專利名稱：減壓精煉爐的管道輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及減壓精煉，一種用于除去夾雜在熔化玻璃中的氣泡的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于把熔化玻璃輸送通過一真空室同時保持該真空室內(nèi)的氣密狀態(tài)的管道輸送系統(tǒng)。
在玻璃制造工作中，玻璃配料是通過在混合器中把各種原料進行混合而制得的，其中這些原料是從一些被做成適當(dāng)?shù)拇笮?，?jīng)凈化和處理的材料來獲得的，這些材料的純度被事先分析過。被稱作碎玻璃的回收利用的玻璃也可以與這些原材料混合。對于最普通的鈉鈣玻璃，這些原材料包括SiO2，Na2O，CaO以及其它各種化學(xué)化合物。Na2O用作助熔劑，以便降低SiO2熔化溫度，CaO用作SiO2的穩(wěn)定劑。典型的一種鈉鈣玻璃是由約70％的SiO2，15％的Na2O，9％的CaO，以及更少量的其它各種化學(xué)化合物組成。玻璃配料被輸送到一“窩穴”，它是一個位于玻璃熔化爐的熔化室后部的漏斗。玻璃配料可以被輕微地濕潤，以便阻止配料成分因輸送系統(tǒng)的振動而發(fā)生分離，或者是，把玻璃配料壓制成顆?；驁F塊，以改善顆粒之間的接觸。
利用機械鏟，螺旋輸送機或普通輸送器把玻璃配料輸送到熔化室內(nèi)。玻璃熔化所需的熱量可以采用天然氣、油，或電來生成。然而，電熔化是最有效率和潔凈的方法，這是因為它是當(dāng)需要時才產(chǎn)生熱量，并消除了配料材料會被煙氣帶走的問題。為了確保熔化玻璃的組成整體上均勻一致，通常在一個設(shè)有機械混合器或具有氮氣或氣泡的調(diào)節(jié)室內(nèi)對熔化玻璃進行攪拌。然后在被叫做前爐的一組窄通道內(nèi)把熔化玻璃輸送到成形設(shè)備。在熔化室內(nèi)，配料中的原材料的分解會產(chǎn)生大量的氣體。這些氣體和所夾雜的空氣在熔化的玻璃中形成氣泡。大的氣泡升至表面，然而，尤其是當(dāng)玻璃變得更粘時，小氣泡會以這樣一個數(shù)量被夾雜在熔化玻璃內(nèi)，這個數(shù)量的小氣泡會對最終產(chǎn)品的質(zhì)量構(gòu)成威脅。對于需要高質(zhì)量玻璃的產(chǎn)品，例如，液晶顯示器，要在把熔化玻璃輸入成形設(shè)備之前把這些夾雜的氣泡從熔化玻璃中除去。
把氣泡從熔化玻璃中除去的這個過程被叫做精煉。一種用于精煉玻璃的方法包括在混合器內(nèi)進行混合之前，把被稱作精煉劑的各種材料加到玻璃配料中。精煉劑的主要目的是當(dāng)熔化玻璃處于適當(dāng)?shù)木珶挏囟葧r使熔化玻璃中的氣體釋放出來。隨著氣泡的增大，它們的相對浮力就增大，從而使氣泡升至熔化玻璃的表面，氣泡在該表面被釋放。通過降低熔化玻璃的粘度可以加快氣泡通過熔化玻璃的移動速度，通過升高熔化玻璃的溫度可以使熔化玻璃的粘度降低。對于大氣壓下玻璃熔化和精煉方法來說，有效的精煉劑應(yīng)在熔化玻璃的溫度升高到使熔化玻璃的粘度足夠低的溫度范圍時，對于鈉鈣玻璃即1300℃至1500℃時，能夠釋放大量的精煉氣體。例如，Na2SO4是適合用于鈉鈣玻璃的一種精煉劑。
用于精煉玻璃的另一種方法包括使熔化玻璃通過一低壓區(qū)域以便使熔化玻璃中的氣泡膨脹并迅速升至玻璃表面。這種方法通過叫做降壓精煉或真空精煉。降壓精煉爐具有各種各樣的結(jié)構(gòu)。Takeshita等人的專利US5849058中公開了一種虹吸式的降壓精煉爐的總體結(jié)構(gòu)。如

圖1所示，這種降壓精煉爐包括設(shè)置在真空殼2內(nèi)的一真空容器1。真空容器1的一端與一上行管3相連，另一端與一下行管4相連。上行管3和下行管4是由一種能承受熔化玻璃的高溫且不易腐蝕的鉑材料制成的。通過電對真空容器1、上行管3和下行管4進行加熱。真空容器1、上行管3及下行管4的周圍設(shè)有一絕緣材料5。通常，絕緣材料5一般由絕緣磚組成，該絕緣材料5兼作用于上行管3和下行管4的結(jié)構(gòu)支撐件。不與真空容器1相連的上行管3和下行管4底端穿過真空殼2分別通入存儲容器6，7。所連接的存儲容器6用于從一玻璃熔化爐(圖中未示)接收熔化玻璃。
根據(jù)虹吸原理，熔化玻璃經(jīng)上行管3、真空容器1和下行管4流動。因此，真空容器1中的熔化玻璃的液體表面高于存儲容器6中的液體表面，真空容器1中的壓力低于存儲容器6中的壓力。真空容器1中的壓力與真空容器1中的熔化玻璃的液體表面相對于存儲容器6中的液體表面的高度有關(guān)。真空容器1中的熔化玻璃的液體表面在存儲容器6中的熔化玻璃的液體表面以上的高度是根據(jù)期望精煉壓力及熔化玻璃流入真空容器1的速度來確定的。夾雜有氣泡的熔化玻璃被從玻璃熔化爐(圖中未示)輸送到存儲容器6內(nèi)。由于真空容器1中的壓力小于存儲容器6中的壓力，因此，存儲容器6中的熔化玻璃通過上行管3上升到真空容器1內(nèi)。使真空容器1中的壓力成為小于大氣壓的降壓狀態(tài)，通常為大氣壓的1/20至1/3。當(dāng)熔化玻璃流經(jīng)真空容器1并遇到降低的壓力時，熔化玻璃中的氣泡就膨脹并迅速升至熔化玻璃的表面，在頂部空間形成一泡沫層。精煉玻璃通過下行管4下降到存儲容器7內(nèi)。
