能调节玻璃材料供给方向的方法和装置的制作方法

专利名称：能调节玻璃材料供给方向的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在熔炼过程中，在腔室内采用分离步骤将粉末状原材料转化成液化状态材料的控制条件。本发明一般应用于包括用加热的方式将被细分的、基本上是固态的原料转化成至少部分地为熔化状态的工艺过程。本发明特别适用于首先液化一个由粒状的、热绝缘的、无杂质的材料的稳定层所支持的不稳定层，如液化一层玻璃材料，这些玻璃材料由一层材料，如粒状材料或玻璃材料所支承。
在美国专利4381934中(Kunkleetal)公开了一种在与材料相适应的粉末状支承表面上将粒子材料转化成部分熔化的液态材料的方法。正像上述所公开的那样，材料进行液化的最初过程与剩余的熔炼过程是分开的，并且这种最初过程以一种只适合于粒子阶段所需要的方式来实现。因此使得实现液化过程在能量损耗、设备尺寸及成本方面具有很大的经济性。
在Kunkle发明的最佳实施例中，在熔炼室中安装一个筒，用以旋转，以使得进入该室的材料借助于筒的旋转紧贴于该室的侧壁，从而沿着筒的内部保持一个稳定层。将热能提供到筒的内部，使材料层环绕着热源。当将筒旋转并将热量供给筒的内部时，靠将原料通过固定盖而送进筒中来进行这个液化过程，在不稳定层中熔化所送进的材料，而位于下层的材料保持基本稳定、并未熔化。由于送进的材料被液化，它向着转筒的出口端流动。
Kunkle方法的中心是应用粒状材料的无杂质的、绝热层(如玻璃材料本身)作为支承表面，在该表面上发生玻璃材料的液化。可以通过将新的材料以与材料的熔化速度大体相同的速度送入到预先放置的材料的表面上，来使稳定状态的条件保持在液化室中。因此，基本稳定的材料层保持在不稳定的材料层下方，液化基本上被局限在不稳定层上。当不稳定层的已部分熔化的材料实际上只涉及到材料的表面时，这部分材料就溢出该表面，因此避免了与耐火材料相接触所会造成的杂质污染。由于玻璃材料是良好的热绝缘材料，因此能提供足够厚的稳定材料层，保护其下面的任何支承结构不受热的损害。
在操作中，当部分材料熔化流出时，衬层的厚度起伏变化，接着衬层的厚度再被予以补充。一些衬层的厚度起伏变化仅仅是瞬时的，但是对于保持完全稳定状态条件的能力的实际限制有时会引起衬层在不同的时间中有明显不同的厚度。这就需要将新进入的材料放到预先选择的衬层部分，这部分的位置随着衬层的厚度的改变而变化。因此，需要具有调节材料进给位置的能力。解决这一问题的一个途径被公开在美国专利4529428上(Groetzinger)。在该专利文件中，应用旋转板将送入的材料斜着移动到衬层的适当位置。当这一方法有效时，需要提供一个结构上更为简单的装置，而且不应引起在材料流方向上的突然变化，以便使材料的扩散和在燃烧气流中更细粒子的输送达到最低程度。
把原料引导到旋转熔化器的侧壁部分的供料斜槽被显示在美国专利2006947号和2007755号上(两个都是Ferguson)。在前者中，显示了供料斜槽与同切方向的角度。但两者都不具备对放置材料的位置进行调节的能力。
在本发明中，借助于斜槽或管道将粉末材料送入已加热的液化容器中的可变化的、预定的位置，该斜槽或管道可绕着其纵轴转动并具有带弯角的端部。斜槽或管道的旋转引起带弯角部分的卸料端作弧形摆动，这样，材料的卸料位置可以改变。这样的装置结构简单，避免了在受热容器内除了供料斜槽或管子本身之外的运动部件。
为了将原料供到旋转容器上，本发明的最佳实施例设有带角度的供料机构，其取向是基本水平的，并且大体上与衬层的旋转相切。这样的取向使得被卸出的材料的运动方向与其所碰击的衬层区域的材料的运动方向相近似。这样就减少了材料流的方向的变化，减少了材料的扩散和起尘。
