專利名稱：用于在前爐中控制玻璃成型材料的溫度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及玻璃纖維成型裝置中的前爐，并且更具體地， 涉及將基本上均勻的溫度提供給前爐端部位置兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃成型 材料的前爐。
背景技術(shù)：
在成型玻璃纖維中，玻璃成型材料在玻璃熔化爐中加熱直到玻璃 成型材料退化至熔化狀態(tài)。熔融態(tài)玻璃從玻璃熔化爐傳遞并且進(jìn)入與 玻璃熔化爐和玻璃成型機(jī)器聯(lián)接的前爐。在熔融態(tài)玻璃流過(guò)前爐時(shí)， 其向下穿過(guò)沿著前爐的底部以間隔開(kāi)的關(guān)系定位的開(kāi)口并且進(jìn)入漏 板。玻璃流然后通過(guò)定位于漏板中的孔口變細(xì)并且通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人 員已知的方法成型為玻璃絲或纖維。
前爐用來(lái)熱調(diào)節(jié)熔融態(tài)玻璃材料，以使得其匹配玻璃成型機(jī)器的 物理和化學(xué)要求。前爐包括很多開(kāi)口，以將熔融態(tài)玻璃材料輸送至漏 板。最初或第一開(kāi)口通常被稱為"取出"位置并且前爐的槽中的最后開(kāi) 口被稱為"端部位置"?，F(xiàn)有技術(shù)已知，當(dāng)熔融態(tài)玻璃材料流過(guò)前爐時(shí)， 在熔融態(tài)玻璃材料內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。例如，端部位置處的熔融態(tài)玻璃 傳遞溫度低于其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃傳遞溫度。還已知，前爐傾向 于從端壁向外部損失熱量，從而引起端部位置處的熔融態(tài)玻璃材料顯 著更冷并且與其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃相比受熱不均勻。
從端部位置的熱損失在圖1中示出。如圖1中所示，燃燒氣體在
定位于前爐IO的頂部14和熔融態(tài)玻璃成型材料16之間的氣體室12 內(nèi)流動(dòng)。氣體燃燒器15將火焰噴射入氣體燃燒室12以升高并且保持 氣體室12內(nèi)的燃燒氣體的溫度。氣體室12中的熱氣體用來(lái)保持熔融 態(tài)玻璃成型材料16的溫度，用于優(yōu)化傳遞。在圖1中，熔融態(tài)玻璃材 料16沿著兩個(gè)側(cè)壁(未示出)之間的溢料口磚17從左至右(舉例來(lái)說(shuō)，向下)流動(dòng)并且緊鄰玻璃接觸壁11。熔融態(tài)玻璃成型材料16通 過(guò)由溢料口磚17、 17a以及漏板磚13、 13a中的開(kāi)口形成的端部位置 21離開(kāi)前爐10。在箭頭19的方向上穿過(guò)端壁18出現(xiàn)的熱損失在端部 位置21處在熔融態(tài)玻璃材料16內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。
熔融態(tài)玻璃傳遞溫度在端部位置21兩側(cè)的差異產(chǎn)生熔融態(tài)玻璃 16的粘性差異，這可引起所產(chǎn)生玻璃纖維以及用這些玻璃纖維制造的 最終產(chǎn)品的物理和化學(xué)性質(zhì)中的變化。另外，溫度差異可導(dǎo)致不符合 工藝規(guī)范的纖維。而且，熔融態(tài)玻璃材料16在端部位置21處降低的 溫度產(chǎn)生對(duì)于在漏板內(nèi)增加動(dòng)力以再加熱玻璃的需要。這個(gè)再加熱又 負(fù)面地改變漏板的性能。另外，玻璃成型材料16在端部位置21的較 低溫度引起所得到的玻璃纖維更高的剪裂率。這種剪裂率的增大導(dǎo)致 高水平的廢品以及加工效率的降低。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)努力降低前爐內(nèi)的溫度差異并且克服上述問(wèn)題。這 些努力的一些示例在下面描述。
Brax的美國(guó)專利No.4，069，032^^開(kāi)了一種裝置，其4吏流過(guò)前爐的 熔融態(tài)玻璃的溫度均勻化。這個(gè)創(chuàng)造性的前爐包括具有縱向脊的頂部。 這些脊限定冷卻氣流穿過(guò)其中以冷卻玻璃流的中央最熱部分的中央縱 向通道。側(cè)面通道促進(jìn)熱氣體的局部對(duì)流以再加熱熔融態(tài)玻璃的側(cè)面 部分。多個(gè)縱向地隔開(kāi)的電極從頂部懸掛于側(cè)面通道上方并且插入熔 融態(tài)玻璃以直接加熱熔融態(tài)玻璃的通道的側(cè)面部分。
