的混合物。
[0009]当在本文中使用时，“氧-燃料燃烧器”意思是经由其给送燃料和氧化剂的燃烧器，氧化剂具有比空气的氧含量更大的氧含量，且优选地具有至少50体积分数的氧含量，且更优选地大于90体积分数的氧含量。
[0010]当在本文中使用时，“氧-燃料燃烧”意思是燃料与氧化剂的燃烧，氧化剂具有比空气的氧含量更大的氧含量，且优选地具有至少50体积分数的氧含量，且更优选地大于90体积分数的氧含量。
[0011]当在本文中使用时，“在所述熔池表面附近的气氛”意思是从熔池表面延伸至熔池表面上方一英尺的气态层。
【附图说明】
[0012]图1为玻璃熔化熔炉的顶部平面视图，本发明可在其中实施。
[0013]图2为在没有本发明操作时的图1的熔炉中的气体流的图解示图。
[0014]图3为以本发明的一个实施例操作时的图1的熔炉中的气体流的图解示图。
[0015]图4为在没有以由图2代表的方式的本发明操作时的图1中的熔炉中的玻璃熔化表面附近的熔炉气氛(以湿体积分数(vol.% wet))的氧浓度轮廓的图解示图。
[0016]图5为在以由图3代表的方式本发明的实施例来操作时的图1中的熔炉中的玻璃熔化表面附近的熔炉气氛(以湿体积分数)的氧浓度轮廓的图解示图。
[0017]图6为玻璃熔化熔炉的顶部平面视图，绘出了根据本发明的另一个实施例将气体注射到图1的熔炉中的备选布置。
[0018]图7为玻璃熔化熔炉的侧部截面视图，绘出了将气泡可选给送到熔融玻璃中的操作。
[0019]图8为玻璃熔化熔炉的侧部截面视图，绘出了熔融玻璃的流和涌出区。
【具体实施方式】
[°02°]首先转向玻璃制作恪炉自身，图1示出了带有蓄热器的典型交火(cross fired)浮法(float)玻璃熔炉100，利用其可实施本发明。本发明不限于浮法玻璃熔炉，且可在制造例如餐具玻璃、平板玻璃、显示器玻璃和容器玻璃的其它类型的玻璃熔化熔炉中实施。熔炉100包括熔化区11和精炼区12。熔化区11和精炼区12包围在后壁21、前壁23和侧壁22内。冠部或顶部(未绘出)连接到侧壁22、后壁21和前壁23上。熔炉100还具有底部，其连同后壁21、侧壁22和前壁23以及冠部或顶部来形成保持熔融玻璃制作材料的包围物(enclosure)。
[0021]调节区13由侧壁24、前壁25、端壁26和连接到侧壁24、前壁25和端壁26上的冠部或顶部(未绘出)包围，以及底部和冠部或顶部。调节区13(在存在时)相对于精炼区12定位成接收来自精炼区12的流动的熔融玻璃制作材料，以用于以本领域中已经熟悉的方式来进一步调节熔融材料。腰区14为连接精炼区12和调节区13的窄通路。
[0022]底部的具体形状并不是关键的，但在通常的时间中，优选的是底部的至少一部分为平面的，且为水平的或在通过熔炉的熔融玻璃的流动方向上倾斜的。底部的全部或一部分可改为弯曲的。如由其壁限定的熔炉的具体形状也不是关键的，只要壁高到足以保持期望量的熔融玻璃，且提供熔融玻璃上方的(冠部下方的)空间，在该空间中可发生燃烧，其使玻璃制作材料熔化且保持它们熔化。
[0023]熔炉100还具有至少一个材料填装入口(未示出)，其典型地沿后壁21的内表面，或对于其它类型的玻璃熔炉在后壁21附近的侧壁22中，玻璃制作材料可经由该入口给送到熔化区11中。还可存在一个或多个烟道，燃料和氧的燃烧的产物(在熔化区11内)可经由烟道流出熔炉的内部。烟道或多个烟道典型地位于后壁21中，或在一个或多个侧壁中。
[0024]熔炉的底部、侧部和冠部应当由耐火材料制成，其可在其将经历的温度(S卩，典型地1300°C到1700°C)下保持其固体结构完整性。此类材料是在构建高温设备的领域中广泛已知的。示例包括二氧化硅、电熔氧化铝和AZS。
[0025]冠部的内表面(S卩，与熔炉气氛接触的表面)可包括构建冠部的原始材料，且在一些位置可改为包括形成在冠部的未侵蚀表面上的熔渣层。此熔渣层典