专利名称：制备玻璃的方法和熔化玻璃的设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及制备玻璃的方法和熔化玻璃的设备。具体涉及由反应性高的材料制备高质量玻璃的方法，以及该方法中熔化玻璃的设备。
背景技术：
折射率[nd]低、阿贝数[vd]大并显示正性反常色散特性的一种光学玻璃，是用于光学设计中考虑校正二次波谱的一种基本玻璃。这种光学玻璃包括JP-A-60-81042和JP-A-62-100452公开的一种氟磷酸盐玻璃。
配制金属磷酸盐M(PO3)x和氟化合物MFx作原料(其中M是一种碱金属、碱土金属或其他金属元素而x是M的价数)并将这些原料熔化就能制备氟磷酸盐玻璃。
尽管上述氟磷酸盐玻璃是一种有用的玻璃，该玻璃的原料在熔化时表现非常强烈的腐蚀性。因此带来以下问题。即便用耐腐蚀优异的铂作容器来熔化，原料仍腐蚀铂，并且腐蚀的铂以微粒形式包杂在熔融玻璃内，构成光散射源，令玻璃质量降低。
为了减少变脆造成的玻璃污染和熔化容器的损坏以及为了玻璃的脱泡和均化，因此提出含有大量氟的玻璃的制备方法(JP-B-8-25749)。而在该方法中，虽然对促进脱泡能起作用，但不能完全防止上述容器腐蚀造成的玻璃沾污。还存在的另一个问题是不可避免地限制原料的组成。
还报导了一种方法中减少铂污染的方式，其中将用作磷酸盐玻璃原料的金属磷酸盐M(PO3)x进行热处理，然后熔化[“铂族(platina)金属综述”，vol.36，No.1，p14-25(1992)]。该方法中，用作玻璃的原料在920-1050℃进行热处理，然后再熔化。只要单独使用的金属磷酸盐原料有1100-1200℃的高玻璃化温度，上述方法就不会造成问题。然而上述方法不能适用于含有在700-1000℃玻璃化的氟化合物材料的混合物，所以不能用于玻璃化温度在1000℃或更低的玻璃组合物原料，例如氟磷酸盐玻璃。然而在试图用上述方法制造时，就要求采用对M(PO3)x原料热处理的步骤和将热处理的M(PO3)x原料与另一种原料亦即氟化合物MFx原料进行混合的步骤，这就造成制备方法复杂化而且不可避免地增大制作成本的问题。
另外，熔化氟磷酸盐玻璃原料会出现以下不合要求的情况。亦即原料的反应产物和气氛中玻璃或水的蒸气会在熔化容器内固化，气氛中玻璃或水的蒸气会与玻璃原料反应堵塞原料投料口，或者形成的固化滴落进入熔融玻璃造成强烈发泡或作为不熔化物质残留在玻璃内。结果，出现的问题是降低玻璃质量或降低产率。
由于上述原因，目前条件下难以大规模制造高质量的氟磷酸盐玻璃。
熔化硼硅酸盐玻璃也有类似于熔化氟磷酸盐玻璃的问题。亦即玻璃原料会在熔化期间释放大量的水阻塞原料进料口，或者硼酸蒸发而遭受熔化容器内的固化。
发明概述在这种情况下，本发明目的是提供一种制备玻璃的方法，其中由熔化期间显示高反应性的玻璃原料或含有高挥发性成分等用于制造氟磷酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃的材料制备高质量玻璃，并提供该方法中熔化玻璃的设备。
为达到上述目的，本发明人作了深入研究，结果发现，通过将氧化气体鼓入熔融玻璃，并在此时将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装载在鼓泡位置的这样一种方法就能实现上述目的，或者使用这样一种方法，其中用干燥的环境气体填充容器，同时让环境气体通过玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃的液面，装载玻璃原料，并且专门制作进行上述方法的熔化玻璃设备。基于上述发现而完成本发明。
这就是说，根据本发明，(1)提供一种玻璃制备方法，其中包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃以便熔化玻璃原料的步骤，其中将氧化性气体鼓入熔融玻璃并在鼓泡位置将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装载(下文叫作“制备方法I”)。