本发明带偏角的供料管也提供了除了可变化的供料位置的特征以外的优点。即使供料管不旋转，在上述卸料位置处材料流的水平和切向取向也是有利的。因为只有端部位置向水平方向倾斜，多数供料通道才可杂凶愎坏男倍壤幢Ｖげ牧峡孔灾刈杂闪鞫旧厦挥卸氯奈Ｏ铡４堑男读隙俗阋允共牧狭髯蛩枰男读戏较颍腋枚瞬渴亲愎欢痰模允共牧狭鞫某辶Υ欧勰┎牧贤ü苄〉慕Τ銮蛐冻觯挥卸伦∠窒蟆

图1为与本发明供料装置的最佳实施例相连接的转炉预热器和旋转液化容器的侧视图。
图2是图1中所绘出的转炉的卸料端的垂直剖视图，示出了材料提升系统的最佳实施例。
图3是按照图2中3-3线所剖视的转炉卸料端的垂直剖视图。
图4是带有可揭开的盖的液化容器的一部分的平面视图，示出了本发明的可调节的供料管的最佳实施例。
图5是图4中的供料管的放大垂直剖视图。
图6是沿图5中6-6线所剖视的供料管的横截面图。
虽然在这里所描述的本发明与玻璃制作工艺有关，但很明显，最终产品的玻璃状态不需要在本发明所涉及的工艺上产生影响，因此，本发明并不限于加工玻璃材料，而是包括通过用预热和液化的方式来加工的任何粉末材料。加工的产品可以是透明的、部分透明的、陶瓷的、甚至金属的。
图1示出了将批量材料提供到液化容器11、并从液化容器11中接收废气的转炉10的整体装配。在液化容器11下部的容器12用于接收已经液化了的材料，以便在需要时进行进一步的加工。这里，对于包含在最佳实施例中的预热器的转炉类型及液化容器的结构和操作的详细说明，我们需要参见美国专利4519814号(Demarest)来进行。可以明白，预热器及液化器的特殊结构对本发明来说并不太重要。
原料(象粉末状的玻璃材料)是通过供料斜槽14而提供到转炉10的入口端的。转炉10的入口端被固定的排气箱15所环绕，以导引废气离开转炉去进入导管16中，导管16通向粒子分离器17。所使用的粒子分离器是可以任意选择的，根据在排气流中所夹带的粒子的量，可以使用各种类型的粒子分离器。优先选择的粒子分离器是袋式分离器。在该分离器中，废气经过许多热阻纤维袋，将气体中的粒子过滤出来，就象在现有技术中已公知的那样。在传统的分离器装置中，袋子被定期地振动，以使所聚积的粒子落进分离装置的漏斗18中。被收集的粒子可以以任何适当的方式存放，但最好将粒子材料再循环到熔化过程中。因此，在图1所示的实施例中，料斗18通向螺旋供料器19，以将材料传送到输送机，如气动输送系统中(示意地表示)。显示在最佳实施例中的新的、有益的特征(这是另外的发明，不是本发明)是再循环的粒子被直接地供到液化器11中，而不经过预热阶段。鉴于此，可以设置仓20，用以从输送系统中接收粒子材料。该输送系统的粒子材料可以通过螺旋供料器21供给到液化器的主供料装置中。
继续参见图1，预热器10可以具有传统转炉的形状，具有外部、筒状钢罩25、绝热衬、可选择的钢圆筒(未显示)。将转炉安装成可以绕着它的圆筒轴以一个与水平略微倾斜的角度旋转，以便可以从入口处向液化器11中输送将要被加热的粉末材料。转炉的出口端由一个固定的炉罩26罩住，并且，在该实施例中，在炉罩26内包含有本发明的传送装置，将在下面对其进行更为详细的描述。排气管27从液化器11伸向旋转炉10，将液化器中热源燃料燃烧所产生的燃烧物送进预热器。在预热器中，废气中的热量被传送到材料上。用管道28将已受热的材料从预热器输送到液化器中。管道28具有足够的长度，以使预热器10离液化器11上部区域的距离能够适合于进行检验。管道28具有足够的倾斜度(最好至少约为45°)，以使材料能靠重力自由流动。管道28可以通向漏斗29上，通过该漏斗，添加的材料(如再循环的粒子)可以加入到供料流中。依次，漏斗29通向可调节的供料管30，供料管30伸进液化器11中，关于这部分的详细情况将根据附图4、5、6来进行描述。
