专利名称：位于玻璃熔炉的下游端的排气口的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃熔炉，其中，玻璃配料(batch)沉积在一端，熔融玻璃从另一端取出。特别是，本发明涉及一种具有至少一个用于熔化玻璃配料的煤气燃烧器的玻璃熔炉。
背景技术：
多种玻璃熔炉通常用于在制造玻璃产品时熔化用于形成玻璃的材料，该玻璃产品例如玻璃纤维、玻璃容器、平玻璃或其它玻璃。这样的玻璃熔炉通常包括装料器，用于引入玻璃配料；至少一个燃烧器，用于将玻璃配料熔化成熔融玻璃；以及至少一个排气烟囱，用于从熔炉中除去燃气。在交叉点火熔炉中，热量从位于熔炉的相对侧的燃烧器引入该熔炉中。该热量使得熔炉中的玻璃或配料熔化。玻璃配料通常在熔炉的后面或装料端加入熔炉，以便能使玻璃配料进行最佳熔化而成为熔融玻璃。熔融玻璃通过玻璃排出槽道而从熔炉的前部或下游端取出，该玻璃排出槽道在用于制造玻璃纤维的熔化玻璃的熔炉中称为喉道，而在用于制造平玻璃的熔化玻璃的熔炉中称为腰部。
燃烧烟气以及由形成玻璃的原材料分解而释放的气体通过位于熔炉的相对侧并靠近后端或装料端的一个或多个排气烟囱而从熔炉中排出，也就是，通过位于熔炉的、远离玻璃从熔炉中排出的喉道或位置的相对端处的一个或多个排气烟囱而排出。使排气烟囱位于熔炉的后面的原因是节省能量，同时仍然使配料保持可接受的熔化。通过使气体从熔炉的装料端排出，可以从熔炉中产生的全部废气中回收大量的能量。不过，将排气烟囱布置在熔炉的装料端将导致配料夹在燃气中，从而弄脏排气烟囱或其它设备，并可能增加熔炉排气系统的颗粒。因此，希望设计一种更高效的熔炉，它没有已知熔炉的缺点。
发明简介上述目的以及没有特别列举的其它目的通过一种具有上游端、下游端和顶板的玻璃熔炉来实现。该上游端位于下游端的上游。装料器用于将玻璃形成材料供给熔炉的上游端。至少一个燃烧器用于向在熔炉的上游端处的玻璃形成材料供热。排气口与熔炉的下游端连通，同时该排气口位于该至少一个燃烧器的下游。
根据本发明，提供了一种玻璃熔炉，该玻璃熔炉有上游端，该上游端有装料端壁；以及下游端，该下游端有排料端壁。该上游端位于下游端的上游。排气口在熔炉的下游端与该熔炉连通。
根据本发明，还提供了一种操作具有上游端和下游端的玻璃熔炉的方法。该方法包括将玻璃形成材料引入熔炉的上游端。该玻璃形成材料通过至少一个燃烧器而被加热，该至少一个燃烧器位于熔炉的上游端。在熔炉中的燃气从位于熔炉的下游端的排气口排出。
根据本发明，还提供了一种操作具有装料半部分和排料半部分的玻璃熔炉的方法。该方法包括将玻璃形成材料引入熔炉的装料半部分。该玻璃形成材料通过多个燃烧器而被加热，这些燃烧器提供能量并形成燃气。来自燃烧器的能量的主要部分在熔炉的装料半部分中引入熔炉。燃气从与熔炉的排料半部分相连的排气口排出。
根据本发明，还提供了一种使燃气从玻璃熔炉中排出的方法。该方法包括将玻璃形成材料引入玻璃熔炉的上游端。在熔炉的上游端和熔炉的下游端之间形成压力差，同时在熔炉下游端的压力低于在熔炉上游端的压力。燃烧烟气和气体从与熔炉的下游端连通的排气口排出，同时在排气口中的压力低于在熔炉下游端的压力。熔融玻璃从熔炉的下游端排出。
本发明的目的是提供一种玻璃熔炉，该玻璃熔炉具有位于下游端的排气口。
本发明的另一目的是提供一种排气口，该排气口位于玻璃熔炉的下游端，以便增加排气的滞留时间，从而更具有成本效益地加热和熔化玻璃形成材料。
通过下面对优选实施例的详细说明并结合附图，本领域技术人员可以知道本发明的各种其它目的和优点。
附图的简要说明
图1是本发明的玻璃熔炉的剖视图。
图2是图1的玻璃熔炉沿线2-2的剖视图，其中，为了清楚，表示了顶板的一部分。
