專利名稱：位于玻璃熔爐的下游端的排氣口的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃熔爐，其中，玻璃配料(batch)沉積在一端，熔融玻璃從另一端取出。特別是，本發明涉及一種具有至少一個用于熔化玻璃配料的煤氣燃燒器的玻璃熔爐。
背景技術：
多種玻璃熔爐通常用于在制造玻璃產品時熔化用于形成玻璃的材料，該玻璃產品例如玻璃纖維、玻璃容器、平玻璃或其它玻璃。這樣的玻璃熔爐通常包括裝料器，用于引入玻璃配料；至少一個燃燒器，用于將玻璃配料熔化成熔融玻璃；以及至少一個排氣煙囪，用于從熔爐中除去燃氣。在交叉點火熔爐中，熱量從位于熔爐的相對側的燃燒器引入該熔爐中。該熱量使得熔爐中的玻璃或配料熔化。玻璃配料通常在熔爐的后面或裝料端加入熔爐，以便能使玻璃配料進行最佳熔化而成為熔融玻璃。熔融玻璃通過玻璃排出槽道而從熔爐的前部或下游端取出，該玻璃排出槽道在用于制造玻璃纖維的熔化玻璃的熔爐中稱為喉道，而在用于制造平玻璃的熔化玻璃的熔爐中稱為腰部。
燃燒煙氣以及由形成玻璃的原材料分解而釋放的氣體通過位于熔爐的相對側并靠近后端或裝料端的一個或多個排氣煙囪而從熔爐中排出，也就是，通過位于熔爐的、遠離玻璃從熔爐中排出的喉道或位置的相對端處的一個或多個排氣煙囪而排出。使排氣煙囪位于熔爐的后面的原因是節省能量，同時仍然使配料保持可接受的熔化。通過使氣體從熔爐的裝料端排出，可以從熔爐中產生的全部廢氣中回收大量的能量。不過，將排氣煙囪布置在熔爐的裝料端將導致配料夾在燃氣中，從而弄臟排氣煙囪或其它設備，并可能增加熔爐排氣系統的顆粒。因此，希望設計一種更高效的熔爐，它沒有已知熔爐的缺點。
發明內容
上述目的以及沒有特別列舉的其它目的通過一種具有上游端、下游端和頂板的玻璃熔爐來實現。該上游端位于下游端的上游。裝料器用于將玻璃形成材料供給熔爐的上游端。至少一個燃燒器用于向在熔爐的上游端處的玻璃形成材料供熱。排氣口與熔爐的下游端連通，同時該排氣口位于該至少一個燃燒器的下游。
根據本發明，提供了一種玻璃熔爐，該玻璃熔爐有上游端，該上游端有裝料端壁；以及下游端，該下游端有排料端壁。該上游端位于下游端的上游。排氣口在熔爐的下游端與該熔爐連通。
根據本發明，還提供了一種操作具有上游端和下游端的玻璃熔爐的方法。該方法包括將玻璃形成材料引入熔爐的上游端。該玻璃形成材料通過至少一個燃燒器而被加熱，該至少一個燃燒器位于熔爐的上游端。在熔爐中的燃氣從位于熔爐的下游端的排氣口排出。
根據本發明，還提供了一種操作具有裝料半部分和排料半部分的玻璃熔爐的方法。該方法包括將玻璃形成材料引入熔爐的裝料半部分。該玻璃形成材料通過多個燃燒器而被加熱，這些燃燒器提供能量并形成燃氣。來自燃燒器的能量的主要部分在熔爐的裝料半部分中引入熔爐。燃氣從與熔爐的排料半部分相連的排氣口排出。
根據本發明，還提供了一種使燃氣從玻璃熔爐中排出的方法。該方法包括將玻璃形成材料引入玻璃熔爐的上游端。在熔爐的上游端和熔爐的下游端之間形成壓力差，同時在熔爐下游端的壓力低于在熔爐上游端的壓力。燃燒煙氣和氣體從與熔爐的下游端連通的排氣口排出，同時在排氣口中的壓力低于在熔爐下游端的壓力。熔融玻璃從熔爐的下游端排出。
本發明的目的是提供一種玻璃熔爐，該玻璃熔爐具有位于下游端的排氣口。
本發明的另一目的是提供一種排氣口，該排氣口位于玻璃熔爐的下游端，以便增加排氣的滯留時間，從而更具有成本效益地加熱和熔化玻璃形成材料。
通過下面對優選實施例的詳細說明并結合附圖，本領域技術人員可以知道本發明的各種其它目的和優點。
圖1是本發明的玻璃熔爐的剖視圖。
圖2是圖1的玻璃熔爐沿線2-2的剖視圖，其中，為了清楚，表示了頂板的一部分。
圖3是本發明可選實施例的玻璃熔爐的示意圖。
