專利名稱：控制玻璃制造系統中熔體材料液位的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及維持玻璃制造系統中熔體材料液位(level)的方法和設備，具體涉及 根據熔體材料液位控制前體材料的進料速率和熔化速率的方法和設備。
背景技術：
在典型的玻璃制造系統中，將通常為粉末態(tài)的各種原料組分或配合料(batch material)加入或"裝入"熔爐。粉末配合料熔化，形成可流入該系統制造部分的黏性熔融 材料。所述黏性熔融材料冷卻后形成玻璃。出于討論而非限制的目的，所述黏性熔融材料 在下文中將稱為熔融玻璃或玻璃熔體。 在熔化過程中，熔爐中玻璃熔體的液位宜保持恒定。若熔體液位過分波動，玻璃熔 體會"洗刷"熔爐壁的不同區(qū)域。這種擔心不無道理，因為爐壁一般襯有耐火磚，一定時間 后，耐火磚會溶解到熔體中，因而形成壁的耐火磚不同區(qū)域的組成變化可能會反映到熔體 中。此外，在熔融處理過程中，各種熔融副產物會累積在耐火壁上。例如，熔體表面一般覆 蓋有未熔配合料和熔融產生的泡沫。液位的波動會導致熔體的化學組成不穩(wěn)定，或者會將 固體耐火材料和/或配合料雜物帶入熔體。最后，液位的波動和相應的補救措施會破壞熔 體的熱穩(wěn)定性。 從歷史上看，相當多的玻璃板是在浮法系統中生產的，先在熔爐中熔化前體材料， 通過澄清除去氣態(tài)夾雜物，使之流到第二熔體介質(通常是錫)的表面上。
近年來，人們用熔合法(fusion process)生產無缺陷特征格外突出的玻璃板，用 于制造光學顯示器。該方法是先在熔爐中熔化前體材料，然后使之流過管子或管道和容器 組成的系統，進入成形管。成形管包含敞頂容器，所述容器包括會聚的成形表面。熔融玻璃 從容器頂部溢流出來，從成形容器兩邊，包括會聚的成形表面流下。然后，兩股分開的流體 在會聚的成形表面相遇的線上重新融合。因此，與成形管耐火表面接觸的熔融玻璃在形成 的玻璃板內部融合，而玻璃板外表面未接觸成形表面。熔爐與成形管之間的管子和容器通 常由耐火金屬如鉑或鉑-銠合金形成，它們統稱為鉑系統。 由于鉑系統內的溫度波動，鉬系統上的壓降可能會變化，導致液位波動；而液位波 動又會回頭擴散至熔爐，使得熔合型玻璃制造方法比其他方法更容易發(fā)生液位波動。 一般 地，由于存在前述熔融副產物，熔爐內的熔融玻璃可能不具有完美的表面，所以直接測量熔 爐中玻璃的液位比較困難。因此，可采用間接法。 一般地，可通過改變配合料向爐內的進料 速率來控制液位。然而，典型的螺旋式配合料進料機(screw-type batch feeder) —般是 高容量設備，無法做到在不進料過頭、超出目標液位的情況下進行充分維持液位所需的精 細控制，從而產生新的液位波動。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了使熔融玻璃生產熔爐中的液位基本保持恒定的方法。所述方法引 入了一種微調配合料進料機(trim batch feeder)，與較大的大體積配合料進料機(bulkbatch feeder)所裝入的配合料的量相比，前者只向爐子中裝入較小百分比的粉末配合料。 使用小體積進料機可精細調整總體進料速率。根據本發(fā)明的實施方式，一個或多個大體積 配合料進料機以恒定的輸出量運行，而配合料進料速率的變化通過改變較小的微調進料機 的輸出量實現。不過，若需要對總體進料速率作較大改變，也可改變大體積進料機的輸出 改變進料速率也可能導致配合料薄層(batch blanket)和該薄層下面的熔融玻璃 的溫度發(fā)生變化。因此，本發(fā)明進一步設想使用微調加熱器，其目的是小增量改變熔體溫 度。