用于装配观察口（如建筑物和汽车的窗户）的玻璃对光学均匀性具有很高的标准，这种玻璃一般称做“平板玻璃”，（虽然这些产品可以略有些弯曲），我们要求这种玻璃能够传送图像而不产生令人眼不快的变形，因此，人们希望平板玻璃能具有高度的组分均匀性以免任何折射率的局部差异。这种差异会引起传送图像的变形。平板玻璃的标准明显高于其它类型的玻璃，如压制和吹制器皿（例如瓶子）或纤维，因为在它们的正常运用中，传送图像质量并不是主要的考虑因素。 我们已经知道玻璃组分不均匀的主要原因是在熔制工艺中与玻璃接触的耐火材料对熔融玻璃的污染，熔融玻璃对陶瓷耐火材料的缓慢而持续的侵蚀造成熔融玻璃中组成不同的条纹。为了降低熔炉流出的玻璃产物料流中的不均匀性，在平板玻璃制造过程中通常在熔炉中保持大量的熔融玻璃并从其表面获取产物料流，因为这部分料流在下料前几乎没有直接与耐火材料接触，大部分玻璃被循环以分散耐火材料污染。这项技术仅取得了有限的成功，而且由于需要大型熔器以及能量去保持熔融玻璃料的循环，其代价较高。我们所希望地是既降低花费又能改进平板玻璃的均匀性。
在玻璃熔制中搅拌一直被用于改善均匀性。在瓶罐玻璃或类似玻璃的制造中，在玻璃器皿成形之前我们通常在工作带搅拌熔融玻璃，而在平板玻璃制造的相似阶段进行搅拌在过去一直被认为不利于产物玻璃变形的改善。这种区别的产生不仅是由于瓶罐玻璃或类似玻璃所允许的变形度较大，而且平板玻璃总是在比瓶罐玻璃较低的温度下成形，在那么低的温度下进行搅拌效果不怎么明显。有时也对平板玻璃进行搅拌，正如美国专利4046546和4047918所述，但是那种搅拌一般在熔炉中较热的、在平板玻璃成形开始区域较上游的区域进行。因此，对于这种情况，为了使熔融玻璃冷却到成形温度必须在搅拌和平板成形区域之间保持一定距离，结果使耐火材料随着搅拌操作而与玻璃接触，我们希望能在成形前直接搅拌玻璃，以便在不额外损害玻璃变形度的条件下改善玻璃的均匀性。
成形前，直接搅拌瓶罐玻璃使我们有机会在此时间向玻璃添加着色剂。因为在颜色变化中仅涉及少量的剩余玻璃，所以能够使玻璃颜色迅速、廉价地变化。如前所述因为在下游处搅拌平板玻璃存在困难，所以这种改变玻璃颜色的方法一般不用于平板玻璃的制造。然而，平板玻璃着色剂通常喂入熔炉与其它原料混合。最终，熔炉中所有的熔体玻璃具有给定的颜色，要想改变颜色必须把炉内全部物料排放干净。这种改变颜色的方法既费时又费钱，因此人们希望能够找到一种更有效的、在平板玻璃熔制操作中改变颜色的方法。
本发明提供了一种在将玻璃成形为高光学性能的平板玻璃产品之前直接搅拌平板玻璃的方法和装置。熔体玻璃中存在不均匀性，有一些是由于与耐火材料表面的接触，而通过在某一位置进行搅拌可以缓解这种不均匀性，在所述的位置处，在玻璃形成板之前几乎没有机会使外来的不均匀性引入玻璃。在本发明中通过在温度从澄清温度降到成形温度之前对熔体玻璃进行搅拌改善了平板玻璃的光学质量。对于典型的钠-钙-硅平板玻璃组分，最好在玻璃温度至少为2200°F（1200℃）时进行搅拌。因为这一温度明显出现在典型商业化平板玻璃制造过程中成形开始位置的上游，所以需要某些措施以避免在搅拌位置和成形操作开始位置之间再引入引起变形的杂物。这些措施有两种：在更高的温度开始成形操作，或者在把玻璃冷却到普通成形温度过程中防止受到耐火材料的污染。
