專利名稱：用于玻璃熔體流的真空脫氣法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于玻璃熔體流的真空脫氣法，它能合適有效地除去由玻璃原料熔制獲得的玻璃熔體連續(xù)流中的氣泡。
迄今為止，在用成形設(shè)備對(duì)玻璃熔體成形之前，除去玻璃原料在熔爐內(nèi)熔制獲得的其中所產(chǎn)生的氣泡，用以提高形成的玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量，一直普遍采用精煉法。
已知有這樣一種方法，預(yù)先在玻璃原料中加入一種精制劑如硫酸鈉(Na2SO4)，通過(guò)熔制含精制劑的玻璃原料制得的玻璃熔體在預(yù)定溫度下保持預(yù)定的時(shí)間進(jìn)行精制，此玻璃熔體中的氣泡借助精制劑長(zhǎng)大，上升到玻璃熔體表面，然后除去這些氣泡。
已知的還有真空脫氣法，該方法中，將玻璃熔體引入一減壓下的真空容器；在這樣的減壓條件下，玻璃熔體連續(xù)流中的氣泡長(zhǎng)大并上升到玻璃熔體表面，在玻璃熔體表面上破裂除去，然后從真空容器中排出玻璃熔體。
上述真空脫氣法中，在減壓下形成的玻璃熔體流中所含氣泡在較短時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)大，借助其浮力上升到玻璃熔體表面，隨后破裂。按這種方式，該方法可從玻璃熔體表面有效除去氣泡。為從玻璃熔體表面有效除去氣泡，必須使氣泡上升速率很快，在減壓條件下能到達(dá)玻璃熔體表面。否則，氣泡會(huì)隨玻璃熔體流排出，結(jié)果最終的玻璃產(chǎn)品會(huì)含有氣泡，成為次品。
由于這一原因，真空脫氣所用減壓容器中的壓力應(yīng)盡可能小，使氣泡長(zhǎng)大并提高其上升速率，從而提高真空脫氣的效果。
然而，當(dāng)真空脫氣減壓容器中的壓力降低時(shí)，有時(shí)會(huì)在玻璃熔體中產(chǎn)生許多新的氣泡，這些氣泡上升到玻璃熔體表面形成不會(huì)破裂的浮動(dòng)泡沫層。一部分泡沫層會(huì)隨玻璃熔體流排出，導(dǎo)致玻璃產(chǎn)品中的缺陷。當(dāng)泡沫層發(fā)展時(shí)，玻璃熔體上表面的溫度下降。泡沫層變得很難破裂，從而使泡沫層進(jìn)一步發(fā)展。因此，真空脫氣設(shè)備的內(nèi)部充滿著不破裂的氣泡。充滿該設(shè)備的泡沫層可與該設(shè)備頂部的雜質(zhì)接觸；因此泡沫層會(huì)將雜質(zhì)帶入最終玻璃產(chǎn)品。所以為了能有效進(jìn)行真空脫氣，不宜過(guò)分降低真空脫氣所用的壓力。
而且，玻璃熔體中氣泡的上升速率由玻璃熔體的粘度以及氣泡的大小所決定。因此，降低玻璃熔體的粘度或升高玻璃熔體的溫度，可有效地使氣泡上升到表面。然而，當(dāng)玻璃熔體溫度升得過(guò)高時(shí)，會(huì)引起玻璃熔體和其所接觸的流動(dòng)通道材料如耐火磚發(fā)生反應(yīng)。這又會(huì)導(dǎo)致新的氣泡產(chǎn)生，流動(dòng)通道的部分材料溶解于玻璃熔體中，使玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量劣化。而且，當(dāng)玻璃熔體溫度升高時(shí)，通道材料的強(qiáng)度下降，其使用壽命縮短，而且需要用另外的設(shè)備如加熱器，來(lái)保持玻璃熔體的高溫。結(jié)果，為了能進(jìn)行合適有效的真空脫氣處理，過(guò)分降低真空脫氣的壓力以及過(guò)分升高玻璃熔體的溫度都是不適宜的。
由于真空脫氣法受到一些限制，曾經(jīng)報(bào)道了下列用于有效真空脫氣的條件(SCIENCE AND TECHNOLOGY OF NEW GLASS，October 16-17，1991，第7576頁(yè))。
如圖4所示，在對(duì)玻璃熔體流進(jìn)行真空脫氣的真空脫氣設(shè)備40中，玻璃熔體中的氣泡數(shù)目(氣泡密度)可到減少原來(lái)的約1/1,000。當(dāng)1320℃的玻璃熔體以6噸/天的流量通過(guò)該設(shè)備時(shí)，真空脫氣器42中壓力為0.18大氣壓(136.8mmHg)，玻璃熔體在這種減壓的真空脫氣器42中的停留時(shí)間為50分鐘。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的真空脫氣設(shè)備40中按下面方式進(jìn)行上述的真空脫氣處理。用真空泵(圖中未標(biāo)出)將由玻璃原料熔制獲得的玻璃熔體從前面的槽47經(jīng)過(guò)向上管道44輸入減壓下的真空脫氣器42，在基本水平方向上形成玻璃熔體流。然后，此玻璃熔體流在真空脫氣器42中通過(guò)除去所含的氣泡，然后，該玻璃熔體再經(jīng)過(guò)向下管道46輸入后面的槽48，在其中保持的溫度使粘度為1,000泊。
