澄清装置和离心澄清玻璃的方法

专利名称：澄清装置和离心澄清玻璃的方法
技术领域：
本发明涉及澄清装置和澄清装置和离心澄清玻璃的方法。
更具体地涉及平板玻璃成型设备，如浮法玻璃成型设备或平板玻璃成型设备，但还涉及瓶、烧瓶类型的中空玻璃成型设备、隔热或隔声的矿棉类的玻璃纤维成型设备或所谓增强织物玻璃丝的成型设备。
背景技术：
对这些方法进行了许多研究工作，这些方法简略地包括第一个熔化步骤，接着是澄清步骤，其澄清步骤在于采用热方法与化学方法调节熔融玻璃，还在于除去熔融玻璃中的不熔物、气泡以及消除造成成型后出现的任何缺陷的成因。
在熔化方面，因此例如研究过加速其熔化，或提高其能量的效率。于是可以列举一种方法，该方法以均匀与控制地快速加热可玻璃化物质，同时进行强烈的机械混合，这能够使还是固体的可玻璃化物质与已经是液相的可玻璃化物质充分接触。这种方法在专利FR-2 423 452、FR-2 281 902、FR-2 340 911、FR-2 551 746中具体地描述过，这种方法一般使用浸没式电极类型的电加热设备。
还曾研制另外一类熔化方法，例如在US-3 627 504、US-3 260 587或US-4 539 034中描述的一类方法，这些方法使用浸没式喷嘴，即通常以与炉底相平的方式配置的以气体与空气进料的喷嘴作为加热设备，以便在液化中火焰甚至在可玻璃化物质内部散开。
在任何情况下，与“通常的”熔化相比，虽然可有效地达到非常显著地降低可玻璃化物质在熔化室中的停留时间，大大提高生产率，但另一方面，熔融玻璃呈难以澄清的泡沫状，则尤其特别难以保证最终玻璃，特别是光学玻璃的质量。
在澄清方面还作过一些研究工作。因此，例如由专利FR-2 132 028知道，借助一种装置通过离心作用进行澄清的方法，其装置内壁限定了一个有垂直轴的圆柱室，而该装置进行旋转。熔融玻璃在其上部供给该装置，并分配在室中，同时确定为一种在离心力作用下自然形成的抛物面状的腔。

发明内容
因此，本发明的目的是改进熔化与澄清方法，具体地涉及使用比较紧凑的和/或运行更灵活，和/或生产效率更高的设备，和/或生产至今还难以熔化或澄清和/或能量成本较低的玻璃等，会获得这些工业优点但又不会损害所生产玻璃的质量。
本发明首先一个目的是可玻璃化物质的熔化与澄清的方法，其特征在于将下述两个特征结合起来一方面，可玻璃化物质熔化时所需要的全部或部分热能由一种或多种化石类燃料与至少一种助燃气体燃烧提供，将所述的燃料/煤气或来自燃烧的气态产物在可玻璃化物质物料液面的下面喷入，另一方面，让熔化后的可玻璃化物质至少部分地呈“薄层”状进行澄清。
本发明涉及以下的技术方案1.澄清装置，该装置用于薄层状澄清玻璃并包括至少一个为了进行离心澄清而能够旋转的装置，所述装置的内壁基本上规定了至少垂直空心圆柱中的中间部分的形状，在圆柱内具有在其高度至少一部分上的挡板，以便阻止熔化状玻璃由所述内壁与这些挡板之间流出。
2.根据技术方案1的澄清装置，其特征在于在所述装置内，当熔融玻璃自由地离心时，熔融玻璃不自然地形成抛物线曲线。
3.根据技术方案1或2的澄清装置，其特征在于R1/R0比为至少0.8，R0是圆柱的平均直径，玻璃在该圆柱中流动，并且R1是挡板的平均直径。
4.根据技术方案1或2的澄清装置，其特征在于该澄清装置安装了捕获密度高于玻璃的固体微粒的设备。
5.根据技术方案4的澄清装置，其特征在于所述设备在所述装置的内壁中呈槽或沟状。
6.根据技术方案1或2的澄清装置，其特征在于所述装置的旋转速度为100～1500转/分。
7.根据技术方案1或2的澄清装置，其特征在于所述装置在其上部通过流动管道型静态供料设备供给熔化状玻璃。
8.根据技术方案7的澄清装置，其特征在于所述供料设备包括至少一个置于减压下的舱。
9.根据技术方案1或2的澄清装置，其特征在于所述装置包括金属板，该金属板止住将要澄清的玻璃的下落，所述金属板与挡板上部组合构成一个玻璃收集筐，这些玻璃有上升的趋势，然后通到挡板上面，随后流出呈薄层状的玻璃。
10.离心澄清玻璃的方法，其特征在于改方法是通过技术方案1-9任一项的澄清装置来进行的。
11.根据技术方案10的方法，其特征在于所述装置在其上部通过流动管道型静态供料设备供给熔化状玻璃，该设备包括至少一个置于减压下的舱。
在本发明中，“薄层”状澄清应理解是，这种澄清迫使熔融玻璃化物质以非常小的深度/厚度流出，更具体而言在例如至多15厘米，甚至至多10厘米，这可采用不同的设备达到。尤其可以迫使熔融物质流入两个靠近的有形壁之间，壁分开的距离确定了薄层的深度/厚度(例如通过离心力或通过重力达到流动)。还可以采用其他方法，具体通过选择一个或多个澄清室的尺寸，通过选择在进口供给熔融物质或在出口排出熔融物质的方法，获得这些薄层特性。下面将详细说明某些方法。事实上，在澄清中可玻璃化物质流的厚度很小，因而带来的主要优点是，能够达到大大降低这些熔融物质中含有的气泡到自由表面，或到迫使它们顺着流动的壁的路径，由此这些气泡易破裂并排出。
已证实在使用为简化起见在下面称之“采用浸没式喷嘴”熔化与使用如上述“薄层”澄清之间在工业上具有极有利的协同作用。
