控制玻璃熔化爐氣體循環的製作方法

2023-06-05 01:34:06

控制玻璃熔化爐氣體循環的製作方法
【專利摘要】在精煉區的區域中，將一個或相對的氣態流噴射入玻璃熔化爐中的熔化的玻璃製作材料之上的氣氛中，改善了玻璃熔化的質量並且減少了冠部侵蝕的風險。
【專利說明】控制玻璃熔化爐氣體循環

【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻璃熔化（glassmelting)爐的操作，在玻璃熔化爐中，玻璃製作成分 熔化來生產熔化的玻璃製作材料的熔池（bath)，固態玻璃可從熔化的玻璃製作材料生產。

【背景技術】
[0002] 在玻璃的製造中，玻璃製作材料通過從以氧來燃燒燃料的燃燒器（burner)所提 供的熱來在玻璃熔化爐中熔化。燃料可用作為氧源的空氣來燃燒，或用含有比空氣的氧含 量更高的氧含量的流來燃燒。爐必須由可經受在爐之內普遍的非常高的溫度的材料來制 造。常採用的構築材料是廣為人知的，典型地包括AZS和二氧化矽耐火材料（refractory) 和相關材料。
[0003] 然而，在玻璃熔化爐之內的狀態已知會引起爐的內表面的侵蝕，尤其是在玻璃制 作材料之上的頂部（"冠部（crown)"）的侵蝕。最廣泛地用於冠部的材料是用於鹼-石 灰-矽酸鹽玻璃熔化爐的二氧化矽磚。從玻璃熔化爐中的玻璃批量（batch)材料和熔化的 玻璃所產生的鹼蒸氣（主要是NaOH和Κ0Η)與二氧化矽耐火材料磚起反應，並且隨著時間 的過去而在冠部的內表面上形成玻璃質矽酸鹽材料。當足夠濃度的鹼金屬氧化物（主要是 Na20和K20)累積在玻璃質矽酸鹽層中時，玻璃質材料可變為足夠流動的來直接地滴入爐中 的熔化的玻璃中，或沿著二氧化矽耐火材料表面並在爐中的其它耐火材料表面之上蔓延， 並且溶解或移出落入熔化玻璃中的一些耐火材料顆粒。該侵蝕是非期望的，因為其導致冠 部中的材料損失，這最終導致冠部的昂貴的修理或替換，並且由於侵蝕產物已知為會落入 爐中的熔化的玻璃材料的池中並引起玻璃產品中的缺陷。
[0004] 本發明提供了用於控制爐氣氛（atmosphere)以減小耐火材料的侵蝕並改善玻璃 的質量的方法，特別地，以提高玻璃的氧化狀態，即，降低氧化還原比（radox ratio)，其為 二價鐵與三價鐵的摩爾比，以生產用於諸如透明平板（flat)玻璃和玻璃餐具的以高透光 性為特徵的玻璃。優選地，氧化還原比降低了 〇. 〇1到〇. 20。


【發明內容】

[0005] 本發明的一個方面為操作玻璃熔化爐的方法，該爐包括由相對的側壁、後壁、頂部 和前壁限定的玻璃熔化室，該方法包含： (A) 在所述玻璃熔化室的熔化區中使玻璃製作材料熔化，以建立熔化的玻璃製作材 料的熔池，通過燃燒來自在所述玻璃熔化爐的所述側壁中的兩對或多對相對的蓄熱器 (regenerator)埠（port)的燃料和預熱的氧化劑來提供至所述烙池之上的烙化區的熱， 其中，所述燃燒在所述熔化區中的所述熔池之上形成了包含燃燒產物的氣氛， (B) 使熔化的玻璃製作材料從熔化區進入並通過玻璃熔化室的精煉（refining)區，並 且隨後通過所述前壁中的埠脫離所述玻璃熔化室，而沒有在所述熔化的玻璃製作材料之 上在所述精煉區中燃燒燃料和氧化劑，以及 (C) 從在所述精煉區的至少一個側壁中的至少一個位置在朝向所述精煉區的另一側壁 的方向上，或從在所述前壁中的至少一個位置在朝向所述後壁的方向上，用足夠的動量將 至少一個氣態流噴射入熔化的玻璃製作材料上方的精煉區中，以使從所述熔化區進入所述 精煉區中的所述燃燒產物的流減少。
[0006] 本發明的另一方面為一種操作玻璃熔化爐的方法，該爐包括由相對的側壁、後壁、 頂部和前壁限定的玻璃熔化室，該方法包含： (A) 在所述玻璃熔化室的熔化區中使玻璃製作材料熔化，以建立熔化的玻璃製作材料 的熔池，通過燃燒來自在所述玻璃熔化爐的所述側壁中的兩對或多對相對的蓄熱器埠的 燃料和預熱的氧化劑來提供至所述熔池之上的熔化區的熱，其中，所述燃燒在所述熔化區 中的所述熔池之上形成了包含燃燒產物的氣氛， (B) 使熔化的玻璃製作材料從熔化區進入並通過玻璃熔化室的精煉區，並且隨後通過 在所述前壁中的埠脫離所述玻璃熔化室，而沒有在所述熔化的玻璃製作材料之上在所述 精煉區中燃燒燃料和氧化劑， (C) 將包含了 21%到100%的體積分數的氧的至少一個氣態流或霧化流體流噴射入熔化 的玻璃製作材料上方的精煉區中，以使在所述精煉區中在所述熔池表面附近的氣氛中的平 均氧濃度（concentration)增大1%到60%的體積分數，以及 (D) 調整所述蓄熱器埠中的每一個的燃料和燃燒空氣流動速率，以使離開所述蓄熱 器埠中的每一個的煙道（flue)氣體中的氧濃度在1%到6%的體積分數之間。