图3是本发明可选实施例的玻璃熔炉的示意图。
图4是图3的玻璃熔炉沿线3-3的示意平面图。
图5是本发明可选实施例的玻璃熔炉的剖视端视图。
图6是熔炉的另一可选实施例的示意平面图，该熔炉有通过熔炉的排料端壁连接的排气口。
图7是表示现有技术的玻璃熔炉的温度型面与本发明的玻璃熔炉的温度型面比较的曲线图。
优选实施例的详细说明参考图1和2，图中表示了玻璃熔炉10，该玻璃熔炉可以用于制造玻璃纤维、玻璃容器、平玻璃和其它类型的玻璃。该玻璃熔炉10可以工作而向玻璃前炉12或其它玻璃处理设备提供熔融玻璃。在附图中，应当知道，为了清楚，在说明和解释本发明时并没有对某些结构细节进行说明，因为这些细节为本领域技术人员公知。
优选是，玻璃熔炉10包括细长槽道11，该细长槽道11由装料端壁14和排料端壁16、两个侧壁18a和18b、底板20以及顶板22确定。该顶板22优选是与第一或装料端壁14以及第二或排料端壁16可操作地连接。装料端壁14位于玻璃熔炉10的上游端6处，在该上游端，玻璃形成材料被引入或加入熔炉中。排料端壁16位于玻璃熔炉10的下游端8处，在该下游端，熔融玻璃从该熔炉中排出。玻璃熔炉10的上游端6为装料端。在本说明书和权利要求书中所用的术语“下游端”的意思是熔融玻璃由此排出的熔炉端部。优选是，玻璃熔炉10由合适的耐火材料制成，例如氧化铝、硅石、氧化铝-硅石、锆石、锆石-氧化铝-硅石等。当横切于槽道的纵向轴线“A”看时，玻璃熔炉10的顶板22有普通的曲线形截面形状或者冠形，但该顶板22可以为任意合适结构。玻璃熔炉10的顶板22位于熔融玻璃25的表面23的上面。如本领域公知，玻璃熔炉10可以选择地包括一个或多个起泡器24和/或辅助电极(未示出)。该起泡器24和/或辅助电极增加熔融玻璃的流速和玻璃熔化速度。
优选是，玻璃熔炉10包括两个熔融玻璃区域，即基本上游的熔融区域26和基本下游的精炼(fining)区域28。熔融区域26在玻璃熔炉10的上游区域，在该区域，玻璃形成材料30利用装料器或装料装置32而装入玻璃熔炉10中。装料装置32可以为适于将玻璃形成材料30装入玻璃熔炉10中的任何类型。玻璃形成材料30可以为通常用于制造玻璃的原材料混合物，例如玻璃配料。应当知道，该玻璃形成材料30根据要制造的玻璃产品(未示出)的类型来配制。通常，该材料包括包含二氧化硅的材料，该材料包括通常称为碎玻璃的细小玻璃碎屑。可使用的其它玻璃形成材料包括长石、石灰石、白云石、纯碱、碳酸钾、硼砂和氧化铝。为了改变玻璃产品的性质，也可以添加相对少量的砷、锑、硫酸盐、碳和/或氟化物。应当知道，熔融玻璃25通常从玻璃熔炉10的上游端6向玻璃熔炉10的下游端8流动，如箭头27所示。
任意合适数目和类型的装料装置32可以用于将玻璃形成材料30送入玻璃熔炉10中。所示玻璃熔炉10包括三个分别位于装料端壁14和两个侧壁18a和18b中的装料装置32。如图所示，所示装料装置32大致位于玻璃熔炉10的上游端6。优选是，玻璃形成材料30供给到熔融玻璃25的表面23上。
玻璃形成材料30在玻璃熔炉10的熔融区域26中形成在熔融玻璃25表面上的固体或半熔融颗粒的配料层。玻璃形成材料30的浮动固体配料颗粒主要通过至少一个燃烧器而熔化，不过优选是使用多个燃烧器34，如图1和4所示。优选是，该燃烧器34是氧-燃料燃烧器，但可以采用任意合适类型的燃烧器。优选是，燃烧器34产生具有受控制的形状和长度的火焰36。在本发明的优选实施例中，在装料端6处的燃烧器穿过顶板22安装，如图1、3和4所示。不过，应当知道，该燃烧器可以安装在玻璃熔炉10的装料端壁14或侧壁18a和18b中，或者穿过该装料端壁14或侧壁18a和18b安装。燃烧器34使玻璃形成材料30熔化，同时使周围的耐火材料的工作温度保持在合适的工作界限内。通过使来自燃烧器的气体氧化，将产生大量的燃气。
