專利名稱：用氦氣泡澄清玻璃熔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從玻璃熔體中除去由各種氣體如SO2、O2、H2O、CO2和N2組成的氣泡的方法，該方法通過以預(yù)定的流速并在預(yù)定的位置上經(jīng)由玻璃熔體進(jìn)料直徑為約0.5厘米-約4厘米的氦氣泡以有效制備基本無氣泡的玻璃制品。
背景技術(shù)：
玻璃是通過將待熔化的原料放入玻璃熔爐中制成的。

圖1顯示了典型容器玻璃熔爐的剖面圖。固體配料(形成玻璃的原料)進(jìn)入玻璃熔爐“熔化器”部分的進(jìn)料端并隨著配料向熔爐的熱點(diǎn)或拱起區(qū)(spring zone)移動(dòng)而變成液態(tài)(玻璃熔體)。組成配料的原料根據(jù)待制備玻璃種類的不同而發(fā)生成分和物理性能的變化。配料材料一般包括砂、堿灰、石灰石和含有玻璃形成和改性用氧化物(例如SiO2、B2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O和PbO)、碎玻璃(即回收的玻璃)、氧化劑(硝酸鹽和硫酸鹽)和澄清劑(例如NaSO4、碳、As2O5和SbO5)的其它礦物。對(duì)于高價(jià)值玻璃，隨著液態(tài)玻璃由熱點(diǎn)向熔爐的卸料端移動(dòng)，必須使其變得基本不含氣泡和均質(zhì)。根據(jù)玻璃成分調(diào)節(jié)熱點(diǎn)的溫度以確保發(fā)生所需的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生澄清氣體(例如O2和SO2)并形成小氣泡以及使它們向玻璃浴表面飄浮。熔融的玻璃離開熱點(diǎn)向?qū)⑷刍糠趾统吻宀糠指糸_的爐截面積變小的喉部移動(dòng)。在澄清器中，玻璃緩慢冷卻，在緩慢冷卻過程中，殘留小氣泡(例如直徑為200微米或更小)中的氣體被吸收到熔體中。
熔爐采用氧-燃料(為使天然氣或燃料油燃燒，用氧氣代替空氣)來代替空氣與燃料的燃燒，將減少對(duì)環(huán)境有害的排放物，但會(huì)產(chǎn)生爐內(nèi)氣氛中水分增加的工藝問題?，F(xiàn)有技術(shù)討論了熔爐氣氛中水濃度提高的氧-燃料爐的優(yōu)缺點(diǎn)。熔爐氣氛中水分的增加提高了熔體中水的濃度。附加的水會(huì)降低澄清熔體所需的硫酸鹽的量。然而，更高濃度的水會(huì)造成發(fā)泡、變色和下游的工藝問題。
通常將硫酸鈉用作鈉鈣-硅酸鹽玻璃的澄清劑。硫酸鈉分解為二氧化硫、氧氣和氧化鈉。分解速率和熔體中最終的平衡取決于玻璃熔體的化學(xué)反應(yīng)和溫度。二氧化硫和氧氣是在整個(gè)熔體中擴(kuò)散并在熔體澄清過程中使其它氣泡長(zhǎng)大的需要的氣體。同時(shí)，溶解在玻璃熔體中的其它氣體因?yàn)槠渌鼩怏w在氣泡中的濃度被澄清氣體稀釋而擴(kuò)散到長(zhǎng)大的氣泡中。這一現(xiàn)象稱作溶解氣體的“去除(stripping)”并在熔體的氣體再吸收能力中起重要作用，或者稱作玻璃熔體冷卻時(shí)小殘留氣泡的“澄清”。而且，二氧化硫和氧氣的量會(huì)影響玻璃的氧化-還原狀態(tài)(通常描述為熔體中Fe2+/Fe3+的比率)。改變氧化-還原狀態(tài)會(huì)改變玻璃產(chǎn)品的顏色。
