專利名稱：用于熔化物均質(zhì)化的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過消除或者最小化局部濃度差，即在熔化物中的不均勻性，使熔化物、絕緣物形式的材料，如玻璃，均質(zhì)化的方法。
本發(fā)明還涉及實(shí)施這種方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)方法-向熔化的玻璃中插入氣體產(chǎn)生元件，當(dāng)氣泡升到表面，于是混合在池中的成分-仍然被用來實(shí)現(xiàn)熔融物的均質(zhì)化，如玻璃。
現(xiàn)代均質(zhì)化的方法是通過旋轉(zhuǎn)攪拌器的機(jī)械攪拌。關(guān)于嚴(yán)格地分層流動(dòng)，這種方法只引起條帶(cord)的延長(zhǎng)。機(jī)械旋轉(zhuǎn)攪拌的主要缺點(diǎn)是，攪拌器的攪拌達(dá)不到底部，即條帶所在的位置。降低攪拌器到條帶的位置，即底部以上一米的位置，是不可能的。
熔化物的不均勻性，主要存在于熔化的玻璃中，主要是由于條帶的原因，即部分薄層形式的熔化物，或者厚度即尺寸為0.001至1mm的條帶，引起可見光的擴(kuò)散。具有條帶的玻璃熔化物有不同的化學(xué)成分，于是有不同的物理特性-折射系數(shù)，條帶在玻璃中可見并且產(chǎn)生視覺干擾，增加了光的擴(kuò)散，于是減少光的透射率，降低玻璃的亮度；
-熱膨脹，這降低產(chǎn)品的強(qiáng)度；-粘度和表面張力，通過這些在制造過程中有相反影響的特性，對(duì)條帶的減少有影響；-條帶通常也有較高的密度，即它們聚集在底部，產(chǎn)生濃的條帶，這在最后成品中是特別危險(xiǎn)的。
微波加熱的說明，在捷克專利289191和289193中提供了這樣一種方法，從碳化物、硼化物、或氮化物中選擇一種惰性添加劑，以每1kg玻璃材料添加5-50g的量添加到玻璃材料的混合物中，通過頻率為2450MHz的微波輻射將其熔化。裝置包括帶有至少一個(gè)發(fā)射器的微波爐。這是一種應(yīng)用微波能加熱的將玻璃材料從冷的狀態(tài)即玻璃池，熔化的現(xiàn)代方法。
一種添加成分-添加劑用來熔化玻璃。
本發(fā)明的目的是已經(jīng)熔化的玻璃的均質(zhì)化，比沒有添加劑時(shí)的熔化區(qū)域具有較高的熔化粘度。

發(fā)明內(nèi)容
通過采用一種新的熔化物均質(zhì)化的方法將能達(dá)到所述的目的，特別是對(duì)于玻璃，在前爐的耐熔通道內(nèi)均質(zhì)化，也可能在端部的耐熔池內(nèi)均質(zhì)化，此處熔化粘度總是高于熔化區(qū)域的粘度，按照本發(fā)明，這么做的基礎(chǔ)在于采用頻率0.1至20GHz的微波輻射，輻射可以從任何方向，即從頂部、底部或者熔化空間的側(cè)面，或者同時(shí)從上述各個(gè)方向，到在靜態(tài)或者流態(tài)其粘度在104到101Pa.s的范圍的絕緣熔化物。
這種熔化物均質(zhì)化的新方法的主要優(yōu)點(diǎn)是使那些在底部的難于均質(zhì)化的熔化物或者有很高的粘度的熔化物均質(zhì)化。
在熔化空間的外面放置微波輻射波導(dǎo)出口，當(dāng)熔化空間的外面冷卻時(shí)，得到良好的熔化物電容率與耐熔磚墻的電容率的高比值。
在熔化物內(nèi)部以及外部的微波輻射會(huì)被在熔化物中的反射金屬元件反射回到在熔化物中入口位置，這增加了熔化物底部分享的吸收能，通常不均質(zhì)化的熔化物位于底部，并且熔化物的頂部不是沒有必要通過多余的能量過熱。
在熔化物內(nèi)部以及外部的微波輻射被屏蔽金屬元件與周圍屏蔽，目的是將微波集中在熔化物上，防止微波輻射逃逸進(jìn)周圍環(huán)境中。
