用于含铂容器的直接电阻加热的设备的制造方法_2

文档序号:9331939阅读:来源:国知局
管道平分。
[0036]在图1的示例性设备10中,将(箭头12表示的)批料材料进料到炉或者熔化器14中,并在第一温度T1熔化以形成熔融玻璃16。T i取决于具体玻璃组成,但是对于作为非限制性例子的可用于IXD的玻璃,1\可以超过1500°C。熔融玻璃从熔化器14通过连接管道18流向澄清器管道(或者“澄清器”)20。玻璃通过连接管道24从澄清器20流向搅拌容器22,以混合和均匀化,并且通过连接管道26从搅拌容器22流向传递容器28,之后流向下导管30。然后可以将熔融玻璃通过入口 34导向成形体32。在图1所示的熔合下拉法的情况下,传递到成形体32的熔融玻璃流过成形体32的会聚成形表面,在该位置分开的流会聚到一起或者熔合,以形成玻璃带36。然后可以对带进行冷却并分离,以形成单个玻璃片。
[0037]在澄清器20,将熔融玻璃加热至高于T1的第二温度T 2。例如,作为例子,当!\可以是1500°C时,T2可以比T1高至少100°C。T 2中的较高温度降低了熔融玻璃的粘度,从而能够更容易地消除熔融材料中的气泡。此外,较高的温度释放了通过批料材料进入熔融玻璃的澄清剂中所含的氧(例如,熔融玻璃中所含的多价氧化物材料)。释放的氧在熔融玻璃中形成气泡,其基本上作为成核位点。也就是说,熔融玻璃中溶解的气体迀移进入氧气泡,使得气泡生长。气泡生长所导致的浮力增加,加速了气泡通过熔融玻璃的自由表面离开的速度。
[0038]虽然熔化器14通常是由难熔材料(例如陶瓷砖块)形成的,但是大多数的下游系统,包括用于传递熔融玻璃的各种容器,例如连接管道18、24、26,澄清器20,搅拌容器22,传递容器28,下导管30和入口 34通常都是由导电贵金属(通常是铂或者铂合金,例如铂铑合金)形成的。如上文所述,熔融玻璃是相当热的,因此需要能够在延长的时间段内耐受超过至少1600°C的温度的高温金属。此外,金属应该是抗氧化的,或者被屏蔽以减少与氧接触,贵金属组分经受的高温会加速氧化。除此之外,熔融玻璃是相当腐蚀性的,因此贵金属应该较为耐受玻璃的侵袭,所述侵袭会导致玻璃被容器材料污染。包含元素周期表铂族(铂、铑、铱、钯、钌和锇)的金属特别适用于该目的,并且由于铂比其他铂族金属更容易进行加工,因此许多高温工艺采用铂或者铂合金容器。但是,由于铂是昂贵的,尽一切努力来使得这些容器的尺寸最小化。
[0039]图2A是连接管道(例如连接管道26)的一个实施方式的透视图,其具有虚线38表示的椭圆形截面,并且具体地在图2A的情况下,是“跑道形”截面形状。跑道形指的是这样一种形状,其具有在长尺寸的端部被两个直截面连接的两个圆形截面。在使用期间,熔融玻璃16通过其进口端40进入管道,沿着内部通道42移动,并通过其出口端44离开,如图2B所示。
[0040]在实践中,管道可具有各种尺寸。例如,管道的长度L可以是约数英尺,例如3-12英尺(约3.7米),沿着椭圆形管道长轴La的管道宽度A可以约为15-30英寸(约76厘米),沿着椭圆形容器短轴Sa的高度B可以是6-9英寸(约23厘米)。宽度A和高度B表示管道的标称外部尺寸。为了帮助构造,管道可以由多个椭圆形区段(例如,每个区段可分别具有I英尺(约0.3米)的长度)组装。但是,应注意的是,前述尺寸仅仅是示例性的,并且具体尺寸会取决于安装管道的系统,包括对于熔融玻璃的体积和流动要求。
[0041]椭圆形管道的宽高比(A/B比)可设定为2-6的范围。该范围还导致当熔融玻璃通过管道时的低头部损失。重要的是,对于相同的热传输速率以及相同的温度和流动梯度,具有圆形截面的管道的时间会需要比具有3.3的A/B比的椭圆形管道的时间长2.5倍。此夕卜,这种圆形管道的头部损失会比椭圆形管道大16倍。本领域技术人员已知的是,长度对于管理贵金属系统的热膨胀以及使得建筑面积最小化是重要的。此外,头部损失对于维持均匀玻璃流动是重要的变量,这与实际上所有的成形方法,特别是下拉熔合成形法是相关的。
[0042]根据一个示例性实施方式,椭圆形管道至少长3米,并且当对熔融玻璃进行热调节例如受控冷却时,所述椭圆形管道填充了满足如下要求的熔融玻璃:(1)以至少800kg/h(约1800镑/小时)的速率流动,以及(2)在管道的入口面和出口面之间,以至少30°C /m的平均速率冷却。通过向沿着管道的截面长轴的长度的管道壁施加比沿其截面短轴的长度的管道壁施加更多的热,可以使得在出口面的熔融玻璃在(a)管道中心和(b)管道短轴与管道壁的相交处的计算的温差小于或等于约15°C,假定在入口面具有均匀的温度分布。