但是，因这种结合还远未被采用，还会预料到只能以中等玻璃质量为代价才可达到上述的所有这些优点，这里就不是这种情况。这是因为在本发明中，采用非常特别的澄清，还改变尺寸参数，这就是代替往澄清区域供给“通常的”待澄清熔融玻璃，这里实际上供给采用浸没式喷嘴熔化所得到的玻璃，即在总是有泡沫的这个含意上的具有非常特定特征的玻璃，并且与标准玻璃的密度相比，其密度相当低。不用说，能以薄层状澄清在起始泡沫就相当丰富的玻璃。
然而令人惊奇地，证实这是可能的，因为发现这种来自采用浸没式喷嘴熔化的有泡沫的玻璃还具有的特征是，气泡的尺寸相当大；如果从本发明熔化室出来的玻璃有效地呈仍要澄清的泡沫状，可以控制它含有的气泡尺寸，具体地，在某些优选结构中，对于某些可玻璃化物质的组成，可以除去几乎所有最小尺寸的气泡，即直径约100微米以下，甚至200微米以下的气泡，这是在这种玻璃在其熔化之后进行实际澄清之前实施了“微-澄清”，即这种微澄清有利于气泡聚集，较小气泡消失，有利于较大气泡，而往可玻璃化物质中添加焦炭或硫酸盐类澄清助剂有利于这种微澄清。另外，这种从熔化室出来的玻璃的残留不熔物含量一般相当低“大”气泡与不多的不熔物的组合就能使用薄层状澄清，同时大大有利于事实上熔化时已经进行的至少部分澄清。“大”气泡上升速度比较快，聚集比较快，最后排出也比较快。
值得指出的是，一般地，来自采用浸没式喷嘴熔化的玻璃只含有不多的硫酸盐，澄清前残留硫酸盐含量可以降低直到以SO3重量表示的硫酸盐含量低于600ppm，优选地低于200ppm或100ppm，甚者低于50ppm，尽管这类可玻璃化物质可以或不可以无意地含有硫酸盐，甚至有意地添加硫酸盐。这可用浸没式燃烧产生的水分压进行解释。
值得指出的是，脱硫酸盐的玻璃在浮法熔池中出现挥发性化合物问题很少，生成硫化锡的危险低，因此最后在玻璃板上锡缺陷的危险性也很低。在还原性玻璃的情况下，这就降低了硫化物的量(甚至完全除去)，特别是降低了会带来不太希望有的残留的黄色/琥珀色硫化铁的量，或降低了硫化镍包裹物的量，在淬火类型热处理时，这种包裹物可能引起玻璃碎裂。
因此，本发明在甚至澄清操作之前还能够获得硫酸盐非常低的玻璃，因此，在澄清之后能够获得硫酸盐至少还很低的玻璃，这样不需要为使其玻璃没有太多硫酸盐而纯化/选择可玻璃化物质。相反地，甚至可以在开始时添加硫酸盐。
采用本发明组合方法所得到的一个有利效果涉及该方法的能量成本采用浸没式喷嘴熔化可以免去使用浸没式电极类型的电熔化，其电熔化成本在某些国家可能是非常高的。另外，正是最重要的一点，正如下面将要详细地说明的，采用浸没式喷嘴熔化在液化中的可玻璃化物质里产生对流混合。这种在还未液化的物质与已经液化的物质之间非常强列的混合是极有效的，使用相同化学组成的可玻璃化物质时，在比采用通常加热方式低的温度和/或快得多的速度的条件下就能够达到熔化。
熔化时的温度完全没有通常方法中的高，仅仅根据能量成本，还通过选择在制造这些设备时所使用的耐高温材料类的材料，即热腐蚀缓慢的材料，这在经济上是非常有意义的。
在熔化区域与在澄清区域中停留时间也大大缩短并相容，这对生产效率、对其整个设备的生产能力明显地具有非常正面影响。同时，本发明能够得到很紧凑的设备这是因为采用浸没式喷嘴熔化，再由于熔化引起非常强烈的混合，因此能够大大降低熔化室的尺寸。此外在进行这种操作的一个或多个舱的尺寸方面，薄层状澄清都有同样的结果。因此降低澄清时玻璃的深度，排出气泡比较快，于是可以大大降低一个或多个澄清舱的“长度”(沿玻璃流的方向)。总之，该设备因此可以是很紧凑的，并且根据结构成本、简化运行、降低结构材料磨损等，其效益明显。
关于熔化操作，根据本发明，选择的助燃剂可以是以空气、富氧空气为主要成分的助燃剂，或者甚至基本上以氧气为主要成分的助燃剂。在该助燃剂中高浓度氧因各种原因事实上都是有利的它因此减少燃烧烟气的体积，从能量观点来看，这是有利的，还可避免出现可玻璃化物质过度流化的任何危险，而这种过度流化可能导致将其物质喷射到上部结构、熔化室顶部。另外，得到的“火焰”较短，较易发射出来，这就能够将其能量比较快速地转移到可玻璃化物质，如果希望的话，还可附带地降低液化中的可玻璃化物质的“熔池”深度。这里谈到了“火焰”，但这些火焰不一定是该术语通常意义上的火焰。如在下文所谈到的，可以是更一般说的“燃烧区域”。另外，任何可能放出的污染气体NOx因此降到最低。
关于燃料的选择，这可以是气体或非气体的化石燃料类型，如天然气、丙烷、燃料油或任何其他含烃燃料。还可能涉及氢。采用本发明浸没式喷嘴熔化的方法是一种使用氢的有利方法，另外，由于采用H2与O2燃烧所得到的火焰有不太发射的特点，使用非浸没的“空气”喷嘴很困难。
在采用浸没式喷嘴熔化时，将氧助燃剂与氢燃料结合起来使用是一种保证将喷嘴有效热能转移到熔融玻璃中的好方法，还导致了一种完全“清洁”的方法，即除了可能来自于原料脱碳作用的产物之外，既不放出氮氧化物NOx，也不放出COx类型的温室效应气体。
有利地，根据本发明在至少一个熔化室中进行熔化，其熔化室配置喷嘴，而喷嘴配置成它们燃烧或燃烧气体在熔化期间在可玻璃化物质物料中散开。于是可以让它们穿过其侧壁、底部和/或让它们悬挂在上面，将它们固定在炉顶或任何合适的上部结构上。这些喷嘴可以是这样，它们的气体供料管露出它们通过的壁。可以优选的是这些管道至少部分地进入可玻璃化物质物料中，以便避免火焰太靠近壁，并避免引起耐高温材料过早磨损。还可以选择只是注入燃烧气体，确切地说在熔化室外进行燃烧。