為了執(zhí)行這種均質(zhì)化的新方法，已經(jīng)熔化的材料適應(yīng)于按照本發(fā)明的設(shè)備，設(shè)備的原理在于來自任何方向的至少一個(gè)微波輻射源波導(dǎo)出口，就是說從熔化物的外部表面，即例如空間的底部和/或側(cè)壁和/或熔化物表面的上面，進(jìn)入空間，例如在前爐的難熔通道內(nèi)或者在工作端部的池內(nèi)，到粘度在104到101Pa.s的范圍內(nèi)的熔化物。至少一個(gè)波導(dǎo)能被導(dǎo)向前爐通道底部的外表面，可能是前爐通道金屬外殼的外表面或者前爐通道底部的外表面，或者工作端部的側(cè)前爐壁，或者從頂部，通過在表面之上或者在罩或頂板之上放置波導(dǎo)。
這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是提供的微波能量通過最直接的方式即在環(huán)境中以低電容率和在傳輸過程中的元件沒有降低傳輸?shù)男Ч?，?dǎo)向熔化物。
當(dāng)冷卻元件，例如冷卻空氣，被引進(jìn)到波導(dǎo)出口的位置進(jìn)入有熔化物的空間，耐熔壁的溫度就會(huì)降低，于是它的電容率以及熔化物和壁的電容率的比值增加，這提高了在熔化物中的能量和在壁中損失的能量的比值。
如果波導(dǎo)出口的位置被安裝合適的絕緣層，采用對(duì)冷卻敏感的陶瓷材料也是可能的。
屏蔽反射金屬元件，例如鉬棒，其反射和集中微波能量回到熔化物的底部，于是增加在熔化物底部的能量的濃度，被安置在對(duì)熔化物方便布置的位置。
耐熔前爐的金屬外殼或者工作端部池的金屬外殼起屏蔽的部分作用。


發(fā)明將以在示意性附圖中闡明的實(shí)施例的形式詳細(xì)說明。
圖1，沿前爐通道的垂直截面圖，帶有熔化物和從底部安裝的微波能量源；圖2，沿前爐通道的垂直截面圖，帶有熔化物和從底部和頂部安裝的微波能量源；圖3，沿工作端部的垂直截面圖，帶有熔化物和從底部和池的側(cè)面安裝的微波能量源。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(附圖1)前爐的耐熔通道1在垂直于通道1的縱軸的垂直截面處有一個(gè)矩形截面。絕緣熔化物，例如玻璃熔化物8，沿通道1流動(dòng)。通道1被在鋼外殼3內(nèi)的熱絕緣體2包圍。通道1通過電阻元件4或者沒有畫出的燃燒爐在同一位置在玻璃熔化物8的上方被加熱。通道1在熔化玻璃8表面的上方被頂蓋5覆蓋，頂蓋5被絕緣體6覆蓋。玻璃的表面被浸沒的板19的表面覆蓋。通道1的頂部構(gòu)造被屏蔽金屬板7覆蓋，與通道1內(nèi)的金屬外殼6連接。金屬棒9，例如鉬，浸入在熔化的玻璃8中。微波場(chǎng)從微波輻射源10通過波導(dǎo)11被引進(jìn)到熔化玻璃8中，波導(dǎo)11在通道1的底部并穿過金屬外殼3的開口，以及底部絕緣體2到通道1的底部13的外表面。
熔化玻璃8的粘度在104到101Pa.s的范圍內(nèi)，并接受頻率為0.1至20GHz的微波輻射。熔化物例如為硼硅酸鹽，其在前爐的通道1內(nèi)的粘度達(dá)到104Pa.s，并接受頻率達(dá)到2.45GHz的輻射。
頻率為2.45GHz的微波從波導(dǎo)11進(jìn)入前爐的通道1。波導(dǎo)11以及位于波導(dǎo)11位置的通道1的非絕緣底部被空氣冷卻。于是，維持前爐通道1的耐熔材料的電容率與熔化玻璃8的電容率的足夠低的比值。這就是為什么大多數(shù)能量進(jìn)入熔化玻璃8的原因。能量通過底部13進(jìn)入通道1。重腐蝕性的熔化物12，即危險(xiǎn)條帶的來源，在底部聚集。這在加熱過程中有先后順序，于是導(dǎo)致在條帶和熔化玻璃8底部之間的溫度差，于是降低條帶的濃度，條帶然后被對(duì)流和擴(kuò)散較容易地被攪拌進(jìn)玻璃中。通過在熔化玻璃8中的金屬棒9，其反射微波能量到通道1的底部13也有助于這種過熱。這再次提高了在條帶中吸收的能量和在熔化玻璃8底部吸收的能量的比值，于是應(yīng)用微波源10的高功率輸出就沒有必要了。屏蔽板7的位置改變共振空間的大小和波腹及波節(jié)的位置。類似的電阻熱元件4的位置對(duì)微波反射回熔化玻璃8中有一定的影響，于是也對(duì)在熔化物中溫度場(chǎng)的形狀和必要的能量輸入有影響。如果水平加熱元件4纏繞地足夠近，例如小于應(yīng)用的輻射波的四分之一波長(zhǎng)，反射幾乎是最好的。
