Способ получения стекла с двустадийным плавлением шихты

 

м ХШ <1Ц (51) 5 C03B5 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4027715/33 (22) 19.06.86 (46) 30.10.93 Бюл. Na 3940 (71) ППГ ИНДАСТРИЗ, Инк (US) (72) Джеральд Эразмус Канкл(0$); Генри Мартин

Демарест (младший)(0$); Лэрри Джон Шелест ак(0$) (73) ППГ ИНДАСТРИЗ, Инк (US) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛА С ДВУСТАДИЙНЬЗМ ПЛАВЛЕНИЕМ ШИХТА (57) Сущность изобретения: способ получения стекла с двухстадийным плавлением шихты состоит в том, что часть необходимого на первой стадии топлива вводят в шихту в количестве 6 — 10 % от массы шихты, а на второй стадии осуществляют окислительную обработку расплава 1 ил.

,1.)0!)> LГ Нl!P k(!РЭН!!!I

1Р" Г)Д> lr(,! Г;Р>)0>><ИСТЫХ (ОПЛИВ, КЭК У(Г>ЛЬ, Ii кэч>= .т)>е oi l1 . f) !)(o 1,cTc> lника В Гl роцг сi.е производства стекла 1 ли n;аналогических

ПР >I>eCCBX ПЛЭВЛЕНИЯ, а )аК>КЕ ИСПОЛЬЗОВЭН!)Я ГМЕС>- (> ТВЕРДЫХ II(!LI ЖИДКИХ ТОПЛ>!Ð Г

III>1xтОй! Ркломэссь .

Нэибог)ее близким решением к изобретению по техническо>л сущности и достигаемому результату чвляетсч способ пг)луч.".ния

С Т Е К л г) С Д В ) Х С Т Э Д И \1 I Ь! ":1 >1 Л а Р Л Г. Н и Е 11 В И Х Т 1-.1 при сжиг".!!v >, Toll.ü f)B, при КO)ором ча >Icp

Вой стад и осуществля)от неполное расплав>>с» и э шихты на наKnntI)lo. I поверхногт)) с образованием тонкого cлоя, э <)л вт )pгй — окон )т!эл<,нос рагглэвление ших-ы.

0cноР !ой недостаток в содерж,".H!») BoIIbi B угле. Когда у. Ол). Сжигается в (олог ной

<0i)ке В пе <и март "ПОГГкого типа, обыч!ю 23) исгзльз, е.1011 для пг„,>ления стек IB, з)<эчи; >Э. !! I > Р КОЛИЧ ВСТР Э 30 B hi }(B/) ЕКЭ<ОТС>) I IOTO ком (; I >0; чщ<х I () (3 когорая м))кет

В ы ) > э т ь ". а к у f I o p K v p 0 I с и е p B T o p o В, и:» т 3 > .

ОГ бу> т удэ:)ения золь! из отхОДЯщих > .) 30>3, (Р», )! >IOf > BL! fl, C . )Ti 11X В:> ГМО-. t (;;)>г 1-)ЕKO (. )ЭЗ I;,i,(Ь ЗОЛЫ Э>.".>>Э>11 НЭ г",Т",.)<КЭК >) )(> I Ьн>)!) ".,1M>1!)Ь>. I,!\>.. ОНЭ ГIЛЭ(ИТГ>) I:,>K

;, »; .,, ) :, l > Г Т(., i (; 0 Tr> . > ) . С, . > I ) > i, (I ) гчЭ>. ().;:,; >Э,,;:г >IC)!;,>3 >I >! > . ",,>

>1(1>р(., <- rr) I>ll г, ><>,>I »> - j 1 г > упоо > и .,; >) p г .::.,Л>. <н.:. шлак, В:

>О(,:! <г . ",> > ((: I I>B>KPi1,) >,>, >г .1

i )Ес! IC .: »".," r,,. (.:," > < . <))Л>ака В,< .

:»,ЕТ Г,.! >. )Л-.::),: I.. Г .ЛЬН )(: РЪ.,I, >О!)!»(. < " )СС! I. -Il II V(Г. "..! Г:и!OSIT 1

1 ) .;0BB:". >O, «il !()(:f ° ., Э

„ЛЯ (,r ";1, К! В Г),)РЛ»11,, Л(K())C>P: Д>!

p» g> I>rC T(> 0CТЭ> Ь(3 !) !) >I>;TC>! .- Э КI I L>f 1 Ol;>Г,) >

T>P i ЬСТВО» Зтгэ, >3 <ЭСТНОСТИ, О! )IOC11)C >

ПЛ ., I,O> l)r > ) (TK)>V, ГД" KO"! > IОЗИЦ!) Оl < . >! .. ",3 ленен",Я:ы;:!.л()э о(> - 3>l еСкое(с;эrr(< .. в

» Г)оизвод11МО<л с Текле.