[0007] 當在本文中使用時，"玻璃製作材料"包含以下材料中的任一種及它們的混合物： 砂（主要為Si02)、鹼灰（主要為Na2C03)、石灰石（主要為CaC0 3和MgC03)、長石、硼砂（水 合硼酸鈉）、其它氧化物、氫氧化物和/或鈉與鉀的矽酸鹽，以及通過先前使前述任意材料 熔化和凝固來生產的玻璃（諸如再循環的固態玻璃塊）。玻璃製作材料還可包括功能添加 齊?，諸如批量氧化劑，諸如鹽餅（硫酸鈉，Na 2S04)和/或硝石（硝酸鈉，NaN03和/或硝酸 鉀，ΚΝ0 3)以及澄清劑，諸如氧化銻（Sb203)。
[0008] 當在本文中使用時，"鹼類"意思是含有鈉、鉀和/或鋰原子的化合物，包括但不限 於：氫氧化鈉、氫氧化鉀、由氫氧化鈉或氫氧化鉀在高於1200°C的溫度下分解形成的產品、 以及它們的混合物。
[0009] 當在本文中使用時，"氧-燃料燃燒器"意思是燃料和氧化劑所給送通過的燃燒 器，氧化劑具有比空氣的氧含量更大的氧含量，並且優選地具有至少50%的體積分數的氧 含量，並且更優選地，多於90%的體積分數的氧含量。
[0010] 當在本文中使用時，"氧-燃料燃燒"意思是燃料與氧化劑燃燒，氧化劑具有比空氣 的氧含量更大的氧含量，並且優選地具有至少50%的體積分數的氧含量，並且更優選地，多 於90%的體積分數的氧含量。
[0011] 當在本文中使用時，"所述熔池表面附近的氣氛"意思是從熔池表面延伸至熔池表 面上方一英尺的氣態層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為玻璃熔化爐的頂部平面視圖，在該玻璃熔化爐中可實施本發明。
[0013] 圖2為在沒有本發明而操作時在圖1的爐中的氣體流的圖解示圖。
[0014] 圖3為在以本發明的一個實施例來操作時在圖1的爐中的氣體流的圖解示圖。
[0015] 圖4為以由圖2所代表的方式不使用本發明來操作時在圖1的爐中在玻璃熔化表 面附近的爐氣氛的氧濃度輪廓（以溼體積分數（in vol. % wet))的圖解示圖。
[0016] 圖5為在以由圖3所代表的本發明的實施例來操作時在圖1的爐中在玻璃熔化表 面附近的爐氣氛的氧濃度輪廓（以溼體積分數）的圖解示圖。
[0017] 圖6為玻璃熔化爐的頂部平面視圖，描繪了根據本發明的另一個實施例的將空氣 噴射入圖1的爐中的備選布置。

【具體實施方式】
[0018] 首先轉向玻璃製造爐自身，圖1示出了帶有蓄熱器的典型的交叉發射（fired)的浮 法（float)玻璃爐100的頂部平面視圖，本發明可與其一起實施。本發明不限於浮法玻璃 爐，並且可在其它類型的玻璃熔化爐製造中實施，例如，餐具玻璃、平板玻璃、顯示器玻璃和 容器玻璃。爐100包括熔化區11和精煉區12。熔化區11和精煉區12包圍在後壁21、前 壁23和側壁22內。冠部或頂部（未描繪）連接到側壁22、後壁21和前壁23上。爐100 還具有底部，其與後壁21、側壁22和前壁23以及冠部或頂部一起形成了保持熔化的玻璃制 作材料的封殼（enclosure)。
[0019] 調節區13由側壁24、前壁25、端壁26和連接到側壁24、前壁25和端壁26上的冠 部或頂部（未描繪）、以及底部和冠部或頂部來包圍。調節區13 (在存在時）相對於精煉區 12定位，以接納來自精煉區12的流動的熔化的玻璃製作材料，用於以本領域中已經熟知的 方式來進一步調節（condition)烙化的材料。腰部區14為連接精煉區12和調節區13的 窄通路。
[0020] 底部的具體形狀並非重要的，儘管在一般的實施中，優選的是底部的至少一部分 為平面的，並且在熔化的玻璃的流通過爐的方向上為水平的或傾斜的。代替地，底部的全部 或一部分可為彎曲的。如由其壁所限定的爐的具體形狀也並非重要的，只要壁高到足以保 持期望量的熔化的玻璃，並且（在冠部之下）提供熔化的玻璃上方的空間，燃燒可在該空間 中發生，這使玻璃製作材料熔化並且將它們保持為熔化的。
