CN113365955B - 用于加热和冷却玻璃管的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于玻璃管成形过程的马弗炉包括与料筒连接的进口端；出口端，所述出口端具有内尺寸，该内尺寸大于进口端的内尺寸；以及从进口端延伸到出口端的侧壁。从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁基本上不具有径向距离的突然变化，所述突然变化在马弗炉内产生不稳定区域。所述马弗炉包括通道，所述通道位于一部分侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间，所述通道用于使热传递流体与侧壁热连通，以向马弗炉提供冷却。还公开了包括马弗炉的玻璃成形***和玻璃管成形方法。

Description

用于加热和冷却玻璃管的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§120要求2018年11月30日提交的系列号为62/773,418的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及用于连续生产玻璃管的设备、***和方法，尤其涉及用于加热和冷却玻璃管的设备、***和方法。

背景技术

历史上，玻璃已经用于生产各种制品。例如，由于玻璃相对于其他材料具有气密性、光学清晰度和优异的化学耐久性，因此，玻璃已经是药物应用的优选材料，所述药物应用包括但不限于小瓶、注射器、安瓿、药筒和其他玻璃制品。由玻璃生产这些制品起始于提供玻璃管，随后可对玻璃管进行成形并分离成多个玻璃制品。具体而言，用于药物包装的玻璃需具有足够的机械和化学耐久性，以不影响其中容纳的药物制剂的稳定性。具有合适的化学耐久性的玻璃包括在ASTM标准的“IA型”和“IB型”玻璃组合物中的那些玻璃组合物，它们的化学耐久性得到了历史证实。

药物容器，例如，小瓶、注射器、安瓿、药筒和其他玻璃容器及制品可由玻璃管的段制造。各种过程，例如，维罗(Vello)过程和丹纳(Danner)过程可用于由熔融玻璃源拉制连续长度的玻璃管。在维罗过程中，熔融玻璃从料筒垂直流动通过围绕中空吹管的环形空间，可以通过该中空吹管吹送空气。从料筒拉制的玻璃管可以通过马弗炉(muffle)，然后被引导到水平管通道以将玻璃管受控冷却到一定的温度，在该温度下，可在不使玻璃管变形的情况下将玻璃管切割到长度。

发明内容

因此，需要用于在玻璃管的成形期间加热和冷却玻璃管的设备、***和方法。具体地，需要在玻璃管的成形期间并且在将玻璃管引入到管通道之前，用于加热和冷却玻璃管的设备、***和方法。

根据本公开的一个或多个方面，一种用于玻璃管成形过程的马弗炉包括：与用于生产玻璃管的料筒连接的进口端；出口端，所述出口端的内尺寸大于进口端的内尺寸；以及从进口端延伸到出口端的侧壁。从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁在从中心轴到内表面的径向距离中可以基本上不具有突然变化，所述突然变化在马弗炉内产生不稳定区域。所述马弗炉还可以包括位于至少一部分侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间的通道。所述通道可用于使热传递流体与侧壁热连通，以控制侧壁的至少一部分内表面的温度。

根据本公开的一个或多个其他方面，一种用于生产玻璃管的***包括料筒和马弗炉。所述料筒包括至少一个圆柱形容器，其具有从圆柱形容器的底部延伸的孔口环，所述孔口环限定了圆柱形容器的底部中的孔口。所述料筒还包括吹管，其被设置在圆柱形容器内并且延伸通过孔口。所述吹管可用于在孔口环附近输送气流。所述马弗炉包括与料筒连接的进口端；出口端，所述出口端具有内尺寸，该内尺寸大于进口端的内尺寸；以及从进口端延伸到出口端的侧壁。从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加。侧壁的内表面在从中心轴到内表面的径向距离中可以基本上不具有在马弗炉内产生不稳定性区域的突然变化。所述马弗炉还可以包括位于侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间的通道。所述通道可用于使热传递流体与侧壁热连通，以对侧壁进行冷却。所述马弗炉可以用于控制从料筒拉制的玻璃管的温度。

根据本公开的一个或多个其他方面，一种玻璃管成形方法可以包括：从料筒拉制玻璃管，以及使玻璃管通过马弗炉。所述马弗炉可以包括进口端，所述进口端具有经定位以接收来自料筒的玻璃管的进口；出口端，所述出口端具有内尺寸，该内尺寸大于进口端的内尺寸；以及从进口端延伸到出口端的侧壁。从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁的内表面在从中心轴到内表面的径向距离中基本上不具有在马弗炉内产生不稳定区域的突然变化。所述方法可以进一步包括：对穿过马弗炉的玻璃管进行冷却。对玻璃管进行冷却可以包括：使热传递流体通过位于一部分侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间的通道，其中，所述通道与侧壁热连通。

应理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图简要说明

图1示意性描述了现有技术的用于形成玻璃管的过程的局部截面图，其马弗炉具有直径不同的两个圆柱形侧壁段；

图2示意性描绘了图1的用于形成玻璃管的过程的马弗炉的局部截面图；

图3A图示了由图2的马弗炉的流动建模得到的气体速度分布；

图3B根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了由具有圆柱形上部和截头圆锥下部的马弗炉的流动建模得到的气体速度分布；

图4根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了用于形成玻璃管的过程的局部截面图；

图5根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图4的用于形成玻璃管的过程的马弗炉的局部截面图；

图6根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图5的马弗炉的上部和下部之间的过渡处的局部截面图；

图7A、7B、7C、7D、7E、7F和7G根据本文所示和所述的实施方式，示意性描绘了用于图4的过程的马弗炉的各个实施方式的侧视图；

图7A描绘了马弗炉的一个实施方式，所述马弗炉具有截头圆锥形状，其中，侧壁是直的且成角度的；

图7B描绘了马弗炉的一个实施方式，其具有上段侧壁和下段侧壁，它们的形状均为截头圆锥但是侧壁的内表面具有不同斜率；

图7C描绘了马弗炉的一个实施方式，其具有侧壁，所述侧壁包括上段、第一下段和第二下段，它们各自的形状均可以为截头圆锥，并且每个轴向段中的侧壁具有不同的斜率；

图7D描绘了马弗炉的一个实施方式，其具有侧壁，所述侧壁包括上段和下段，所述上段为圆柱形，所述下段从上段向外弯曲；

图7E描绘了马弗炉的一个实施方式，其具有单个轴向段，并且侧壁从进口端到出口端142可以连续向外弯曲；

图7F描绘了马弗炉的一个实施方式，其具有侧壁，所述侧壁包括具有截头圆锥形状的上段和具有弯曲形状的下段；

图7G描绘了马弗炉的一个实施方式，其中，侧壁的下段相对于中心轴A可以不对称；

图8根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图4的马弗炉的下部的部分的截面图，其中，在侧壁与通道侧壁之间可以设置有通道；

图9根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了用于图4的过程的马弗炉的另一个实施方式的截面图；

图10根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了用于图4的过程的马弗炉的另一个实施方式的截面图；

图11根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了沿着图9的参照线11-11截取的图9的马弗炉的截面图；

图12根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了图2的马弗炉和图5的马弗炉的作为马弗炉内的轴向位置(Z位置)(x轴)的函数的温度变化(y轴)；

图13A根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了在未冷却的情况下，在马弗炉内的温度的数学建模；

图13B根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了在冷却的情况下，图13A的马弗炉内的温度的数学建模，所述冷却包括使空气通过马弗炉的下部中的通道130；

图14根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了马弗炉的内表面的表面温度(y轴)根据马弗炉中的轴向位置(x轴)而变化的情况；

图15根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了用于生产玻璃管的实验***，该实验***经模型化以研究玻璃管的温度的标准偏差对玻璃管的尺寸的影响；并且

图16根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了玻璃管的锥度(y轴)根据马弗炉中的空气温度(x轴)的标准偏差而变化的情况。

