TWI394723B - A ductile structure of a molten glass, a vacuum degassing apparatus using the same, a glass manufacturing apparatus using the same, and a vacuum degassing method for molten glass - Google Patents
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Description
本發明是關於熔融玻璃之導管構造。本發明之熔融玻璃之導管構造可用來作為玻璃製造裝置的熔融玻璃之導管，例如可用來作為減壓脫泡裝置的減壓脫泡槽、上升管或下降管。本發明之熔融玻璃之導管構造適合作為減壓脫泡裝置的上升管或下降管。
又，本發明是關於使用該導管構造作為熔融玻璃之導管，尤其是作為減壓脫泡裝置之上升管或下降管的減壓脫泡裝置及減壓脫泡方法。
又，本發明是關於使用該導管構造作為熔融玻璃之導管的玻璃製造裝置。
如減壓脫泡裝置的玻璃製造裝置當中，有時會使用耐火磚作為由中空管所構成的熔融玻璃之導管的構成材料。就耐火磚而言，由於耐熱性以及對於熔融玻璃的耐蝕性佳，因此通常會使用電鑄磚。
然而，使用電鑄磚來製作熔融玻璃之導管的情況下，由於可製造電鑄磚的大小有限，因此要依導管的大小製作出沒有接縫的一體中空管相當困難。因此，例如會準備複數個在中心部具有開口部之形成環狀的電鑄磚，並且將此堆疊而作為中空管。關於形成環狀的電鑄磚，有時也會使用沒有接縫的環狀電鑄磚，但一般是準備複數個形成大致扇形或楔形的電鑄磚，並且將這些沿著圓周方向組裝而形成環狀。
因此，使用電鑄磚來製作熔融玻璃之導管的情況下，在中空管的內面，也就是在直接與熔融玻璃接觸的流路也會不可避免地存在有電鑄磚間的空隙部。電鑄磚由於具有氣孔率低的稠密組織，因此與燒成磚相比，可知熔融玻璃從空隙部的滲出較少。然而，要完全防止熔融玻璃從空隙部滲出卻相當困難。
亦可利用填縫材將構成直接與熔融玻璃接觸的流路的電鑄磚間的空隙部填滿。然而，一般的填縫材，其稠密度比電鑄磚差，因此直接與熔融玻璃接觸的填縫材比起電鑄磚容易受到侵蝕。因此，即使電鑄磚本身的侵蝕少，仍有電鑄磚間之空隙部的侵蝕會選擇性進行的問題。該結果，比起空隙部未被填滿的情況，可使熔融玻璃自空隙部的滲出減緩，但是一旦填縫材受到侵蝕，熔融玻璃就會從空隙部滲出。
在熔融玻璃之導管的周圍設有支撐壁。支撐壁是朝中心方向推壓導管，藉此使組裝成環狀的電鑄磚間的空隙部密接。而且，支撐壁具有導管之隔熱保溫或補強等的功能。
支撐壁通常是使用耐火磚。就耐火磚而言，從成本面及隔熱保溫性方面來看，通常是使用燒成磚等。
燒成磚在耐熱性及隔熱保溫性這些點是自不待言，但是比起電鑄磚，對於熔融玻璃的耐蝕性就比較差。因此，當從構成導管的電鑄磚間的空隙部滲出的熔融玻璃到達支撐壁時，構成支撐壁的耐火磚(燒成磚)可能會明顯受到熔融玻璃的侵蝕。一旦構成支撐壁的耐火磚(燒成磚)受到侵蝕，減壓脫泡裝置本身的壽命就會變短。
在減壓脫泡裝置的減壓脫泡槽、上升管及下降管當中，為了防止熔融玻璃從管路漏出，專利文線1揭示了一種對內表面磚層之磚彼此的接觸面進行精密研磨而形成0.5mm以下的平滑度，並且使相鄰的磚的間隙形成1mm以下的方法。而且，專利文獻1當中，為了防止熔融玻璃從管路漏出，也揭示了一種在內表面磚層與支撐壁磚層之間的間隙填充薄板材的方法。
又，為了防止直接與熔融玻璃接觸的耐火磚之空隙部的侵蝕，並防止熔融玻璃從空隙部滲出，專利文獻2揭示了一種使流路的剖面形成多角形形狀，並且在熔融玻璃之流速較慢的角落部形成空隙部，並在該空隙部之外側部配置冷卻管的熔融玻璃之導管構造。
專利文獻1及專利文獻2所記載的發明已知具有可某程度抑制熔融玻璃從空隙部滲出的效果。然而，專利文獻1及專利文獻2所記載的發明要完全防止熔融玻璃從空隙部滲出相當困難。亦即，專利文獻1及專利文獻2所記載的發明從長遠來看的情況下，並無法完全防止構成支撐壁的燒成磚受到從空隙部滲出之熔融玻璃的侵蝕。
在專利文獻1所記載的發明的情況下，填充在內表面磚層與支撐壁磚層之間的間隙的薄板材，其稠密度大多比電鑄磚差。因此，薄板材會因為從空隙部滲出的熔融玻璃到達而逐漸受到侵蝕。因此，比起不使用薄板材的情況，雖然可使從空隙部滲出的熔融玻璃到達支撐壁的時間變慢，但是一旦薄板材受到侵蝕，從空隙部滲出的熔融玻璃就會到達支撐壁。
而且，專利文獻1所記載的發明是對內表面磚層的磚彼此的接觸面進行精密研磨，使相鄰的磚的間隙形成1mm以下，藉此使熔融玻璃從空隙部的滲出減緩，並且期待滲出的熔融玻璃將空隙部填滿，但是原本為稠密構造的空隙部也會因為空隙部周圍的磚而逐漸受到侵蝕，因而有可能使其間隙逐漸變大。因此，從長遠來看，並無法完全防止熔融玻璃自空隙部的滲出。
另一方面，專利文獻2所記載的發明是藉由在熔融玻璃之流速較慢的角落部形成空隙部，將空隙部的侵蝕抑制在最小限度，並藉由在空隙部的外側部設置冷卻手段，來防止熔融玻璃從空隙部滲出，但即使是熔融玻璃之流速較慢的角落部，空隙部周圍的磚也會因為熔融玻璃而逐漸受到侵蝕。該結果，空隙部的間隙就會逐漸變大，最後熔融玻璃就有可能會從空隙部滲出。