[0021] 爐100還具有至少一個材料填充入口（未示出），典型地沿著後壁21的內表面，或 對於其它類型的玻璃爐在後壁21附近的側壁22中，玻璃製作材料可通過材料填充入口給 送入熔化區11中。還可存在一個或多個煙道，燃料和氧的燃燒產物（在熔化區11內）可 通過煙道流出爐的內部。煙道或多個煙道典型地位於後壁21中，或在一個或多個側壁中。
[0022] 爐的底部、側部和冠部應當由耐火材料製成，耐火材料可在其將暴露於的溫度 (即，典型地1300°C到1700°C )下保持其固體結構的完整性。此類材料在高溫裝置的結構 的領域中是廣為人知的。示例包括二氧化矽、熔融的氧化鋁和AZS。
[0023] 冠部的內表面（即，與爐氣氛接觸的表面）可由冠部的結構的原始材料組成，並 且在一些位置中代替地可包含熔渣層，熔渣層已在冠部的未侵蝕的表面上形成。此類熔渣 層典型地由於來自玻璃製作材料和熔化的玻璃的揮發性蒸氣和灰塵的反應而形成，並且常 可在已在使用中的爐中發現。典型地，熔渣層含有二氧化矽、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化 物和它們的混合物，例如含有氧化鈣，和/或氧化鈣與二氧化矽和/或鹼金屬氧化物的混合 物。因此，本發明可在以下爐中施行：在該爐中，冠部的內表面包含由表面與鹼金屬氫氧化 物的反應形成的侵蝕產物，並且本發明可在以下爐中施行：在該爐中，冠部的內表面不包含 由表面與鹼金屬氫氧化物的反應形成的侵蝕產物。
[0024] 熔化區11包括在側壁22中的兩對或多對相對的蓄熱器埠。"相對的"的意思是 在一對給定的蓄熱器埠中，存在面對彼此的在各個側壁22中的一個埠，並且都面對熔 化區11的內部。相對的埠優選地為基本上同軸的，即它們直接地彼此交叉面對；可使用 偏移的埠，但並非優選的，其中各個埠的軸線不與其它埠的軸線同軸。當在這些埠 打開進入熔化區11中的位置處或附近注入的天然氣或燃料油與來自蓄熱器41和42的熱 的燃燒空氣混合時，燃燒在熔化區11中發生，以形成火焰並且在熔化區中產生熱，來使玻 璃製作材料熔化並且使玻璃製作材料維持在熔化狀態下。如以下進一步描述，蓄熱器埠 與蓄熱器41和42連通。圖1示出了六對埠，且各對埠面對彼此，在熔化區的一側上的 埠編號為1L到6L，並且在熔化區的另一側上的埠編號為1R到6R。取決於期望的爐的 玻璃熔化能力，可採用任何數目的埠，從2個到10個，或甚至高達20個或更多。一個或 多個燃料噴射器（未示出）置於各個埠的出口處或附近，以噴射燃料來形成火焰（未示 出），並且在熔化區11中產生熱。熔化區11限定為後壁21與最接近前壁23的最後一對蓄 熱器埠之間的區域，或如果燃料噴射器定位為比埠自身更接近前壁23,則為後壁21與 用於最接近前壁23的最後一對蓄熱器埠的燃料噴射器之間的區域。
[0025] 可選地，未連接到蓄熱器41和42上的一個或多個煙道氣體埠（未描繪）可置 於熔化區11中的或精煉區12中的一個或多個壁中，以排出一部分煙道氣體來用於附加的 熱回收和其它目的。
[0026] 後壁21與埠 1L和1R之間的箭頭30和31代表了常使用來提高玻璃熔化爐中 的生產和/或玻璃質量的可選的氧-燃料燃燒器。
[0027] 精煉區12的特徵在於，其不具有用於在熔化的玻璃製作材料之上燃燒附加的燃 料和氧化劑的裝置。替代地，精煉區12中的熔化的玻璃製作材料經歷了爐內的複雜的再循 環流動型式，並且具有在從熔化區11穿過精煉區12朝向並穿過前壁23中的埠 28 (優選 地，進入調節區13中）的方向上逐漸的淨流動。當熔化的玻璃在熔化區11和精煉區12中 時，溶解的氣體能夠上升至熔池表面並離開熔池，並且更少的揮發性的材料可變為更均勻 地分布在熔池之內。
[0028] 在操作中，玻璃製作材料給送入熔化區11中。熔化區11中的燃燒提供了熱，熱使 熔化區中的玻璃製作材料熔化，並且使熔化的玻璃製作材料所得的熔池維持在熔化的狀態 下。該燃燒通過使燃料（優選地，天然氣或油）與氧一起燃燒來施行，氧典型地提供為空氣， 或可選地，提供為富氧空氣或包含50%到99%的體積分數的氧的流。給送並燃燒的燃料和 氧的量必須足以提供足夠的熱來使給送至熔化區11的玻璃製作材料熔化。