具体实施方式

下面将详细参考用于连续生产玻璃管的设备、***和方法的实施方式，这些实施方式的实例在附图中例示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。本公开涉及用于玻璃管成形过程的马弗炉。参考图4，其描绘了***100，所述***100包括用于进行玻璃管成形过程的本公开的马弗炉110。马弗炉110可以包括进口端140，其与用于生产玻璃管12的料筒20连接，并且包括出口端142，所述出口端142具有内尺寸，该内尺寸大于进口端140的内尺寸。马弗炉110还可以包括从进口端140延伸到出口端142的侧壁112。从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R可以从进口端140到出口端142增加，并且侧壁112在从中心轴A到内表面114的径向距离R中可以基本上不具有突然变化，所述突然变化在马弗炉110内产生不稳定区域。马弗炉110还可以包括位于至少一部分侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间的通道130。通道130可用于使热传递流体与侧壁112热连通，以对侧壁112的至少一部分内表面114提供被动冷却。通过消除马弗炉110内的不稳定区域，以减少马弗炉110中的温度变化和空气运动，并且对马弗炉110中的玻璃管12提供被动冷却，本公开的马弗炉110能够使用于进行玻璃管成形工艺的***100以较大的玻璃流动速率(例如，更大的拉制速度或更大的玻璃管)来操作。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者对于任何设备，需要具体的取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图和一起提供的坐标轴而言，并不用来暗示绝对的取向。

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

如本文所用的术语“偏侧厚(siding)”是指玻璃管的最小壁厚度与最大壁厚度之间的差，或者复合玻璃管的玻璃层的最小层厚度与最大层厚度之间的差，其中，最小和最大壁厚度或者最小和最大玻璃层厚度根据玻璃管的截面来确定。

如本文所用的术语“轴向”是指附图中提供的坐标轴的+/-Z方向。

如本文所用的“径向距离”是指在垂直于马弗炉的中心轴A的方向上从马弗炉的中心轴A向外测量的距离(即，在图4和5的坐标轴的X-Y平面中距离中心轴A的距离)。术语“径向距离”不旨在限制本文公开的马弗炉的截面形状为圆形或椭圆形截面，术语“径向距离”旨在等同地适用于距离截面为多边形或不规则形状的马弗炉的中心线A的距离。

如本文所用的，“间接冷却”是指在冷却装置或冷却流体不接触玻璃管的情况下完成冷却。“直接冷却”是指冷却流体或冷却装置直接接触玻璃管所进行的冷却。

如本文所用的，“连续生产”是指相比于分批过程，用于生产玻璃管的过程是连续或半连续的操作。连续操作可以包括启动、关闭和过程中断的时期。

参考图1，该图描绘了用于形成玻璃管12的一种维罗过程10。过程10包括料筒20；马弗炉40，其具有被定位用于接收从料筒20拉制的玻璃管12的进口46；以及管道60，其被定位成接收来自马弗炉40的出口54的玻璃管12。料筒20包括圆柱形容器22，其可以具有限定在圆柱形容器22的底部24中的孔口26。料筒20还可以包括孔口环28，其可以在孔口26处连接到圆柱形容器22的底部24。中空吹管30可以位于圆柱形容器22内并且可以具有延伸穿过孔口26和孔口环28的近端34。吹管30的近端34可以包括中空头部32，一部分的中空头部32可以位于孔口环28的下方。马弗炉40可以包括在料筒20附近的第一部分42以及连接到第一部分42的第二部分50。管道60可以是水平取向(即，以图1的坐标轴的+/-Z方向取向)，并且可以包括多个辊(在本文中可以被称为滚轮(diabolo)62)和热传递室64。

形成玻璃管12一般可以包括将熔融玻璃组合物引入到料筒20的圆柱体容器22中。熔融玻璃可以向下(即，在图1的坐标轴的-Z方向上)流动通过孔口26以及孔口环28和吹管30的头部32之间的环形空间。具有中心线G的玻璃管12可以从吹管30的头部32拉制。空气可以通过吹管30并进入到玻璃管12的内部中，以维持玻璃管12的内部腔体。玻璃管12可以通过马弗炉40中的悬链线路(catenary)被拉制到管道60，所述管道60水平取向(即，在图1的坐标轴的+/-X方向上)并且位于马弗炉40的下方。在管道60中，玻璃管12可以在热传递室64中经受受控冷却以生产玻璃管12。玻璃管12的尺寸可以受玻璃温度，拉制的速率(拉制速度)，通过吹管30的吹送空气的压力，吹管30的头部32和孔口环28的相对尺寸，熔融玻璃在孔口26中的温度，以及玻璃管12通过马弗炉40的温度影响。

仍然参考图1，玻璃管12的着陆温度T_L可以取决于玻璃流动速率，而玻璃流动速率可以取决于正在生产的玻璃管12的拉制速度和尺寸。“着陆温度”是玻璃管12在位置68处的温度，在位置68处，玻璃管12首先接触或“着陆”在滚轮62上，并且“着陆温度”可以指示玻璃在着陆区域中的粘度。玻璃管12的着陆温度T_L可以通过在孔口26和/或马弗炉40中控制玻璃的加热和/或冷却来控制。孔口26和/或马弗炉40中的不正确的温度控制可导致不正确的着陆温度T_L，这可不利地影响玻璃管12的属性并且将不稳定性引入到下游过程中。

例如，如果着陆温度T_L太冷，则玻璃管12可能在悬链线路中太粘，这可导致悬链线路太长并且着陆位置离马弗炉110的中心线A太远。长的悬链线路是由于较低的空气温度以及因此导致马弗炉110中的玻璃粘度增加所致，并且可能不利地影响玻璃管12的尺寸以及可能造成马弗炉110和通过马弗炉110的玻璃管12之间干扰。另外，由于较低的着陆温度导致的长的悬链线路可能造成干扰下游过程，这可能阻止下游过程加工玻璃管12以实现目标属性。进一步地，由较低的着陆温度导致的长的悬链线路可能造成悬链线路的曲率被保持在玻璃中，从而得到表现出管弓的玻璃管12。如果着陆温度T_L太热，则玻璃管12的粘度可能太低并且悬链线路可能太短(即，太靠近马弗炉110的中心轴A)。如果玻璃粘度太低，则较短的悬链线路可导致玻璃在转向时变形，这可导致玻璃管12的尺寸变化，下垂或者具有表面标记。在这些情况的任何一种情况中，不正确的着陆温度T_L可不利地影响玻璃管12的属性和品质，例如，通过在玻璃管12中引入限制强度的瑕疵，在玻璃管12中引入光学畸变，和/或改变玻璃管12的尺寸(例如，诸如但不限于造成偏侧厚，在玻璃管12的外尺寸或内尺寸中引入变化，或者造成不圆的圆度或管弓)。

参考图2，该图描绘了维罗过程10中所用的典型的马弗炉40。马弗炉40的第一部分42可以包括第一侧壁44，其一般为圆柱形并且具有第一内直径D1。第二部分50可以包括第二侧壁52，其一般也为圆柱形并且具有第二内直径D2，该第二内直径D2大于第一侧壁44的第一内直径D1。第二侧壁52的较大直径可以允许在马弗炉40内具有一定的空间，该空间使得玻璃管12在不接触马弗炉40的情况下遵循料筒20的从孔口环28到管道60的悬链线路径。马弗炉40的第一部分42可以包括第一加热器48，并且第二部分50可以包括第二加热器56。第一加热器48和第二加热器56可以是能够分别向第一侧壁44和第二侧壁52提供热的任何类型的加热装置。

药物容器以及由玻璃管制造的其他容器和制品的需求正在增加。为了满足增加的需求，玻璃管12的生产速率也在提高。例如，在用于生产玻璃管的一些维罗过程中，可能需要将生产速率提高两倍或三倍的现有生产速率来满足增加的需求。更大的生产速率可以通过在过程中增加玻璃流动速率来实现。增加玻璃流动速率可以包括增加玻璃管12的拉制速度，这可减少玻璃管12在马弗炉40中的停留时间。减少玻璃管12在马弗炉40中的停留时间可以减少从玻璃管12离开的热传递，这可升高着陆温度T_L。另外，由于玻璃管12的外直径和/或厚度增加，玻璃流动速率可能增加。以较大的拉制速度[即，大于约70英尺/分钟(0.3556米/秒)的拉制速度]形成较大直径的玻璃管12(例如，直径大于或等于约20mm)需要大的冷却，例如，高至15千瓦(kW)的冷却。