圖4是圖3的玻璃熔爐沿線3-3的示意平面圖。
圖5是本發明可選實施例的玻璃熔爐的剖視端視圖。
圖6是熔爐的另一可選實施例的示意平面圖，該熔爐有通過熔爐的排料端壁連接的排氣口。
圖7是表示現有技術的玻璃熔爐的溫度型面與本發明的玻璃熔爐的溫度型面比較的曲線圖。
具體實施例方式
參考圖1和2，圖中表示了玻璃熔爐10，該玻璃熔爐可以用于制造玻璃纖維、玻璃容器、平玻璃和其它類型的玻璃。該玻璃熔爐10可以工作而向玻璃前爐12或其它玻璃處理設備提供熔融玻璃。在附圖中，應當知道，為了清楚，在說明和解釋本發明時并沒有對某些結構細節進行說明，因為這些細節為本領域技術人員公知。
優選是，玻璃熔爐10包括細長槽道11，該細長槽道11由裝料端壁14和排料端壁16、兩個側壁18a和18b、底板20以及頂板22確定。該頂板22優選是與第一或裝料端壁14以及第二或排料端壁16可操作地連接。裝料端壁14位于玻璃熔爐10的上游端6處，在該上游端，玻璃形成材料被引入或加入熔爐中。排料端壁16位于玻璃熔爐10的下游端8處，在該下游端，熔融玻璃從該熔爐中排出。玻璃熔爐10的上游端6為裝料端。在本說明書和權利要求書中所用的術語“下游端”的意思是熔融玻璃由此排出的熔爐端部。優選是，玻璃熔爐10由合適的耐火材料制成，例如氧化鋁、硅石、氧化鋁-硅石、鋯石、鋯石-氧化鋁-硅石等。當橫切于槽道的縱向軸線“A”看時，玻璃熔爐10的頂板22有普通的曲線形截面形狀或者冠形，但該頂板22可以為任意合適結構。玻璃熔爐10的頂板22位于熔融玻璃25的表面23的上面。如本領域公知，玻璃熔爐10可以選擇地包括一個或多個起泡器24和/或輔助電極(未示出)。該起泡器24和/或輔助電極增加熔融玻璃的流速和玻璃熔化速度。
優選是，玻璃熔爐10包括兩個熔融玻璃區域，即基本上游的熔融區域26和基本下游的精煉(fining)區域28。熔融區域26在玻璃熔爐10的上游區域，在該區域，玻璃形成材料30利用裝料器或裝料裝置32而裝入玻璃熔爐10中。裝料裝置32可以為適于將玻璃形成材料30裝入玻璃熔爐10中的任何類型。玻璃形成材料30可以為通常用于制造玻璃的原材料混合物，例如玻璃配料。應當知道，該玻璃形成材料30根據要制造的玻璃產品(未示出)的類型來配制。通常，該材料包括包含二氧化硅的材料，該材料包括通常稱為碎玻璃的細小玻璃碎屑。可使用的其它玻璃形成材料包括長石、石灰石、白云石、純堿、碳酸鉀、硼砂和氧化鋁。為了改變玻璃產品的性質，也可以添加相對少量的砷、銻、硫酸鹽、碳和/或氟化物。應當知道，熔融玻璃25通常從玻璃熔爐10的上游端6向玻璃熔爐10的下游端8流動，如箭頭27所示。
任意合適數目和類型的裝料裝置32可以用于將玻璃形成材料30送入玻璃熔爐10中。所示玻璃熔爐10包括三個分別位于裝料端壁14和兩個側壁18a和18b中的裝料裝置32。如圖所示，所示裝料裝置32大致位于玻璃熔爐10的上游端6。優選是，玻璃形成材料30供給到熔融玻璃25的表面23上。
玻璃形成材料30在玻璃熔爐10的熔融區域26中形成在熔融玻璃25表面上的固體或半熔融顆粒的配料層。玻璃形成材料30的浮動固體配料顆粒主要通過至少一個燃燒器而熔化，不過優選是使用多個燃燒器34，如圖1和4所示。優選是，該燃燒器34是氧-燃料燃燒器，但可以采用任意合適類型的燃燒器。優選是，燃燒器34產生具有受控制的形狀和長度的火焰36。在本發明的優選實施例中，在裝料端6處的燃燒器穿過頂板22安裝，如圖1、3和4所示。不過，應當知道，該燃燒器可以安裝在玻璃熔爐10的裝料端壁14或側壁18a和18b中，或者穿過該裝料端壁14或側壁18a和18b安裝。燃燒器34使玻璃形成材料30熔化，同時使周圍的耐火材料的工作溫度保持在合適的工作界限內。通過使來自燃燒器的氣體氧化，將產生大量的燃氣。