硫酸鈉或其它澄清氣體的分解可通過提高溫度而得到促進(jìn)。浮法玻璃和TV玻璃熔爐通過在熔爐中具有“拱起區(qū)”(熔化器中溫度最高的位置)或“熱點(diǎn)”來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。拱起區(qū)的玻璃熔體溫度通常可達(dá)到1450-1550℃。溫度的升高將通過降低熔體粘度和增加二氧化硫和氧氣的量而改善玻璃澄清的效果。然而，升高溫度需要向熔爐中輸入額外的能量并會(huì)加速熔爐耐火材料損蝕的速度。
根據(jù)玻璃的種類還可以采用其它的澄清劑或澄清添加劑如碳、五氧化二砷、氧化銻，并控制玻璃的氧化-還原(即還原作用/氧化作用)狀態(tài)。然而，碳會(huì)對(duì)餐具用玻璃的外觀產(chǎn)生使玻璃的亮度和顏色變暗的負(fù)面影響，砷和銻會(huì)造成環(huán)境排放問題。
通過增加熔體停留時(shí)間也可以減少配料澄清劑的量。增加停留時(shí)間使氣泡經(jīng)由熔體升至熔爐氣氛中。增加停留時(shí)間將成比例地降低熔爐的作業(yè)速度。通常需要澄清劑，然而，過量的澄清劑會(huì)造成其它的產(chǎn)品質(zhì)量間題和/或?qū)Νh(huán)境有負(fù)面影響。
美國專利No.3,622,296公開了通過在一種氣氛中熔化玻璃組合物來澄清玻璃的方法，所述氣氛中基本不含氦氣，將氦氣通入熔融的玻璃中，這樣氦氣經(jīng)由玻璃擴(kuò)散并進(jìn)入氣泡(seeds)(小氣泡)中，由此，氣泡膨脹，使膨脹的氣泡經(jīng)由熔融的玻璃上升并在表面處除去。
美國專利No.3,960,532公開了一種方法，藉該方法，在熔融制備玻璃過程中，通過使蒸汽經(jīng)由融熔玻璃床猛烈地發(fā)泡來實(shí)現(xiàn)堿金屬硅酸鹽玻璃的生產(chǎn)。這樣的實(shí)踐采用較少的燃料產(chǎn)生出較高生產(chǎn)率，產(chǎn)品水玻璃更易于溶解并形成潔凈度更高的水玻璃溶液。
本發(fā)明的目的是提供從玻璃中除去由各種氣體如SO2、O2、H2O、CO2和N2組成的氣泡的方法。用作消費(fèi)產(chǎn)品如餐具、TV平板、平面屏幕LCD玻璃、高質(zhì)量容器和窗玻璃的玻璃必須有效地除去氣泡。通過降低由于CO2和N2氣泡而產(chǎn)生的廢品玻璃的百分?jǐn)?shù)，經(jīng)由降低硫酸鹽、銻和砷澄清劑來減少熔爐排放以及提高熔爐生產(chǎn)率，氦氣發(fā)泡使玻璃生產(chǎn)商獲益。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供從玻璃熔體中除去氣泡的方法，該方法通過在玻璃浴中經(jīng)由噴嘴陣列注入直徑為約0.5-約4cm，相隔幾厘米的小氦氣泡來實(shí)現(xiàn)。氦氣從氦氣泡中擴(kuò)散到熔體中然后擴(kuò)散到玻璃熔體中的其它氣體泡中并迅速使這些氣泡的尺寸變大，這些氣泡迅速地上升到玻璃熔體表面。隨著氦氣擴(kuò)散到氦氣泡外，可溶性熔體氣體擴(kuò)散到氦氣泡內(nèi)并從玻璃去除。該去除作用降低了熔體氣體的濃度并在進(jìn)一步的工藝步驟中降低了氣泡形成的概率。