在较大的玻璃流动速率下——其是满足对玻璃管12的增加的需求或者制造较大直径的玻璃管12所需，图1所示的马弗炉40不能够从玻璃管12移除足以控制玻璃管12的着陆温度T_L的热量，并且可能造成温度不稳定，以及气体在马弗炉110内运动而可导致玻璃管12的尺寸发生变化。玻璃管12行进通过马弗炉110引起了马弗炉110内的气体运动，使得在马弗炉110内得到了气体的流型。如前文关于图2所述，现有技术的马弗炉40一般包括具有第一直径D1的第一部分42和具有第二直径D2的第二部分50，第二直径D2大于第一直径D1。在过渡处马弗炉40的直径从第一部分42的直径D1到第二部分50的直径D2的突然变化产生了不稳定区域70，其中，马弗炉40内的气体的运动或流型变得不稳定(即，表现出紊流增加，其以在气体的流型中形成旋涡为特征)。马弗炉110内的气体运动或流型的不稳定性可以使得马弗炉110内的气体温度不稳定，从而导致玻璃管12的温度因为烟囱效应而变化。参考图3A，马弗炉40内的气体速度的数学建模示出了不稳定区域70，其在第一部分42与第二部分50之间的过渡处附近(即，在直径从D1到D2的变化处附近)，在马弗炉40内的第二部分50中形成。这种由马弗炉40的不稳定区域70造成的玻璃运动和流型的不稳定性增加了马弗炉110中的气体温度的不稳定性，导致沿着悬链线路的玻璃温度以及玻璃管12的着陆温度T_L具有变化性。马弗炉110内的玻璃温度变化转化成了玻璃管12的尺寸变化。

另外，常规的马弗炉40一般包括用于加热马弗炉40的内表面的第一加热器48和第二加热器56，但是不包括对马弗炉40的内表面进行冷却的手段。因此，从马弗炉40中的玻璃管12移除热可能受到通过马弗炉的侧壁以及围绕马弗炉40并用作绝热体的耐火材料的热传导限制。通过减少或消除围绕马弗炉40的耐火材料，以减小从马弗炉40离开的热传递的阻力，可以增加从马弗炉40离开的热传递。然而，已经发现，在较大的玻璃流动速率(例如，大于800lbs/小时)时，从马弗炉40移除耐火材料不会将从玻璃管12离开的热传递速率增加到足以控制玻璃管12的着陆温度T_L的热传递速率。通过将冷却流体(例如惰性气体)引入到马弗炉40的内部腔体中，也可以在常规马弗炉40中冷却玻璃管12。但是，使用引入到马弗炉40中的冷却流体来直接冷却玻璃管12可能改变玻璃管12的性质或尺寸，在马弗炉40内，玻璃管12仍可能处于低粘度状况。

本公开涉及用于玻璃管成形过程的马弗炉，所述马弗炉提供了足以控制玻璃管在滚轮处的着陆温度T_L的热传递速率。现在参考图4，其描绘了用于玻璃管成形过程的***100，所述过程包括本公开的马弗炉110。马弗炉110可以包括在马弗炉的进口端140处的进口118，所述进口118被定位成接收从用于生产玻璃管12的料筒20拉制的玻璃管12。马弗炉110还可以包括在马弗炉110的出口端142处的出口120。马弗炉110的出口端142可以具有内尺寸，其大于进口端140的内尺寸。在一些实施方式中，马弗炉110可以连接到料筒20，例如，连接到料筒20的孔口环28。例如，在一些实施方式中，料筒20可以包括孔口环28，并且马弗炉110可以连接到孔口环28，以使得至少一部分的孔口环28延伸到马弗炉110的进口118中。在一些实施方式中，马弗炉110可以相对于料筒20安装在固定位置而不是连接到料筒20。

马弗炉110还可以包括从进口端140延伸到出口端142的侧壁112。相比于在进口端140附近，在出口端142附近，从马弗炉110的中心线A到侧壁112的内表面114的径向距离R可以更大。如前文所述，径向距离R是从中心线A到内表面114的距离，其在垂直于中心线A的方向上测量，并且不旨在指示圆形或椭圆形截面几何。另外，侧壁112在从中心线A到马弗炉110的内表面114的径向距离R中可以基本上不具有突然变化。换言之，马弗炉110的内表面114在从内表面114至中心线A的径向距离R中可以不包括阶梯变化。相反，马弗炉110的侧壁112的内尺寸在至少一部分的侧壁112的范围内，可以从马弗炉110的进口端140附近的第一径向距离R1逐渐增加到马弗炉110的出口端142附近的第二径向距离R2。马弗炉110还可以包括通道130，其可以位于至少一部分侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间。通道130可用于使热传递流体与侧壁112热连通，以控制侧壁112的至少一部分内表面114的温度。

仍然参考图4，具有中心线G的玻璃管12可以从孔口环28拉制并且可以悬链线的形式行进通过马弗炉110而到达管道60。本公开的马弗炉110通过减少或消除不稳定区域70(图2)，可以减少马弗炉110中的气体的温度和流型的不稳定性。减少或消除马弗炉110内的不稳定区域70可以减少马弗炉110内的空气温度和空气流型的不稳定性。减少马弗炉110内的空气温度和空气流型的不稳定性可以减少马弗炉110中的玻璃温度的变化性，从而减少玻璃管12的尺寸变化。另外，通过向侧壁112的至少一部分内表面114提供冷却，当玻璃管12通过马弗炉110时，本公开的马弗炉110可以增加从玻璃管12离开的热传递。增加热传递速率能够使马弗炉110充分冷却玻璃管12，以在较大的玻璃流动速率下实现和/或控制玻璃管12的着陆温度T_L，例如，用于以大于或等于70英尺/分钟(0.3556米/秒)的拉制速度生产玻璃管12，和/或用于生产具有较大尺寸的玻璃管12，例如，外直径大于或等于20mm，或者甚至大于或等于50mm。因此，本公开的马弗炉110能够实现在较大的玻璃流动速率下进行玻璃管成形过程的***100，所述玻璃流动速率例如大于或等于800磅/小时(800lbs/hr或者363千克/小时)。现将进一步详细描述本公开的马弗炉110。

参考图5，该图描绘了马弗炉110的一个实施方式。如前文所述，马弗炉110可以包括侧壁112，围绕侧壁112的绝热层126，以及位于绝热层126与侧壁112之间的通道130。马弗炉110可以任选地包括一个或多个加热元件124，其被设置在侧壁112与绝热层126之间，例如，在通道130与绝热层126之间。

再次参考图4，侧壁112可以围绕马弗炉110的中心轴A径向延伸，以形成马弗炉110的内部腔体144。侧壁112还可以在大致轴向的方向上在马弗炉110的进口端140与马弗炉110的出口端142之间延伸。在一些实施方式中，马弗炉110可以包括与侧壁112的进口端140连接的顶板122。侧壁112的进口端140可以是在料筒20附近的侧壁112的端部(即，在图5的坐标轴的+Z方向上，相对于出口端142的侧壁112的端部)。在一些实施方式中，顶板122可以限定马弗炉110的进口118并且可以连接到料筒20的孔口环28。由顶板122限定的马弗炉110的进口118可以具有径向尺寸，该径向尺寸小于在马弗炉110的进口端140处的马弗炉110的内尺寸。在一些实施方式中，一部分的孔口环28和/或吹管30的近端34可以延伸通过限定在顶板122中的进口118，并且进入到马弗炉110的内部腔体144中。出口120可以被设置在侧壁112的出口端142处。在一些实施方式中，盖板(未示出)可以连接到马弗炉110的出口端142，以相对于马弗炉110的出口端142处的马弗炉110的内尺寸，减小出口120的尺寸。

现在参考图5，出口端142附近的侧壁122的内尺寸可以大于进口端140附近的侧壁112的内尺寸，以使得出口端142处的马弗炉110的截面积大于进口端140处的马弗炉110的截面积。内尺寸可以是在垂直于中心轴A的方向上，从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114测得的径向距离R。在一些实施方式中，侧壁112可以具有在进口端140附近的第一径向距离R1和在出口端142附近的第二径向距离R2。第二径向距离R2可以大于第一径向距离R1。相比于在进口端140附近的内尺寸，在出口端142附近的侧壁112的更大的内尺寸能够使玻璃管12遵循悬链线路径从吹管30(图4)出发，通过马弗炉110并到达滚轮62(图4)而不会使玻璃管12接触侧壁112的内表面114或者马弗炉110的任何其他部件。

侧壁112的内尺寸(例如，径向距离R)可以沿着侧壁112或者至少一部分的侧壁112，随着轴向位置(即，在图4的坐标轴的+/-Z方向上的位置)减小而增加。在一些实施方式中，侧壁112的内尺寸可以相对于侧壁112的轴向部分的轴向位置逐渐增加。例如，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括在料筒20附近的上部150以及在该上部150下方(即，在图5的坐标轴的-Z方向上相对于上部150而言)的一个或多个下部160。在马弗炉110的至少一个下部160中，侧壁112的径向距离R可以从第一径向距离R1逐渐增加到第二径向距离R2(如图5所示，上部150中的侧壁112的径向距离R可以是恒定的并且等于第一径向距离R1)。