在玻璃形成材料通過火焰36以及通過由熔爐的其它部分輻射的熱量而熔化后，熔融玻璃沿方向箭頭27的方向從熔融區域26流向精煉區域28。熔融玻璃通過熔爐喉道29或通過在平玻璃工廠中稱為腰部的槽道而離開熔爐10，如方向箭頭31所示。在用于特定玻璃的優選實施例中，精煉區域28包括至少一個下游燃燒器38，該下游燃燒器38安裝在玻璃熔爐10的頂板22中。該下游燃燒器38的結構可以與燃燒器34類似。或者，任意一個或多個上游燃燒器34可以安裝成與垂直方向成一定角度，該角度可以直到大約20度，以便將最大量的對流和輻射熱量傳遞給形成玻璃的配料材料。同樣，下游端燃燒器38可以安裝成與垂直方向成一定角度，該角度可以直到大約20度，以便在用于制造某種玻璃例如玻璃纖維時減小和/或控制在玻璃表面23上形成的泡沫。
玻璃熔爐10包括至少一個排氣口60，該排氣口60位于下游端8處，用于從熔爐中除去燃氣。應當知道，可以選擇采用多個排氣口。對于圖1和2中所示的玻璃熔爐10，玻璃熔爐10的頂板22支承排氣口60。在本發明的優選實施例中，排氣口位于側壁18a和18b的外側，并以不同方式被支承，如下面所述。
在本發明的優選實施例中，排氣口60是排氣煙囪，用于析出燃燒煙氣以及由于形成玻璃的原材料分解而釋放的氣體。應當知道，該排氣口可以是用于從熔爐中除去煙氣和氣體的任意合適開口或導管。當從熔爐中除去煙氣和氣體時，可以選擇對它們進行處理，以便產生環保的排放物。當使用排氣煙囪時，它可以有四邊形截面，例如正方形截面，不過該排氣口60也可以有任意合適的截面形狀。在本發明的優選實施例中，排氣口的中心線72位于從玻璃熔爐的裝料端壁14到玻璃熔爐的排料端壁16的距離的至少大約百分之70處，例如如圖2所示。更優選是，排氣口的中心線72位于從裝料端壁到排料端壁的距離的至少大約百分之80處。
使排氣口60與熔爐的下游端連通的一個優點是使玻璃形成材料由煙氣和燃氣夾帶的可能性降低，這是因為在本發明的熔爐中產生的燃燒產物的總質量流并不經過玻璃形成材料，而是只有在玻璃形成材料的上游處的燃燒器產生的燃燒產物將經過該玻璃形成材料。在普通熔爐中，氣體的速度將在未熔化的玻璃形成材料的上面達到最大，從而增強對這些材料的夾帶。相反，在本發明的熔爐中，氣體速度并不需要在玻璃形成材料上面達到最大。而且，在氣體從熔爐的裝料端6向下游端8運動時，由煙氣和燃氣夾帶的任何玻璃形成材料都有機會沉淀下來。特別是當大部分(超過50％)燃燒器34位于熔爐的上游端時，使排氣口60布置成與下游端連通的另外優點是使排氣口與熱源分離，從而消除熱短路，當燃燒器和排氣口位于熔爐的相同端時可能產生該熱短路。
圖3和4表示了玻璃熔爐110的可選實施例。以與圖1和2中的玻璃熔爐10相同或相似的參考標號表示的、玻璃熔爐110的特征具有與熔爐10的相同特征類似的功能，除非另外說明。該玻璃熔爐110包括兩個排氣口60a和60b。該排氣口60a和60b與玻璃熔爐110連通，并用于排出由燃燒器34和38產生的燃氣。該排氣口60a和60b分別位于側壁18a和18b的橫向外側。
圖3和4所示的排氣口60a和60b分別包括大致水平的部分64a和64b以及大致垂直的部分68a和68b。該大致垂直的部分68a和68b分別通過該大致水平的部分64a和64b與側壁18a和18b間隔開。應當知道，排氣口60a和60b分別包括中心線72a和72b。與圖1和2中所示的熔爐10相同，中心線72a和72b位于從玻璃熔爐110的裝料端壁14到玻璃熔爐110的排料端壁16的距離的至少大約百分之70處，尤其優選是，該中心線72a和72b位于從裝料端壁到排料端壁的距離的至少大約百分之80處。盡管排氣煙囪表示為與側壁沿橫向間隔開，但是該排氣口也可以成一體地形成于側壁內。這時，排氣口60a和60b的大致垂直的部分68a和68b的最內側部分分別包含在側壁18a和18b中。