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及澄清玻璃熔體的方法，包括以下步驟將玻璃基原料進(jìn)料到熔爐中并充分加熱所述原料以形成玻璃熔體；在熔爐內(nèi)的一個(gè)區(qū)域?qū)⒅睆綖榧s0.5厘米-約4厘米，優(yōu)選約1-2厘米的氦氣泡進(jìn)料到玻璃熔體中，在所述區(qū)域中玻璃熔體溫度約達(dá)到其最高水平并優(yōu)選在該溫度達(dá)到其最高水平前將所述氦氣泡進(jìn)料到所述區(qū)域中；在玻璃熔體中將氦氣泡保持足夠的時(shí)間使氦氣從氦氣泡中擴(kuò)散到熔體中并向玻璃熔體中的其它氣泡擴(kuò)散以產(chǎn)生直徑大于約0.1厘米的較大氣泡，使所述較大氣泡上升然后通過浮力從玻璃熔體表面排出，同時(shí)從玻璃熔體中去除其它溶解氣體，從而在澄清步驟中使較小的可溶性氣泡(例如小于約300微米)吸收在玻璃熔體中；和冷卻玻璃熔體以產(chǎn)生出每立方米玻璃優(yōu)選具有少于約5個(gè)氣泡(seeds)(玻璃中的小氣泡)的玻璃制品。每立方米5個(gè)氣泡表示一些玻璃的質(zhì)量量度，其它玻璃的量度為每立方米玻璃一個(gè)氣泡，平板顯示器中必須無氣泡。
優(yōu)選地，在選自活性澄清反應(yīng)之前、之后和之前與之后的時(shí)間段內(nèi)，將氦氣泡進(jìn)料到玻璃熔體中并經(jīng)由所述噴嘴在熔爐底部的主要(優(yōu)選全部)寬度內(nèi)均勻分布。
優(yōu)選地，向玻璃熔體中進(jìn)料氦氣泡的速率應(yīng)為約20-約250泡/分鐘，更優(yōu)選約50-約150泡/分鐘，最優(yōu)選約60-約100泡/分鐘/1mTPD(公噸/天)玻璃作業(yè)速度。優(yōu)選經(jīng)由兩個(gè)或更多個(gè)間隔為約1cm-約10cm的管道將氦氣均勻地進(jìn)料到所述熔爐中，更優(yōu)選為約3cm-約7cm。優(yōu)選在一次澄清區(qū)之前或之內(nèi)溶解氦氣處于約50％飽和度-約90％飽和度。在約1000℃-約1650℃加熱原料(配料)，優(yōu)選約1300℃-約1550℃以形成玻璃熔體。在最終的玻璃制品中，優(yōu)選每立方米玻璃中的氣泡少于3個(gè)，更優(yōu)選每立方米少于1個(gè)。
附圖簡(jiǎn)述圖1簡(jiǎn)要表示帶有玻璃溫度和流動(dòng)分布的玻璃熔爐，其中圖1a是玻璃熔爐的側(cè)視簡(jiǎn)圖，圖1b是熔爐的溫度曲線。
圖2是測(cè)試用實(shí)驗(yàn)坩堝的側(cè)視簡(jiǎn)圖。
圖3簡(jiǎn)要表示了帶有氦氣發(fā)泡機(jī)部分的浮法玻璃熔爐，其中圖3a是熔爐的頂視簡(jiǎn)圖，圖3b是熔爐發(fā)泡機(jī)部分的局部頂視簡(jiǎn)圖。
圖4是基于初始直徑為300微米且初始含有100％CO2的單個(gè)氣泡數(shù)學(xué)模擬的含硫酸鹽鈉鈣玻璃熔體澄清過程中氣泡生長(zhǎng)對(duì)時(shí)間的曲線。