10 I> ю изобреге::.ия:i(ляслся (. и(; рэсх. д то )ливэ и у; ..)! ..(3)ен))е загр:;з! >>П(!

Э I МО>;чЬРГЛ,i, ) Т 0 ДОГ ТИГЭС ГСЯ ТСМ, >iTO B СГIО>>0 „; > IO iучени ст кла с дву."(с. Эд!!Йны(л п)",Рлс нием

)ни>(TQ пг>и сжигании !О;<ливэ, 11pll ко>Oi>0м нд ()epBOЙ стадии Ос>у!цеств<<я<от !>(:ï(.)>tioe рэсплг)вг>ен)с ши> гь: нэ <<аклонной >!Оьерх».-, НосТ< с образование."., танкolo сло:„э !э 5ВTîpîй - QКОнчэтельное рэcïëàB Iåние ш> хты, ч"-,ñò>. необходимого на первои г гад<<и (0>п()()В 3 Вв-эдят В LL! >;xTV В Kof)ul>>P.cò )с б 10 ), 0 I В )СЭ IB(IÕTÛ, Э Н 3 г; . >Э))ОИ СТЭ(1 .l!: ()Сy Ù. CÒ1,:>я. i r> )Г.Я>1тель:,>,0 (. )pэбг)тку р.>сп" )B:3.

i:,) Ii t ".,ë,1 показана уст::",овка для

>1 I>3!>nP»>R)1 »! Х >),) уГIBновкэ для плавления шихты содер;кит >в)линдрическую камеру 1, которая мож т бь)ть стэльн>,<м барабаном, Камера гэ()и().>отс,> нэ кр,глу!о раму 2 которая, в ;(;<)lr) (> <(;)>:. дь, мо(<ти()уетгтя с (303110жностью

;p;,))(ения Вокпуг обычно Вертикальной оси, соответсгпу)ощей центровой линии или оси

-.имметрии кэмерь<, нэ серии опорных роли> nI3 8 и Выр:.»3 !Ивэюв! !х роликов 4. Нижняя

-.Вкци > 5 ><амеры Годер>кит ссосно вырав-!

<Он)>у)о кольцеобразнуto втулку б, опредеЛ(>I()щ, !C) цСII L>)BËh>,0r>. СЛИЛ)300 Or()eретИЕ 7.

Б-,улка б <ложет с()СTO ITh из серии керамических дстэл-й, 1 нижняя секция 5 может с,г:. )Но lы (блегчэть замену втулки 6.

Огнеi i.(.;,:э» I.p),ILI)KB 8, име!ощэя наи ">з():)",ll!I! I!1 ",(3(.рх с()ОД. Оборудована стэциot!()i ой 0()о()О., В Вид!) о;ружающего раму эл >м(>(!):3 9. i ..p>.I <кэ 8 может содержать по

O:)!! lO3l1 f li1!) = )ДНО 01 ()(! PCT11(3 ЧОРЕЗ КОТО

Пгэг г);)> г) I I>г»ВХОД>1> Ь ГО:- PЭЙНЕЙ 11ЕP(. ОДИН ())руб;)пр(i. r . 1><) I-одьчи хлэхкденного газа. ! 1;: т:i )! » . )" » с и, > 0 В г), ) Г) (1 О ж Р т с 0 с т 0 Я т ь .::.; (,::г ки!. I.l ili)oc I Î г!.; !."3)0!);Ого трубопроI3O, »1 rI » . I(I, )ОД() lli> I >, 1 ); г О! 0 ОКИГЛИТЕЛ>Я

; к) >од, "з;:):> 01 3 i:иг:«I!r>I п(!1 "B, пода,;)эз:!.«><:(>)>И(! Г1ервона,.)) (,;,; )р" >, ...-л»; и;: ескэя дуга или ,;»,» )с г>н-:."у(этсл,((,1я Г)овь>, >.>.»» г>,).(УР! I -,;ОЛОС(), З ЗЭН> РЭЬ К<;, (;» : 1 CI Г><);)НИ>) i .>CÃ!0 )BЗУЕМОГО

