用于精制熔融的玻璃的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119要求2013年01月24日提交的美国临时申请系列第 61/756186号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
技术领域
[0003] 本发明总体涉及用于制造玻璃的方法和设备，具体来说，涉及用于改善熔融的玻 璃精制（refining)步骤中的玻璃质量的方法和设备，所述方法制备可用于各种产品的玻 璃。
[0004] 背景
[0005] 通过在熔融炉中熔融选定的原料成分（批料）来制造玻璃产生一种粘性熔融的材 料（下文称为熔融的玻璃），其后续地形成并冷却成玻璃制品。但是，熔融过程还产生不想 要的副产物，如果不从熔融的玻璃去除该副产物，它们可通过玻璃制造过程并在最终制品 中作为可见缺陷显现。在气态副产物的情况下，这种缺陷不同地称为种子、气泡或气态包含 物。此外，熔融的玻璃中的化学不均匀物可导致某些其它可见缺陷，通常称为细沟、条带或 粗线。特别是对于光学质量玻璃，例如用于光学透镜的玻璃或用于平板显示器（例如液晶 显示器）的基材，诸如细沟、粗线或种子的缺陷是不可接受的缺陷，其可显著地影响最终制 品用于其预期目的的适用性。因此，需要在玻璃制品到达其最终形式之前，去除或防止形成 这种缺陷。
[0006] 概述
[0007] 熔融批料材料来制备熔融的玻璃的过程产生各种气态副产物。这些气态副产物 可溶解于玻璃自身，或可作为气泡分散在玻璃之内。例如，这种气体可包括但不限于〇) 2和 S02。用于去除这些熔融相关的缺陷的方法之一是在初始熔融过程中添加澄清剂，例如砷， 锑，锡，铈或硼的氧化物。例如，澄清剂可添加到提供至熔融炉的批料材料。在制造过程 的后续步骤中，将熔融的玻璃加热到充分大于初始熔融温度的预定的温度，从而诱导澄清 剂通过原子价态改变产生氧气泡。换句话说，还原澄清剂并放出过量的氧。此外，更高的 温度降低熔融的玻璃的粘度，使得氧气泡更易于向上地流动通过熔融的玻璃。随着氧气泡 通过熔融的玻璃向上移动，熔融产生的气体扩散进入氧气泡并传输到熔融的玻璃的自由 的表面，其中把气体释放到自由的表面上方的气氛。
[0008] 某些玻璃制造过程使用贵金属递送系统来把熔融的玻璃递送到后续的形成设备。 对于预期用于光学或要求高光学清晰度的其它精确应用的高纯玻璃而言，尤其如此。与形 成氧气泡相关的一个问题是如果这些气泡与由贵金属或贵金属合金形成的某些玻璃加工 和精制容器接触任意可观的时间段，容器的内部表面可发生腐蚀。如果任其发展，这种腐 蚀可弱化容器壁并最终导致破坏容器。因此，通常对熔融的玻璃进行精制（或通常简单地 称为"澄清"），其中从熔融的玻璃去除气态包含物（气泡）。
[0009] 此外，还需要匀化熔融的玻璃来去除细沟和粗线，和防止累积停滞玻璃，其是在制 造过程中熔融的玻璃的不均匀流动的结果。通常，在澄清过程之后但在熔融的玻璃冷却到 其中熔融的玻璃的粘度使得难以搅拌或混合熔融的玻璃的温度之前搅拌或混合熔融的玻 璃。但是，存在这种常规过程到底多有效的限制，因为澄清过程下游的熔融的玻璃已经历 冷却。
[0010] 另一个问题涉及容纳在熔融炉之内的熔融的玻璃的高温和腐蚀性质，这可导致 当在熔融炉中形成熔融的玻璃时，熔融炉缓慢地溶解于熔融的玻璃。例如，锆氧化物（下 文称为氧化锆（Zirconia))是可用于构造熔融炉的这样一种陶瓷材料。构成熔融炉的氧化 锆可在形成熔融的玻璃时溶解于熔融的玻璃并可在直到过程结束时仍然留在玻璃中，仍然 是最终玻璃产品的一个成分。如果氧化锆以低浓度均匀地分散和溶解于熔融的玻璃，则它 不会导致显著的问题或影响最终产品。但是，如果氧化锆没有均匀地混合进入和有效地溶 解于所有熔融的玻璃，且在离散的位置存在显著浓度的氧化锆，则当熔融的玻璃冷却时， 氧化锆可从溶液结晶出来并在最终产品中形成可见缺陷。因此，在匀化之前不能允许发生 结晶，因为匀化中的混合去除一旦形成的晶体的作用有限。根据本文所述的实施方式，在玻 璃制造过程早期匀化熔融的玻璃，其靠近熔融步骤且在玻璃冷却到其中熔融的玻璃的粘 度有害地影响混合效率且允许在玻璃中形成晶体组分的温度之前。