圖5是基于初始直徑為300微米的單個(gè)氣泡的數(shù)學(xué)模擬的小氣泡尺寸再吸收對(duì)時(shí)間的曲線。根據(jù)本發(fā)明，除恰當(dāng)?shù)暮饬魉僖酝?，還需要選擇氦氣泡的尺寸和間隔以有效地從玻璃熔體中除去氣泡。基于采用熔融玻璃中單個(gè)氣泡行為數(shù)學(xué)模型的數(shù)值實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，僅在一定的氦氣泡尺寸范圍內(nèi)才能夠?qū)崿F(xiàn)氦氣澄清的有益效果和氦氣的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用，氦氣的不正常應(yīng)用會(huì)造成小氦泡缺陷或?qū)ΣＡ垠w冷卻過程中的氣泡再吸收產(chǎn)生負(fù)面作用。
玻璃生產(chǎn)商一般會(huì)向配料中加入幾種澄清劑中的一或多種，如硫酸鹽，硫化物，砷、銻或鈰的氧化物或氯化鈉。除氯化鈉外，上述材料或發(fā)生分解或者與氧氣反應(yīng)形成在玻璃熔體中溶解度相對(duì)低的氣體。氯化鈉汽化為低溶解度氣體。新形成的氣體隨著它們經(jīng)由玻璃熔體向其它氣泡中擴(kuò)散使這些氣泡尺寸增大。隨著氣泡尺寸增大，它們借助浮力更快地向熔體表面上升并離開熔體進(jìn)入熔爐氣氛中。在上述澄清劑中，浮法玻璃、餐具玻璃和容器玻璃一般使用硫酸鈉。
本發(fā)明涉及在熔爐拱起區(qū)內(nèi)或之前引入氦氣泡的方法。氦氣泡使氦氣從氣泡中擴(kuò)散到熔體中，玻璃熔體中溶解的氦氣濃度將升高。溶解的氦氣將擴(kuò)散到含有二氧化碳、氮?dú)?、氧氣、水、二氧化硫和其它氣體的其它氣泡中并將加速這些氣泡生長(zhǎng)，同時(shí)，稀釋了氣泡中這些氣體的濃度。同時(shí)，熔體中的這些可溶性氣體擴(kuò)散進(jìn)入上升的氦氣泡以及含有其它氣體的氦氣稀釋的氣泡中，這些氣體的濃度將下降，即氦氣泡將玻璃熔體中溶解的其它氣體去除。發(fā)泡作用的另一個(gè)益處是輕柔地?cái)嚢璨⑹谷垠w均質(zhì)化。
本發(fā)明的氦氣泡較小，尺寸為約0.5厘米且直徑不大于約4厘米，優(yōu)選不大于2厘米。小于0.5cm的氦氣泡會(huì)使過多的氦氣擴(kuò)散出該氣泡，在熔體中留下極小的氦氣泡。在商用玻璃熔化槽的正常停留時(shí)間內(nèi)，小氣泡不具備上升到熔體之外的浮力。那么小氦氣泡自身將成為玻璃缺陷。作為對(duì)比，直徑0.5cm的氣泡上升時(shí)間為800秒。大于4cm的氣泡將顯著增加氦的消耗量而不會(huì)顯著增加擴(kuò)散到熔體中的氦氣量。對(duì)于250噸/天的熔爐來講，玻璃熔體中70-75％的氦飽和度對(duì)于2cm氣泡將需要約40Nm3(標(biāo)準(zhǔn)立方米)的氦氣/天，對(duì)應(yīng)于僅0.0067Nm3/Hr每1mTPD的玻璃產(chǎn)率。大氦氣泡在熔體中的停留時(shí)間短，不會(huì)使氦氣從氣泡向熔體和氣體從熔體向氦氣泡中的擴(kuò)散作用最優(yōu)化。在1350-1400℃，預(yù)計(jì)直徑為2cm的氣泡的上升時(shí)間為37秒。預(yù)計(jì)4cm氣泡的上升時(shí)間為9秒。與2cm氣泡每天40m3的氦氣相比，4cm的氣泡預(yù)計(jì)將使用122m3的氦氣，這對(duì)應(yīng)于0.020Nm3/Hr每1mTPD的玻璃產(chǎn)率。上述上升時(shí)間、氣泡尺寸和擴(kuò)散速率基于典型容器或浮法玻璃成分的1400℃熔體。