Sheinkop的美國(guó)專利No.4，544，392公開(kāi)了 一種用于熱調(diào)節(jié)可熱軟 化材料(比如玻璃)的裝置。該裝置包括輔助加熱的漏板磚，其具有 非圓形開(kāi)口以將熔融態(tài)玻璃從前爐底部中的開(kāi)口傳輸至纖維成型漏 板。電阻加熱器元件穿過(guò)漏板磚的端部突起進(jìn)入與熔融態(tài)玻璃相接觸 的非圓形開(kāi)口。通過(guò)改變給加熱器元件供電的每個(gè)電源的設(shè)置，熔融 態(tài)玻璃能被選擇性地進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。
McMinn的美國(guó)專利No.5，327，452公開(kāi)了 一種用于玻璃爐的前爐， 其包括槽和在槽上方的頂部。頂部中朝著熔融態(tài)玻璃的表面向下延伸 的兩個(gè)縱向脊在前爐內(nèi)形成三個(gè)室。中央室形成用于冷卻空氣在熔融200780046021.5
說(shuō)明書(shū)第3/12頁(yè)
態(tài)玻璃流的中央部分上方流動(dòng)的管道。側(cè)室用作用于燃燒氣體流動(dòng)的 管道。分開(kāi)的出口被設(shè)置用于冷卻和燃燒氣體?？煽刈枘崞髦辽僭O(shè)置 于燃燒氣體出口處。平衡三個(gè)室之間的內(nèi)部壓力可確保冷卻空氣和燃 燒氣體沒(méi)有顯著的混合。鄰近加熱和冷卻室的壓力的平衡和調(diào)節(jié)據(jù)說(shuō) 允許熔融態(tài)玻璃的溫度的精細(xì)并且準(zhǔn)確的控制。
盡管減小前爐內(nèi)溫度差異的這些先前努力，該領(lǐng)域仍然需要一種 裝置和方法，用于加熱端部位置處的熔融態(tài)玻璃材料以將基本上均勻 的溫度提供至端部位置兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃成型材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至玻璃
成型裝置的前爐，其包括溢料口磚，其沿前爐的長(zhǎng)度延伸；頂部， 其覆蓋溢料口磚的至少一部分；氣體燃燒室，其定位于溢料口磚和頂 部之間；定位于端部開(kāi)口的下游的玻璃接觸壁；端壁；以及定位于玻 璃接觸壁和端壁之間的氣體腔。氣體腔可定位為距玻璃接觸壁一個(gè)從 大約l英寸至大約12英寸的距離并且至少延伸至端部位置，并且優(yōu)選 地經(jīng)過(guò)漏板磚。來(lái)自氣體腔中的熱的燃燒氣體的熱量傳送穿過(guò)玻璃接 觸壁并且進(jìn)入位于端部位置處的熔融態(tài)玻璃。該熱量傳送減少了熔融 態(tài)玻璃成型材料在端部位置兩側(cè)的溫度梯度并且將熔融態(tài)玻璃成型材 料的溫度調(diào)節(jié)至與其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃的溫度更加一致的溫度。 另外，通過(guò)將氣體腔定位于玻璃接觸壁和端部之間并且允許熱的燃燒 氣體進(jìn)入氣體腔，端壁遠(yuǎn)離熔融態(tài)玻璃成型材料并且可在端部位置兩 側(cè)獲得更加均勻的溫度。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是提供一種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至 玻璃成型裝置的前爐，其包括支撐于端部開(kāi)口上游的溢料口磚上的窯 坎。窯坎剛性地緊固至溢料口磚并且朝著熔融態(tài)玻璃材料的頂表面向 上延伸。窯坎的形狀或形式?jīng)]有具體地受到限制，只要窯坎允許位于 溢料口磚上或附近的熔融態(tài)玻璃材料在窯坎上方形成通路。另外，窯 坎可由能承受熔融態(tài)玻璃成型材料的溫度的任何材料形成。窯坎可定 位于距端部位置向上游至少5英寸的距離。在操作中，窯坎迫使熔融態(tài)玻璃在氣體燃燒室中的熱的燃燒氣體附近流動(dòng)。于是，由窯坎迫使 至頂表面的熔融態(tài)玻璃材料仍然與熱的燃燒氣體緊密接觸一個(gè)延長(zhǎng)的 時(shí)間段。因而， 一旦熔融態(tài)玻璃材料經(jīng)過(guò)窯坎并靠近端部位置，其具 有比前爐中其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃材料的溫度更高或更一致的溫 度。
本發(fā)明的又一 目標(biāo)是提供一種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至 玻璃成型裝置的前爐，其包括在端部開(kāi)口附近支撐于溢料口磚上的耐 火磚。耐火磚具有與溢料口磚和漏板磚中的開(kāi)口相匹配的開(kāi)口，以使 得熔融態(tài)玻璃材料能通過(guò)端部位置離開(kāi)前爐。耐火磚可由在性質(zhì)上是 非腐蝕性的或基本上非腐蝕性的任何材料形成。耐火磚的高度可以是 任何期望的高度，只要耐火磚仍然浸沒(méi)在熔融態(tài)玻璃材料中。在操作 中，熔融態(tài)玻璃在耐火磚的上游部分上方流動(dòng)，在該處其更充分且快 速地由氣體腔中的燃燒氣體加熱，因?yàn)樵谀突鸫u上方流動(dòng)的熔融態(tài)玻 璃的深度降低。熔融態(tài)玻璃成型材料的這個(gè)深度降低允許來(lái)自燃燒氣 體的熱量穿過(guò)熔融態(tài)玻璃并且更完全地加熱耐火磚的上游部分上方的 熔融態(tài)玻璃，從而獲得與位于其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃成型材料的溫 度更加一致的溫度。另外，耐火磚降低熔融態(tài)玻璃在端部位置上方的 停留時(shí)間和體積。更短的停留時(shí)間降低了熔融態(tài)玻璃在流過(guò)端部位置 之前損失的熱能的量，這使得熔融態(tài)玻璃成型材料在端部位置兩側(cè)的 溫度差異降低。
