2233806 - Способ и устройство для варки и очистки стеклообразующих материалов

Способ и устройство для варки и очистки стеклообразующих материалов

Реферат

Использование: варка и очистка стеклообразующих материалов. Технический результат – повышение компактности и/или технологической гибкости и/или производительности без ущерба для качества производимого стекла. Всю или часть тепловой энергии, необходимой для варки указанных стеклообразующих материалов, подводят посредством сжигания ископаемого топлива (топлив) с, по меньшей мере, одним газом-окислителем, и указанные топливо (топлива)/газ или газообразные продукты, получающиеся в результате сжигания, вводят ниже уровня массы стеклообразующих материалов. Очистка стеклообразующих материалов после варки содержит, по меньшей мере, одну стадию, в которой они подвергаются давлению ниже атмосферного. Очистку расплавленных стеклообразующих материалов осуществляют в виде стекломассы во вспененном состоянии плотностью 0,5-2 г/см³. Изобретение также касается устройства для осуществления способа и случаев его применения. 5 н. и 36 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение касается способа и устройства для варки и очистки стеклообразующих материалов с целью непрерывной подачи стекломассы в стеклоформовочные машины.

Конкретнее, имеются в виду машины для формования листового стекла, как, например, машины для изготовления листового стекла флоат-методом или прокаткой, а также машины для формования стеклянной посуды типа бутылок или флаконов, машины для формования стеклянных волокон типа стекловаты для тепло- или звукоизоляции или же текстильных стеклянных волокон, называемых усиливающими волокнами.

Проведен большой объем исследований по этим процессам, которые, в общем, содержат первую стадию варки, за которой следует стадия очистки, предназначенная для тепловой и химической обработки стекломассы и удаления из нее каких-либо зерен шихты, пузырьков или любого другого, что может вызвать появление дефектов после формования.

Таким образом, на стадии варки стремятся, например, ускорить процесс варки или улучшить его тепловой кпд. Так, можно упомянуть о способе, состоящем в быстром нагреве стеклообразующих материалов однородным и контролируемым образом, осуществляя интенсивное механическое перемешивание для предоставления еще твердым стеклообразующим материалам возможности вступать в тесный контакт с уже жидкой фазой. Этот способ особенно подробно описан в патентах Франции №№ 2423452, 2281902, 2340911 и 2551746 и характеризуется, в общем, использованием электронагревательных средств типа погружных электродов.

Другой разработанный способ варки описан в патентах США №№ 3627504, 3260587 или 4539034 и состоит в использовании в качестве нагревательных средств погружных горелок, то есть горелок, питаемых газом и воздухом и обычно расположенных вровень с нижней стенкой, чтобы образовывать пламя в массе стеклообразующих материалов во время их плавления.

Из патента США №4919697 известен способ варки и очистки стеклообразующих материалов, включающий подвод всей или части тепловой энергии, необходимой для варки стеклообразующих материалов, посредством сжигания топлива или топлив с, по меньшей мере, одним газом-окислителем, ввод указанных топлива или топлив с, по меньшей мере, одним газом-окислителем или газообразных продуктов, получающихся в результате сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, вспенивание расплавленных стеклообразующих материалов, очистку после варки расплавленных стеклообразующих материалов.

Из того же патента известно устройство для варки и очистки стеклообразующих материалов, содержащее, по меньшей мере, одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители типа воздуха или кислорода, и которые расположены с возможностью ввода указанных топлив/газов или газообразных продуктов, получающихся в результате сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, способствуя вспениванию расплавленных стеклообразующих материалов; по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса.

Кроме того, из патента США №3938981 известно устройство для варки и очистки стеклообразующих материалов, содержащее по меньшей мере одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители типа воздуха или кислорода, и которые расположены с возможностью ввода указанных топлив/газов или газообразных продуктов, образующихся в результате их сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, способствуя вспениванию расплавленных стеклообразующих материалов; по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса.

С помощью известного способа и известных устройств хотя и возможно фактически весьма значительно уменьшить время пребывания стеклообразующих материалов в варочной камере и значительно увеличить производительность по сравнению с "обычными" способами варки, расплавленная стекломасса, с другой стороны, присутствует в виде пены, которую трудно очищать, при этом особенно трудно гарантировать качество готового стекла, особенно оптического стекла.