(2)提供一种玻璃制备方法，其中包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃以便熔化玻璃原料的步骤，所述容器用干燥的环境气体填充同时让环境气体沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃的液面，装载玻璃原料(下文叫作“制备方法II”)。
(3)还提供一种玻璃熔化设备，通过装载玻璃原料并加热玻璃原料使之熔化得到熔融玻璃，该设备包括，作为基件的熔化玻璃原料的容器，向容器内熔融玻璃供给氧化气体的氧化气体供给口，和位于所述氧化气体供给口上方的原料装载口，以便装载玻璃原料(下文叫作“玻璃熔化设备I”)。
(4)还提供一种熔化玻璃的设备，通过装载玻璃原料并加热使它熔化得到熔融玻璃，该设备包括作为基件的容器，加热和熔化玻璃原料并留存所得的熔融玻璃，配备连通并接触容器的原料装载口，与此还有供给干燥环境气体填充容器的环境气体供给口，排放所述环境气体的环境气体排放出口，容器的内部被区分形成一个环境气体通道将其从环境气体供给口沿着原料装载途径至熔融玻璃液面导通并到达气体排放出口(下文叫作“玻璃熔化设备II”)。
附图简述
图1是本发明实施例所用熔化玻璃设备的纵向剖面图。
本发明的优选实施方案本发明提供的制备玻璃方法是一种玻璃制备方法，包括将玻璃的原料装入加热的容器内熔化玻璃的步骤该方法包括两种实施方式。亦即(1)一种方法是将氧化气体鼓入熔融玻璃并且在鼓泡位置将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装入(制备方法I)，而(2)另一种方法是所述容器用干燥环境气体填充并且同时让环境气体沿着原料装载途径流到熔融玻璃液面，装载玻璃原料(制备方法II)。
上述制备方法I中，“熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料”意指熔化期间将产生一种腐蚀上述容器(特别是铂或铂合金制造的容器)物质的材料，并且上述玻璃原料包括磷酸盐玻璃的原料。另外，上述“氧化气体”意指氧化上述腐蚀物质的气体，包括氧气。
在使用金属磷酸盐化合物作玻璃原料和熔化磷酸盐玻璃时优选使用上述制备方法I，尤其在使用金属磷酸盐化合物和氟化合物作玻璃原料并熔化氟磷酸盐玻璃时特别优选它。
在使用氟化合物作玻璃原料和熔化氟化物玻璃时优选使用上述制备方法II，尤其在使用氟化合物和金属磷酸盐化合物作玻璃原料并熔化氟磷酸盐玻璃时特别优选它。作为选择，在使用硼酸盐化合物作原料并熔化含硼酸盐玻璃时特别优选它。
氟磷酸盐玻璃是一种光学玻璃，它由于氟元素而有高阿贝数并且正性反常色散特性大，可由氟化合物MFx和金属磷酸盐化合物M’(PO3)x’熔化制备。上述化学式中，每个M和M’代表金属元素，例如一种或多种金属原子，选自碱金属元素，碱土金属元素或其他金属元素，并且x和x’是M和M’的价数。
氟磷酸盐玻璃的原料包括一种配方混合物，含有氟化铝AlF3，氟化镁MgF2，氟化钙CaF2，氟化锶SrF2，氟化钇YF3(这些都是氟化合物)，金属磷酸铝Al(PO3)3和金属磷酸钡Ba(PO3)2(这些都是金属磷酸盐化合物)。另外，也可使用KPO3，NaPO3，H3PO4，P2O5，Nd2(PO3)3等。这些磷酸化合物可用作磷酸盐玻璃的原料。
上述玻璃原料可倾入容器中加热到大约800-1000℃的熔融玻璃内。熔化时上述玻璃原料的金属磷酸盐化合物会分解，产生表现强烈还原活性的游离磷。游离磷腐蚀铂制容器，腐蚀形成的铂微粒掺杂在熔融玻璃内并构成光散射源，造成玻璃质量下降。
为克服上述问题本发明采用上述制备方法I和制备方法II。首先详述制备方法I。
在本发明制备方法I中，鼓泡供给氧化气体进入熔融玻璃。在氧化气体鼓泡位置装入金属磷酸盐化合物，金属磷酸盐分解产生表现强还原活性的游离磷。但是在游离磷接触容器内表面之前被鼓入的氧化气体氧化，所以能防止容器腐蚀。