本發(fā)明的再一 目標(biāo)是提供一種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料傳輸至
玻璃成型裝置的前爐，其包括具有溢料口磚的氣體燃燒室，溢料口 磚包括端部位置；定位于端部位置下游的玻璃接觸壁；定位于端部位 置下游的端壁；以及插入在端壁、溢料口磚以及定位于溢料口磚下面 的漏板之間的加熱元件。加熱元件的形式或類型不必受到限制，并且 可以是能提供足以將端部位置處的熔融態(tài)玻璃材料的溫度升高至與其 它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃材料的溫度相同或基本上相同的溫度。優(yōu)選地， 加熱元件能獲得至少2100。F的溫度。加熱元件能使熱量傳遞通過(guò)端 壁、溢料口磚以及漏板磚，以加熱緊鄰玻璃接觸壁的熔融態(tài)玻璃材料
9并且抵消通過(guò)端壁的熱損失。因而，加熱元件將位于端部位置處的熔 融態(tài)玻璃材料的溫度升高至與其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃材料的溫度更 加一致的溫度。另外，玻璃接觸壁附近的熔融態(tài)玻璃材料的溫度的升 高使熔融態(tài)玻璃成型材料在端部位置兩側(cè)的溫度梯度減小。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)降低端部位置兩側(cè)的溫度梯度，能 獲得玻璃纖維均勻或基本上均勻的化學(xué)和物理性質(zhì)。
本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)熔融態(tài)玻璃材料在端部位置兩側(cè)具 有均勻或基本上均勻的溫度時(shí)，出現(xiàn)剪裂率的降低。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)熔融態(tài)玻璃材料在端部位置兩側(cè)的 溫度梯度很小或不存在溫度梯度時(shí)，流過(guò)端部位置并進(jìn)入漏板的熔融 態(tài)玻璃具有更加均勻的粘度。于是，能形成更加均勻的玻璃纖維和玻 璃產(chǎn)品。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)在前爐內(nèi)在玻璃接觸壁和端壁之間 采用氣體腔時(shí)，無(wú)需另外的能源或控制系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，加熱元件允許對(duì)于給定裝置的具體熱 需求進(jìn)行控制和定制。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)在于，前爐給前爐的端部位置兩側(cè)的熔融態(tài)玻 璃成型材料提供了基本上均勻的溫度。
本發(fā)明的前述和其它目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在考慮下面的詳細(xì)描述后 將更加完全地顯現(xiàn)。然而，要理解到，附閨是示例性的目的并且不構(gòu) 成本發(fā)明范圍的限制。


本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在考慮以下本發(fā)明的詳細(xì)公開(kāi)，尤其在結(jié)合附圖時(shí)
變得明了，其中
圖l是常規(guī)前爐的示意性局部截面圖，示出端部位置以及穿過(guò)端 壁的熱損失；
圖2是本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性局部截面圖，其中氣 體腔定位于玻璃接觸壁和端壁之間；
圖3是本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性局部截面圖，其中窯坎(weir)在端部位置之前插入熔融態(tài)玻璃流；
圖4是本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的示意性局部截面圖，其中耐 火磚在端部位置之前插入熔融態(tài)玻璃流；以及
圖5是本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性局部截面圖，其中 加熱元件用來(lái)在端部位置處加熱熔融態(tài)玻璃材料。
具體實(shí)施例方式