為了使玻璃熔體的全部氣泡浮出，以下操作是重要的在某個(gè)縱向位置上，在整個(gè)玻璃槽底部寬度內(nèi)以噴嘴間具有一定間隔的方式均勻地分布氦氣發(fā)泡機(jī)噴嘴以基本均勻地?cái)U(kuò)散氦氣，優(yōu)選使氦氣在活性澄清反應(yīng)之前和/或過程之中擴(kuò)散到玻璃流體的整個(gè)橫截面中。氦氣噴嘴間隔的優(yōu)選范圍是約1cm-10cm或通常為2-3倍于氦氣泡的直徑。氦氣噴嘴的總數(shù)取決于玻璃槽的尺寸和產(chǎn)率以及氦氣泡的尺寸。需要安置充足的噴嘴，以在玻璃熔體中實(shí)現(xiàn)約50-80％飽和度的氦氣濃度。
圖2簡(jiǎn)要顯示了實(shí)驗(yàn)室玻璃熔化裝置，其帶有具有兩個(gè)插入玻璃熔體中的管子的樣品坩堝。在坩堝中放入約200克典型火石或浮法玻璃配料和各種量的硫酸鈉和碳并在熔爐中于1300℃下熔化約1小時(shí)。樣品坩堝底部直徑為9cm，側(cè)面緩慢傾斜上升至15cm的高度。樣品容器中的熔體深度為約8cm。采用所述管子以大約15ml/分鐘的速度將氦氣引入玻璃熔體。樣品坩堝和管子由硅石制成。產(chǎn)生的氦氣泡的尺寸為直徑約1-2.5cm。字母A和B指定為觀測(cè)缺陷氣泡尺寸和進(jìn)行成分分析的位置。樣品點(diǎn)A位于玻璃熔體的中央。樣品點(diǎn)B靠著玻璃質(zhì)硅石坩堝。缺陷氣泡的分析結(jié)果提供在表1和2中。
表1玻璃樣品中的缺陷氣泡分析
表2
表2提供了每個(gè)樣品中五或六個(gè)缺陷氣泡的分析平均值。樣品的不同表現(xiàn)在玻璃成分、用或未用氦氣發(fā)泡、采取或未采取澄清即二次澄清上。對(duì)這些玻璃樣品進(jìn)行澄清，其中，將熔體在1425℃的溫度保持30分鐘，然后以1℃/分鐘的速度將熔體緩慢冷卻至1200℃。一旦達(dá)到1200℃，則將熔體驟冷至600℃，然后以2℃/分鐘的速度退火至室溫。每種熔體的主體成分一般為浮法玻璃，除了樣品2含有0重量％的Na2SO4和0.15重量％的碳，而樣品1和3含有0.25重量％的Na2SO4和0.05重量％的碳以外。
樣品1未用氦氣發(fā)泡但經(jīng)澄清，發(fā)現(xiàn)在表面上含有未溶解的/相分離的硅石，主體中有幾個(gè)小氣泡。氣泡中的主要成分是二氧化碳。樣品2用氦氣發(fā)泡但未進(jìn)行澄清。該玻璃樣品不含有未溶解的/相分離硅石，但含有顯著量的缺陷氣泡。樣品3不含有未溶解的/相分離硅石或者玻璃樣品主體中的的氣泡。僅沿著樣品坩堝壁在樣品3中發(fā)現(xiàn)了缺陷氣泡。二氧化碳和氧氣構(gòu)成這些氣泡的主要成分。據(jù)信，樣品3中發(fā)現(xiàn)的氣泡的形成是由玻璃熔體和硅石坩堝壁的相互作用造成的，不應(yīng)認(rèn)為是澄清過程中未除去的殘留物。
對(duì)樣品1和3進(jìn)行對(duì)比顯示出用氦氣發(fā)泡對(duì)消除玻璃缺陷的重要性。樣品1和3的對(duì)比還表明降低硫酸鹽的濃度是可能的。減少或消除硫酸鹽將減少引起環(huán)境問題的二氧化硫的排放。還有可能借助于氦氣澄清來降低熔爐中的峰值溫度并導(dǎo)致更低的揮發(fā)和顆粒物排放、更低的燃料成本和更長(zhǎng)的耐火材料壽命。樣品2和3表明缺陷氣泡的消除不止出于一種機(jī)理。樣品2中的缺陷氣泡是存在于熔體中但在氦氣發(fā)泡間隔過程中沒有長(zhǎng)大到足以離開熔體的那些缺陷氣泡。樣品3表明藉澄清步驟，樣品2中殘留的缺陷氣泡會(huì)由于浮力而離開熔體或溶解回熔體中。氣泡快速溶解的良機(jī)是來自于氦氣泡從熔體中去除可溶性氣體。