在玻璃形成材料通过火焰36以及通过由熔炉的其它部分辐射的热量而熔化后，熔融玻璃沿方向箭头27的方向从熔融区域26流向精炼区域28。熔融玻璃通过熔炉喉道29或通过在平玻璃工厂中称为腰部的槽道而离开熔炉10，如方向箭头31所示。在用于特定玻璃的优选实施例中，精炼区域28包括至少一个下游燃烧器38，该下游燃烧器38安装在玻璃熔炉10的顶板22中。该下游燃烧器38的结构可以与燃烧器34类似。或者，任意一个或多个上游燃烧器34可以安装成与垂直方向成一定角度，该角度可以直到大约20度，以便将最大量的对流和辐射热量传递给形成玻璃的配料材料。同样，下游端燃烧器38可以安装成与垂直方向成一定角度，该角度可以直到大约20度，以便在用于制造某种玻璃例如玻璃纤维时减小和/或控制在玻璃表面23上形成的泡沫。
玻璃熔炉10包括至少一个排气口60，该排气口60位于下游端8处，用于从熔炉中除去燃气。应当知道，可以选择采用多个排气口。对于图1和2中所示的玻璃熔炉10，玻璃熔炉10的顶板22支承排气口60。在本发明的优选实施例中，排气口位于侧壁18a和18b的外侧，并以不同方式被支承，如下面所述。
在本发明的优选实施例中，排气口60是排气烟囱，用于析出燃烧烟气以及由于形成玻璃的原材料分解而释放的气体。应当知道，该排气口可以是用于从熔炉中除去烟气和气体的任意合适开口或导管。当从熔炉中除去烟气和气体时，可以选择对它们进行处理，以便产生环保的排放物。当使用排气烟囱时，它可以有四边形截面，例如正方形截面，不过该排气口60也可以有任意合适的截面形状。在本发明的优选实施例中，排气口的中心线72位于从玻璃熔炉的装料端壁14到玻璃熔炉的排料端壁16的距离的至少大约百分之70处，例如如图2所示。更优选是，排气口的中心线72位于从装料端壁到排料端壁的距离的至少大约百分之80处。
使排气口60与熔炉的下游端连通的一个优点是使玻璃形成材料由烟气和燃气夹带的可能性降低，这是因为在本发明的熔炉中产生的燃烧产物的总质量流并不经过玻璃形成材料，而是只有在玻璃形成材料的上游处的燃烧器产生的燃烧产物将经过该玻璃形成材料。在普通熔炉中，气体的速度将在未熔化的玻璃形成材料的上面达到最大，从而增强对这些材料的夹带。相反，在本发明的熔炉中，气体速度并不需要在玻璃形成材料上面达到最大。而且，在气体从熔炉的装料端6向下游端8运动时，由烟气和燃气夹带的任何玻璃形成材料都有机会沉淀下来。特别是当大部分(超过50％)燃烧器34位于熔炉的上游端时，使排气口60布置成与下游端连通的另外优点是使排气口与热源分离，从而消除热短路，当燃烧器和排气口位于熔炉的相同端时可能产生该热短路。
图3和4表示了玻璃熔炉110的可选实施例。以与图1和2中的玻璃熔炉10相同或相似的参考标号表示的、玻璃熔炉110的特征具有与熔炉10的相同特征类似的功能，除非另外说明。该玻璃熔炉110包括两个排气口60a和60b。该排气口60a和60b与玻璃熔炉110连通，并用于排出由燃烧器34和38产生的燃气。该排气口60a和60b分别位于侧壁18a和18b的横向外侧。
图3和4所示的排气口60a和60b分别包括大致水平的部分64a和64b以及大致垂直的部分68a和68b。该大致垂直的部分68a和68b分别通过该大致水平的部分64a和64b与侧壁18a和18b间隔开。应当知道，排气口60a和60b分别包括中心线72a和72b。与图1和2中所示的熔炉10相同，中心线72a和72b位于从玻璃熔炉110的装料端壁14到玻璃熔炉110的排料端壁16的距离的至少大约百分之70处，尤其优选是，该中心线72a和72b位于从装料端壁到排料端壁的距离的至少大约百分之80处。尽管排气烟囱表示为与侧壁沿横向间隔开，但是该排气口也可以成一体地形成于侧壁内。这时，排气口60a和60b的大致垂直的部分68a和68b的最内侧部分分别包含在侧壁18a和18b中。