如上所述，从金属磷酸盐分解的产物游离磷被氧化，从而促进玻璃熔化并能有效得到磷酸盐玻璃。
氧化气体不仅氧化游离磷，而且还使金属磷酸盐化合物在装载位置向上对流流动。装入的原料通常沉降并到达容器底部。但是通过鼓泡造成传送物流降低原料的沉降速度。因此在原料到达容器底部之前就分解，并且产生的游离磷也被氧化所以能有效防止容器底部的腐蚀。
在上述制备方法I中，优选在熔融玻璃液面的中央位置鼓入氧化气体，并且让金属磷酸盐化合物的装料进入鼓泡位置。在这种方式中，使原料分解产生的游离磷到达容器壁面特别困难，而且容器内的熔融玻璃也被搅动。
以上鼓入的氧化气体优选干燥的含氧气体，例如氧气和氧气与惰性气体的混合物。优选使用干燥状态的氧化气体，下文将作说明，并且氧化气体的构成优选鼓泡气体的水含量为4.25体积％或更低，或者结露点在-70℃或更低。氧化气体的供给速度在50-500ml/分。
在使用氟化合物作玻璃原料时，氟与金属之间的结合与分解能一般至少500kJ/mol，例如F-Mg之间是511.7kJ/mol，F-Al之间是587.7 kJ/mol，F-Ca之间是556.17kJ/mol。另一方面，O-Mg之间的结合与分解能是336.87kJ/mol，O-Al之问是478.7kJ/mol，或者这些能都小于与F的和能量，所以没有鼓入的氧气能通过打破氟与金属的键合来清除玻璃中的氟。因此，氧气氧化游离磷而很少降低玻璃中的氟含量，所以氧气是制备氟磷酸盐玻璃时优选的鼓泡气体。在氟磷酸盐玻璃用作光学玻璃时，特别要求具有低的折射率和低散射性。如果氟完全用氧代替，阿贝数[vd]就会降低。但选择干燥氧气作氧化气体时，能防止阿贝数降低。
虽然根据原料数量和熔融玻璃出料量可有差别，氧化气体的流速优选1-4升/分。另外，氧化气体在供入熔化容器之前于熔化容器外部的温度优选调节到20-60℃，在供给到熔融玻璃时的温度优选调节到700-800℃。
在装载原料的位置熔融玻璃的深度要增大(亦即在容器底部和该位置熔融玻璃液面之间的高度差)，而从熔融玻璃液面起测量的原料装载高度(距离)要减少。这种情况下，会增加装入原料到达容器底部的时间，从而防止容器壁的腐蚀，甚至原料含有大量腐蚀物。得到上述效果无需将原料的装料口过于靠进熔融玻璃液面，从熔融玻璃液面起测量的玻璃原料转料高度(距离)计算，在原料装载位置熔融玻璃的深度优选调节到它的1.5-3倍，更优选1.6-2.5倍。通过控制玻璃原料的供给量或熔融玻璃出料量或者控制上述供给和出料量两者，就能控制熔融玻璃液面。
玻璃原料优选连续供料。在采用间歇式供给玻璃原料的方法时，为了生产恒量的玻璃，应增加每次装载玻璃原料的数量，并且立即产生大量的游离磷。在连续装料时，装料量随着时间均化，产生的游离磷被可靠地氧化，出于防止倾入腐蚀和促进玻璃熔化考虑大为有益。
因此，优选连续投入玻璃原料和连续出料熔融玻璃，使熔融玻璃液面维持在上述范围。
熔融玻璃通过容器的出料口被输送到精炼容器，经过精炼和搅拌变成均匀的高质量玻璃，它不含构成光散射源的微粒和气泡。该玻璃质量如此之高使其适于用作光学玻璃，并适于用作光学元件例如透镜，棱镜和光学纤维以及激光透镜。
尽管已参照熔化氟磷酸盐玻璃的实施例已说明了上述方法，但也能用于磷酸盐玻璃的熔化。
下面详述制备方法II。
制备氟磷酸盐玻璃所用原料的氟化合物包括许多易于升华的化合物，如AlF3(在1260-1272℃升华)。在AlF3接触300-400℃蒸汽时它部分分解而产生氟化氢和氧化铝。AlF3的蒸汽压是2.19kPa(1098℃)或0.102MPa(1294℃)。P2O5具有易于经受汽化的特性。在熔融玻璃伴随的环境气体接触含有OH基团气体或蒸汽时，AlF3蒸汽和P2O5蒸汽与OH基团或H2O蒸汽起反应，形成少量的可溶性AlPO4，这种AlPO4在熔化容器内熔融玻璃液面的上方会遭受固化。玻璃上固化的AlPO4滴落以不规则间隔包杂在熔融玻璃内。当AlPO4滴落进入熔融玻璃时，会发生强烈发泡的反应并将气泡残留在玻璃内。另外，由于AlPO4有非常高的、至少1500℃的熔点，在滴落进入熔融玻璃时不易熔化。结果，滴落残留作为微细物的AlPO4造成散射颗粒，它将大大降低玻璃质量。在将温度设定在高于输送微细物熔点在大约1100-1150℃时，易于升华的物质从玻璃中逸出，则难以得到预计组分的玻璃。