在本最佳实施例中，液化器的类型是公开在美国专利4381934(Kunkle，et，al)上的，用该专利的公开文本作为参考。该最佳实施例为材料的衬层保持在钢筒35的侧壁和底部，钢筒35绕着大体上垂直的轴转动。在所绘出的实例中，筒35由许多杆36所支承，杆36吊在环形架37上，环形架37可以在多个支承辊38和定位辊39上旋转。在钢筒35底部的中心开口使已液化的材料从液化器中自由地流进接收容器12中。用一个固定的耐火环41来围起落下的液化流。最好还在液化器的旋转部分与固定的环绕结构之间设置有密封装置，如用一个附加到筒35底部的可转动的凸缘42。凸缘42伸进一个含水的、环状的固定槽43中。筒35上端的开口由固定盖45所覆盖，该盖可以是由耐火的陶瓷材料或用水冷却的金属构成，并由周围的固定架46所支承。盖45上可以设有开口，插入一个或多个燃烧器47用来加热液化器的内部。最好使用多个燃烧器，它们绕着液化器周边相间隔排列。一批材料被放置到液化器内部的衬层上，留下一个中心空腔，在这个空腔里燃烧室发生燃烧。
材料传送机构的最佳装配可见图2中的供料器出口端部的横截面图和图3中的端面视图。显示在图2中的材料传送机构的基本特征是一个斗式提升机式的装置被安装在转炉10的出口端，利用这个装置材料被提升到足够的高度，以使材料能靠重力沿管道28向下流动，材料进入管道28中被卸出。管子28的长度可以是由在液化器中的位置所决定的任何长度，并且管子要适应于预热器和液化器之间的空间，通过该管子，材料被提供到液化器中。材料流经管子28所经过的距离和材料被斗式提升系统所提升的高度是相互联系的，而且这个“距离”和这个“高度”受材料靠自重自由流动的角度所限制。尽管不是最佳方案，但还是可以靠附加的机械机构(象螺旋输送器)来获得附加的传送长度，从而达到在材料从预热器到液化器的传送过程中水平地输送材料。显示在图2和图3中的斗式提升装置由环道50构成，环道50的开口径向向内朝着转炉中心线方向，环道50被许多隔板52分成许多斗室51。环道50由连续的突缘55所带动，突缘55将环道50在轴向和径向上与转炉的盖隔开。斗室在径向向外方向与转炉的盖隔开，以使射出转炉的材料自由地落进斗室中。斗室与转炉端部的轴向间隔是任意的，目的在于形成一个突出部分，材料在进入斗室前首先从转炉中落向该突出部分。这样可以减少由于粉末材料的冲击造成的斗室的磨损。突出部分的面积被设计成可以容纳一部分材料56。由于在突出部分的区域上没有隔离室，这部分材料56在突出部分区域的底部的运动是恒定的。因此，落出转炉的材料落在材料56的剩留部分上而不是落在斗式提升机构的金属表面上。在图3所描述的实施例中，隔板斗壁52是有角度的，以防止材料在被带入到提升装置的上部位置前就卸出。在提升装置的上部位置，材料从斗室中自动地流进接收盘58中。为了避免干扰该提升装置的其它部件，接收盘58的底面为锥形结构。在接收盘58的较低部拐角处设有一个开口，使材料流进管子28中。
除了显示在图2和图3中的特征外，一个有益的特征是在转炉10的卸料端的栅格架60。该栅格架与转炉旋转面的内表面相对中，以使从转炉到斗室51的材料必须经过该栅格架。这样，栅格架用来分隔开任何在转炉中形成的非常大的集块材料。任何不能通过栅格架60的非常大的集块将不通过斗式提升机构而直接经过栅格架到旁侧的卸料槽61中。设置挡板62(图2)有助于将旁侧斜槽通道与斗式提升装置隔开。旋转炉中骤增的材料溢出斗式提升装置，这部分增加量也将通过卸料槽61。