)"„, (Т .), I> I:rl(; .0 ПГДЛГПСЯ ВМЕСТЕ с . ((,:0 0>1 1>1 >10>K()г ИСПОЛЬЗО

>Р-,;.! I,r l>,:: ) К.IСЛОДОдЭ ИЛИ ПОдОбНОГО ()>,;;,,,, «,;;);3 I 1(>Р i I >ОСЛЕ ДОС" ИЖЕНИЯ .;»К<) э>)!))). (1>экультатив<<о

<э > ...,,; . первой <.тэд<)>1 разжижения

Il .»,(),)r»,:>1 с помощью обычной 10

;;, :и и-,,(х Гг(л !) I)c To <í(IKЭ тепла дополни, но; .:,н ргии, Обес))ечиваемой

>(»:.1 В(, >1 cf .-.>:.,)!3(lb!!< с шихтой. Трубопро" >.(1!) (;(3:к> I быль установлен по цЕнтру, <; б; il(„»и) ь Вс!о полость кислородом, .,л. ";;.„..3 () IT. ус-.; н()вле 3 под у. лом или Не чтобы направлllb кислород ,;,. lI )!i TО(: );)РО нэ пi!BВЯ(цийся слОЙ.

О ьс p(., ". 1 -toð. .з крь)ш ку 8 и дымоход

1."; о> у». -:::, Тбразовэны для выхода отходя(цих Гл, . Кэ!.;Bpll 1. Отходящие газы мо),т пp",п;: >,Oft с!3 через средство удалеэс<и>; з оп(ходящих газов или через среде >)О Восстановления отработанного

1Г>)лэ. Пр д>п>О )1 ите<>ы!О частицы удаляются

И OLPBbuTO>«IOr. ТЕПЛО ВПССтаНЭВЛИВаЕтСЯ В рэзул>.,тэ10 пропускания отходящих <830B B

K0I i Т(.):.: » .; C.,ОCT>r > Ic., IOщИV, f !;) TBр ><ЭЛОM Wlr1<. с В)и.ть>, включал карбонаты, также

2001888 полезна для эахватывания Оксидов серы иэ отходящих газов. Отверстие 11 может также использоваться для подачи шихты в стадию разжижения и подающий лоток 13 может быть предусмотрен для этой цели, Может быть предусмотрена регулируемая перегородка 14 на конце лотка 13 для направления потока шихты на боковые стенки камеры 1, Слой порошкообраэного материала 15 футерует внутреннюю часть камеры 1, действуя как изолирующая футеровка для защиты камеры от тепла внутри камеры. В случаях применений, когда требуется избежать загрязнения материала продукта, слой

15 предпочтительно по существу из того же состава, что и материал шихть.. Перед началом процесса плавления пугем подачи разрыхленного порошкообразного материала, например материала шихты, по питающему лотку 13, когда камера 1 вращается. Свободный материал обычно принимает параболический контур, как показано на чертеже, Порошкообразный материал может быть смочен, например, водой во время начальной стадии формирования стабильной футеровки для облегчения когеэии слоя с боковыми стенками. Когда футеровка 15 сделана из материала шихты, то не требуется включать компонент Tonnl183, i;OToðûé может быть смешан с шихтой во врем" Операции. Другие незначительныс различия между футеровочным материалом и производительным материало 1 допустимы в зависимости от требований конкретного процесса.

Во время процесса плавления непрерывная подача шихты на стадию разжижения ведет к стекающему потоку шихты, который становится распределенным по поверхности стабильной футеровки 15 и под действием тепла сгорания в ка лере 1 становится разжиженных в виде переходного слоя 16, который стекает вниз камеры и проходит через открытый центр 7 во втулке 6.

Разжиженный материал 17 попадает из первой стадии во вторую стадию для дальнейшей обработки. При этом Чпособе на начальной стадии разжижения шихта может эффективно выводиться, потому что латериал после того как стал жидким, i:.емедленно удаляется от соседства с источником тепла, и непрерывно восполняется материалом свежей шихты, тем самым поддерживая большую температур:-1ую разность и поэтому высокую скорость теплопередачи в камере разжижения. Постоянное пополнение относительно холодной свежеи шихтой при взаимодействии с изолирующей футеровкой предохраняет структурную целостность

50 каглеры паз:. ижения без ис"->льзования принудительного охлаждения камеры, Материал для футеровки 1"; Образует тепловую изоляцию и предпочтительно также служит в качестве незагрязняющей контактной поверхности для переходного расплавленного слоя 16, и наиболее предпочтительно стабильная футеровка содержит один или больше компонентов материала шихты. Необходимо, чтобы теплопроводность материала, используемого для футеровки, была относительно низкой, так что может использоваться практическая толщина слоя беэ необходимости широкого принудительного охлаждения внешней части камеры.