圖3a和3b顯示了典型浮法玻璃熔爐的頂視圖。以下實(shí)施例基于500噸/天的浮法玻璃熔爐。配料在1進(jìn)入熔爐并由于經(jīng)由入口2的天然氣和空氣的燃燒而熔化。配料隨著其向拱起區(qū)5移動(dòng)而熔化并應(yīng)在到達(dá)拱起區(qū)5之前完全熔化。發(fā)泡機(jī)6恰好位于拱起區(qū)5之前。在圖3(b)中，多排氦氣噴嘴7位于兩條分隔線6之間。在該實(shí)施例中，發(fā)泡機(jī)管中的每個(gè)氦氣噴嘴7在一排當(dāng)中位于距下一個(gè)氦氣噴嘴6cm處。第二發(fā)泡機(jī)管的中央位于第一發(fā)泡機(jī)管下游5cm處。這些管可由鉑、銠、鉬、水冷鋼或涂覆了貴金屬的耐火材料制成。第二發(fā)泡機(jī)管上的氦氣噴嘴按與第一發(fā)泡機(jī)管一樣的6cm距離放置。第二發(fā)泡機(jī)管的氦氣噴嘴偏移了3cm。為代替發(fā)泡機(jī)管，可以在熔爐底部耐火磚中以相同的幾何構(gòu)型引入發(fā)泡噴嘴。一般以700/秒的速度將直徑為約2cm尺寸的氦氣泡引入熔體當(dāng)中。如果每個(gè)噴嘴每2秒鐘產(chǎn)生一個(gè)氣泡，那么本實(shí)施例中需要1400個(gè)噴嘴。如果熔爐寬度為10米，那么每個(gè)單獨(dú)的發(fā)泡機(jī)管上可放置167個(gè)噴嘴。那么，則需要每排間隔為約5cm的8-9排發(fā)泡管。
對(duì)于空氣-天然氣作燃料的熔爐，在熔體中氦氣應(yīng)達(dá)到約70-80％(～0.11摩爾/m3，對(duì)于鈉鈣玻璃)的穩(wěn)定狀態(tài)飽和度并去除20-40％的二氧化碳和氦氣。擴(kuò)散的氦氣按圖4使氣泡長(zhǎng)大。如該圖中所看到的，溶解的氦氣顯著提高氣泡的生長(zhǎng)速度，同時(shí)，在氧-燃料燃燒的玻璃熔化器中氣泡生長(zhǎng)速度也得到提高，其中玻璃的含水量高于空氣-燃料燃燒的玻璃熔化器。熔體通過拱起區(qū)5到達(dá)腰部3并進(jìn)入澄清器(工作端)4。在澄清器4中，玻璃冷卻，任何殘留的小氣泡被再吸收到熔體中(圖5)。在經(jīng)由導(dǎo)管或喉部離開玻璃熔爐之前，熔體被有效地除去了氣泡缺陷。
本發(fā)明藉指定尺寸和速度的氦氣泡來澄清玻璃的新方法能夠改善玻璃質(zhì)量，同時(shí)減少了其它澄清劑。以最佳尺寸和速度引入熔體的氣泡會(huì)降低熔體中可溶性氣體的濃度并使已存在的氣泡生長(zhǎng)。較大氣泡藉浮力離開玻璃熔體。較小的氣泡隨著玻璃冷卻被吸收到熔體中。用氦氣澄清玻璃熔體可以減少造成熔爐對(duì)環(huán)境的有害排放或影響所需最終玻璃外觀的澄清劑。