浪費(fèi)熱量的數(shù)量能在微波輻射源上測(cè)量，并且通過這種熱量，能調(diào)整頂部反射金屬元件的最佳高度尺寸，這種高度是關(guān)于熔化表面的水平以及波導(dǎo)出口的距離。關(guān)于帶熔化物的空間的外壁以這樣一種方式，在微波輻射源上的浪費(fèi)熱量的數(shù)量會(huì)是最小。
為了提高熔化物的均質(zhì)化，例如熔化玻璃8，模擬前爐通道1的條件做了下面的模型測(cè)量。微波，即頻率為0.1到15GHz的電磁輻射穿過對(duì)電子偏振具有低電容率和對(duì)磁偏振具有低磁導(dǎo)率的物質(zhì)。絕緣熱量發(fā)生在具有高電容率的物質(zhì)中，會(huì)影響在密閉反射空間內(nèi)的熔化物，于是產(chǎn)生多個(gè)電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)波。于是在空間內(nèi)產(chǎn)生波腹環(huán)(antinode loop)和波節(jié)。當(dāng)采用最經(jīng)常用的頻率2.45GHz時(shí)，波長(zhǎng)是12.2厘米。在此過程中，在熔化物中產(chǎn)生非均質(zhì)化的電場(chǎng)，-由于通過來自屏蔽反射金屬外殼的反射得到的標(biāo)準(zhǔn)波-在2到4厘米的距離產(chǎn)生溫度峰值-由于隨著離吸收物質(zhì)(熔化物)的開始點(diǎn)的距離變化，被吸收的輸出能的指數(shù)降低-由于環(huán)境的非均質(zhì)化，即在各個(gè)點(diǎn)的電容率不一致，因?yàn)槁窂礁鼽c(diǎn)的不同溫度以及不一致的化學(xué)成分；-由于反射金屬或者陶瓷導(dǎo)體。這些將能量反射回來，于是在它們于壁之間的空間中的吸收是幾倍高。
這樣，知道熔化物的電容率和它與溫度的關(guān)系是很重要的。因?yàn)樵谌刍锏母邷貢r(shí)測(cè)量電容率是復(fù)雜的，因此在熔化物的被測(cè)量樣本中采用吸收能的測(cè)量方法。這等于被測(cè)量樣本的溫度變化的速度。樣本通常滿足恒定的特定加熱的條件。這就是為什么微波熔爐的鍋中做熔化硼硅酸鹽玻璃的實(shí)驗(yàn)。在重660g的鍋中加熱其中含有4％質(zhì)量比的Na2O的硼硅酸鹽玻璃到12550C并保持溫度穩(wěn)步上升，然后熔爐以0.92k.sec-1恒定輸入，通過排出基體玻璃的生產(chǎn)熔爐得到14.7g的玻璃，代表腐蝕性熔化物12-條帶被留在鍋中的玻璃中。這種腐蝕性熔化物12-條帶的熱擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基體熔化玻璃8。腐蝕性熔化物12的玻璃碎片的最大尺寸是20mm。在調(diào)整溫度后，即10分鐘后，保持1.32k.min-1的恒定功率輸入的溫度上升以及熱損失，在25分鐘內(nèi)始終測(cè)量。然后，在15分鐘內(nèi)，溫度上升到1450℃，即粘度310pa.s，并保持這個(gè)數(shù)值30分鐘。在冷卻鍋后，在玻璃中看不到條帶，甚至在偏振光中也看不到。