Кроме того, проведение, по меньшей мере, части процесса очистки под пониженным давлением делает возможным, например, получение стекла с очень низким содержанием сульфатов и с высоким окислительно-восстаовительным показателем. Однако такая очистка вызывает интенсивное пенообразование, которое может оказаться трудно контролируемым и трудно устранимым.

Следовательно, технической задачей настоящего изобретения является создание способов варки и очистки стеклообразующих материалов и устройств, которые являются более компактными и/или имеют большую технологическую гибкость и/или большую производительность и т.д., причем эти технологические преимущества достигаются без ущерба для качества производимого стекла.

Данная техническая задача решается за счет создания способа варки и очистки стеклообразующих материалов, включающего подвод всей или части тепловой энергии, необходимой для варки стеклообразующих материалов, посредством сжигания топлива или топлив с, по меньшей мере, одним газом-окислителем, ввод указанных топлива или топлив, с, по меньшей мере, одним газом-окислителем или газообразных продуктов, получающихся в результате сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, вспенивание расплавленных стеклообразующих материалов, очистку после варки расплавленных стеклообразующих материалов, в котором согласно изобретению очистку расплавленных стеклообразующих материалов осуществляют в виде стекломассы во вспененном состоянии плотностью 0,5-2 г/см³, при этом очистка содержит, по меньшей мере, одну стадию, на которой они подвергаются воздействию давления ниже атмосферного.

Предпочтительно в качестве окислителя используют окислитель на основе воздуха, воздуха, обогащенного кислородом, или кислорода.

Предпочтительно в качестве топлива используют углеводород типа жидкого топлива или природного газа и/или топливо на основе водорода.

Предпочтительно стеклообразующие материалы содержат материалы шихты и/или стеклянный бой, и/или стеклообразующие отходы, и/или горючие вещества, особенно стеклопластмассовые композиционные материалы, стеклометаллические композиционные материалы, органические материалы или уголь.

Предпочтительно варку стеклообразующих материалов осуществляют в, по меньшей мере, одной варочной камере, которая оснащена горелками, проходящими через ее боковые стенки и/или проходящими через нижнюю стенку, и/или подвешенными к своду или к верхним конструкциям для обеспечения образования их зон горения или газообразных продуктов, получающихся в результате сжигания в массе расплавляемых стеклообразующих материалов.

Предпочтительно зоны горения, образующиеся посредством сжигания ископаемого топлива с газом или газами, газом-окислителем и/или газообразными продуктами, получающимися в результате сжигания, вызывают конвективное перемешивание стеклообразующих материалов.

Предпочтительно высоту массы стеклообразующих материалов в варочной камере и высоту, на которую образуются зоны горения или газообразные продукты, получающиеся в результате сжигания, регулируют таким образом, чтобы указанные зоны горения или газообразные продукты сжигания оставались в массе стеклообразующих материалов.

Предпочтительно перед варкой осуществляют стадию предварительного нагрева стеклообразующих материалов самое большее до 900С.

Предпочтительно процесс очистки осуществляют с расплавленными стеклообразующими материалами в виде стекломассы во вспененном состоянии, имеющей предпочтительно плотность 1-2 г/см³.

Предпочтительно очистку осуществляют с расплавленными стеклообразующими материалами в виде стекломассы во вспененном состоянии, имеющей содержание сульфата самое большее 100 ч.н.м. по весу в форме 50_з и большинство пузырьков с диаметром, по меньшей мере, 200 мкм.

Предпочтительно стеклообразующие материалы содержат ускорители очистки, предпочтительно восстановительные добавки в виде кокса, предпочтительно имеющего средний размер частиц меньше, чем 200 мкм, сульфаты или добавки на основе фтора или хлора в виде галоидных соединений, или нитраты в виде NaNО₃.

Предпочтительно все или часть стеклообразующих материалов вводят в варочную камеру ниже уровня массы расплавляемых стеклообразующих материалов.

Предпочтительно процесс очистки осуществляют под пониженным давлением в атмосфере воздуха, воздуха, обогащенного инертным газом в виде азота, или в атмосфере на основе инертного газа в виде азота.

Предпочтительно давление ниже атмосферного, при котором осуществляют, по меньшей мере, часть очистки, меньше или равно 0,5 атм, предпочтительно около 0,3-0,01 атм.

