[发明专利]搅拌系统和使玻璃熔融物均质化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于熔融玻璃的搅拌系统、相应的搅拌容器和搅拌器、以及一种用于组装这些部件和用于搅拌熔融玻璃的方法。本发明具体地涉及一种用于玻璃熔融物的搅拌系统、搅拌元件、搅拌器和搅拌容器的结构设计，它们被制作成在它们的操作模式(也就是说玻璃熔融物的均质化)中彼此匹配。

背景技术

由贵金属和贵金属合金(比如优选地PGM(PGM等于铂族金属))组成的结构部件被用在玻璃工业中，尤其用在用于熔化和热成形特殊玻璃的设备中。这些在熔融技术中使用的设备部件，也称为PGM产品，服务于熔融、提纯、运送、均质化和分配液体玻璃。

这样的结构部件基本上是由固体PGM材料或由耐高温材料(陶瓷耐热材料、金属特殊材料)组成的结构，该结构具有例如以薄片金属或PGM表面涂层(例如由等离子喷涂或火焰喷涂等施加)的形式存在的薄壁的防护性PGM覆层。

承载玻璃熔融物的设备部件通常是贵金属片材结构，其被设计成薄壁的管系统。熔融玻璃在1000℃到1700℃之间的温度下流过这些管系统。

由于PGM材料的高熔点，PGM材料的特色是耐高温，并且还有就是它们的高机械强度和耐磨性，因此特别适合于生产将与玻璃熔融物进行接触的设备或设备部件中的结构部件。合适的材料是铂和铂合金和/或其它铂族金属，也可以选择性地包含少量贱金属作为进一步合金化的部件或氧化添加剂。典型地，材料是提纯铂、铂铑合金和铂铱合金，其包含小量精细分布的耐高温金属氧化物，具体地诸如二氧化锆或氧化钇，以提高强度和耐高温蠕变。

玻璃熔融过程分解成以下阶段：熔融、提纯、调节、给料和成形。为了增加玻璃均质化的程度，使用搅拌器。搅拌是调节的一部分并因此发生在提纯之后和给料之前。玻璃粘度随温度的改变对所有玻璃技术都是至关重要的。为了达到均质化熔融，必须获得动态粘度在该温度下为η∽10²dPa·s的温度。作为对比，在20℃，水具有0.01dPa·s的粘度，橄榄油具有大约10²dPa·s的粘度而蜂蜜具有大约10⁴dPa·s的粘度。热处理，即玻璃的给料和成形，根据具体处理在10³到10⁸dPa·s下进行。结果，玻璃在搅拌期间的粘度处于10²到10⁴dPa·s之间。在∽1450℃时，硼硅酸盐玻璃的动态粘度例如为η10³dPa·s。

如上述数据所显示的温度和动态粘度，有效的玻璃搅拌存在技术上的挑战。

搅拌是最重要的基本处理工程学操作之一。在其简单模式下，两个或多个部件彼此联合并且通过借助搅拌工具引入流动动作而在彼此内部分布，以此来获得可能的最小单元的容积中的一致组分。

以下四个搅拌任务能够被界定：均质化、悬浮、分散和热传递。

可能通过混合器的壁发生热传递，即被混合的材料和周围介质之间的热交换，但是热传递在用于玻璃的搅拌系统的设计中占次要地位。

因为，在是玻璃的情况下，主相和附加相是液体，搅拌任务只是为了均质化。均质化是混合彼此可溶的固体或液体同时均衡浓度差别和/或温度差别。

依次混合理论上是指正被混合的材料的成分的运送。在这种情况下，可能区分出5个独立的基本操作，在某些环境下5个独立的基本操作可能一个引发另一个。

分布混合：分布、掺合、有序矩阵和随机矩阵基础上的颗粒互换。就物理角度而言，重力和库仑摩擦力必须得克服。

分散混合：解体聚合体和团块。在这种情况下，由粘合应力导致的阻力必须得克服。

层混合：拉伸、挤压、折叠和克服牛顿摩擦力。

扰动混合：在液体和气体中建立(多个)扰流。

扩散混合：由扩散造成的浓度均衡。例如：静止流体。

在混合高粘性体玻璃的情况下，这会导致涉及层混合和分布混合，该操作非常接近揉搓。

揉搓意味着高粘度的浆状物质的混合。所涉及的能量输入比混合低粘度的物质的时候高很多倍。如果从流动行为的观点考虑“揉搓”的工作过程，缺乏扰动可以被提出作为混合操作强度的特征。通过剪切、机械分割和挤压产生质量转移。

在处理高粘度的液体的时候存在的困难在于层流动行为。对于任何混合过程，该行为意味着待混合的相应流细丝和成分的交换存在问题。在层流的情况下，由粘性(剪切应力、剪切)导致的力占据优势。

为了达到限定的混合结果，层流影响整个容器体积是先决条件。

在高粘度的情况下，这对于玻璃是很普遍的，只有强制给料能够保证足够质量的均质化。