图4、图5和图6详细显示了按照本发明的供料管30的特殊结构。参见图4，向下看液化容器的内部，筒35内有一层留在其内部侧面的粉末材料层70。该隔离层70的厚度在操作中能起伏变化。为了将输入的材料放进层70的合适位置上，供料管出口的取向是可以调节的，在所示的实例中，通过提供一个其端部71带有角度的供料管30来获得这种调节能力。当供料管的主区段72绕着其纵轴旋转时，具有偏角的端部71移动，它的运动轨迹为弧形，使供料管端部的开口能对着层70上方的不同位置。因此，在液化器外部的供料管的简单旋转可以改变材料在液化器中卸出的位置。一般需要将材料进给到衬层70的垂直面的最上部位。向着材料层之外的中心太远地送进材料会导致液化器中的气流过多地夹带材料，并且，将材料送进到衬层70的水平端表面上会导致材料沿筒35的上边缘过分的聚集。
象图5所示的那样，带偏角的端部71的偏斜角度比供料管的主区段72更为水平，端部71指向与衬层70和滚筒35的相邻位置的运动基本相切的方向，这样的取向使得从供料斜槽卸出的带有冲力的材料与在旋转液化筒内的材料更为相容。因此，当材料位于运动层70时，减少了任何撒粉和起尘现象。供料管的主区段72可以以相当斜的角度安装，以保证粉末材料自由地流过该管道，并且能给材料流一定的冲力，以使材料在液化器内碰撞衬层或侧壁。对于干的玻璃材料，一般认为在与水平成45°或更大的角度适于保证材料的流动，大约60°的角度是最佳的。端部71最好大致是水平的，即，它至少有一个比主区段72水平的角度，但不需要精确地水平。实噬希杂谒醵滩牧下湎虺牟 0所用的轨道来说，略微向下一点的角度是可取的。端部的取向可以与水平大约成20°或小于20°，该角度被认为基本上是水平的。也可以很明显地看出，所述端部71的最好的大体相切的取向并不必精确地相切，但该取向可以包括一个朝着筒壁35的略微向外的角度。当然，对应于衬层厚度的改变，供料管的旋转会略微改变端部71与它周边的角度关系，但最好不违反基本水平和相切的关系。
供料管30的详细结构可见图5和图6。为了使管能在液化容器中经受高温，该管最好设有冷却装置。在附图中所示的冷却装置的结构为在外筒74和内筒75之间设有环形冷却剂通道，隔板76设置在该环形通道内部，以建立起多个用于冷却剂的通道。液体管接头77和78分别用于提供冷却剂和排出冷却剂(冷却剂最好是水)。象图5所示的那样，径向伸出件79设置在位于液化器外部的供料管30上，用于连接驱动装置。该驱动装置靠遥控来驱动旋转管。可以使用任何便利的安装方式来可转动地支承供料管，例如如果使用管子的自动调节器，可以在容器的外部设置套筒件(未显示)，用以宽松地夹住管子。如果用手工调节，可以使用简单的支承装置。
采取其它本技术领域的技术人员所公知的变化和改进，将不脱离本发明的范围，该范围由下面的权利要求所限定。
权利要求
1.用于液化粉末材料的装置，包括一个能绕着其中心轴旋转的容器，用于将粉末材料提供到该容器内壁上的装置，用于加热该容器内部以使粉末材料液化的装置，其特征在于粉末材料的供给装置包括一个细长腔室，该腔室作为一个通道来将粉末材料从所述容器的外部引导到内部，腔室由一个长区段及其下端部构成，这个长区段以一个具有大体垂直分量的角度伸进所述容器中，所说的下端部位于所述容器中，它的取向与旋转容器的最邻近部位的旋转大体相切。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的长区段安装成与水平至少成45°角，下端部的取向与水平成小于45°角。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述的容器被安装成能绕着大体上垂直的轴旋转。