在一些实施方式中，侧壁112在从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离中可以基本上不具有导致在马弗炉110内具有不稳定区域的突然变化。“基本上不具有突然变化”可以指侧壁112在从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离中不具有阶梯变化和/或陡峭变化，所述阶梯变化和/或陡峭变化基本上足以在马弗炉110中产生温度或者气体运动/流型不稳定的不稳定区域(例如，图1和2所示的不稳定区域70)。径向尺寸的“阶梯变化”可以指径向尺寸的某种变化，其以轴向位置变化与径向位置变化的比值等于零为特征。从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离的“陡峭变化”可以指以下述为特征的径向距离的某种变化：径向距离作为马弗炉110中的轴向位置的函数的曲线斜率的绝对值大于2或者未定义(即，单个点处的径向距离变化使得斜率具有分母0的阶梯变化，因此是未定义的)。从中心轴A到马弗炉110内的侧壁112的内表面114的径向距离变化可以指发生在进口端140与出口端142之间的基于内表面114的径向距离R的变化。本文所述的径向距离的变化并不旨在包括在马弗炉110的进口端140和出口端142处，在侧壁112的轴向边界处发生的径向距离的变化(例如，在与顶板122或凸缘、盖或者与侧壁112的出口端142连接的其他结构的交界处发生的径向距离的变化)。

在一些实施方式中，侧壁112的内表面114在从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R中可以基本上不具有导致在马弗炉110内具有不稳定区域的阶梯变化。参考图6，其描绘了一部分的侧壁112，其中，内表面114在点B处可以包括阶梯变化，其中，侧壁112的内表面114在向下方向(即，至少在图6的坐标轴的-Z方向上具有方向矢量的方向)上继续延伸之前，大致向外径向延伸。在点B处的阶梯变化处，侧壁112的内表面114与中心轴A(图5)之间的径向距离可以增加或减小距离C，该距离C的绝对值可以小于0.25英寸(0.635cm，其中，1英寸等于2.54cm)。当在侧壁112的内表面114与中心轴A之间的径向距离R中存在大于0.25英寸的阶梯变化时，径向距离R中的突然变化足以在马弗炉110内产生不稳定区域和/或气流旋涡，这可导致马弗炉110内的温度和气体运动不稳定性增加。

点B处的阶梯变化在图6中显示为在马弗炉110的上部150与下部160之间的过渡处。然而，应理解，阶梯变化的位置不限于马弗炉110的上部150与下部160之间的过渡处，而是可以在侧壁112的内表面114上的任何点处。在一些实施方式中，侧壁112的内表面114在从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离中可以基本上不具有大于0.25英寸(0.635cm)的阶梯变化。例如，在一些实施方式中，侧壁112的内表面114在从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R中可以不具有绝对值大于0.20英寸、大于0.15英寸、或者甚至大于0.10英寸的阶梯变化。在一些实施方式中，对于在进口端140与出口端142之间的侧壁112的内表面114，侧壁112的内表面114与马弗炉110的中心轴A之间的径向距离R的阶梯变化可以具有小于或等于0.25英寸(0.635cm)的绝对值。

侧壁112的内表面114还可以通过下述来表征：从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R作为轴向位置(即，在图5的坐标轴的+/-Z方向上的位置)的函数曲线。径向距离R作为轴向位置的函数曲线的斜率的绝对值指示马弗炉110的轴向位置的每增量变化的径向距离R的变化率。在一些实施方式中，从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R作为轴向位置的函数的曲线斜率沿着进口端140与出口端142之间的马弗炉110的轴向长度可以具有小于或等于2.0的绝对值，其中，径向距离R作为轴向位置的函数的曲线斜率可以确定为至少0.25英寸的轴向位置变化内的平均斜率。例如，在一些实施方式中，从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离作为轴向位置的函数的曲线斜率可以具有以下绝对值：小于或等于1.75，小于或等于1.5，小于或等于1.0，小于或等于0.75，或者甚至小于或等于0.5，其中，径向距离作为轴向位置的函数的曲线斜率可以确定为至少0.25英寸的轴向位置变化内的平均值。在一些实施方式中，径向距离作为轴向位置的函数的曲线斜率在侧壁112的内表面114上的每个点处可以具有小于或等于2的绝对值。

壁112的内表面114也可通过对于马弗炉110的每厘米的轴向长度，从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R的变化来表征。对于马弗炉110的每厘米的轴向长度，从中心轴A到内表面114的径向距离R的变化可以具有一定的绝对值，该绝对值小于足以在马弗炉110内产生不稳定区域的径向距离R的变化。在一些实施方式中，在马弗炉110的进口端140与出口端142之间的侧壁112的内表面114上所有位置处，对于马弗炉110的每厘米的轴向长度，从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R的变化具有小于0.635cm的绝对值。例如，在一些实施方式中，在侧壁112的内表面114上的所有点处，对于马弗炉110的每厘米的轴向长度，从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R的变化的绝对值小于0.60cm，小于0.50cm，或者甚至小于0.40cm。

如前所述，相比于包括径向距离的突然变化的常规马弗炉(例如，图1的马弗炉40)，减少或消除从中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离的突然变化——其足以在马弗炉110内造成不稳定区域——可以减少马弗炉110内的温度和气体流型的不稳定性。参考图3A，其示出了常规马弗炉40中的气体流动速度的流动模型，所述常规马弗炉40的侧壁的内尺寸具有阶梯变化。在图3A和3B中，较浅的阴影对应于较大的气体流动速度，而较深的阴影对应于较小的气体流动速度。如图3A所示，在由侧壁的内尺寸的突然变化造成的常规马弗炉40中的不稳定区域70中，常规马弗炉40内的气体运动变得不稳定。这通过在从常规马弗炉40的上部到下部的过渡区附近的较深区域得到说明。当在常规马弗炉40内形成不稳定区域70时，马弗炉110内的气体的流型和温度的不稳定性加强，从而导致玻璃管12的温度有更大的变化，并且削弱了对玻璃管12的外直径或其他尺寸变化的控制。

现在参考图3B，其描绘了根据本公开所述的马弗炉110中的空气流动速度的流动模型。图3B中建模的马弗炉110包括圆柱形上部和截头圆锥下部，并且在上部与下部之间的过渡处，在从侧壁的内表面114到中心轴A的径向距离R中不包括阶梯变化或陡峭变化。如图3B所示，当消除了侧壁112的内尺寸的阶梯变化时，也可以减少和/或消除不稳定区域，从而减少马弗炉110内的气体的速度和流型的不稳定性。减少马弗炉110内的气体流型的不稳定性可以减少马弗炉110内的气体温度的不稳定性，这可以减少马弗炉中的玻璃温度的变化性，由此减少玻璃管12的尺寸变化性。

现在参考图12，玻璃管12的温度变化性作为马弗炉内的轴向位置(例如，在图1和4的坐标轴的+/-Z方向上沿着马弗炉110的位置)的函数的数学建模指示，相比于包含两个圆柱形部分的常规马弗炉(例如，图1的马弗炉40)，本公开的马弗炉110(例如，图4的马弗炉110)可以减少玻璃管12的温度变化性。图12描绘了常规马弗炉(例如，图1的马弗炉40)以及根据本公开的马弗炉(即，图4的马弗炉110)的玻璃管12的温度变化作为轴向位置的函数的数学建模。图12中的Z位置从马弗炉110的进口端开始测量。数据系列1201是常规马弗炉40的温度变化建模数据，而数据系列1202是本公开的马弗炉110的温度变化建模数据。如图12所证明的，本公开的马弗炉110的玻璃管的温度变化性(1202)显著小于常规马弗炉40的温度变化性(1201)。因此，通过消除马弗炉110内的不稳定区域70，本公开的马弗炉110可以减少玻璃管12的温度变化性。

再次参考图5，马弗炉110的侧壁112可以包括多个轴向段，它们具有不同的形状，并且在马弗炉110内形成了多个区。例如，如前所述，侧壁的多个轴向段可以包括上段152和一个或多个下段162。在一些实施方式中，侧壁112可以包括2个、3个、4个、或超过4个轴向段(例如，上段152和1个、2个、3个或超过3个下段162)。在一些实施方式中，侧壁112可以包括一个轴向段，其中，侧壁的内尺寸从侧壁112的进口端140到出口端142连续增加。