Предпочтительно варку и/или очистку осуществляют самое большее при 1400С, предпочтительно самое большее при 1380 или 1350С.

Предпочтительно очистку осуществляют в, по меньшей мере, одной неподвижной камере, расположенной после варочной камеры по направлению технологического процесса и имеющей, по меньшей мере, одну зону, находящуюся под давлением ниже атмосферного.

Предпочтительно очистку осуществляют в, по меньшей мере, одной камере, расположенной после варочной камеры по ходу технологического процесса и способной вращаться для обеспечения центробежной очистки, при этом, по меньшей мере, одна зона указанной камеры, предпочтительно самая передняя по ходу технологического процесса, находится под давлением ниже атмосферного.

Техническая задача также решается за счет того, что в устройстве для варки и очистки стеклообразующих материалов, включающем, по меньшей мере, одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители в виде воздуха или кислорода и которые расположены с возможностью ввода указанных топлив/газов или газообразных продуктов, получающихся в результате их сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса, согласно изобретению камера очистки содержит, по меньшей мере, одну зону под давлением ниже атмосферного для очистки вспененных расплавленных стеклообразующих материалов в виде стекломассы во вспененном состоянии, имеющей плотность от 0,5 до 2 г/см³.

Предпочтительно варочная камера оснащена, по меньшей мере, одним средством ввода стеклообразующих материалов ниже уровня массы расплавляемых стеклообразующих материалов, выполненным в виде одного или большего числа отверстий, объединенных с подающим средством типа шнека.

Предпочтительно стенки варочной камеры, предпочтительно стенки, предназначенные для соприкосновения с массой расплавляемых стеклообразующих материалов, выполнены на основе огнеупорных материалов, объединенных с системой охлаждения с применением текучей среды типа воды.

Предпочтительно устройство снабжено делителем потока, установленным между варочной камерой и камерой очистки или в начале камеры очистки.

Предпочтительно камера очистки выполнена неподвижной и в вертикальном положении содержит средство для ввода расплавленных материалов, подлежащих очистке, в верхней части и средство для удаления очищенных материалов нижней части, причем в указанной камере указанные материалы везде следуют по, в основном, вертикальной нисходящей траектории.

Предпочтительно, по меньшей мере, некоторые из горелок варочной камеры выполнены с возможностью ввода в массу стеклообразующих материалов также текучей среды, которая не участвует в горении, в качестве заменителя окислителя и/или топлива, предпочтительно инертного газа в виде N₂ и/или охлаждающей среды в виде воды.

Техническая задача также решается за счет того, что в устройстве для варки и очистки стеклообразующих материалов, содержащем, по меньшей мере, одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители типа воздуха или кислорода и которые расположены с возможностью ввода указанных топлив/газов или газообразных продуктов, получающихся в результате сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, способствуя вспениванию расплавленных стеклообразующих материалов; по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса, согласно изобретению камера очистки содержит, по меньшей мере, одну зону под давлением ниже атмосферного для очистки вспененных расплавленных стеклообразующих материалов, при этом стенки варочной камеры, предпочтительно стенки, предназначенные для соприкосновения с массой расплавляемых стеклообразующих материалов, выполнены на основе огнеупорных материалов, обложенных облицовкой из молибдена.

Предпочтительно облицовка поддерживается на некотором расстоянии от стенок, состоящих из огнеупорных материалов.

Предпочтительно облицовка содержит поверхность для соприкосновения с расплавленными материалами, которая является сплошной или с просверленными отверстиями.

Предпочтительно камера очистки выполнена неподвижной и в вертикальном положении содержит средство для ввода расплавленных материалов, подлежащих очистке, в верхней части и средство для удаления очищенных материалов в нижней части, причем в указанной камере указанные материалы везде следуют по, в основном, вертикальной нисходящей траектории.

Техническая задача, кроме того, решается за счет того, что в устройстве для варки и очистки стеклообразующих материалов, содержащем, по меньшей мере, одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители типа воздуха или кислорода и которые расположены с возможностью ввода топлив/газов или газообразных продуктов, образующихся в результате их сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, способствуя вспениванию расплавленных стеклообразующих материалов; по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса, согласно изобретению камера очистки содержит, по меньшей мере, одну зону под давлением ниже атмосферного для очистки вспененных расплавленных стеклообразующих материалов и выполнена неподвижной и в вертикальном положении содержит по существу вертикальную внутреннюю перегородку, образующую со стенками камеры, по меньшей мере, два канала из последовательно расположенных первого канала для продвижения расплавленных стеклообразующих материалов по восходящей траектории и второго канала для продвижения указанных расплавленных стеклообразующих материалов по нисходящей траектории.