在向上管道44的進(jìn)口和向下管道46的出口抽取玻璃熔體的樣品，分別檢測(cè)其中所含氣泡的密度。結(jié)果，在進(jìn)入真空脫氣器之前的槽47中，玻璃熔體所含氣泡密度為150[個(gè)/千克]，在后面的槽48中玻璃熔體所含的氣泡密度為0.1[個(gè)/千克]。因此，可以認(rèn)為氣泡數(shù)目減少到大約原來(lái)的1/1000。該刊還報(bào)道，在玻璃熔體表面上沒(méi)有形成泡沫層，盡管真空脫氣器中的壓力設(shè)定在0.18大氣壓的低水平。
上述報(bào)道的真空脫氣法中，當(dāng)真空脫氣器42的壓力為0.18大氣壓(136.8mmHg)，在其中的停留時(shí)間為50分鐘時(shí)，可達(dá)到有效真空脫氣。然而，該報(bào)道并未揭示為了獲得優(yōu)異的有效真空脫氣結(jié)果對(duì)真空脫氣所要求的各種條件。
特別是應(yīng)該在減壓條件下在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行真空脫氣。因此，如上所述，在不可過(guò)分降低壓力和過(guò)分提高溫度的條件下，很重要的是確定玻璃熔體流在減壓環(huán)境中的停留時(shí)間。
玻璃熔體流在真空脫氣器42、向上管道44和向下管道46中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，真空脫氣處理后玻璃熔體的氣泡密度越小。
要延長(zhǎng)玻璃熔體在減壓環(huán)境中的停留時(shí)間，認(rèn)為要加長(zhǎng)在玻璃熔體流動(dòng)方向上流動(dòng)通道的長(zhǎng)度。然而，這會(huì)引起一些實(shí)際問(wèn)題，例如由于下述原因會(huì)顯著增加設(shè)備成本。因?yàn)樵谟懈邷夭Ａ垠w流動(dòng)的通道外圍，需要采用能保持玻璃熔體高溫的絕熱材料和能保持低壓力的罩殼(該罩殼包圍著絕熱材料和流動(dòng)通道的材料)，而流動(dòng)通道的延長(zhǎng)勢(shì)必需要加長(zhǎng)使用絕熱材料和罩殼的范圍。而且，包括用于流動(dòng)通道的材料、絕熱材料和罩殼的這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)必須為可動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，以便根據(jù)真空脫氣器42中使用的壓力調(diào)節(jié)該裝置的高度。這就是一臺(tái)尺寸很大的部件可動(dòng)的設(shè)備，其成本將增加。
可以通過(guò)減小玻璃熔體的流動(dòng)速率來(lái)延長(zhǎng)停留時(shí)間。然而，要減小流動(dòng)速率，必須通過(guò)降低玻璃熔體的溫度來(lái)提高其粘度。這種情況下，氣泡在高粘度的玻璃熔體中上升到玻璃熔體的表面又困難起來(lái)。
另一方面，若過(guò)分縮短玻璃熔體在減壓環(huán)境中的停留時(shí)間，就不能達(dá)到玻璃熔體中氣泡的充分脫氣。即沒(méi)有足夠的時(shí)間讓玻璃熔體中的氣泡在減壓環(huán)境下長(zhǎng)大，并上升到玻璃熔體表面，使氣泡破裂除去，因此在氣泡到達(dá)玻璃熔體表面之前就排出了含氣泡的玻璃熔體。盡管可以降低玻璃熔體的粘度，即通過(guò)升高玻璃熔體的溫度來(lái)提高玻璃熔體中氣泡的上升速率，但是玻璃熔體的溫度不能提得過(guò)高，因?yàn)闀?huì)發(fā)生流動(dòng)通道材料與玻璃熔體間反應(yīng)產(chǎn)生新氣泡以及玻璃熔體流動(dòng)通道材料強(qiáng)度降低的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種用于玻璃熔體流的真空脫氣法，通過(guò)規(guī)定在減壓條件下對(duì)玻璃熔體連續(xù)流進(jìn)行脫氣處理時(shí)玻璃熔體的停留時(shí)間范圍，能有效地獲得不含氣泡的玻璃熔體。
而且，本發(fā)明的目的是為上述真空脫氣法中對(duì)減壓條件下玻璃熔體的真空脫氣確定合適的條件范圍，以便進(jìn)一步有效并確切地獲得不含氣泡的玻璃熔體。
本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)玻璃熔體流進(jìn)行真空脫氣達(dá)到上述目的進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)必須使玻璃熔體中長(zhǎng)大的氣泡上升到玻璃熔體表面，在此表面上發(fā)生破裂，從而有效并確切地除去玻璃熔體中的氣泡。結(jié)果在下列條件下完成了本發(fā)明1.玻璃熔體連續(xù)通過(guò)。