为得到大的阿贝数，用大量氟代替氧的玻璃，例如氟磷酸盐玻璃趋向与水反应，所以在熔化步骤要求避免熔融玻璃直接接触水并避免熔化气氛中包杂水。当氟磷酸盐玻璃接触OH基团或水蒸汽时，氟离子被氧离子取代，氟从玻璃中以HF气体形式逸出。结果，降低玻璃的稳定性，或者降低用作光学玻璃的阿贝数。产生的HF气体有毒，并对环保产生有害影响。
为克服上述问题得到高质量氟磷酸盐玻璃，要求降低熔融玻璃和熔化环境气氛中水和OH基团的含量。在制备方法II中，在将氟磷酸盐玻璃的原料装入熔融状态的氟磷酸盐玻璃步骤中，其中氟磷酸盐玻璃在加热的容器内积聚，用干燥的环境气体填充容器，并且在装载玻璃原料的同时让干燥环境气体沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃液面。
上述方法中，容器内用干燥状态的环境气体填充，并减少环境气氛中的水含量。另外，由于干燥环境气体沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃液面，玻璃原料内吸附的水与环境气体混合，使得装入玻璃原料内吸附的水含量降低。环境气体在到达熔融玻璃液面之后从容器排放，容器内气氛保持干燥状态，就可防止熔融玻璃与OH基团或的水反应。
还有，允许沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃液面的环境气体可防止以下几点从熔融玻璃产生的气体到达玻璃原料供料口固化玻璃原料，使供料口堵塞，或者玻璃原料由于向上的气流作用向上飞溅而堵塞玻璃原料供料口。
干燥环境气体优选选自惰性气体，干燥氧气或惰性气体与氧气的干燥混合气。
再者，为防止上述蒸汽遭受固化并堵塞待排放环境气体的气体排放出口，要将区域排放出口加热到这样一种温度，亦即气体排放出口的温度优选至少600℃，更优选至少700℃。
当连续装载玻璃原料时，容器内要调节干燥环境气体有相对于容器外的正压，从而防止与玻璃原料一起的水蒸气进入容器。容器内外彼此的压差优选调节到10-30Pa或更多。
熔融玻璃通过容器向下出口传送到精炼容器，经过精炼和搅拌变成没有构成光散射源微粒和气泡的均匀高质量玻璃。该玻璃质量如此之高使其适合用作光学玻璃，并且可用作光学元件例如透镜，棱镜和光学纤维以及激光透镜。
尽管已参照熔化氟磷酸盐玻璃的实施例已说明了上述方法，但它也能用于磷酸盐玻璃的熔化。
另外，上述方法可用于熔化含有硼酸盐的玻璃如硼硅酸盐玻璃。含硼酸盐玻璃产生大量水，并且硼酸有挥发性，含硼酸盐造成的问题是玻璃蒸汽在熔化容器内玻璃液面上方趋于形成固体。也在制备含硼酸盐玻璃中，按照上述同样方式让环境气体流动，在熔化容器内形成预定的流动路线，并且通过上述同样方法供给玻璃原料，从而克服玻璃蒸汽固化造成的问题，使得能够顺利供给玻璃原料，并以良好产率生产高质量玻璃。
在制备方法II中，熔化玻璃如下。象以在制备方法I中说明的一样，将一种氧化气体鼓入熔融玻璃，容器也用干燥环境气体填充，并同时让干燥环境气体沿着玻璃原料装料途径流到熔融玻璃液面，如同制备方法I已说明的那样，将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装入熔融玻璃的鼓泡位置。
在鼓泡气体出现的位置(该位置也是玻璃原料的装料位置)，于气氛中引起向上的对流。而且由于环境气体沿着装料途径流动，可防止玻璃原料向上流动。环境气体伴随熔融玻璃液面出现的鼓泡气体运送到气体排放出口，并不存在氧化气体滞留在容器内的风险。上述方法适合制备磷酸盐玻璃，氟磷酸盐玻璃和含硼酸盐玻璃如硼硅酸盐玻璃，并且也可用来制备低粘度硅酸盐玻璃。
上述方法得到的熔融玻璃可通过容器向下的出口输送到精炼容器，经过精炼和搅拌变成没有光散射源微粒和气泡的均匀且高质量的玻璃。该玻璃质量之高可适合用作光学玻璃，并且它可用作光学元件如透镜，棱镜和光学纤维，以及激光透镜。