專利文獻1：日本特開2000－7346號公報(US6334336)專利文獻2：日本特開2003－128422號公報
本發明為了解決上述先前技術當中的問題，其目的在於提供一種熔融玻璃之導管構造，係用以防止構成支撐壁的耐火磚因由於熔融玻璃從構成導管的電鑄磚間的空隙部滲出而受到侵蝕。
本發明之熔融玻璃之導管構造最好是用來作為減壓脫泡裝置的上升管或下降管。
又，本發明之目的在於提供一種使用本發明之熔融玻璃之導管構造作為熔融玻璃之導管，尤其是減壓脫泡裝置之上升管或下降管的減壓脫泡裝置及減壓脫泡方法。
又，本發明之目的在於提供一種使用本發明之熔融玻璃之導管構造作為熔融玻璃之導管的玻璃製造裝置。
為了達成上述目的，本發明提供一種熔融玻璃之導管構造(以下稱為「本發明之導管構造」)，是熔融玻璃之導管構造，其特徵為：前述導管構造具有：由電鑄磚製的中空管所構成的導管，以及配設在該導管周圍之耐火磚製的支撐壁；在前述電鑄磚製的導管與前述耐火磚製的支撐壁構造之間，設有使用耐熱性佳，而且對於熔融玻璃之耐蝕性佳的金屬材料而製作的障壁層。
本發明之導管構造當中，前述金屬材料最好是Ni及Co的合計含量為25質量%以上，且Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上的量，而且包含從Ni、Fe及Co構成之群所選擇的至少兩個，並且具有15~35質量%的Cr，且W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量為12質量%以下。
而且，本發明提供一種熔融玻璃之導管構造，是熔融玻璃之導管構造，其特徵為：前述導管構造具有：由電鑄磚製的中空管所構成的導管，以及配設在該導管周圍之耐火磚製的支撐壁；在前述電鑄磚製的導管與前述耐火磚製的支撐壁之間，設有使用Ni及Co的合計含量為25質量%以上，且Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上的量，而且包含從Ni、Fe及Co構成之群所選擇的至少兩個，並且具有15~35質量%的Cr，且W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量為12質量%以下的金屬材料而製作的障壁層。
本發明之導管構造當中，前述金屬材料又最好包含0.2~5質量%的Al。
本發明之導管構造當中，前述金屬材料之W、Mo、Nb、Ta、C、Zr及Hf的合計含量最好在12質量%以下。
本發明之導管構造當中，前述障壁層的厚度最好是2~15mm。
本發明之導管構造當中，前述金屬材料製的障壁層最好具有用來吸收前述電鑄磚製的導管及前述耐火磚製的支撐壁之熱膨脹差的構造。
本發明之導管構造當中，在前述障壁層的外側部最好可配置冷卻手段。
本發明之導管構造最好是在具有上升管、減壓脫泡槽及下降管的減壓脫泡裝置當中，被用來作為前述上升管或前述下降管。
又，本發明提供一種使用本發明之導管構造的減壓脫泡裝置。
又，本發明提供一種使用本發明之導管構造作為熔融玻璃之導管的玻璃製造裝置。
又，本發明提供一種熔融玻璃之減壓脫泡方法，是使用具有上升管、減壓脫泡槽及下降管的減壓脫泡裝置使熔融玻璃減壓脫泡的方法，其特徵為：使用本發明之導管構造作為前述上升管及前述下降管當中之至少其中一種。
本發明之導管構造當中，從構成導管的電鑄磚間之空隙部滲出的熔融玻璃，會因為配置在電鑄磚製的導管與耐火磚製的支撐壁之間的障壁層而受到阻止。因此，不用擔心構成支撐壁的耐火磚會受到從空隙部滲出的熔融玻璃侵蝕。
障壁層由於是使用耐熱性以及對於熔融玻璃之耐蝕性佳的金屬材料來製作，因此不用擔心障壁層在使用時熔融，而且不會因為熔融玻璃而明顯受到侵蝕。
只要障壁層的厚度為2~15mm，障壁層的機械性強度以及對於熔融玻璃的耐蝕性就已足夠，因此在使用導管構造時，不用擔心障壁層會破損。而且，藉由在導管與支撐壁之間設置障壁層，不用擔心會妨礙到支撐壁的功能，尤其是支撐壁朝中心方向推壓導管的功能。
構成障壁層的金屬材料的熱膨脹率，遠比構成導管的電鑄磚及構成支撐壁的耐火磚來得大。因此，在使用導管構造時，金屬材料製的障壁層、與電鑄磚製的導管及耐火磚製的支撐壁的熱膨脹差有可能會成為問題。藉由在障壁層設置用來吸收熱膨脹差的構造，可防止熱膨脹差所帶來的問題。
藉由在障壁層的外側部(亦即，面向耐火磚製的支撐壁之側)配置冷卻手段，並藉由該冷卻手段使障壁層冷卻，可更為提高障壁層的耐熱性。
而且，在藉由冷卻手段使障壁層冷卻的情況下，可使從電鑄磚間的空隙部滲出，並且到達障壁層的熔融玻璃的溫度下降而使其固化。藉此，便可使防止熔融玻璃之滲出的效果更為提高。
本發明之減壓脫泡裝置及玻璃製造裝置是防止構成支撐壁的耐火磚，由於從構成導管的電鑄磚間的空隙部滲出的熔融玻璃而受到侵蝕。因此，可使裝置的壽命大幅延長。
以下，參照圖面來說明本發明。第1圖是具備本發明之熔融玻璃之導管構造的減壓脫泡裝置的剖面圖。第1圖所示的減壓脫泡裝置1是使用在使溶解槽30中的熔融玻璃G減壓脫泡，然後連續供應至下一個處理槽40的步驟。