如上所述，已证实这种加热方式因对流作用会引起可玻璃化物质强烈混合于是燃烧即“火焰”或燃烧气流两者都形成对流环，已熔化或还未熔化的物质非常有效地持久地混合。因此有非常有利的“搅拌”熔化特征，不必使用不太可靠的和/或能够快速磨损的机械搅拌设备。
优选地，调节熔化室中可玻璃化物质物料的高度，以及燃烧或来自燃烧的气体散开的高度，以便这些燃烧/气体仍留在所述的可玻璃化物质物料中其目的是在液化中在该物质中仍保持这些对流循环回路。
一般地，这类熔化能够大大降低熔化室内放出任何类型的粉尘和NOx类气体，因为热交换速度非常快，因此避开了可能有利于生成这些气体的温度峰值。还大大减少放出COx类气体。该装置总能耗低于使用火焰炉的通常装置，例如倒置模式运行的火焰炉的总能耗。
还可以考虑在熔化操作之前采用可玻璃化材料预热步骤，但是其温度比液化它们时所必需的温度低很多，例如至多900℃。为了进行这种预热，有利地可以回收烟气的热能。在采用从烟中取出热能时，总体上可以降低设备的比能耗。
可玻璃化材料可以包括原料，但也包括玻璃屑，甚至用于玻璃化的废料。它们还可以包括可燃烧的成分(有机物)因此，例如可以再循环涂有粘合剂的无机纤维(在隔热或隔声时使用的，或在增强塑料时使用的)、带聚乙烯丁缩醛类聚合物板的层压窗玻璃，如挡风玻璃，或任何类型将玻璃与塑料复合在一起的复合材料，例如某些瓶子。还可以再循环“玻璃-金属或一些金属的复合材料”，如以含有金属的涂料起作用的窗玻璃，这些至今难以再循环，因为在熔化室中会逐渐富集金属，有积累在底部表面上的危险。但是根据本发明，采用熔化进行的混合能够避免这种沉积，因此能够再循环例如涂有瓷漆层、金属层和/或不同连接元件的窗玻璃。
本发明还有一个目的是借助在玻璃炉中采用浸没式喷嘴熔化再循环所有这些含有玻璃的复合成分。具体地可以设置浸没式喷嘴炉，其基本功能是由这些不同的再循环材料制造玻璃屑，然后，特定的玻璃屑与或不与通常玻璃炉的标准玻璃屑合并可以用作原料。
有利地，可以考虑在液化中的可玻璃化物质物料液面下往熔化室中加入全部或部分可玻璃化物质。可以以通常的方式在液化物料上面加入部分这些物质，其余部分例如可采用蜗杆型供料设备加到液化物料下面。因此，在熔化室壁单个点或在不同的分布点直接地将这些物质加入液化中的物料里。这样一种直接加入到处于液化的物料中(下面用“玻璃熔液”表示)的方法由于下述多个原因是有利的首先，这种直接加入可大大降低原料从玻璃熔池上面飞起而出现的任何危险，因此从炉子排出的固体粉末百分率可降至最低。其次，这种直接加入能够在将所述物质送到澄清区域之前较好控制最短停留时间，根据浸没式喷嘴布局，可在对流混合最强的地方选择性地加入它们。这个或这些玻璃熔池加入点因此可以接近其表面，或可以在玻璃熔池中更深的地方，例如在玻璃熔池中的高度为从底部平面计玻璃熔池总深度的1/5至4/5处，或所述深度的1/3至2/3处。
曾看到，本发明的方法能够再循环以与玻璃结合的复合产品状的塑料，这些塑料因此可用作部分燃料。也可将采用浸没式喷嘴熔化所必需的全部或部分燃料以固体燃料状(聚合物类有机物质，炭)或甚至液体燃料引入，还是有利的，这种燃料代替供给喷嘴的至少部分液体或气体燃料(具体是化石燃料)。一般地，在本文中使用的术语“可玻璃化物质”或“原料”包括获得玻璃基体(或陶瓷或玻璃陶瓷)所必需的物质，但也包括任何添加剂(澄清添加剂等)，所有可能的液体或固体燃料(复合或非复合材料的塑料，有机物质，炭等)，以及任何类型的玻璃屑。
还可以再循环有聚乙烯丁缩醛类聚合物薄板的层状玻璃窗，如汽车前面的挡风玻璃，或与玻璃和塑料结合的其他类型的复合材料，例如像某些瓶子。
还可以再循环以含涂料金属起作用的至今难以再循环使用的窗玻璃，因为在熔化室中会逐渐富集金属，有积累在底部表面上的危险。但是根据本发明，采用熔化引起的混合能够避免这种沉积，因此能够再循环例如涂有瓷漆层、金属层和/或不同连接元件的窗玻璃。
本发明方法可以以高玻璃屑比率进行。
如前面所述，因此本发明的澄清使用泡沫相当丰富的玻璃类的熔化状可玻璃化物质进行。典型地，这种“泡沫”密度例如约为0.5～2克/厘米3，例如优选地为1～2克/厘米3(与非泡沫的玻璃密度为2.3～2.4克/厘米3相比)，这种“泡沫”的硫酸盐含量以SO3重量计至多600ppm，甚至至多100ppm，特别是大部分气泡直径至少100或200微米。
为了提高澄清性能，优选地往可玻璃化物质中添加各种澄清助剂，其目的主要是从玻璃中除去从熔化阶段开始出现的直径小于100微米的气泡，甚至小于200微米的气泡，如前面所提到的。可能涉及还原性添加剂，如焦炭(也能够调节玻璃氧化还原电势)。在这种情况下，有利的是选择平均粒度小于200微米的焦炭粉末。还可能涉及硫酸盐。其他的澄清助剂确切地说在熔化阶段之后的澄清阶段是相当有效的。它们尤其能够使泡沫“去稳定”例如涉及氟或含氟化合物或含氯化合物，更一般地还涉及卤化物，或NaNO3类硝酸盐；氟(卤素)似乎降低玻璃粘度，因此，氟可能有利于除去在气泡之间生成的薄膜，除去薄膜有利于打破泡沫。氟还降低玻璃表面张力。