加熱熔體的方法包括燃料-氧化劑加熱器(例如位于熔體上方的氣體噴射器)和將電 極浸沒在熔體表面之下的電流加熱器。 在本發(fā)明的一個實施方式中，提供了一種形成玻璃熔體的方法，其包括以大體積 進料速率將配合料從大體積配合料進料機送入爐子，以等于或小于總配合料進料速率10% 的微調進料速率將配合料從配合料微調進料機送入爐子(總配合料進料速率為大體積進 料速率與微調進料速率之和)，加熱爐子中的配合料，形成玻璃熔體，探測玻璃熔體的液位； 根據玻璃熔體的液位改變微調進料速率，同時保持大體積進料速率恒定。
應當理解，上面的概述和下面的詳述給出的是本發(fā)明的實施方式，意在為理解要 求專利權的本發(fā)明的性質和特點提供全面評述或框架。所含附圖用于進一步理解本發(fā)明， 它并在本說明書中，構成其一部分。附圖顯示了本發(fā)明的示例性實施方式，與說明書一起用 于解釋本發(fā)明的原理和操作。


圖1是根據本發(fā)明一個實施方式的示例性玻璃制造工藝的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖2是圖1所示熔爐的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖3是圖1所示熔爐除去爐碹(crown)后的俯視截面圖。 圖4是根據本發(fā)明另一個實施方式的熔爐除去爐碹并裝上第二大體積配合料進 料機后的俯視截面圖。
具體實施例方式
在以下詳細描述中，出于解釋而非限制的目的，給出了披露具體細節(jié)的示例性實 施方式，以便透徹理解本發(fā)明。不過，對于了解本發(fā)明的益處的本領域普通技術人員來說， 顯而易見的是，本發(fā)明可以通過背離本文所披露的具體細節(jié)的其他實施方式予以實施。此 外，對眾所周知的設備、方法和材料的描述可能省略，以免干擾對本發(fā)明的描述。最后，只要 適用，相同的附圖標記代表相同的對象。 圖1所示為根據本發(fā)明的玻璃制造設備10的一個實施方式的橫截面圖，其包括熔 爐或"預熔器"12，如在生產玻璃板的熔合玻璃制造法中可能用到的那些。熔爐12通常由 難熔材料如氧化鋁或氧化鋯磚組成。除熔爐12夕卜，設備10包括從熔爐到澄清池的連接管 (MFC) 14、澄清池16、從澄清池到攪拌器的連接管(FSC) 18、攪拌器20、從攪拌器到料筒的連 接管(SBC)22、料筒24、降液管26、進口 28和成形管30。經進口 34將配合料32裝入熔爐 12，配合料在此熔化，形成熔融玻璃或玻璃熔體36。然后，讓玻璃熔體36經MFC 14流入澄 清池16，進行脫氣或"澄清"熔體。玻璃熔體自澄清池16經FSC 18流入攪拌器20，熔融玻
5璃在攪拌器中勻化。攪拌器20可包含例如旋轉攪拌器葉片，所述葉片伸長并切割熔融玻璃，以降低非均勻性。熔融玻璃從攪拌器流入料筒，通過降液管，然后進入成形管30。成形管30是敞頂容器，包含會聚的側壁，使得進入成形管30的熔融玻璃從成形管溢流出來，作為兩股獨立的熔融玻璃流順著會聚的成形側壁流下。在會聚側壁底部，兩股獨立熔融玻璃流重新融合，形成具有未受破壞外表面的玻璃板31。對熔合玻璃制造法的更全面的描述可參見Dockerty的美國專利第3338696號，其內容通過參考并入本文。 在熔合型玻璃制造法中，熔爐12與成形管30之間的管道(例如MFC 14、澄清池16、 FSC 18、攪拌器20、 SMC 22、料筒24和降液管26) —般用難熔金屬形成，例如鉑或鉑合金，如鉑_銠。另一方面，成形管30通常是由諸如氧化鋯這樣的材料制成的整體式難熔塊體。 如圖2所示，爐子12包含底部38、側壁40和頂部(碹部)42。