真空殼2必須被設(shè)計成在精煉過程中使氣體的吸入達到最小。對上行管3和下行管4離開真空殼2的地方必須進行密封，以確保真空殼2保持氣密狀態(tài)。然而，由于當(dāng)上行管3和下行管4被加熱時會發(fā)生膨脹，因此很難保持真空殼2與上行管3及下行管4之間的可靠的密封。例如，上行管3和下行管4在被加熱到1500℃時每根管能增大2英寸以上。因此，會造成一間隙，處于大氣壓下的大量的空氣會流入真空殼2內(nèi)。此外，當(dāng)上行管3和下行管4周圍的絕緣磚5從上行管3和下行管4吸收熱量時會發(fā)生膨脹，但是絕緣磚5的膨脹速度要小于上行管3和下行管4的膨脹速度。因此，在絕緣磚5與下行管4之間會產(chǎn)生一些間隙，其中的絕緣磚的一些不能支撐上行管3的非支撐區(qū)域。這些非支撐區(qū)域會由于熔化玻璃作用在管道3，4上的內(nèi)部壓力而發(fā)生破裂。
技術(shù)參考文獻中沒有解決這個在膨脹的上行管和下行管以及真空殼之間的密封并提供足夠的支撐以防止因內(nèi)部壓力而破裂的問題。Ando等人的專利US-5851258中公開了一種對上行管和下行管進行支撐的支撐結(jié)構(gòu)和金屬波紋管，其中的上行管和下行管是用于把熔化材料輸送通過一真空殼的，其中的金屬波紋管用于在這些管與真空殼之間進行密封的。圖2表示出了對管16進行支撐的支撐結(jié)構(gòu)，其中的管16可以是上行管，也可以是下行管。支撐結(jié)構(gòu)包括一支撐裝置30，該支撐裝置30是由一支撐板32和一上推裝置36。絕緣磚28被設(shè)置在上行管16周圍，從而把管包圍住。包含了管16的真空殼的支腿部分12A被做成矩形棱柱狀的柱面形狀，支撐元件40被固定在矩形棱柱狀的柱面形狀的支腿部分12A處。上推裝置36把支腿部分12A連接到支撐板32上，并向上擠壓支撐板32，從而支撐住磚28。環(huán)形突緣16A以預(yù)定間隔被設(shè)置在管16的外周面上。每塊磚28都被堆垛在突緣16A之間。在每塊磚28的上表面處設(shè)置一槽28A。每條槽28A的深度大致等于突緣16A的厚度，因此，當(dāng)磚28被堆垛在突緣16A之間時，每個突緣16A被接收在相鄰的槽28A內(nèi)。
由于鉑制的管16的熱膨脹系統(tǒng)高于磚28的熱膨脹系數(shù)，因此，在相鄰的突緣16A之間的一部分管16的伸長要大于位于相同的相鄰緣之間的磚28的伸長。于是，磚28限制了這部分管16的軸向伸長，從而使得這部分管16以彎曲的形式向內(nèi)變形。管16的軸向總體伸長對應(yīng)于堆垛磚28的伸長。當(dāng)管16和磚28熱膨脹時，就克服上推裝置36的擠壓力而向下膨脹。在磚28與管16之間有一個空間S，這個空間能容納管16在周向上的熱膨脹。一圓筒形波紋管50把真空支腿部分12A連接到支撐板32上，絕緣材料即磚28被接收在這個圓筒形波紋管50內(nèi)，以便使真空室的內(nèi)部保持氣密狀態(tài)。
本發(fā)明的一個方面是一種用于把熔化材料輸送通過真空殼的管道輸送系統(tǒng)，它包括具有許多卷旋的管道，當(dāng)管道膨脹時，這些卷旋就進行壓縮。沿著管道長度設(shè)置的許多突起載有對管道進行加熱的電流。在這些突起之間堆疊有眾多的耐熔絕緣磚。第一密封突緣與管道的入口端相連，第二密封突緣與管道的出口端相連。每個密封突緣包括金屬密封環(huán)，該金屬密封環(huán)適于與真空殼的基底相連，以便與該真空基底密封接觸。每個密封突緣還包括耐熔密封塊，該耐熔密封塊把管道的膨脹力傳遞到金屬密封環(huán)上，從而使卷旋壓縮。
通過下面的描述以及所附的權(quán)利要求書可以更清楚地了解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。
圖1表示虹吸式的減壓精煉爐的總體結(jié)構(gòu)。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)中用于支撐管道的支撐結(jié)構(gòu)，其中的管道把熔化材料輸送到減壓精煉爐。
圖3是減壓精煉爐的示意圖。
圖4A是圖3所示的減壓精煉爐的下行部分的詳細的垂直剖面圖。
圖4B是圖3所示的管道輸送系統(tǒng)的水平剖面圖。
圖4C是一電力突緣的俯視圖。
圖4D是沿圖4A中A-A線的下行部分的剖面圖。
圖5是圖4A所示的管道部分的分解圖。
圖6A和圖6B是圖3所示的彎頭的詳細垂直剖面圖。
圖7是圖3所示的入口集管的剖面圖。
圖8A是圖3所示的減壓精煉爐的精煉爐部分的剖面圖。
圖8B是圖8A所示的精煉爐室部分的分解圖。
圖9是圖8所示的精煉爐室的剖面圖。
圖10A-10C表示圖3所示的減壓精煉爐的另一種管道輸送結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的
具體實施例方式
圖3是適合用于除去熔化玻璃或其它熔化材料中夾雜的氣泡的減壓精煉爐50的示意圖。該減壓精煉爐50包括真空外殼52，真空外殼52包括上行外殼54、精煉爐外殼56和下行外殼58。精煉爐外殼56和下行外殼58都是豎直外殼。外殼54～58可以大致為圓筒形或其它結(jié)構(gòu)，例如矩形的。精煉爐外殼56具有入口嘴60和出口嘴62。在入口嘴60與上行外殼54的頂端之間形成密封連接64。該密封連接64可包括，例如，入口嘴60上的安裝突緣66和設(shè)置在安裝突緣66，68之間的O形密封環(huán)69，其中的安裝突緣66與上行外殼54頂端的安裝突緣68相連接。類似地，在出口嘴62和下行外殼58的頂端之間形成密封連接70。真空外殼52還包括入口集管84，該入口集管84與上行外殼54的基底78相連。入口集管84可通過氣密焊接、O形密封環(huán)或其它能形成氣密封的裝置與上行外殼54的基底78相連。