有利地，本发明的方法能够在温度不超过1400℃，优选地至多1380℃或1350℃进行熔化，和在温度不超过1500℃下进行澄清。
根据第一种方案，本发明澄清可以在熔化室下游的至少一个静态舱(运行时不动)中进行，其静态舱为流动通道型，并配置将待澄清的熔化状可玻璃化物质强制呈薄层状的设备，优选地薄层厚度至多为15厘米或至多10厘米。这一个或多个设备还可能有利地有助于避免在所述的一个或多个舱中在流出的熔化状可玻璃化物质物料中形成反向玻璃流。“反向玻璃流”与在大多数一般澄清舱的可玻璃化物质中见到的再循环对流带相关。有关达到消除这种反向玻璃流的非限制性方式以及与其相关的优点细节，例如在专利EP-616 983中适当说明。
事实上已证实，与薄层状流动相关的非常重要优点是，能够消除任何反向流，同时在澄清舱中具有塞状流式的流动。在塞状流，熔化物质不再具有向下的速度分量，气泡有向玻璃表面上升的趋势，由于如此消除了对流再循环流，这些气泡不再可能以夹带被强制重新“浸入”熔池中。
根据第二种方案，薄层状澄清或者是在同一熔化室中进行，或者在至少一个位于其下游的静态舱中进行，熔融状可玻璃化物质在至少两个相邻的壁之间靠重力向下移动，而这两个相邻的壁彼此基本平行，至少部分浸没在熔融物料中，并相对于该室或熔化舱的底平面倾斜(或换句话说，以其基本平行的平面，相对于所述熔化室或下游舱的纵轴倾斜)。有利地，这些壁可以集中在一个或多个结构单元中，如，其截面具体地近于矩形，纵向分隔开(采用多个隔板)的管状单元因此，由于沿着由上述壁构成的“片”形成多个流动的待澄清玻璃薄层而达到澄清，其澄清运行方式将在下面通过附图详细说明。
根据第三种方案，在熔化室下游，但在能够为保证离心澄清而旋转的舱中进行操作，这种舱还配置将待澄清的熔融状可玻璃化物质强制为薄层状的设备，其薄层“相对厚度”R1/R0至少为0.8，以绝对值计，绝对厚度为至多10厘米。
在本发明中，以下述方式理解R1/R0比R0是基本圆柱形空腔的平均直径，其空腔构成其舱，并且熔融物质在其中流动，R1是隔离部件的平均直径，通过其部件将熔融物质加入该空腔，以便使熔融物质在其空腔内壁与隔离部件之间移动。
第三种方案在于将上述两种方案结合起来，具体地澄清使用第一个静态舱，然后第二个旋转舱。
(在本发明范围内，术语“上游”与“下游”系指在从可玻璃化物质送到熔化室直到取出已澄清玻璃的设备中玻璃流动的方向)。
本发明熔化/澄清的方法能够生产出具有各种不同组成与性质的玻璃。由于其惰性低，另外还能够从一种组成转化成另一种组成，其转化时间很短。能够将已澄清的熔融状玻璃供给平板玻璃、中空玻璃、玻璃棉或增强玻璃丝的成型设备。
因此，能够生产出相当还原性的玻璃，这种玻璃的氧化还原性具体地高于或等于0.3。(氧化还原性定义为亚铁FeO的铁重量百分含量与以Fe2O3形式表示的该组成中总铁重量含量之比)。
还能够生产高SiO2含量的玻璃，例如至少72％(重量)，甚至至少75％(重量)，这些玻璃通常很难熔化，但很有利，尤其按照原料成本更是如此，因为它们的密度低，并且它们与塑料的相容性非常好。还能够生产出碱金属-碱土金属氧化物含量高，例如含有至少18％(重量)CaO，然而这类玻璃在比本发明更高的温度下采用通常的熔化方法有很强耐腐蚀，还可生产氧化钠含量低，例如至多11％(重量)氧化钠的玻璃，或硫酸盐含量非常低，例如至多600ppm的玻璃。含有铁、高氧化还原性但低硫酸盐含量的玻璃使生产出具有残留蓝色的玻璃成为可能，这种玻璃例如在汽车与建筑平板玻璃方面特别吸引人，也深受人们欢迎。因此可以得到选择性很强的防晒玻璃，在其玻璃上涂防晒层，以便增强其热性能，例如TiN类型的防晒层，具体地在专利EP-638 527与EP-511 901中描述的防晒层。
本发明还有一个目的是熔化与澄清装置，尤其是适合实施上述方法的装置，该装置包括至少一个熔化室，其室配置供以气体类(天然的)一种或多种化石燃料与空气或氧气类助燃剂的喷嘴，所述喷嘴配置成将这些气体或来自于燃烧的气体注入到引入所述熔化室的可玻璃化物质物料的液面之下，将待澄清的熔融状可玻璃化物质强制为“薄层”状的设备，所述的设备在同一熔化室中或在熔化室下游至少一个澄清舱中。
有利地，如前面所提到的，熔化室可以配置至少一个将可玻璃化物质加到玻璃熔液液面之下的部件，具体地至少两个部件，并优选地在与涡杆类加料部件相连的壁上呈孔状的部件。因此减少了粉末飞扬的危险，同时还可以考虑在如二氧化硅之类的可玻璃化物质的玻璃熔液上面引入，其可玻璃化物质可以进行预热操作而没有结块的危险。
除了澄清操作之外，本发明还涉及有关用于与玻璃熔液接触的熔化室壁的设计改进。可能有多种方案。在某些情况下，可以只是使用以氧化物为主要成分的已知耐高温材料，如氧化铝、二氧化锆、铬氧化物、所述AZS耐高温材料(以氧化铝、二氧化锆和二氧化硅为主要成分)。通常，更可取的是将这些耐高温材料与采用循环水类流体的冷却系统结合起来(“水夹套”或在法国采用水箱冷却)。可以设计在外侧安装水箱，这时耐高温材料与玻璃直接接触，或在内侧安装水箱。水箱这时的功能是在接近耐高温材料处产生较冷的玻璃流，这在本文中是特别强调的，因为采用浸没式喷嘴产生的玻璃熔液对壁引起强烈的对流液流。
