精炼玻璃熔体的方法及熔炼和精炼玻璃熔体的装置

摘要

本发明公开一种精炼玻璃熔体的方法及熔炼和精炼玻璃熔体的装置，其中，熔炼槽底板位于熔体液面下方深度H处；精炼隔墙在横向方向上在熔炼槽的宽度B上延伸，并且它的上端面位于熔体液面下方深度h处；在精炼隔墙中形成有溢流堰，其针对熔体形成有溢流端面并且由钼或钨或耐火金属或由耐火金属形成的合金构成的金属挡板构成；溢流堰的上部区域完全独立地立于玻璃熔池中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种精炼玻璃熔体的方法，还涉及一种熔炼和精炼无机化合物尤其是玻璃碎片和/或玻璃混合物的装置。特别地涉及一种连续工艺。

背景技术

已知有许多装置可以用来熔炼或精炼上述的材料。本发明涉及玻璃熔炼炉，其包括熔炼槽(melting cistern)。熔炼槽包括熔炼区和精炼区。这两个区由隔墙(wall)彼此隔开，该隔墙通常称为“精炼隔墙”(refining wall)或“溢流隔墙”(overflow wall)。熔炼槽包括底板(floor)，隔墙立于其上。在玻璃熔炼炉运转时，隔墙的上端面低于熔体液面一定距离。

此类熔炼槽包括顶部炉体加热系统。为了这个目的，安装若干燃烧器。它们被用来提供空气或氧气以作为所供给的燃料的氧化媒介。

在隔墙前可以进一步配置喷气嘴。它们位于熔炼槽的底板内，也即位于隔墙前面。喷气嘴排列成行，其垂直于熔炼槽的纵向方向，因此垂直于熔体的流动方向延伸。喷气嘴被用来提供气体。

固定在底板上的电极通常也安装在隔墙的前面，并且也相对熔体流动的主方向横向地安装。以外，横向或纵向的加热系统以及斯科特连接(Scottconnection)也是可以的。

喷气嘴和电极具有以下功能：

熔体的膨胀点区域(swell point region)必须位于隔墙之前。玻璃需要被加热到足够高的程度以使其在加热状态下流过隔墙时不下沉，而是保持在表面区域。喷气嘴和/或其它的电加热系统在很大程度上保证了隔墙的这种作用(参见Springer-Verlag 1984出版的Trier的著作“G1asschmelzfen”(“G1ass Melting Furnaces”)中第2.4.3.III.2.9节，其中说明了由陶瓷材料制成的硼硅酸盐玻璃熔炼槽)。

欧洲专利EP 0 864 543 B1解释了喷气嘴的作用(参见ff.cit.loc.第4页第31行)。因此，喷气嘴起泡器(bubblers)产生液流循环，籍此喷气嘴起泡器从下部抽取玻璃并将其传送到玻璃熔池(glass bath)的表面。在这个过程中，较冷的玻璃比较热的玻璃沉降得更快。在液流循环中，存在冷热玻璃的分离。

通过布置一行电极减小了这种效应。这导致向上的液流，其确保玻璃大部分被传送到表面，并减小了返回液流。

从Verlag der DGG于1998出版的著作“HVG-Fortbildungskurse 1998”(HVG Courses for Further Education)第30至33页可知，已经有了一种包括由具有钼分隔板的隔墙砖构成的隔墙的玻璃熔炼槽。

每个溢流隔墙均受到严重的侵蚀。溢流隔墙在它的使用周期中易遭受到腐蚀，因而被逐渐磨蚀并缩短了其使用寿命。精炼的效率随玻璃覆盖的增加而降低。

为了增加陶瓷隔墙在玻璃中的使用寿命，目前采用在墙砖中的孔洞里通水或空气的方法使内置隔墙(built-in wall)得以冷却。冷却带来的不利影响是，大量的热被从溢流玻璃带走以致于在隔墙后面溢流玻璃不再保持在表面区域。这可能导致从熔炼槽中排出未充分精炼的玻璃。除非冷却变得有效，玻璃表面和隔墙表面之间的距离由于腐蚀作用而被显著增加。已有许多提议和尝试，在膨胀点之后而不是在隔墙之后，在熔炼槽中设置高效的上抽(drawn up)台阶作为所谓的熔炼平台(refining bench)，以便用强制性的方式使玻璃在溢流过程中保持在靠近玻璃熔池表面处从而得以精炼更长的时间。这种精炼平台受到欧洲专利EP 086 4 543的保护。精炼平台在玻璃流动方向上长800至2000毫米，在高度上距离结构性地形成的玻璃熔池表面不大于300毫米。这种精炼平台的不利之处是，在通常超过1600℃的高精炼温度下，玻璃仍然与精炼平台的耐火材料保持接触。因耐火材料的腐蚀产物造成的最终精炼玻璃的不纯无法排除。由于耐火材料受到的侵蚀，在熔炼槽的流动过程中，在熔炼槽的宽度方向上精炼平台的高度不能保持一致。这可能导致在精炼平台上形成有玻璃的从尤的液流通路进而产生未充分精炼的玻璃。