上行外殼54、精煉爐外殼56、下行外殼58和入口集管84形成連續(xù)的真空室72，在這個真空室72內(nèi)設(shè)有精煉爐室98和管道輸送系統(tǒng)73。精煉爐室98被完全包含在這個精煉爐外殼56內(nèi)。管道輸送系統(tǒng)73包括直接加熱管74，該直接加熱管74把熔化玻璃輸送通過連續(xù)的真空室72。管道輸送系統(tǒng)73還包括耐熔絕緣層75，該耐熔絕緣層75用于對直接加熱管74進行絕緣并提供結(jié)構(gòu)支撐。優(yōu)選的情況是，直接加熱管74是由鉑或鉑合金制成，因為鉑具有很高的熔點并不易腐蝕。管74的入口端76位于入口集管84處并與入口集管84的入口90處的一閥79連通。密封突緣88把管74的入口端76固定到入口集管84上并防止或減少空氣進入連續(xù)的真空室72內(nèi)。管74的出口端80位于下行外殼58的基底82處。密封突緣86把管74的出口端80到下行外殼58上并減少空氣進行連續(xù)的真空室72內(nèi)。
另一直接加熱管92把上行外殼54的入口集管84的入口90與玻璃熔化爐94相連，以便允許熔化玻璃從玻璃熔化爐94輸送到管74的入口端76。優(yōu)選的情況是，管92也是由鉑或鉑合金制成的。管74包括上行管96和下行管100。上行管96從上行外殼54的基底78延伸至精煉爐外殼56的入口嘴60，在這個入口嘴處，上行管通過彎管97與精煉爐室98相連。下行管100從下行外殼58的基底82延伸至精煉爐外殼56的出口嘴62，在出口嘴62處，下行管100通過彎管99與精煉爐室98相連。下行管100的出口端80通過導(dǎo)管107與攪拌室106相連。攪拌器(圖中未示)被設(shè)置在這個攪拌室106內(nèi)，用于對該攪拌室106內(nèi)的任何流體進行攪拌。
在通常的玻璃精煉過程中，上行管96、下行管100和精煉爐室98被加熱到約1400℃。熔化玻璃從玻璃熔化爐94通過入口集管84的入口90處的閥79流入上行管96。攪拌室106也被預(yù)熱到約1400℃，回收利用的玻璃，也被稱作碎玻璃，被輸送到攪拌室106內(nèi)，并被允許熔化，直到攪拌室106內(nèi)的高度到達下行管100的出口端80處為止。不是在攪拌室106內(nèi)熔化碎玻璃，或除了在攪拌室106內(nèi)熔化碎玻璃外，可以使熔化玻璃從管92轉(zhuǎn)到攪拌室106直到攪拌室106內(nèi)的玻璃高度到達下行管100的出口端80為止。一旦下行管100的出口端80被浸沒在熔化玻璃內(nèi)，通過利用真空泵(圖中未示)把氣體抽出精煉爐室98，使精煉爐室98內(nèi)的壓力慢慢減小。當(dāng)玻璃被引入精煉爐室98內(nèi)時，在攪拌室106內(nèi)就可以熔化更多的碎玻璃，以確保下行管100的出口端80保持浸沒在熔化玻璃內(nèi)。一旦精煉爐室98內(nèi)的熔化玻璃達到期望的高度時，就把玻璃抽出攪拌室106，使玻璃開始通過管74流動。
在操作期間，熔化玻璃通過象虹吸管似的管74流動。為了確保玻璃流出管74，下行管100必須足夠長，以便把玻璃壓力增大到大氣壓并克服因玻璃的粘性流動而產(chǎn)生的壓降。如果沒有這個壓降，下行管100的長度將與上行管96的長度大致相同。然而，考慮到這個壓降，下行管100將比上行管96長。因此，在上行管76的入口端77與管74的出口端80之間將會具有玻璃高度差。在這個實施例中，上行管96和下行管100的尺寸大小這樣來選擇，即，使得玻璃高度差大約為2英寸至4英寸，這對應(yīng)于傳統(tǒng)攪拌室內(nèi)的玻璃高度。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，該玻璃高度差通常與因玻璃的粘性流動而在系統(tǒng)中所產(chǎn)生的預(yù)期壓降有關(guān)。高度探針108、110分別被用于探測精煉爐室98內(nèi)的玻璃高度和下行管100之后的玻璃高度。熔化爐94內(nèi)的玻璃高度是由玻璃配料即用于制造玻璃的原材料輸入爐94內(nèi)的速度來控制的，精煉爐室98內(nèi)的玻璃高度是由精煉爐98內(nèi)的真空度及流體閥79來控制的。下行管100之后的玻璃高度不被控制，但是能被通過改變下行管100內(nèi)的溫度來進行調(diào)節(jié)。
精煉爐室98內(nèi)的壓力被降低到大氣壓以下，以促進夾雜在熔化玻璃內(nèi)的氣泡的膨脹。為了在精煉爐室98內(nèi)獲得一期望的亞大氣壓力P，精煉爐室98內(nèi)的玻璃表面112相對于玻璃熔化爐94內(nèi)的玻璃表面116被升高一個高度H。高度H是由下面表達式得出的H＝P/ρg (1)其中，ρ是熔化玻璃的密度，g是重力加速度。因此，例如，如果期望的亞大氣壓P為0.1個大氣壓，熔化玻璃的密度為150lb/ft3(2.4g/cm3)，那么精煉爐室98內(nèi)的玻璃表面將被升高到位于玻璃熔化爐94內(nèi)的玻璃表面之上的高度H為152英寸(3.86m)。應(yīng)當(dāng)注意到，從方程(1)中所獲得的高度H沒有考慮經(jīng)過閥79的壓降。閥79可以被調(diào)節(jié)，以便使實際高度H小于利用方程(1)所計算出來的高度H。通常，連續(xù)的真空室72內(nèi)的壓力由真空泵系統(tǒng)進行控制到一個期望的精煉壓力。然后，閥79將被自動調(diào)節(jié)，以便把精煉爐室98內(nèi)的玻璃高度保持在期望玻璃高度。下行管100必須比高度H長，以便有足夠的壓力來克服流動阻力。當(dāng)熔化玻璃遇到精煉爐室98內(nèi)的經(jīng)減小的亞大氣壓力時，在熔化玻璃中所夾雜的氣泡迅速膨脹并移動到玻璃表面。重要的是要為精煉爐室98選擇一個適當(dāng)?shù)拈L度，該長度允許夾雜在玻璃中的氣泡有足夠的駐留時間上升到玻璃表面112并破裂。此外，重要的是要在玻璃表面112上部提供一頂部空間113，以便容納由移動到玻璃表面112的氣泡迅速膨脹所產(chǎn)生的泡沫。