另一种方案是在玻璃熔液区域中不使用耐高温材料，而只使用上面提到的水箱。
另一种方案是使用耐高温材料，(可以与水箱类冷却系统配合)，让这些耐高温材料衬以耐高温金属填料，如钼(或Mo合金)。有利地，这种填料与耐高温材料壁可以保持一定的距离(例如1毫米至几毫米)，给玻璃熔液提供一个连续接触的表面(一块或多块Mo平板)或非连续接触的表面(一块或多块钻孔Mo板)。这种填料的目的是因沿耐高温材料产生一层“静态”玻璃层，甚至因消除了玻璃与这些填料的任何接触，所以机械地避免了玻璃向着耐高温材料的直接对流。
在熔化室，优选地设计全部或部分浸没式喷嘴，以便它们能够将一种不参与燃烧的，代替(临时)助燃剂和/或燃料的流体加入玻璃熔池中。这种流体可以是N2类惰性气体或在玻璃熔池中立刻蒸发的液体水类冷却流体。因此临时停止燃烧，并同时继续往喷嘴注入流体的事实，一般地有两个目的或者希望停止喷嘴运行，更一般地例如停止在其系统中的熔化室运行，注入N2类惰性气体能够使该室在喷嘴处很安全，或者希望更换喷嘴，而另外的喷嘴在运行，并因此总是在熔化玻璃熔液存在下。在这种情况下，如下面将详细说明的，通过喷嘴适当地喷射水能够临时地使喷嘴上的玻璃凝固，同时产生一种“钟状物”，这样留有一段时间足以进行这种更换而不会磨光喷嘴。
根据上述的第一个方案，澄清舱是静态的。它包括有槽与顶的流动通道。将该通道中待澄清的熔融状可玻璃化物质强制成薄层状，具体厚度小于15厘米，因此产生塞状流的设备，例如是结构种类，并包括适当选择所述通道的平均高度与平均宽度的比，其比低于1，甚至低于0.5。
这个通道与上述设备一起或作为代替上述设备可包括用于将待可玻璃化物质强制为薄层状的设备，这些设备呈控制/调节在所述通道进口和/或出口，或正好在其通道上游处的物质流量的设备形式。
这个通道与上述设备一起或代替上述设备可包括其他用于达到塞状流薄层澄清的设备。事实上，一般地，这些设备在于考虑通过澄清舱的物质流与在该熔化舱中由熔融物质熔池展开的表面积，以便确定足以获得塞状流薄层的浅层的深度。该通道还可以配置加热设备，优选地置于可玻璃化物质上面的通常喷嘴型的，优选为氧喷嘴型的加热设备。
这个通道还可以配置可玻璃化物质均化设备，例如机械搅拌类的均化设备。
根据第二个方案，熔化室或其下游的澄清舱包括至少一种用于薄层状澄清的结构设备，该设备为至少两个基本平行的邻近的壁，其壁至少部分地浸没在待澄清物料中，并相对于该室或舱的底倾斜。优选地，这些壁插入在一个或多个上述管状件中。有利地，这些管件都配置在同一熔化室中，并通到所述室下游的排出口中。
根据第三个方案，澄清舱包括至少一种为保证采用离心澄清而能够旋转的设备，所述设备内壁基本上确定了至少在其中部垂直的空心圆柱的形状。
为了将待循环的可玻璃化物质在这种离心设备中强制成薄层状，有利地在离心设备空腔中至少一部分高度上可以配置有一个或多个隔板，强制熔融物质在该设备内壁与这些隔板之间流动，壁/隔板平均距离规定了薄层“厚度”。实际上，根据本发明，当熔融玻璃“自由地”离心，即仅仅由圆柱型外壁包容熔融玻璃时，防止熔融玻璃自然地形成抛物线曲线。相反地，根据本发明，强制熔融玻璃顺着安装在离心机机体中的设备的壁与隔板流动，沿离心机高度方向，其厚度相对地不变，如果一直保持上述的抛物面状，则其厚度小得多。因此，效率大大增加，这些气泡在离心力的作用下在隔板上破裂速度快得多，因此气泡移动的距离短得多。可以说如同静态方案中的塞状流。这样能够降低离心机的高度，减小其尺寸，同时还保证具有同样的性能。优选地，隔板/壁的距离至多几厘米，或用R1/R0比为至少0.8规定其距离，该比例已于上面解释过。
根据优选的构思，该装置在其上部通过流动管道型静态供料部件供给熔化状可玻璃化物质。这些供料部件可以包括至少一个置于减压下的舱，以便能够给该设备供料和/或进行第一次澄清操作。
该装置有利地安装捕获密度高于玻璃的固体微粒的设备，该设备具体地定位在该装置下部区域，并在它们的内壁中呈槽/沟状。优选地，该装置旋转速度选定在100～1500转/分。
该装置还可以配置固定的或跟随其旋转的机械设备，这些设备能够剪切泡沫，并将泡沫从高到低带到装置的排出已澄清玻璃的下部区域。这些设备具体地呈打孔的转板、叶片，它们配置在所述装置的上部区域。
下面将通过


的三种实施方式更详细地说明本发明

◇图1使用静态澄清装置的熔化/澄清图示设备，◇图2使用离心澄清装置的熔化/澄清图示设备，◇图3根据图2装置的澄清设备放大视图，◇图4在同一熔化室中，使用薄层澄清的熔化/澄清图示设备，◇图5上述图的装置中配置于熔化室的浸没式喷嘴横截面视图。
这些图不是必需成比例的，为更清楚起见，这些图极其简化了。
具体实施例方式
下面描述的装置适于熔化与澄清组成非常不同的玻璃，这里的玻璃供给生产平板玻璃的浮法玻璃生产设备。这些玻璃尤其还可以供给中空玻璃成型设备或供给采用离心作用的装置类的成纤维设备。
当然，除了任何硅-钠-钙类型的标准玻璃之外，采用本发明的装置生产不同类型的特种玻璃，尤其是至今还认为难以熔化的玻璃是特别有利的具有低Na2O含量与相对高的碱土金属氧化物(具体是CaO)含量的玻璃，根据原料成本从经济方面来看是有利的，但在通常的熔化温度下有很大耐腐蚀性，并采用通常的方法熔化还相当硬。可能涉及例如在1997年7月1日申请的FR97/08261中描述的玻璃组成，如(以％(重量)计)SiO272～74.3％Al2O30～1.6％Na2O 11.1～13.3％K2O 0～1.5％