利用馬達48驅動的螺旋式進料機(螺旋給料機)46，通過進口 34將來自料斗44的配合料裝入爐子12，在爐子內熔融玻璃36的至少一部分表面上形成配合料薄層。可以根據檢測到的熔融玻璃的液位，以間斷的方式或者更優(yōu)選連續(xù)的方式向爐子12中裝入配合料。例如，可通過插入熔爐12下游管道中的熔融玻璃液位探針50探測熔融玻璃的液位。液位探針50可以是例如電阻型檢測器，其電流隨探針50受熔融玻璃沖刷(接觸)的多少而變化。不過，可以采用任何常規(guī)熔融玻璃液位檢測系統，包括非接觸方法，如使用微波或光學傳感器。
沿爐子12側壁40設置的碹部燃燒器(crown burner) 52燃燒燃料-空氣或燃料-氧氣(即燃料-氧化劑)混合物，以加熱覆蓋熔融玻璃的配合料與爐碹42之間的空隙。此外，沿爐子12側壁設置的電極54(如圖3所示)通過由電流從一個電極出發(fā)，流過熔融玻璃，到達另一個電極，對玻璃熔體進行電阻或焦耳效應加熱。 按照常規(guī)，給熔爐裝料的方法必須能夠與熔融玻璃的出爐量相適應，例如熔融玻璃通過MFC 14的量，使爐子12內的熔融玻璃的液位基本保持恒定。即便對于較小的熔爐，維持恒定液位所需配合料的量也必須超過500磅/小時。能夠提供恒定流量的螺旋式進料機一般不能少量地改變其進料速率。因此，進料速率的改變有時可能超過所需幅度，使得在達到新平衡液位之前，熔體液位在目標液位附近振蕩。 因此，本實施方式進一步包括微調進料機56，它由微調馬達58驅動，相比于明顯大得多的進料機，即配合料進料機46，前者對進料速率的控制精細得多。較佳的是，微調進料機56以一定方式運行，使其對進料速率的貢獻約等于或小于總配合料進料速率的10%，優(yōu)選約等于或小于總配合料進料速率的7%，更優(yōu)選約等于或小于總配合料進料速率的5% 。在一個實施方式中，微調進料機對進料的貢獻約等于或小于總配合料進料速率的3% 。因此，對于要求配合料進料速率為1500磅/小時的熔爐，其運行時的進料速率為總配合料進料速率的3%的微調進料機56應當提供不超過約45磅/小時的配合料進料速率。總配合料進料速率的其余97%由螺旋式進料機46提供。進料機46和56可自同一料斗進料，或者進料機46和56也可自各自獨立的料斗進料。通過提供明顯小得多的進料速率，微調進料機56有利于更為漸進地調節(jié)熔爐12中熔融玻璃的液位，從而最大程度減小僅使用大體積配合料進料機46的常規(guī)熔爐中可能發(fā)生的振蕩或"起伏"。 將液位探針50與控制儀60連起來，可以實現液位控制，其中將測得的液位與預定液位設置點相比較，就可得到液位差信號。然后，利用液位差信號驅動微調馬達58，進而驅動微調進料機56，可使熔爐12中的熔融玻璃液位基本保持恒定。在一個更精密的方法中， 可以常規(guī)方式利用模糊邏輯表確定供給微調進料機馬達58的所需驅動信號。本發(fā)明可用 于控制熔爐12中的熔融玻璃液位，使液位變化小于約O. 25英寸，更優(yōu)選小于約0. 20英寸， 甚至更優(yōu)選小于約0. 15英寸，還更優(yōu)選小于約0. 1英寸。 對于了解本發(fā)明的益處的本領域普通技術人員來說，顯而易見的是，上述方法可 延伸至加熱熔融玻璃的方法。也就是說，調節(jié)加入熔爐12的配合料的量，可能使熔體溫度 發(fā)生不利的變化。為最大程度減小潛在的溫度變化，熔爐12可進一步包括安裝在配合料薄 層與碹42之間的側壁內的微調燃燒器62 (圖2)。熔爐12也可包括一個或多個安裝在側壁 40內、處于玻璃熔體表面水平以下的微調電極64。較佳的是，所述一個或多個微調電極64 安裝在靠近微調進料機56的地方。例如，所述一個或多個微調電極可位于微調配合料進料 機下面和/或旁邊。例如，圖4顯示了兩個位于微調進料機56旁邊的微調電極64a和64b。
