[发明专利]用于熔化反应性玻璃和玻璃陶瓷的方法和用于其的熔化设备

说明书

玻璃和玻璃陶瓷的熔化方法，其包括如下步骤：将原材料批料传递进入浸没燃烧熔化设备中，该熔化设备具有液体冷却的壁和底板；将火焰引导到原材料批料和熔融批料中，具有足够的能量以使得原材料形成熔融批料；以及对浸没熔化设备的底板内的传递孔组件进行加热，从而使得熔融批料通过孔组件传递进入容纳容器。熔融批料具有玻璃或玻璃陶瓷组合物，其与耐火材料具有明显反应性，所述耐火材料包括二氧化硅、氧化锆、氧化铝、铂和铂合金中的一种或多种。

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2016年08月02日提交的美国临时申请系列第62/370013号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

本公开一般地涉及用于熔化玻璃和玻璃陶瓷的方法和用于其的熔化设备，更具体地，涉及用于熔化反应性玻璃和玻璃陶瓷的方法以及用于其的浸没燃烧熔化(“SCM”)设备和传递孔组件。

许多反应性玻璃和玻璃陶瓷组合物对于建立适用于制造规模的熔化工艺存在巨大挑战。虽然这些组合物会降解耐火和贵金属炉内衬，但是它们通常可以在实验室中或者以中试规模成功熔化。对于较小的材料体积，当在实验室中或者以中试规模进行熔化时，可以限制这些组合物与易受腐蚀的炉内衬的暴露时间。此外，当熔化反应性玻璃和玻璃陶瓷时，从成本立场来说，用于实验室和中试规模的熔化设备的相对较小尺寸会使得使用单次使用的炉内衬是可行的。

随着反应性玻璃和玻璃陶瓷组合物的加工规模化至适合制造的批料和体积，炉内衬的腐蚀和降解成为严重的问题。简单来说，某些玻璃和玻璃陶瓷组合物会在熔化和澄清操作期间腐蚀和破坏炉内衬，特别是当温度下的暴露时间必须增加以确保熔体的均质化时。例如，高含铜抗微生物玻璃组合物与耐火(例如，基本由二氧化硅、氧化锆、氧化铝及其组合构成的材料)和贵金属炉内衬材料这两者都具有反应性。虽然在实验室中可以成功地熔化高含铜抗微生物玻璃，制造这种玻璃在成本上是非常高昂的，因为无法使用常规方法和设备以高体积进行熔化。

因此，存在对于熔化反应性玻璃和玻璃陶瓷的方法以及用于其的熔化设备的需求，它们适用于规模化至适合进行制造的体积。还存在使在加工过程中与反应性玻璃和玻璃陶瓷接触的炉组件的降解和腐蚀最小化的方法和熔化设备的需求。

发明内容

本公开的一个方面属于玻璃和玻璃陶瓷的熔化方法，其包括如下步骤：将原材料批料传递进入浸没燃烧熔化设备中，该熔化设备具有液体冷却的壁和底板；将火焰引导到原材料批料和熔融批料中，具有足够的能量以使得原材料形成熔融批料；以及对浸没熔化设备的底板内的传递孔组件进行加热，从而使得熔融批料通过孔组件传递进入容纳容器(containment vessel)。此外，熔融批料具有玻璃或玻璃陶瓷组合物，其与耐火材料具有明显反应性，所述耐火材料包括二氧化硅、氧化锆、氧化铝、铂和铂合金中的一种或多种。

在方法的一些实施方式中，熔融批料包括与浸没燃烧熔化设备的壁和底部接触的渣壳层(skull layer)。在该方法过程中建立的渣壳层的厚度范围还可以是约0.1至约5英寸的厚度。

在方法的其他实施方式中，对传递、引导和加热步骤进一步控制，从而将熔融批料连续地传递或者周期性地传递到容纳容器中。可以通过加热步骤，经由传递孔组件将熔融批料连续地传递到容纳容器中。优选地，孔组件衬有锡氧化物内衬元件。还优选用感应加热工艺来进行传递孔的加热步骤。

在另一个方面，传递步骤的进行可以使得原材料批料的传递是低于熔融批料的玻璃线。在其他方面，传递步骤的进行可以使得原材料批料的传递是高于熔融批料的玻璃线。

在方法的其他实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷组合物包括含铜氧化物形式的铜。例如，玻璃或玻璃陶瓷组合物可以是抗微生物玻璃组合物，其包含范围是约10至约50摩尔％的含铜氧化物。