專利名稱：減少浮法玻璃中錫缺陷的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少板玻璃中缺陷的、特別是減少浮法所制玻璃中錫缺陷的方法與設(shè)備。
在用稱作為“浮法”工藝形成板玻璃時，玻璃液被輸送到浮拋成形室的金屬液池上，同時減薄形成所需厚度的帶。進(jìn)入浮拋成形室中的玻璃液最初的溫度較高，例如約2000°F(1110℃)，因而頗具流動性。此玻璃在通過上述浮拋室時即冷卻到適合與減薄裝置結(jié)合的狀態(tài)，例如冷卻到約1400～1700°F(760～930℃)，然后進(jìn)一步冷卻至使之可從此成形室拉出的尺寸穩(wěn)定狀態(tài)，通常約為1100°F(600℃)。上述金屬液(通常為熔融態(tài)錫或其合金)和成形室中氣氛的溫度一般低于玻璃液的溫度，通過把熱量耗散到成形室的周圍環(huán)境中，使玻璃液自然地很快冷卻。
由這種浮法工藝來制造玻璃帶時存在一些問題，它們有可能在玻璃帶的上下表面上形成錫缺陷。具體地說，浮拋成形室中熔融的錫會迅速與此室氣氛中的氧或熔解于此熔融錫中的氧反應(yīng)形成氧化錫，蒸發(fā)并聚集于成形室的氣氛內(nèi)，并凝聚于成形室頂部結(jié)構(gòu)的較冷部分之上。周知是在浮拋成形室中采用保護(hù)性氣氛，通常是氮與氫的混合物，來防止熔融錫的氧化與污染。取決于此成形室中的工作條件，氫會與冷凝的氧化鋅起反應(yīng)，形成水蒸氣與元素錫，而它們隨即會從室頂結(jié)構(gòu)墜落到熱玻璃帶的表面上形成缺陷。在由浮法制造板玻璃時除形成氧化錫外，熔融的錫還會與錫中的硫反應(yīng)形成硫化錫，后者同樣會蒸發(fā)、聚集到成形室中和凝聚到成形室頂結(jié)構(gòu)的較冷部分上。硫化錫還有可能為氫還原，產(chǎn)生硫化氫與元素錫，它們隨即又可能從室頂墜落到玻璃帶上。
最好是減少浮拋成形室中氧化錫的形成來減少與錫有關(guān)的缺陷，以及使氫保持在成形室氣氛之外以減少由于硫化錫的形成所造成的缺陷。此外，減少熔融錫中的氧據(jù)信能減少離子錫沿玻璃液/熔融錫界面擴(kuò)散到玻璃帶的底面中。離子錫的擴(kuò)散會導(dǎo)致“起霜”現(xiàn)象，即板玻璃在加熱與成形時表面出現(xiàn)皺褶，以及有碳酸鈣的形成物沉積到玻璃帶的下表面上。
本發(fā)明提供了減少浮法制玻璃中錫缺陷的方法。在浮拋過程，玻璃液輸送到一封閉室的熔融錫池上而形成玻璃帶。溶解于熔融錫中的氧氣與錫形成氧化錫，蒸發(fā)并聚集于浮拋室中，在玻璃中形成缺陷。在本發(fā)明中，將氫氣直接引入熔融錫內(nèi)而與其中的氧氣和氧化錫反應(yīng)形成水與元素錫，使得熔融錫中的氧化錫量減少。在本發(fā)明的一個具體實施形式中，氫氣是通過浸沒于成形室熔融錫中一細(xì)長的多孔石墨件而引到熔融錫中的，此石墨件沿著玻璃帶邊緣選定部分的外側(cè)延伸并定位。


圖1是浮拋玻璃成形室的示意性縱剖圖。
圖2是包括有本發(fā)明特點的圖1所示成形室的平面圖。
圖3是沿圖2中3-3線截取的視圖。
圖4是體現(xiàn)有本發(fā)明特點的氣體歧管的剖視圖。
圖5是沿圖4中5-5線截取的剖面圖。
圖6與7是本發(fā)明另一些實施形式的與圖5類似的剖視圖。
下面所述的具體浮拋成形室的結(jié)構(gòu)是那種特別適合本發(fā)明最佳實施形式的。但應(yīng)認(rèn)識到其它類型的成形室結(jié)構(gòu)也可用于本發(fā)明。
在圖1與2所示的裝置中，熔窯14中所含的玻璃液12計量地輸入例如美國專利No.4354866中所公開的在門檻18與垂直可調(diào)的爐閘門20之間的浮拋成形室16之內(nèi)。成形室16內(nèi)的玻璃液支承于一池金屬液22通常是錫液之上，在兩個側(cè)擋墻26之間形成玻璃帶24。帶24在由沿著部分成形室16所定位的輥或拉邊機(jī)28減薄至所需厚度與寬度后，即經(jīng)出口30從成形室16撤出，并在出口處由提升輥32從玻璃液22上引。