實(shí)施例2(圖2)為防止前爐的耐熔通道1不能冷卻，如圖2中所示的波導(dǎo)11的布置是方便的，即一個(gè)波導(dǎo)位于金屬外殼3的底部14，一個(gè)波導(dǎo)11位于熔化玻璃8的表面之上。下部的波導(dǎo)11穿過金屬外殼3的底部14，可能位于固定件15之下。上部的波導(dǎo)11穿過屏蔽板7、頂部絕緣體6、和頂蓋5。如果前爐的耐熔通道1由電容率非常低的材料制成，如含Al2O3和SiO2，這種設(shè)計(jì)是合適的。從頂部引入微波能，正如圖2所示，當(dāng)主要采用氣爐23加熱時(shí)，是方便的。
實(shí)施例3(圖3)熔化玻璃8經(jīng)過狹口21從熔爐的熔化區(qū)進(jìn)入熔爐的工作端，然后經(jīng)出口22排出，用于進(jìn)一步加工，如進(jìn)入前爐的耐熔通道1。
波導(dǎo)11位于含有熔化玻璃8的工作端的池16的耐熔壁的外表面。與前面的前爐通道1相比，池16更深更寬。池16在垂直于它的縱軸的交叉截面處有一個(gè)矩形截面。大量腐蝕性熔化物12在工作端部的池16的底部17聚集。其不得不與池16中的基體熔化玻璃8均質(zhì)化。波導(dǎo)11布置在工作端部池16的底部17，并也在池16的側(cè)壁18上布置。微波場(chǎng)作用在池16內(nèi)的腐蝕性熔化物12和絕緣體20上的優(yōu)點(diǎn)是較高的溫度以及得到的玻璃其電容率較高。如果熔爐工作端的池16的尺寸更大，采用更強(qiáng)的微波場(chǎng)以及更多數(shù)量的波導(dǎo)11是方便的。金屬外殼3在這種情況下被用作共振空間的邊界。
這種解決方案意圖主要是針對(duì)工作端的池16的寬度更大時(shí)，或者如果熔化物的電容率低時(shí)，那么采用頻率低于2.45GHz的微波是合適的，如頻率為0.915GHz或者0.895GHz。
如圖3的設(shè)計(jì)對(duì)于熔化玻璃8的粘度在10到100Pa.S的范圍內(nèi)是合適的，其是特別低的粘度和更高的溫度，并且操作不但可連續(xù)也可不連續(xù)。
這種設(shè)計(jì)也能以這樣的方式實(shí)施，采用其高度大于寬度的帶矩形截面的沒有畫出的垂直延伸通道，而不是采用池16。在這種情況下，微波場(chǎng)阻止在諸如熔化玻璃的熔化物上升過程中腐蝕性熔化物12的條帶與通道底部分離。
當(dāng)然，本發(fā)明的許多其修改和不同變化也是可能的，并且顯然的是，發(fā)明在除這些實(shí)施例描述的方式之外的其它方式中也能應(yīng)用。
工業(yè)應(yīng)用性解決方案意圖在于在玻璃進(jìn)料器和熔爐工作端部對(duì)已經(jīng)熔化的材料，主要是熔化玻璃8的化學(xué)均質(zhì)化，及熱均質(zhì)化。這些熔化物也可以是熱塑性的無機(jī)材料的熔化物。
附圖標(biāo)記說明1耐熔通道2絕緣體3金屬外殼4電阻熱元件5頂蓋6頂部絕緣體7屏蔽金屬板8熔化玻璃9金屬棒10 微波輻射源11 波導(dǎo)12 腐蝕性熔化物13 通道1的底部
14金屬外殼3的底部15緊固件16工作端部的池17池16的底部18池16的側(cè)壁19面板20池16的絕緣體21熔爐的狹口22工作端部的出口
權(quán)利要求
1.一種在前爐的耐熔通道(1)內(nèi)，也可能在熔爐的工作端部的池(16)內(nèi)均質(zhì)化熔化物、絕緣物，主要是玻璃的方法，其特征在于，受頻率為0.1到20GHz的微波輻射的影響，微波從任何方向的至少一個(gè)波導(dǎo)(11)引入到處于靜態(tài)或流態(tài)的粘度為104到101Pa.s的范圍的熔化物。
2.如權(quán)利要求1所述的均質(zhì)化的方法，其特征在于，冷卻熔化物的外部，在此處波導(dǎo)(11)具有一個(gè)微波輻射的出口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的均質(zhì)化的方法，其特征在于，通過在熔化物中的反射金屬元件將微波輻射反射回到熔化物中入口的位置。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的均質(zhì)化的方法，其特征在于，通過屏蔽金屬元件將微波輻射與周圍屏蔽。