[0029] 當使用蓄熱器來在熔化區11中施行燃燒時，燃料（未在圖1中示出）典型地從下 方噴射，或在離開爐的埠處或附近朝向相對的埠從各個埠的側部噴射。燃燒空氣在 熔化區11的相同側中的蓄熱器（例如蓄熱器41)中預熱，並且流入熔化區11中，與噴射的 燃料混合，並且形成火焰，同時，非常熱的燃燒的氣態產物從熔化區11通過在熔化區11的 另一側壁22中的埠並通過另一個蓄熱器（在該圖示中，蓄熱器42)來取回。由流43代表 的氣態氧化劑（即，空氣、富氧空氣或較高純度的氧）穿過蓄熱器，並且由之前從熱的氣態 的燃燒產物吸收的熱的傳遞來加熱，氣態的燃燒產物在氧化劑與燃料在熔化區11中燃燒 之前通過之前循環中的蓄熱器取回。儘管燃燒在熔化區11中發生，以在埠處給送或通過 埠給送的燃料和氧化劑來發生，埠與蓄熱器41連通，通過與蓄熱器42連通的埠取回 的熱的氣態產物加熱了另一蓄熱器42。蓄熱器典型地由可在高溫出現的情況下吸收熱的耐 火材料磚或其它材料製成（可選地，蓄熱器還可含有附加的物體，例如耐火材料的球或塊， 以從熱的燃燒氣體吸收熱。
[0030] 在每隔典型地為10到30分鐘的一段時間之後，操作反轉，以便來自另一蓄熱器 (即，蓄熱器42)的用於燃燒的氣態氧化劑（例如，空氣）流入熔化區11中，並且燃燒以從 與蓄熱器42相同的側噴射的燃料來發生，並且所得的熱的氣態燃燒產物通過連接到蓄熱 器41上的埠取回。在這點處參與熔化區11中的燃燒的氧化劑穿過蓄熱器42,並且由來 自在之前的循環中儲存熱的蓄熱器42的熱傳遞來加熱。在另一段時間之後，燃燒空氣流和 燃料噴射的方向再次反轉。由數字41和42代表的蓄熱器可為熔化區41的各側上的一個公 共室，或可為若干分離且不同的室，它們各自與連接到爐的熔化區11上的一個埠連通。
[0031] 在一些類型的玻璃熔化爐中，氣體（典型地，空氣）的流50在朝向熔化區11的方 向上通過在前壁23中的埠 28流入精煉區12中。該流50典型地為使在調節區13中的 熔化玻璃的熔池冷卻的一部分空氣。在不採用本發明的常規實施中，流50通過精煉區12 流入熔化區11中。儘管是優選的，但調節區13在本發明中並非為必需的。當採用調節區 13時，冷卻氣體的流52給送或噴射入調節區13中，例如，通過如由四個箭頭所示的壁24中 的四個開口，並且隨後冷卻氣體52的一部分作為氣體流50通過腰部區13中的埠 28通 過調節區13流入精煉區12中。冷卻氣體52的其餘部分通過位於調節區13中或腰部區14 中的排氣埠（未不出）來排出。
[0032] 在其它類型的玻璃熔化爐中，沒有氣體通過埠 28流入精煉區12中，因為埠 28 浸沒在熔化的玻璃之下，以便僅熔化玻璃流動通過埠 28。在這些類型的爐中，一些空氣可 通過其它開口進入精煉區。
[0033] 精煉區12中的箭頭32和33指出了位置，根據本發明的至少一個氣態流在這些位 置處噴射。這些位置在精煉區12中。優選位置為在一個或兩個側壁中，在前壁23與最接近 前壁23的蓄熱器埠之間（或在前壁23與最接近前壁23的燃料噴射埠之間，如果此類 燃料噴射埠比所關聯的蓄熱器埠更接近前壁23)。更優選的位置為在蓄熱器埠或燃 料噴射埠附近。儘管來自相對的一對噴射器32和33的兩個噴射器的連續的氣體噴射構 成了本發明的優選實施例，本發明還可用一次僅來自一個噴射器的循環噴射來實施，優選 地，在側壁上的噴射器，該側壁與其中定位了蓄熱器的側壁相對，該蓄熱器在任何給定的時 間處發射。即，當蓄熱器42在發射周期中時，氣體將從噴射器32噴射，循環地跟隨有當在 蓄熱器41在發射循環中時從噴射器33的噴射。各個噴射器32或33均可為氧-燃料燃燒 器，燃料（諸如天然氣）和氧給送至該燃燒器，燃料和氧在精煉區12中燃燒以在爐內形成 火焰。各個噴射器均可包含單個噴射器，或可包括置於側壁22上的多個噴射噴嘴或埠， 不同的氣體或霧化油可從噴射噴嘴或埠噴射。優選的噴射器具有一個垂直地安裝在另一 個之上的兩個噴射埠（如在美國專利號5, 924, 848中描繪並描述的）。備選地，各個噴射 器32和33均可單獨噴射（未燃燒的）氧、單獨噴射空氣、噴射富氧空氣或任何適合成分的 氣體混合物。當氣體從多於一個噴射器（諸如噴射器32和33)噴射時，從任何噴射器噴射 的氣體可具有與從任何其它噴射器噴射的氣體不同或相同的成分。可選地，淨化氣體55直 到58的一個或多個流通過置於前壁23和/或側壁22中的開口流入精煉區12中。在生產 熔化玻璃時，優選地為氧、富氧空氣或空氣的該淨化氣體流提高了精煉區12中的氣氛的氧 濃度。