減壓脫泡裝置1具有使其內部在使用時保持減壓狀態的減壓外殼11。在減壓外殼11內以其長軸朝水平方向定向的方式收容配置有減壓脫泡槽12。在減壓脫泡槽12之一端的下面安裝有朝垂直方向定向的上升管13，在另一端的下面安裝有下降管14。
在減壓脫泡裝置1當中，減壓脫泡槽12、上升管13及下降管14是具有矩形剖面的電鑄磚製的中空管。在上升管13及下降管14的下端分別設有白金或白金合金製的延長管18、19。在減壓外殼11內，於上升管13及下降管14的周圍配設有耐火磚製的支撐壁15。在減壓脫泡槽12的周圍配設有隔熱材22。
在第1圖所示的減壓脫泡裝置1當中，包含上升管13及支撐壁15的構造、以及包含下降管14及支撐壁15的構造便構成本發明的導管構造。第2圖是包含第1圖之上升管13及支撐壁15之部位的部分放大圖。第3圖是將第2圖以線a－a切開的剖面圖。以下是針對上升管13加以說明，但下降管14也是相同的構成。
第2圖及第3圖當中，上升管13是具有矩形剖面的中空管，形成熔融玻璃之流路的中空部分的剖面形狀為圓形。上升管13是藉由堆疊電鑄磚13a而形成。如第3圖所示，藉由組合兩個剖面矩形，並且具有半圓形狀之缺口的電鑄磚13a，便形成具有矩形剖面，且中空部分之剖面形狀為圓形的中空管構造。上升管13是藉由堆疊這種中空管構造而形成。電鑄磚13a最好事先藉由精密研磨來進行表面精加工，使磚面形成幾乎沒有凹凸的狀態。藉此，可使熔融玻璃從電鑄磚13a間之空隙部的滲出減少。
在構成上升管13之下端附近的電鑄磚13a間有設在延長管18之上端部的固定用突緣18a插入。此外，延長管18是白金或白金合金製，也是剖面圓形的筒狀體。而且，上升管13的下端部(減壓外殼11的下端開口部)是由設在延長管18之上端附近的密封用突緣18b密封。
構成上升管13的電鑄磚13a的種類並沒有特別的限定，就用來作為爐材或熔融玻璃之導管之構成材料的電鑄磚而言，可從眾所週知的磚材適當選擇。具體而言有α－氧化鋁質電鑄磚、α,β－氧化鋁質電鑄磚、β－氧化鋁質電鑄磚等的氧化鋁質電鑄磚、氧化鋯質電鑄磚、氧化鋁－氧化鋯二氧化矽(AZS)質電鑄磚等的電鑄磚。
就氧化鋁質電鑄磚的具體例而言，α－氧化鋁質電鑄磚有氧化鋁系電鑄耐火磚(Marsnite)(註冊商標，以下相同)A(旭硝子股份有限公司製)、高鋁電熔澆注耐火材料(MONOFRAX)A(SAINT－GOBAIN TM股份有限公司製)、α、β－氧化鋁質電鑄磚有氧化鋁系電鑄耐火磚G(旭硝子股份有限公司製)、高鋁電熔澆注耐火材料M(SAINT－GOBAIN TM股份有限公司製)、JAGUAR M(SOCIETE EUROPEAN DEPRODUITS REFRACTAIRES公司製)、β－氧化鋁質電鑄磚有氧化鋁系電鑄耐火磚U(旭硝子股份有限公司製)、高鋁電熔澆注耐火材料H(SAINT－GOBAIN TM股份有限公司製)、JAGUAR H(SOCIETE EUROPEAN DE PRODUITS REFRACTAIRES公司製)。
氧化鋯質電鑄磚的具體例有X－950(旭硝子股份有限公司製)。
AZS製電鑄磚的具體例有Zirconite(AZS系電鑄耐火磚)(註冊商標、以下相同)168l、Zirconite 1691、Zirconite 1711(旭硝子股份有限公司製)、高鋁電熔澆注耐火材料S4、高鋁電熔澆注耐火材料S5(SAINT－GOBAIN TM股份有限公司製)、UNICORN501、UNICORN1(柯爾哈特(Corhart)公司製)、FC101、FC4101(WALSH公司製)、ZAC1681、ZAC1711(Electro Refractaire公司製)。
如第2圖所示，支撐壁15是藉由堆疊耐火磚15a而形成。如第3圖所示，耐火磚15a是剖面矩形，並且以填滿上升管(電鑄磚13a)與減壓外殼11之間隙的方式，在上升管的周圍配置有複數個。
本說明書當中，稱為耐火磚的情況一般是指被分類為耐火磚的磚當中，除了電鑄磚以外的磚，也就是燒成磚。
電鑄磚由於耐熱性以及對於熔融玻璃的耐蝕性佳，因此是適合作為會直接與熔融玻璃接觸的上升管13之構成材料的材料。然而，從成本面以及隔熱保溫性方面來看，由電鑄磚構成耐火磚15a並不理想。
支撐壁15必須有對上升管13隔熱保溫的功能。然而，具有氣孔率低的緻密組織的電鑄磚在隔熱保溫能力這方面，比氣孔率高的燒成磚差。因此，構成支撐壁15的耐火磚15a如果是使用隔熱保溫能力差的電鑄磚，由於散熱量多，因此支撐壁15會變得非常大。
而且，電鑄磚比燒成磚昂貴，因此構成支撐壁15的耐火磚15a如果是使用電鑄磚，減壓脫泡裝置1的製造成本將會變得非常高。此外，支撐壁15並不需要全部都是耐火磚，亦可包含一部分的電鑄磚。
構成支撐壁15的耐火磚15a並沒有特別的限定，可從可用來作為爐材或支撐壁構造的燒成磚廣泛選擇。
燒成磚的具體例例如有黏土質耐火磚、鋯石質耐火磚、以及氧化鋁質耐火磚。黏土質耐火磚具體而言有RG、CH、TB(旭硝子股份有限公司製)以及NEOTEX(股份有限公司YOTAI製)等。鋯石質耐火磚例如有ZR、ZM(旭硝子股份有限公司製)。氧化鋁質耐火磚有SP－13、14、15(股份有限公司日之丸窯業股份有限公司製)。
第2圖及第3圖當中，朝徑向觀看上升管13時，構成上升管13的電鑄磚13a配設有一層，構成支撐壁15的耐火磚15a配設有兩層。然而，這是顯示出配設電鑄磚13a的位置與配設耐火磚15a的位置的位置關係，並不一定代表要配設一層電鑄磚13a及兩層耐火磚15a。