2.提供的條件不應(yīng)產(chǎn)生新氣泡。
3.在預(yù)定時(shí)間內(nèi)氣泡直徑增大，以便其具有足夠的浮力。
4.相對(duì)于玻璃熔體流動(dòng)而言，氣泡應(yīng)有足夠的上升速率。
5.保證有足夠量的氣體擴(kuò)散到氣泡中，使到達(dá)玻璃熔體表面的氣泡能夠破裂。
本發(fā)明玻璃熔體真空脫氣的方法包括下列步驟在壓力P[mmHg]下將玻璃熔體輸入真空室，使玻璃熔體受到的壓力在38[mmHg]-(P-50)[mmHg]范圍，對(duì)玻璃熔體進(jìn)行脫氣；脫氣后在壓力P下以Q[噸/小時(shí)]的流量從真空室排出玻璃熔體，玻璃熔體在真空室中的停留時(shí)間在0.12-4.8小時(shí)范圍，真空室中流動(dòng)的玻璃熔體重量W[噸]除以流量Q[噸/小時(shí)]可獲得停留時(shí)間。這種情況下，真空室內(nèi)的停留時(shí)間以不小于0.12小時(shí)但不大于0.8小時(shí)為宜。
而且，真空室應(yīng)包括這樣一個(gè)真空脫氣器，在其中玻璃熔體按基本水平方向通過(guò)進(jìn)行脫氣，玻璃熔體在真空脫氣器中的深度H[米]和重量W[噸]滿足下式(1)0.010米/噸＜H/W＜1.5米/噸(1)而真空脫氣器中玻璃熔體表面的表面積S1[米2]和玻璃熔體流的流量Q[噸/小時(shí)]應(yīng)滿足下式(2)0.24米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜12米2·小時(shí)/噸(2)真空室還應(yīng)包括連接于真空脫氣器的一個(gè)向下管道，從中可排放玻璃熔體，在連接于真空脫氣器處向下管道的流動(dòng)通道截面積S2[米2]和玻璃熔體的流量Q[噸/小時(shí)]滿足下式(3)0.008米2·小時(shí)/噸＜S2/Q＜0.96米2·小時(shí)/噸(3)附圖中

圖1(a)是本發(fā)明玻璃熔體流真空脫氣法所用真空脫氣設(shè)備重要部分的剖面圖。
圖1(b)是沿圖1(a)中B-B′線的剖面圖。
圖1(c)是沿圖1(a)中C-C′線的剖面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，玻璃熔體流真空脫氣法所用真空脫氣設(shè)備的剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，玻璃熔體流真空脫氣法所用真空脫氣設(shè)備的剖面圖。
圖4是實(shí)施玻璃熔體流常規(guī)真空脫氣法所用真空脫氣設(shè)備的剖面圖。
參考這些附圖，將對(duì)本發(fā)明玻璃熔體流真空脫氣法的一些較好實(shí)施方案進(jìn)行描述。
如上所述，本發(fā)明涉及在真空室內(nèi)對(duì)玻璃熔體流進(jìn)行真空脫氣的方法，規(guī)定在真空室內(nèi)連續(xù)流動(dòng)的玻璃熔體的停留時(shí)間范圍，從而可有效并確切地獲得不含氣泡的玻璃熔體。
參考附圖1(a)、1(b)和1(c)對(duì)這種真空脫氣法進(jìn)行描述。
圖1(a)-1(c)是本發(fā)明玻璃熔體流真空脫氣法所用設(shè)備重要部分的圖。本發(fā)明的真空脫氣法主要包括下列步驟將玻璃熔體送入真空脫氣步驟進(jìn)行脫氣的輸入步驟；在減壓條件下，從基本作水平狀態(tài)流動(dòng)的玻璃熔體中除去氣泡的真空脫氣步驟；以及排放在真空脫氣步驟中進(jìn)行了脫氣的玻璃熔體的排放步驟。
圖1(a)中，將儲(chǔ)存在壓力P條件下熔制器10中由玻璃原料熔制獲得的玻璃熔體通過(guò)向上管道1輸入到的真空脫氣器12中，形成玻璃熔體流?；咀魉椒较蛄鲃?dòng)的玻璃熔體中所保留的氣泡在減壓環(huán)境下上升到玻璃熔體表面，然后在玻璃熔體表面上破裂除去，這個(gè)真空脫氣步驟主要是在真空脫氣器12中進(jìn)行的。將在真空脫氣器12中已經(jīng)脫氣的玻璃熔體從真空脫氣器12朝后面的槽18排放，這個(gè)在向下管道16中進(jìn)行。向上管道14和向下管道16以及真空脫氣器12的主要部分都被真空罩殼(圖中未示)覆蓋著，該罩殼連接到一個(gè)真空泵，通過(guò)在真空脫氣器12頂部的開(kāi)口12a、12b對(duì)真空脫氣器抽真空，保持恒定的減壓。
上面描述中壓力P的值通常為760[mmHg]。