本发明熔化玻璃的设备，是一种通过装载玻璃原料并将其熔化得到熔融玻璃的设备，该设备包括两种实施方式。亦即(1)设备之一包括，作为基件的、用于熔化玻璃原料的容器，向容器内熔融玻璃供给氧化气体的氧化气体供给口，和位于所述氧化气体供给口上方的原料装载口，以便装载玻璃原料(玻璃熔化设备I)，以及(2)另一种方式的设备包括，作为基件的容器，加热和熔化玻璃原料并维持所得的熔融玻璃，连通并接触容器配备的原料装载口，与此还有供给干燥环境气体填充容器的环境气体供给口，排放所述环境气体的环境气体排放出口，容器的内部被区分形成一个环境气体通道，将环境气体供给口沿着原料装载途径至熔融玻璃液面并到达气体排放出口(玻璃熔化设备II)。
首先详述熔化玻璃设备I。
在熔化玻璃设备I中，熔化玻璃原料的容器外部配备加热器，用于加热容器内的熔融玻璃和装入容器内的玻璃原料。在保持熔融玻璃的容器底部的部分，配备一个或多个氧化气体供气口供给诸如干燥氧气的氧化气体。在上述氧化气体供气口上方，配备原料装料口将玻璃原料装入容器。可配备多个原料装料口。在本发明设备运行时，容器内玻璃保持熔融，且氧化气体从氧化气体供气口上方进入熔融玻璃进行鼓泡。
玻璃原料通过装料口装载并且滴落在氧化气体鼓入熔融玻璃的位置。装入的玻璃原料被分解，产生表现强烈还原性的中间产物。而且，由于鼓入氧化气体而易于氧化原料，所以能防止容器内壁腐蚀，并能促进玻璃熔化。
玻璃原料装料口的构造使得装入的玻璃原料很少接触或不接触容器壁的表面。因此，优选在容器中间上方配备原料装料口，还优选在容器的中间部分配备氧化气体供气口，以便同原料装料口的位置相匹配。
本发明的设备I适合从氟化合物和金属磷酸盐化合物作的原料熔化和制备氟磷酸盐玻璃。氧化气体优选选自干燥状态的氧气或含有氧气的干燥气体。温度，氧化气体供气量和其他条件和上文制备方法I所述相同。有关的容器，至少在接触熔融玻璃的部分优选由铂或铂合金制造。
设备I优选具有装载计量机械来控制进入容器的玻璃原料装料量，以及排出计量机械来控制熔融玻璃从容器排出的熔融玻璃量。由于这些控制机械，可以控制原料装料量和熔融玻璃排出量，使得在玻璃原料装入容器内的位置处熔融玻璃深度为从熔融玻璃液面起测量的装料高度(距离)的1.5-3倍优选1.6-2.5倍，装入的玻璃原料在到达容器底部之前就被熔化。在这种方式中，能防止容器腐蚀，并能防止构成容器壁表面的物质包杂在熔融玻璃内造成的污染。
另外，上述原料装载机械优选按照连续装料方法实施。在连续装载原料时，原料装料速度按照时间均化，可避免因立即分解而形成大量还原性物质。按照连续方法的原料装载机械的一个实例如下。为保持原料的干燥状态，该机械有一个用干燥环境气体填充的辅助舱室，原料装载通道从辅助舱室延伸到原料装料口。在辅助舱室内配备螺旋和给料通道，通过螺旋以恒定转速的连续旋转将保存在辅助舱室内的原料挤出到原料装料口，使原料通过装料口连续装入容器。
上述设备I适合用于制备磷酸盐玻璃。
现在详述玻璃熔化设备II。
在玻璃熔化设备II中，如上述制备方法II所述用干燥环境气体填充容器，使容器内气氛中的水含量降低。另外，由于让环境气体沿着装料途径伴随玻璃原料流到熔融玻璃液面，玻璃原料内吸附的水即便水量很少也与环境气体混合，使得装入原料中吸附的水量降低。环境气体到达熔融玻璃液面并从容器排放，容器内气氛保持干燥状态，所以能防止熔融玻璃与OH基团或水的反应。
再者，让环境气体沿着装料途径流动还能防止以下几点从熔融玻璃产生的气体到达玻璃原料供料口固化玻璃原料，使供料口堵塞，或者玻璃原料由于向上的气流作用向上飞溅而堵塞玻璃原料供料口。
设备II适合用作通过提供氟化合物和金属磷酸盐化合物作原料并将其熔化得到氟磷酸盐玻璃的设备。在这种情况下，干燥环境气体优选干燥惰性气体，干燥氧气或惰性气体与氧气的干燥混合气。
另外，为防止来自容器的上述可溶性AlPO4在气体排放口固化并堵塞气体排放口，要求在气体排放口配备加热器来加热环境气体排放口。在加热器加热的气体排放口中，没有AlPO4经受固化，它以气态形式与环境气体一起从容器排放。排放环境气体的部分优选加热到600℃或更高。
