将气体鼓入玻璃熔体的方法

专利名称：将气体鼓入玻璃熔体的方法
技术领域：
本发明涉及形成熔融玻璃的方法，具体涉及为了混合和澄清熔融玻璃而将气体引 入玻璃熔体的方法。本发明特别适用于澄清熔化温度高或应变点高的玻璃，如用于平板显 示器的玻璃基板的玻璃。
背景技术：
液晶显示器(IXD)是包含平面玻璃基板或玻璃板的平板显示器。熔合法是生产 LCD中所用玻璃板的优选技术，因为与其他方法生产的玻璃板相比，熔制法生产的玻璃片 的表面具有优越的平坦度和光滑度，不需要后续抛光处理。熔制法见述于例如美国专利第 3338696号和第36拟609号，其内容通过参考并入本文。IXD玻璃的常规制造方法通常从在熔炉中熔化玻璃前体——进料——开始，产生 熔融玻璃或玻璃熔体。在此熔化阶段发生的反应释放气体，在玻璃熔体中形成气泡[也称 作微泡(seed)或小泡(blister)]。被捕集在进料颗粒之间的间隙空气释放后，也可能产生 微泡。为产生高质量玻璃，这些气泡在任何情况下都必须除去。除去气态包含物的任务一 般通过“澄清”玻璃完成。在玻璃熔化和形成过程中反复遇到的另一个问题是如何产生混合良好的玻璃。若 熔融玻璃不均勻，例如在化学和密度上不均勻，则可能在玻璃中产生条纹和玻筋，这在视觉 上不雅观，对一些应用来说可能是不可接受的。澄清玻璃熔体的常用方法是化学澄清法。在化学澄清法中，将澄清剂引入玻璃熔 体中，例如将澄清剂加在进料中。澄清剂是多价氧化物，在高温下被还原(失去氧)，在低温 下被氧化(重新与氧结合)。澄清剂释放的氧气随后扩散到熔化过程中形成的微泡里，导致 微泡长大。因此，微泡的浮力增大，上升至玻璃表面，气体从熔体中释放。在理想情况下，澄 清剂宜在熔化过程后期，即多数微泡形成之后再释放氧气，以提高澄清剂的效果。为此，尽 管较大的微泡可能在熔化器中已被清除，但通常还要在澄清釜中对玻璃进行额外的澄清处 理，此时玻璃的温度通常升高到超过熔化温度。澄清釜中升高的熔体温度降低了玻璃熔体 的粘度，使得熔体中的微泡更易于上升至熔体表面。此外，氧化物澄清剂会释放氧气到熔体 中，导致微泡生长，辅助微泡的清除过程。熔体澄清之后，立即冷却并搅拌，使熔体勻化，随 后通过本领域已知的众多可用的形成方法中的任何一种方法形成为例如玻璃板。许多玻璃制造方法采用砷作为澄清剂。砷是已知澄清温度最高的澄清剂之一，将 其加入熔化器中的熔融玻璃浴时，它可让O2在高温下(例如高于约1450°c )从玻璃熔体中 释放出来。&的这种高温释放有助于在熔化过程中，特别是在生产玻璃的澄清阶段除去微 泡，同时在较低的调理温度下有着吸收A的强烈倾向(有助于玻璃中任何残余气态包含物 的坍缩)，使得玻璃产品基本上不含气态包含物。从环保的角度考虑，期望提供在不用砷作澄清剂的情况下制造玻璃的替代方法， 特别是制造LCD玻璃时通常使用的高熔点和应变点玻璃。含砷化合物一般有毒，加工含砷 玻璃不仅产生处理成本很高的废料，而且在显示器的使用寿命结束后，还会产生如何处置显示器本身的问题。遗憾的是，与成熟的澄清剂如砷相比，许多替代的澄清剂通常释放氧气 较少，且/或在太低的温度下释放氧气，在调理过程中再吸收的A太少，从而限制了它们的 澄清能力和再吸收氧气的能力。因此，在玻璃生产工艺的澄清阶段(即玻璃在澄清釜中的 时候)，澄清剂可能无法产生足够量的氧气，以对澄清釜中的玻璃进行有效澄清。还期望提高对熔融玻璃进行机械混合的有效性，使得熔融材料接触上升气泡引起 的气泡流的体积最大。已知将气体鼓入熔融玻璃可帮助勻化玻璃组合物。