如圖3中所描述的優(yōu)選工藝采用700個(gè)(直徑2cm)氣泡/秒來獲得約70％的飽和度。對(duì)該工藝進(jìn)行改良，通過以2000個(gè)氣泡/秒的速率發(fā)泡來提高熔體中的氦氣飽和度。根據(jù)玻璃熔體氣泡行為模型，氦氣飽和度水平會(huì)接近90％。根據(jù)熔爐設(shè)計(jì)和玻璃熔體的成分，為澄清(從中除去溶解的氣體和氣泡)熔體，90％的飽和度水平可能是必要的。對(duì)氦氣飽和至90％的熔體而言，在氦氣發(fā)泡機(jī)的下游可能需要二次發(fā)泡系統(tǒng)以降低氦氣濃度。下游的發(fā)泡機(jī)可以使用氧氣或水或者二者的組合。圖5顯示了熔體中各種濃度氦氣對(duì)廢棄小氣泡的再吸收速度的影響。該圖表明熔體中氣泡收縮(即再吸收)的速度被高濃度的溶解氦氣所延遲。因此，用其它氣體的氣泡去除溶解的氦氣可能變成制備無氣泡玻璃的重要步驟。
新型氦氣澄清工藝在浮法爐中根據(jù)粘度和深度將氣泡直徑設(shè)定為0.5cm-4cm。其它的熔爐設(shè)計(jì)可具有比浮法爐1-1.5m的深度更深或更淺的深度。玻璃熔體成分也會(huì)變化，并可能會(huì)具有高得多的粘度。
最終的玻璃外觀易受到玻璃成分，包括溶解氣體的量的影響。最佳的澄清機(jī)理可包括與氦氣混合的第二種氣體或單獨(dú)注入。例如，如果熔體需要額外的氧氣以獲得所需的顏色，那么可以將氧氣與氦氣混合?？梢詫?duì)氦氣泡的尺寸和/或速度進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)氧氣的存在。在優(yōu)選的安排中，在拱起區(qū)的上游或下游，用單獨(dú)的發(fā)泡機(jī)注入氧氣將得到相同的效果。
對(duì)于浮法玻璃熔爐或其它相似設(shè)計(jì)的熔爐而言，氦氣發(fā)泡機(jī)的位置優(yōu)選置于拱起區(qū)的上游。豎式熔爐或與LCD熔爐相似的熔爐可以具有位于其它位置的氦氣發(fā)泡機(jī)。豎式熔爐可以將氦氣發(fā)泡機(jī)置于靠近熔爐出口處。LCD爐可以將氦氣發(fā)泡機(jī)放置在攪拌器前的澄清區(qū)中。
本發(fā)明不限于所示的實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為希望包括所附權(quán)利要求范圍內(nèi)所有的變體和設(shè)備。
權(quán)利要求
1.澄清玻璃熔體的方法，包括如下步驟(a)將形成玻璃的原料進(jìn)料到熔爐中并充分加熱所述原料以形成玻璃熔體；(b)將直徑為約0.5厘米-約4厘米的氦氣泡進(jìn)料到玻璃熔體中；(c)在玻璃熔體中將氦氣泡保持足夠的時(shí)間使氦氣從氦氣泡中擴(kuò)散到玻璃熔體中并向玻璃熔體中的其它氣泡擴(kuò)散以產(chǎn)生較大的氣泡，所述較大的氣泡具有使它們通過浮力上升然后從玻璃熔體表面排出的尺寸，去除玻璃熔體中溶解的氣體，并在冷卻過程中使較小的可溶性氣泡吸收在玻璃熔體中；和(d)冷卻玻璃熔體以產(chǎn)生玻璃制品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在玻璃熔體溫度達(dá)到其最高水平的區(qū)域?qū)⒑馀菁尤肴蹱t中。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在玻璃熔體溫度達(dá)到其最高水平之前的區(qū)域?qū)⒑馀菁尤肴蹱t中。