圖4A-4B表示出了下行管100以及下行管100周圍的耐熔絕緣層75的詳細的垂直和水平剖面圖。上行管96和上行管96周圍的耐熔絕緣層75的結(jié)構(gòu)基本上類似于下行管100的結(jié)構(gòu)。因此，在此不再描述上行管96和上行管96周圍的耐熔絕緣層75的結(jié)構(gòu)。下行管100是管74的最長的豎直部分，在防止它在其自身重力和熱膨脹作用下而發(fā)生彎曲方面提出了更多的挑戰(zhàn)。耐熔絕緣層75包括絕緣磚122，這些絕緣磚的外表面123與絕緣板124疊壓，它們的內(nèi)表面125與下行管100相連接。絕緣磚122是由高密度的鋁材料制成的，例如，由Babcock和Wilcox公司出售的K-3000產(chǎn)品。絕緣板124是由較小密度的纖維材料制成的，例如，由Carborundum公司出售的商標(biāo)名為Duroboard3000的產(chǎn)品。絕緣磚122被堆疊在電力突緣或突起128之間，這些電力突緣128沿著下行管100的長度分布。圖4C表示出了其中一個電力突緣128的頂視圖。電力突緣128通常是由鉑或鉑合金制作的，并被焊接在下行管100的外徑上。與每個突緣128相鄰的一塊或兩塊絕緣磚122可具有一凹槽(圖中未示)，突緣128就裝在該凹槽內(nèi)。在最頂部的電力突緣128所接收到的電流流向其它的電力突緣128。下行管100的焦耳熱是由電流產(chǎn)生的。電力突緣128可以被水冷，以便使它們不會變得過熱。
當(dāng)下行管100被加熱時，就發(fā)生膨脹。因此，在下行管100的壁內(nèi)設(shè)置了若干個小軋環(huán)或卷曲130，以便吸收熱膨脹。圖5表示出了下行管100的一小部分的分解圖。軋環(huán)130通常只有幾毫米深，并沿著下行管100的長度分布，通常是沿下行管100的長度間隔一英寸或每兩英寸設(shè)置。當(dāng)下行管100膨脹時，軋環(huán)130就壓縮。絕緣磚122通過可鑄性水泥132與下行管100連接，從而在絕緣磚122與下行管100之間的沒有相對移動。這就確保了下行管100的熱膨脹由于軋環(huán)130而均勻一致(見圖5)，因此，避免了一些軋環(huán)130完全崩潰。適合的可鑄性水泥要具有在它的首次加熱時的熱膨脹約為百分之零。例如，由Carborundum公司出售的商標(biāo)名為BI-57泡沫鋁就是一種適合的可錚性水泥。當(dāng)這種可鑄性水泥首次被加熱時就會熔結(jié)在一起，從而其熱膨脹約為百分之零。絕緣磚122與下行管100一樣熱，但是膨脹卻與下行管100不一樣。厚的纖維布層133被放置在每塊絕緣磚122之間，以便吸收磚122的熱膨脹。最好纖維布133是鋁紙，例如Zircar Products公司的型號為APA-2產(chǎn)品。但是，可以采用任何纖維耐熔材料。
圖4D表示出了絕緣磚122的外角127被角鋼所包容，從而使得絕緣磚122不會發(fā)生移動。絕緣磚122不發(fā)生移動是一非常重要的特征，因為下行管100上的電力突緣128不會有被磚126相對于下行管100的相對移動所剪斷的危險。角鋼134通過螺桿135被連接在一起。螺桿135相互之間電隔離，從而流經(jīng)下行管100的高電流不會在環(huán)繞的螺桿135內(nèi)感應(yīng)出電流。絕緣磚122和角鋼134的重量是相當(dāng)可觀的，這些重量最好壓在電力突緣128上。因此，角鋼134通過支撐件137(見圖4D)被固定在下行外殼58上，支撐件137從下行外殼58向內(nèi)突出。因此，角鋼134和絕緣磚122的重量由下行外殼58來支撐。或者是，絕緣磚122和絕緣板124可以緊緊地壓緊下行外殼58，從而當(dāng)絕緣磚122熱膨脹時，絕緣磚122和絕緣板124通過摩擦力而維持在下行外殼58上。
再參考圖4A，下行管100的出口端80處的密封環(huán)86包括金屬密封環(huán)136和導(dǎo)電環(huán)例如銅環(huán)138。金屬密封環(huán)136可由強硬的金屬如鋼來制作。在金屬密封環(huán)136與銅環(huán)138之間設(shè)置墊片140，從而當(dāng)金屬密封環(huán)136被栓接到下行外殼58上時，銅環(huán)138就與下行外殼58電隔離。墊片140可由合成樹脂制成，如由E.I.duPont de Nemours&Co.公司出售的商標(biāo)名為Teflon的產(chǎn)品。在銅環(huán)138與墊片140之間以及墊片140與金屬密封環(huán)136之間設(shè)有O形環(huán)142，用于密封，防止漏氣。導(dǎo)電突起例如鉑盤146的外邊緣144被銀焊或焊接在銅環(huán)138上。