成形室16包括頂部34、邊墻36和具本項技術(shù)中周知常規(guī)結(jié)構(gòu)的耐火材料槽38。沿成形室16的頂部34設(shè)置著電阻加熱元件40。邊墻36相分開地位于槽38的上方，提供了可由邊部密封件42堵塞的通孔，如圖3所示。輥式拉邊機(jī)28與常規(guī)的先有技術(shù)邊部冷卻器44插過邊部密封件42進(jìn)入成形室16內(nèi)，耐火材料槽38中盛放有金屬液22。
本發(fā)明中最好是在成形室內(nèi)將氫氣直接引入熔融錫中，以減少氧化錫蒸氣的形成。具體地說，錫中的氫氣將減少熔融錫中形成水的氧，由此來防止氧化錫的形成。此外，氫將同熔融錫中業(yè)已形成的氧化錫反應(yīng)，這樣就能防止氧化錫蒸發(fā)和脫離開熔融錫。熔融錫中氧的減少也將減少擴(kuò)散入玻璃帶下表面中的離子錫量。
參看圖2，采用了一批歧管48來將氫氣直接引入熔融錫22內(nèi)。圖3、4與5中示明了本發(fā)明的歧管48的非限定性的實施形式。具體地說，歧管48包括一輸出管50，它通過供氣管54與接頭56從加壓氣體源52供應(yīng)氫氣。輸出管50應(yīng)由能經(jīng)受長期間浸沒于熔融錫中的材料制成。在本發(fā)明的一具體實施形式中，輸出管50是由多孔材料制成。此多孔材料內(nèi)的互連孔口起到將氫氣導(dǎo)引通過輸出管50的壁部而進(jìn)入熔融錫22中的出口或通道的作用。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，帶有中心膛孔的中等粒度的石墨棒可以用作輸出管50。必要時，輸出管50的端部可設(shè)有用來密封管50的端蓋58。供氣管54與接頭56也可由相同石墨材料制成，當(dāng)然并非必需如此。
在本發(fā)明的供氣管54與接頭56是由多孔材料制成的實施形式中，它們的外表面以及所有的連接點都應(yīng)采用密封劑的涂層，如圖3所示，以防氫氣通過這些部分?jǐn)U散并防止歧管部件氧化。密封劑60最好是易涂布和耐高溫的材料。
盡管歧管48如上所述是由石墨制成，但也可采用其它材料。例如，輸出管、供氣管和/或接頭可由不銹鋼、鉬、或其它耐高溫金屬合金制成，而歧管148的輸出管150還包括一批噴嘴或出口162，如圖6所示，提供了使氫氣經(jīng)過而輸入熔融錫中的通過輸出管150壁部的通道。必要時，歧管148的部件的某些部分上可設(shè)置涂層(圖6中未示明)以保護(hù)歧管148在浸沒于熔融錫22中抗侵蝕?；蛘?，可使冷卻劑以本工藝中的周知方式沿輸出管和/或歧管的部分循環(huán)來冷卻歧管，圖7中以非限定方式示明了通過一冷卻套252的歧管248的輸出管250。冷卻劑如水在輸出管250與套252之間的空隙254中循環(huán)，帶走歧管248的熱量。
在本發(fā)明的一種具體實施形式中，輸出管50、供氣管54與接頭56是由可購自Sigri Great Lakes Carbon Corporation，Morgantown，North Carolina的HLM級擠壓石墨制造。這種石墨的最大粒度為0.03英寸(0.8mm)，密度為107lb/ft3(1.71gm/cm3)，總孔隙率約24％。輸出管50有1英寸(2.54cm)的外徑和0.5英寸(1.27cm)的內(nèi)徑，供氣管54與接頭60有1.25英寸(3.18cm)的外徑和0.5寸的內(nèi)徑。密封劑60是可購自ZYP Coatings，Inc.，Oakridge，Tennessee的Coverguard涂層料，這是一種能經(jīng)受≤1800°F(982°℃)溫度的Sic涂料。在此特定實施形式中，密封劑60厚約5mil，而此涂層最好約4～8mil厚。輸出管50的一部分表面必要時可由密封劑60涂層復(fù)蓋，用以控制氫氣流入熔融錫中時避免對熔融錫有任何干擾。特別需使輸出管50輸出的氫氣集中到避開玻璃帶24以免氫氣陷獲在此帶之下。在圖5所示本發(fā)明的非限制性具體實施形式中，密封劑60涂布到輸出管50上除包括此管外周約1/6一部分62外的整個表面上。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，氫氣將通過這種歧管構(gòu)型與結(jié)構(gòu)擴(kuò)散，并在按約0.5標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr(0.0142標(biāo)準(zhǔn)m3/hr)的供氣率供應(yīng)氫氣時，形成有約0.125英寸(0.32cm)的最大氣泡直徑。在本發(fā)明的其它實施形式中，輸出管50有多達(dá)一半的表面保留未經(jīng)涂層。
