用於玻璃熔制的方法
2023-11-02 20:32:52 2
專利名稱：用於玻璃熔制的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於玻璃熔制的方法，更確切地涉及製備玻璃時，減少和消除在玻璃熔爐內玻璃熔體上形成的泡沫層的方法。
用於連續生產各種玻璃產品如平板玻璃、容器玻璃、CRT、玻璃管等的玻璃熔爐，主要由熔化室、澄清室和熱量回收裝置組成。上述的這些部分由被稱作擋火壁、卡脖、液流洞等所分隔。
在一種用於玻璃熔制的側面開口型的爐子中，從在熔爐上遊端的原料進口連續送入玻璃原料。玻璃原料由使用如重油和天然氣作為燃料的空氣燒嘴或氧氣燒嘴所熔化，燒嘴排列在熔爐兩側。原料完全熔化後，待玻璃熔體充分澄清，然後從澄清室下遊端取出，成形為要求形狀的玻璃產品。本文中，空氣燒嘴指使用空氣作為燃燒氧源的燒嘴，氧氣燒嘴指使用富氧空氣或純氧氣體作為燃燒氧源的燒嘴。
在熔制玻璃過程中，從原料進口輸入的玻璃原料由碎玻璃和包括各種成分的玻璃原料配料組成，用以製備具有要求組成的玻璃產品。一般，上述玻璃原料配料和碎玻璃以預定的比例混合，一起通過原料進口供給熔化室。輸入的物料浮在玻璃熔體上形成一個原料層，被新輸入的原料推向熔化室的中心部分，連續熔化。
上述玻璃熔爐中，由加熱裝置(如燃油和燃氣燒嘴)加熱原料層表面，未熔化的玻璃原料在層的表面上熔化，並隨其從原料進口向中心部分前進而逐漸減少。然後在進料量與其熔化速率相等的位置消失。在原料層消失區域的周圍，由於原料反應而形成泡沫，形成的泡沫層從原料層消失的部位延伸到熔爐內最高溫度的部位，覆蓋著玻璃熔體的表面。
上述泡沫層具有泡沫狀的表面，它散射熱幅射，將來自燒嘴火焰、煙霧廢氣和耐火磚的輻射熱量反射掉，因此，阻礙了向泡沫層下面的玻璃熔體傳遞熱量，降低熱效率。泡沫層將輻射熱量反射到熔爐的爐頂和爐壁，升高其溫度，這是損壞耐火磚的原因之一。而且，泡沫層中積累了許多泡沫，其中夾帶著空氣。如果在澄清階段這些泡沫不能除去，會因為含氣泡而影響玻璃熔體的質量，降低產品產率。
當以大規模和高產量從玻璃熔體製造玻璃產品時，玻璃熔體上的泡沫層會變得很厚，會拖得很長，對生產造成很大危害。當使用氧氣燒嘴，進行油或天然氣還是使用空氣燒嘴的空氣燃燒情況，都要求抑制或消除玻璃熔體上的泡沫層。
本發明的目的是提供一種用於玻璃熔制的方法，以解決泡沫層引起的各種問題，在短時間內抑制泡沫層的形成，防止泡沫層增厚，減少或消除形成的泡沫層。
為解決上述問題，本發明提供了一種用於玻璃熔制的方法，所述方法包括下列步驟將為製得玻璃熔體輸入玻璃熔爐內的玻璃原料進行熔制，此時提供至少一種金屬化合物至玻璃熔體上形成的泡沫層，以減少或消除泡沫層，所述化合物是至少一種選自下列金屬的化合物鋁、鈦、矽、鋅、鎂、鐵、鉻、鈷、鈰或鈣。
本發明中，具有減少或消除玻璃熔體上所形成泡沫層作用的金屬化合物選自至少一種化合物，該化合物是至少一種選自下列金屬的化合物鋁、鈦、矽、鋅、鎂、鐵、鉻、鈷、鈰或鈣。將溶液、懸浮液、粉末或氣體形態的一種或至少兩種的金屬化合物提供給玻璃熔體上形成的泡沫層。當加入上述金屬化合物時，泡沫層立刻消除或減少。然而，一旦停止加入金屬化合物，泡沫層就會恢復到其原來狀態。因此，應向泡沫層連續或間歇地加入金屬化合物。
作為加入金屬化合物的方法，可採用的方法為使用通過爐子側壁安裝的噴霧裝置如噴嘴直接將金屬化合物加入泡沫層中。若玻璃熔爐使用空氣來燃燒燃氣或重油的話，實際上可採用間接法，即通過噴霧裝置將金屬化合物加入到玻璃熔爐燃燒用的空氣中，被空氣帶到燃燒區域，到達泡沫層。還可以採用的方法是預先在重油或燃氣中混入金屬化合物，當用燒嘴進行燃燒時提供給泡沫層。
而在用氧氣燃燒燃氣或重油的玻璃熔爐情況，實際上可採用間接法，即通過噴霧裝置將金屬化合物混入玻璃熔爐燃燒用的氧氣中，被氧氣帶入燃燒區，到達泡沫層。上述金屬化合物也可以噴霧加入到玻璃熔爐內的燃燒區。