在设备II中，原料装料机械优选按照连续方法，象上述设备I一样。为防止水在供给原料时从容器外部进入，优选配备一种调节干燥环境气体压力的装置，使得容器内部相对于容器外部有正压。
容器优选内部由隔板分开，它从原料装料口延伸到熔融玻璃液面附近，以便环绕装料通道，并且环境气体排放口设置在位于原料加料口和隔板的分隔处。当如上所述配备该隔板时，容器内的环境气体被连续替换，环境气体容易沿着预定路线流动。另外，装载的原料容易装入熔融玻璃，可防止原料通过气态排放口排出。
优选圆筒形的容器，并且加热保留在容器内熔融玻璃的加热部分优选附加在容器的侧面。此外，容器优选具有一种控制机械，至少控制原料装料量和熔融玻璃排出量两者之一，使得自容器底部起的熔融玻璃液面高度优选是容器直径的2.5-10倍，更优选3-6倍。更优选容器的控制机械控制原料装料量和熔融玻璃排出量两者。本发明设备特征在于，熔融玻璃和环境气体之间相对于熔融玻璃容积的接触面之比被降低，而熔融玻璃和容器之间相对于熔融玻璃容积的接触面之比被增加。由于这些特征减少了接触环境气体的熔融玻璃，并减少了与水的反应和玻璃成分挥发量，以及能有效地加热熔融玻璃。
当自容器底部起熔融玻璃液面高度低于容器直径的2.5倍时，难以达到上述效果。而在容器底部起熔融玻璃液面高度优选大于直径的10倍时，难以稳定地供给和排放环境气体。
通过容器出口将熔融玻璃传送到精炼容器，经过精炼和搅拌变成没有构成光散射源微粒和气泡的均匀高质量玻璃。这种玻璃质量之高使其适合用作光学玻璃，并且它适合用于光学元件如透镜，棱镜和光学纤维，以及激光透镜。
上述设备II不仅适合制造氟磷酸盐玻璃而且还能制造含硼酸盐玻璃如硼硅酸盐玻璃。
另外，熔化设备II还有氧化气体供给口，将干燥氧化气体供入熔融玻璃，并且在氧化气体供给口上方配备原料装载口。当设备II具有上述设备I的结构时，设备II也就有了设备I的特征如上述制备方法II所示，设备II适合制造磷酸盐玻璃，氟化物玻璃，氟磷酸盐玻璃，如硼硅酸盐玻璃的含硼酸盐玻璃，并适合制造低粘度的硅酸盐玻璃。
本发明熔化玻璃设备I和II中，可根据需要将精炼容器和搅拌容器连接每个熔化设备。
实施例参照下文实施例将进一步说明本发明，而本发明绝非仅限于此。
实施例1图1是本发明实施例1的熔化玻璃设备的纵向截面图。熔化玻璃容器10是圆筒形，用铂制造，内径0.28m而高0.95m。
在容器10的上面中央部分配备原料装料口5将原料装入容器，还配备原料装载机械1和环境气体供给口6以便连通装料口5。
装料机械1有个辅助舱室13，留存预先配制的原料原料供给通道14将原料供入装料口5，螺旋2插入原料装料通道14和辅助舱室13，马达3转动螺旋2，控制机械(未画出)控制原料的供给速度。通过马达3的运转，螺旋2将留存在辅助舱室13内的玻璃原料挤进供给通道14，经过原料出口4的原料通过原料装料口5装入容器10。马达3的转数决定原料供给速度，上述控制机械控制马达3的转数，使得原料供给使得得到控制。辅助舱室13还有个环境气体供给口6’将干燥环境气体供入辅助舱室13。干燥状态的环境气体通过上述环境气体供给口6和环境气体供给口6’进入容器10。
在容器10的上方中央部分，配备圆筒状隔板9以便环绕装料通道，即通过原料装料口5装入玻璃原料的装料通道。另外，在容器10的圆筒部分上方，配备气体排放出口7，将通过环境气体供给口6和6’的环境气体和经过原料装料口5和容器10内部的环境气体排出。气体排放出口7有个加热器8，防止熔化玻璃期间产生的玻璃蒸汽等遇到冷却而固化并堵塞气体排放出口。要求隔板9有一定长度，使得环境气体的流动不妨碍容器10内留存的熔融玻璃。
容器10的外表面配备加热器(未画出)将玻璃加热熔化，而且通过容器10外表面的加热器加热熔融玻璃。
在容器10底部的圆筒状部分配备下出口12，排出容器内熔化的玻璃。通过下出口排出的熔融玻璃传送到精炼容器进行精炼。