然而，常规鼓泡方法可能存在 熔炉过早受损的弊端。也就是说，在常规熔化方法中，批料在熔炉或熔化器中熔化。熔化器 在烧制时，常常是既在熔融玻璃的自由表面上方用燃烧器加热，同时利用炉子侧壁中的电 极，在自由表面下方将电流通入熔融玻璃。将气体如氧气鼓入熔融玻璃，一般是借助一根或 多根穿过炉底耐火砖的管子，或者借助一根或多根穿过熔体自由表面(从熔化器“顶”)插 入玻璃熔体的管子。这种管子通常用难熔金属制造，如钼或钼合金(例如钼-铑)。在第一 种情况下，熔化器底部存在的鼓泡管可能增加熔化釜底部发生耐火材料侵蚀的几率，导致 成品玻璃中存在石子。在熔化器底部附近存在的管子也可能干扰熔化器中的电流。另一方面，难熔金属 鼓泡管与熔化器顶内存在的燃烧气氛没有发生良好的相互作用，这可能导致鼓泡管的使用 寿命较短，继而需要过早更换管子，显著增加了熔化器的停工时间。也有人用鼓泡机将气体鼓入澄清池。然而，澄清池一般较浅，鼓泡机释放的气泡在 熔融玻璃中停留并执行赋予它们的特定任务的时间有限。

发明内容
在本发明的广义方面，在第一耐火釜(refractory vessel)中加热和熔化原始进 料。然后，所得熔融材料通过难熔金属管进入第二耐火釜。难熔金属管优选由难熔金属，例 如钼或钼合金如钼-铑合金组成。不过，也可采用其他难熔金属，例如选自钼族金属的其他 金属，包括但不限于钌、铑、钯、锇、铱及其组合。当熔融材料(一般指熔融玻璃)从第一釜 经连接管流入第二釜时，将气体引入正在通过管子的熔融玻璃中。较佳的是，所述气体包含 氧气。优选通过插入连接管的气体注射管将气体直接释放到熔融玻璃中的方式引入气体。 气泡在玻璃中上升，促进熔融材料的机械搅拌(勻化)。若气泡包含氧气，则氧气还可调节 可能存在于熔融玻璃中的化学澄清剂的价态。因此，本发明揭示了一种在玻璃熔体中引入 气体的方法，其包括在第一釜中提供熔融玻璃；使熔融玻璃经连接第一釜和第二釜的难 熔金属连接管流入第二釜；以及通过气体注射管将气体(优选包含氧气)引入正在难熔金 属连接管中流动的熔融玻璃中。在一些实施方式中，可用第二管连接第二釜与第三釜，熔融玻璃经此第二连接管 在第二釜与第三釜之间流动。第三釜可以是例如澄清管，熔融玻璃的温度在此澄清管中升 至高于熔融玻璃在第一釜中的熔化阶段的温度。在熔融玻璃进入澄清管之前，可通过第二 连接管将含氧气体引入玻璃熔体。因此，本发明提供了一种在熔融玻璃中引入气体的方法， 其包括在第一釜中加热进料，形成熔融玻璃；使熔融玻璃经第一难熔金属管流入第二釜； 使熔融玻璃从第二釜经第二难熔金属管流入第三釜；将含氧气体引入第一和第二难熔金属 管之一或二者中的熔融玻璃。也就是说，可将气体引入(鼓入)流过第一连接管或第二连接管的熔融玻璃中。在一些实施方式中，可将气体同时引入两根连接管。鼓入的气体可以基本上是纯氧气。不过，在一些情况下，氧气可与一种或多种其他 气体一起引入。例如，氧气可包含空气混合物。在优选的实施方式中，也可在玻璃熔体中鼓 入稀有气体。氦气是优选的稀有气体，因为氦气在玻璃熔体中具有高扩散性。在以下结合附图所作的解释性描述中，将更容易理解本发明，本发明的其他目标、 特性、细节和优点将变得更加显而易见，但这些描述不对本发明构成任何限制。所有这些另 外的系统、方法、特征和优点都包含在本描述中，包括在本发明的范围内，受所附权利要求 的保护。


图1是根据本发明的一个实施方式的玻璃熔化系统的截面侧视图。图2是图1所示玻璃熔化工艺的局部截面侧视图，其中气体被鼓入连接第一釜和