CaO 7.5～10％MgO 3.5～4.5％Fe2O30.1～1％或下述类型的组成(以重量百分数表示)SiO266～72％，优选地68～70％Al2O30～2％Fe2O30～1％CaO15～22％MgO0～6％，优选地3～6％Na2O 4～9％，优选地5～6％K2O 0～2％，优选地0～1％SO3微量说明这类组成的另一实例如下SiO269％Al2O31％Fe2O30.1％CaO18.9％MgO5％Na2O 5.6％K2O 0.3％SO3微量这种玻璃具有低的退火温度590℃，也称之“应变点”(玻璃在该温度下的粘度为1014.5泊)。它的液化温度为1225℃、温度T(log2)为1431℃与温度T(log3.5)为1140℃[T(log2)与T(log3.5)相应于该玻璃各自达到以泊表示的粘度为log2或log3.5的温度]。该玻璃具有高于800℃的高软化点，所以有耐火玻璃的性质，并因为其高“应变点”而适于在等离子体屏中应用。
具有高二氧化硅含量的玻璃，从经济方面来看也是有利的，其玻璃具有相对低的密度，其组成范围总是用重量百分数表示是SiO272～80％CaO+MgO+BaO 0.3～14％Na2O 11～17％
碱性氧化物 11～18.5％Al2O30.2～2％B2O30～2％Fe2O30～3％SO3可以微量焦炭0～600ppm和可能有Ni、Cr、Co等氧化物的有色氧化物(这些玻璃的特点是特别粘稠)。
说明这类组成的实例如下SiO276.4％Fe2O30.1％Al2O30.1％CaO 7.6％MgO 5％Na2O 10％K2O 0.3％该玻璃的密度约2.46(与由Saint-Gobain Vitrage销售的“Planilux”类标准硅-钠-钙玻璃的密度2.52相比)。
由上面还可以看到，采用本发明的方法能够得到还原性玻璃，其氧化还原性很强，铁的含量与非常低的硫酸盐含量有可能得到残留蓝色的玻璃。
采用本发明的方法，还可以生产不含或几乎不含Na2O类碱金属氧化物的玻璃，特别是从应用观点来看还可以生产防火玻璃窗或在电子工业中使用的基体材料的玻璃。这样一些组成在专利EP-526 272与EP-576 362中报道过。
采用本发明的方法还可以生产在EP-688 741与WO96/00194中描述的其他的玻璃，尤其是低MgO含量的玻璃。
因此，在图1中绘出了第一种实施方式管道1能够同时将可玻璃化物质由顶3加入熔化室2中并排出燃烧的烟气。用这些烟气预热这些可玻璃化物质，因此回收了它们的热能。
能够如此加到熔液7上面的原料主要包括适于预热而不结块的二氧化硅。余下的原料在至少一个位于玻璃熔液7平面下面的点1′加入，具体地采用涡杆加料口加入。这里仅表示一个加料点，更确切地说，这是就玻璃熔液总高度B而言在高度上相对地配置的，在这个高度约2/3处与在该室前壁上另外配置的点。
事实上，在壁(前壁或侧壁)上，在其相同高度上或不同的高度上，具体地或者在这个高度B的上一半，或者下一半，例如在这个高度的1/3至2/3处设计多个加入点。实际上，这种往玻璃熔液直接加入原料能够大大降低从玻璃熔液下面飞起的比率(放出固体粉末)。另外，根据这种结构，这种加入能够将物料送到对流混合最强和/或要考虑此的这一点，以便这些物料在通到澄清区域之前在室2中停留至少最短一段时间。
室的底4配置多排喷嘴5，这些喷嘴穿过并通入熔化室较小高度。这些喷嘴5优选地安装未表示出的水箱类型的冷却设备。这些喷嘴5在工作时在区域6进行燃烧，在液化中的可玻璃化物质里，在其端产生对流物流。这种对流混合可产生将热能转移到整个熔液7的泡沫。例如硅-钠-钙玻璃类的标准玻璃，熔化优选地在约1350℃下进行。
与熔液7接触的室2的壁在这里是耐高温材料，其外侧采用水箱类型的冷却系统(未表示)冷却。一种方案是这种冷却系统以金属壁上贴在耐高温材料上，而是在内侧，因此与熔化玻璃接触。这两个方案都能以表面冷却靠近耐高温材料壁的玻璃而延缓耐高温材料的磨损。
喷嘴5运行适合于在图5中概括表示的方式的浸没式熔化。图5a表示喷嘴5纵截面，图5b表示沿图5a中AA′面的横截面。喷嘴与水箱类型的冷却系统60与中心管道61并在一起，围绕中心管61同心地配置多根管道62，所有这些圆柱截面管道都通向喷嘴端部63。
在正常工作时(运行[a])，管道61供给天然气类的燃料(或其他的气体燃料或燃料油)，而管道62供给助燃剂，这里例如是氧。在玻璃熔池中CH4/O2相互作用而进行燃烧。
在安全工作时(运行[b])，即当希望停止喷嘴燃烧而完全没有擦磨危险时，通过管道61和/或管道62加入氮气。
在能够将一个喷嘴与另外一个喷嘴交换的操作时(运行[c])，通过管道61注入水，其水甚至在喷嘴出口或正好从喷嘴离开时在喷嘴中立即蒸发，该蒸汽在喷嘴上面产生一个冷却玻璃凸形；这时停止喷嘴任何运行，并在“凸形”未倒塌之前有足够的时间进行交换。通过管道62将注入的水至少部分地回收到喷嘴中(在这种运行方式中，还可以颠倒管道61与62的作用)。还可以用任何其他适合如此凝固玻璃的冷却流体代替水。
