[发明专利]澄清玻璃或类似物的多阶段工艺及其设备

说明书

本发明涉及到一种用来生产玻璃或类似物的阶段性工艺及其设备，特别是关于该工艺或设备澄清过程的改进。本发明不仅特别适用于生产透明玻璃产品例如平板玻璃、纤维玻璃、容器玻璃或钠硅酸盐玻璃，而且也适用于从严格意义上来说并非“玻璃”的类似产品。这里所用的“玻璃”术语是一种泛指，它包括玻璃类似物。另一方面，由于平板玻璃的光学性质要求较高，本发明对澄清过程的改善对于平板玻璃产品来说就具有特别的意义。

在Kunkle等申请的美国专利4381934中，已经公开了用来完成该熔化过程的最初步骤的工艺，即使粉状物料配合料变成液化的，部分熔化的状态。对绝大多数玻璃产品来说，该工艺要求其下一段工艺必须使熔化完全，液化物料的澄清将是下一段工艺的主要任务。在前面所述的专利中，澄清过程就是把液化了的物料喂入一只传统的罐型熔窑中。为了使这样一个分段的熔化和澄清过程的建造及操作费用最经济，就要求以尽可能有效的形式完成该澄清过程，从而使澄清设备的尺寸及能耗降至最小。

在玻璃熔化过程中，气体基本上是由于物料配合料的分解而产生的，其它气体则是由于配合料燃烧热源自然携带进去的，大多数气体在熔化过程的最初阶段就能逸出，仅有部分气体裹入熔体中。澄清过程的主要目的就在于提供足够的时间及温度条件使这些裹入的气体大部分从熔体中排出。由于升高温度能够加快气体裹入物的上升及逸出，因而对澄清区必须提供熔化过程中的最高温度。此外，传统地通过控制澄清区的热条件使熔融玻璃保持循环流动，以提供适当的停留时间， 并且确保物料在高温下通过该区域，这时气体就被排入熔体上方的空间，而未澄清的熔体部分被直接从料流中分离开。另外，澄清过程可以用来使残留的配合料颗粒熔化，而且澄清过程中产生的循环现象有助于熔化均匀。当将该澄清过程和如美国专利4381934中所述的独立的液化过程相结合时，人们希望能使澄清过程至少部分最好是全部达到目标。在此发明以前，人们已经发现将液化物料喂入循环澄清罐中会产生增加短循环流动的趋势，即进入的物料很快地通到出去的产品料流中，因而不能提供足够的停留时间来澄清。

在以前的艺术玻璃制造窑炉中，熔化过程总是从一只较大的熔化室进入较小或较窄的容器中进行澄清操作，常常是通过一条狭窄的通道从一个室进入下一个室。下面的美国专利就显示了典型的分隔式玻璃窑炉，如1941778;704040;2254079;2808446;3399047;3897234;4099951;和4195982等。在导向澄清室的狭窄通道中加热熔化了的玻璃技术可以从下列美国专利中看出，如2926208;2990438;3499743;4011070;3261677;3415636;和2691689等。这些专利中没有一篇认识到影响澄清过程的因素所在，人们已经发现这些可归因于进入澄清器的料流的热条件及自然流向。

在本发明中，玻璃物料配合料或类似物在独立的，自然隔开的阶段中被液化、澄清，但它不是将液化的物料直接送入澄清阶段，而是通过一个中间阶段并在那儿升温。由于在导入澄清室以前就升高了温度，这就为液化的物料进入澄清室中合适的料流做好了热准备，从而能迫使它们产生合适的循化过程。最好，在中间阶段能将液化物料加 热到物料由液化阶段出来进入中间阶段的温度以上，但又比澄清室中熔融物料的峰值温度低。在澄清器后端及出口端之间某一位置，熔体中峰值表面温度区域会不均匀地导致一种向上的流动，也就是人们所知的“热带”或“热点”，结果，热带前后的表面料流都明显地离开热带，而沿着澄清室底部的料流则明显地趋向热带。因此在澄清室中处理的熔融物料中就产生了两个反向转动的循环。本发明的中间热处理的目的是向送入澄清室中的物料提供热浮力，这样就能防止料流直接进入澄清室中最低层或最上层的料流中，而是进入来自热带的循环系统上方料流的中间层。进入此层就更有可能保证新入物料在被带入下部流动单元的上部料流（这是澄清室主要的产品输出料流）以前就能在该流动单元中经过几次循环。

对送入澄清室的液化物料进行中间热处理的优选实施例是一条细长、狭窄的通道。一般，通道的长度，宽度都比澄清器的要小。用一组液化段向单个澄清器喂料更为有利，最好对每个液化段再用一条通道将液化段和澄清器相连。由于通道的基本功能是使液化的物料加热到一个较高的温度，所以通道的容量就无甚重要。但是进、出口之间足够的长度有利于为通道里的加热处理提供一定的停留时间。通道内通过浸没电极间的电阻加热，但也可以使用上部燃烧或其它的加热手段来代替电加热。通道和澄清器之间的开口最好位于澄清器底部的上方以保证物料能进入澄清器中适当的位置。