較佳的是，微調燃燒器62和微調電極64應具有合適的尺寸，使得貢獻于熔體的功 率大小正比于微調進料機56裝入的配合料的進料速率變化。也就是說，若微調進料機的配 合料進料速率例如增加，以維持玻璃熔體的液位，則微調燃燒器和微調電極所貢獻的功率 應當成正比例地增加。再次假設總配合料進料速率為1500磅/小時，則微調燃燒器和微調 電極應當能夠供給約15kW的總凈功率，以確保能夠補償微調進料機供給的配合料進料范 圍。基于45磅/小時的微調進料速率，假設需要1100BTU/磅的熱量熔化45磅/小時的配 合料，相當于3413BTU/小時/kW，則此功率經計算為15kW。也就是說，微調燃燒器和/或微 調電極應當能夠供給的總凈功率約為(1100BTU/磅)*(微調進料速率)/(3413BTU/小時/ kW)。較佳的是，微調燃燒器和/或微調電極的功率輸出變化可以小于約lkW、優(yōu)選小于約 0. 5kW、更優(yōu)選小于約0. lkW的幅度實現。微調燃燒器62和微調電極64也可通過控制儀60 控制，例如通過合適的設備如分別用質流控制儀和繼電器/電壓調節(jié)器/電流調節(jié)器(未 示出)控制。 應當理解，大體積螺旋式進料機46實際上可包含多個大體積螺旋式進料機。也就 是說，如圖4所示，熔爐12可包含第一大體積螺旋式進料機46a、第二大體積螺旋式進料機 46b和微調進料機56。承接上面的例子，若所需要的總配合料進料速率是1500磅/小時， 則螺旋式進料機46a和46b優(yōu)選設定為提供總進料速率的97%，所提供的進料速率為這兩 個進料機平分，而總進料速率的剩余3%由微調進料機56貢獻。因此，大體積配合料進料機 46a和46b各貢獻43. 5%的配合料流量，即約773磅/小時，而微調進料機56提供剩余的 約45磅/小時的流量。 在操作中，啟動向熔爐送入配合料的過程的實際方法是從通過微調進料機56向 爐內送入配合料開始的。例如，微調進料機56可以約為總預定配合料進料速率1%的進料 速率開始。然后，可啟動一個或多個大體積配合料進料機46，經調節(jié)后，供給預定總配合料 進料速率的剩余99% 。此后，所述一個或多個大體積配合料進料機可以恒定輸出量運行，如 以恒定的RPM運行，而僅利用微調進料機對進料速率進行所需的任何改變，將熔融玻璃基 本維持在恒定液位。當然，若為維持基本恒定的玻璃熔體液位而需要對總配合料進料速率 進行的調整超出了較小的微調進料機的能力，則可利用所述一個或多個大體積配合料進料 機，其后如前文所述，在大體積配合料進料機與微調配合料進料機之間會建立新的進料速 率平衡。
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應當強調，本發(fā)明的上述實施方式，特別是任何"優(yōu)選的"實施方式，僅僅是可能的實施例子，僅用于清楚理解本發(fā)明的原理?？梢詫Ρ景l(fā)明的上述實施方式作出許多改變和改進，只要基本上不背離本發(fā)明的精神和原理。所有這樣的改進形式和變化形式都包括在本文和本發(fā)明的范圍之內，并受以下權利要求的保護。
權利要求
一種形成玻璃熔體的方法，其包括以大體積配合料進料速率將配合料從大體積配合料進料機送入爐子；以等于或小于總配合料進料速率的10％的微調配合料進料速率將配合料從微調配合料進料機送入爐子，所述總配合料進料速率為所述大體積配合料進料速率與微調配合料進料速率之和；在所述爐中加熱所述配合料，形成玻璃熔體；測定玻璃熔體的液位；以及根據玻璃熔體的液位改變微調配合料進料速率，同時保持大體積配合料進料速率恒定。