4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于下端部是大体水平的。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于供料装置的下端部与所述的长区段成一个角度，长区段被安装成可以绕着该长区段的轴旋转，以改变下端部的方向。
6.按照权利要求3所述的装置，其特征在于该装置还包括一个固定盖，这个固定盖用于覆盖容器的上端，供料装置的长区段通过在该盖上的开口伸进该容器中。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于该装置还包括一个位于固定盖上的排气口，该排气口与供料口相隔。
8.用于液化粉末材料的装置，包括一个在其内壁部分具有粉末材料衬层的容器，用于将添加的粉末材料供给到衬层上的装置，用于加热容器内部以液化一部分粉末材料的装置，其特征在于提供添加材料的装置由一个细长腔室组成，该腔室作为一个通道用于将粉末材料从所述容器的外部引导到内部，腔室由一个以第一角度伸进该容器的长区段及以第二角度从长区段上延伸并位于容器中的卸料端构成，腔室被安装成能绕着腔室的长区段的纵轴旋转，以使得可以改变在容器中的供料位置。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于所述腔室的下端部从长区段延伸，该下端部的延伸方向在水平方向上基本上与容器侧壁的最相邻区域相平行。
10.按照ɡ 所述的装置，其特征在于所述的容器安装成可绕着大体垂直的轴旋转，供料装置的腔室的下端部延着长区段延伸，其延伸方向基本平行于容器侧壁的最邻近部分的切向速度。
11.按照权利要求8所述的装置，其特征在于所述腔室为管状结构，并且有冷却装置。
12.按照权利要求8所述的装置，其特征在于所述容器被安装成可绕着大体垂直的轴旋转，该装置还包括一个覆盖该容器上端的固定盖，供料装置的长区段通过在盖上的开口伸进容器中。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于该装置还包括一个在固定盖上的排气口，所述排气口与供料开口相隔。
14.一种将玻璃材料供给到加热容器的方法，在该容器中，衬层可绕着中心空腔旋转，该方法包括导引一批材料沿着具有大体垂直方向的第一通道流进容器，在容器中改变材料流的方向以使材料流沿着第二通道导入到衬层上，第二通道基本上与衬层的一个邻近部分的切向速度相平行。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于衬层的厚度变化，材料流的方向也相应改变。
16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于容器可绕着大体垂直的轴旋转，第一材料通道与水平至少成45°角，第二材料通道与水平成小于45°角。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于第二材料通道是大体水平的。
18.按照权利要求14所述的方法，其特征在于粉末材料是玻璃材料。
全文摘要
用一个带倾角的供料管将粉末材料送到液化容器中，以便将材料流均向地导入到侧壁部分。该供料管可以旋转，以改变材料流所撞击的位置。
文档编号C03B5/14GK1032433SQ8710779
公开日1989年4月19日 申请日期1987年9月30日 优先权日1986年10月2日
发明者亨里·克劳德·伍德, 威恩·霍瓦德·冈萨勒茨, 史蒂芬·霍瓦德·安德森, 加里·诺尔·胡夫斯, 多纳德·菲利普·迈奇洛蒂 申请人:Ppg工业公司