4.權(quán)利要求1的方法，其中氦氣泡的直徑小于約2厘米。
5.權(quán)利要求1的方法，其中以約20個(gè)氣泡-約250個(gè)氣泡/分鐘/噸每天玻璃產(chǎn)量的速度將氦氣泡加入玻璃熔體中。
6.權(quán)利要求1的方法，其中氦氣泡以約50％-約90％的氦氣飽和度水平溶解在玻璃熔體中。
7.權(quán)利要求1的方法，其中由至少兩根間距為約1cm-約8cm的管子向玻璃熔體中加入氦氣泡。
8.權(quán)利要求2的方法，其中由至少兩個(gè)間隔距離為約2-約3倍氦氣泡直徑的噴嘴向玻璃熔體中加入氦氣泡。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在活性澄清反應(yīng)過程中，在任意時(shí)間段向玻璃熔體中加入氦氣泡并基本均勻地分配在位于熔爐的主要寬度內(nèi)及其底部的所述噴嘴中。
10.權(quán)利要求3的方法，其中以約50個(gè)氣泡-約150個(gè)氣泡/分鐘/噸每天玻璃產(chǎn)量的速度將氦氣泡加入玻璃熔體中。
11.權(quán)利要求3的方法，其中由至少兩個(gè)間距為約1cm-約8cm的噴嘴向玻璃熔體中加入氦氣泡。
12.權(quán)利要求1的方法，其中向熔爐中加入各種氣泡以去除玻璃熔體中溶解的氣體并控制玻璃熔體的氧化還原狀態(tài)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述氣泡含有各種氣體和氦氣。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述各種氣體選自氧氣、水蒸汽及其混合物。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述各種氣體選自氧氣、水蒸汽及其混合物。
16.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)中玻璃熔體的溫度為約1100℃-約1600℃。
17.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(d)中玻璃制品中存在少于約5個(gè)氣泡。
18.權(quán)利要求2的方法，其中以約50個(gè)氣泡-約150個(gè)氣泡/分鐘/噸每天玻璃產(chǎn)量的速度將氦氣泡加入玻璃熔體中。
19.權(quán)利要求12的方法，其中以約50個(gè)氣泡-約150個(gè)氣泡/分鐘/噸每天玻璃產(chǎn)量的速度將氣泡加入玻璃熔體中。
20.權(quán)利要求9的方法，其中氦氣泡以約50％-約90％的氦氣飽和度水平溶解在玻璃熔體中。
全文摘要
通過以預(yù)定流速和位置加入直徑為約0.5厘米－約3厘米的氦氣泡(6)從玻璃熔體中除去氣泡(玻璃熔體中的大氣泡)和氣泡(玻璃熔體中的小氣泡)以有效地制備基本不含氣泡的制品的方法。
文檔編號(hào)C03B5/225GK1805907SQ200480016693
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者H·科巴亞施, S·E·杰恩斯, R·G·C·比爾肯斯 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司