除非另外規(guī)定，這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明所述 領(lǐng)域的技術(shù)人員所共同地理解的相同含義。盡管與這里描述的那些類 似或等同的任何方法和材料能在本發(fā)明的實(shí)踐或測(cè)試中使用，但是在 這里描述了優(yōu)選的方法和材料。這里所引用的所有參考文獻(xiàn)，包括出 版的或相應(yīng)的美國(guó)或外國(guó)專利申請(qǐng)、授權(quán)的美國(guó)或外國(guó)專利，以及任 何其它參考文獻(xiàn)，每個(gè)都通過(guò)參考整體地結(jié)合于此，包括存在于所引
用參考中的所有數(shù)據(jù)、表格、圖形以及文字。
在圖中，線、層和區(qū)域的厚度為了清楚起見(jiàn)可以放大。要注意到， 在全部附圖中發(fā)現(xiàn)的相同的數(shù)字指示相同的元件。將理解到，在元件 被稱為在另一個(gè)元件"上"時(shí)，其能直接在另一個(gè)元件上或可存在插入 元件。另外，要注意到，在元件被稱為"鄰近"另一個(gè)元件時(shí)，其能直 接鄰近或靠近另 一個(gè)的元件或可具有插入元件。
本發(fā)明涉及前爐，其將基本上均勻的溫度提供至在前爐的端部位 置(端部開(kāi)口 )兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃成型材料。如上所述，前爐包括多 個(gè)開(kāi)口，以將熔融態(tài)玻璃材料輸送至漏板。最初或第一開(kāi)口一般被稱 為"取出"位置并且前爐中的最后開(kāi)口通常稱為"端部位置"?？稍陂_(kāi)口 兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃材料沒(méi)有顯著的溫度梯度時(shí)獲得玻璃纖維以及由玻 璃纖維形成的最終產(chǎn)品的均勻或基本上均勻的化學(xué)和物理性質(zhì)。例如， 如果開(kāi)口(比如端部位置)兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃成型材料沒(méi)有溫度梯度 或溫度梯度很小，流過(guò)開(kāi)口并且進(jìn)入漏板的熔融態(tài)玻璃具有更均勻的 粘性。更均勻的玻璃纖維和玻璃產(chǎn)品可在玻璃粘性的變化降低時(shí)成型。 另外，在熔融態(tài)玻璃成型材料具有與開(kāi)口兩側(cè)的材料基本相同的溫度 時(shí)，出現(xiàn)剪裂率的降低。因此，可減少由玻璃纖維的破裂產(chǎn)生的廢品并且可提高玻璃纖維的制造效率。
圖2示出本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，其中前爐25內(nèi)的燃燒氣體 室12延伸過(guò)玻璃接觸壁11并且進(jìn)入氣體腔22。在操作中，熔融態(tài)玻 璃成型材料16沿著溢料口磚17如由箭頭28所示向下游流動(dòng)(如在圖 2中所示從左至右)穿過(guò)在兩個(gè)豎直地定位的側(cè)壁(未示出)之間形 成的通道并且緊鄰玻璃接觸壁11。溢料口磚17、 17a沿前爐25的長(zhǎng) 度水平地延伸，并且可以是限定熔融態(tài)玻璃流的通道的壁。熱的燃燒 氣體流過(guò)定位于頂部14和熔融態(tài)玻璃成型材料16之間的燃燒氣體室 12。頂部14可包括縱向地延伸的系列耐火頂部磚元件，該耐火頂部磚 元件至少局部地覆蓋溢料口磚17、 17a。氣體燃燒器15、 15a將火焰 噴入氣體燃燒室12以升高并且保持氣體室12內(nèi)的燃燒氣體的溫度。 盡管存在氣體燃燒器15a，但是與前爐25內(nèi)的其它開(kāi)口 (未示出)相 比，端部位置21 (端部開(kāi)口 )處的熔融態(tài)玻璃成型材料16通常具有 減小或更低的溫度并且在端部位置21兩側(cè)存在溫度差異。這很大程度 上是由于傳統(tǒng)上不包括熱源的端壁18的較低溫度。因而，來(lái)自熔融態(tài) 玻璃成型材料16的熱量以比能被加熱的速率更大的速率從端壁18向 外(向外部)流動(dòng)，引起熔融態(tài)玻璃材料16在端部位置21上具有溫 度梯度。如圖l-5中所示，端壁18示出為由兩個(gè)耐火磚元件18a和 18b形成。
通過(guò)提供熱的燃燒氣體能進(jìn)入其中并且輻射熱量的氣體腔22，改 善了端部位置21兩側(cè)的熱平衡并且熔融態(tài)玻璃成型材料16在端部位 置21的寬度上具有更一致的溫度。氣體腔22定位于玻璃接觸壁11 和端壁18之間。在圖2中，氣體腔示出為定位于玻璃接觸壁和端壁 18的耐火磚元件18b之間。氣體腔22使氣體燃燒室12延伸超過(guò)玻璃 接觸壁11的一距離。要注意到，氣體腔22還至少延伸至漏板磚13a 的下游端，并且優(yōu)選地經(jīng)過(guò)漏板磚13a。氣體腔22可以從玻璃接觸壁 11延伸從大約1英寸至或大約12英寸的距離，并且優(yōu)選地從玻璃接 觸壁ll延伸大約6英寸的距離。另外，氣體腔22優(yōu)選地具有與從玻 璃接觸壁11的頂表面至端壁18的底表面的距離相等的深度。