发明内容

本发明的目的是提供一种精炼玻璃熔体的方法，其特征在于它的高效性，尤其是可以高效地防止产生未精炼的玻璃。至于本装置，是在熔炼槽中设置一非冷却的隔墙，该隔墙在整个使用周期内保持其高度，且由高温下可抵抗熔融玻璃的材料构成，因此协同顶部炉体加热系统和隔墙前的附加的直接电加热系统，在膨胀区中，玻璃以可能的最低的均匀分布的速度在整个熔炼槽宽度范围内上升。随同压力降低0.2至0.3巴(bar)，玻璃的温度可以实现增加50至150K。

根据本发明，提供一种用于精炼玻璃熔体的方法，其中，玻璃熔体被导引漫过精炼隔墙，精炼隔墙大致上由相对于玻璃熔体的流动方向横向地和垂直地延伸的挡板构成。

根据本发明，玻璃熔体被导引以在精炼隔墙上精炼，该精炼隔墙大致由相对玻璃熔体的流动方向横向地和垂直地设置的挡板构成。其形成溢流堰(weir)。

挡板的作用如下：热的玻璃熔体在挡板前沿在熔体流动的方向朝玻璃熔池表面向上传送，且在通过挡板后在较长的时间里和长的路径上也保持在玻璃熔池的表面上。因此在表面上有充足的时间和空间来高效地精炼玻璃熔体。气泡从玻璃熔池表面处的热而低粘度的玻璃熔体中上升。在较长的时间和距离(例如，远至挡板后3米)里，玻璃熔体本身具有足够高的温度，且在表面处足够长。而且玻璃熔体只在熔炼槽的边缘或精炼区与耐火材料的相对小的表面接触。因此，与当前的精炼技术相比较，热的玻璃熔体对耐火材料的侵蚀低得多。

因此，本发明人认识到，根据本发明采用相对玻璃熔体的流动方向横向地和垂直地设置的挡板，可以提供比已知的设计更好的和更经济的精炼工艺。

根据本发明，挡板的厚度得以选择，使得它能承受住玻璃熔体的流动作用力。更厚的厚度是不需要的。于是，作为表面区域流动的玻璃熔体产生的作用在挡板上的作用力的函数，得到挡板的厚度，使得挡板产生至少同样大小的反作用力，而挡板不会从它的支撑物或固定物上扯裂掉或产生强烈的弹性变形。

耐火金属或由耐火金属形成的合金的金属板最适于用作挡板。钼或钨及其合金更适于使用。视熔炼槽的设置而定，挡板本身被刚性地固定到熔炼槽上或连接到熔炼槽的至少一部分上。

因而，本发明的主旨是溢流堰的设置，其利用由抗腐蚀的或基本上抗腐蚀的材料组成的挡板构成。可能的材料是例如钼或钨及其合金的耐火金属。

挡板优选地可以是整体设计或者是由多个相互连接的单个的挡板组成。挡板的支撑物或固定物至少间接与熔炼槽相连，即或者直接位于熔炼槽壁上或通过固定的方式被设置在熔炼槽中。

溢流堰可以具有挡板的形状，其厚度只有几个厘米厚，例如1到5厘米之间。它也可以较厚或较薄。溢流堰包括基本上优选的水平溢流端面(edge)。在操作的过程中，溢流堰位于熔体表面下较近的距离，例如距离25到250毫米。50到150毫米的范围也是可以的。

溢流堰或挡板不必须延伸至底板。因此较低的部分可以由不同的材料形成，例如耐火材料。本发明的基本内容如下：

1.因为所选用的材料的缘故，溢流堰或挡板不发生腐蚀，所以上端面总是保持在一个相同的水平面上，即这不仅是几个月而是在整个熔炼槽使用寿命期间。这意味着在熔炼槽中，对于给定的熔体液面，重叠(即溢流堰或挡板的上端面与熔体的液面之间的垂直距离)保持不变。