参考图7A-7G，所述多个轴向段170中的每个轴向段可以具有不同形状，例如，圆柱形、截头圆锥、钟形或其他形状。出于说明的目的，图7A-7G中的尺寸、比例和斜率是放大的。特别地，图7A-7G中的侧壁112的斜率被放大以显示出各段之间的斜率差异，但是并不旨在指示侧壁112的斜率的任何定量值。在一些实施方式中，至少一个轴向段170可以具有侧壁112的内尺寸随着在整个轴向段170中的轴向位置增加而增加的形状。例如，在一些实施方式中，至少一个轴向段170可以具有截头圆锥形状，其中，侧壁112是直的且成角度的(图7A)。在一些实施方式中，至少一个轴向段可以是钟形，其中，侧壁112在轴向段170的整个轴向长度中是弯曲的(图7D)。对于具有弯曲侧壁112的轴向段170，侧壁112的内表面114可以是凹形、凸形，或者可以在凹形与凸形之间转变。

每个轴向段170可以关于马弗炉110的中心轴A对称或不对称。例如，在一些实施方式中，其中的至少一个轴向段170可以不对称，其中，侧壁112的内表面114与中心轴A之间的径向距离在一侧可以更大，以容纳穿过马弗炉110的玻璃管12的悬链线路径。在一些实施方式中，侧壁112的不对称轴向段能够使马弗炉110在轴向段170内的每个轴向位置处，在侧壁112的内表面114与玻璃管12之间提供更一致的距离，相比于对称侧壁，这可以从马弗炉110中的玻璃管12传递更一致的热。

参考图7A，在一些实施方式中，马弗炉110A可以包括上部150和下部160，上部150的侧壁112的上段152可以为圆柱形状，下部160的侧壁112的下段162可以为截头圆锥形状。参考图7B，在一些实施方式中，马弗炉110B可以包括侧壁112的上部152和下部162，它们的形状均为截头圆锥但是侧壁112的内表面114具有不同斜率。参考图7C，在一些实施方式中，马弗炉110C的侧壁112可以包括上段152、第一下段164和第二下段166。在图7C的实施方式中，上段152、第一下段164和第二下段166各自的形状均可以为截头圆锥，并且每个轴向段170中的侧壁112具有不同的斜率。参考图7D，在一些实施方式中，马弗炉110D的侧壁112可以包括圆柱形上段152以及从上段152向外弯曲的下段162。参考图7E，在一些实施方式中，马弗炉110E可以包括单个轴向段170，并且侧壁112可以从进口端140到出口端142连续向外弯曲。参考图7F，在一些实施方式中，马弗炉110F的侧壁112可以包括具有截头圆锥形状的上段152和具有弯曲形状的下段162。或者，在一些实施方式中，上段152可以是弯曲的，并且下段162可以是截头圆锥。参考图7G，在一些实施方式中，侧壁112的下段162相对于马弗炉110的中心轴A可以不对称，以相比于对称侧壁，在侧壁112的下段162中，提供从玻璃管12的悬链线到侧壁112的更一致的距离。

再次参考图5，在一些实施方式中，侧壁112的上段152可以限定进口端140附近的马弗炉110的上部150，并且侧壁112的下段162可以从侧壁112的上段152延伸到出口端142。下段162可以限定在出口端142附近的马弗炉110的下部160。从侧壁112的上段152到出口端142，侧壁112的下段162的内尺寸可以增加。在一些实施方式中，侧壁112的下段162可以是截头圆锥或弯曲的。在一些实施方式中，侧壁112的上段152可以是圆柱形。

仍然参考图5，如前文所述，马弗炉110可以包括位于至少一部分侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间的通道130。在一些实施方式中，通道130可以至少部分由侧壁112的外表面116限定。通道130可以用于向至少一部分的侧壁112提供冷却。例如，通道130可用于使热传递流体与侧壁112热连通，以控制侧壁112的至少一部分内表面114的温度。

在一些实施方式中，通道130可以是被限定在一侧的侧壁112的外表面116与另一侧的绝热层126之间的环形空间。参考图8，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括通道侧壁132，其与马弗炉110的侧壁112间隔开并且位于侧壁112的径向向外的位置，并且通道130可以被限定在侧壁112的外表面116与通道侧壁132的内表面之间。在一些实施方式中，通道侧壁132可以被设置在马弗炉110的侧壁112与围绕侧壁112的绝热层126之间。在一些实施方式中，通道侧壁132可以被设置在侧壁112与围绕侧壁112设置的加热元件124之间。

再次参考图5，马弗炉110可以包括通道进口134和通道出口136，它们均可以与通道130流体连通。通道进口134可以与热传递流体源流体连通，所述热传递流体源例如，热交换器、水/蒸气源、空气、或热传递流体的其他来源。热传递流体可以包括液态或气态的热传递流体。通道进口134可以用于将热传递流体引入到通道130。通道出口136可以用于从通道130移除热传递流体。通道130可以与热交换器(未示出)流体连接，并且热传递流体可以循环通过热交换器并连续地重新引入到通道进口134。例如，在一些实施方式中，通道出口136可以与热交换器(未示出)的进口流体连接，并且通道进口134可以与热交换器的出口连接，以使得可通过热交换器从热传递流体移除热，并且可将热传递流体连续地重新引入到通道130中。在另一些实施方式中，空气或水可以通过通道130并且空气或水不循环通过热交换器。

通道进口134可以在通道130的一个轴向端附近与通道130流体连通，并且通道出口136可以在通道130的另一个轴向端附近与通道130流体连通。在一些实施方式中，通道进口134和通道出口136可以被定位成产生通过通道130的热传递流体的物流，其与通过马弗炉110的玻璃管12的物流顺流。例如，在一些实施方式中，通道进口134相对于通道出口136可以更靠近马弗炉110的进口端140。或者，在另一些实施方式中，通道进口134和通道出口136可以被定位成在通道130中引入热传递流体的物流，其与通过马弗炉110的玻璃管12的物流成逆流。例如，在一些实施方式中，通道进口134可以位于马弗炉110的出口端142附近，并且通道出口136可以位于更靠近马弗炉110的进口端140的通道130的轴向端处。

图5例示了一个实施方式，其中，通道130位于马弗炉110的下部160中，并且通道进口134和通道出口136经定位而建立热传递流体的物流，并且该物流与通过马弗炉110的玻璃管12的物流顺流。现在参考图8，在马弗炉110的操作期间，热传递流体可以被连续地引入到通道进口134中。热传递流体可以通过通道进口134流动到通道130，然后流动通过通道130，如图8的箭头所指示的。热传递流体接着可离开通道130并进入到通道出口136中(图5)，由此，从通道130移除热传递流体。参考图8，在流动通过通道130时，热传递流体可以与侧壁112的外表面116热连通。

引入到通道进口134的热传递流体的温度可以低于侧壁112的温度。热传递流体可以是具有高热容的热传递流体，例如但不限于水，二醇类如丙二醇，或其他热传递流体。在另一些实施方式中，热传递流体可以是空气或其他气体。当热传递流体通过通道130时，热可以从侧壁112的外表面116传递到热传递流体中。这种从侧壁112到热传递流体的热传递可以降低侧壁112的内表面114的温度。侧壁112的内表面114的温度降低可以在马弗炉110内，在玻璃管12与侧壁112的内表面114之间产生更大的温度梯度。马弗炉110内的这种温度梯度增加可以使得从马弗炉110中的玻璃管12离开的热传递速率进一步增加，由此，在较大的玻璃流动速率下，马弗炉110能够将玻璃管12的温度降低到着陆温度L_T。

参考图13A和13B，在马弗炉110的下部160中具有和不具有被动冷却的情况下，在马弗炉110内的温度的数学建模指示，被动冷却可显著影响马弗炉内的温度。在图13A和13B中，较浅的阴影对应于较高的温度，而较深的阴影对应于较低的温度。在图13A中，提供了在无冷却的情况下马弗炉110中的温度建模结果。如图13A所示，在无冷却的情况下，马弗炉110内的整个腔体可以处于较高的温度，并且在玻璃管12的温度与侧壁112的内表面114的温度之间仅具有小的温度梯度。