本發明中使用的金屬化合物可以是無機化合物或有機化合物。在金屬化合物到達玻璃熔體上的泡沫層時，其形態可以是未反應態、反應中間體化合物或反應產物。
恰在到達玻璃熔體上的泡沫層時，金屬化合物的形態最好是儘可能細的金屬氧化物顆粒，它可以是金屬化合物在玻璃熔爐內的高溫作用下通過氧化反應產生的。這種細顆粒金屬氧化物在泡沫層中分散得很好，泡沫層會更容易減少或消除。因此，最好使用能通過高溫下氧化分解反應形成金屬氧化物顆粒的有機金屬化合物。
這種有機金屬化合物代表性的例子可敘述如下。
作為有機鈦化合物，可使用鈦酸酯如鈦酸四乙酯、鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸辛二醇酯或它們的衍生物；可使用鈦螯合物如乳酸二羥基鈦、二乳酸羥基鈦或其衍生物、醯基鈦或其衍生物；也可使用草酸鈦。
作為有機矽化合物，例如可使用矽酸四甲酯、矽酸四乙酯或矽酸四正丙酯。作為有機鋁化合物，例如可使用乙醯丙酮類。
對上述化合物，可以使用按任選比例溶解於水和/或有機溶劑的溶液。
而且，對這類金屬化合物，例如可以使用鈦、矽或鋁的氯化物、硫酸鹽或硝酸鹽，如四氯化矽、四氯化鈦、三氯化鋁、硫酸鋁和硝酸鋁。這樣的金屬化合物可以溶液形式噴霧加入。
如四氯化鈦(熔點-23℃，沸點136.4℃)和四氯化矽(熔點-70℃，沸點57.6℃)這樣的化合物在室溫下為液體，但是其沸點不高，容易蒸發。這類化合物在使用方面具有優勢，因為可將其加熱蒸發，藉助載氣而不必使用溶劑加入到泡沫層中。
對前面所述有機金屬化合物的有機溶劑，可以使用溶解或均勻分散這類有機金屬化合物的溶液。下面所述的各種有機溶劑可作為例子。醇類如甲醇、乙醇和異丙醇，烴類如己烷、苯、甲苯和二甲苯，烴油如汽油和煤油，酯類如乙酸乙酯和乙酸異丁酯，溶纖劑如甲基溶纖劑和乙基溶纖劑。從價格、容易取得和使用方便考慮，乙醇、異丙醇、甲苯、乙酸乙酯、煤油等可優選用作溶劑。
可以使用至少一種金屬氧化物的粉末，所述金屬氧化物選自氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鉻、氧化鈷或氧化鈰。這些粉末可用氣體作為載氣加入，或懸浮於水和/或有機溶劑中形成漿料，再用噴嘴噴射加入。
按照本發明在泡沫層中提供上述金屬化合物可以減少或消除泡沫層的原因，可以認為是表面張力受到所用金屬化合物的影響。就是說，這類金屬對形成泡沫狀態的玻璃具有親和力，所以會澱積在泡沫層的泡沫表面上並穿透玻璃泡沫，從而減弱保持泡沫的結合能力，使泡沫破裂。
結合實施本發明所用玻璃熔爐的一個優選實施方案來描述本發明，該玻璃熔爐示於附圖中。
圖1是本發明所用一種玻璃熔爐的平面2是玻璃熔爐本發明關鍵裝置的剖面圖。
圖3是本發明所用另一種玻璃熔爐的平面圖。
如圖1、圖2和圖3所示，數字1代表玻璃原料的加入口，它開在玻璃熔爐2的上遊端。玻璃原料以層狀輸入到玻璃熔爐2中的玻璃熔體3上，形成玻璃原料層4，此玻璃原料層邊前進邊被熔化。在玻璃熔爐2上部結構的側壁5上，開有敞開的孔6，用於提供燃燒用的空氣與例如來自燃油燒嘴的油形成噴射的火焰。孔6連接到儲熱室7。在一個儲熱室進行排廢氣的階段，該儲熱室從燃燒區域抽入廢氣，熾熱的廢氣通過儲熱室內部時對其加熱，然後通過煙道8進入煙囪排放。一定時間後，燃燒用的空氣轉而通過該儲熱室被預熱。
形成的泡沫層從玻璃原料層4的上遊端沿著下遊的方向，朝玻璃熔爐內最高溫度的區域(熱區)延伸。泡沫層厚度一般為5-10釐米，由泡沫(眾多氣泡)組成。泡沫層在玻璃熔體上存在的位置和區域大小基本上是固定的，因為是由玻璃熔體提供泡沫，而泡沫層又在熔體表面上破裂消失。