在按本发明所选用的搅拌温度，或该温度附近开始成形平板玻璃板操作对于常用的浮法成形工艺还成问题，因为对于有效地使用机械控制设备这种温度下的粘度太低了。如果温度相对高一点又产生了一个消极影响-对传统浮法成形工艺传输装置的侵蚀加快了，在该工艺中熔体玻璃一般低于2000°F（1100℃）时被导入。但是现在我们已经发现一种可以使产品质量不低于平板玻璃标准的均化方法：在较高的温度搅拌熔体玻璃并立即将它们传输到一个可以接受如此高温玻璃的成形操作。美国专利4395272（Kunkle等人）中公布了一种适用于平板玻璃成形工艺的实例，它采用一个加压室来拉伸玻璃达到预定厚度。因为这种成形工艺可以在或略低于搅拌温度的温度接受玻璃料，在搅拌区下游只需很短的距离就可以开始成形使玻璃成为平板，从而避免使用可能降低玻璃均匀性的、特别长的传输通路。在本发明优选的具体方案中，熔融金属可以从成形室上游开始，最好能延伸穿过搅拌区进入成形室，这样就可以消除主要耐火材料接触区。这种安排也有利于帮助取消在成形室进口处的唇砖或窑坎，从而消除了一个在传统浮法成形操作中磨损率较高的构件。
本发明的另一种方案与在高温成形玻璃方案绝然不同，它是通过使来自搅拌区的下游玻璃在其被冷却到成形温度左右、同时流向成形室时避免与杂质耐火材料接触来实现的。因此，搅拌区与成形室之间的通道可以用非杂质性材料衬砌而成，例如铂、钼或熔融石英。另外，通道底可以覆以熔融金属层如锡，可以将其隔开或将熔融金属延伸入成形室。虽然不是一定要，但还是要在搅拌区内安排一个保护层。尤其是在搅拌区来用熔融金属作为玻璃的支撑表面一直被认为对于降低熔器对熔融玻璃的磨擦十分有效。其结果是物料以更快的平均速度通过搅拌区并且使产品更换或颜色变化反应更迅速。
本发明的原理不依赖于任何特别的平板玻璃成形技术，但是将本发明用于浮法成形工艺会具有突出的优点。在浮法工艺中连续的平板玻璃是通过往熔融金属池表面倾注熔体玻璃的方法形成的。其它平板玻璃成形的方法还包括人们所熟知的平板玻璃控制法和平板滚压法。
对要喂入本发明搅拌室的熔体玻璃可以采用任何适于生产平板玻璃的技术来熔化和澄清，但是由于搅拌，尤其是成形操作的起始温度特别高，温度条件限制了熔炉的截面，它可以比普通类型的短些。本发明有一个优点，就是对在流向成形室的料流中较前面的玻璃料流进行搅拌，而不是对循环玻璃料。为此，最好能够采取一些措施防止玻璃从搅拌区向容器回流。对于这一点，最有效的阻止玻璃回流的措施就是将熔融玻璃垂直倾到入搅拌区。玻璃垂直进入搅拌区避免了水平进料法所需的阻止回流而设的挡物的材料问题。另外，垂直进料能和如美国专利4，600，426（Schwenninger）单元澄清技术相匹配，按照这种安排，玻璃向下通过一个垂直长形澄清室然后从底部排出。这种安排有利于把澄清后的玻璃直接排入本发明的搅拌室。
本发明的搅拌不仅能够改善平板玻璃的光学质量，而且也可以用来均匀在玻璃被澄清后添加的色剂或其它外加剂。因为只有少量的剩余玻璃在产品变化中受到影响，所以玻璃的颜色或组成可以被迅速、廉价地改变。
本发明在涉及在熔融金属支撑上进行搅拌方面具有显著优点，这一点只限于高质量玻璃产物，如平板玻璃的生产。而对玻璃流的抗摩性低，易于变化产品，同样也有利于制造其它类型玻璃，如瓶罐和餐具。
本发明上述及其它优点的细节将通过以下附图和详细说明更清楚地表达。
图1为本发明搅拌室的纵向剖面图，经搅拌的熔体玻璃被从该室送往高温平板玻璃成形室。熔体玻璃被从澄清室垂直喂入搅拌室。
图2为本发明优选方案的纵向剖面图，其中熔融金属槽提供一个熔融玻璃支撑面一直延伸穿过搅拌室并伸入高温平板玻璃成形室。
图3为图2方案的一种变化方案的纵向剖面图，其中在搅拌室的熔融金属被一个窑坎构件将其与成形室中熔融金属分开。
图4为本发明的一个具体方案的纵向剖面图，包括在搅拌室和成形室内的熔融金属支撑表面以及一个使熔融玻璃温度降低到普通平板玻璃成形温度的冷却区域。
图5是另一个在搅拌区域和采用普通平板玻璃成形温度的成形室之间引入冷却段的具体方案的纵向剖面图，冷却段配有非杂质表面而不是熔融金属。
图6为向本发明搅拌室喂入澄清熔融玻璃的另一方案的纵向剖面图，其中可以用传统的罐型熔化、澄清窑炉按垂直方式将熔融玻璃注入搅拌室。
图7是另一个相似于图6的喂入熔融玻璃方案的纵向剖面图，其中在其底部有一个放料并用一个冲头阀来调节。