除了在玻璃装置中涉及的全部熔化与澄清操作之外，上面描述的喷嘴与不同的运行方式是本发明的主题。
来自采用浸没式喷嘴熔化的有泡沫的熔融玻璃，然后通过管道8从下部排出，其管道任选地配置一种未绘出的调节塞状流的设备。于是可以控制进入静态澄清舱的有泡沫玻璃的流量。这个舱的形状为由槽10与顶11规定的通道9。该舱配置氧气喷嘴12。这些可玻璃化物质流入该通道而没有反流，其高度H约5～10厘米。调节这个高度，以便在通道9中有所需的塞状流，同时考虑熔融物质在熔化室2中与在通道9中的密度，以及在这两个区域中熔池11和12的高度。为了达到所要求的薄层，这里需要将通道9底平面10提高到高于室2底部4平面。
从通道9出来，浸在熔融物质熔液中的可调节深度的闸板能够调节出口的流量；已澄清的玻璃在通道9末端溢出供给成型设备，例如这里是浮法玻璃的熔液容器。因此，以非常小的深度进行澄清，这样使气泡移动到熔液表面，(当这些气泡大多数已经是至少200微米时，对它们的上升速度很有利)，而形成的塞状流阻止它们在上升中再浸入玻璃熔液中。
图2与3表示了第二种实施方式。
与图1相比明显的差别在于室2耐高温材料壁的保护方式。这里，在玻璃熔液7中浸没一种由钼薄壁40构成的耐高温金属衬里，其衬里的形状贴合熔化室的空腔，并借助适当的定位件与耐高温材料壁保持相距几毫米，和/或通过位于玻璃熔液之上的耐高温材料壁或通过顶悬挂在玻璃熔池中。
这种板40钻有孔，首先在与底板4呈水平的区域中钻有孔，以便喷嘴5能够通过，还在所有其他的壁中钻有孔，这些孔均匀排列这种钻孔因此不能阻止耐高温材料/熔化玻璃接触，但可机械地中止靠近耐高温材料的玻璃的对流移动，因此延缓它们磨损。除了底部的孔加一倍外，衬里40壁的孔41优选地都是圆柱形，并且尺寸不一样，底板的孔应该至少有孔42，其尺寸足以允许喷嘴5通过。还应该在衬里40的下游在横向壁处的衬里上打大孔(43)，为的是玻璃能够从通道20a排出。对于加入原料的区域1′同样如此在耐高温材料壁和钼衬里的开孔之间需有互补性。
这种Mo衬里本身是一种在与采用浸没式喷嘴熔化室配合时特别适合的发明，与以后可能进行的澄清的方式无关。(对前面附图中说明的在外侧或玻璃侧的耐高温材料的冷却同样如此)。
与图1另外一个不同之处在于玻璃从熔化室排出的方式。在图2的情况下，玻璃从稍微高些的地方由进料管道20排出，其管道分成第一个水平部分20(a)，第二个垂直部分20(b)与第三个水平部分20(c)，供给离心机装置21。另一种方案是，借助如在玻璃工业中熟知的浸没式通道，从熔化室上部排出熔融玻璃。
图3主要表明从熔化室2排出的泡沫熔化玻璃的加料通道20水平区域20(c)，其通道通过管道20′供给离心机机体21玻璃。离心机21有位于供给待澄清玻璃的管颈35与金属板24之间的上部22，与位于金属板下面的下部30。配置了用于控制进入离心机的玻璃流量的设备，其设备在图上未绘出。
通过管颈35下降到离心机中的玻璃在其下落中被金属板24止住，金属板24与挡板34上部组合构成一个收集器“筐”。在离心力作用下的玻璃在区域26中有再上升的趋势，然后通到挡板34上面；因此，一方面通过离心机21内壁33，另一方面通过安装在离心机空腔中的挡板34产生的呈薄层状的玻璃从区域26流到区域30。内壁33是基本圆柱形状，其半径R0，挡板34包括半径为R1的圆柱区域34(a)，该区域终止于区域34(b)底部。挡板34配置了未绘出的定心部件，完全如板24所示。用虚线图示表示的是如果没有挡板34时在离心力作用下玻璃的抛物线的形状。
挡板34与板24，至少完全浸没在玻璃中的部分，有利地可以是钼制的。
离心机机体21内壁33的外填料可以由含有引入绝热体的电熔耐高温件32构成，以便其绝缘体不被离心力压碎。还备有槽，槽28在部分30内壁(或间断)构成一圈，它能够捕获密度大于玻璃的、耐高温材料包裹物类型的任何固体微粒。当采用离心澄清时，比玻璃密度更大的固体颗粒投射到这些壁上，并捕获在槽28中，它们不能再出来。相反地，由于向心力的作用，气泡向离心机机体内朝挡板34破裂。最后，在部分30最低部分中澄清玻璃通过其顶部呈近似漏斗形状的管道29排出去。在运行标准条件下，不需要设计玻璃预热设备，旋转速度可以是约每分钟700转，离心机的高度h例如是1～3米。
图4表示了第三种实施方案，该图比较简单图示表示了与图1相同的熔化室2，其图4有多-薄层状的澄清系统。因此，这里涉及在同一熔化室中进行熔化与澄清的操作。玻璃由于通过排出口8′在下部排到通道8，以便直接地供给成型设备，具体地矿物棉成纤维设备或瓶、烧瓶成型设备(这种澄清系统还能够配置在下游舱中)。这样一种澄清原理如下使用了钼制管式元件50，其矩形截面于图4d所示。这些管被壁51纵向分隔开，这样形成向管端开口的厚度很小的“片”52(例如5～30片)。将这些管50浸没在熔化中的可玻璃化物质熔池中(下面用术语“玻璃熔液”表示)，如图4a(熔化室纵向截面图)与图4b(所述熔化室俯视图)所示。两根管子50与该室侧壁连接，例如固定在壁上，安置在耐高温材料斜面上，以便相对于底4平面倾斜角度为α，或根据轴Y，与该炉纵轴X汇聚成所述角α。