图5还表示了玻璃熔炉210的另一可选实施例。以与玻璃熔炉10和玻璃熔炉110相同或相似的参考标号表示的、玻璃熔炉210的特征具有与熔炉10和110的相同特征类似的功能，除非另外说明。图5中所示玻璃熔炉210包括两个排气口60c和60d，该排气口60c和60d具有四边形横截面，不过它们也可以为任意合适的截面形状。
排气口60c和60d可以以任意合适方式支承。该排气口60c和60d可以位于靠近排料端壁16和/或侧壁18或者在该排料端壁16和/或侧壁18上的任意位置，以便从熔炉中排出燃气。如图5所示，它们可以与侧壁18横向分离。排气口60c和60d优选是分别包括大致水平的部分64c和64d以及大致垂直的部分68c和68d。该大致水平的部分64c和64d位于熔融玻璃25的表面23上面。该大致垂直的部分68c和68d分别通过大致水平的部分64c和64d而与排料端壁16和侧壁18间隔开。在优选实施例中，大致垂直的部分68c和68d用于接收燃气，并能够沿大致向上的方向(由箭头76表示)或大致向下的方向(由箭头78表示)除去。
玻璃熔炉10、110和210在制造熔融玻璃25时的工作都基本类似。在工作时，将玻璃形成材料30引入玻璃熔炉的上游端6。然后，玻璃形成材料通过燃烧器34而被加热。优选是，一个或多个燃烧器34位于熔炉的上游端6。燃烧器34形成燃气，该燃气从玻璃熔炉的下游端8排出。
玻璃熔炉10、110和210可以通过将玻璃形成材料30引入熔炉的装料半部分80中而工作，如图2所示。在本文中，应当知道，玻璃熔炉的装料半部分80是指玻璃熔炉的、最靠近装料端壁14的那一半。玻璃形成材料30通过位于熔炉的装料半部分80中的一个或多个燃烧器34来加热。该燃烧器34提供能量并形成燃气。来自熔炉的全部燃烧器的大部分能量被引入玻璃熔炉的装料半部分80中。优选是，由燃烧器引入熔炉的装料半部分中的能量为由燃烧器引入熔炉的排料半部分中的能量的至少两倍。排气口布置成从熔炉的排料半部分84中排出燃气。在本文中，应当知道，玻璃熔炉的排料半部分84是指玻璃熔炉的、最靠近排料端壁16的那一半。应当知道，燃气通过排气口的排出产生了在熔炉内沿从熔炉的装料端壁到熔炉的排料端壁的方向的燃气流。
如图6所示，在本发明的另一实施例中，玻璃熔炉310可以有一个或多个排气口60e，该排气口60e通过端壁16与熔炉的下游端8相连。图中有在端壁16中心的单个排气口60e，还有两个槽道或喉道29，它们将用于使熔融玻璃从熔炉310中排出。排气口为普通结构，并布置成使它们有比熔炉中的压力更低的环境压力。这可以通过使用烟囱形式的排气口而实现。或者，风扇可用于降低排气口内的压力。还有，在熔炉的上游端6和熔炉的下游端8之间形成压力差，同时在熔炉的下游端的压力低于在熔炉的上游端的压力。应当知道，通过由与熔炉的下游端8连通的排气口60排出燃烧烟气和气体，在排气口中的压力将低于在熔炉下游端的压力。
下面参考图7，图中表示了温度(y轴)和从玻璃熔炉的装料端壁至排料端壁的距离的相应百分数(x轴)的比较。因此，在百分之75距离处的温度是在从装料端壁至排料端壁的距离的大约四分之三处的温度。同样，在百分之零距离处的温度是大约在装料端壁处的温度。同样，在百分之100距离处的温度是大约在排料端壁处的温度。