Предпочтительно первый канал расположен, по меньшей мере, частично, под давлением ниже атмосферного.

Предпочтительно устройство оснащено одним или несколькими средствами для регулирования потери напора расплавленных стеклообразующих материалов на входе камеры очистки.

Техническая задача дополнительно решается за счет того, что в устройстве для варки и очистки стеклообразующих материалов, содержащем по меньшей мере одну варочную камеру, оснащенную горелками, в которые подают топливо или топлива и окислитель или окислители типа воздуха или кислорода и которые расположены с возможностью ввода указанных топлив/газов или газообразных продуктов, образующихся в результате их сжигания, ниже уровня массы стеклообразующих материалов, введенных в указанную варочную камеру, способствуя вспениванию расплавленных стеклообразующих материалов; по меньшей мере, одну камеру очистки, расположенную после варочной камеры по ходу технологического процесса, согласно изобретению камера очистки содержит, по меньшей мере, одну зону под давлением ниже атмосферного для очистки вспененных расплавленных стеклообразующих материалов и, по меньшей мере, одно приспособление, выполненное с возможностью вращения для обеспечения центробежной очистки, при этом внутренние стенки этого приспособления в его центральной части образуют по существу форму полого вертикального цилиндра.

Предпочтительно устройство содержит верхнюю зону под давлением ниже атмосферного и нижнюю зону под окружающим давлением, отделенные друг от друга одним или несколькими механическими средствами, состоящими из металлической пластины с просверленным одним или несколькими отверстиями.

Предпочтительно выполненное с возможностью вращения приспособление выполнено с возможностью подачи в его верхнюю часть расплавленных стеклообразующих материалов с помощью неподвижного подающего средства в виде канала, а между неподвижным подающим средством и указанным приспособлением расположено уплотнительное средство динамического уплотнения или вращающегося уплотнения.

Предпочтительно устройство снабжено одним или несколькими средствами для улавливания твердых частиц, в основном расположенными в его нижней зоне и выполненными в форме желобков или канавок в его внутренних стенках.

Предпочтительно частота вращения выполненного с возможностью вращения приспособления составляет между 100 и 1500 об/мин.

Предпочтительно выполненное с возможностью вращения приспособление снабжено неподвижным механическим средством или средствами, которые следуют его вращению и выполнены с возможностью срезания пены и вытеснения ее в нижнюю зону приспособления и которые выполнены, в основном, в виде перфорированных перегородок или ребер, расположенных в верхней зоне приспособления.

Предпочтительно по меньшей мере некоторые из горелок варочной камеры выполнены с возможностью ввода в массу стеклообразующих материалов также текучей среды, которая не участвует в горении, в качестве заменителя окислителя и/или топлива, предпочтительно инертного газа в виде N₂ и/или охлаждающей среды в виде воды.

Как оказалось, фактически существует весьма полезная синергия с промышленной точки зрения между использованием варки, далее для простоты называемой "варкой с помощью погружных горелок", и использованием очистки при пониженном давлении.

Однако, поскольку это сочетание далеко от того, чтобы рассматриваться как очевидность, то, как можно было предполагать, все эти вышеупомянутые преимущества были бы получены лишь за счет посредственного качества стекла, что было не так. Это потому, что, хотя способ очистки под пониженным давлением известен в его общих чертах, он оставался трудным в использовании, причем пользователь не был уверен в получении того же самого приемлемого остаточного уровня содержания пузырьков/зерен шихты, как и при обычной очистке. При изобретении эта очень особенная очистка используется путем изменения размерного параметра, а именно, вместо питания зоны очистки, "обычной" очищаемой стекломассой, здесь ее фактически питают стекломассой, полученной варкой с погружными горелками, т.е. стекломассой, имеющей очень особое свойство в том смысле, что она целиком является пенистой со сравнительно небольшой плотностью по сравнению с плотностью обычной стекломассы. Никак не предполагалось бы, что была бы возможна очистка первоначально сравнительно пенистой стекломассы при пониженном давлении.