使用電鑄磚製作減壓脫泡裝置之上升管的情況下，會使用複數個組成相同或組成不同的電鑄磚，這些是沿著上升管的徑向形成兩層以上之層而配設。關於上升管的支撐壁也同樣會使用複數個組成相同或組成不同的耐火磚，這些是沿著上升管的徑向形成兩層以上之層而配設，有時也會形成三層以上之層而配設。在本發明之導管構造的情況下也是，第2圖的電鑄磚13a亦可使用組成相同或組成不同的複數個電鑄磚，並且使該電鑄磚13a沿著上升管13的徑向形成兩層以上之層而配設。又，第2圖的耐火磚15a亦可使用組成相同或組成不同的複數個耐火磚，並且使該耐火磚15a沿著上升管13的徑向形成三層以上之層而配設。此外，構成支撐壁15的耐火磚15a亦可沿著上升管13的徑向僅配設一層。
本發明之導管構造的特徵為，在電鑄磚13a製的導管(上升管)13與耐火磚15a製的支撐壁15之間設有障壁層20。
使用減壓脫泡裝置1時，從構成上升管13的電鑄磚13a間之空隙部滲出來的熔融玻璃會因為障壁層20而受到阻止。該結果，便可防止從電鑄磚13a間之空隙部滲出來的熔融玻璃到達構成支撐壁15的耐火磚15a。
第2圖當中，障壁層20是藉由堆疊金屬材料製的環狀體20a而形成。如第3圖所示，環狀體20a具有矩形剖面，並且具有可收容導管13的尺寸。此外，環狀體20a是將兩片加工成大致門形的金屬材料製的薄板焊接而形成。如第3圖所示，兩片薄板的焊接部21最好位在環狀體20a之角部以外的部位。環狀體20a的角部是使用減壓脫泡裝置1時會有大的應力施加的位置。如果焊接部位於環狀體20a的角部，焊接部就有可能會因為應力而破損。
構成障壁層20的環狀體20a為了阻止從電鑄磚13a間之空隙部滲出來的高溫熔融玻璃，可使用耐熱性佳，且對於熔融玻璃的耐蝕性佳的金屬材料來製作。
環狀體20a所使用的金屬材料只要是具有可耐600~1000℃之高溫環境的耐熱性，且對於熔融玻璃的耐蝕性佳的金屬材料，則沒有特別的限定。因此，亦可為白金或白金－銠之類的白金合金。然而，白金或白金合金是昂貴的金屬材料，因此最好是以下所示的金屬材料。
環狀體20a所使用的金屬材料以可滿足以下組成的金屬材料為佳。
．包含Ni、Fe或Co當中的至少兩個。
．Ni及Co的合計含量為25質量%以上。
．Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上。
．含有15~35質量%的Cr。
．W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量為12質量%以下。
Ni、Fe及Co是耐熱合金的基質成分，環狀體20a所使用的金屬材料包含這些當中的至少兩個。因此，環狀體20a所使用的金屬材料為以下任一個。
．包含Ni及Fe的金屬材料。
．包含Ni及Co的金屬材料。
．包含Fe及Co的金屬材料。
．包含Ni、Fe及Co的金屬材料。
但是，金屬材料必須同時滿足以下兩個條件。
．Ni及Co的合計含量為25質量%以上。
．Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上。
如果Ni及Co的合計含量未滿25質量%，則金屬材料之對於熔融玻璃的耐蝕性差。Ni及Co的合計含量較佳為30質量%以上，更佳為40質量%以上。
如果Ni、Fe及Co的合計含量未滿50質量%，則基質成分將會不足，因此金屬材料的機械性強度有可能會差。而且，韌性及延展性的優越特性差，不易藉由材料的塑性變形，使在障壁層內產生的溫度分部等所導致的應力釋放。如果無法充分使這些應力釋放，裝置本身就有可能會發生意料之外的變形。
Ni、Fe及Co的合計含量以55質量%以上為佳，更佳為60質量%以上。
Cr是發揮金屬材料之高溫強度的成分，也是影響對於滲出之熔融玻璃的耐侵蝕性的成分。而且，含有15~35質量%的Cr的金屬材料在放置於700℃~1000℃的高溫環境下時，在金屬材料表面會形成對於氧化的保護膜。因此，金屬材料的耐熱性、以及對於熔融玻璃的耐蝕性會提升。如果Cr的含量未滿15質量%，則無法充分發揮上述效果，因此金屬材料的高溫強度差。而且，在金屬材料表面無法充分形成保護膜，因此金屬材料之耐熱性及對於熔融玻璃的耐蝕性差。另一方面，如果Cr的含量超過35質量%，則不僅金屬材料的韌性及延展性會減弱，機械加工性及焊接性會劣化，在暴露於高溫的情況下，材料中還會生成許多脆弱的化合物，而有可能發生破裂等。
Cr的含量以20~35質量%為佳，更佳為25~35質量%。
基於與Cr同樣的理由，金屬材料最好含有0.2~5質量%的Al。包含0.2~5質量%的Al的金屬材料在放置於900℃以上，具體而言為900℃~1200℃的高溫環境下時，在金屬材料表面會形成對於氧化的保護膜。
因此，金屬材料的耐熱性、以及對於熔融玻璃的耐蝕性會提升。如果Al的含量未滿0.2質量%，則無法充分發揮上述效果。另一方面，如果Al的含量超過5質量%，利用一般金屬板的製造方法就有可能會產生無法製作出均一之材料等的問題點。
Al的含量以0.5~5質量%為佳，更佳為1~5質量%。