[0043]在通过贵金属连接管道的第一容器和第二容器之间的未加热的传输中(即没有向熔融玻璃材料添加热能),熔融玻璃在进入连接管道之后立即开始冷却。但是,希望控制熔融玻璃冷却的速率,从而不使得熔融玻璃在沿着流动路径的具体点冷却到低于预定最小温度。因此,优选对连接管道进行加热以弥补过度的热损失。在一些情况下,例如在熔化器和澄清器之间的连接管道的情况下,通过如下方式使得在玻璃进入澄清器之前,增加流到澄清器的熔融玻璃的温度:通过向管道施加比传导和对流的管道损失更多的热能。通常通过上文所述的直接加热法来完成该加热,但是也可以使用外部热源。如果熔融玻璃的流动增加到超过初始流动,则对于预定的温度增加加热要求。这可能需要,例如,增加连接管道的长度,以允许更多的时间来加热,并确保熔融玻璃处于合适的温度。作为结果会增加工艺成本,因为用于形成更长的管道的铂的用量增加。此外,在典型制造环境中,可用的额外建筑面积通常是受限的,使得组件的变长选项是有问题的,无论材料成本如何。
[0044]一种替代方法是增加施加到连接管道的热能。对于直接加热的连接管道,这意味着增加流过直接加热组件的电流。电流可以是交流(AC)或者直流(DC),但是其通常是AC电流。但是,发现增加电流在如下点位产生热点:向容器提供电流的电凸缘组件与容器壁的相遇处以及凸缘组件自身内部。凸缘组件与管道相遇的位置处的热点会导致熔融玻璃的不均匀加热,而凸缘组件内的热点会危害凸缘组件的完整性,例如引发凸缘组件的加速氧化或熔化以及过早失效。此外,虽然可以对电凸缘组件进行主动冷却来防止过早失效,但是如果凸缘的未冷却温度超过所用材料的某个阈值,冷却系统的失效会是灾难性的。
[0045]引起凸缘组件中的热点的一个原因是由于凸缘组件在使得凸缘组件与电流源相连的电极的线上的位置的凸缘组件中的高电流密度。也就是说,凸缘组件通常包括从凸缘体延伸出来的突出件或者电极,并且与向凸缘组件提供电流的电线或母线相连。作为结果,靠近电极与凸缘体接合处的位置的电流密度通常远高于凸缘组件的其他位置。如果增加供给到凸缘组件的电流来解决更大的加热需求的问题,在靠近电极的区域中的凸缘体(电流从电极分配到凸缘体的位置)的较高电流密度会在凸缘体内产生足够高的温度,通过使得构成凸缘体的材料的快速氧化导致凸缘体的过早失效。或者,在极端情况下,电流可能足以加热并熔化电极和/或凸缘体。
[0046]图2B显示一部分的直接电阻加热系统,并且显示了一个示例性金属容器(例如管道),此处是搅拌容器到传递容器的连接管道26,其具有附连了两个凸缘组件48的外壁46,所述凸缘组件48向外壁46施加电流。应注意的是,管道26表示直接加热的示例性用途,凸缘组件48可用于任意其他用来装纳或传递熔融玻璃的导电金属容器或者管道。
[0047]虽然仅显示两个凸缘组件,但是在实际中,对于任意具体容器或管道,可以使用不止两个凸缘组件,来向与凸缘组件电连接的外壁的不同区段提供电流。容器或管道延伸通过的凸缘体的中心孔会具有与所述容器或管道的截面形状(即所述容器或管道外周的形状)互补的形状。
[0048]根据图2B,第一和第二凸缘组件48与电源50相连,其中电流在凸缘组件之间流动并且流动通过容器(例如管道)。移动通过第一凸缘组件的电流进入容器壁,并通过与第一凸缘组件间隔开的第二凸缘组件撤回。凸缘组件之间的距离由容器上所需的加热要求所确定,并且是本领域技术人员能够容易地确定的。移动通过容器的外壁46的电流对容器和在其内传递的熔融玻璃进行加热。虽然图2B中未示出,但是在使用过程中,容器壁以及至少一部分的凸缘组件通常会被厚的绝热难熔材料层围绕,以控制容器或管道的热损失。
[0049]图3更详细地显示图2的单个凸缘组件48的一个实施方式的构造。可以看出,凸缘组件48包括凸缘主体部分48a,所述凸缘主体部分48a包含两个环52、54,其中最内环52是由包含铂族金属的耐高温材料(即,如本文所用,能够在高于至少1400°C、优选至少1500°C以及更优选至少1600°C的温度操作的金属)形成。例如,最内环52可包含至少80重量%的铂,余量(如果有的话)是铑或铱的一种或多种。例如,最内环52可包含90重量%的铂以及10重量%的铑。
[0050]由于凸缘主体部分48a的温度随着离开熔融玻璃传递管道的距离的增加而减小,对于最外环材料的耐温度的要求没有对于最内环材料的要求那么高。因此,为了节约成本,最外环54可由通常具有高熔化温度但是明显没有内环52的含铂材料那么昂贵的材料形成。
[0051]根据某些实施方式,凸缘主体部分48a的最外环54由镍形成。例如,最外环54可由市售可得的纯镍(例如,至少99.0重量%的镍
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