在上面的玻璃熔爐中，排列著噴霧裝置10直接或間接向泡沫層提供金屬化合物、其反應中間體化合物或其反應產物，較好的是其金屬氧化物，它含有至少一種選自下列金屬的金屬化合物，鋁、鈦、矽、鋅、鎂、鐵、鉻、鈷、鈰或鈣。噴霧裝置10安裝在位於玻璃熔爐上遊端的上側壁5和下側壁12之間的一個敞開的孔中，其噴嘴端朝向熔爐內部。金屬化合物通過該裝置直接噴向泡沫層。因此，泡沫層得以顯著消除或減少，從而減少留在產品中的氣泡，並提高產品的產率。
在上面的玻璃熔爐中，向玻璃熔體上的泡沫層提供金屬化合物的供料裝置是安裝在玻璃熔爐上遊部分的上側壁5和下側壁12之間。而在圖3所示的蓄熱型玻璃熔爐中，噴霧裝置11可安裝在煙道8中要求的部位，其噴嘴端朝向煙道8內部，金屬化合物噴入通過煙道8向儲熱室7提供的燃燒用空氣，然後通過爐壁上的孔進入玻璃熔爐內的燃燒區，在那裡金屬化合物直接噴在泡沫層上面。
在氧氣燃燒型玻璃熔爐中，向玻璃熔體上泡沫層提供金屬化合物的供料裝置安裝在玻璃熔爐上遊側壁的一個要求部位，將金屬化合物直接噴向泡沫層。
對於裝有空氣燃燒燒嘴的玻璃熔爐，還可以使用一個空氣供給通道向玻璃熔體上的泡沫層提供金屬化合物，而對裝有氧氣燃燒燒嘴的玻璃熔爐，則使用一個供氧通道加入。這種情況下，金屬化合物是由燃燒用空氣或氧氣分別通過空氣供給通道或供氧通道加入的。
儘管已經說明的是燃料燃燒型的玻璃熔爐，本發明並不限於上面的類型。例如，本發明還可應用於(電熔化型)的玻璃熔爐，其中電流是在玻璃熔體中通過的。
下面參考一些實施例描述本發明。然而，應當理解本發明並不受這些實施例的限制。
實施例1在日產500噸平板玻璃的玻璃熔爐中，在其兩側垂直型儲熱室的下面煙道(儲熱煙道)中，安裝一個雙液外混合型噴嘴。使用這種用空氣的噴嘴，將鈦酸四丁酯和甲苯的混合溶液(轉化的TiO2濃度25克/升)噴入在煙道中流動的燃燒用空氣。以約3升/小時的流量進行連續噴射。
噴射前，泡沫層寬度為4米，長10米，面積為40米2。但噴射之後，根據肉眼觀察，泡沫層面積減小到4米2以下。這樣的噴射保持2周，檢測出爐頂溫度降低，爐底溫度升高，提高了熱效率。油耗量由90Kl/天減少到89Kl/天，達到節約能源的目的。
而且，產品中的氣泡也減少約30％，從而提高了平板玻璃的產率和質量。
實施例2在和實施例1相同的儲熱室的下面煙道中，通過一個直徑10毫米的管型噴嘴，將四氯化鈦噴入用於燃燒的空氣，是用氮氣作為載氣，其流量為180克/小時(轉化的TiO277克/小時)。泡沫層面積從1/5減小到1/10。
實施例3在與實施例1相同的部位，將四氯化矽和甲醇的混合液噴入用於燃燒的空氣，流量為3-4升/小時(轉化的SiO2200克/小時)。泡沫層面積由1/5減小到1/10。
實施例4在日產4噸的城市煤氣燃燒型玻璃熔爐中，以0.5升/小時的流量，用一個雙液型噴嘴將鈦酸四丁酯溶於乙醯丙酮和乙酸乙酯的溶液直接噴向泡沫層。
觀察到泡沫層變薄，玻璃熔體表面呈鏡面狀。玻璃產品中的泡沫數量減少50％以上。
實施例5在與實施例1所述玻璃熔爐回熱式熱交換器的同樣進口位置，用雙液型噴嘴將表1列出的各種金屬化合物的溶液或金屬氧化物懸浮液噴入燃燒用空氣，檢測到了泡沫層量的減少。
溶液或懸浮液的組成、噴射量以及泡沫層減少效果見表1。表1中，◎代表泡沫層減少80％或更多的情況，○代表泡沫層減少50-60％的情況，△代表泡沫層減少20-50％的情況。
實施例6在製造CRT氧氣燃燒型玻璃熔爐的左側，安裝一個雙液外混合型的噴嘴，噴嘴口朝向熔爐內部。通過該噴嘴，表1中所列的各種金屬化合物的溶液供給到玻璃熔體上的泡沫層，觀察到泡沫層的長度後退約1.5米。
表1
前面詳細描述的本發明用於玻璃熔制的方法，可以在短時間內消除或減少在玻璃熔體表面形成的泡沫層，並可以抑制泡沫層的形成。
因此，本發明可以提高玻璃熔制的熱效率，節約能量。同時，還提高了製造玻璃的速度和效率，製得高質量的玻璃產品。
權利要求