試驗時，將具有36英寸(0.91m)長的輸出管50的兩個歧管48插過邊部密封件4，并大致平行于成形室16上游端中玻璃帶24的兩相對邊64而在其外側(cè)定位。這兩個歧管48同時也在輥式拉邊機(jī)28的上游。各輸出管50全浸于熔融液22中緊鄰耐火槽38的壁部66。輸出管50最好但并不要求不要位于帶24之下，以免在帶24之下堆集氫氣泡。純凈的氫氣以約0.5標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr(0.0142標(biāo)準(zhǔn)m3/hr)的流率經(jīng)歧管48輸送。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在這種具體實施形式的歧管48下，較大的輸出速率會在熔融錫中形成擾動。
為了試驗歧管48在減少熔融錫22中氧量的有效性，將一氧探針設(shè)在緊鄰歧管48的上游處以測量熔融錫22中的氧量。經(jīng)24小時后，熔融錫中的氧量從約40ppm減至約2ppm。
生產(chǎn)中，可以預(yù)料到歧管48會較大些并將設(shè)定在據(jù)浮拋成形室16而選擇的位置處。圖2示明的歧管48位于輥式拉邊機(jī)28的上游與下游同時是在大約相同的區(qū)域內(nèi)。如有需要，歧管48可以沿帶24的兩側(cè)延伸到浮拋室16的整個長度。取決于浮拋室16的大小和在此室中玻璃液輸出和成形的速率，為使熔融錫中產(chǎn)生的氧化錫最少，引入熔融錫中的氫氣的流率希望為每噸熔融錫約3～20標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr(0.094～0.624標(biāo)準(zhǔn)m3/hr)，而最好約4～10標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr(0.125～0.312標(biāo)準(zhǔn)m3/hr)。例如在盛有約200噸(181公噸)熔融錫的具體浮拋成形室16中，每日生產(chǎn)約425～475噸(385～431公噸)的玻璃，每小時向此成形室的氣氛中輸入約1000標(biāo)準(zhǔn)ft3(28.3標(biāo)準(zhǔn)m3)的氫，可以指望此氫氣能由等量的直接引入熔融錫中的氫氣置換以控制前述的錫缺陷。
本發(fā)明通過把氫氣直接引入熔融錫中來抑制氧化錫的形成和減少離子錫擴(kuò)散入玻璃表面中，而減少了浮法生產(chǎn)的板玻璃中缺陷的數(shù)量與類型。此外，通過將氫氣直接引入熔融錫中而不是引入浮拋室氣氛中，就不會在氫氣與室頂上凝聚的硫化錫之間發(fā)生反應(yīng)，這又能進(jìn)一步減少板玻璃中的缺陷。
上面所述和以圖所示的本發(fā)明乃是對本發(fā)明的例示最佳實施形式的一種說明。應(yīng)知在不背離后附權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的主旨的前提下，是可以作出種種變更形式的。
權(quán)利要求
1.在由浮法制備板玻璃的方法中，玻璃液輸入到一封閉室內(nèi)熔融錫池上并形成玻璃帶，溶解于此熔融錫中的氧氣與熔融錫形成的氧化錫蒸發(fā)并聚集于此室中而在上述玻璃內(nèi)形成缺陷，改進(jìn)之處包括將氫氣直接引入該熔融錫內(nèi)，以與上述熔融錫中的氧氣和氧化錫反應(yīng)，形成水與元素錫，從而減少此熔融錫中的氧化錫量。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其中，上述引入步驟包括將氫氣按每噸熔融錫以約3～20標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr引入所述熔融錫中的步驟。