W、Mo、Nb、Ta及C是熔融玻璃與金屬材料接觸時會選擇性氧化的成分，這些的合計含量最好在12質量%以下。金屬材料如果含有總共超過12質量%的這些成分，則熔融玻璃在與金屬材料接觸時，這些成分會選擇性的氧化。該結果，就會產生激烈的發泡，使金屬材料快速消耗。
金屬材料是這些成分的合計含量為10質量%以下為佳，更佳為8質量%以下。
與上述五種成分同樣的，Zr及Hf也是在熔融玻璃與金屬材料接觸時會選擇性氧化的成分。但是，由於熔融玻璃而選擇性氧化的傾向比上述五種成分來得弱。因此，金屬材料以W、Mo、Nb、Ta、C、Zr及Hf之合計含量為12質量%以下更為理想。這七種成分的合計含量以10質量%以下更佳，以8質量%以下又更為理想。
滿足上述條件的金屬材料具體而言有Haynes Alloy(海恩斯合金)(註冊商標、以下相同)214(三菱Material股份有限公司製)、Hastelloy(耐熱耐蝕鎳基合金)(註冊商標、以下相同)X(三菱Material股份有限公司製)、Inconel(鎳鉻鐵耐熱合金)(註冊商標、以下相同)601(大同特殊鋼股份有限公司製)等。將這些金屬材料的組成顯示於表1。
這些金屬材料可依用途適當選擇。含有4.5質量%之Al的Haynes Alloy214在放置於1000℃以上1300℃以下的高溫環境下時，會在金屬材料表面形成保護膜，因此適於障壁層之溫度會形成1000℃以上的用途。另一方面，Hastelloy X及Inconel601的Cr含量高，因此適於障壁層之溫度會形成700℃~1000℃的用途。另外，Inconel601由於容易取得，而且可增加板材下料，因此較為理想。
必須在上升管13與支撐壁15之間配置障壁層20，以免妨礙支撐壁15的功能，例如支撐壁15朝中心方向推壓導管13的功能(以下有時也會稱為「導管推壓功能」)。具體而言，支撐壁15也具有從外側推壓導管13，以免空隙打開的功能。因此，障壁層20最好是薄層。而且，從成本及加工容易度的方面來看，障壁層20也最好是薄層。
如第2圖及第3圖所示，障壁層20由金屬材料製的環狀體20a所構成的情況下，環狀體20a的厚度最好是2~15mm。如果環狀體20a的厚度未滿2mm，則環狀體20a的耐熱性、對於熔融玻璃的耐蝕性、或機械性強度將會不足，在減壓脫泡裝置1之使用時，環狀體20a有可能會破損。另一方面，如果環狀體20a的厚度超過15mm，則可能會妨礙支撐壁15的功能，例如導管推壓功能，從成本及加工容易度的方面看來也不理想。障壁層的厚度以2~8mm尤佳。
構成環狀體20a的金屬材料的熱膨脹率，遠比構成上升管13的電鑄磚13a及構成支撐壁15的耐火磚15a來得大。因此，在使用減壓脫泡裝置1時，金屬材料製的環狀體20a與電鑄磚13a及耐火磚15a的熱膨脹差將會成為問題。構成障壁層20的環狀體20a最好具有用來吸收此熱膨脹差的構造。第2圖當中，構成障壁層20的環狀體20a具有用來吸收熱膨脹差的構造(重疊構造)。
第4圖是僅顯示出第2圖之障壁層20的放大圖。如第4圖所示，彼此處於堆疊關係的兩個環狀體20a，其徑向尺寸稍微不同，其端部彼此是相互重疊(具有重疊部20b)。本說明書當中，如第4圖所示，將彼此堆疊的環狀體20a的兩個端部相互重疊(具有重疊部20b)的構造稱為「重疊構造」。在此，所謂環狀體20a彼此堆疊是指在第4圖的上下方向，也就是在上升管13的長邊方向使兩個環狀體20a彼此堆疊。另一方面，所謂環狀體20a之兩個端部彼此重疊是指環狀體20a的端部彼此在上升管13的徑向重疊。
第2圖及第4圖所示的重疊構造是用來吸收環狀體20a與電鑄磚13a及耐火磚15a之熱膨脹差的構造。在第2圖及第4圖所示的重疊構造當中，各環狀體20a的上下端，無論任何部分皆未藉由焊接等而接合，而是形成自由端。亦即，相互堆疊的環狀體20a彼此只是端部相互重疊，並未彼此接合。而且，位於最下端的環狀體20a也並未接合在減壓外殼11，而是單單放置在減壓外殼11的底部。
由於是這種構成，因此即使在上升管13的長邊方向當中，於環狀體20a與耐火磚15a之間產生熱膨脹差，各環狀體20a的上下端也可藉由使重疊20b部分增大來吸收熱膨脹差。如第2圖所示，環狀體20a之重疊部分的位置是設置在不與電鑄磚13a間之空隙部的位置一致的位置。此位置關係最好是可阻止從電鑄磚13a間之空隙部滲出來的熔融玻璃。
環狀體20a與耐火磚15a的熱膨脹差也存在於上升管13的圓周方向。但是，比起環狀體20a與耐火磚15a的熱膨脹差以這些之總計而作用的上升管13的長邊方向，環狀體20a與耐火磚13a之熱膨脹差所產生的影響較小，而且藉由使支撐壁15朝中心方向推壓導管13，可緩和熱膨脹差所產生的影響，因此講求對策的必要性較低。又，構成環狀體20a的金屬材料之Ni及Co的合計含量為25質量%以上，所以延展性佳。因此，上升管13之圓周方向的熱膨脹差可藉由使環狀體20a變形而進行某程度的吸收。
設在障壁層20之用來吸收熱膨張差的構造只要是可吸收環狀體20a與耐火磚15a之熱膨脹差，尤其是上升管13之長邊方向的熱膨脹差的構造即可，並不限於第2圖及第4圖所示的重疊構造。吸收熱膨脹差之構造的其他形態亦可為使障壁層20形成剖面矩形的筒狀體，並且在該筒狀體設置波紋狀之凹凸構造的形態。在此所謂的筒狀體是指在上升管13之長邊方向比第2圖所示的環狀體20a長，例如第2圖所示的障壁層20亦可配設有一條筒狀體。然而，為了不妨礙支撐壁15的功能，尤其是導管推壓功能，波紋構造最好不設在筒狀體的整個長邊方向，而是部