[0034] 在諸如圖1中描繪的交叉發射的回熱氣體熔化爐中，熔化區11中的爐氣體循環 模式主要由噴射入熔化區11中的燃燒氧化劑（空氣）和燃料的動量來驅動。當本發明未 實行時，氧化劑和燃料在熔化區中燃燒（以及流入精煉區12中的氣態流50或其它氣體流 (如果存在）的影響）具有建立最後一對蓄熱器埠（即，圖1中的埠 6L和6R)與前壁 23之間的大的再循環氣體模式的效應，在熔化區的區域中循環，並且脫離熔化區11進入精 煉區12,並且返回到熔化區11中。當蓄熱器41在發射周期中時，精煉區12中的再循環流 的方向（示出為圖2中的圓61)為在逆時針方向上，並且模式反轉且再循環流的方向在替 代地其它蓄熱器在發射周期中時變為順時針。當沒有其它氣體在精煉區12中噴射時，在該 再循環氣體流動模式中的氣體的成分變為非常接近於典型地按體積含有1%_3%的〇 2的氣 態燃燒產物（即，如以上所描述的通過蓄熱器埠取回）的成分。當冷卻氣體50流入如本 文中所描述的精煉區中時，精煉區12中的氣氛的成分由流入精煉區12中的冷卻空氣和循 環進入精煉區中的爐氣體的混合模式來確定。
[0035] 圖3描繪了在本發明用置於側壁22上的一對相對的氧-油燃燒器來實施時的氣 體流模式。霧化的燃料油和氧同時作為兩股相對的射流來噴射。如圖2中描繪為61那樣， 代替循環穿過精煉區12的氣體的流，存在循環進入精煉區12中的非常少的來自熔化區11 的氣體的流。從熔化區進入精煉區中的氣體的流可減少至少10%，優選地，至少20%或25%， 並且更優選地，至少40%或50%。減小的量可通過將在本發明的實行之前和之後在精煉區中 的氣氛的氧含量相比較來確定。本發明的實行將精煉區氣氛的氧含量比例地增大至使熔化 區氣氛已不能夠流入精煉區中並引起精煉區氣氛的稀釋（關於氧含量）的程度。
[0036] 對在沒有本發明的情況下操作時圖1中描繪的類型的典型的600公噸每天 (metric tpd)的浮法玻璃爐（在主爐中12. 2m寬X38. 2m長）的計算流體動力分析的應 用預測了如圖4中所示的玻璃熔化表面附近的爐氣氛的氧濃度輪廓（以溼體積分數）。當 1719Nm3/hr的流50 (空氣）在壁23中的埠 28處流入具有大約21%的02的精煉區12中 時，精煉區12中的局部02濃度在由側壁22和前壁23形成的角落中減小至低到4%。在該 示例中，可選的淨化氣體流55-58並未噴射。精煉區12中的低的局部0 2濃度由與含有大 約2%的02的循環爐氣體混合來引起。除了壁23中的埠 28附近的小區域外，在精煉區 12的大部分中的氧濃度小於10%。精煉區中的平均氧濃度估計為大約5%。精煉區12中的 爐氣體循環模式主要由從埠 5和埠 6噴射入熔化區11中的燃燒氧化劑（空氣）和燃 料的動量來驅動。在埠 6中發射的燃燒氧化劑和燃料的總動量為5. 58kg m/s2。
[0037] 圖5為在以圖3中示出的本發明的實施例來操作時在圖1的爐中的玻璃熔化表面 附近的爐氣氛的氧濃度輪廓的圖解示圖（以溼體積分數）。美國專利號5, 601，425中描述 的類型的一對相對的氧-燃料燃燒器放置為從埠 6的軸線（這所意味著的是埠 6L和 6R的軸線）到精煉區中的噴射器的軸線在2. 475m處的側壁22中的噴射器32和33。埠 6的發射速率減小，這將埠 6的總動量減小到3. 4kg m/s2。從噴射器32和33中的每一個 發射的燃燒氧化劑和燃料油和霧化空氣的總動量為8.3kg m/s2。燃料油與氧化劑加上霧化 空氣的燃燒化學計量比設置成在溼的基礎上以按體積為2%過量的0 2來產生燃燒產物。在 該示例中，（埠 6 +噴射器32V(噴射器33)的動量比為1. 4。
[0038] 玻璃爐的計算流體動力模型發現，最低局部02濃度在由精煉區的側壁22和前壁 23形成的角落附近為大約10%的體積分數。除壁23中的埠 28附近的小區域之外，大部 分精煉區中的氧濃度為在10%到16%的體積分數之間。精煉區中的平均氧濃度估計為大約 14%，與在沒有本發明來操作時對圖1中所描繪的情況所估計的大約5%的平均濃度相比是 驚人的大的提高。由於氧-燃料燃燒器的燃燒化學計量比設置成在溼的基礎上在燃燒產物 中產生2%的過量的0 2，來自氧-燃料燃燒器的燃燒產物的簡單混合將已使精煉區中的平均 氧濃度降低。不由任何具體理論限制，這些觀察結果（observation)與來自噴射器32和33 的兩個相對的射流或火焰的射流動量相對於來自埠 6L和6R的火焰的射流動量為足夠大 的提議相一致，並且因此降低了從熔化區11進入精煉區12中的氣態燃燒產物的普通循環 模式，並且提高了精煉區中的氣氛的平均氧濃度。