第二釜的第一连接管。图3是类似于图1所示玻璃熔化系统的另一个玻璃熔化系统的局部截面侧视图，
其中气泡被鼓入连接第二釜和第三釜的第二连接管。图4是类似于图1所示玻璃熔化系统的又一个玻璃熔化系统的局部截面侧视图， 其中气泡被同时鼓入第一和第二连接管。图5是连接管的局部截面侧视图，显示了设置在连接管中的气体注射管，其中延 伸通过注射管开口的气体注射管的纵轴基本上垂直于靠近注射管的熔融玻璃的流动方向。图6是连接管的局部截面侧视图，显示了设置在连接管中的气体注射管，其中延 伸通过注射管开口的气体注射管的纵轴基本上平行于靠近注射管的熔融玻璃的流动方向。图7是连接管的局部截面侧视图，显示了设置在连接管中的气体注射管，其中在 连接管和/或注射管上施加电压，使电流流过连接管和/或注射管，以加热连接管中的熔融 玻璃，控制靠近注射管的熔融玻璃的粘度。
具体实施例方式在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，给出了揭示具体细节的示例性实 施方式，以便透彻理解本发明。不过，本领域的普通技术人员在了解本发明的益处之后不难 看出，本发明可以通过不含有本文所述具体细节的实施方式实施。此外，本文可能省略了对 众所周知的设备、方法和材料的描述，以免干扰对本发明的描述。最后，只要适用，相同的附 图标记表示相同的对象。在典型的玻璃制造工艺中，在炉子(熔化器)中加热原始进料，形成粘性物或玻璃 熔体。炉子一般用耐火块体制成，所述耐火块体由熟燧土、硅线石、锆石或其他难熔(高温) 材料组成。尽管小型炉子可由难熔金属或金属形成，但本文所用“难熔金属”将用这个词本 身加以区别，而简单标明“难熔”的材料将视为陶瓷或玻璃-陶瓷。进料可通过间隙方式引 入熔化器中，其中形成玻璃的组分混合在一起，按不连续加载引入熔化器；或者进料也可连 续混合并引入熔化器。进料可包括碎玻璃。进料可通过炉子结构中的开口或端口引入熔化 器，在间歇方式中使用推杆(push bar)，在连续进料熔化器中使用螺杆或螺旋装置(auger apparatus) 0进料组分的量和类型构成玻璃“配方”。间歇工艺常用于少量玻璃，和容量最多在数吨玻璃/天的数量级的炉子上，而大型商业连续进料炉/熔化器可容纳1500吨以上 的玻璃，每天输送几百吨玻璃。进料可在熔化器中通过以下方式加热，即，由来自位于进料上方的一个或多个燃 烧器提供的燃料-氧焰，或者由在通常安装在熔化器内壁的电极之间通过的电流，或者由 这二者。位于壁上方的同样由难熔块体制成的冠状结构通常将熔化器覆盖，在燃烧加热炉 中，它为燃料的燃烧提供了空间。在一些工艺中，先用燃料-氧焰加热进料，进料于是开始熔化，进料的电阻率下 降。然后，让电流通过进料/熔体混合物，借助电阻加热的方式加热材料。在加热期间，进料 的化学反应释放多种气体，在玻璃熔体内形成气态包含物(气泡)，通常称作小泡或微泡。 微泡也可因进料颗粒之间的间隙内滞留的空气而形成，以及因难熔块体本身融入熔体而形 成。可构成微泡的气体可包括例如O2，CO2, CO, N2和NO中的任何一种或它们的混合气。其 他气体也可形成并存留在熔融玻璃中，形成微泡。水也是熔化过程中常见的副产物。在熔化的起始阶段，玻璃熔体在熔化器中形成泡沫状物质。此泡沫状物质可能是 进入大块玻璃的微泡和固体包含物(石子)的来源，如未熔化的批料。除非将微泡除去，否 则，微泡可能被携带到形成玻璃的余下操作中，最终固定在最终的玻璃产品里，形成产品中 的可见缺陷。