分設置。此外，設有波紋構造的部位比起筒狀體的其他部位之機械性強度來得差，因此要設置波紋構造的部位最好不要與電鑄磚13a間之空隙部的位置一致。
又，亦可藉由使障壁層20形成與日本特開2003-128422號所記載之導管構造相同的構造，來設置用來吸收熱膨脹差的構造。也就是安裝複數個金屬材料製的構件而作為剖面矩形的障壁層20的構造，如果是將金屬材料製之構件彼此的接合部配置在該剖面矩形的角落部，並且使該接合部滑動接合，則該滑動接合部就是會吸收熱膨脹差的構造。在此情況下，可吸收上升管13之長邊方向的熱膨脹差，而且亦可吸收上升管13之圓周方向的熱膨脹差。
第2圖當中，在構成障壁層20的環狀體20a的外側部，具體而言是在與環狀體20a之重疊部分相鄰的耐火磚15a內配設有冷卻管24。該冷卻管24是與設置在減壓外殼11外部的泵(未圖示)連接。藉由從該泵對冷卻管24供應水或空氣，使構成障壁層20的環狀體20a冷卻。為了使環狀體20a均等冷卻，冷卻管24最好設在剖面矩形之環狀體20a的整個周圍。
因此，冷卻管24在從上方或下方觀看上升管13的情況下，最好是形成矩形環狀或井字形狀。
藉由使用冷卻管24使環狀體20a冷卻，可使環狀體20a的溫度降低。藉此，便可使環狀體20a之溫度上升所導致的特性降低的程度減少。
而且，在藉由冷卻管24使環狀體20a冷卻的情況下，可使從電鑄磚15a間之空隙部滲出而到達環狀體20a的熔融玻璃的溫度降低而使其固化。
藉此，可使防止熔融玻璃之滲出的效果更為提高。為了有效發揮此效果，冷卻管24最好是配設成與環狀體20a的重疊部分相鄰。
以上，已利用圖面說明了本發明之導管構造，但是本發明之導管構造並不限定於圖面所示的形態。例如，電鑄磚製的導管只要至少是中空管構造，則沒有特別的限定，亦可為矩形剖面以外的構造，例如剖面形狀為圓形或橢圓形狀的中空管，又亦可為剖面形狀為矩形以外的多角形形狀，例如六角形、八角形等的中空管。形成熔融玻璃之流路的中空部分的剖面形狀也亦可為圓形以外的形狀，例如可為橢圓形狀，亦可為矩形、六角形、八角形等的多角形形狀。電鑄磚製的導管為這些以外之形狀的中空管的情況下，只要依導管的剖面形狀及其中空部分的剖面形狀來使用所希望之形狀的電鑄磚即可。
而且，配設在導管周圍之作為支撐壁的耐火磚的配置亦可依導管的剖面形狀適當選擇。
在構成支撐壁15的耐火磚15a間，或是在耐火磚15a與減壓外殼11之間亦可填充可鑄耐火物、塑膠耐火物或薄板材等的不定形耐火物。
金屬材料製的障壁層的剖面形狀亦可依電鑄磚製的導管之剖面形狀適當選擇。而且，並不限定於第2圖所示之堆疊環狀體20a的構造，亦可為在上升管13的長邊方向更長的形狀，也就是筒狀體。而且，第2圖當中，上升管13之長邊方向的環狀體20a的高度與電鑄磚13a的高度大致相同，是一個環狀體20a形成一個空隙部之障壁的關係，但是並不限定於此，亦可為環狀體20a的高度形成電鑄磚13a之高度的兩倍或三倍，且一個環狀體20a會形成兩個或三個空隙部之障壁的關係。
而且，第2圖當中是將兩片加工成大致門形的金屬材料製的薄板焊接而作為環狀體20a，但是亦可不進行焊接，而是進行成形加工而成為沒有接縫的環狀體。
第2圖當中，在與環狀體20a之各重疊部分相鄰的位置配設有冷卻管24，但是配設冷卻管24的位置及數量並不限定於此。上升管13的溫度並不是所有部位都相同，比起接近減壓脫泡槽12的上升管13上部的溫度，與露出在外部的延長管18連接的上升管13下部的溫度較低。因此，從構成上升管13下部的電鑄磚13a間之空隙部滲出來的熔融玻璃即使不使用冷卻管來冷卻，在到達環狀體20a時、或是在到達環狀體20a之前，可知溫度也會下降而固化。在此情況下，冷卻管24是只要設在位於上升管13之上部側的環狀體20a的重疊部分即可。而且，障壁層20之上下方向的端，也就是位於最上部的環狀體20a的上端部、以及位於最下部的環狀體20a的下端部並非重疊部分，但是各自與減壓脫泡槽12的間隙、以及與減壓外殼11之下蓋的間隙有可能會成為從電鑄磚13a間之空隙部滲出的熔融玻璃的流路。因此，在這些部位的外側部也最好配設冷卻管。
以上，已針對本發明之導管構造，舉出減壓脫泡裝置的上升管及下降管加以說明。然而，本發明之導管構造並不限定於這些，而能以熔融玻璃之導管構造廣泛適用於眾所週知的裝置。本發明之導管構造的用途的具體例例如有玻璃製造裝置的熔融玻璃之導管。更具體而言有：減壓脫泡裝置的減壓脫泡槽、為了從玻璃製造裝置(溶解槽)將含有許多雜質的熔融玻璃去除而設置的流出管、要從熔融玻璃形成透鏡、稜鏡等之光學零件時，用來使熔融玻璃流出至成形用模具的流出管、以及自溶解槽至成型槽的導管等。
本發明之熔融玻璃之減壓脫泡方法是使用一種採用了本發明之導管構造作為上升管或下降管當中之至少其中一種，較佳為其雙方的減壓脫泡裝置，並且使從溶解槽所供應的熔融玻璃通過被減壓成預定減壓度的減壓脫泡槽而進行減壓脫泡。熔融玻璃最好是連續供應及排出至減壓脫泡槽。