[0039] 選擇來自噴射器32和33的各個氣體流的位置和動量，使得從熔化區11進入精煉 區12中的氣態燃燒產物的循環減少並且優選地最小化。優選地，埠 6的總動量和噴射器 32的總動量的和與噴射器33的總動量之比為在0. 25到3. 0之間，更優選地，0. 5到2. 0之 間。
[0040] 由於所述氣態燃燒產物含有相當高濃度的鹼蒸氣（主要為NaOH和Κ0Η)，故只要精 煉區的狀態設置成使鹼蒸氣的揮發最小化，則這些產物從熔化區11進入精煉區12中的循 環的減少使精煉區12中的鹼蒸氣的濃度降低。以此方式，本發明有助於減少由冠部的結構 的基於二氧化矽的材料的鹼侵蝕引起的玻璃缺陷。還通過精煉區中的更高平均氧濃度改善 了玻璃的氧化狀態，並且減少了由精煉區中的低的〇 2濃度引起的玻璃顏色缺陷。由於用本 發明使玻璃變為更氧化的並且氧化還原作用比降低，故本發明對於高氧化玻璃的生產是有 利的，例如，如對於太陽能電池板應用和玻璃餐具有用的平板玻璃。
[0041] 本發明使從熔化區11進入精煉區12中的爐氣體的混合減輕或最小化，並且增大 了氣體流50 (例如，空氣）（在存在時，S卩，來自調節區13)和進入精煉區12中的可選的淨 化氣體流55至58的淨化效應。
[0042] 代替使用兩個連續地流動的噴射器32和33,例如一對相對的氧-燃料燃燒器，來 自噴射器32和33的流可為交替的，以便氣體一次僅從它們中的一個流出，且流來自在與從 埠 6發出火焰的一側相對的爐的側上的單個射流。單個射流的動量優選地為在來自埠 6的火焰的動量的25%到300%之內，更優選地在50%到200%之內。單個射流的角度優選地 設為朝向埠 6的發射側或平行於前壁23。
[0043] 不管噴射器32和33 -起噴射或交替噴射，本發明的優選實施例為噴射空氣或按 體積含有21%到100%的02的氧化劑。更優選地，氧化劑的氧濃度為33%到100%的體積分 數，並且最優選地，氧化劑的氧濃度為85%到100%的體積分數。從噴射器32和33噴射的氣 體成分和/或從噴射器32和33噴射的火焰的化學計量比可為彼此不同的，以影響精煉區 12中的溫度和0 2濃度輪廓。通過噴射含有比精煉區中的平均02濃度更高濃度的02的氧化 齊U，而不噴射通過燃燒反應來消耗氧的燃料，精煉區中的氧濃度通過本發明而顯著地提高。 例如，製作平板玻璃的玻璃爐的精煉區中的氧的典型平均氧濃度為在在溼的基礎上按體積 在1%到6%的0 2的範圍中。無論噴射器32和33 -起噴射或交替噴射，本發明的優選實施 例為噴射氧化劑來使精煉區中的氧的平均濃度提高按體積1%到60%的02，以產生在溼的基 礎上按體積含有2%到60%的0 2的氣氛。更優選地，（可選地，預熱的）空氣或按體積含有 21%到100%的02的氧化劑噴射來使精煉區中的氧的平均濃度增大按體積1%到40%的02， 以產生在溼的基礎上按體積含有2%到40%的02的氣氛。最優選地，（可選地，預熱的）空 氣或按體積含有21%到100%的0 2的氧化劑噴射來使精煉區中的氧的平均濃度增大按體積 2%到20%的02，以產生在溼的基礎上按體積含有3%到20%的0 2的氣氛。在任何給定區域 (諸如熔池表面附近）中的平均氧濃度通過測量在給定區域中的兩個或多個位置處的氧濃 度值並且對測量值取平均來確定。
[0044] 可通過以不使從熔化區11到精煉區12的爐氣體循環增大的方式可選地將附加的 淨化氣體噴射入精煉區12來使精煉區12中的氣氛條件進一步增強。例如，附加的氧可從 位於前壁23中或在前壁23附近的側壁22中的一個或多個淨化氣體噴射器55至58噴射。 優選實施例為：無論淨化氣體噴射器55和56 -起噴射或交替噴射，從前壁23的噴射器55 和56以適當的動量來噴射淨化氣體，以便減少來自熔化區11的爐氣體循環。優選地，從各 個噴射器55和56噴射的淨化氣體的總動量小於從埠 6噴射的燃料和空氣的總動量。淨 化氣體優選地為空氣或按體積含有21%到100%的02的氧化劑。更優選地，氧化劑的氧濃度 為33%到100%的體積分數，並且最優選地，氧化劑的氧濃度為85%到100%的體積分數。從 淨化氣體噴射器55和56噴射的氣體流動速率和成分可為與彼此不同的，以影響精煉區12 中的溫度和〇 2濃度輪廓。