Неожиданно оказалось возможным сделать открытие, что эта пенистая стекломасса, получающаяся в результате варки с помощью погружных горелок, кроме того, обладает свойством содержать лишь очень небольшое количество сульфатов, которые могут или не могут первоначально присутствовать. Содержание сульфатов обычно меньше чем 600 и даже меньше чем 200, или меньше чем 100 частей на миллион (ч.н.м.), или фактически меньше чем 50 ч.н.м., выраженных по весу SО₃ в стекломассе, покидающей варочную камеру, и это имеет место при отсутствии регулирования или уменьшения количества сульфата, обычно содержащегося в используемых материалах шихты, случайно или даже неслучайно добавляющих сульфаты к стеклообразующим материалам. При этом низком содержании сульфата возможна эффективная очистка под пониженным давлением без каких-либо проблем. Наоборот, при очистке под пониженным давлением высокое или просто "стандартное" содержание сульфата в очищаемой стекломассе вызывало бы очень сильное расширение пены под действием десульфатирования, которое было бы очень трудно контролировать. Тот факт, что не имеется почти никакого сульфата в стекломассе, покидающей варочную камеру, может быть, главным образом, объяснен парциальным давлением воды, образующейся вследствие горения в горелках, погруженных в стеклообразующие материалы.

Следует отметить, что десульфатированная стекломасса создает меньше проблем, связанных с летучими компонентами в поплавковой ванне, меньше рисков образования сульфида олова и поэтому, в конце концов, меньше рисков оловянного дефекта в стеклянном листе.

Следует также отметить другое весьма полезное свойство стекломассы, покидающей варочную камеру согласно изобретению: хотя стекломасса фактически существует в виде своего рода пены, подлежащей устранению, можно контролировать размер содержащихся в ней пузырьков и особенно в определенных случаях удалять почти все самые небольшие пузырьки, т.е. пузырьки с диаметром меньше чем 200 мкм, проводя во время варки стекломассы своего рода "микроочистку" перед фактической очисткой после варки; эта микроочистка способствует коалесценции пузырьков и исчезновению меньших пузырьков с образованием более крупных пузырьков и активируется введением в стеклообразующие материалы ускорителей очистки типа кокса или сульфата. Кроме того, эта стекломасса, покидающая варочную камеру, обычно имеет особенно низкое остаточное количество не сварившихся частиц шихты, что, как и в случае с размером пузырьков, также способствует процессу очистки после процесса варки.

Кроме того, изобретение позволяет иметь стекломассу, которая имеет очень низкое содержание сульфата даже перед процессом очистки, и, следовательно, стекломассу, которая имеет, по крайней мере, низкое или даже ничтожное содержание сульфата после очистки, причем это достигается без необходимости очищать/выбирать стеклообразующие материалы так, чтобы они имели низкое содержание сульфата. Наоборот, можно даже добавлять сульфат вначале, т.е. делать то, что является совершенно неожиданным и полезным.

Полезный эффект, достигаемый благодаря сочетанию согласно изобретению, касается энергетических затрат на технологический процесс: варка с помощью погружных горелок позволяет избежать применения электрической варки с помощью погружных электродов, при которой затраты могут быть очень значительными в зависимости от страны. Кроме того, и это является важнейшим моментом, при варке с помощью погружных горелок создается конвективное перемешивание в стеклообразующих материалах во время их плавления, как это подробно объясняется ниже. Это очень интенсивное перемешивание между еще не расплавившимися материалами и теми, которые уже расплавлены, является весьма эффективным и позволяет производить варку стеклообразующих материалов одинакового химического состава при более низкой температуре и/или намного быстрее, чем при варке с помощью обычных нагревательных средств. Очистка под пониженным давлением также позволяет очищать стекломассу при более низкой температуре и намного быстрее. Это объясняется тем, что понижение давления во время очистки вызывает увеличение молярного объема газов, содержащихся в расплавленных стеклообразующих материалах, которое приводит к увеличению объема содержащихся в них пузырьков и, следовательно, к повышению скорости их подъема к поверхности ванны и скорости их удаления.