如前所述，在此真空脫氣法所用的真空脫氣器12中，玻璃熔體流所含的氣泡長(zhǎng)大并上升到玻璃熔體表面，在該表面上破裂，玻璃熔體在真空脫氣器12中的停留時(shí)間即玻璃熔體通過(guò)真空脫氣器12的時(shí)間不能太短。甚至也很難過(guò)分縮短在輸入步驟中玻璃熔體通過(guò)向上管道14上升的時(shí)間，在此輸入步驟中儲(chǔ)存于壓力P[mmHg]條件下的熔制器10中的玻璃熔體被抽吸上升到減壓條件下的真空脫氣器12。在向上管道14下部的壓力由于玻璃熔體本身的重量而較高，而向上管道14上部的壓力向著真空脫氣器12中的玻璃熔體表面方向逐漸變小，因此，當(dāng)玻璃熔體在向上管道14中上升時(shí)，施加到玻璃熔體的壓力低于熔制玻璃原料獲得玻璃熔體時(shí)的操作壓力P[mmHg]。結(jié)果在玻璃熔體通過(guò)向上管道14的同時(shí)，玻璃熔體中的氣泡長(zhǎng)大。而且，玻璃熔體在向上管道14中上升時(shí)，由溶解在玻璃熔體中的氣體形成的新氣泡在長(zhǎng)大。
而且，也很難過(guò)分縮短玻璃熔體通過(guò)向下管道16的時(shí)間。原因如下當(dāng)玻璃熔體在向下管道16中下降時(shí)，作用于玻璃熔體的壓力由于玻璃熔體本身的重量而從真空脫氣器12中的減壓狀態(tài)逐漸上升，最后恢復(fù)到上述壓力P[mmHg]。然而，即使通過(guò)真空脫氣器12中的減壓也未能除去的氣泡會(huì)溶解成玻璃熔體中的氣體組分，這是因?yàn)殡S玻璃熔體在向下管道16中下降而壓力提高的緣故。
本發(fā)明提供一種真空室，可提供38[mmHg]-(P-50)[mmHg](相對(duì)于壓力P[mmHg])范圍的作用于玻璃熔體的壓力，包括玻璃熔體不僅通過(guò)真空脫氣器12，而且通過(guò)向上管道14和向下管道16部分的時(shí)間。真空室內(nèi)壓力為38[mmHg]或更高的原因是可以抑制真空室中在玻璃熔體中溶解的氣體發(fā)生不希望的釋放(再沸)。如前面所述。按上面所述定義的真空室對(duì)應(yīng)于圖1中粗的陰影部分。
為了將玻璃熔體連續(xù)輸入真空室，必須為真空室設(shè)計(jì)一個(gè)流動(dòng)通道，降低真空室流動(dòng)通道內(nèi)表面與玻璃熔體流之間的摩擦阻力，充分減小流體的壓力損失。為了充分減小流體的壓力損失，已經(jīng)設(shè)計(jì)了真空室流動(dòng)通道的合適形狀和橫截面積。然而，因?yàn)橐蟛Ａ垠w中產(chǎn)生的氣泡能在玻璃熔體連續(xù)通過(guò)的同時(shí)，能夠短時(shí)間內(nèi)脹大，使氣泡上升到玻璃熔體表面破裂，所以認(rèn)為需降低玻璃熔體的粘度，即提高玻璃熔體的溫度。然而，如上面所述，當(dāng)玻璃熔體溫度提高時(shí)，用于真空室流動(dòng)通道的材料與玻璃熔體間的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生新的氣泡，或者這些材料會(huì)溶解在玻璃熔體中形成條紋，結(jié)果不能保證形成產(chǎn)品的質(zhì)量。而且，這些材料與玻璃熔體的反應(yīng)加速了材料的磨蝕，縮短了真空室流動(dòng)通道的使用壽命。
由玻璃熔體流引起的真空室流動(dòng)通道的磨蝕速率與t/η，即時(shí)間t與玻璃熔體粘度η的比值成正比，其中t代表玻璃熔體通過(guò)流動(dòng)通道的時(shí)間，η代表玻璃熔體的粘度。當(dāng)氣泡上升到玻璃熔體表面時(shí)，其上升距離與t/η，即玻璃熔體通過(guò)流動(dòng)通道的時(shí)間除以其粘度得到的比值的平方成正比。因此，要求確定玻璃熔體粘度在磨蝕速率允許范圍內(nèi)盡量低些，以保持氣泡充分的上升高度。
玻璃熔體粘度的較好范圍為500-5000泊。而且，要將在這樣粘度范圍的玻璃熔體中的氣泡上升到玻璃熔體表面，氣泡的直徑應(yīng)該為10-30毫米。當(dāng)氣泡直徑超過(guò)30毫米時(shí)，到達(dá)表面的氣泡不會(huì)破裂，以泡沫層的形式留在表面。這會(huì)降低真空脫氣器12中的熱傳遞效率，玻璃熔體本身的溫度下降，從而降低真空脫氣的效果。
氣體分析表明，氣泡上升到真空脫氣器12中玻璃熔體的表面，放出CO2和H2O。這種情況下，通過(guò)直接觀察真空脫氣器12內(nèi)部后發(fā)現(xiàn)，在低于一定壓力的條件下玻璃熔體中的溶解氣體如CO2、H2O等容易發(fā)生不希望的釋放(再沸)。在粘度例如為500-5000泊的玻璃熔體中，在小于0.05大氣壓的壓力條件下會(huì)發(fā)生這樣的再沸，因此，應(yīng)在這個(gè)壓力以上進(jìn)行脫氣。
而且，要增加氣泡的直徑，使氣泡在玻璃熔體通過(guò)真空室時(shí)具有足夠的浮力，就要求在真空脫氣器12的減壓環(huán)境下，玻璃熔體中溶解態(tài)存在的氣體組分能擴(kuò)散或進(jìn)入包含在熔制器10的玻璃熔體中的小氣泡，如直徑為0.05-3毫米的氣泡，而不引起再沸。其原因如下。依靠氣體組分進(jìn)入存在于玻璃熔體中的很小的氣泡，是難以使氣泡長(zhǎng)大的，因?yàn)樵谥频貌Ａ垠w的熔制器10的壓力P的條件中，氣體組分具有較高的分壓。而且，通過(guò)增加玻璃熔體中的氣體組分來(lái)向玻璃熔體鼓泡，從而加速氣體組分進(jìn)入氣泡，這種辦法實(shí)際上并沒(méi)有充分的效果。