3.權(quán)利要求2中所述的方法，其中，上述引入步驟包括將氫氣按每噸熔融錫以約4～10標(biāo)準(zhǔn)ft3/hr引入所述熔融錫中的步驟。
4.權(quán)利要求1中所述的方法，其中，上述引入步驟包括將輸出管定位于所述熔融錫中并通過此輸出管將所述氫氣引入此熔融錫中的步驟。
5.權(quán)利要求4中所述的方法，其中，還包括有冷卻此輸出管的步驟。
6.權(quán)利要求4中所述的方法，其中，所述定位步驟包括將所述輸出管在所述熔融錫中定位于所述玻璃帶邊緣外側(cè)的步驟。
7.權(quán)利要求6中所述的方法，其中，所述定位步驟還包括使所述輸出管定位成沿著所述玻璃帶的上述邊緣至少是所選定的部分上延伸的步驟。
8.權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述引入步驟包括將多孔的耐熱件設(shè)置于此熔融錫中并通過此多孔件將所述氫氣輸入此熔融錫中的步驟。
9.權(quán)利要求8中所述的方法，其中，上述多孔件是一細(xì)長的石墨件，而所述定位步驟包括使此石墨件定位成沿著所述玻璃帶的上述邊緣至少是所選定的部分上延伸的步驟。
10.權(quán)利要求9中所述的方法，其中，還包括給所述石墨件的選定部分上提供無孔隙的耐熱涂層的步驟。
11.權(quán)利要求1中所述的方法，其中，前述引入步驟包括這樣的步驟將細(xì)長的多孔石墨件定位于所述熔融錫中，使其位于所述玻璃帶一邊緣的選定部分外側(cè)延伸并定位，同時經(jīng)此石墨件將所述氫氣輸送給上述熔融錫中。
12.權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述氫氣引入到該熔融錫中的速率應(yīng)使此氫氣能形成直徑大到約0.125英寸的氣泡。
13.用來將氣體輸出到熔融錫中的設(shè)備，其中，它包括細(xì)長的耐熱的輸出件，此輸出件具有沿它自身至少一部分延伸的內(nèi)孔；沿此輸出件的一批出口，用來提供從上述內(nèi)孔通過此輸出件壁部的通道；以及使此輸出件與氣體源連接的裝置。
14.權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其中，還包括涂布于此輸出件選定部分上的耐熱涂層。
15.權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其中，所述輸出件是由多孔材料構(gòu)成。
16.權(quán)利要求15中所述的設(shè)備，其中，所述輸出件是由中等粒度石墨構(gòu)成。
17.權(quán)利要求16中所述的設(shè)備，其中，還包括涂布于此輸出件選定部分上的耐熱涂層。
18.權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其中，還包括有冷卻此輸出件的裝置。
19.權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其中，所述氣體源是加壓的氫氣源。
全文摘要
提供了減少浮法玻璃中錫缺陷的方法。在浮拋過程,玻璃液輸送到封閉的熔融錫池上形成玻璃帶。溶解于熔融錫中的氧氣與錫形成氧化錫,蒸發(fā)并聚集于浮拋室中。本發(fā)明將氫氣直接引入熔融錫內(nèi)而與其中的氧氣和氧化錫反應(yīng)形成水與元素錫,使得熔融錫中的氧化錫量減少。在本發(fā)明的一個具體實施形式中,氫氣是通過浸沒于成形室熔融錫中一細(xì)長的多孔石墨件而引到熔融錫中的,此石墨件沿著玻璃帶邊緣選定部分的外側(cè)延伸并定位。
文檔編號C03B18/18GK1202468SQ9811475
公開日1998年12月23日 申請日期1998年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月13日
發(fā)明者查倫·A·法勒羅尼, 唐納德·L·德薩提斯, 凱文·G·希爾 申請人:Ppg工業(yè)公司