图8是另一个向本发明搅拌室喂入熔融玻璃的方案的纵向剖面图。其中澄清后的熔体玻璃漫过一个窑坎构件被水平喂入搅拌室。
在图1中展现了本发明的一个具体方案，它包括一个搅拌室10，室内有一定量的澄清好的熔融玻璃11，熔融玻璃11可以由任何一种本领域已知的熔化、澄清窑炉连续流入搅拌室。如图所示，最佳方案就是让玻璃料流垂直流入搅拌室10以防止回流。在所示的具体例子中，垂直料流来自一个澄清室12或其它上游容器的底部排料口。在所示方案中，来自容器12的料流可以由一个阀件13控制，阀件13可以是美国专利4604121（Schwenninger）中所述的那种类型的。图中还有一个很有用的部分（尽管它并不是本发明的一部分），这就是棒14，它由阀件13向下延伸，能够确保垂直流下的玻璃有一个固定的流路从而避免玻璃中裹入空气进入搅拌室内的玻璃料11。
对于本发明的所有具体方案，玻璃搅拌时的温度最好在2200°F（1200℃）以上，因此，进入搅拌室的玻璃料流15至少要达到这一温度。在搅拌室最好不提供大量的热量，因此进入的玻璃料流15一般略高于最低搅拌温度，因为在从澄清室12到成形室16之间的流动过程中会使玻璃略微降温。对于进入搅拌室的玻璃的温度没有一定的上限，但作为实施，玻璃温度应略低于在澄清过程中施加于玻璃的峰值澄清温度，也就是一般不高于约2800°F（1500℃）。
作为更具体的方案，允许玻璃在进入搅拌室前温度降低一点，如约2400°F（1300℃）或更低，这对于延长与熔融玻璃接触的器件（如搅拌器）等的寿命大为有利。
本发明不受任何具体搅拌器结构的限制，任何在现有技术中被认为适于搅拌熔体玻璃的机械装置都可以在这里使用。某些结构在均化玻璃上可能比其它结构更有效，但是我们可以通过选择搅拌器的数量和其转速来补偿这些效果上的差异。在各图中所示的搅拌器结构只是一个能够提供强烈混合作用并容易从市场上买到的搅拌器优选例。在美国专利4493557（Nayak等人）中也披露了一种合适的具体方案。图1所示的每只搅拌器都在转轴底部带有一个螺旋搅拌部件，它们可以用耐火材料铸造而成。为了避免把空气带入熔体，螺旋搅拌器的旋转方向最好是把熔体玻璃向表面上拉的方向。这种做法也防止沉积在搅拌室熔体表面的外加剂被过早消失和进入玻筋从而进入有效搅拌区。旋转搅拌器的驱动装置（未示出）可以是任意一种在现有技术中用于此目的的合适的类型。搅拌器可以被分开或成组地驱动，为了方便起见，例如把装在一排的搅拌器的相同方向转动，但为了增加玻璃所受到的剪切力最好让相邻的两横排的搅拌器的转动方向相反（如图所示）。然而，我们应该明白对于本发明只要合适的均化度能够达到任何旋转方式都可以采用。为了获得较高均化度，我们希望对搅拌室内整个熔融玻璃横截面区域进行搅拌，搅拌器的数量和尺寸可以相应地进行选择。所以在图1所示的具体方案中，每个搅拌器的螺旋部分以实际熔体玻璃深度相适应，并且把搅拌器排列得很靠近以便有效地实现对搅拌室内整个宽度上熔体的搅拌。均化度还受到搅动量的影响，该搅拌量则又受熔体增加量和熔体输出率的影响。因此最好使用多排搅拌器，这样就能使增加的玻璃在通过搅拌室全长时反复地受到混合力的作用，搅拌器排数由需要的均化度和熔体输出率决定。作为一般性指导，一只搅拌器可以承担每天10吨的一般质量的平板玻璃的生产。很明显，对于某些质量要求较低的应用可以使用更少的搅拌器。而另一方面，也可以采用大量的搅拌器去生产高质量玻璃。使用超过所需量的大量搅拌器并不会有什么明显的不利之处，但搅拌器的成本太花费。