通过常用的技术，如用“浮选体(floater)”撇除熔体表面的浮物，或者在熔化 器中加装坝墙(bridge wall)，可防止熔体顶部的泡沫离开熔化器。熔化器内较大的微泡可 升至熔体表面，其中包含在微泡内的气体因此从熔融玻璃中释放出来。熔体内因热梯度产 生的对流帮助勻化熔体。不过，玻璃熔体在熔化器内的停留时间不足以消除较小的微泡。为确保最大程度除去微泡，玻璃制造商可采用化学澄清法，将澄清剂包含在进料 中。澄清剂的澄清机制是在熔体中产生气体，在熔体中的气体与微泡中的气体之间建立浓 度差，促使微泡生长。砷用作澄清剂已经有许多年了，通常是As2O5的形式。据信在熔化过程大部分完成 后，通过砷在高温下从+5价被还原到+3价，用As2O5可获得无微泡的玻璃。此还原过程将 氧气释放到熔体中，然后扩散到微泡里，导致微泡生长，并在熔体中上升，从熔体释放。砷的 另一个优点是在玻璃的调理或冷却循环中通过重新吸收过量的氧气，帮助除去留在玻璃中 的任何微泡。因此，砷是突出的澄清剂，只需极少的干预即可产生几乎没有气态包含物的玻

遗憾的是，砷是有毒物质，用砷处理玻璃会产生处理成本很高的废料，而且在显示 器的使用寿命结束后，还会产生如何处置显示器本身的问题。氧化锑(SId2O5)也可用作砷的替代物，但就化学行为而言，锑与砷非常相近，因此 它面临着许多与砷一样的问题，如废料处理。氧化锡(SnO2)是已经用于玻璃生产的另一种澄清剂。不过，尽管氧化锡发生类似 于砷的氧化还原反应，但氧化锡在形成显示器玻璃的温度(约1200°C )下的溶解度非常低 (约0. 2重量％ )，限制了它在批料中的加入量，因而限制了可供澄清用的氧气的量。因此， 在常规玻璃制造工艺中，氧化锡作为化学澄清剂的效果有限。先前已经有人描述过基本上不含锑和/或砷(例如锑或砷的含量低于约0. 05重 量％)的玻璃的概念。例如，美国专利第61289M号披露了一组澄清剂，它们可单独使用或 以某种组合的形式使用，作为砷的替代物用于生产制造LCD显示器的玻璃。这组澄清剂包括Ce02，SnO2, !^e2O3和含卤素的化合物。实际上，美国专利第6468933号描述了形成玻璃 的方法，该方法在基本上不含砷和锑的体系中，用SnA与含卤素的化合物的混合物作为澄 清剂，所述含卤素的化合物的形式是氯化物(例如BaCl2或CaCl2)。本发明揭示了一种改进玻璃制造工艺的方法。所述方法包括形成熔融玻璃，通过 鼓泡的方式将气体加入熔融玻璃。这样引入的气体有益于熔化过程，因为它能改善熔融玻 璃的混合，在熔融玻璃内提供更好的对流控制，促进能量转移。鼓泡方法可用来改进玻璃的 化学特征，其途径是将气体加入玻璃，或者利用鼓入的气泡将溶解在熔融玻璃中的其他气 体赶出。例如，引入的气体可作为中心，通过熔化过程形成的气体可聚结到该中心，然后上 升至熔融玻璃的自由表面。在一些实施方式中，若鼓入的气体包含氧气，通过为熔融玻璃内 所含的多价澄清剂有效补充氧气，可改善低效澄清剂如氧化锡的有用性。对于基本上不含 砷和/或锑的玻璃来说尤其如此。参见图1，它显示了根据本发明的实施方式的示例性玻璃制造系统10的示意图， 该系统利用熔合法制造玻璃板12。熔合法见述于例如美国专利第3338696号(Dockerty)。 玻璃制造系统10包括第一釜14(熔化器14)，沿箭头16所示将原始进料引入该釜，然后将 进料熔化，形成熔融玻璃18。另外包含第二釜20，用于进一步调理玻璃熔体。例如，第二釜 20可用作冷却釜，将玻璃熔体的温度降低，然后在后续澄清过程中升高熔体的温度。