密封突緣86還包括一密封塊148，該密封塊安裝在絕緣磚層139上。優(yōu)選的情況是，密封塊148由即有強度又能防熱沖擊的耐熔材料制成。例如，這種材料可以是由Chas，Taylor Sons Co.公司出售的Zirmul，一種聯(lián)結(jié)的鋁-氧化鋯-二氧化硅耐熔材料。密封塊148被用于把下行管100的膨脹力傳遞到金屬密封環(huán)136。被傳遞到金屬密封環(huán)136的膨脹力也抵抗外部壓力。下行管100的端部149向下收縮，以便裝在密封塊148內(nèi)的孔150內(nèi)，從而確保下行管100的膨脹力被分布在密封塊148上。密封塊148應(yīng)當(dāng)足夠厚，以便能抑制下行管100的膨脹力。下管管100的端部149還伸入絕緣磚層139內(nèi)的孔152內(nèi)。下行管100的出口端80被焊接到鉑盤146上。鉑盤146本身的強度不足以承受外部壓力，但是，密封塊148和絕緣磚層139提供了鉑盤146承受外部壓力所需的必要支撐。金屬密封環(huán)136被栓接到下行外殼58的基底82上，O形密封環(huán)在金屬密封環(huán)136與下行外殼58的基底82之間提供了氣密封。銅纜(圖中未示)把電流從變壓器(圖中未示)輸送到銅管155，該銅管155與銅環(huán)138的外邊緣相連。然后，銅環(huán)138把電流輸送到鉑盤146和下行管100上的電力突緣128A。水或其它冷卻流體從銅管155流過，以便對銅環(huán)138的外邊緣進行冷卻，并防止銅環(huán)138的外邊緣過熱。
在直接加熱鉑管被冷卻到室溫之后，通常不再對直接加熱鉑管進行加熱，因為再加熱會使鉑管或鉑管上的其中一電力突緣發(fā)生彎曲的危險。然而，如果在環(huán)130被軋入下行管100的表面之后，下行管100被退火，那么軋環(huán)130會有足夠的韌性來吸收下行管100冷卻和加熱期間所產(chǎn)生的變形。在下行管100被加熱到操作溫度之后，軋環(huán)130內(nèi)的應(yīng)力就被減輕。然而，當(dāng)下行管100被冷卻時，下行管100會收縮。因此，必須作用一個力來抑制下行管100被冷卻時的收縮。抑制塊154提供了抑制下行管100收縮所需的力。至少下行管100附近的一部分突緣128A必須足夠厚，以便使突緣128A不會被收縮力所剪斷。抑制塊154位于密封塊148上的電力突緣138A的頂部，并由角鋼156維持入位。抑制塊154是由強耐熔材料制成的，如Zirmul，一種由Chas Taylor Sons Co.公司出售的粘結(jié)的鋁-氧化鋯-二氧化硅耐熔材料。然而，這種強耐熔材料通常不是一種優(yōu)良的絕緣材料。因此，在抑制塊154所占的區(qū)域周圍會有很大的熱量損失，并且當(dāng)玻璃經(jīng)過該區(qū)域時，玻璃會被迅速冷卻。為了減少這種迅速冷卻，利用一單獨的變壓器(圖中未示)在鉑盤146與直接位于密封塊148上面的電力突緣128A之間提供電力。用熱電偶測量在鉑盤146與電力突緣128A之間的下行管100的短部分的溫度，熱電偶158的輸出能被用于控制供向鉑盤146和電力突緣128A的電壓。變壓器(圖中未示)在電力突緣128A與其它電力突緣128之間提供電力。在兩個突緣128A之間需要變壓器。向電力突緣128供應(yīng)電流的電線139通過支撐件141(見圖4A)被固定在真空外殼58的壁上。
圖6A和6B表示彎頭99的垂直剖面圖，彎頭把下行管100連接到精煉爐室98上。此外，彎頭99的結(jié)構(gòu)類似于連接上行管96和精煉爐室98的彎頭97(見圖3)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)下行管10被加熱和冷卻時，彎頭99也分別經(jīng)歷著與密封塊148(見圖4A)相同的膨脹力和收縮力。因此，彎頭99必須能承受下行管100的熱膨脹和收縮力，而不會造成下行管100的破裂。當(dāng)下行管100膨脹時，垂直向上的力將很好地分布在約一半的下行管100上。但是，當(dāng)下行管100收縮時，會在彎頭99所焊接處的內(nèi)角162上產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力。這些很高的局部應(yīng)力是導(dǎo)致彎頭99損壞的原因。為了減小這種局部應(yīng)力，在彎頭99的基底165周圍焊接小支撐突緣164。然后，把支撐突緣164固定在兩個支撐塊166，168之間，從而使突緣164不能上下移動。支撐塊166，168中的一個被設(shè)有凹槽，以便容納突緣164，當(dāng)安裝突緣164時，把由耐熔材料制成的水泥放置在突緣164周圍，從而把突緣緊緊抓住。
重要的是，把支撐塊166，168緊緊地固定，以便當(dāng)下行管100和精煉爐室98所施加作用力時，突緣164不會彎曲。在這個實施例中，支撐塊166是由強硬的和防熱沖擊的耐熔材料制成的，如Zirmul，支撐塊168是由耐高溫材料制成的，如高鋁耐熔材料。彎頭99被支撐塊168包住。支撐塊168由絕緣磚170絕緣。絕緣磚170可由耐熔材料制成，如由Babcock和Wilcox公司出售的K-28號產(chǎn)品。絕緣磚170必須有足夠的強度以承受下行管100和精煉爐室98的膨脹力。為了把彎頭99維持入位，由一強硬的金屬制成的托架172被設(shè)置在絕緣磚170的頂部174和側(cè)部176。托架172被固定在精煉爐外殼56上，從而可防止彎頭99相對于下行管100和精煉爐室98的移動。彎頭99座落在支撐件178上，該支撐件相對于精煉爐外殼56固定。支撐件178可由強硬金屬，如鋼來制作。