在图1具体方案中搅拌室的墙壁10是由熔铸耐火材料做的，与这种材料接触可能会使熔体玻璃掺杂，致使平板玻璃制品发生明显的光学变形。另外，在该具体方案中熔体玻璃在进行搅拌后即送入成形室16以减少搅拌后玻璃与耐火材料接触的区域。图1中有一个垂直可调的闸板21，用它来调节从搅拌室经过窑坎22进入熔融金属槽23的熔体玻璃料流，23通常主要由熔融锡组成，玻璃形成板24，在其沿熔融金属槽拉出时厚度减小并且冷却，要一直冷却到足以将其从熔融金属槽取下来而玻璃板表面不发生粘连的温度。由于熔体玻璃是在较高的温度下进行搅拌，并被直接送入成形室的，所以进入成形室的玻璃温度高于传统的浮法成形工艺。此时的玻璃温度可以比搅拌温度如约2200°F（1200℃）稍低些。但是在玻璃冷却到传统浮法工艺传送温度约1900°F～2000°F（1040℃～1090℃）之前必须将它送入成形室。在图1的本发明具体方案中，一般进入成形室的玻璃至少要在2100°F（1150℃）左右，在这样的温度下玻璃粘度不适于受机械装置作用而使得玻璃板在成形室中变薄达到所需厚度。由此一种在成形室内使用高压的成形工艺，最好是公开在美国专利4395272（Kunkle等人）中一种工艺适于利用在本发明的那些具体方案中（即把搅拌后的玻璃在较高温度送入成形室中）。如美国专利3241937（Michalik）或美国专利3432283（Goley）所公开的加压玻璃成形工艺也可以用于本发明，虽然这些工艺不一定具有同样的优越性。
窑坎22最好是由象熔融石英这类不含杂质的材料组成的横穿玻璃流方向的窑坎横向长度基本上与制成的玻璃板的宽度相吻合（参照美国专利3843346（Edga等人）所述），适用于该工艺的窑坎结构的其它细节可以从美国专利4062666（Tilton）中获得。
为了在搅拌室中把着色剂或其它外加剂加到熔融玻璃中，可以安装一个螺旋加料机，例如它可以在靠近玻璃流15进入搅拌室处的侧壁上水平地伸展。着色剂很容易从市场上买到，且通常是浓缩物，它包括着色化合物，如金属氧化物，与助熔剂粉末和硅酸钠或其它粘合剂的混合物，除去改变玻璃颜色外，用于其它目的的外加剂也可以在搅拌室中加到熔融玻璃中。因此，不改变熔化和澄清阶段的玻璃组份就可以制造不同组成的玻璃。
图2描述了本发明优选的实施方案。图2的方案除了没有窑坎部件把搅拌室和成形室隔开以及熔融金属30延伸到搅拌室10与成形室16中以外，其余和图1是一样的。这种方案是较佳的，因为它除去了与搅拌室底部和窑坎接触的耐火材料，因而避免了杂质进入搅拌好的玻璃中。除去窑坎就免去了需要保养和更换的装置，特别是在该实施方案中的高温情况下。应该懂得为了避免熔融玻璃与耐火材料接触，熔融金属层30不需要贯穿整个搅拌室，而只要部分覆盖搅拌室，特别是搅拌器20的下游部分就可以了。
在搅拌室中，用熔融金属作为支承面除了提供一个与熔融玻璃接触的，不含杂质的主要表面区域外，还具有其它好处，已经发现当熔融玻璃在熔融金属表面上移动时产生非常小的摩擦阻力，结果使下流的玻璃在整个横截面上相当均匀地通过搅拌室，从而使玻璃在传送期间，颜色和组成的改变相对地进行得快一些，以减少玻璃废品。
图3表示出了与图2方案的微小变化，其中耐火窑坎31把熔融金属层分成了搅拌室区域32和成形室区域33。虽然在众多情况下，应该避免使用窑坎部件，但是当需要把搅拌室中的熔融金属与成形室中熔融金属隔开以便在这两个区中提供不同的条件时，图3所示的方案就有用了。利用冷却导管34可以延长窑坎31的使用寿命。
把搅拌后的玻璃在较高的温度下送到成形室被认为是本发明该实施例的一个最突出的优点，但是当我们在传统的成形温度下将玻璃输送到成形室而又能避免在搅拌后和在把玻璃冷却到传统的成形温度过程中耐火材料接触处过多的污染时，则本发明还能产生其它一些优点。这种方案的一个例子已示于图4，图4中在搅拌区10和成形室16之间设置了一个冷却区40，所提供的熔融金属层41（例如熔融锡）避免了玻璃底部与耐火材料接触，如图4所示该熔融金属层从搅拌室穿过冷却区进入成形室。连续的熔融金属层41的优点在于避开了窑坎构件，但是应该明白，通过提供象窑坎这样的隔离件可以维持两个或多个分离的熔融金属区。