Гранулированный или порошкообразный мине альный материал обеспечивает хорошую те iлnвyю изоляцию, íî в некоторых случаях можно использовать промежуто ный или конечный продукт процесса плавления в качестве незагрязняющего стабильного слоя. Например, в стеклодувном процессе порошкообразный бой стекла (отходь стекла) может составлять стабильный слои, хотя может потребоваться более толстый слой по Bpl чине более высокой теплопроводнос1и стекла по сравнени1О с шихтой ст клс. лассы. В мет".nл,, Г11ческих процесСах, . ДООУГОй CTODOHhl, ИСПОЛЬЗОВЯНИЕ МЕ-, а 1л лческого продукта как стаб:;льного слоя полле ет ненужную >Ольшую тол1,ину для

Образования тепловои защиты камеры, но некоторые руднь1е материаль1 могут быть удо,летворитель ыми в качестве изоляциОННОГО СЛОЯ.

Г!редпочитаемый вариант реализации с Гадии разжижения включает вращение фуTñ.;,Овvè вокруг центраnьной полocTи, но . Яобретенле может применяться в вэрианГах реализации, в которь1х футеровка окружает нагреваему о полость, но не вращается. Дополнительно изобретение может применяться в вариантах реалиэаци,1, которых футеровка является наклоннои поверхностью, но не окружает источник тепла.

Б стадии разжижения воздух может vcпользоваться как окислитель, но предпочтительнее использовать кислсрод с тем, чтобы снизить обьем газообразного выхода. В результате полость в стадии разжижения может быть образована компактной, а поток отходящих газов относительно низкии по обьему и высокий по температуре, тем самым облегчая восстановление тепла из отходяГцих газов, Интенсивное тепло сгорания. поддерживаемое кислородом, совместимо с предпочитаемым варианта ли реализации благодаря тепловой защите и

2001888 эффективной теплопередачи, обеспечиваемой окружающей футеровкой.

По экономическим причинам уголь является предпочитаемым топливом, в частности, битуминозный уголь.

Предпочитаемый вариант реализации стадии очистки, как показано на чертеже, содержит погруженное сжигание в двух камерах. Для некоторых применений может быть достаточное однокамерной стадии очистки, но в случае плоского стекла предпочитаемый вариант реализации включает в себя две камеры 18 и 19 с погруженным сжиганием, каждая из которых содержит ванну 20 и 21 соответственно расплавленного материала. Камеры могут быть оборудованы кислородными барботажными трубами 22 и 23 и горелками 24 и 25 с водяным охлаждением уровня расплавленного материала. Погруженная горловина 26 дает возможность материалу течь из камеры 18 в камеру 19. Отверстие 27 в верхней части камеры 18 дают воэможность расплавленному материалу 17 падать из стадии разжижения в камеру 18. Отходящие газы могут направляться в противоположном направлении через отверстие 27. Аналогичным образом, s камере 19 предусмотрено отверстие 28 е верхней ее части дл я выпуска отходя щи х газо в.

Такое топливо, как природный газ, и окислитель, предпочтительно кислород, подаются на горелки 24 и 25, и сгорание происходит е момент, когда газовые потоки еступаюг в расплавленные ванны 20 и 21.

Другим топливом, которое может использоваться выгодно в горелках с по;руженным сжиганием, является Водород, потому что его продуктом сгорания является вода, растворимая ь расплавленном стекле. Использовгние кислорода как окислителя выгодно потому, что это устраняет включение в расплав основного компонента воздуха азота, который имеет плохую растворимость в расплавленном стекле. Использование неразбавленного кислорода также улучшает контакт между кислородом и восстановленными компонентами в расплаве.