2.这还意味着可以形成非常小的尺度的溢流。因此流过溢流堰或挡板的上端面的熔体层是相对薄的。

3.随后，位于熔体中的单个气泡在溢流堰的溢流端面区域中必须覆盖的和进而向下流向熔体液面的路径是短的。因此以这种方式促进了气泡从熔体中逸出。

4.已知熔体熔池的温度由底部至顶部增加。这意味着液面区域的熔体的温度比底板处的高。因为溢流堰的上端面靠近熔体液面，所以熔体只流过具有特别高的温度的溢流堰的上端面。因为这个非常高的溢流熔体层的粘度也是非常低的，进一步促进了气泡从熔体中上升到液面。

本发明的优点也可以描述如下：

1)排出玻璃中的主要由氧气、卤化物或硫酸盐构成的精炼气体；

2)精炼气泡扩散到玻璃中残存的气泡中；

3)增加残存气泡；

4)溶解在玻璃中的残存气泡扩散到长大了的气泡中；

5)流过隔墙后，上升气体停留(dwelling)在玻璃熔池的表面处；

6)长大了的气泡可100％地从玻璃熔池的表面选出。

概括地，可如下描述：

通过应用本发明，就单位体积的需处理的熔体而言，精炼作用将变得更为有效。这意味着，在熔体区域和精炼区域中可以使用较低的温度来获得一定的玻璃质量，或作为另一个选择，在相同的温度条件下，对于特定要求的玻璃质量，可以被获得更高的产量。

因此，通过本发明可以分别地或同时地对玻璃质量、产量和能量输入参数产生积极的影响。

附图说明

通过参考附图更加详细地解释本发明，其中：

图1示出的是玻璃熔炼炉的隔墙的透视图，其中一个纵向侧壁已被忽略掉，隔墙包括衬有耐火材料的溢流堰；

图2示出的是根据本发明的熔炼槽的第二实施例，这个示例对应于图1中的示例，当耐火材料被腐蚀掉以后，在玻璃熔体中只有溢流堰完整有效地保持原有状态；

图3示出的是根据本发明的熔炼槽的第三实施例的正视图(elevatedview)，溢流堰只部分衬有耐火材料；

图4示出的是熔炼槽的第四实施例的示意图；以及

图5示出的是图4所示的熔炼槽的俯视图。

具体实施方式

根据本发明设置的如图1所示的装置，特别是玻璃熔炼炉的熔炼槽1，包括熔炼区2和精炼区3，以及槽底板4。两个纵向侧壁中只示出了一个侧壁5。另一个纵向侧壁被略掉以使示例更为清楚，为了同样的原因略掉两个正壁(face wall)。

也可以使用耐火衬里，其仅用来提供氧化保护层，或被设计用于在保护性的炉气氛或还原气氛中工作。

熔炼区2和精炼区3被精炼隔墙6彼此隔开。如可以看到的，精炼隔墙6垂直地自槽底板4凸出。

采用挡板7的形式的溢流堰结合在精炼隔墙6中。它涉及挡板7，其在熔炼槽1的内部空间的宽度上延伸，即在两个纵向侧壁之间。它也可以涉及连续挡板7，即多个彼此固定在一起的挡板。挡板相对玻璃熔体的流动方向横向地和垂直地延伸。

如可以看到的，挡板7被插入到精炼隔墙6中的间隙空间。在示出的状态中，挡板7完全陷入，因此溢流堰的上端面(upper edge)与精炼隔墙6的上端面处于同一水平面。

挡板7的上端面位于熔体液面8的下方与之相距h处(h＝50至250毫米，优选为100毫米)。

在根据图1至3的实施例中，台阶6.4和台阶6.5分别位于精炼隔墙6的前面和后面。如果池的深度较大，为了实现本发明的目的，上述的台阶已被证明是有用的。

在根据图4和图5的玻璃熔炼炉的熔炼槽1的其它实施例中，可以进一步了解细节。

设置两行喷气嘴9、10。它们被设置在槽底板4中。它们相对熔炼槽1的纵向方向横向地排列，因而在液流的主方向上。

三行电极11、12、13形成在喷气嘴9、10的下游。

成列的喷气嘴和电极位于精炼隔墙6之前。

必须注意以下尺寸：

熔炼槽空间的内部宽度是B(见图5)。

熔体液面高度是H(见图4)。换句话说，这意味着槽底板4位于液面8下方距离H处。

喷气嘴10与溢流堰、特别是与挡板7之间的距离是L₁。通常，L₁是H的2至5倍。它也可以取值为例如3倍或4倍或4.5倍。

作为液流主方向上的最后一行的那行喷气嘴10与作为液流主方向上的前面一行的那行电极11之间的距离L₂通常是H的0.5至3倍。它也可以处于例如1倍或1.5倍的范围内。

