具有控制发泡程度的玻璃态材料的真空澄清方法技术

在通过真空法澄清玻璃或类似物的过程中，泡沫的破灭能用加热真空室内的顶部空间的方法来加速。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

Vacuum clarification method for glassy material having controlled foaming degree

In the process of clearing glass or analogs by vacuum, the bursting of the foam can be accelerated by the top space in the heated vacuum chamber.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采用负压来促进玻璃液或类似物质的澄清。更具体地说，本专利技术涉及该澄清技术中控制泡沫量的实际方案。在玻璃的熔化过程中，由于配合料的分解而产生相当大量的气体。其它气是由配合料本身带入的或由燃烧热源引入到熔化的玻璃液中的。大多数气体在熔融初级阶段逃逸，但是有些成为熔体的入物。有些捕集的气体溶解于玻璃中，而另外一部分则形成所谓气泡或“灰泡”的离散气体包含物，如果这种气泡以过高浓度存在于产品玻璃中，它将是有害的。如果在所谓“精炼”或“澄清”的玻璃生产操作工序中给予足够的时间，这种气体包含物将上升到表面从熔融玻璃中排除。通常在澄清区提供高温通过降低熔体粘度和增大气泡直径来促进气体包含物的上升和排除。在澄清阶段所采用的高温所需的能量和为气体包含物从熔体中排除提供足够的时间所需的大熔化室是玻璃制造过程中的主要花费。因此，人们所希望的是改进澄清方法以降低这些花费。众所周知减压会有助于澄清过程的进行，方法是通过降低所包含的气体物质分压从而增大熔体内气泡的体积以加速它们上升到表面。提供常规澄清室规模的密封容器以使在其中抽真空是不实用的，使真空澄清的使用只限于相当小规模多次操作，如1，564，235;2，781，411;2，877，280;3，338，694和3，442，622号美国专利中所公开的那样。已有人提出连续真空澄清方法，但是由于各种缺点，没有被玻璃的大规模连续生产所接受。在805，139;1，598，308和3，519，422号美国专利中所示的连续真空澄清方案中，一个主要的缺点是由于压力的不同必需具有进出真空区的相当窄的垂直通道。这些通道使这些容器，特别是要求密封墙的容器的结构复杂化，增加了物质通过量与杂质耐火材料的接触面积，以及显著增加了对物料流的粘滞阻力。人们可以注意到即使在适度的真空度下，需要使玻璃的实际高度平衡。改变这一系统生产量也是个问题，特别对粘滞阻力因素。由于改变要生产的产品和影响所要求的生产率的经济因素，易变性在连续工业生产中是重要的。在上述三个专利的每个中，为提高通过真空区通道的流速的驱动力只能通过增加真空区上流的熔体对真空区下流熔体的相对深度来提供。在这些系统中，由于固有的粘带阻力性质，从而增大了这种水平差的值。因为在熔体表面高度发生侧墙的加速侵蚀，所以显著改变熔体的液面高度会加重侵蚀，而这种侵蚀还会降低产品玻璃的质量。在3，429，684号美国专利中示出了一个比较简单的结构，其中配合料通过一真空阀喂入，并在垂直的细长真空室的顶部熔化。在那种方案中改变生产量似乎需要改变真空室中所采用的真空度，这样将不利地改变所获得的澄清程度。在真空室内熔化原料是那种方案的另一缺点，有如下三种原因第一，在真空条件下进行原料的最初分解将会产生大体积的泡沫，这就需要一个足以容纳这种泡沫的大容器。第二，存在原料可能沿一个短循环路线进入输出流的危险，因此来不及充分熔化或澄清。第三，在真空容器中进行初始阶段的熔化和加热熔融体至澄清温度需要向该容器中的熔体提供大量的热量。这样大的热量输入到这种容器中自然会导致熔体的对流，从而加剧炉墙的侵蚀，而这种侵蚀又会导致澄清产物流的污染。4，195，982号美国专利公开了，开始使玻璃在高压下熔化，然后在一个分立的室内于较低压力下使该玻璃澄清。两个室都加热。4，110，098号美国专利公开了，一种人为地使玻璃发泡以有助于澄清的方法。这种发泡是在大气压下通过强热或化学发泡剂来引发的。任何规模的连续或分批的真空澄清中所遇到的一个问题是往往产生大量的泡沫，特别是在较低的压力下。所以必须在液体容器的上部提供一个大空间以容纳这种泡沫。由于这个顶部空间还必须保持气密，所以它的建造可能是一个突出的经济缺点，特别是在大规模生产过程中。因此，这种泡沫就成了可以利用的真空度的一个限制因素。理想的是消除真空澄清过程中的这种限制，并且不会产生大的资本花费。3，350，185号美国专利公开了在大气压下在玻璃熔融过程中破灭泡沫的工艺方法，此法是在工艺过程中突然改变燃烧过程的氧化或还原条件，以使泡沫破灭。本专利技术涉及到玻璃真空澄清，或者如美国专利申请系列号815，494(1986年1月2日申请的)所公开那样的工艺改进。该工艺包括将熔融材料通到一个垂直细长的真空室中。一个有利的方面是通过给予来自真空室的澄清上流所需的全部或大部分热能，因在真空室中进行澄清只需少量的热能或不需热能，供入材料的热含量本身基本上足以维持真空室中所需的温度。然而已经发现，为了加速泡沫破灭，在真空室的顶部空间提供辅助加热是有利的。可以相信，集中在真空室顶部的泡沫层往往引起上部空间与下部熔体热量的隔绝。并且供入物流在上部空间中暂短的停滞时间可能向上部空间提供极少的热量。所以可以相信，上部空间往往是相当冷的，其结果各部分的泡沫往往是冷的，从而使得部分泡沫层的粘度较大，使那部分的破灭延缓。由此推理可知，如在顶部空间加热，由于温度升高，降低泡沫的粘度能加速其破灭。当采用燃烧热源加热顶部空间时，由于各种燃烧气体撞击泡沫的泡膜还能机械地增大泡沫破灭的速率。本专利技术的一部分是一新发现，即在真空澄清室降压时燃烧热源可得到控制，其降压速率要足以完成本专利技术的目的，而不严重地影响真空室内所需负压的维持能力。并且，已经发现，在负压的环境中火焰是容易维持的。在一操作方案中，通过采用一种热源可以达到附加的有利条件，此种热源不产生在澄清过程中要从熔体中排出气体这样的燃烧物。换句话说，这种方法对于维持顶部空间(从熔体中澄清出来的任何物质均来到此空间)尽可能低的分压是有利的。对于玻璃来说，排除氮和二氧化碳通常是澄清过程的主要目的。所以，对于燃烧器火焰采用富氧的燃烧(最好基本上是纯氧)来加热真空室的顶部空间是有利的，以减少或消除向真空室中引入氮。另外，如果用氧代替一部分或全部空气以供燃烧，生成的废气体积要大量地减少，因而减少了真空系统的负荷。为了避免碳的氧化物加入到顶部空间的大气中，燃烧器可用含碳低或不含碳的燃料例如氢与氧的燃烧是特别有利的，因为燃烧产物只有水汽。由于水汽在玻璃中溶解度相当高，在玻璃澄清过程中往往不需要排除水。而且，在真空系统中冷凝水汽的能力实际上消除了由于顶部空间燃烧器给与真空泵的任何附加负荷。另一方法是采用等离子喷灯加热顶部空间。等离子喷灯能用相当小体积的载气产生大量的热输出。并且，载气可以从多种气体中选择，如水蒸汽，氢，氧，或惰性气体如氦等。图1为按本专利技术的最佳实施例熔融操作的三个阶段的垂直剖面图，其中包括液化阶段，溶解阶段，真空澄清阶段。图2为具有气相冷凝装置的真空系统的缩小比例的简图。通过特别适于熔化玻璃和相似的玻璃态材料的方法和设备对本专利技术进行详细叙述，但必须了解，本专利技术也适用于其他各种材料加工。虽然不限于此，本专利技术与前述的美国专利申请系列号815，494(1986年1月2日提出申请的)公开的真空澄清系统联合使用是有利的。在该系统的最佳实施方案中，熔融材料被加到一个负压下的空间以引起泡沫，它最后破灭。大幅度增加泡沫表面积在减压条件下促使气体从材料中排出。当气压恢复时，溶解在熔体中的气体浓度是低于饱和状态，所以不太可能集结成气泡或灰泡。由于本法中有效的发生泡沫加速了泡沫的破灭，有利于增加产量。在最佳的实施方案中，配合料首先在该过程特定采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种澄清玻璃材料或类似物的方法，其中一定体积的熔融态材料保持在封闭式的容器中，在熔融材料之上有一层泡沫，并且容器中采用负压状态以有助于材料的澄清，其特征在于使容器内熔融材料上面的区域加热从而加速泡沫的破灭。