在容器10底部中央配备供给氧化气体的鼓泡管11。用氧气进行鼓泡通过鼓泡管11将干燥状态的氧气鼓入熔融玻璃。
容器10和与之相连的原料装料机械1保持内在的正压，造成除通过环境气体供给口6及6’的环境气体和通过鼓泡管11的氧化气体以外，不让含有水蒸气的空气进入。
上述玻璃熔化设备用来熔化和制造氟磷酸盐玻璃。容器10留存的熔融玻璃由容器外表面配备的加热器加热到800-1000℃，优选950-1000℃。干燥氧气通过鼓泡管11鼓入熔融玻璃，使中央部分的熔融玻璃与氧气进行鼓泡。
配制的玻璃原料置于原料装料机械1的辅助舱室13，通过环境气体供给口6及6’连续供给干燥气体(干燥氧气或干燥氧气与干燥惰性气体的干燥混合气体)。
作为氟磷酸盐玻璃的原料，使用一种配制的原料含有氟化铝AlF3，MgF2，CaF2，SrF2，YF3(这些都是氟化合物)，Al(PO3)3，Mg(PO3)2，Ca(PO3)2，Sr(PO3)2和Ba(PO3)2(这些都是金属磷酸盐化合物)。
通过原料装料口5的环境气体被隔板9引导朝向熔融玻璃液面移动，途经隔板9和熔融玻璃液面之间，途经容器10内壁表面和隔板9之间，并通过气体排放出口7排出。在容器10用干燥环境气体填充的情况下，原料装料机械1的马达3以预定转速旋转，将辅助舱室13内的玻璃原料连续挤出到装料口5。玻璃原料通过装料口5并通过隔板9环绕的部分行走，滴落在鼓入氧气的熔融玻璃液面的中心部分。在这种情况下，让环境气体沿着原料装利途径流动，不会造成容器10内原料因对流被推向上的情况或不出现鼓泡气体向上流动的情况。另外，能防止熔融玻璃产生的玻璃蒸汽吸附在玻璃原料内粘覆到原料装料口，因而阻碍原料的装料。
装入的玻璃原料成分，金属磷酸盐化合物在熔融玻璃中分解，产生还原性非常高的游离磷。而且游离磷易于被鼓入熔融玻璃的氧气氧化并熔化。因此，能有效地进行玻璃的熔化，防止金属磷酸盐化合物和游离磷到达铂制造容器10的内壁，则能防止容器10的腐蚀。所以，不出现容器10内铂微粒包杂在熔融玻璃内的情况。
从熔融玻璃液面流动到容器10内壁表面和隔板9之间空间的环境气体，含有熔融玻璃产生的玻璃蒸汽，且玻璃蒸汽与适量的水反应形成少量可溶的磷酸铝，磷酸铝与环境气体朝向气体排放出口7移动。由于气体排放出口7处于加热状况，磷酸铝不在气体排放出口7固化，所以不阻碍环境气体流动。另外，没有固化的磷酸铝滴落或包杂在熔融玻璃内，则避免了鼓泡等问题。
原料装载速度控制机械控制原料的装料速度，熔融玻璃出料速度控制机械控制熔融玻璃的出料速度，从而使熔融玻璃的深度(自容器底部中心到熔融玻璃液面的高度)，优选保持在自熔融玻璃液面起测量玻璃原料装料口5的高度(距离)的1.6-2.5倍。因此，通过该装料口5装入的原料在到达容器底部之前就熔化，因而不会腐蚀构成容器内壁的铂。
由于上述熔融玻璃液面的控制，熔融玻璃的深度优选维持在容器10内径的3-6倍，使得针对熔融玻璃总容积熔融玻璃的环境气体接触面积得到降低而并不阻碍环境气体的流动通道。
容器10内得到的熔融玻璃通过熔融玻璃出料口12传送到精炼容器(未画出)进行精炼，得到没有诸如残留气泡和铂微粒杂质的高质量光学玻璃。
如上所述，在连续供给环境气体和鼓泡气体的同时，连续装载玻璃原料，从而能以优良产率连续制造没有诸如残留气泡和铂微粒杂质的高质量光学玻璃。
实施例2用实施例1使用的同样设备以实施例1同样方式熔化硼硅酸盐玻璃。
将硼硅酸盐原料，硅酸盐原料和其他原料混合并供给到原料装载机械1。在令干燥环境气体流入的同时，通过原料装料口5将上述混合物连续装入熔融玻璃，得到硼硅酸盐玻璃。在本实施例中，也以优良产率连续制造没有气泡和杂质的高质量光学玻璃。
按照本发明制造玻璃的方法和利用本发明提供的熔化玻璃设备，由高反应性原料能制造高质量玻璃，特别是磷酸盐玻璃，氟化物玻璃，氟磷酸盐玻璃和含硼酸盐玻璃等等。
权利要求
1.一种玻璃制备方法，其中包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃以便熔化玻璃原料的步骤，其中将氧化性气体鼓入熔融玻璃并在鼓泡位置将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装入。