[0011] 因此，批露了一种在玻璃制造过程中澄清（fining)熔融的玻璃的方法，所述方法 包括使熔融的玻璃通过设置在澄清容器和熔融炉之间的第一金属导管从熔融炉流动到金 属澄清容器，该澄清容器包含第一部分和第二部分；使熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流 动通过澄清容器的第一部分；当熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，搅拌该熔融的玻 璃；当熔融的玻璃沿着向上的垂直方向流动时，增加熔融的玻璃的温度；把熔融的玻璃的 流动从向上的垂直方向重定向成澄清容器的第二部分中的非垂直方向；和其中澄清容器的 第一部分和第二部分中的熔融的玻璃包含连续的自由的玻璃表面，该自由的玻璃表面是与 玻璃自由表面上方的气氛的界面，从而使熔融的玻璃中的气体气泡逃逸进入气氛。
[0012] 在一些实施方式中，所述非垂直方向是水平的方向。
[0013] 所述搅拌可包含使用旋转元件主动地混合熔融的玻璃。在一些情况下，所述搅拌 在熔融的玻璃上提供向上的抽吸（pump)作用。
[0014] 增加熔融的玻璃的温度的步骤包含使电流流动通过第一部分的壁（即，在该壁之 内）。
[0015] 所述方法还可包括通过设置在澄清容器和搅拌容器之间的第二金属导管使熔融 的玻璃从澄清容器流动到设置在澄清容器下游的搅拌容器，其中在第二金属导管之内流 动的熔融的玻璃不具有自由的玻璃表面，和在该搅拌容器中搅拌熔融的玻璃。
[0016] 在另一种实施方式中，描述了一种玻璃加工设备，其包含恪融炉，该恪融炉由耐 火材料形成并构造成熔融批料材料以形成熔融的玻璃；金属澄清容器，其包含具有垂直的 纵向轴线的第一部分和连接到第一部分并具有非垂直的纵向轴线的第二部分；在熔融炉和 澄清容器第一部分之间延伸的第一金属导管，从而熔融的玻璃穿过第一金属导管从熔融炉 流动到澄清容器；设置在澄清容器下游的搅拌容器；在澄清容器和搅拌容器之间延伸的第 二金属导管，从而熔融的玻璃穿过第二金属导管从澄清容器流动到搅拌容器；设置在第一 部分中的搅拌元件，该搅拌元件构造成当恪融的玻璃向上地流动通过第一部分时搅拌恪融 的玻璃，以及连接到第一部分的电极，该电极构造成使电流流动通过第一部分的壁。在一些 实施方式中，第二部分的纵向轴线可垂直于第一部分的纵向轴线。
[0017] 搅拌元件可包含可旋转的搅拌器。可旋转的搅拌器可包含，例如，偶合到轴和从 轴向外延伸的搅拌元件，其中第一部分的底和延伸元件的最上面的点之间的距离大于第 一部分的底和第二部分的壁的内部表面上的最低点之间的距离。搅拌元件可构造成向熔融 的玻璃提供向上的抽吸作用。
[0018] 在一些实施方式中，第一导管的纵向轴线垂直于第一部分的纵向轴线。
[0019] 在另一种实施方式中，批露了一种用于澄清熔融的玻璃的澄清容器，其包含具 有第一纵向轴线的第一部分和具有第二纵向轴线的第二部分，其中第一纵向轴线是垂 直的和第二纵向轴线是非垂直的；设置在第一部分之内的搅拌元件；至少一个排放通道 (passage)，其延伸通过第二部分的壁从而第二部分的内部体积与第二部分的外部的气氛 流体连通；和连接到第一部分的电极，该电极构造成使电流流动通过第一部分的壁。搅拌元 件可包含可旋转的搅拌器。在一些实施方式中，搅拌元件构造成当旋转可旋转的搅拌器时， 向熔融的玻璃提供向上的抽吸作用。
[0020] 可旋转的搅拌器可包含偶合到轴和从轴向外延伸的搅拌元件，其中第一部分的 底和搅拌元件的最上面的点之间的距离大于第一部分的底和第二部分的壁的内部表面上 的最低点之间的距离。
[0021] 操作时，电极可设置成与电源电连接。澄清容器第一部分和第二部分可包含铂， 在一些实施方式中，第二部分的端部与第一部分的壁交叉。
[0022] 澄清容器的第一纵向轴线可垂直于第二纵向轴线。
[0023] 在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和其权利要求书以及附图中 所述实施本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性 的，用来提供理解本发明的性质和特性的总体评述或框架。
[0024] 所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书 的一部分。【附图说明】了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施 方式的原理和操作。
[0025] 附图简要说明
[0026] 图1是一种示例玻璃制造设备的主要功能部分的示意图，其包含如本文所述的澄 清容器；
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