按照本发明，为了保证平板玻璃光学质量标准，需要在相当高的温度下搅拌玻璃。图4方案中冷却区40部分作用在于将玻璃温度从搅拌温度降至成形温度，正如前面所提及的，对于典型的钠-钙-硅平板玻璃，搅拌温度最好在2200°F（1200℃）以上，成形温度在2000°F（1100℃）以下。因此冷却区长度的选择要保证能提供足够的停留时间来把玻璃的温度降到所需的温度。通过冷却区耐火材料壁的冷却也可能是充分的，但在某些情况下，就有必要在冷却区40熔融玻璃上方设置冷却装置。如图4中示出的冷却管42，来缩短冷却区的长度。另一种方法可以用强制空气流把玻璃冷却至成形温度。在这个例子中，把熔融玻璃制成平板玻璃的过程中不需要升高的压力而可以通过任何传统的成形技术，如在浮法成形技术中使用机械拉制装置，夹住板的边缘。图4所示的成形室16的优点在于使用一个挡板来调节熔融金属层41上的玻璃流。
最好用熔融金属支承玻璃，以保证搅拌后的玻璃不因为与耐火材料接触而引起变形。而图4方案的变化在图5中示出，其中冷却室40是由坚硬、不含杂质的炉衬40构成的，炉衬45可以是由纯净的熔融石英或铂制成的。在室的侧壁和底部都可以安装上炉衬。尽管图5中示出的炉衬45被限定在冷却区40，但也可以将炉衬延伸到搅拌区10中。在搅拌区和成形室之间的坚硬的保护炉衬45的用途已在图5中与延伸的冷却区40联系起来作了描述以便能在传统尚挝露认掳讶廴诓Ａ渌偷匠尚问遥Ω妹靼祝庵致囊材苡糜谌缤?中所示的具体方案中。在图5的具体方案中，可以用传统的输送设备，如在实施例附图中所示的倾注式传输设备把搅拌冷却后的熔融玻璃输送到成形室。在那种方案中，挡板21调节唇砖部件46上流动的熔融玻璃，使熔融玻璃自由下流到成形室16中的熔融金属上。代替地，也可以用如美国专利4062666（Tilton）中所示的不包括使熔融玻璃自由流下的传输构造的全宽度传输设备。
把熔融玻璃垂直地喂入到图1中描述的搅拌室中的方案可以应用到这里所描述的每一个具体方案中，在图6、7和8中显示了其它一些把玻璃喂入搅拌室的具体方案（这些方案也可用于任何一个所述的实施方案中）。图6中熔融玻璃的喂料结构保留了把熔融玻璃料流50垂直地喂入搅拌室中的最好特征。然而，不同于图1的是垂直流不是澄清室底部排出，而是通过在大多数传统的水平结构的罐型澄清器52的尾部的出口51排出。闸阀53可以调节从澄清器52流出的熔融玻璃。
图7描述了类似把熔融玻璃从传统的澄清器55输送到搅拌室10的垂直传输装置。在这个具体方案中，玻璃料流由冲头56和排料管57共同调节，排出管57一直延伸穿过容器55的底部，它可以由难熔金属，如铂制成。
图8显示了把熔融玻璃水平输入到搅拌室10中的例子。在这个构造中，搅拌室10是水平的，与传统的罐型澄清器60的尾部在一个水平面上，浸没的隔墙61把这两个室隔开，防止搅拌室流出的熔融玻璃回流。冷却管62强制冷却整块隔墙61。其它方面，图8的具体方案与图2相同。
参照上文，钠-钙-硅玻璃的特征通常由下面的组成范围决定：
重量%
SiO270-74
Na2O 12-16
CaO 8-12
MgO 0-5
Al2O30-3
K2O 0-3
BaO 0-1
Fe2O30-1
另外还存在着小量的着色剂、澄清助剂或杂质，大多数浮法玻璃落入下列范围：
重量%
SiO272-74
Na2O 12-14
CaO 8-10
MgO 3-5
Al2O30-2
K2O 0-1
Fe2O30-1
在前面已经述及，本发明的操作温度与浮法玻璃的组成有关。对于其它的组成，将按照一定的玻璃组成的温度/粘度关系确定玻璃的搅拌温度和成形温度。为了推断其它玻璃组成的温度，下面给出了钠-钙-硅浮法玻璃的温度和粘度之间的关系：
粘度（泊） 温度
100 2630°F 1443℃
1000 2164°F 1184℃
10000 1876°F 1024℃
10000 1663°F 906℃
本专业技术领域内熟练的技术人员已知的各种改变最终落在本发明由后面的权利要求书所限制的范围中。