考慮上述內(nèi)容，可采用這樣的方法，讓玻璃熔體通過(guò)來(lái)產(chǎn)生玻璃熔體流；在玻璃熔體經(jīng)過(guò)真空室期間讓小氣泡長(zhǎng)大；在減壓環(huán)境下長(zhǎng)大的氣泡上升到真空脫氣器12中玻璃熔體的表面破裂，從而除去氣泡，而真空脫氣時(shí)未能抽吸除去的氣泡則溶解于經(jīng)向下管道流動(dòng)的玻璃熔體中。這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，玻璃熔體在真空室中的停留時(shí)間在0.12-4.8小時(shí)范圍，0.12-0.8小時(shí)更好，在真空室中流動(dòng)的玻璃熔體的重量[噸]除以玻璃熔體的流量Q[噸/小時(shí)]可獲得停留時(shí)間。
本文中，在真空室中流動(dòng)的玻璃熔體的重量[噸]指真空室(即圖1(a)的粗陰影部分)中玻璃熔體的總重量。
若停留時(shí)間小于0.12小時(shí)，即使玻璃熔體粘度為500-5000泊，并且作用于玻璃熔體的壓力為0.05大氣壓即76[mmHg]或更高，玻璃熔體的氣泡密度將超出優(yōu)良玻璃產(chǎn)品所允許的范圍。另一方面，若停留時(shí)間大于4.8小時(shí)，就要求加長(zhǎng)真空室在玻璃熔體流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備成本增加的問(wèn)題。
小于0.8小時(shí)的停留時(shí)間提供了有效除去氣泡，減少揮發(fā)性組分從玻璃熔體表面揮發(fā)的良好效果。
而且，真空脫氣器12中玻璃熔體的深度H[米]和在真空室中流動(dòng)的玻璃熔體的重量W[噸]應(yīng)滿足下式0.010米/噸＜H/W＜1.5米/噸H/W宜為0.012米/噸或更大，0.015米/噸或更大則更好。而且H/W宜為1.2米/噸或更小，0.9米/噸或更小則更好。
真空脫氣器12中玻璃熔體深度H[米]與玻璃熔體重量W[噸]的比值應(yīng)在上述范圍的原因如下。
如果玻璃熔體在真空脫氣器12中的深度H等于0.010×W或更小，由于玻璃熔體流的摩擦阻力引起的壓力損失增加，玻璃熔體不可能以預(yù)定的流量通過(guò)。而如果深度H等于1.5×W或更大，存在于真空脫氣器底部或其附近的氣泡在玻璃熔體流經(jīng)在真空脫氣器12的時(shí)間內(nèi)來(lái)不及上浮到玻璃熔體表面。而且，當(dāng)玻璃熔體深度超過(guò)作為上述范圍上限的1.5×W時(shí)，作用于真空脫氣器底部或其附近的玻璃熔體的壓力太高，這些區(qū)域玻璃熔體中的氣泡的長(zhǎng)大就太慢，來(lái)不及上升到玻璃熔體表面，就存在氣泡隨同玻璃熔體從真空脫氣器流出的情況。
即使輸入真空脫氣器12的玻璃熔體達(dá)到上述脫氣允許范圍的上限，也能獲得預(yù)定的脫氣效果。然而，玻璃熔體深度宜為真空脫氣器高度的一半。例如，當(dāng)真空脫氣器12的高度為0.2-0.6米時(shí)，玻璃熔體的深度應(yīng)該在0.1-0.3米范圍。
圖1(a)中，真空脫氣器12的內(nèi)部為長(zhǎng)方柱形，流動(dòng)通道橫截面的形狀為長(zhǎng)方形，玻璃熔體在真空脫氣器12中的深度H[米]恒定不變。然而，本發(fā)明并不限于真空脫氣器內(nèi)部為長(zhǎng)方柱的情況，本發(fā)明還可以應(yīng)用于真空脫氣器底面從其上游部分到下游部分逐漸或分段上升或下降，而其頂面保持一定高度的情況。這種情況下，玻璃熔體的深度H[米]是指其玻璃熔體的平均深度。
而且，真空脫氣器12內(nèi)部可以是圓柱體形，其流動(dòng)通道橫截面的形狀為圓。這種情況下，玻璃熔體深度H[米]是指沿寬度方向變化的深度中最深部分的深度。此時(shí)真空脫氣器12的底面從玻璃熔體流動(dòng)的上游部分到下游部分可以逐漸或分段上升或下降，要確定玻璃熔體的深度H[米]，就取玻璃熔體流的平均深度。
如上所述，必須保證溶解的氣體盡可能多地進(jìn)入氣泡，使玻璃熔體中的氣泡上升破裂。這種情況下，到達(dá)玻璃熔體表面的氣泡若不破裂，就形成泡沫層。泡沫層具有保溫作用，結(jié)果玻璃熔體表面溫度降低，氣泡不會(huì)破裂。當(dāng)泡沫層擴(kuò)張時(shí)，它會(huì)鋪滿真空脫氣器12中的玻璃熔體，或與玻璃熔體流一起從真空脫氣器12排出。
從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，氣泡的破裂是很重要的。然而，氣泡的破裂取決于玻璃熔體表面的溫度，溶解氣體進(jìn)入氣泡的速率以及形成泡沫層每個(gè)氣泡的表面張力和形成各氣泡的玻璃熔體的粘度。因此，當(dāng)確定了玻璃熔體的配方以及玻璃熔體的真空脫氣處理溫度后，必須將玻璃熔體與空氣接觸的表面積(氣泡破裂所必需的)和玻璃熔體流量間的關(guān)系確定在一預(yù)定范圍。