2.根据权利要求1的方法，其中将金属磷酸盐化合物用作玻璃原料并熔化磷酸盐玻璃。
3.根据权利要求2的方法，其中进一步将氟化合物用作玻璃原料并熔化氟磷酸盐玻璃。
4.根据权利要求1的方法，其中控制玻璃原料的装料速度和/或熔融玻璃的出料速度，使得在玻璃原料装料位置的熔融玻璃深度，为玻璃原料装料口和熔融玻璃液面之间的距离的1.5-3倍。
5.用作玻璃制备方法，其中包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃以便熔化玻璃原料的步骤，其中所述容器用干燥的环境气体填充，同时让环境气体沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃的液面，使玻璃原料装入。
6.根据权利要求5的方法，其中将氟化合物用作玻璃原料并熔化氟化物玻璃。
7.根据权利要求6的方法，其中将金属磷酸盐化合物用作玻璃原料，并熔化氟磷酸盐玻璃。
8.根据权利要求5的方法，其中将硼酸盐化合物用作玻璃原料，并熔化含硼酸的玻璃。
9.根据权利要求5的方法，其中将氧化气体鼓入熔融玻璃并在鼓泡位置装入熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料。
10.一种磷酸盐玻璃的制备方法，其中包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃以便熔化玻璃原料的步骤，其中将氧气鼓入熔融玻璃并在鼓泡位置将磷酸盐玻璃的玻璃原料装入。
11.根据权利要求10的方法，其中将金属磷酸盐化合物用作玻璃原料，并熔化磷酸盐玻璃。
12.根据权利要求10的方法，其中进一步将氟化物用作玻璃原料，并熔化氟磷酸盐玻璃。
13.根据权利要求10的方法，其中控制玻璃原料的装料速度和/或熔融玻璃的出料速度，使得在玻璃原料装料位置的熔融玻璃深度，为玻璃原料装料口和熔融玻璃液面之间的距离的1.5-3倍。
14.一种用于装载玻璃原料并将其熔化得到熔融玻璃的玻璃熔化设备，该设备包括作为基件的、用于熔化玻璃原料的容器，向容器内熔融玻璃供给氧化气体的氧化气体供给口，和位于所述氧化气体供给口上方用于装载玻璃原料的原料装载口。
15.根据权利要求14的设备，其中有控制玻璃原料装料速度和/或熔融玻璃出料速度的控制机械，使得在玻璃原料装料位置的熔融玻璃深度被调节到为玻璃原料装料口和熔融玻璃液面之间的距离的1.5-3倍。
16.一种用于装载玻璃原料并加热使它熔化得到熔融玻璃的玻璃熔化的设备，该设备包括作为基件的、用于加热和熔化玻璃原料并留存所得的熔融玻璃的容器连通并接触容器的原料装载口，与此还有供给干燥环境气体填充容器的环境气体供给口，和排放所述环境气体的环境气体排放出口，容器的内部被区分形成一个从环境气体供给口沿着玻璃原料装载途径至熔融玻璃液面并到达气体排放出口的环境气体通道。
17.根据权利要求16的设备，其具有经过圆筒形式容器侧面加热熔融玻璃的加热口，和控制玻璃原料的装料速度和/或熔融玻璃出料速度的控制机械，使得从容器底部到熔融玻璃液面的高度为容器内径的2.5-10倍。
18.根据权利要求16的设备，其具有氧化气体供给口，将干燥氧化气体供入熔融玻璃，在氧化气体供给口上方配备原料装料口。
全文摘要
由高反应性原料制造高质量玻璃并使用将其熔化的玻璃熔化设备的一种玻璃制备方法,包括将玻璃原料装入已加热容器内的熔融玻璃的步骤,(1)其中将氧化性气体鼓入熔融玻璃并在鼓泡位置将熔化期间表现还原剂性质的玻璃原料装载或(2)所述容器用干燥的环境气体填充,同时让环境气体沿着玻璃原料的装料途径流到熔融玻璃的液面,装载玻璃原料。
文档编号C03B5/12GK1339411SQ01140710
公开日2002年3月13日 申请日期2001年8月17日 优先权日2000年8月17日
发明者荻野一夫, 市之濑淳, 加藤泰子, 工藤理惠子 申请人:保谷株式会社