【技术特征摘要】
US 1986-8-12 895647限定的发明范围内。权利要求1.一种澄清玻璃材料或类似物的方法，其中一定体积的熔融态材料保持在封闭式的容器中，在熔融材料之上有一层泡沫，并且容器中采用负压状态以有助于材料的澄清，其特征在于使容器内熔融材料上面的区域加热从而加速泡沫的破灭。2.如专利要求1所述的方法，其中在容器中通过燃烧进行加热。3.如专利要求2所述的方法，其中燃烧包括直对泡沫的火焰。4.如专利要求2所述的方法，其中燃烧是以氧化性气体维持，此种气体的氧含量高于空气的氧含量。5.如专利要求4所述的方法，其中氧化性气体主要是氧。6.如专利要求2所述的方法，其中燃烧的燃料至少部分无碳。7.如专利要求6所述的方法，其中燃料主要是氢。8.如专利要求4所述的方法，其中燃烧的燃料至少部分无碳。9.如专利要求5所述的方法，其中燃烧的燃料主要由氢组成。10.如专利要求1所述的方法，其中用等离子吹管进行加热。11.如专利要求10所述的方法，其中等离子体所用的载气选自水蒸汽、氢、氧、氦以及它们的混合物。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗那德李舒温宁格，约瑟夫米歇尔马特萨，
申请(专利权)人：PPG工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]