玻璃制 造系统10还包含通常用难熔(高温)金属制成的部件，所述难熔金属通常包括钼或含钼金 属，如钼-铑、钼-铱以及它们的组合，但也可包含这样的难熔金属，如钼、钯、钌、钽、钛、钨 或它们的合金。含钼部件可包括澄清釜22 (例如澄清管2 、第一釜14至第二釜20的连接 管23、第二釜20至澄清器的连接管M、混合釜沈(例如搅拌室26)、澄清池至搅拌室的连接 管观、输送釜30 (例如碗30)、搅拌室至碗的连接管32、下导管34和进口 36。进口 36连接 到形成釜38 (例如熔合管38)上，玻璃沿形成釜两侧溢流，形成玻璃板12。一般地，形成釜 38用陶瓷或玻璃-陶瓷耐火材料制成。根据所需玻璃组合物的具体配方，将玻璃原料送入熔炉14。原始进料可以间歇方 式或连续方法输送，可包括但不限于Si，Al，B, Mg，Ca, Zn, Sr或Ba的氧化物。进料也可以 是前面的熔化操作中产生的碎玻璃。原始进料在熔炉14内加热，在第一温度T1下熔化形 成玻璃熔体18。第一温度T1可随玻璃的具体组成变化。对于显示器玻璃，特别是硬质玻 璃(即具有高熔化温度的玻璃)，熔化温度可超过1550°C ；更具体地，至少约为1600°C。诸 如SnO2这样的多价澄清剂可加到初始进料中，或者可在后面加入熔体中。不过，应当指出， 尽管本发明特别适合使用砷和锑的替代澄清剂的熔化操作，但是它适用于宽范围的熔化过 程，可使用或不使用澄清剂，包括采用砷和锑的操作，不在这方面构成限制。进料可用常规玻璃制造方法加热。例如，开始可用在熔化器14中进料表面上方的 燃烧器(未示出)加热进料。一旦用燃烧器达到合适的温度，使得熔体的电阻率充分降低 之后，使电流从在电极之间的熔体上通过，从而自内部加热熔体。根据一些实施方式，原始进料在第一温度T1熔化之后，可立即通过第一釜至第二 釜的连接管23将玻璃熔体从第一釜14转移至第二釜20。借助连接管23所具有的孔，将 气体经所述孔鼓入熔体。鼓入的气体优选但非必须包含氧气。若包含澄清剂，则在第二釜 20中，可将玻璃熔体冷却至低于T1的第二温度T2,以促进澄清剂对氧气的吸收。如图2所 更详细显示的，可通过气体集管46，在加压情况下将鼓入的气体从供气罐42供给连接管23中的至少一根注射管44。可用阀48控制气体流入玻璃熔体的流速，控制方式可以是手动控 制或远程/自动控制。通过注射管44引入玻璃熔体的气泡的尺寸优选在约Imm直径至约 40mm直径的范围内，典型的直径约为10mm。在一些实施方式中，鼓入的气体可通过在连接 管23和/或连接管M之一或二者中的注射管引入。例如，图3显示了将气体鼓入连接管 24的情况，而图4显示了将气体同时鼓入连接管23和M的情况。现有鼓泡方法一般包括借助以下装置将气体引入玻璃熔体熔化釜(例如釜14) 底部注射管区域内包含的气体注射管；或者穿过熔化器内所含玻璃表面伸入熔融玻璃的气 体注射管。不过，这两种途径都有缺陷。例如，从熔化器底部鼓泡可能导致玻璃熔体的流动 中断，腐蚀釜的耐火底部，从而产生在熔体中引入石子的风险。另一方面，通过注射管(通 常是钼或钼合金)鼓泡可采用让注射管通过熔化器内熔体的自由表面来实现。若鼓泡发生 在采用燃烧器的熔炉内，则玻璃熔体的自由表面与炉顶之间跟燃烧相关的气氛可能侵蚀鼓 泡管或以其他方式对其造成损害。通过一根或多根连接玻璃制造系统中各釜的连接管将气体引入熔融玻璃的益处 包括 因为玻璃熔体最终将全部通过多罐设施中的连接管，当将气泡引入连接管时， 需要有效接触熔融玻璃的气泡更少。 连接管中的气流一般垂直于气泡生长轴，有助于气泡脱离注射管44。