就是說(shuō)，在玻璃熔體通過(guò)真空脫氣器12內(nèi)部期間，真空脫氣器12由玻璃熔體中的氣泡上升到玻璃熔體表面發(fā)生破裂，在減壓條件下氣泡中的氣體組分排出到上部空間12s的過(guò)程中，本發(fā)明中，為使氣泡破裂，在減壓條件下與上部空間12s接觸的玻璃熔體表面積S1[米2](圖1(b)所示的粗陰影部分的面積)和玻璃熔體的流量Q[噸/小時(shí)]應(yīng)滿足下式0.24米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜12米2·小時(shí)/噸更好的應(yīng)滿足下式0.5米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜10米2·小時(shí)/噸上式成立的原因如下。如果真空脫氣器12中的玻璃熔體表面積S1[米2]等于0.24×Q或更小，上升到玻璃熔體表面的許多氣泡會(huì)停留在表面，形成在真空脫氣器12中不會(huì)破裂的泡沫層，這樣脫氣效果就很差。若表面積S1[米2]等于12×Q或更大，真空脫氣器12中的玻璃熔體的深度就太淺，會(huì)由于玻璃熔體流的摩擦阻力而使玻璃熔體不能以預(yù)定的流量通過(guò)。
圖1(b)中，減壓條件下與上部空間12s接觸的玻璃熔體表面為長(zhǎng)方形。然而，本發(fā)明中，玻璃熔體表面的形狀不限于長(zhǎng)方形，其形狀可以是真空脫氣器12內(nèi)的寬度，可從其上游部分到其下游部分逐漸或分段變窄或變寬。
而且，玻璃熔體中氣泡大上升的速率(氣泡長(zhǎng)大時(shí)上升速率增大)與氣泡直徑的關(guān)系取決于Stoke公式。當(dāng)玻璃熔體的粘度給定時(shí)，可根據(jù)氣泡大小確定氣泡上升到玻璃熔體表面所需的時(shí)間。例如，若所用玻璃熔體的粘度為500-5000泊，并假定氣泡上浮100厘米距離用時(shí)60分鐘，在500泊情況下氣泡的最小直徑應(yīng)該是10毫米，在5000泊情況下氣泡的最小直徑為30毫米。即，直徑為30毫米或更大的氣泡一定能在60分鐘內(nèi)脫氣除去。這種情況下，上升速率為0.25厘米/秒或更大。
因此，為確保氣泡在玻璃熔體流中上升，必須確定玻璃熔體的流量使得其流速小于0.25厘米/秒(例如，當(dāng)玻璃熔體以500噸/天的流量通過(guò)時(shí)，真空脫氣器12流動(dòng)通道橫截面的面積為9200厘米2或更大，真空脫氣器12的流動(dòng)通道長(zhǎng)度約為1米)。
這種情況下，如圖1(a)所示，提供向下管道16使玻璃熔體下降，在與向下管道16連接的真空脫氣器12的出口或其附近形成下降的流體。當(dāng)玻璃熔體中的氣泡上升速率小于下降流體的下降速率時(shí)，玻璃熔體中長(zhǎng)大的氣泡就被下降流體夾帶，而不能在與向下管道16連接的出口或其附近上升到玻璃熔體表面，結(jié)果存在排出的玻璃熔體中含有氣泡的危險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明中，連接到真空脫氣器12的向下管道16橫截面的表面積S2[米2](圖1(c)中粗陰影部分的面積)和玻璃熔體的流量Q[噸/小時(shí)]應(yīng)滿足下式。即，或者是僅向下管道16，或者是向下管道16和向上管道14都應(yīng)滿足下式0.008米2·小時(shí)/噸＜S2/Q＜0.96米2·小時(shí)/噸更好應(yīng)滿足0.01米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜0.96米2·小時(shí)/噸，尤其應(yīng)滿足，0.01米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜0.1米2·小時(shí)/噸應(yīng)滿足上式的原因如下當(dāng)向下管道16的流動(dòng)通道橫截面面積S2[米2]等于0.008×Q或更小時(shí)，在連接向下管道16的出口或其附近，玻璃熔體流的流速的向下矢量就太大，使得氣泡被向下管道16中逆向于上浮方向流動(dòng)的玻璃熔體流所夾帶。而流動(dòng)通道橫截面的面積S2[米2]等于0.96×Q或更大時(shí)，向下管道16的直徑增加，設(shè)備的重量和成本增加。
圖1(c)所示的實(shí)施方案中，流動(dòng)通道橫截面的形狀為長(zhǎng)方形。然而，本發(fā)明不限于這種形狀，例如可以使用圓形。
本發(fā)明涉及對(duì)原在壓力P[mmHg]條件下的玻璃熔體進(jìn)行脫氣的真空脫氣法。然而，壓力P[mmHg]并不必總是大氣壓的壓力。例如，可以是在與大氣壓力隔離的封閉熔制器內(nèi)熔制獲得玻璃熔體的情況下采用的任意壓力。而且，在壓力P[mmHg]條件下的玻璃熔體可以不具有自由表面。