為了避免產生與從溶解槽所供應的熔融玻璃的溫度差，減壓脫泡槽最好是被加熱成內部在1100℃~1500℃，尤其是1250℃~1450℃的溫度範圍。此外，熔融玻璃的流量從生產性的觀點來看，以1~1000噸/日為佳。
實施減壓脫泡方法時，從外部藉由真空泵等對減壓外殼進行真空吸引，藉此將配置在減壓外殼內的減壓脫泡槽的內部保持在預定的減壓狀態。此處的減壓脫泡槽內部最好是經過減壓成為38~460mmHg(51~613hPa)，更佳為減壓脫泡槽內部經過減壓成為60~253mmHg(80~338hPa)。
藉由本發明而脫泡的玻璃只要是利用加熱熔融法製造的玻璃，在組成上並不受限。因此，亦可為鹼石灰系玻璃或鹼性硼矽酸玻璃等的鹼性玻璃。但是，由於在清澄步驟時氣泡不易去除，而且是被使用在顯示器玻璃基板等，尤其是要求缺點少的用途，因此以無鹼玻璃為佳。又，如果是無鹼玻璃，就必須將減壓脫泡時的溫度提升至某程度的溫度，只要考慮到這點，本發明的效果便可得到更大的發揮。
減壓脫泡裝置之各構成要素的尺寸可依所要使用的減壓脫泡裝置適當選擇。在第1圖所示的減壓脫泡槽12的情況下，其尺寸的具體例如以下所述。此外，剖面矩形的外徑及內徑為(長)邊尺寸。
水平方向的長度：1~20m外徑(剖面矩形)：1~7m內徑(剖面矩形)：0.2~3m
上升管13及下降管14之尺寸的具體例如以下所述。
長度：0.2~6m，較佳為0.4~4m外徑(剖面矩形)：0.5~7m，較佳為0.5~5m內徑(剖面圓形)：0.05~0.8m，較佳為0.1~0.6m
以下，根據實施例，更為具體地說明本發明。然而，本發明並不限定於此。
為了選擇可用來作為障壁層的金屬材料，實施玻璃浸泡實驗。
使用Haynes Alloy214、Hastelloy X、Inconel601製作出50×25×3mm的試驗片。並且，使用以耐熱性佳的金屬材料而為人知的Inconel625及SUS310S製作出同樣的試驗片。Haynes Alloy214、Hastelloy X及Inconel601的組成已顯示於表1。Inconel625及SUS310S的組成顯示於以下表2。
將製作好的試驗片浸泡在放入白金坩堝的熔融玻璃。熔融玻璃使用了軟化點650℃的玻璃A、以及軟化點658℃的玻璃B兩種。試驗片浸泡時的熔融玻璃的溫度在玻璃A的情況下為1200℃，在玻璃B的情況下為1000℃。
浸泡後經過72個小時之後取出試驗片，用肉眼確認試驗片表面的狀態，再利用光學顯微鏡確認剖面的狀態。結果顯示於表3。
從表3可以明白，Haynes Alloy214、Hastelloy X及Inconel601的耐熱性以及對於熔融玻璃的耐蝕性良好，適合作為構成本發明之導管構造之障壁層的金屬材料。尤其，Al含量為4.5質量%的Haynes Alloy214即使在浸泡於1200℃的熔融玻璃時，也顯示出良好的耐熱性及對於熔融玻璃的耐蝕性，因而適合作為構成使用時之溫度會變成1000℃以上之障壁層的金屬材料。另一方面，Ni及Co之含量未滿25質量%的SUS310S、W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量超過12質量%的Inconel625對於熔融玻璃的耐蝕性差，因此已知不可用來作為構成障壁層的金屬材料。又，Inconel625雖然在高溫下是強度、耐蝕性兩者皆優異的代表性材料，但是此次耐蝕性的結果並不理想。其理由應該是材料中富含的Mo等的易氧化成分會因為熔融玻璃而急遽且選擇性氧化。
本實施例是使用第1圖所示的減壓脫泡裝置1來實施熔融玻璃的減壓脫泡。
減壓脫泡裝置1當中，上升管13、下降管14及這些的周邊部位具有第2圖所示的構造。
減壓脫泡裝置1之各部的構成及構成材料如以下所述。
減壓外殼11：不鏽鋼製
減壓脫泡槽12：使用AZS質電鑄磚(Zirconite 1711)而製作。
上升管13、下降管14：組合兩個電鑄磚13a(AZS質電鑄磚：Zirconite 1711)而形成第3圖所示的形狀，並且將此堆疊。障壁層20：將兩片加工成大致門形的Haynes Alloy214製的薄板(厚度3mm)予以焊接，製作出矩形剖面的環狀體20a。環狀體20a是製作出兩種不同的外徑，並且將這些交互堆疊而成為第2圖及第4圖所示的重疊構造。
支撐壁15；將耐火磚15a(燒成磚(黏土質耐火磚)：TB(旭硝子股份有限公司製)如第3圖所示，配設在環狀體20a與減壓外殼11的間隙，並且將此如第2圖所示堆疊。
延長管18、19：白金製
藉由以下的條件來實施熔融玻璃的減壓脫泡。
減壓脫泡槽12內溫度：1300℃減壓脫泡槽12內壓力：150mmHg熔融玻璃：無鹼玻璃流量：50噸/日
從減壓脫泡開始一年後，在構成支撐壁15的耐火磚15a(燒成磚)並沒有遭到熔融玻璃侵蝕的徵兆。
除了在電鑄磚製的上升管13、下降管14與燒成磚製的支撐壁15之間未配置有障壁層20這點以外，使用與實施例相同之構成的減壓脫泡裝置來實施熔融玻璃的減壓脫泡。此外，減壓脫泡的實施條件與實施例相同。
從減壓脫泡開始一年後，在構成支撐壁15的耐火磚15a(燒成磚)已知明顯受到熔融玻璃的侵蝕。
本發明之導管構造作為具有上升管、減壓脫泡槽及下降管的減壓脫泡裝置等之玻璃製造裝置當中的熔融玻璃之導管相當有用。