圖5還表示了玻璃熔爐210的另一可選實施例。以與玻璃熔爐10和玻璃熔爐110相同或相似的參考標號表示的、玻璃熔爐210的特征具有與熔爐10和110的相同特征類似的功能，除非另外說明。圖5中所示玻璃熔爐210包括兩個排氣口60c和60d，該排氣口60c和60d具有四邊形橫截面，不過它們也可以為任意合適的截面形狀。
排氣口60c和60d可以以任意合適方式支承。該排氣口60c和60d可以位于靠近排料端壁16和/或側壁18或者在該排料端壁16和/或側壁18上的任意位置，以便從熔爐中排出燃氣。如圖5所示，它們可以與側壁18橫向分離。排氣口60c和60d優選是分別包括大致水平的部分64c和64d以及大致垂直的部分68c和68d。該大致水平的部分64c和64d位于熔融玻璃25的表面23上面。該大致垂直的部分68c和68d分別通過大致水平的部分64c和64d而與排料端壁16和側壁18間隔開。在優選實施例中，大致垂直的部分68c和68d用于接收燃氣，并能夠沿大致向上的方向(由箭頭76表示)或大致向下的方向(由箭頭78表示)除去。
玻璃熔爐10、110和210在制造熔融玻璃25時的工作都基本類似。在工作時，將玻璃形成材料30引入玻璃熔爐的上游端6。然后，玻璃形成材料通過燃燒器34而被加熱。優選是，一個或多個燃燒器34位于熔爐的上游端6。燃燒器34形成燃氣，該燃氣從玻璃熔爐的下游端8排出。
玻璃熔爐10、110和210可以通過將玻璃形成材料30引入熔爐的裝料半部分80中而工作，如圖2所示。在本文中，應當知道，玻璃熔爐的裝料半部分80是指玻璃熔爐的、最靠近裝料端壁14的那一半。玻璃形成材料30通過位于熔爐的裝料半部分80中的一個或多個燃燒器34來加熱。該燃燒器34提供能量并形成燃氣。來自熔爐的全部燃燒器的大部分能量被引入玻璃熔爐的裝料半部分80中。優選是，由燃燒器引入熔爐的裝料半部分中的能量為由燃燒器引入熔爐的排料半部分中的能量的至少兩倍。排氣口布置成從熔爐的排料半部分84中排出燃氣。在本文中，應當知道，玻璃熔爐的排料半部分84是指玻璃熔爐的、最靠近排料端壁16的那一半。應當知道，燃氣通過排氣口的排出產生了在熔爐內沿從熔爐的裝料端壁到熔爐的排料端壁的方向的燃氣流。
如圖6所示，在本發明的另一實施例中，玻璃熔爐310可以有一個或多個排氣口60e，該排氣口60e通過端壁16與熔爐的下游端8相連。圖中有在端壁16中心的單個排氣口60e，還有兩個槽道或喉道29，它們將用于使熔融玻璃從熔爐310中排出。排氣口為普通結構，并布置成使它們有比熔爐中的壓力更低的環境壓力。這可以通過使用煙囪形式的排氣口而實現。或者，風扇可用于降低排氣口內的壓力。還有，在熔爐的上游端6和熔爐的下游端8之間形成壓力差，同時在熔爐的下游端的壓力低于在熔爐的上游端的壓力。應當知道，通過由與熔爐的下游端8連通的排氣口60排出燃燒煙氣和氣體，在排氣口中的壓力將低于在熔爐下游端的壓力。
下面參考圖7，圖中表示了溫度(y軸)和從玻璃熔爐的裝料端壁至排料端壁的距離的相應百分數(x軸)的比較。因此，在百分之75距離處的溫度是在從裝料端壁至排料端壁的距離的大約四分之三處的溫度。同樣，在百分之零距離處的溫度是大約在裝料端壁處的溫度。同樣，在百分之100距離處的溫度是大約在排料端壁處的溫度。