12燃燒室12中的氣體燃燒器15a可用來(lái)給氣體腔22提供熱量。氣 體室12和氣體腔22中的熱的燃燒氣體釋放能量，以便以對(duì)流形式提 供熱量并且將能量輻射至周圍壁以及熔融態(tài)玻璃成型材料16。由于端 部位置21鄰近熔融態(tài)玻璃成型材料16的流的下游端，所以氣體腔22 提供用于端部位置21的延伸熱源。具體地，來(lái)自氣體腔22中的熱的 燃燒氣體的熱量傳遞通過(guò)玻璃接觸壁ll、溢料口磚17a以及漏板磚13a 并且進(jìn)入定位于端部位置21處的熔融態(tài)玻璃16中。這個(gè)熱傳遞減小 了熔融態(tài)玻璃成型材料16在端部位置21兩側(cè)的溫度梯度并且將熔融 態(tài)玻璃成型材料16的溫度調(diào)整至與其它開(kāi)口處的熔融態(tài)玻璃16的溫 度更一致的溫度。另外，通過(guò)在玻璃接觸壁11和端壁18之間形成氣 體腔22并且允許熱的燃燒氣體進(jìn)入氣體腔22，端壁18距離熔融態(tài)玻 璃成型材料16 —定距離并且可在端部位置21兩側(cè)獲得更均勻的溫度。 由于氣體腔22被動(dòng)地加熱熔融態(tài)玻璃成型材料16,所以不需要另外 的能源或控制系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖3示出本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例，其中窯坎23插入熔融態(tài)玻 璃流16。本領(lǐng)域已知，熔融態(tài)玻璃成型材料16具有從熔融態(tài)玻璃成 型材料16與燃燒氣體室12相接觸的頂表面24延伸至熔融態(tài)玻璃成型 材料16與溢料口磚17相接觸的底表面或底部26的溫度梯度。由于溢 料口磚17不經(jīng)受任何外部加熱，所以來(lái)自熔融態(tài)玻璃16的熱量通過(guò) 溢料口磚n向外流動(dòng)。熱量的這個(gè)向外流動(dòng)降低了底表面26處的熔
融態(tài)玻璃16的溫度。另外，與在底表面26處或底表面26附近流動(dòng)的 熔融態(tài)玻璃成型材料16相比，燃燒氣體室12中熱的燃燒氣體更容易 加熱頂表面24處的熔融態(tài)玻璃成型材料16，因?yàn)槠浣咏鼜臍怏w室12 中的熱的燃燒氣體散發(fā)的熱量。因而，穿過(guò)端部位置21離開(kāi)前爐的熔 融態(tài)玻璃成型材料16具有變化的溫度，這有助于在端部位置21兩側(cè) 產(chǎn)生溫度差異。另外，由于定位于底表面26處的熔融態(tài)玻璃成型材料 16沿著溢料口磚17已經(jīng)行進(jìn)最長(zhǎng)的距離并且損失了沿著其長(zhǎng)度穿過(guò) 溢料口磚17的熱量，端部位置21處的熔融態(tài)玻璃成型材料16具有比 其它開(kāi)口 (未示出)處的熔融態(tài)玻璃16的溫度更低的溫度。為了加熱端部位置21處的熔融態(tài)玻璃材料16，窯坎23可橫向于 前爐30內(nèi)的熔融態(tài)玻璃成型材料16的流動(dòng)方向并與該流動(dòng)方向垂直 地定位。在圖3中所示的實(shí)施例中，熔融態(tài)玻璃成型材料16如由箭頭 28所示在前爐30中向下游流動(dòng)(如圖2中所示從左至右)。氣體燃燒 器15、 15a將火焰噴射入定位于頂部14和熔融態(tài)玻璃成型材料16之 間的氣體燃燒室12，以升高并且保持氣體室12內(nèi)燃燒氣體的溫度。 窯坎23可以由能承受熔融態(tài)玻璃成型材料16的溫度的任何材料形成。 用于形成窯坎23的材料的適合示例包括但是不限于鎢、鎢合金、鉬、 鉬合金、鉑、鉑合金或耐火氧化鉻。優(yōu)選地，用來(lái)形成窯坎23的材料 在性質(zhì)上是非腐蝕性或基本上非腐蝕性的。
窯坎23剛性地緊固至溢料口磚17并且朝著熔融態(tài)玻璃成型材料 16的頂表面或頂部24向上延伸。窯坎23的形狀或形式?jīng)]有特別限制， 只要窯坎23允許定位于溢料口磚17上面或附近的熔融態(tài)玻璃成型材 料16在窯坎23上方形成通路。例如，窯坎23可形成為具有任何幾何 形狀，比如大致矩形、正方形或棱錐形。另外，窯坎23可設(shè)計(jì)為包括 各種幾何槽口 (比如倒"V"形或在中央具有半圓形或圓形孔)，以從 窯坎23的中央引導(dǎo)熔融態(tài)玻璃成型材料16的流動(dòng)。另外，窯坎23 可具有任何期望的厚度，只要窯坎23能承受穿過(guò)前爐30的熔融態(tài)玻 璃成型材料16的流動(dòng)。期望地，窯坎23可具有從大約1.5英寸至大 約3英寸的寬度。窯坎23不必由一個(gè)整體的部件形成。窯坎23可由 接合在一起的兩個(gè)或更多部件形成。