圖7表示出了上行外殼54的基底78處的入口集管84的詳細的剖面圖。入口集管84的入口90處的密封突緣88類似于下行管100基底82處的密封突緣86。密封突緣88包括由強硬金屬如鋼制成的金屬密封環(huán)180。金屬密封環(huán)180被安裝在絕緣磚層182周圍。鉑盤184被安裝在絕緣磚層182上，抑制塊186被在鉑盤184上。鉑盤184的外邊緣被焊接在銅電力突緣190上，該銅電力突緣也被在絕緣磚層182周圍。銅電力突緣190通過墊片192與金屬密封環(huán)180電隔離，墊片可由Teflon或其它適合材料制成。在銅電力突緣190與墊片192之間以及墊片192與金屬密封環(huán)180之間設(shè)置O形密封環(huán)194，以防止漏氣。金屬密封環(huán)180被栓接到入口集管84上的突緣196上，O形密封環(huán)198在金屬密封環(huán)180與突緣196之間提供氣密密封。密封塊200被安裝在磚層192下部，并被用來把鉑管202的膨脹力傳遞到金屬密封環(huán)180。管202與上行管96相連(見圖3)。
在密封塊200下面設(shè)置由強硬金屬制成的環(huán)如鋼環(huán)204，以便提供必要的力，用于當(dāng)鉑管202被冷卻時抵抗外部壓力和抑制收縮力。類似于抑制塊154(見圖4A)的抑制塊也可被用于抵抗鉑管202的收縮力。抑制塊186提供必要的力來抵抗管203的收縮力。管202的端部206被縮小，以例安裝在分別位于密封塊200和磚層182內(nèi)的孔208，209內(nèi)。端部206限定出流井210，用于從管92接收熔化玻璃。針212可在該流井210內(nèi)移動，以例控制通過流井210的熔化玻璃的流量，從而可改變精煉爐室98內(nèi)的壓力。流井210和針212構(gòu)成前面所提到的閥79(見圖3)。重要的是，流井210和上行管96、下行管100要被完全被包含在真空外殼52內(nèi)(見圖3)。這樣就能保持管96，100內(nèi)的壓力大于連續(xù)的真空室72內(nèi)的壓力，從而確保鉑管96，100不會崩潰。即使管202非常短，使之變形所需的力也與長管的相同。因此，抑制塊186通過角鋼214被維持入位，以便使抑制塊186能承受管203的收縮力。密封塊200和金屬密封環(huán)180還為抑制塊186提供支撐。
圖8A表示出了容納有精煉爐室98的精煉爐外殼56的詳細的剖面圖。精煉爐室98的直徑比上行管96和下行管100的直徑大得多。精煉爐室98的端部是電力突緣216。這些電力突緣216比上行管96和下行管100上的電力突緣128大得多，因為需要有更大的電流來對較大直徑的精煉爐室98進行加熱。冷卻管217最好與電力突緣216的上部的外邊緣連接，冷卻水通過這些冷卻管217循環(huán)流動。精煉爐室98被一層可錚性水泥218所包圍，并座落在支架220內(nèi)，支架220是由高鋁耐熔材料或其它即能抵抗塑性變形又能抵抗高溫的材料制成。由于長期應(yīng)力的緣故，材料尺寸方面的塑性變形是很慢的。精煉爐室98的頂222被能抵抗塑性變形的耐高溫材料221覆蓋。用耐溫絕緣磚223和224分別把精煉爐室98的側(cè)面、底部和頂部絕緣開，并用另外的絕緣層226例如由Carborundum Corp.公司出售的商標(biāo)名為Duroboard3000的絕緣板覆蓋在上面。精煉爐室98的壁具有小軋環(huán)或卷曲227(見圖8B)，用于吸收熱膨脹。彎頭99，97上的托架172把彎頭99，97固定住，從而當(dāng)精煉爐室98被加熱時，隨著精煉爐室的壁內(nèi)的軋環(huán)227被壓縮，精煉爐室98的熱膨脹被吸收掉。一層纖維布230被設(shè)置在支架220的豎直接頭、耐高溫材料221和絕緣磚224之間。纖維布230吸收支架220和絕緣磚224的熱膨脹。
在這個實施例中，精煉爐室98被這樣設(shè)計，即，它只半充滿玻璃，但這并不是實施本發(fā)明的必要條件。玻璃高度由高度探針108(另見圖3)來測量，該探針被插入下行管100上面的立管232，并通過相對于流井210(見圖7)移動針閥212來調(diào)節(jié)。高度探針108通過是鉑桿。當(dāng)高度探針108接觸玻璃表面時，電路就被關(guān)閉，表示與玻璃接觸了。在應(yīng)用中，通過控制器(圖中未示)來調(diào)節(jié)高度探針108的位置，從而在高度探針108內(nèi)保持選定的阻力。立管232被設(shè)置在精煉爐室98的下游沒有泡沫或氣泡的地方。
立管232可以被用于把電流分別輸送到下行管100和上行管96。通常，電流流過精煉爐電力突緣216，繞過彎頭99，并向下到達下行管100上的電力突緣128。熱模型表示這種電路會使彎頭99的內(nèi)角162變得過熱，由于電流會集中在這些地方。然而，把立管232設(shè)置在下行管100的中線上，沿著立管232流向下行管100的電流就不會集中，從而可以基本消除下行管100上的熱點。與精煉爐室98相連的彎頭99的短的水平部分不需被加熱?？梢灶愃频卦谏闲泄?6上采用立管233來把電流輸送到上行管96。電流可以通過真空外殼52中的輸送口(圖中未示)被供給到管100，96上的電力突緣128(見圖4A和4C)和精煉爐室98。擋板235被設(shè)置在精煉爐室98內(nèi)正位于玻璃表面的下方。擋板235將阻止玻璃表面上的泡沫或氣泡流入彎頭99。觀察孔237被設(shè)置在精煉爐室98的頂222內(nèi)，通過這個觀察孔可以觀察玻璃表面112。觀察孔237通常用鉑來進行襯里。