下面將參考實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明對(duì)玻璃熔體的真空脫氣法。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明不受這些具體實(shí)施例的限制。
這些實(shí)施例中，在下面所述的各種條件下進(jìn)行玻璃熔體流的脫氣，檢測(cè)脫氣處理前后玻璃熔體中所含氣泡的數(shù)目，即氣泡的密度。使用圖2所示的真空脫氣設(shè)備20進(jìn)行玻璃熔體流的脫氣處理。
圖2所示的真空脫氣設(shè)備20是能產(chǎn)生按圖2箭頭所示玻璃熔體流的設(shè)備，該玻璃熔體流是利用在前面槽21和后面的槽28中玻璃熔體的表面差引起的虹吸原理產(chǎn)生的，玻璃熔體則在真空脫氣器22中進(jìn)行脫氣。設(shè)備20包括制成一體的真空罩殼23、真空脫氣器22、向上管道24和向下管道26。在前面的槽21和后面的槽28充滿玻璃熔體G，根據(jù)真空脫氣器22的壓力，適當(dāng)調(diào)整真空罩殼23、真空脫氣器22、向上管道24和向下管道26高度的位置。
使用的真空罩殼23由具有閘門形狀的金屬殼制成，用以保持真空脫氣器22、向上管道24和向下管道26的氣密性。真空罩殼23制成能包容真空脫氣器22以及向上管道和向下管道26主要部分的結(jié)構(gòu)；用外面提供的真空泵(圖中未示)抽吸空氣，提供22、24和26中減壓條件，并通過(guò)真空脫氣器22上形成的開(kāi)口22a和22b，保持預(yù)定壓力的減壓條件。而且，在真空脫氣器22、向上管道24、向下管道26和真空箱體23之間的空間中裝有絕熱材料27防止熱量的散失。
通過(guò)對(duì)真空罩殼23抽真空，在真空脫氣器22、向上管道24、向下管道26中形成大于38[mmHg](0.05大氣壓)但小于(P0-50)[mmHg](相對(duì)于大氣壓力P0[mmHg])壓力的真空室。具體而言，在容器22、向上管道24和向下管道26中形成真空室，比熔化器25中玻璃熔體G液面高Z1距離的水平面以上的所有部分。因此，在真空室中流動(dòng)的玻璃熔體的重量對(duì)應(yīng)于向上管道24、真空脫氣器22和向下管道26中，從比熔化器25中玻璃熔體G液面高Z1距離的水平面直到真空脫氣器22中玻璃熔體G表面的區(qū)域中所含的玻璃熔體(即存在于圖2粗陰影部分中的玻璃熔體)的總重量。
此實(shí)施例中，真空脫氣器22、向上管道24和向下管道26中流動(dòng)通道的橫截面形狀可為圓形或長(zhǎng)方形。玻璃熔體流的深度在玻璃熔體流動(dòng)方向上保持不變。而且，使玻璃熔體流的寬度保持不變，以便在減壓條件下與上部空間22s接觸的玻璃熔體流表面的形狀為長(zhǎng)方形。
在表1所示的實(shí)施例1-6中，由字母A-E表示玻璃熔體的種類，其組成(％(重量))列于表2，使用上述真空脫氣設(shè)備20在表1的玻璃熔體溫度[℃]下進(jìn)行脫氣處理。
所有實(shí)施例1-6中，在開(kāi)始脫氣處理的正常操作之后，在前面槽21和后面槽28抽取玻璃熔體樣品，采用邊緣光線法檢測(cè)氣泡密度是否在允許的范圍。這種情況下，氣泡密度的允許范圍為1[個(gè)/千克]以下。
表1
表2
所有實(shí)施例1-6中，如表1所示，真空脫氣處理后單位重量中的氣泡數(shù)目很小，在允許范圍以內(nèi)，不會(huì)引起玻璃產(chǎn)品質(zhì)量的下降。
由上述這些實(shí)施例可見(jiàn)，氣泡密度都在允許的范圍之內(nèi)，通過(guò)提供如下的條件可以有效并確切地獲得脫氣效果。即將玻璃熔體送入真空室，真空室使玻璃熔體受到的壓力大于38[mmHg]但小于(P0-50)[mmHg]，在真空室內(nèi)進(jìn)行玻璃熔體的脫氣，脫氣后的玻璃熔體在壓力P0[mmHg]的推動(dòng)下以流量Q[噸/小時(shí)]排放，由在真空室流動(dòng)的玻璃熔體重量W[噸]除以玻璃熔體流量Q[噸/小時(shí)]獲得的玻璃熔體在真空室中的停留時(shí)間在0.12-4.8小時(shí)范圍。
這些實(shí)施例還表明，玻璃熔體在真空脫氣器中的深度和表面積，以及其在向上管道或向下管道中流動(dòng)通道橫截面的面積是在預(yù)定范圍之內(nèi)。
在比較例中，當(dāng)玻璃熔體流量Q為16.667[噸/小時(shí)](即約400噸/天)時(shí)，要求玻璃熔體在真空室內(nèi)的重量W為13.8[噸]；W/Q為0.828[小時(shí)]，其它條件值列于表1的比較例中。