普通現有技術玻璃熔爐的熱型面表示為200。應當知道，與在百分之零距離處和百分之100距離處的溫度相比，在大約百分之75距離處的溫度為相對峰值。因此，普通玻璃熔爐中在百分之零距離處的溫度小于在75％距離處的溫度。其它熔爐可以使峰值溫度在離裝料端壁的不同距離處，例如在百分之50距離處或百分之100距離處。本發明的玻璃熔爐的熱型面表示為220。可以看見，熔爐在從裝料端壁到前面百分之75距離處的溫度高于普通熔爐的溫度，且在熔爐的上游端處沒有相對較冷部分，與普通熔爐的熱型面200不同。現有技術的熱型面(曲線200)在百分之零距離處有相對較低溫度，而本發明熔爐的熱型面(曲線220)沒有這種情況。在百分之零距離處的相對更高溫度表示本發明的玻璃熔爐將更高效地利用能量和熔化玻璃配料。當熔爐的能量輸入比由曲線220表示的熔爐的情況稍微增大時，熱型面在熔爐的裝料端處更高，如曲線222所示。同樣，當熔爐的能量輸入比由曲線220表示的熔爐的情況稍微減小時，熱型面在熔爐的裝料端處更低，如曲線224所示。
盡管以及參考特定實施例詳細說明了本發明，但是本領域技術人員應當知道，在權利要求的精神和范圍內還有其它實施例。
權利要求
1.一種操作具有上游端(6)和下游端(8)的玻璃熔爐(10)的方法，該方法包括下列步驟將玻璃形成材料(30)引入熔爐的上游端；通過至少一個燃燒器(34)加熱該玻璃形成材料，該至少一個燃燒器位于熔爐的上游端；以及使在熔爐中由該至少一個燃燒器產生的燃氣從位于熔爐的下游端的排氣口(60)排出。
2.根據權利要求1所述的方法，其中該熔爐(10)有位于熔爐的下游端(8)處的排料端壁(16)以及位于熔爐的上游端(6)處的裝料端壁(14)，該方法還包括以下步驟使排氣口(60)的中心線(72)位于從熔爐的裝料端壁至熔爐的排料端壁的距離的至少大約百分之70處。
3.一種操作具有裝料半部分(80)和排料半部分(84)的玻璃熔爐(10、110、210)的方法，包括將玻璃形成材料(30)引入熔爐的裝料半部分；通過多個燃燒器(34)加熱該玻璃形成材料，這些燃燒器提供能量并形成燃氣，來自燃燒器的能量的主要部分在熔爐的裝料半部分中被引入熔爐；以及使燃氣從與熔爐的排料半部分相連的排氣口(60)排出。
4.根據權利要求3所述的方法，其中；排氣口(60)的中心線(72)位于從熔爐(10)的裝料端壁(14)至熔爐的排料端壁(16)的距離的至少大約百分之70處。
5.根據權利要求3所述的方法，其中；排氣口(60)的中心線(72)位于從熔爐(10)的裝料端壁(14)至熔爐的排料端壁(16)的距離的至少大約百分之80處。
6.根據權利要求3所述的方法，其中排氣步驟包括提供在熔爐(10)內沿從熔爐的裝料半部分(80)至熔爐的排料半部分(84)的方向的燃氣流。
7.根據權利要求3所述的方法，其中從燃燒器(34)引入熔爐(10)的裝料半部分(80)的能量為從燃燒器引入熔爐的排料半部分(84)的能量的至少兩倍。
8.一種使燃氣從玻璃熔爐(10)中排出的方法，該方法包括下列步驟將玻璃形成材料(30)引入玻璃熔爐的上游端(6)；在熔爐的上游端和熔爐的下游端(8)之間形成壓力差，且在熔爐下游端的壓力低于在熔爐上游端的壓力；使燃燒煙氣和氣體從與熔爐的下游端連通的排氣口(60)排出，且在排氣口處的壓力低于在熔爐下游端的壓力；以及使熔融玻璃從熔爐的下游端排出。
全文摘要
一種玻璃熔爐(10)有上游端(6)、下游端(8)和頂板(22)。該上游端位于下游端的上游。裝料器(32)用于將玻璃形成材料(30)供給熔爐的上游端。至少一個燃燒器(34)用于向在熔爐的上游端處的玻璃形成材料供熱。排氣口(60)與熔爐的下游端連通，同時該排氣口位于該至少一個燃燒器的下游。
文檔編號C03B5/235GK1762864SQ20051007598
公開日2006年4月26日 申請日期2001年5月16日 優先權日2001年5月16日
發明者戴維·J·貝克, 哈里·P·亞當斯, 約翰·R·勒布朗 申請人:歐文斯科爾寧格公司, 博克集團公司