窯坎23可定位于距離端部位置21向上游至少5英寸。在優(yōu)選實(shí) 施例中，窯坎23定位于距離端部位置21向上游從大約5英寸至大約 IO英寸。窯坎優(yōu)選地浸沒(méi)于熔融態(tài)玻璃成型材料16中，以使得溢出 窯坎23的熔融態(tài)玻璃16具有從大約1英寸至大約2英寸的深度或厚 度。如由圖3中的箭頭28所示，在熱熔融態(tài)玻璃成型材料16達(dá)到窯 坎23時(shí)，熔融態(tài)玻璃成型材料16被迫向上并且允許在窯坎23上方流 動(dòng)的熔融態(tài)玻璃16在窯坎23上方通過(guò)。熔融態(tài)玻璃材料16的這個(gè)向 上運(yùn)動(dòng)迫使沿著熔融態(tài)玻璃材料16的底表面26定位的"較冷"的熔融態(tài)玻璃材料16向上至熔融態(tài)玻璃材料16的頂表面24，在此處，其由 氣體燃燒室12中的熱的燃燒氣體加熱。窯坎23的存在迫使熔融態(tài)玻 璃16鄰近氣體燃燒室12中熱的燃燒氣體流動(dòng)。因此，被窯坎23迫使 到頂表面24的熔融態(tài)玻璃材料16保持與熱的燃燒氣體緊密接觸一個(gè) 延長(zhǎng)的時(shí)間段。因而， 一旦熔融態(tài)玻璃成型材料16在窯坎23上方經(jīng) 過(guò)并且接近端部位置21，其具有與前爐30中的其它開(kāi)口 (未示出) 處的熔融態(tài)玻璃材料16的溫度相比更高并且更一致的溫度。
在圖4中所示的第三實(shí)施例中，耐火磚32定位為在前爐40中溢 料口磚17的上方鄰近端部位置21。如圖4中所示，耐火磚32具有與 溢料口磚17、 17a和漏板磚13、 13a中的開(kāi)口匹配的開(kāi)口 ，以使得熔 融態(tài)玻璃成型材料16能通過(guò)端部位置21離開(kāi)前爐40。耐火磚32可 由在性質(zhì)上是非腐蝕性或基本上非腐蝕性的任何材料構(gòu)成。適合的材 料的示例包括但是不限于鴒、鴒合金、鉬、鉬合金、鉑、鉑合金以及 耐火氧化鉻。耐火磚32的高度可以是任何期望的高度，只要耐火磚 32保持浸沒(méi)于熔融態(tài)玻璃成型材料16中。在一些示例性實(shí)施例中， 耐火磚32可具有從大約2英寸至大約3英寸的高度以及從大約7英寸 至大約8英寸的長(zhǎng)度。
為了此處描述的目的，耐火磚32分為定位于耐火磚32 (定位于 端部位置21的上方)中的開(kāi)口的兩側(cè)上的上游部分和下游部分。在熔 融態(tài)玻璃材料16在箭頭28的方向上穿過(guò)前爐40流動(dòng)至端部位置21 時(shí)，耐火磚32的上游部分迫使熔融態(tài)玻璃成型材料16定位在溢料口 磚17上或附近，以朝著表面24流動(dòng)。由于熔融態(tài)玻璃流16的降低的 深度，在耐火磚32的上游部分上方流動(dòng)的熔融態(tài)玻璃16由氣體室12 中的燃燒氣體更有效地并且更快速地加熱。舉例來(lái)說(shuō)，熔融態(tài)玻璃成 型材料16的深度(Di)在耐火磚32的上游部分上方減少至深度(D2) 的距離等于耐火磚32的高度。這個(gè)深度減小允許來(lái)自燃燒氣體的熱量 和來(lái)自氣體燃燒器15、 15a的熱量穿透熔融態(tài)玻璃16并且更完全地加 熱定位于耐火磚32的上游部分上方的熔融態(tài)玻璃16，從而獲得與定 位在其它開(kāi)口 (未示出)處的熔融態(tài)玻璃成型材料16的溫度更一致的溫度。另外，耐火磚32的上游部分減少端部位置21上方的熔融態(tài)玻 璃16的體積，并且因此減少了滯留時(shí)間。較短的滯留時(shí)間減少了熔融 態(tài)玻璃16在流過(guò)端部位置21之前會(huì)損失的熱能的量，這又引起熔融 態(tài)玻璃成型材料16在端部位置21兩側(cè)的溫度差異減小。
本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例在圖5中示出，其中加熱元件用來(lái) 加熱端部位置處的熔融態(tài)玻璃材料。對(duì)于這里描述的其它示例性實(shí)施 例，燃燒氣體在定位于前爐50的頂部14和熔融態(tài)玻璃成型材料16 之間的燃燒氣體室12內(nèi)流動(dòng)。氣體室12中的熱的氣體用來(lái)保持熔融 態(tài)玻璃成型材料16的溫度，用于優(yōu)化玻璃傳送。盡管存在氣體燃燒器 15、 15a，但是在箭頭19的方向上穿過(guò)端壁18出現(xiàn)的熱損失在端部位 置21的熔融態(tài)玻璃成型材料16內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。
為了消除或減少熔融態(tài)玻璃成型材料16在端部位置21兩側(cè)的這 個(gè)溫度差異，前爐50包括與端壁18、溢料口磚17a以及漏板磚13a 鄰接地定位(優(yōu)選地與之接合)的加熱元件或裝置34。在圖5中，加 熱元件34示出為鄰近端壁18的耐火磚元件18b。加熱元件34的形式 或類型不受限制，并且可以是能提供一個(gè)溫度的任何裝置或設(shè)備，該 溫度足以將端部位置21處的熔融態(tài)玻璃成型材料16的溫度升高至與 其它開(kāi)口 (未示出)處的熔融態(tài)玻璃成型材料16的溫度相同或基本上 相同的溫度。優(yōu)選地加熱元件34能獲得至少2100。F的溫度。適合的 加熱元件34的示例包括任何加熱裝置，比如鉬電極、鎳鉻絲、碳化硅、 鉑絲、噴燈、其中具有熱的可燃燒氣體的管道、發(fā)光棒以及其它高溫 熱源。 一個(gè)或多個(gè)加熱元件34可i殳置于前爐50中。