普通现有技术玻璃熔炉的热型面表示为200。应当知道，与在百分之零距离处和百分之100距离处的温度相比，在大约百分之75距离处的温度为相对峰值。因此，普通玻璃熔炉中在百分之零距离处的温度小于在75％距离处的温度。其它熔炉可以使峰值温度在离装料端壁的不同距离处，例如在百分之50距离处或百分之100距离处。本发明的玻璃熔炉的热型面表示为220。可以看见，熔炉在从装料端壁到前面百分之75距离处的温度高于普通熔炉的温度，且在熔炉的上游端处没有相对较冷部分，与普通熔炉的热型面200不同。现有技术的热型面(曲线200)在百分之零距离处有相对较低温度，而本发明熔炉的热型面(曲线220)没有这种情况。在百分之零距离处的相对更高温度表示本发明的玻璃熔炉将更高效地利用能量和熔化玻璃配料。当熔炉的能量输入比由曲线220表示的熔炉的情况稍微增大时，热型面在熔炉的装料端处更高，如曲线222所示。同样，当熔炉的能量输入比由曲线220表示的熔炉的情况稍微减小时，热型面在熔炉的装料端处更低，如曲线224所示。
尽管以及参考特定实施例详细说明了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在权利要求的精神和范围内还有其它实施例。
权利要求
1.一种玻璃熔炉(10)，包括上游端(6)、下游端(8)和顶板(22)，该上游端位于下游端的上游；装料器(32)，用于将玻璃形成材料(30)供给熔炉的上游端；至少一个燃烧器(34)，用于向在熔炉的上游端处的玻璃形成材料供热；以及排气口(60)，该排气口与熔炉的下游端连通，同时该排气口位于该至少一个燃烧器的下游。
2.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该至少一个燃烧器(34)穿过熔炉的顶板(22)安装。
3.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该至少一个燃烧器(34)为多个燃烧器。
4.根据权利要求3所述的玻璃熔炉(10)，其中超过百分之50的燃烧器(34)位于排气口(60)的上游。
5.根据权利要求4所述的玻璃熔炉(10)，其中所有燃烧器(34)都位于排气口(60)的上游。
6.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)是排气烟囱。
7.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)是多个排气烟囱。
8.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)布置在熔炉的排料端壁(6)上。
9.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)布置在熔炉的侧壁(18a、18b)上。
10.根据权利要求1所述的玻璃熔炉(110)，其中该至少一个燃烧器(34)为穿过熔炉的顶板(22)而安装的多个燃烧器，所有的燃烧器都布置在排气出口(60a、60b)的上游，且该排气口包括至少两个排气出口。
11.根据权利要求10所述的玻璃熔炉(110)，其中该排气出口(60a、60b)为多个排气烟囱。
12.一种玻璃熔炉(10)，包括有装料端壁(14)的上游端(6)和有排料端壁(16)的下游端(8)，该上游端位于下游端的上游；排气口(60)，该排气口与熔炉连通，该排气口的中心线(72)位于从熔炉的装料端壁至熔炉的排料端壁的距离的至少大约百分之70处。
13.根据权利要求11所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口的中心线(72)位于从熔炉的装料端壁(14)至熔炉的排料端壁(16)的距离的至少大约百分之80处。