[0045] 當以來自噴射器32和33的可選的淨化氣體或氧化劑噴射來實施本發明時，在離 開蓄熱器埠的煙道氣體中的平均過量氧將增加。未預熱的氧化劑（尤其是空氣）的噴射 使爐熱負載增大。為了維持或改善爐的能量效率並使NOx的排放最小化，各個蓄熱器埠 的燃料和燃燒空氣的流動速率優選地調整成使離開各個蓄熱器埠的煙道氣體中的氧濃 度處於最佳值，典型地大約1%到6%的體積分數，更典型地大約1%到3%的體積分數。由於 噴射入精煉區中的大部分氣體從接近精煉區的蓄熱器埠離開，故兩到三個蓄熱器埠的 燃料和燃燒空氣的流動速率優選地調整，以使離開各個蓄熱器埠的煙道氣體中的氧濃度 處於最佳值。
【權利要求】
1. 一種操作玻璃熔化爐的方法，所述爐包括由相對的側壁、後壁、頂部和前壁限定的 玻璃熔化室，所述方法包含： (A) 在所述玻璃熔化室的熔化區中使玻璃製作材料熔化，以建立熔化的玻璃製作材料 的熔池，通過燃燒來自在所述玻璃熔化爐的所述側壁中的兩對或多對相對的蓄熱器埠的 燃料和預熱的氧化劑來提供至所述熔池之上的熔化區的熱，其中，所述燃燒在所述熔化區 中的所述熔池之上形成了包含燃燒產物的氣氛， (B) 使熔化的玻璃製作材料從所述熔化區進入並通過所述玻璃熔化室的精煉區，並且 隨後通過所述前壁中的埠脫離所述玻璃熔化室，而沒有在所述熔化的玻璃製作材料之上 的所述精煉區中燃燒燃料和氧化劑，以及 (C) 從在所述精煉區的至少一個側壁中的至少一個位置在朝向所述精煉區的另一側壁 的方向上，或從在所述前壁中的至少一個位置在朝向所述後壁的方向上，用足夠的動量將 至少一個氣態流或霧化流體流噴射入所述熔化的玻璃製作材料上方的所述精煉區中，以使 從所述熔化區進入所述精煉區中的所述燃燒產物的流減少。
2. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包含：(D)使氣體流通過所述埠或通過 在所述前壁中的至少一個單獨的氣體噴射埠朝向所述熔化的玻璃製作材料上方的所述 熔化區來流動進入所述精煉區中。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述熔化的玻璃製作材料流出所述精煉區進入 調節區中，並且冷卻空氣給送入所述調節區中來使所述調節區中的所述熔化的玻璃製作材 料冷卻，並且所述冷卻空氣的一部分從所述調節區流入所述精煉區中且包含流入所述精煉 區中的所述氣體流。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述精煉區中在所述熔池表面附近的所述氣 氛中的氧濃度高於在所述熔化區中的所述熔池表面附近的所述氣氛中的氧濃度。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)噴射的所述氣態流或所述霧化流 體流由氧-燃料燃燒來形成。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)噴射的所述氣態流為空氣。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)噴射的所述氣態流具有高於21% 的體積分數的氧含量。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述精煉區中的所述熔池表面附近的所述氣 氛中的平均氧濃度為在2%到60%的體積分數之間。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述精煉區中的所述熔池表面附近的所述氣 氛中的平均氧濃度增大1%到60%的體積分數。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中，表示為從所述玻璃熔化爐生產的玻璃中的二 價鐵與三價鐵之比的氧化還原比降低〇. 01到〇. 20。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中，各個蓄熱器埠的燃料和燃燒空氣流動速率 調整成使在離開各個蓄熱器埠的所述煙道氣體中的氧濃度在1%到6%的體積分數之間。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中，用於燃燒的預熱的氧化劑從在所述玻璃熔化 室的所述側部中的兩對到十對蓄熱器埠提供至所述熔池之上的所述熔化區。