1.一種用於玻璃熔制的方法，所述方法包括將熔制玻璃的原料輸入玻璃熔爐，製得玻璃熔體，向玻璃熔體上形成的泡沫層提供至少一種金屬化合物來減少或消除泡沫層，所述化合物是至少一種選自下列金屬的化合物鋁、鈦、矽、鋅、鎂、鐵、鉻、鈷、鈰或鈣。
2.如權利要求1所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於所述金屬化合物以溶液、懸浮液、粉末或氣體形式提供給泡沫層。
3.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於將所述金屬化合物送入玻璃熔爐燃燒用的氧氣中，並將金屬化合物隨氧氣一起送入玻璃熔爐的燃燒區，提供給泡沫層。
4.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於將金屬化合物送入玻璃熔爐的燃料中，並通過玻璃熔爐的燒嘴燃燒該燃料，將所述的金屬化合物提供給泡沫層。
5.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於將金屬化合物送入玻璃熔爐燃燒用的空氣中，金屬化合物隨空氣一起送入玻璃熔爐的燃燒區，提供給泡沫層。
6.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於將金屬化合物以溶液、懸浮液、粉末或氣體形式直接輸入玻璃熔爐中的燃燒區，提供給泡沫層。
7.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於輸入溶解於水和/或有機溶劑的至少一種選自下列有機金屬化合物的溶液，將所述金屬化合物提供給泡沫層，有機金屬化合物選自有機鈦化合物、有機鋁化合物、有機矽化合物、有機鋅化合物、有機鎂化合物、有機鐵化合物、有機鉻化合物、有機鈷化合物或有機鈰化合物。
8.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於是輸入懸浮於水和/或有機溶劑的至少一種選自下列金屬氧化物的是懸浮液，將所述金屬化合物提供給泡沫層，金屬氧化物選自氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鉻、氧化鈷或氧化鈰。
9.如權利要求1或2所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於是輸入溶解於水和/或有機溶劑的至少一種選自硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物的金屬化合物的溶液，將所述金屬化合物提供給泡沫層，硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物是至少一種選自鋁、鈦、矽、鋅、鈣、鎂、鐵、鉻、鈷或鈰這些金屬的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物。
10.如權利要求1或2所述的用於玻璃熔制的方法，其特徵在於所述金屬化合物的熔點為20℃或更低，沸點為200℃或更低，所述金屬化合物是以氣體形式提供給泡沫層的。
11.如權利要求10所述用於玻璃熔制的方法，其特徵在於所述金屬化合物是四氯化鈦或四氯化矽。
全文摘要
一種用於玻璃熔制的方法,所述方法包括將熔制玻璃原料輸入玻璃熔爐製得玻璃熔體,向玻璃熔體上形成的泡沫層提供至少一種金屬化合物,以減少或消除泡沫層,所述金屬化合物是至少一種選自鋁、鈦、矽、鋅、鎂、鐵、鉻、鈷、鈰或鈣的這些金屬的化合物。
文檔編號C03C1/00GK1270934SQ00106978
公開日2000年10月25日 申請日期2000年4月21日 優先權日1999年4月21日
發明者竹居祐輔, 織田健嗣 申請人:旭硝子株式會社