14.根据权利要求12所述的玻璃熔炉(10)，其中该熔炉包括两个侧壁(18a、18b)和两个排气口(60a、60b)，各排气口与侧壁横向分离。
15.在一种玻璃熔炉(10)中，该玻璃熔炉包括有装料端壁(14)的上游端(6)和有排料端壁(16)的下游端(8)，该上游端位于下游端的上游；改进之处包括排气口(60)在熔炉的下游端与熔炉连通。
16.根据权利要求15所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)布置在排料端壁(16)上。
17.根据权利要求15所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)包括排气烟囱。
18.根据权利要求15所述的玻璃熔炉(10)，其中该排气口(60)包括多个排气烟囱。
19.一种操作具有上游端(6)和下游端(8)的玻璃熔炉(10)的方法，该方法包括将玻璃形成材料(30)引入熔炉的上游端；通过至少一个燃烧器(34)加热该玻璃形成材料，该至少一个燃烧器位于熔炉的上游端；以及使熔炉中的燃气从位于熔炉的下游端的排气口(60)排出。
20.根据权利要求19所述的方法，其中该熔炉(10)有位于熔炉的下游端(8)处的排料端壁(16)以及位于熔炉的上游端(6)处的装料端壁(14)，该方法还包括以下步骤使排气口(60)的中心线(72)位于从熔炉的装料端壁至熔炉的排料端壁的距离的至少大约百分之70处。
21.一种操作具有装料半部分(80)和排料半部分(84)的玻璃熔炉(10、110、210)的方法，包括将玻璃形成材料(30)引入熔炉的装料半部分；通过多个燃烧器(34)加热该玻璃形成材料，这些燃烧器提供能量并形成燃气，来自燃烧器的能量的主要部分在熔炉的装料半部分中引入熔炉；以及使燃气从与熔炉的排料半部分相连的排气口(60)排出。
22.根据权利要求21所述的方法，其中；排气口(60)的中心线(72)位于从熔炉(10)的装料端壁(14)至熔炉的排料端壁(16)的距离的至少大约百分之70处。
23.根据权利要求21所述的方法，其中；排气口(60)的中心线(72)位于从熔炉(10)的装料端壁(14)至熔炉的排料端壁(16)的距离的至少大约百分之80处。
24.根据权利要求21所述的方法，其中排气步骤包括提供在熔炉(10)内沿从熔炉的装料半部分(80)至熔炉的排料半部分(84)的方向的燃气流。
25.根据权利要求21所述的方法，其中从燃烧器(34)引入熔炉(10)的装料半部分(80)的能量为从燃烧器引入熔炉的排料半部分(84)的能量的至少两倍。
26.一种使燃气从玻璃熔炉(10)中排出的方法，该方法包括将玻璃形成材料(30)引入玻璃熔炉的上游端(6)；在熔炉的上游端和熔炉的下游端(8)之间形成压力差，且在熔炉下游端的压力低于在熔炉上游端的压力；使燃烧烟气和气体从与熔炉的下游端连通的排气口(60)排出，且在排气口处的压力低于在熔炉下游端的压力；以及使熔融玻璃从熔炉的下游端排出。
全文摘要
一种玻璃熔炉(10)有上游端(6)、下游端(8)和顶板(22)。该上游端位于下游端的上游。装料器(32)用于将玻璃形成材料(30)供给熔炉的上游端。至少一个燃烧器(34)用于向在熔炉的上游端处的玻璃形成材料供热。排气口(60)与熔炉的下游端连通，同时该排气口位于该至少一个燃烧器的下游。
文档编号C03B5/235GK1516680SQ01823256
公开日2004年7月28日 申请日期2001年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者戴维·J·贝克, 哈里·P·亚当斯, 约翰·R·勒布朗, P 亚当斯, R 勒布朗, 戴维 J 贝克 申请人:欧文斯科尔宁格公司, 博克集团公司