这样可得 到直径更小的气泡和/或增加每根注射管中的气流。更小的气泡增加了它们在熔融玻璃中 的停留时间。 当连接管中有气泡的时候，可以带来混合方面的益处。熔融玻璃沿着穿过连接 管的轴向流动。不过，气泡具有很大的向上的速度分量。因为玻璃的流动和气泡的运动一 般相互垂直，所以熔融玻璃能得到有效混合。 取消熔炉底部的注射管区域避免了在熔炉(例如炉子14)中流动的电流过度加 热熔炉气体注射管。在一些实施方式中，气体可以脉冲方式鼓入，而不是以恒定的流速引入。也就是 说，气体的流动以预定频率开始和终止。脉冲频率必须足够低，以使前面的气泡向上离开供 气管出口，同时防止后续气泡在供气管出口处聚并。尽管不希望受限于理论，但据信，对于采用澄清剂的熔化方法来说，在给定的温度 和给定的氧气分压下，熔体中多价澄清剂价态的起始浓度处于平衡。此平衡受平衡常数控 制，所述平衡常数是三个参数的函数——熔化温度、多价氧化物澄清剂的价态浓度比(即氧 化还原比，等于被还原的澄清剂浓度除以被氧化的澄清剂浓度)和氧气分压。也就是说，对 于一个给定的熔化温度和氧气分压，有一个对应的氧化还原比。氧化还原比越低，澄清剂拥 有的氧越多。在常规玻璃制造操作中，玻璃熔体在第一熔化温度(例如T1)下形成，然后加 热至高于第一温度的第二澄清温度(例如T2)。温度从T1升至T2时，澄清剂发生还原，氧化 还原比增大，氧气被释放至熔体中。根据本发明的一些实施方式，玻璃熔体的温度可从第一 温度T1降至低于第一温度的第二温度T2，从而产生使澄清剂氧化的动力。可将含氧气体引 入玻璃熔体，例如通过玻璃注射管44引入连接管23(和/或管，这样，当澄清剂与氧结 合时，就有助于降低氧化还原比。这实际上就是给澄清剂加载氧。然后，可将玻璃熔体加热 至高于第一温度的第三温度，这通常在澄清管22中进行，促使澄清剂释放氧。随后，澄清剂释放的氧气可扩散到熔体和微泡中，导致微泡生长并上升到熔体表面。在一些实施方式中，鼓入的气体可以是纯氧。不过，应当小心确保气体注射管(例 如钼合金)不发生过度氧化，因此，优选将氧气含量保持在低于约21体积％。在一个优选 的实施方式中，鼓入的气体可包含与一种或多种其他气体混合的氧气。较佳的是，鼓入的气 体中氧气的含量等于或大于约1体积％。例如，研究发现空气是有效的。不过，在混合气泡 中的氧气分压超过熔体中的氧气分压条件下，氧气优选与一种或多种稀有(惰性)气体混 合，例如Ar，Xe，Ne，He，Krj2或它们的混合物。有利的是，可用稀有气体(或其混合气)控 制原先存在的微泡中的氧气分压。也就是说，通过增大或减小稀有气体与氧气之比，可控制 所引入的气泡内的氧气分压。稀有气体容易在熔体内扩散，并进入微泡。微泡内的氧气分 压因此减小(微泡内已有气体的浓度被稀释)，从而增大氧气扩散到微泡中的量微泡体积 增大，上升至熔体表面。因为相比于其他惰性气体，氦气在玻璃熔体内的扩散率特别高，所 以氦气是优选的稀有气体。可以稀有气体与氧气的混合气的形式将稀有气体引入冷却的熔 融玻璃中，或者可单独将稀有气体引入冷却的熔融玻璃中。也就是说，不一定要以混合气的 形式引入稀有气体和氧气，甚至不必同时引入。将稀有气体引入冷却的熔融玻璃可在引入 氧气之前就开始，并在引入氧气之前就完成，或者在引入氧气的过程中继续引入稀有气体。图5显示了位于连接釜14和20的难熔金属连接管23中的气体注射管44的一个 实施方式的封闭截面侧视图。如图5所示，气体注射管44包含纵轴50，它总体垂直于熔融 玻璃流过连接管的方向，如箭头52所示。