專利名稱：用于生產(chǎn)具有減少的缺陷密度的浮法玻璃的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通過浮法玻璃工藝生產(chǎn)平板玻璃的浮法玻璃室，更具體地涉及可以用于生產(chǎn)具有減小的缺陷密度的玻璃的浮法玻璃室。
背景技術：
浮法玻璃工藝用于制造玻璃片是公知的。在典型的浮法玻璃工藝中，對配料加熱以形成熔融玻璃。然后，將熔融玻璃傾倒到熔融錫槽上。然后，沿著熔融錫槽拉伸熔融玻璃。同時對其冷卻和薄化以形成尺寸穩(wěn)定的連續(xù)的玻璃板，一般成為玻璃帶。然后，將玻璃板從槽移走用于進一步的處理。
在浮法玻璃工藝中使用兩種類型的爐——空氣燃料爐和氧燃料爐。在空氣燃料爐中，將燃料與暖空氣混合，并使其燃燒，以提供熱量來熔化玻璃配料。
在氧燃料爐中，氧氣而非空氣支持燃燒。結果是，氧燃料爐提供比空氣燃料爐更有效的熔化，因為不會再浪費能量來加熱空氣中的氮氣，并且氧燃料火焰具有更高的火焰溫度，其更有效地進行輻射。與類似尺寸的空氣燃料爐相比，增加的熔化效率允許通過氧燃料爐處理更多的噸數(shù)。
空氣燃料爐和氧燃料爐在它們的氣氛中都含有水。氧燃料爐中的頂部空間(在熔融玻璃之上的爐區(qū)域)具有比空氣燃料爐更高的水濃度，因為氧燃料氣氛缺少空氣燃燒爐中提供的氮氣，而氮氣會稀釋通過燃燒形成的總水。按化學計量比，水一般占據(jù)氧燃料爐的頂部空間的66％的體積，而占據(jù)空氣燃燒爐的18％。因為玻璃熔體中水的量與頂部空間中的水濃度的平方根成比例，所以在氧燃料爐中熔化的玻璃具有比在傳統(tǒng)的空氣燃料爐中熔化的玻璃高1.7到2倍的水濃度。典型地，在氧燃料爐中熔化的玻璃含有基于組合物總重量的多于0.045重量百分比的水。
在將熔融玻璃傾倒到熔融錫上的浮法玻璃工藝階段，浮槽中熔融錫的溫度在1800°F到1900°F(981℃到1037℃)的范圍內。在1800°F下，在玻璃-錫界面處，從熔融玻璃中擴散出來的水分離成氫和氧。因為氫在1800°F下不是非常易溶解于錫中，所以大部分氫不會溶解在錫中，而是仍留在槽的氣氛中。來自水分離的一些氫被束縛在了熔融玻璃與錫之間的界面處，并最終進入玻璃帶的底表面，形成沿帶表面缺陷，一般稱為露底氣泡?？梢詫⒙兜讱馀菝枋鰹椴Ａе械目斩?，其一般具有倒U形橫截面。露底氣泡的存在增加了玻璃的總缺陷密度。
消費者設定對用于某些應用的玻璃的缺陷密度的要求。由于存在露底氣泡，傳統(tǒng)的浮法玻璃工藝很難滿足這些標準。
本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)具有更低總缺陷密度的浮法玻璃的新裝置和方法，所述更低的總缺陷密度是由于減少的露底氣泡缺陷得到的。

發(fā)明內容
在一個實施例中，本發(fā)明是浮法玻璃室，包括熱部分，其至少在下部充壓空間中具有包括小于3％體積百分比的氫氣的氣氛；和冷部分，其中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方。
在另一個實施例中，本發(fā)明是用于制造具有減小的缺陷密度的浮法玻璃的方法，包括a.熔化玻璃組合物以形成玻璃熔體；和
b.將玻璃熔體傾倒到具有熱部分和冷部分的浮法室中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方，其中，熱部分至少在下部充壓空間中具有包括小于基于體積的3％氫氣的氣氛。
附1是根據(jù)本發(fā)明的浮法室的截面視圖，為了清楚起見去除了一些部分。
對發(fā)明的描述當在這里使用時，空間或方向術語，例如“左”、“右”、“內”、“外”、“之上”、“之下”、“頂部”、“底部”等涉及如在附圖中所示的本發(fā)明。但是，應該理解，本發(fā)明可以采用各種可替換的取向，因此，這種術語不應該認為是限制性的。