5.一種如權(quán)利要求1至4至任何一項(xiàng)所述的實(shí)施均質(zhì)化方法的設(shè)備，此方法是在前爐的耐熔通道(1)或者熔爐的工作端部的池(16)內(nèi)均質(zhì)化已經(jīng)熔化的材料，意圖在于進(jìn)一步加工，其特征在于，在任何一個(gè)方向的至少一個(gè)微波輻射源(10)的波導(dǎo)(11)的出口，到熔化物的外表面，并進(jìn)入帶有粘度在104到101Pa.s的范圍內(nèi)的熔化物的空間。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，導(dǎo)引至少一個(gè)波導(dǎo)(11)到前爐的通道(1)的底部(13)的外表面，或者到前爐的通道(1)的金屬外殼(3)的底部(14)的外表面。
7.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于，引入至少一個(gè)波導(dǎo)(11)到熔爐工作端部的池(16)的底部(17)的外表面，和/或到熔爐的工作端部的池(16)的側(cè)壁。
8.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于，在熔化玻璃(8)的表面之上或者在通道(1)的頂蓋(5)之上引入至少一個(gè)波導(dǎo)(11)。
9.如權(quán)利要求5，6，7，8中至少一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，波導(dǎo)(11)出口的設(shè)備帶有絕緣層(2)。
10.如權(quán)利要求5，6，7，8，9中至少一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，將反射金屬元件浸沒在帶熔化物的空間中。
11.如權(quán)利要求5，6，7，8，9，10至少一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，帶有熔化物的空間中的正方形、矩形、圓形或者橢圓形橫截面與空間的縱軸垂直。
全文摘要
頻率為0.1到20GHz的微波輻射從任何一個(gè)方向被施加到粘度在104到101Pa.s的范圍內(nèi)的熔化物上。被加熱空間的外表面能夠冷卻，在外表面處放置微波輻射的波導(dǎo)(11)的出口。在熔化物中的微波輻射通過反射金屬元件被反射回到熔化物中輻射入口的位置，并且通過屏蔽金屬元件將其與周圍屏蔽。將有一個(gè)來自微波反射源的至少一個(gè)波導(dǎo)(11)的出口，在任何方向到達(dá)熔化物的外表面，進(jìn)入帶有一定粘度的熔化物的空間。至少一個(gè)波導(dǎo)(11)被導(dǎo)引到前爐的通道(1)的底部(13)的外表面，和/或到前爐的通道(1)的金屬外殼(3)的底部(14)的外表面，和/或到熔爐工作端部的池(16)的底部(17)的外表面，和/或到熔爐的工作端部的池(16)的側(cè)壁，也可能在熔化玻璃(8)的表面之上或者在通道(1)的頂蓋(5)之上。波導(dǎo)(11)的入口可以安裝有絕緣層(2)。反射金屬元件可以浸沒在熔化物中。帶有熔化物的空間具有與空間的縱軸垂直的正方形、矩形、圓形或者橢圓形橫截面。
文檔編號(hào)F27D25/00GK1585728SQ02822688
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者約瑟夫·斯姆爾切克, 米蘭·哈耶克, 彼得·威爾克 申請(qǐng)人:Bh－F(工程)有限公司