参考图13B，其提供了在马弗炉110的下部160中具有被动冷却的情况下，所操作的马弗炉110中的温度的数学建模。对于图13B中的建模，通过使处于环境温度的空气通过马弗炉110的下部160中的通道130，提供被动冷却。如图13B所示，通过使空气通过通道130来提供的冷却使得马弗炉110内的温度分布显著降低，如相比于图13A中的马弗炉110中的阴影，沿着侧壁112以及在马弗炉110内的阴影更深所指示。另外，图13B显示出，相比于图13A所示的无冷却下的马弗炉110的操作，对于具有被动冷却的所操作的马弗炉110，在玻璃管12与侧壁112的内表面114之间有更大的温度梯度。

图14提供了对于图13A和13B中建模的***，马弗炉110的内表面114的温度作为轴向位置(例如，在图13A和13B的坐标轴的-Z方向上，距离马弗炉10的进口端140的Z位置或距离)的函数的数学建模数据。在图14中，x轴上的零对应于马弗炉110的进口端140(图4)，并且马弗炉110的上部150与下部160之间的过渡处在约0.3米处。数据系列1501对应于在没有冷却的情况下操作马弗炉110(例如，图13A的马弗炉110)，马弗炉110的内表面114的温度分布。数据系列1502对应于在马弗炉110的下部160中具有被动冷却的情况下操作，马弗炉110的内表面114的温度分布。如图5所证明的，马弗炉110的下部160中的侧壁112的冷却可使侧壁112的内表面114的温度下降500℃或更多而达到小于300℃的温度。这在马弗炉110中，在玻璃管12与侧壁112的内表面114之间产生了更大的温度梯度，当玻璃管12穿过马弗炉110时，这可以大大增加从玻璃管12离开的热传递速率。

通过增加侧壁112的内表面114与玻璃管12之间的温度梯度，本文公开的马弗炉110可以提供玻璃管12的被动冷却，该被动冷却是间接的，意味着热传递流体不与玻璃管12的表面接触，而与玻璃管12的表面接触会是通过将热传递流体(例如空气)直接引入到马弗炉110腔体中来主动冷却的情况。因此，本文公开的马弗炉110向玻璃管12提供了被动冷却而不会影响或物理接触玻璃管12的外表面。马弗炉110内的温度梯度以及因此得到的从玻璃管12离开的热传递速率可以通过改变引入到通道130中的热传递流体的流动速率、温度或热容而增加或减小。通过选择特定的热传递流体，可以改变热容。

在一些实施方式中，通道130可以包括单个通道进口134和单个通道出口136。在另一些实施方式中，通道130可以具有多个通道进口134，例如，2、3、4、5、6或超过6个通道进口134。所述多个通道进口134可以围绕通道130径向分布。在一些实施方式中，通道130可以包括多个通道出口136，例如，2、3、4、5、6或超过6个通道出口136。所述多个通道出口136可以围绕通道130径向分布。

参考图9，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括彼此流体隔离的多个通道130。所述多个通道130可以彼此分离并且位于马弗炉110的不同位置处。在一些实施方式中，所述多个通道130可以是环形通道，并且可以沿着马弗炉110轴向分布(即，在图10的坐标轴的+/-Z方向上)。例如，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括上通道180和下通道190。上通道180可以位于侧壁112的上段152的外表面与绝热层126之间，因此，上通道180可向马弗炉110的上部150提供冷却。下通道190可以位于侧壁112的下段162的外表面与绝热层126之间，因此，下通道190可向马弗炉110的下部160提供冷却。上通道180和下通道190可以彼此流体隔离，并且上通道180相对于下通道190而言邻近马弗炉110的进口端140定位。上通道180和下通道190各自可以包括至少一个通道进口134和至少一个通道出口136。上通道180和下通道190可以独立地操作，以分别精细调整马弗炉110的上部150和下部160的热传递速率。

马弗炉110可以包括多个上通道180和/或多个下通道190。例如，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括上通道180和多个下通道190；多个上通道180和单个下通道190；或者多个上通道180和多个下通道190。所述多个上通道180和/或多个下通道190中的每一者可以彼此流体隔离，并且可以各自包括至少一个通道进口134和至少一个通道出口136。相比于具有单个上通道180和单个下通道190的马弗炉110，所述多个上通道180和/或多个下通道190能够更精细地调整马弗炉110内的温度分布。

参考图10，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括第一上通道182和第二上通道184。第一上通道182可以位于马弗炉110的进口端140附近，并且第二上通道184可以垂直位于第一上通道182的下方(即，在图10的坐标轴的-Z方向上)。马弗炉110还可以包括第一下通道192和第二下通道194。第二下通道194可以位于马弗炉110的出口端142附近，并且第一下通道192可以垂直位于第二下通道194的上方(即，在图10的坐标轴的+Z方向上)。

在一些实施方式中，马弗炉可以包括一个或多个通道130，其包括多个成角度通道区段，它们彼此流体隔离并且围绕侧壁112的外表面116成角度分布。通道130可以包括2个或超过2个成角度通道区段，例如，2、3、4、5、6、7、8或超过8个成角度通道区段。例如，参考图11，其描绘了具有多个成角度通道区段130A-130D的马弗炉110的截面。在图11中，相对于穿过马弗炉110的横向平面(即，与图11的坐标轴的X-Y平面平行的平面，其在图9中用参考线11-11指示)截取马弗炉110的截面。在一些实施方式中，马弗炉110可以包括第一成角度通道区段130A、第二成角度通道区段130B、第三成角度通道区段130C和第四成角度通道区段130D。所述多个成角度通道区段130A、130B、130C和130D能够实现相对于马弗炉110内的角位置精细调整温度分布。虽然图11显示具有四个成角度通道区段，但应理解，马弗炉110可以包括小于或大于4个成角度通道区段。在一些实施方式中，通道130可以被划分成多个轴向通道区段和多个成角度通道区段。在具有多个通道130的实施方式中，每个通道130可以具有一个或多个通道进口134，例如，1、2、3、4、5、6或超过6个通道进口134。每个通道130还可以包括一个或多个通道出口136，例如，1、2、3、4、5、6或超过6个通道出口136。

设置在马弗炉110内的各个轴向和/或径向位置处的多个通道130的存在可以在马弗炉110内形成多个热传递区。例如，再次参考图9，上通道180和下通道190可以将马弗炉110分离成热传递上部区186(例如，对应于马弗炉110的上部150中的腔体)，其中热传递可以通过上通道180来控制；以及热传递下部区196(例如，对应于马弗炉110的下部160中的腔体)，其中热传递可以通过下通道190来控制。上通道180和下通道190可以相对于热传递流体的流动速率、压力、温度或其他操作参数来独立地操作，以分别独立地控制热传递上部区186和热传递下部区196中的热传递速率。在通道130包括多个通道的实施方式中(例如，图9、10和11)，所述多个通道中的每个通道可以独立地用于控制马弗炉110内的多个热传递区中的热传递速率。

再次参考图4，绝热层126可以包括耐火材料，例如但不限于陶瓷耐火材料或其他耐火材料。在一些实施方式中，马弗炉110还可以包括被设置在侧壁112与绝热层126之间的加热元件124。加热元件124可以与至少一部分的侧壁112热连通。加热元件124可以是电阻加热器，例如但不限于围绕马弗炉110缠绕的电阻加热丝；火焰加热元件，例如煤气灯；或者其他加热装置。在一些实施方式中，加热元件124可以包括被设置在通道130与围绕马弗炉110的绝热层126之间的至少一个电阻加热丝。在一些实施方式中，加热元件124可以包括多个加热元件。加热元件124可以连同通道130一起操作，以控制马弗炉110的各个部分中的热传递。例如，当在较低的玻璃流动速率下操作时，例如，当生产极小直径的玻璃管时，或者在拉制速度减小的时间中，例如，在过程中断期间(例如，在启动，关闭，改变管尺寸，出现不合规事件，或其他过程中断期间)，加热元件124能够使马弗炉110控制玻璃管12的着陆温度T_L。