溢流堰，特别是挡板7，距离熔炼槽1的下游方向的正壁的距离为L₃，如在液流的主方向中所示，也即在熔炼槽1的纵向方向上。

根据本发明的优选实施例，溢流堰，特别是挡板7，由尺寸为熔炼槽宽度B×玻璃熔池高度H的厚度低的由钼、钨或主要含有钼、钨或其它耐火金属的合金形成的金属板构成，并且借助由适合的耐火金属制成的支撑部件加固，其固定在槽底板中，于是可以以无冷却的方式独立地立在玻璃熔池(glass bath)中。如果熔炼槽的宽度较小，则支撑部件不是必须的。

精炼隔墙6还可以包括以下特征：

1)它被配置到同流换热(recuperatively)或交流换热(regeneratively)加热的空气燃料(airfuel)熔炼槽中，或被构造在采用EZH或不采用EZH的氧气燃料(oxyfuel)熔炼槽中。

2)它适合精炼所有玻璃，例如碱石灰(soda-lime)玻璃、碱硼硅酸盐(alkaline borosilicate)玻璃、无碱硼硅酸盐(alkali-free borosilicate)玻璃或铝硅酸盐(aluminosilicate)玻璃。

3)它适合所有有用的精炼剂，例如诸如As₂O₃、Sb₂O₃、SnO₂、CeO₂、MoO₃的氧化精炼剂，诸如LiCl、NaCl、KCl、BaCl₂、SrCl₂的卤化物，或硫酸盐。

4)精炼隔墙的金属板被嵌在两个侧墙(栅栏(palisade))上位于特殊的栅栏砖(palisade brick)之间。

5)在熔炼槽的回火(tempering)过程中，精炼隔墙的金属板通过涂敷和/或覆盖玻璃板料(slab)和玻璃粒料(grain)来保护而防止氧化，否则将被逐渐地融化掉。

6)当熔炼槽充满熔体时，由于隔墙前后玻璃的液面差引起的玻璃的压力被安装在Mo或Wo板前后的墙砖或支撑物吸收掉。

7)当熔炼槽两边充满熔体时，墙砖或支撑物可以被忽略掉。

8)在砖墙被逐渐腐蚀的过程中，精炼隔墙的金属板以无冷却方式以全部高度立于玻璃熔池中，以致于在整个熔炼槽的使用周期内精炼隔墙的功能没有任何限制地得以保证。

9)精炼隔墙的金属板可以覆盖或衬以适合的耐火材料用以防止腐蚀。

因此，根据本发明的精炼隔墙6可以保持无需冷却。利用玻璃熔池中的顶部炉体加热系统和采用电极的可选的直接电加热系统，其中该玻璃熔池由熔炼部分、精炼部分和用于去掉熔融和精炼的玻璃的流体贯穿部分(flow-through)构成，精炼隔墙6适合在玻璃熔炼炉的炉缸(basin)中精炼不含气泡和残余气体的高要求玻璃。例如条纹和颗粒的墙体材料的腐蚀产物得以避免。

根据本发明的精炼隔墙6以这样一种方式得以恰当地安装，使得结合采用燃烧器的顶部炉体加热系统和具有相对玻璃液流横向延伸的至少一行电极和/或至少一行喷气嘴的选择性电加热系统，在超过1600℃的温度(或更低温度)条件下任何含在玻璃中的残余气泡在整个熔炼槽宽度范围内缓慢地均匀上升，这种缓慢的方式使得在上升期间实现在压力下降0.2至0.3巴的同时玻璃温度升高50至150K，并且由于该玻璃的密度相对隔墙后的玻璃密度较低故而在流过隔墙后该玻璃仍保持在玻璃熔池的表面上，由此充分的时间周期得到保证，因此在上升玻璃液流中释放的溶解在玻璃中的例如CO₂、H₂O、N₂、SO₂的精炼气体将扩散到残余气泡中，进而使残余气泡长大到一定程度使其在隔墙后上升到玻璃熔池的表面并从玻璃熔池表面与上面的空气的界面处选出。

本发明的主旨是上述的挡板7，在本示意性实施例中为金属板挡板。如果挡板7始终位于熔体液面之下，那么它不会有或者是只有很低的被腐蚀的可能性。

精炼隔墙6的墙砖对于挡板7起到保护和支撑的作用。挡板7保有它的功能。