除非指出，否則在說明書和權利要求中使用的表示尺寸、物理特性、成份量、反應條件等的所有數(shù)字要理解成在所有情況下都可以由詞“大約”來修改。因此，除非有相反的指出，否則在下面的說明書和權利要求中給出的數(shù)值可以根據(jù)想要通過本發(fā)明獲得的期望性能而改變。最起碼，并且不是要限制對權利要求的范圍應用等同原則，每一個數(shù)字參數(shù)至少應該根據(jù)所報導的重要數(shù)字的數(shù)值并應用普通的舍入技術來解釋。此外，這里公開的所有范圍要被理解成包含其中包含的任何和所有子范圍。例如，所說的“1到10”的范圍應該認為是包括在最小值1和最大值10之間(并包括這兩個端值)的任何和所有子范圍；既，從最小值1或大些的值開始而在最大值10或小些的值結束的所有子范圍，例如5.5到10，或者3.2到7.8。
傳統(tǒng)的浮法玻璃工藝典型地是使用如

圖1所示的浮法室進行的。在美國專利No.3,083,551、美國專利No.3,961,930和美國專利No.4,091,156中公開了浮法玻璃工藝的非限制性實例，這里通過引用將它們全部包含在內。
在傳統(tǒng)的浮法玻璃工藝中，將玻璃配料組合物加熱到熔融狀態(tài)，然后傾倒到浮法室中。典型地，浮法室具有將室分成上部充壓空間1和下部充壓空間2的耐熔蓋3。下部充壓空間包含玻璃4和錫5。上部充壓空間包含所有的上部電加熱元件，以提供對液體金屬浮槽和所形成的玻璃帶的可控加熱。經(jīng)由氣體入口6和(一個或多個)氣體出口7保持室內的受控的氣氛。
本發(fā)明的新穎的浮法玻璃室至少包括兩個部分——熱部分和冷部分。熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于熱部分中玻璃所需的預定溫度(以下稱為“閾值溫度”)的地方。在本發(fā)明的非限制性實施例中，在熱部分和冷部分之間沒有物理障礙。
在本發(fā)明的一個非限制性實施例中，閾值溫度是2100°F。在本發(fā)明的另一個非限制性實施例中，閾值溫度是1800°F。在本發(fā)明的另一個非限制性實施例中，閾值溫度是1600°F。熱部分的閾值溫度越低，熱部分越大，冷部分越小，反之亦然。
在本發(fā)明的非限制性實施例中，室的熱部分距將熔融玻璃傾倒到錫上的點約90到100英尺。室的冷部分取決于槽的大小，是熱部分后面的緊接著的約70到140英尺的室部分。
在本發(fā)明的非限制性實施例中，在浮法室的上部充壓空間和下部充壓空間中存在大量的氣體入口和出口?？梢酝ㄟ^氣體入口向室中泵入各種氣體混合物，或者通過氣體出口使氣體混合物從室中排出，來控制室內的氣氛。
在本發(fā)明的非限制性實施例中，通到至少下部充壓空間的在室熱部分之上的氣體入口送入包括基于體積小于1個重量百分比的氫的氣體。氣體其余部分可以是惰性氣體，例如但不限于氮氣。在正常的操作條件下，在本發(fā)明的一個非限制性實施例中，在室熱部分之上的下部充壓空間的氣氛可以包括基于體積的3％的氫。在本發(fā)明的另一個非限制性實施例中，在室熱部分之上的下部充壓空間的氣氛可以包括基于體積的1％的氫。
可以將取代混合氣體的氫氣與氮氣或氬氣或氨氣的各種混合物泵入到在室冷部分之上的至少下部充壓空間的氣氛中。在本發(fā)明的非限制性實施例中，氣體混合物可以包括最高達基于體積的10％的氫。氣體的其余部分可以是氮氣。
可以使用浮法室的氣體出口將氣體從室中排出。在本發(fā)明的一個非限制性實施例中，可以從熱部分中排出如上討論被泵入室中的總氣體流的基于體積的最高達40體積％。在該實施例中，可能有必要調節(jié)氣氛中氮氣的水平，以防止氫氣向上游流到室的熱部分中。
通過減少浮法室熱部分中的氫氣，本發(fā)明減小了在浮法室熱部分處熔融錫的飽和程度，尤其是對氫的飽和程度。熔融錫能夠溶解來自水分離的更多的氫，因此玻璃中的露底氣泡缺陷減少了。
本發(fā)明還包括用于生產(chǎn)玻璃的方法。根據(jù)本發(fā)明，可以通過下面的步驟來生產(chǎn)玻璃將玻璃配料加到爐中；熔化配料；將來自爐中的熔融玻璃傾倒到浮法室中；并將浮法玻璃從浮法室中移出。
本發(fā)明的第一步驟包括將玻璃配料加到爐中。爐可以是空氣燃料爐或氧燃料爐。玻璃配料可以是任何傳統(tǒng)的類型，包括但不限于傳統(tǒng)的鈉-鈣-硅玻璃配料。傳統(tǒng)的玻璃組合物可以如下表征65～75重量百分比的SiO2；10～20重量百分比的Na2O；5～15重量百分比的CaO；0～5重量百分比的MgO；0～5重量百分比的Al2O3；0～5重量百分比的K2O；和0～2重量百分比的Fe2O3。