参考图4，在一些实施方式中，用于生产玻璃管12的***100可以包括料筒20，与料筒20连接的马弗炉110，以及设置在马弗炉110下方的管道60。如前所述，在一些实施方式中，料筒20可以包括至少一个圆柱形容器22，其具有从圆柱形容器22的底部24延伸的孔口环28。孔口环28可以限定圆柱形容器22的底部24中的孔口26。料筒20还可以包括吹管30，其被设置在圆柱形容器22内并且延伸通过孔口26。吹管30可用于在孔口环28附近输送气流。马弗炉110可以包括连接到料筒20的进口端140，以及包括出口端142，所述出口端142具有内尺寸，该内尺寸大于进口端140的内尺寸。马弗炉110还可以包括从进口端140延伸到出口端142的侧壁112。从进口端140到出口端142，从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R可以增加。侧壁112的内表面114在从中心轴A到内表面114的径向距离R中可以基本上不具有在马弗炉110内产生不稳定区域的突然变化。马弗炉110还可以包括被设置在侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间的通道130。通道130可用于使热传递流体与侧壁112热连通，以向侧壁112提供冷却。马弗炉110可以用于控制从料筒20拉制的熔融玻璃管12的温度，例如，通过控制从通过马弗炉110的玻璃管12离开的热传递速率来控制。***100的马弗炉110可以具有本文所述的马弗炉110的任何其他特征。管道60可以包括滚轮62和热传递室64。

仍然参考图4，在一些实施方式中，玻璃管成形方法可以包括：从料筒20拉制玻璃管12，以及使玻璃管12通过马弗炉110。马弗炉110可以具有本文关于马弗炉110所述的任何特征。例如，在一些实施方式中，马弗炉110可以包括连接到料筒20的进口端140，以及包括出口端142，所述出口端142具有内尺寸，该内尺寸大于进口端140的内尺寸。马弗炉110还可以包括从进口端140延伸到出口端142的侧壁112。从进口端140到出口端142，从马弗炉110的中心轴A到侧壁112的内表面114的径向距离R可以增加。侧壁112的内表面114在从中心轴A到内表面114的径向距离R中可以基本上不具有在马弗炉110内产生不稳定区域的突然变化。马弗炉110还可以包括被设置在侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间的通道130。玻璃管成形过程还可以包括：对通过马弗炉110的玻璃管112进行冷却。对玻璃管12进行冷却可以包括：使热传递流体通过通道130，所述通道130被设置在一部分侧壁112的外表面116与围绕侧壁112设置的绝热层126之间。通道130可以与侧壁112热连通。

在一些实施方式中，所述方法还可以包括：使玻璃管12通过管道60，在其中可以进行玻璃管12的受控冷却。在一些实施方式中，马弗炉110可以控制从玻璃管12离开的热传递的速率，以使得玻璃管12的温度在位置68处达到着陆温度T_L，在所述位置68处，玻璃管12着陆在管道60的滚轮62上。在一些实施方式中，对玻璃管12进行冷却可以包括：通过控制与侧壁112的外表面116热连通的至少一个加热元件124，控制通过马弗炉110的玻璃管12的温度。

根据本文所述的方法，由***100生产的玻璃管12可以被成形成玻璃制品，例如，瓶子、玻璃容器等。通过本文公开的***100和方法生产的玻璃管12可以通过热或化学回火方法来强化，以增加玻璃管12以及由其制造的制品的物理和化学耐久性。使用本文公开的***100和方法制造的玻璃管12可以特别适合用于形成药物包装，以用于容纳药物组合物，例如，液体、粉末等。例如，玻璃管12可以用于形成小瓶、安瓿、药筒、注射器主体和/或用来储存药物组合物或其他化合物的任何其他玻璃容器。

实施例

以下实施例例示了马弗炉中的空气温度的标准偏差对所生产的玻璃管的尺寸变化的影响。以下预示性实施例基于工业规模玻璃管生产工厂的实验测量。

参考图15，使用图15示意性例示的维罗***300研究玻璃管12的温度的标准偏差对玻璃管12的尺寸的影响。维罗***300包括料筒20，料筒管30，常规马弗炉40，基底包壳310，以及管道60。任选地，维罗过程300还包括高温护罩320。料筒20包括圆柱形容器22和孔口环28。基于常规马弗炉40对玻璃管12的温度的标准偏差的影响进行建模，所述常规马弗炉40包括孔口环28附近的第一部分42和连接到第一部分42的第二部分50，其中，第一部分42和第二部分50均为圆柱形形状。

基底包壳310为刚性包壳，其在出口54附近连接到马弗炉40的第二部分50，并且从第二部分50向下(即，在图15的坐标轴的-Z方向上)延伸以进一步包封玻璃管12。基底包壳310具有截头四角锥的形状，并且大的端部连接到马弗炉40，而较小的端部向下取向(即，在图15的坐标轴的-Z方向上取向)。基底包壳310包括前面板312和后面板314，所述前面板312面向管道60的方向(即，在图15的坐标轴的-X方向上)，所述后面板314背离前面板312并且背离管道60(即，在图15的坐标轴的+X方向上)。在一些实例中，维罗***300任选地包括高温护罩320，其从基底包壳310延伸到管道64，以在料筒20与管道60之间完全包封玻璃管12。高温护罩320可以是高温织物，例如，能够经受得住高达和/或超过马弗炉40中的玻璃管12的温度的高温丝绸。以下实施例的建模基于生产外直径为10.95mm的玻璃管12。

实施例1

在实施例1中，基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310但不具有高温护罩320，对玻璃管尺寸的变化作为马弗炉中的空气温度的标准偏差的函数进行建模。在点320处测量空气的温度和速度，所述点320在玻璃管12上方约1至2英寸，并且距离基底包壳310的前面板312约8英寸。对于实施例1，空气的平均速度为1.745m/s，并且空气的平均温度为372.95℃。

实施例2

在实施例2中，通过包括高温护罩320以在基底包壳310与管道60之间完全包封玻璃管并且增强马弗炉中的空气从环境状态隔离，来减小马弗炉中的空气温度的标准偏差。实施例2中的建模基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310和高温护罩320。高温护罩310完全包封玻璃管，以减小环境空气对马弗炉内的空气温度和速度的影响。马弗炉中的空气的平均速度为1.715m/s，并且马弗炉中的空气的平均温度为440.31℃。由于在马弗炉40与管道60之间完全包封了空气和玻璃管，因此预计，相对于实施例1，实施例2的空气温度升高。

实施例3

相对于实施例2，在实施例3中，通过经由基底包壳310的后面板314中的开口将环境空气引入到玻璃管，马弗炉中的空气温度的标准偏差增加。实施例3中的建模基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310和高温护罩320。在实施例3中，在基底包壳310的后面板314中设置宽度为1.75英寸(44.45mm)的间隙，以允许周围空气进入到由基底包壳310形成的内腔体中。对于实施例2，马弗炉中的空气的平均速度为1.647m/s，并且空气的平均温度为388.18℃。相对于实施例2，实施例3的包覆炉中的空气温度减小可能是由于环境空气重新引入到基底包壳310的腔体中所致。

实施例4

相对于实施例1-3，在实施例4中，通过经由基底包壳310的前面板312中的开口和基底包壳310的后面板314中的开口将环境空气引入到基底包壳310，马弗炉中的空气温度的标准偏差大幅增加。实施例4中的建模基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310和高温护罩320。在实施例4中，在基底包壳310的前面板312和后面板314中设置宽度为1.75英寸(44.45mm)的间隙，以允许环境空气从两个方向进入到基底包壳310的内腔体中。对于实施例4，马弗炉中的空气的平均速度为2.438m/s，并且空气的平均温度为332.90℃。相对于实施例1和实施例3，实施例4中的马弗炉中的空气的平均温度有所下降。

实施例5

在实施例5中，通过加宽基底包壳310的前面板310和后面板314中的间隙，进一步改变马弗炉中的空气温度的标准偏差。实施例5中的建模基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310和高温护罩320。在实施例5中，前面板312和后面板314中的间隙被加宽到5.0英寸(127mm)的宽度，以允许环境空气进入到由基底包壳310形成的内腔体中。对于实施例5，马弗炉中的空气的平均速度为2.800m/s，并且空气的平均温度为247.85℃。相对于实施例4，由于允许更大体积的环境空气流到腔体中，因此实施例5中的马弗炉中的空气平均温度有所下降。

实施例6

在实施例6中，通过去除后面板314中的间隙并且使环境空气仅通过前面板312中的间隙进入腔体，进一步改变马弗炉中的空气温度的标准偏差。实施例6中的建模基于图15的维罗***300，并且具有基底包壳310和高温护罩320。在实施例5中，基底包壳仅包括前面板312中的1.75英寸(44.45mm)的间隙，并且在后面板314中没有间隙。对于实施例6，马弗炉中的空气的平均速度为1.699m/s，并且空气的平均温度为377.578℃。相对于实施例4和实施例5，由于允许流到腔体中的环境空气的体积减小，因此实施例6中的马弗炉中的空气平均温度有所升高。