在圖5中，加熱元件34將熱傳遞穿過(guò)端壁18的耐火磚元件18b、 溢料口磚17a以及漏板磚13a，以加熱緊鄰玻璃接觸壁11的熔融態(tài)玻 璃成型材料16并且補(bǔ)償穿過(guò)端壁18的熱損失，從而通常作為防護(hù)加 熱器。因而加熱元件34使端部位置21處的熔融態(tài)玻璃成型材料16 的溫度升高至與其它開(kāi)口 (未示出)處的熔融態(tài)玻璃成型材料16的溫 度更一致的溫度。另外，緊鄰或鄰近玻璃接觸壁ll的熔融態(tài)玻璃成型 材料16的溫度的升高使熔融態(tài)玻璃成型材料16在端部位置21兩側(cè)的溫度梯度減小。加熱元件34有利地允許控制和定制給定過(guò)程的特定熱 需求。
本申請(qǐng)的發(fā)明在上面已經(jīng)一般性地和針對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行了描 述。雖然本發(fā)明已經(jīng)就視為優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行闡明，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的寬范圍的替代可在總體公開(kāi)內(nèi)進(jìn)行選擇。本發(fā)明僅受限于 所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至玻璃成型裝置的前爐，該前爐包括溢料口磚，該溢料口磚沿所述前爐的長(zhǎng)度延伸，熔融態(tài)玻璃成型材料在所述溢料口磚上方流動(dòng)，所述溢料口磚包括多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口包括端部開(kāi)口；頂部，該頂部覆蓋所述溢料口磚的至少一部分；氣體燃燒室，該氣體燃燒室定位于所述溢料口磚和所述頂部之間，所述氣體燃燒室容納燃燒氣體，以加熱所述熔融態(tài)玻璃成型材料；定位于所述端部開(kāi)口的下游的玻璃接觸壁；端壁；以及形成于所述玻璃接觸壁和所述端壁之間的氣體腔，所述氣體腔與所述燃燒室流體連通，用于使所述燃燒氣體流動(dòng)到所述氣體腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的前爐，其中定位于所述氣體腔中的所述 燃燒氣體輻射熱量穿過(guò)所述玻璃接觸壁和所述溢料口磚，以使所述端 部開(kāi)口處的所述熔融態(tài)玻璃成型材料的溫度升高，并使所述熔融態(tài)玻 璃成型材料在所述端部開(kāi)口兩側(cè)的溫度梯度減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前爐，其中所述氣體腔從所述玻璃接觸 壁延伸從大約l英寸至大約12英寸的一距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的前爐，其中所述氣體腔的深度等于從所 述玻璃接觸壁的頂表面至所述端壁的底表面的距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前爐，其中所述氣體腔至少延伸至定位 于所述前爐下方的漏板磚的下游端。
6. —種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至玻璃成型裝置的前爐， 該前爐包括溢料口磚，熔融態(tài)玻璃成型材料在該溢料口磚上方流動(dòng)至定位于 所述溢料口磚中的多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口包括端部開(kāi)口；以及 窯坎，所述窯坎在所述端部開(kāi)口的上游支撐于所述溢料口磚上，以使得僅允許所述熔融態(tài)玻璃成型材料的流的上部流過(guò)所述窯坎并且 到達(dá)所述端部開(kāi)口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的前爐，其中所述窯坎定位于距離所述端 部開(kāi)口向上游至少5英寸處。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的前爐，其中所述熔融態(tài)玻璃成型材料包 括底部和所述上部，并且所述窯坎迫使所述底部處的所述熔融態(tài)玻璃 成型材料朝著所述上部流動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的前爐，其中位于所述上部的所述熔融態(tài) 玻璃成型材料與定位于所述溢料口磚和至少局部地覆蓋所述溢料口磚 的頂部之間的氣體燃燒室中的燃燒氣體接觸，以使位于所述端部開(kāi)口 處的所述熔融態(tài)玻璃成型材料的溫度升高，從而使所述熔融態(tài)玻璃成 型材料在所述端部開(kāi)口兩側(cè)的溫度梯度減小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的前爐，其中所述熔融態(tài)玻璃成型材料 的所述流具有橫向?qū)挾?，所述窯坎形成為從所述窯坎的中央部分引導(dǎo) 所述熔融態(tài)玻璃成型材料的所述流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的前爐，其中所述窯坎包括至少一個(gè)幾 何槽口 ，以從所述窯坎的所述中央部分引導(dǎo)所述熔融態(tài)玻璃成型材料的所述流。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的前爐，其中所述幾何槽口是圓形或半 圓形孔。