所有值都是基于玻璃組合物總重量的重量百分比。
本發(fā)明的第二步驟包括在爐中熔化配料。熔化工藝可以使用本領域中公知的技術來實現(xiàn)。例如，在氧燃料爐中，可以通過提供用于熔化配料的氧和燃料來熔化配料。
本發(fā)明的第三步驟包括將來自爐中的熔融玻璃傾倒到浮法室中。如本領域所公知的，熔融玻璃流到熔融錫的頂部上，并沿著錫的頂部從室的熱部分移動到室的冷部分。在室的熱部分和冷部分中的玻璃的溫度如上面所討論的。此外，在室的熱部分和冷部分中在玻璃之上的環(huán)境如上面所討論的。
進入錫槽的玻璃熔體可能含有水。玻璃熔體可以具有等于或大于基于組合物總重量百分比的0.045重量百分比的水含量。
本發(fā)明的下一個步驟涉及將浮法玻璃從槽中移出，這是本領域公知的。
在將浮法玻璃從浮法室中移出后，對玻璃進行可控地冷卻，并將其切成板。還可以對板做進一步的處理，例如進行切割為一定形狀或熱處理，以形成期望的玻璃制品。
可以對玻璃進行涂覆。在本發(fā)明的非限制性實施例中，對玻璃進行涂覆。涂層可以包括一個或多個涂層和/或涂膜。涂層可以是任何期望的類型。例如，但不應認為是限制性的，涂層可以是導電涂層、可加熱涂層、天線涂層，或陽光控制涂層，例如低輻射率涂層。在美國專利No.4,898,789、5,821,001、4,716,086、4,610,771、4,902,580、4,716,086、4,806,220、4,898,790、4,834,857、4,948,677、5,059,295和5,028,579中公開了陽光控制和天線涂層的非限制性實例，這里通過引用將這些專利包含在內。在美國專利No.5,653,903和5,028,579中公開了導電涂層的非限制性實例，這里通過引用將這些專利包含在內。
通過浮法工藝制造的玻璃典型地具有從2毫米到20毫米的厚度范圍。具有上述厚度的玻璃可以在線速為每分鐘100到800英寸的傳統(tǒng)浮法線上制備。玻璃的所需厚度由玻璃的最終用途決定。
本發(fā)明提供了具有減小的缺陷密度，尤其是露底氣泡密度的玻璃。玻璃中的這種缺陷可以使用在線和離線方法測量?？梢允褂糜蒊nspection Technologies公司制造的自動檢查系統(tǒng)來在線測量缺陷。還可以通過視覺檢查來離線測量缺陷。玻璃的缺陷密度被測量為每100平方英尺的缺陷數(shù)。用于測量玻璃中缺陷的標準是本領域公知的。例如，可以在從＜0.06”到＞0.25”的類別中測量缺陷。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的玻璃可以滿足對缺陷密度的各種商用標準。例如，汽車生產(chǎn)商設定用于汽車擋風玻璃的缺陷密度標準。一家汽車生產(chǎn)商要求汽車擋風玻璃生產(chǎn)具有每100平方英尺總缺陷少于1個。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的玻璃可以用作汽車透明制品、彩色玻璃、層疊產(chǎn)品等，這是本領域公知的。層疊產(chǎn)品可以至少包括一塊根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的玻璃。這種層疊產(chǎn)品可以是擋風玻璃。
實例通過下面的非限制性實例來說明本發(fā)明。下面是氫氣在熱端的下部充壓空間中的對比操作以及根據(jù)本發(fā)明的操作的實例。
對比 本發(fā)明的實例在整個室中的H21900scfh 600scfh在至少熱端的下部充壓空間中的H21300scfh 0scfh露底氣泡缺陷 1.36每100平方英尺0.07每100平方英尺玻璃厚度 3mm 3mm噸數(shù) 599噸/天 604噸/天閾值溫度 1769°F 1761°F玻璃中的H2O 0.049％ 0.049％結論本發(fā)明的裝置和方法允許生產(chǎn)露底氣泡缺陷比傳統(tǒng)的浮法玻璃大大減少的浮法玻璃。
上述實例只是提供用來說明本發(fā)明的。本發(fā)明的范圍由下面的權利要求限定。
權利要求