实施例7：实施例1至6的比较

在实施例7中，比较实施例1至6的马弗炉中的空气的温度标准偏差以及玻璃管的尺寸变化性，以评价马弗炉中的空气温度的标准偏差对玻璃管尺寸的影响。对于实施例1至6中的每一个实施例，测量玻璃管的锥度和外直径以及马弗炉中的空气的温度和速度。下表1提供了实施例1至6的玻璃管的锥度，玻璃管的外直径(OD)范围，空气温度(T)和空气速度(V)中的每一者的平均值(AVE)和标准偏差(STD)。如本文所用的术语“锥度”是指在管的整个长度内，从玻璃管的一端到另一端，OD的差异。玻璃管的锥度一般小于总OD容差的约一半。

表1：实施例1至6的构造、操作条件和玻璃管性质

如表1所示，如在实施例4和5中增大马弗炉中的空气温度的标准偏差使得玻璃管的尺寸的变化性增加，如相对于实施例1-3，实施例4和5的玻璃管的锥度和OD的标准偏差增大所示。参考图16，其图示了来自表1的玻璃管的锥度的标准偏差作为马弗炉中的空气温度的标准偏差的函数。趋势线1310针对图16所示的数据来拟合，并且R²值为0.9769，表明在针对数据拟合趋势线1310中有高的置信水平。如图16所示，玻璃管的尺寸(例如，锥度)变化可以线性依赖马弗炉中的空气温度的变化(即，空气温度的标准偏差)。因此，实施例7中的实施例1至6的比较证明了改进马弗炉中的空气温度控制可减少玻璃管的尺寸和形状的变化性。

虽然本文已经描述了马弗炉110，包含马弗炉110的***100，以及玻璃管成形过程的各个实施方式，但应理解，应认为这些实施方式和技术各自可以单独使用或与一个或多个实施方式和技术结合使用。对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (31)

1.一种用于玻璃管成形过程的马弗炉，所述马弗炉包括：

进口端，所述进口端连接到用于生产玻璃管的料筒；

出口端，其中，在出口端处的马弗炉的内尺寸大于在进口端处的马弗炉的内尺寸；

从进口端延伸到出口端的侧壁，其中，从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁在从中心轴到内表面的径向距离中基本上不具有在马弗炉内产生不稳定区域的突然变化；和

通道，所述通道位于至少一部分侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间，所述通道用于使热传递流体与侧壁热连通，以控制侧壁的至少一部分内表面的温度。

2.如权利要求1所述的马弗炉，其中，在进口端与出口端之间的侧壁的内表面上的所有位置处，对于马弗炉的每厘米的轴向长度，从中心轴到马弗炉的内表面的径向距离的变化具有小于0.635cm的绝对值。

3.如权利要求1所述的马弗炉，其中，从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离作为轴向位置的函数的曲线的斜率沿着进口端与出口端之间的马弗炉的轴向长度具有小于或等于2的绝对值，其中，径向距离作为轴向位置的函数的曲线的斜率确定为至少0.25英寸(0.635cm)的轴向位置变化内的平均斜率。

4.如权利要求1所述的马弗炉，其中，侧壁的内表面在从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离中不具有大于0.25英寸(0.635cm)的阶梯变化。

5.如权利要求1所述的马弗炉，其中，至少一部分的侧壁是截头圆锥或钟形。

6.如权利要求1所述的马弗炉，其中，通道包括通道进口和通道出口。

7.如权利要求6所述的马弗炉，其中，相对于通道出口，通道进口在马弗炉的进口端附近。

8.如权利要求1所述的马弗炉，其中，所述通道包括彼此流体隔离的多个通道。

9.如权利要求8所述的马弗炉，其中，所述多个通道中的每个通道是环形，并且所述多个通道轴向布置。

10.如权利要求8所述的马弗炉，其中，所述多个通道中的每个通道纵向取向，以使得通道进口和通道出口轴向间隔开，并且所述多个通道围绕侧壁的外表面轴向布置。

11.如权利要求8所述的马弗炉，其中，所述多个通道包括多个横向通道和多个纵向通道。

12.如权利要求1所述的马弗炉，其中，所述通道流体连接到热交换器。

13.如权利要求1所述的马弗炉，其中，侧壁的上段限定了进口端附近的马弗炉的上部，并且侧壁的下段从侧壁的上段延伸到出口端，并且限定了出口端附近的马弗炉的下部，其中，侧壁的下段的直径从侧壁的上段到出口端增加。

14.如权利要求13所述的马弗炉，其中，侧壁的下段是截头圆锥或弯曲的。

15.如权利要求13所述的马弗炉，其中，侧壁的上段是圆柱形。

16.如权利要求13所述的马弗炉，其中，所述通道包括至少一个下通道，所述下通道被设置在侧壁的下段的外表面与绝热层之间。

17.如权利要求16所述的马弗炉，其中，所述下通道包括彼此流体隔离的多个下通道。

18.如权利要求13所述的马弗炉，其中，所述通道包括至少一个上通道，所述上通道被设置在侧壁的上段的外表面与绝热层之间。

19.如权利要求1所述的马弗炉，其还包括与至少一部分的侧壁热连通的至少一个加热元件。

20.一种用于生产玻璃管的***，所述***包括：

料筒，所述料筒包括：

至少一个圆柱形容器，其具有从圆柱形容器的底部延伸的孔口环，所述孔口环限定了圆柱形容器的底部中的孔口；和

吹管，所述吹管被设置在圆柱形容器内并且延伸通过孔口，所述吹管用于在孔口环附近输送气流；和

马弗炉，所述马弗炉包括：

与料筒连接的进口端；

出口端，所述出口端具有内尺寸，该内尺寸大于进口端的内尺寸；

从进口端延伸到出口端的侧壁，其中，从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁的内表面在从中心轴到内表面的径向距离中基本上不具有在马弗炉内产生不稳定区域的突然变化；和

通道，所述通道位于侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间，所述通道用于使热传递流体与侧壁热连通，以向侧壁提供冷却；

其中，所述马弗炉用于控制从料筒拉制的玻璃管的温度。

21.如权利要求20所述的***，其还包括设置在马弗炉下方的管道，所述管道包括滚轮和热传递区。

22.如权利要求20所述的***，其中，在进口端与出口端之间的侧壁的内表面上的所有位置处，对于马弗炉的每厘米的轴向长度，从中心轴到马弗炉的内表面的径向距离的变化具有小于0.635cm的绝对值。

23.如权利要求20所述的***，其中，至少一部分的侧壁是截头圆锥或钟形。

24.如权利要求20所述的***，其中，侧壁的上段限定了进口端附近的马弗炉的上部，并且侧壁的下段从侧壁的上段延伸到出口端，并且限定了出口端附近的马弗炉的下部，其中，侧壁的下段的直径从侧壁的上段到出口端增加。

25.如权利要求20所述的***，其中，所述通道包括彼此流体隔离的多个通道。

26.如权利要求25所述的***，其中，所述多个通道包括至少一个下通道和至少一个上通道，所述至少一个下通道被设置在侧壁的下段的外表面与绝热层之间，所述至少一个上通道被设置在侧壁的上段的外表面与绝热层之间。

27.一种玻璃管成形方法，所述方法包括：从料筒拉制玻璃管；

使玻璃管通过马弗炉，所述马弗炉包括：

进口端，所述进口端具有进口，所述进口经定位以接收来自料筒的玻璃管；

出口端，所述出口端具有内尺寸，该内尺寸大于进口端的内尺寸；和

从进口端延伸到出口端的侧壁，其中，从马弗炉的中心轴到侧壁的内表面的径向距离从进口端到出口端增加，并且侧壁的内表面在从中心轴到内表面的径向距离中基本上不具有在马弗炉内产生不稳定区域的突然变化；以及

对通过马弗炉的玻璃管进行冷却，其中，对玻璃管进行冷却包括：使热传递流体通过位于一部分侧壁的外表面与围绕侧壁设置的绝热层之间的通道，其中，所述通道与侧壁热连通。

28.如权利要求27所述的玻璃管成形方法，其中，至少一部分的侧壁是截头圆锥或钟形。

29.如权利要求27所述的玻璃管成形方法，其中，所述通道包括彼此流体隔离的多个通道。

30.如权利要求27所述的玻璃管成形方法，其中，对通过马弗炉的玻璃管进行冷却还包括：控制与侧壁的外表面热流通的至少一个加热元件。

31.如权利要求27所述的玻璃管成形方法，其还包括：将玻璃管通入管道。