Избыток кислорода сверх потребного количес1ва для сжигания топлива может быть создан для горелок, чтобы корректировать восстановленное состояние расплавленного материала, поступающего на стадию очистки. Если расплавленный материал, поступающий на стадию очистки, содержит достаточное количество несгоревшего углерода, или если температура расплава не должна повышаться, тольv.o окислитель может инжектирова1ься в расплавленные ванны 20 и 21, чтобы обес5

50 печить только функцию повторного окисления. Окислитель может вводиться отдельно от горелок с погруженным сжиганием, как например, через барботажные трубы 22 и

23, Барботеры могут быть адаптированы для инжектирования потока небольших пузырьков кислорода в расплав, что увеличивает контактную площадь поверхности между расплавом и окисляющим газом, и погруженное сжигание образует сильное перемешивание для смешивания пузырьков окислителя по всей расплавленной массе.

Погруженное сжигание также производит очень эффективную гомогенизацию расплава.

Количество избыточного окислителя, подаваемого на стадию очистки, будет изменяться в зависимости от конкретных условий и от степени восстановления материала, поступающего на стадию, и состояния окисления, необходимого в конечном продукте. Степень перемешивания, размер и конфигурацию камеры, эффективность контакта газ-жидкость и время пребывания на стадии очистки являются факторами при проведении повторного окисления. Для достижения однородного повторного окисления в соответствии с требованиями стандартое в отношении плоского стекла установлено предпочтительным проводить повторное окисление е двух последовательных камерах, обеспечивая большую гарантию, что каждая часть производимой продукции подвергается окислению в течение адекватного времени пребывания, В стекле при восстановленном состоянии происходит коричневая окраска стекла из-за наличия серы е сульфидном состоянии совместно с оксидом железа. Если требуется светлое (прозрачное) стекло, повторное окисление производится с целью достаточного повышения состояния окисления окрашивающих ионов, обычно выражаемое в виде отношения Ге /Ге

Для стандартного промышленного производства светлого плоского стекла отношение Г /Ге есть диапазон от 1,5 до 3,0 с прозрачностью не менее 70 (предпочтительно не менее 80 ) относительно света с длиной волн 380 нанометрсв и при толщине (стекла) 6 миллиметров. Светлое плоское стекло может иногда также характеризоваться прозрачностью не менее 60 при

1000 нанометров (6 миллиметров толщины).

Значительно большие отношения

+3 +г

Ге /Ге достигаются при барботироеании кислорода в расплавленном стекле, которое первоначально было темно-коричневым.

Изменение окрашивания от коричневого и

2001888 светлому-прозрачному при окислении легко наблюдается, так что соответствующая степень окисления может легко определяться путем визуального наблюдения. Хотя уголь может вносить избыточное железо в расплав, светлое стекло может быть получено путем повторного окисления. Но точное спектральное согласование стандартной прозрачности плоского стекла может потребовать снижения количества железа, которое обычно произвольно включается в шихту (обычно как корпус) для окрашиваНиже (по ходу процесса) от камер повторного окисления образована камера 29 кондиционирования, в которой может быть предусмотрено дополнительное время пребывания для утечки газообразных включений из расплава и для охлаждения расплава

Формула изобретения.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛА С ДВУ-СТАДИЙНЫМ ПЛАВЛЕНИЕМ ШИХТЫ и ри сжигании топлива, при котором на первой стадии осуществляют неполное расплавление шихты на наклонной .поверхности с образованием тонко-о слоя, до температуры, необходимой для последующей обработки. Расплавленный материал может поступать в камеру кондиционир вания 29 через погруженную горловину 30. В

5 приведенном устройстве время пребывания в камере 29 продлевается посредством погруженной перемычки 31 и противопенного барьера 32, которые образуют извилистую траекторию движения для расплавленного

10 потока. Обработанный расплавленный материал может выводиться иэ стадии очистки через канал 33, который может вести к процессу формования или ему подобному, при котором, в случае стекла, может формиро15 ваться стекло в виде листов, волокон, бутылей и т,п. известными способами. (56) Патент С%А И 4381934. кл. 65-136, 1983.

20 а на второй - окончательное расплавление шихты, отличающийся тем, что, с цель)о снижения расхода топлива и уменьшения

25 загрязнения атмосферы, часть необходимого на первой стадии топлива вводят в шихту в количестве 6- 10 от массы шихты, а на второй стадии осуществляют окислительную обработку расплава.

2001888

Составитель Н. Ильиных

Техред M.Ûàðãåíòàë корректор Л. Ливринц

Редактор Л. Народная

Заказ 3153 Тираж Подписное

НПО "Поиск" Рогпатента

113035, Москва, Ж-35. Раушсная наб.. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинаг "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101