13. —種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料輸送至玻璃成型裝置的前爐， 該前爐包括溢料口磚，所述熔融態(tài)玻璃成型材料在所述溢料口磚上方流動(dòng)至 所述溢料口磚中的多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口包括端部開(kāi)口；以及耐火磚，該耐火磚在所述端部開(kāi)口上方支撐于所述溢料口磚上并 且具有上游部分和下游部分，所述上游部分延伸至所述端部開(kāi)口，以 使得所述熔融態(tài)玻璃成型材料的流在鄰近所述端部開(kāi)口處的深度比在 所述端部開(kāi)口上游的其它所述開(kāi)口處的深度更淺。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的前爐，其中所述熔融態(tài)玻璃成型材料具有頂表面和底表面，并且所述耐火磚迫使所述底表面處的所述熔融 態(tài)玻璃成型材料朝著所述頂表面流動(dòng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的前爐，其中所述耐火磚的所述上游部 分浸沒(méi)于所述熔融態(tài)玻璃成型材料中，并且所述耐火磚的所述上游部游部分上方形成通路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的前爐，其中所述更淺的深度允許來(lái)自 所述燃燒氣體的熱量在所述耐火磚的所述上游部分上方穿透所述熔融 態(tài)玻璃成型材料，以使所述端部開(kāi)口處的所述熔融態(tài)玻璃成型材料的 溫度升高，從而使所述熔融態(tài)玻璃成型材料在所述端部開(kāi)口兩側(cè)的溫 度梯度減小。
17. —種用于將熔融態(tài)玻璃成型材料傳輸至玻璃成型裝置的前爐， 該前爐包括氣體燃燒室，該氣體燃燒室包括溢料口磚，所述熔融態(tài)玻璃成型 材料在所述溢料口磚上方流動(dòng)至所述溢料口磚中的多個(gè)開(kāi)口 ，所述多 個(gè)開(kāi)口包括端部開(kāi)口；定位于所述端部開(kāi)口的下游的玻璃接觸壁；定位于所述玻璃接觸壁下游并且與所述玻璃接觸壁相鄰的端壁；以及加熱元件，該加熱元件插入在所述端壁、所述溢料口磚以及定位 于所述溢料口磚下方的漏板之間，以減少所述熔融態(tài)玻璃成型材料在 所述端部開(kāi)口處的熱損失。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的前爐，其中所述加熱元件獲得至少 2100。F的溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的前爐，其中所述加熱元件選自由鉬電 極、鎳鉻線、碳化硅、鉑線、噴燈、其中具有可燃燒氣體的管道以及 發(fā)光棒構(gòu)成的組。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的前爐，其中所述加熱元件使定位為鄰 近所述玻璃接觸壁的所述熔融態(tài)玻璃成型材料的溫度升高，并使所述熔融態(tài)玻璃成型材料在所述端部開(kāi)口兩側(cè)的溫度梯度減小。
全文摘要
提供了給端部位置兩側(cè)的熔融態(tài)玻璃成型材料產(chǎn)生基本上均勻的溫度的前爐。前爐(25，30，40，50)中的氣體腔(22)、窯坎(23)、耐火磚(32)、或加熱元件(34)可用來(lái)減小熔融態(tài)玻璃成型材料在端部位置(21)兩側(cè)的溫度梯度。減小熔融態(tài)玻璃成型材料在端部位置(21)兩側(cè)的溫度梯度允許提高玻璃纖維以及由玻璃纖維形成的最終產(chǎn)品的化學(xué)和物理性質(zhì)。另外，端部位置兩側(cè)溫度梯度的減小產(chǎn)生了更均勻的玻璃纖維和玻璃制品。而且，在熔融態(tài)玻璃成型材料的溫度在端部位置兩側(cè)基本上相同時(shí)剪裂率減小，這使得玻璃纖維的破裂減少并且制造效率提高。
文檔編號(hào)C03B5/182GK101558016SQ200780046021
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者B·A·普爾諾德, B·L·比米斯, D·J·貝克, H·亞當(dāng)斯, P·J·普雷斯科特, W·L·施特賴歇爾 申請(qǐng)人:Ocv智識(shí)資本有限責(zé)任公司