1.一種浮法玻璃室，包括熱部分，其至少在下部充壓空間中具有包括小于基于體積的3％氫氣的氣氛；和冷部分，其中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方。
2.根據(jù)權利要求1的浮法室，其中，室的閾值溫度是1600°F。
3.根據(jù)權利要求1的浮法室，其中，浮法室的閾值溫度是1800°F。
4.根據(jù)權利要求1的浮法室，其中，浮法室的閾值溫度是2100°F。
5.根據(jù)權利要求1的浮法室，其中，在冷部分的至少下部充壓空間中的氣氛包括最高達基于體積的10％的氫氣。
6.一種浮法室，包括熱部分，其至少在下部充壓空間中具有包括小于基于體積的3％氫氣的氣氛；和冷部分，其中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方，其中該閥值溫度大于1600°F。
7.根據(jù)權利要求6的浮法室，其中，在冷部分的至少下部充壓空間中的氣氛包括最高達基于體積的10％的氫氣。
8.一種用于制造具有減小的缺陷密度的浮法玻璃的方法，包括a.熔化玻璃組合物以形成玻璃熔體；和b.將玻璃熔體傾倒到具有熱部分和冷部分的浮法室中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方，其中，熱部分至少在下部充壓空間中具有包括小于基于體積的3％氫氣的氣氛。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中，浮法室的閾值溫度是1600°F。
10.根據(jù)權利要求8的方法，其中，浮法室的閾值溫度是1800°F。
11.根據(jù)權利要求8的方法，其中，浮法室的閾值溫度是2100°F。
12.根據(jù)權利要求8的方法，其中，至少在冷部分的下部充壓空間中的氣氛包括最高達基于體積的10％的氫氣。
13.根據(jù)權利要求8的方法，其中，玻璃熔體具有等于或大于基于組合物總重量百分比的0.035重量百分比的水含量。
14.根據(jù)權利要求8的方法，其中，所生產(chǎn)的浮法玻璃構成層疊產(chǎn)品中的至少一塊玻璃。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其中，層疊產(chǎn)品是擋風玻璃。
16.一種用于制造具有減小的缺陷密度的浮法玻璃的方法，包括a.熔化玻璃組合物以形成玻璃熔體；和b.將玻璃熔體傾倒到具有熱部分和冷部分的浮法室中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方；c.將包括小于基于體積的3％氫氣的氣體混合物泵入到至少熱部分的下部充壓空間中。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中，泵入包括將包括基于體積的1％氫氣的氣體混合物泵入到至少熱部分的下部充壓空間中。
18.根據(jù)權利要求16的方法，其中，玻璃組合物包括65到75重量百分比的SiO2；10到20重量百分比的Na2O；5到15重量百分比的CaO；0到5重量百分比的MgO；0到5重量百分比的Al2O3；0到5重量百分比的K2O；和0到2重量百分比的Fe2O3，所有重量百分比都是基于玻璃組合物的總重量。
19.根據(jù)權利要求16的方法，其中，熔化發(fā)生在氧燃料爐中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浮法玻璃室和相關的方法，浮法玻璃室包括熱部分，其至少在下部充壓空間中具有包括小于基于體積的3％氫氣的氣氛，和冷部分，其中，熱部分與冷部分之間的邊界線是玻璃的溫度下降到低于閾值溫度的地方。熱部分中的低氫含量幫助減少露底氣泡的數(shù)量，尤其是在玻璃是在氧燃料爐中熔化的情況。
文檔編號C03B18/18GK1684914SQ03822955
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權日2002年9月27日
發(fā)明者C·S·史密斯, G·A·皮科拉羅 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司