每个离开孔56的气泡M包含浮力矢量58，该矢 量的方向一般与熔融玻璃中的压力/密度梯度(一般取重力方向)相反。也就是说，相对 于向下的重力方向，气泡具有向上的浮力矢量。连接管中气泡浮力矢量与连接管中熔融玻 璃的流动方向不平行。简而言之，熔融玻璃沿一个方向流动，而气泡沿另一个接近垂直于玻 璃熔体流动方向的方向流动。图6显示了气体注射管44的另一个实施方式的封闭截面侧视图，其中气体注射管 至少有一部分包含纵轴60，所述纵轴一般平行于连接管23内熔融玻璃的流动方向。气泡M的浮力和连接管中熔融玻璃的速度(平均标称速度为50ft/hr)合起来， 帮助气泡脱离注射管。这样可更好地控制气泡尺寸，特别是使气泡小于位于耐火熔化器内 的注射管所能产生的气泡。气泡越小，其在第二釜20内的停留时间越长，且具有高面积/ 体积比，所述高面积/体积比使气体交换更有效。可借助温度进一步控制离开注射管的气泡的尺寸，因为温度可以调节玻璃的粘 度。熔体温度可通过对连接管进行整体焦耳加热来控制(如V1和V2之间的电压差所示)。 此外，通过在注射管上施加电压(V3),并使该电压的大小或相位跟直接加热的连接管不同， 可实现对注射管的局部加热。外加电压产生电流，流过连接管和/或注射管，从而加热管 子，帮助控制熔融玻璃的粘度。在一些实施方式中，可能适宜将连接管23延伸到第二釜20中，而远离背壁(back wall)62，以防向上涌入釜20的含气泡的熔融玻璃直接与背壁接触和腐蚀该背壁。在一些 情况下，可能适宜将连接管23延伸到第二釜20的中心区域，从而模拟位于中心的底部注射 管。不过，连接管的端部靠近背壁62 (见图幻有利于在连接管23到釜20的进口附近使熔 融玻璃强烈上涌，从而对几乎所有进入第二釜20的熔融玻璃施以剧烈的混合动作。尽管已经出于阐释的目的对本发明作了详细描述，但应当理解，这种详细描述仅仅服务于该目的，本领域的技术人员可以作出各种改变，只要不背离以下权利要求书所限 定的本发明的精神和范围。例如，本文所揭示的发明方法不限于制造液晶显示器玻璃，也不 限于具有高熔化温度的玻璃。本文所揭示的发明方法也可用于熔制法以外的玻璃制造方法 (例如浮法玻璃生产方法)，以及用于显示器所用玻璃片以外的产品。
权利要求
1.一种将气体加入玻璃熔体的方法，其包括在第一釜(14)中加热进料(16)，形成熔融玻璃(18)；使熔融玻璃经第一难熔金属连接管流入第二釜00)；使熔融玻璃从第二釜00)经第二难熔金属连接管04)流入第三釜0 ；以及通过将气体鼓入所述第一和第二难熔金属连接管之一或二者，将气体引入熔融玻璃。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体包含氧气。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二釜OO)中的熔融玻璃(18)的温度 低于所述第一釜(14)中的熔融玻璃的温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三釜02)中的熔融玻璃(18)的温度 高于所述第一釜(14)中的熔融玻璃的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二难熔金属连接管(23，24)包 含钼。