精煉爐室98具有經(jīng)計算的斷面和長度，通過允許氣泡升至熔化玻璃表面從而能消除熔化玻璃中的氣泡。斷面還被選擇成在玻璃表面112具有足夠的容納泡沫的頂部空間118。精煉爐室98的斷面可以是圓形的。圖9表示精煉爐室98的另一種斷面。這種斷面234減小了玻璃的深度。這能更有效地除去氣泡。斷面234具有一圓頂236，它能很好的防止頂?shù)牡固せ蛳麓埂Ｅc玻璃接觸的凹槽238是用鉑來襯砌的。在大多數(shù)情況下，頂236也是用鉑來襯砌的，以防止腐蝕性蒸汽的侵蝕。圓頂236可以是圓形的，但是懸垂形狀更能抵抗因鉑襯里的塑性變形而產(chǎn)生的下垂。此外，需要在被升高的溫度把精煉爐室98的頂栓接到精煉爐室98上面的耐熔材料上，以幫助防止下垂。
參照圖4A，下行管100的頂端由固定的彎頭99抑制住，下行管100的底端通過密封突緣86被固定在下行外殼58上，從而通過下行管100的壁內(nèi)的小軋環(huán)130(見圖5)從內(nèi)部吸收下行管的膨脹。圖10A和10B表示出了熱膨脹是怎樣能在不具有小軋環(huán)的管240內(nèi)被調(diào)節(jié)的。在圖10A中，在管240的頂端設(shè)置一大的金屬波紋管242，用于吸收管240的膨脹。管240的端部必須被足夠地支撐，以便抵抗壓縮波紋管242所需的很大的力。用于把管240周圍的絕緣磚246固定在外殼248的壁上的支撐件(圖中未示)必須隨著管240的膨脹而升高。向管240上的電力突緣252提供電流的電力端244也必須隨著管240的膨脹而升高，從而使得突緣252不會被剪斷。應(yīng)當(dāng)注意到，由于絕緣磚246的膨脹小于管240的膨脹，因此會在絕緣磚246之間產(chǎn)生一些間隙。這些間隙會留出一些未被支撐的區(qū)域，在這些未被支撐的區(qū)域，管240會因內(nèi)部壓力而破裂，或者是，在這些地方會在流經(jīng)管的熔化玻璃中產(chǎn)生一冷點。然而，如果通過可鑄性水泥250把絕緣磚246連接到管240上，那么，可鑄性水泥250可隨著管240的膨脹而對絕緣磚246進行提升。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，管240頂部的大金屬波紋管242具有很大的徑向熱梯度，這能促進熔化玻璃的再沸騰?？梢栽O(shè)置一外部加熱器(圖中未示)來防止波紋管242處的大熱梯度。波紋管242還會遭受氧化，并易發(fā)生塑性變形或下垂。在波紋管240的卷曲之間可以放置由Carborundum Corp.公司出售的商標(biāo)名為Fiberfrax的纖維加強物，以幫助防止下垂。
在圖10B中，允許絕緣磚246從底部向上推，例如，通過不把它們連接到管240上來實現(xiàn)。隨著絕緣磚246的向上推，電力突緣252被升起。此外，把絕緣磚246固定到外殼248的壁上的支撐件必須隨著絕緣磚246的向上推動而向上移動。需要用一些膨脹環(huán)254來吸收電力突緣252之間所產(chǎn)生的管240的膨脹。與小軋環(huán)130(見圖5)相比，膨脹環(huán)254是柔軟的，即，這些膨脹環(huán)具有比小軋環(huán)大得多的半徑，因此壓縮這些膨脹環(huán)所需的力也就小得多。在管240的頂部還需要小波紋管256來吸收管240頂部的膨脹。
圖10C表示出了被制作成兩部分260，262的管258。這兩部分260，262的相鄰端部具有用作電力突緣的圓盤264，266。管的兩部分260，262膨脹但不接觸。于是，玻璃流入盤264，266之間的開口接頭268。圓盤264，266具有被焊接到它們外邊緣上的冷卻管270。這樣，流入開口接頭268內(nèi)的玻璃將會凝固。通常，開口接頭是如些小，以致使玻璃不會滲出這個開口接頭。通過在突緣之間設(shè)置膨脹環(huán)276來解決管的兩部分260，262和絕緣磚272，274的不同程度的膨脹問題。管的兩部分260，262所用的電力通過單獨的變壓器(圖中未示)來提供。
盡管描述了本發(fā)明的有限數(shù)目的實施例，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，本發(fā)明也可以采用其它實施例，這并沒有脫離本發(fā)明在本申請中所公開的范圍。因此，本發(fā)明的范圍只由所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于把熔化玻璃輸送通過真空外殼的管道輸送系統(tǒng)，該管道輸送系統(tǒng)包括具有多處卷曲部分的管道，這些卷曲部分隨著管道的膨脹而被壓縮；沿著管道長度設(shè)置的許多突起，這些突起用于運載對管道進行加熱的電流；堆疊在這些突起之間的許多耐熔絕緣磚；一第一密封突緣，與管道的一入口端相連；一第二密封突緣，與管道的一出口端相連；其中，每個密封突緣包括一金屬密封環(huán)，適合與真空外殼的基底相連，以便與真空外殼的基底密封接觸；一耐熔密封塊，與金屬密封環(huán)及管道相連，耐熔密封塊用于把管道的膨脹力傳遞給金屬密封環(huán)，從而使卷曲部分壓縮。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，每個密封突緣還包括把電流導(dǎo)向管道上的突起的導(dǎo)電環(huán)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，導(dǎo)電環(huán)與金屬密封環(huán)電隔離。