上面已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的玻璃熔體脫氣法。然而，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。例如，如圖3所示，真空脫氣設(shè)備30由熔化器35、進(jìn)料管34、真空脫氣器32、排料管36和后面的槽38構(gòu)成一整體設(shè)備；在進(jìn)料管34中裝有螺桿泵31，用來(lái)控制玻璃熔體G的流量；在排料管36中裝有螺桿泵39，用來(lái)加速玻璃熔體G的排放，結(jié)果真空脫氣器32中玻璃熔體的表面始終與熔化器35中玻璃熔體G的表面在一水平面上。
由于真空罩殼33內(nèi)減壓的結(jié)果，在向上管道34a、真空脫氣器32和向下管道36a的部分(即圖3粗陰影部分表示的部分)形成能提供大于38[mmHg]但小于(P0-50)[mmHg](相對(duì)于大氣壓力P0)壓力的真空室，該部分為熔制器35中的玻璃熔體G的表面到比該表面低距離Z2的水平面之間的區(qū)域。因此，在比熔化器35玻璃熔體G的表面低的部分中形成提供(P0-50)[mmHg]或更小壓力的真空室，這是由于通過(guò)螺桿泵31、39控制玻璃熔體的流量，改變玻璃熔體壓力的結(jié)果。
因此，在真空室流動(dòng)的玻璃熔體的重量W[噸]對(duì)應(yīng)于從熔化器35中玻璃熔體G表面與比該玻璃熔體G表面低距離Z2的水平面之間玻璃熔體的重量(圖中粗陰影部分的玻璃熔體重量)。
對(duì)于本發(fā)明，可以在本發(fā)明范圍進(jìn)行各種改進(jìn)和變動(dòng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行玻璃熔體流脫氣，是將玻璃熔體送入真空室進(jìn)行玻璃熔體的脫氣，該真空室可提供大于38[mmHg]但小于(P0-50)[mmHg](相對(duì)于大氣壓力P0)的壓力，脫氣后的玻璃熔體在壓力P[mmHg]下以流量Q[噸/小時(shí)]排放，由在真空室流動(dòng)的玻璃熔體重量W除以玻璃熔體流量Q[噸/小時(shí)]獲得的玻璃熔體在真空室內(nèi)的停留時(shí)間為0.12-4.8小時(shí)范圍，從而可有效并確切地制得不含夾帶氣泡的玻璃熔體。
而且，將真空脫氣器中玻璃熔體的深度和表面的面積以及在向下管道中流動(dòng)通道的橫截面積設(shè)置在一預(yù)定范圍，可有效并確切地制得不含氣泡的玻璃熔體。
權(quán)利要求
1.一種用于玻璃熔體的真空脫氣法，該方法包括下列步驟在壓力P[mmHg]下將玻璃熔體輸入真空室，使玻璃熔體受到的壓力在38[mmHg]-(P-50)[mmHg]范圍，對(duì)玻璃熔體進(jìn)行脫氣，在壓力P[mmHg]下以Q[噸/小時(shí)]的流量從真空室排出經(jīng)脫氣的玻璃熔體，玻璃熔體在真空室中的停留時(shí)間在0.12-4.8小時(shí)范圍，停留時(shí)間是將真空室中流動(dòng)的玻璃熔體重量W[噸]除以玻璃熔體流量Q[噸/小時(shí)]獲得的。
2.如權(quán)利要求1所述的用于玻璃熔體的真空脫氣法，其中所述真空室包括一個(gè)真空脫氣器，玻璃熔體以基本上水平狀態(tài)通過(guò)該真空脫氣器進(jìn)行脫氣，真空脫氣器中玻璃熔體的深度H[米]和玻璃熔體的重量W[噸]滿足下式(1)0.010米/噸＜H/W＜1.5米/噸(1)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于玻璃熔體的真空脫氣法，其中所述玻璃熔體在真空脫氣器中的表面積S1[米2]和玻璃熔體流量Q[噸/小時(shí)]滿足下式(2)0.24米2·小時(shí)/噸＜S1/Q＜12米2·小時(shí)/噸(2)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的用于玻璃熔體的真空脫氣法，其中所述真空室包括一根連接到真空脫氣器用于從其中排放玻璃熔體的向下管道，該向下管道連接到真空脫氣器的流動(dòng)通道的橫截面積S2[米2]和玻璃熔體流量Q[噸/小時(shí)]滿足下式(3)0.008米2·小時(shí)/噸＜S2/Q＜0.96米2·小時(shí)/噸(3)。
全文摘要
在壓力P[mmHg]下將玻璃熔體輸入真空室,使玻璃熔體所受的壓力在38[mmHg]－(P－50)[mmHg]范圍,對(duì)玻璃熔體進(jìn)行脫氣時(shí),玻璃熔體在真空室中的停留時(shí)間在0.12—4.8小時(shí)范圍,從而可達(dá)到對(duì)玻璃熔體有效脫氣的作用。
文檔編號(hào)C03B5/225GK1270148SQ0010682
公開(kāi)日2000年10月18日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月13日
發(fā)明者河口年安, 大林浩治, 岡田操, 竹居祐輔 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社