2. 如權利要求1所述方法，其特征在于，所述微調配合料進料速率等于或小于總進料 速率的5%。
3. 如權利要求1所述方法，其特征在于，所述微調配合料進料速率等于或小于總進料 速率的3%。
4. 如權利要求1所述方法，其特征在于，所述以大體積配合料進料速率進料的步驟包 括從多個大體積配合料進料機送入配合料。
5. 如權利要求1所述方法，其特征在于，所述測定玻璃熔體的液位的步驟包括用傳感 器探測該熔體的液位。
6. 如權利要求5所述方法，其特征在于，所述玻璃熔體的液位在爐子下游探測。
7. 如權利要求5所述方法，其特征在于，將探測到的玻璃熔體液位與預定液位值作比 較，利用探測到的液位與預定液位值之差改變微調配合料進料速率。
8. 如權利要求1所述方法，其特征在于，所述加熱步驟通過加熱手段進行，按與微調配 合料進料速率變化成正比的關系改變該加熱手段的功率輸出。
9. 如權利要求8所述方法，其特征在于，所述加熱手段是燃燒火焰。
10. 如權利要求8所述方法，其特征在于，所述加熱手段是電流。
11. 一種維持爐中玻璃熔體液位基本恒定的方法，其包括 以第一配合料進料速率將配合料從第一配合料進料機送入爐子；以等于或小于總配合料進料速率的3%的第二配合料進料速率將配合料從第二配合料 進料機送入爐子；在爐中對配合料進行加熱，形成玻璃熔體； 探測玻璃熔體的液位；以及根據玻璃熔體的液位改變第二配合料進料速率。
12. 如權利要求11所述方法，其特征在于，所述探測在熔爐下游進行。
13. 如權利要求11所述方法，其特征在于，所述加熱步驟通過加熱手段進行，按與第二 配合料進料速率變化成正比的關系改變該加熱手段的功率輸出。
14. 如權利要求11所述方法，其特征在于，將探測到的玻璃熔體液位與預定液位值作 比較，利用探測到的液位與預定液位值之差改變微調配合料進料速率。
15. 如權利要求11所述方法，其特征在于，在改變第二配合料進料速率的過程中，第一 配合料進料速率基本保持恒定。
16. 如權利要求11所述方法，其特征在于，所述爐子包括熔合玻璃制造工藝，該工藝包含難熔金屬容器，用于將玻璃熔體傳送到成形設備。
17. —種形成玻璃熔體的設備，其包括 用于熔化配合料，使其形成玻璃熔體的爐子；至少一個用于以第一配合料進料速率將配合料送入爐子的大體積配合料進料機；用于以第二配合料進料速率將配合料送入爐子的微調配合料進料機， 其中所述第一和第二配合料進料速率之和構成總配合料進料速率，且第二配合料進料 速率小于或等于所述總配合料進料速率的io%。
18. 如權利要求14所述設備，其特征在于，所述第二配合料進料速率小于或等于所述 總配合料進料速率的3%。
19. 如權利要求14所述設備，其特征在于，所述至少一個大體積配合料進料機包括多 個大體積配合料進料機，所述第一配合料進料速率是所述多個大體積配合料進料機中每個 進料機的配合料進料速率之和。
20. —種使用權利要求17所述設備的玻璃制造系統。
全文摘要
在制造玻璃時將粉末配合料送入爐子的方法。從第一大體積配合料進料機(46)以第一配合料進料速率、從第二微調配合料進料機(56)以第二微調配合料進料速率加入所述粉末配合料。所述微調配合料進料速率等于或小于總配合料進料速率的10％。根據玻璃熔體液位改變微調配合料進料速率。還披露了微調電極和微調燃燒器的使用。
文檔編號C03B5/24GK101784492SQ200880104070
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權日2007年8月16日
發(fā)明者W·W·約翰遜 申請人:康寧股份有限公司