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓入的气体是通过气体注射管G4)引 入熔融玻璃的，所述气体注射管包含位于注射管出口处的纵轴(50)，该纵轴基本上平行于 靠近所述注射管的熔融玻璃(18)的流动方向(52)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓入的气体是通过气体注射管G4)引 入熔融玻璃的，所述气体注射管包含位于注射管出口处的纵轴(50)，该纵轴不平行于靠近 所述注射管的熔融玻璃(18)的流动方向(52)。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，它还包括在引入气体的位置控制所述熔融 玻璃(18)的粘度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气体通过气体注射管04)引入，所述玻 璃的粘度通过用电流加热所述注射管来控制。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气体包含选自下组的一种或多种气 体Ar，Xe，Ne，He，Kr和N2或它们的混合物。
11.一种制备玻璃的方法，其包括在第一耐火釜(14)中加热进料(16)，形成熔融玻璃(18)；使所述熔融玻璃(18)从所述第一耐火釜(14)经第一难熔金属连接管流入第二 耐火釜(20)；通过气体注射管G4)将包含氧气的气体加入在所述第一难熔金属连接管中流动 的熔融玻璃(18)；以及使所述熔融玻璃从所述第二耐火釜OO)经第二难熔金属连接管04)流入第三釜 (22)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第三釜OO)由难熔金属形成。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，加热所述气体注射管(44)，以控制靠近注 射管的熔融玻璃的粘度。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述加入的气体在所述熔融玻璃(18)中 形成气泡，气泡的浮力矢量(18)基本上垂直于所述熔融玻璃(18)在第一难熔金属连接管 (23)中的流动方向(52)。
15.一种制备玻璃制品的系统，其包含用于熔化进料(16)以形成熔融材料(18)的熔化釜(14)； 用于调理所述熔融材料(18)的第二釜00)；连接所述熔化釜(14)和所述第二釜00)的第一难熔金属连接管03)； 难熔金属澄清釜02)；连接所述第二釜OO)和所述澄清釜0 的第二难熔金属连接管04)； 位于所述第一和第二难熔金属连接管(23，24)之一或二者中的气体注射管(44)，用于 将气体鼓入所述熔融材料(18)；以及将所述熔融材料(18)形成为玻璃制品的形成釜(38)。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一和第二难熔金属连接管(23，24) 包含钼。
全文摘要
在炉中熔化进料，在第一釜中形成玻璃熔体，经第一难熔金属连接管转移至第二釜进行调理，然后经第二难熔金属连接管转移至第三釜，对玻璃熔体进行澄清。通过设置在第一连接管、任选在第二连接管、任选在这两根连接管里的注射管将气体鼓入玻璃熔体。所述气体可用于混合熔体和/或为澄清剂补充氧。
文档编号C03B5/225GK102076618SQ200980124877
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月26日
发明者W·W·约翰逊 申请人:康宁股份有限公司