此外，在此是引用2005年8月17日提出申請的日本專利申請案2005－236796號的說明書、申請專利範圍、圖面及摘要的所有內容，並且摘入作為本發明之說明書的揭示。
1．．．減壓脫泡裝置
11．．．減壓外殼
12．．．減壓脫泡槽
13．．．上升管
13a．．．電鑄磚
14．．．下降管
15．．．支撐壁
15a．．．耐火磚
18,19．．．延長管
18a．．．固定用突緣
18b．．．密封用突緣
20．．．障壁層
20a．．．環狀體
20b．．．重疊部
21．．．焊接部
22．．．定形耐火物
24．．．冷卻管
30．．．溶解槽
40．．．處理槽
第1圖是具備本發明之熔融玻璃之導管構造的減壓脫泡裝置的剖面圖。
第2圖是包含第1圖之上升管13及支撐壁15的部分的放大剖面圖。
第3圖是將第2圖以線a－a切開的剖面圖。
第4圖是僅顯示第2圖之障壁層20的放大圖。
1．．．減壓脫泡裝置
11．．．減壓外殼
12．．．減壓脫泡槽
13．．．上升管
14．．．下降管
15．．．支撐壁
18．．．延長管
19．．．延長管
22．．．定形耐火物
30．．．溶解槽
40．．．處理槽
G．．．熔融玻璃
Claims (14)
- 一種熔融玻璃之導管構造，其特徵為：前述導管構造具有：由電鑄磚製的中空管所構成的導管，以及配設在該導管周圍之耐火磚製的支撐壁；在前述電鑄磚製的導管與前述耐火磚製的支撐壁之間，設有使用耐熱性佳，而且對於熔融玻璃之耐蝕性佳的金屬材料而製作的障壁層。
- 如申請專利範圍第1項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述金屬材料是包含從Ni、Fe及Co構成之群所選擇的至少兩個，並滿足Ni及Co的合計含量為25質量%以上，且Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上的量，並且具有15~35質量%的Cr，且W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量為12質量%以下。
- 一種熔融玻璃之導管構造，其特徵為：前述導管構造具有：由電鑄磚製的中空管所構成的導管，以及配設在該導管周圍之耐火磚製的支撐壁；在前述電鑄磚製的導管與前述耐火磚製的支撐壁之間，設有使用金屬材料而製作的障壁層，該金屬材料是包含從Ni、Fe及Co構成之群所選擇的至少兩個，並滿足Ni及Co的合計含量為25質量%以上，且Ni、Fe及Co的合計含量為50質量%以上的量，並且具有15~35質量%的 Cr，且W、Mo、Nb、Ta及C的合計含量為12質量%以下。
- 如申請專利範圍第2或第3項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述金屬材料又包含0.2~5質量%的Al。
- 如申請專利範圍第2或第3項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述金屬材料之W、Mo、Nb、Ta、C、Zr及Hf的合計含量為12質量%以下。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述障壁層的厚度為2~15mm。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述障壁層之設置場所的溫度為1000~1300℃。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述障壁層是藉由堆疊金屬材料製的環狀體而形成。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，前述金屬材料製的障壁層具有用來吸收前述電鑄磚製的中空管所構成的導管及前述耐火磚製的支撐壁之熱膨脹差的構造。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，在前述障壁層的外側部可配置冷卻手段。
- 如申請專利範圍第1、2或3項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造，其中，在具有上升管、減壓脫泡槽及下降管的減壓脫泡裝置當中，是被用來作為前述上升管及前述下降管之至少其中一種。
- 一種減壓脫泡裝置，其特徵為：使用申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造作為熔融玻璃之導管。
- 一種玻璃製造裝置，其特徵為：使用申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11項中任一項所記載的熔融玻璃之導管構造作為熔融玻璃之導管。
- 一種熔融玻璃之減壓脫泡方法，是使用具有上升管、減壓脫泡槽及下降管的減壓脫泡裝置使熔融玻璃減壓脫泡的方法，其特徵為：使用申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11項中任一項所記載的導管構造作為前述上升管及前述下降管之至少其中一種。
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