13. 根據權利要求2所述的方法，其中，根據步驟（D)流入所述精煉區中的所述氣體流 為空氣。
14. 根據權利要求2所述的方法，其中，根據步驟（D)流入所述精煉區中的所述氣體流 包含21%到100%的體積分數的氧。
15. 根據權利要求2所述的方法，其中，根據步驟（D)流入所述精煉區中的所述氣體流 包含50%到100%的體積分數的氧。
16. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述玻璃熔化爐生產氧化的平板玻璃。
17. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)從所述側壁噴射的所述氣態流或 霧化流體流具有比從位於最接近所述精煉區的所述蓄熱器埠噴射的所述燃料和所述氧 化劑的總動量的至少25%更大的動量。
18. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)從所述側壁噴射的所述氣態流或 霧化流體流具有比從位於最接近所述精煉區的所述蓄熱器埠噴射的所述燃料和所述氧 化劑的總動量更大的動量。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中，根據步驟（C)從所述前壁噴射的所述氣態流或 霧化流體流具有比從位於最接近所述精煉區的所述蓄熱器埠噴射的所述燃料和所述氧 化劑的總動量更小的動量。
20. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述將至少一個氣態流噴射入所述熔化的玻 璃製作材料上方的所述精煉區中使從所述玻璃熔化區進入所述精煉區中的所述燃燒產物 的流減少至少10%。
21. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述將至少一個氣態流噴射入所述熔化的玻 璃製作材料上方的所述精煉區中使從所述玻璃熔化區進入所述精煉區中的所述燃燒產物 的流減少至少20%。
22. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述將至少一個氣態流噴射入所述熔化的玻 璃製作材料上方的所述精煉區中使從所述玻璃熔化區進入所述精煉區中的所述燃燒產物 的流減少至少50%。
23. -種操作玻璃熔化爐的方法，所述爐包括由相對的側壁、後壁、頂部和前壁限定的 玻璃熔化室，所述方法包括： (A) 在所述玻璃熔化室的熔化區中使玻璃製作材料熔化，以建立熔化的玻璃製作材料 的熔池，通過燃燒來自所述玻璃熔化爐的所述側壁中的兩對或多對相對的蓄熱器埠的燃 料和預熱的氧化劑來提供至所述熔池之上的所述熔化區的熱，其中，所述燃燒在所述熔化 區中的所述熔池上形成了包括燃燒產物的氣氛， (B) 使熔化的玻璃製作材料從所述熔化區進入並通過所述玻璃熔化室的精煉區，並且 隨後通過在所述前壁中的埠脫離所述玻璃熔化室，而沒有在所述熔化的玻璃製作材料之 上的所述精煉區中燃燒燃料和氧化劑， (C) 將包含21%到100%的體積分數的氧的至少一個氣態流或霧化流體流噴射入在所述 熔化的玻璃製作材料上方的所述精煉區中，以使所述精煉區中的所述熔池表面附近的所述 氣氛中的平均氧濃度增大1%到60%的體積分數，以及 (D) 調整所述蓄熱器埠中的每一個的燃料和燃燒空氣流動速率，以使離開所述蓄熱 器埠中的每一個的所述煙道氣體中的氧濃度在1%到6%的體積分數之間。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中，在所述精煉區中的所述熔池表面附近的所述 氣氛中的平均氧濃度增大到5%到60%的體積分數。
25.根據權利要求23所述的方法，其中，所述至少一個氣態流或霧化流體流被預熱。
【文檔編號】C03B5/04GK104114504SQ201280070298
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】小林久, 威廉.T.小林, 袁軍綠 申請人:普萊克斯技術有限公司