因为这两根管子50可能很容易地固定在炉壁上，并且它们与喷嘴相距很远，所以它们如此配置。这种结构能够保护钼免受靠近喷嘴处产生的高热。同样地，可取的是应该完全浸没这些管子，以便避免它们被空气氧化，而另一种方法是在玻璃熔液上提供非氧化气氛(具体地N2气氛)。两管子50通到收集管55，其管供给该室排出孔8。
以下述方式进行澄清如表明典型层52的图4c所示，待澄清玻璃进入上部53的管部分50，然后仅通过重力以向下移动的方式流入层52中。玻璃在这些层52中的速度在层中心是最大的，而在隔开这些层的壁53、53′的速度低得多。气泡60在它们上升时非常快地到达层52的上部53，因此与在图4c由箭头表示的向下的玻璃流分离。它们在上升时始终向着管50的进口66，与玻璃流逆行，而脱去气泡的玻璃到达所述层52的下部56，并通过熔化室之外的收集器55直接排出。
每层52的高度h越小，它们的表面积越大，该系统就越有效。该系统特别适合采取浸没式喷嘴熔化，这种熔化有产生相当大直径的气泡的趋势，并且因此可能被快速除去。还可以根据待除去气泡的尺寸、熔化室的拉长、玻璃粘度，特别是通过根据熔化室(或它们配置的舱)的长度以适当方式选择它们的长度与倾斜角度，以计算出这些层的数量、高度、活性表面积。作为实例，对于每天生产200吨玻璃的熔化室，为了除去直径大于250微米的所有气泡，炉子长度约为6000毫米时，管子50的尺寸可以是400×520×6500毫米3，每根管子有20层。
这种实施方式的一种方案是在下游舱中配置类似层元件。
在所有情况(静态或离心澄清机)下，人们都可看到，可使实际上可使用的熔化/澄清设备尺寸大大减小。往可玻璃化物质添加具有上面描述的作用的澄清助剂也是有利的，具体地是小粒度的焦炭、硫酸盐、硝酸盐、氟或氯。
(熔化室和/或澄清舱都可用铂代替钼)。
重要的是强调指出，即使将采用浸没式喷嘴熔化与使用薄层状澄清结合起来是极有利的，本发明还与分别考虑的这两个方面相关。因此可能有利地是采用浸没式喷嘴熔化与标准澄清的方式，反之亦然，使用一种薄层状澄清，接着采用通常的加热设备进行熔化，这仍是在本发明的范围内，即使这时不再达到前面强调的协同作用。
还值得指出的是，也可能有利地是使用采用浸没式喷嘴熔化的方式，而不再使用通常术语意义的澄清。在纤维化方面可能就是这种情况，这时人们可能希望直接将采用浸没式喷嘴熔化得到的有泡沫的玻璃供给通过内离心的成纤维机，采用这种成纤维技术必需进行的离心事实上达到玻璃澄清。还可能希望直接地将来自熔化的有泡沫的玻璃进行漂浮、成层或成型，以便生产在例如建筑领域中作为隔热材料使用的泡沫玻璃。
还可以将这种熔化方式应用于使如上述的玻璃/金属或玻璃/塑料复合产品再循环使用的方法，或者生产可使用的玻璃，或者生产作为通常玻璃炉原料的玻璃屑，(具体地根据这些复合产品与其余更一般的可玻璃化物质的比例)。
权利要求
1.澄清装置，该装置用于薄层状澄清玻璃并包括至少一个为了进行离心澄清而能够旋转的装置，所述装置的内壁基本上规定了至少垂直空心圆柱中的中间部分的形状，在圆柱内具有在其高度至少一部分上的挡板，以便阻止熔化状玻璃由所述内壁与这些挡板之间流出。
2.根据权利要求1的澄清装置，其特征在于在所述装置内，当熔融玻璃自由地离心时，熔融玻璃不自然地形成抛物线曲线。
3.根据权利要求1或2的澄清装置，其特征在于R1/R0比为至少0.8，R0是圆柱的平均直径，玻璃在该圆柱中流动，并且R1是挡板的平均直径。
4.根据权利要求1或2的澄清装置，其特征在于该澄清装置安装了捕获密度高于玻璃的固体微粒的设备。
5.根据权利要求4的澄清装置，其特征在于所述设备在所述装置的内壁中呈槽或沟状。
6.根据权利要求1或2的澄清装置，其特征在于所述装置的旋转速度为100～1500转/分。
7.根据权利要求1或2的澄清装置，其特征在于所述装置在其上部通过流动管道型静态供料设备供给熔化状玻璃。
8.根据权利要求7的澄清装置，其特征在于所述供料设备包括至少一个置于减压下的舱。
9.根据权利要求1或2的澄清装置，其特征在于所述装置包括金属板，该金属板止住将要澄清的玻璃的下落，所述金属板与挡板上部组合构成一个玻璃收集筐，这些玻璃有上升的趋势，然后通到挡板上面，随后流出呈薄层状的玻璃。
10.离心澄清玻璃的方法，其特征在于改方法是通过权利要求1-9任一项的澄清装置来进行的。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述装置在其上部通过流动管道型静态供料设备供给熔化状玻璃，该设备包括至少一个置于减压下的舱。
全文摘要
本发明涉及澄清装置和离心澄清玻璃的方法，该装置用于薄层状澄清玻璃并包括至少一个为了进行离心澄清而能够旋转的装置，所述装置的内壁基本上规定了至少垂直空心圆柱中的中间部分的形状，在圆柱内具有在其高度至少一部分上的挡板，以便阻止熔化状玻璃由所述内壁与这些挡板之间流出。
文档编号C03B5/235GK1781862SQ200510109910
公开日2006年6月7日 申请日期1999年1月22日 优先权日1998年1月26日
发明者P·让沃伊尼, T·马萨尔特, 夸塔斯 R·罗德里格斯, 罗德里格斯 A·罗德里格斯, 埃尔南德斯 J·-A·努内斯 申请人:法国圣戈班玻璃厂