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，還包括用于在導(dǎo)電環(huán)與金屬密封環(huán)之間進行密封的一密封件。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，還包括密封件，用于在金屬密封環(huán)與真空外殼的基底之間進行密封。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，每個密封突緣還包括用于抵抗管道收縮力的裝置。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，用于抵抗管道收縮力的裝置包括與連接在耐熔密封塊相連的抑制耐熔塊。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，用于抵抗管道收縮力的裝置包括與耐熔密封塊相連的金屬環(huán)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，管道是由鉑制成的。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，與管道相鄰的絕緣磚的內(nèi)表面通過可錚性水泥固定在管道上。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，在相鄰的絕緣磚之間設(shè)置纖維耐熔材料，用于吸收絕緣磚的熱膨脹。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，絕緣磚的外表面與絕緣材料層疊在一起。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，還包括用于把絕緣磚固定到真空外殼上的裝置。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，所說的突起是由鉑制作的，并被固定在管道的外徑上。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，第二密封突緣包括導(dǎo)電突起，該導(dǎo)電突起與管道上的其中一個突起合作，以例對管道的入口端進行加熱。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，還包括閥，該閥用于控制流入管道入口端的熔化材料的流量。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，管道包括第一豎直部分，第二豎直部分和水平部分，其中一對彎頭把水平部分的相對端固定到豎直部分上。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，與豎直部分相連的每個彎頭的端部固定一支撐突緣該突緣被固定在彎頭附近的絕緣磚之間。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，還包括用于把彎頭固定到真空外殼的壁上的裝置。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，水平部分的直徑大于豎直部分的直徑。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，第二豎直部分包括管道的出口端，并且比第一豎直部分長。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，在每個彎頭上設(shè)置立管，用于接收高度探針。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求22所述的管道輸送系統(tǒng)，其特征是，立管把電流輸送到管道。
24.一種用于把熔化材料輸送通過真空外殼的管道輸送系統(tǒng)，該管道輸送系統(tǒng)包括具有許多卷曲部分的管道，這些卷曲部分隨著管道的膨脹而被壓縮；沿著管道長度設(shè)置的許多突起，這些突起用于運載對管道進行加熱的電流；堆疊在這些突起之間的許多耐熔絕緣磚；第一密封突緣，與管道的入口端相連；第二密封突緣，與管道的出口端相連；閥，用于控制流入管道入口端的熔化材料的流量；其中，每個密封突緣包括金屬密封環(huán)，適合與真空外殼的基底相連，以便與真空外殼的基底密封接觸；耐熔密封塊，與金屬密封環(huán)及管道相連，耐熔密封塊用于把管道的膨脹力傳遞給金屬密封環(huán)，從而使卷曲壓縮。
全文摘要
一種用于把熔化材料輸送通過真空外殼的管道輸送系統(tǒng),包括具有許多卷曲部分的管道,這些卷曲部分隨著管道的膨脹而被壓縮。沿著管道長度設(shè)置許多突起,這些突起用于運載對管道進行加熱的電流。在這些突起之間堆疊許多耐熔絕緣磚。第一密封突緣與管道的入口端相連,第二密封突緣與管道的一出口端相連。每個密封突緣包括適合與真空外殼的基底相連的金屬密封環(huán),以便能與真空外殼的基底形成密封接觸。每個密封突緣還包括耐熔密封塊,用于把管道的膨脹力傳遞給金屬密封環(huán),從而命名卷曲壓縮。
文檔編號C03B5/00GK1334253SQ0112485
公開日2002年2月6日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者羅納德·威廉·帕姆奎斯特 申請人:康寧股份有限公司