При очистке под пониженным давлением может "оказаться допустимой" работа при более низких температурах, чем при обычных процессах очистки, а фактически при более низких температурах, применяемых при способе варки с помощью погружных горелок.

Следовательно, температуры, имеющие место при процессах как варки, так и очистки согласно изобретению, являются полностью совместимыми и согласующимися друг с другом и при обоих процессах более низкими, чем при обычных процессах, причем каждый из них является экономически более выгодным и простым в смысле затрат энергии, а также возможности выбора огнеупорных материалов, используемых при изготовлении установок, т.е. материалов, которые медленнее разрушаются в менее горячем состоянии.

Кроме того, периоды времени пребывания в зонах варки и очистки весьма значительно уменьшаются и являются совместимыми, что, как очевидно, оказывает очень положительное влияние на производительность в этих зонах и установки в целом. В то же самое время изобретение позволяет создавать очень компактные установки, так как варка с помощью погружных горелок, вызывающих очень интенсивное перемешивание, дает возможность значительно уменьшить размер варочной камеры. Кроме того, при очистке под пониженным давлением достигаются аналогичные результаты в отношении размера камеры (камер), где процесс проводится во всем объеме, и поэтому установка может быть очень компактной с явными преимуществами в смысле капитальных затрат, упрощения ее управлением, уменьшения износа конструкционных материалов и т.д.

Что касается процесса варки, то согласно изобретению выбранным окислителем может быть воздух, обогащенный кислородом воздух или даже окислитель, по существу основанный на кислороде. Высокая концентрация кислорода в окислителе действительно является полезной по разным причинам: она, таким образом, уменьшает объем продуктов сгорания, что благоприятно с энергетической точки зрения и позволяет избежать какого-либо риска чрезмерного псевдоожижения стеклообразующих материалов, которое могло бы привести к их выбрасыванию на верхние конструкции или к своду варочной камеры. Кроме того, "пламя" получается более коротким и с большей излучательной способностью, что делает возможным более быструю передачу его энергии к стеклообразующим материалам и также позволяет при желании уменьшить глубину "ванны" расплавляемых стеклообразующих материалов. Используемый здесь термин "пламя" необязательно означает пламя в обычном значении этого термина. Как и в остальной части текста, его обычнее называют "зоной горения". Кроме того, сводится до минимума любое выделение загрязняющего газа NO_x.

Что касается выбора топлива, то им может или не может быть газообразное ископаемое топливо, например, природный газ, пропан, мазут или любое другое углеводородное топливо. Им может быть также водород. Таким образом, способ варки с помощью погружных горелок согласно изобретению является полезным средством использования водорода, который, однако, трудно применять с "потолочными", непогружными горелками, дающими при сгорании Н₂/О₂ пламя с низкой излучательной способностью.

Совместное использование кислородного окислителя и водородного топлива при варке с помощью погружных горелок является хорошим средством обеспечения эффективной передачи тепловой энергии от горелок к стекломассе, приводящим, кроме того, к совершенно "чистому" процессу, другими словами, без выделения окислов азота NO_x или газов типа CО_х, создающих тепличный эффект, т.е. кроме тех, которые могут возникнуть вследствие обезуглероживания материалов шихты.

Согласно изобретению варка успешно осуществляется в, по крайней мере, одной варочной камере, снабженной горелками, которые расположены таким образом, что во время варки в массе стеклообразующих материалов возникают зоны горения или газообразные продукты сгорания. Таким образом, горелки пропускают через боковые стенки камеры и/или ее нижнюю стенку либо подвешивают сверху с креплением к своду или к любой подходящей верхней конструкции. Эти горелки могут быть выполнены таким образом, что их газоподводящие трубы будут находиться вровень со стенкой, через которую они пропущены. Может оказаться предпочтительным "введение" этих труб, по крайней мере, частично в массу стеклообразующих материалов, чтобы избежать образования слишком большого пламени вблизи стенок и преждевременного разрушения огнеупорных материалов. Кроме того, можно вводить только газообразные продукты сгорания из зон горения, создаваемых снаружи самой варочной камеры.

Как упоминалось выше, этот способ нагревания, оказывается, вызывал интенсивное конвективное перемешивание стеклообразующих материалов: с каждой стороны зон горения или "пламени", или потоков газообразных продуктов сгорания, таким образом, создаются конвективные контуры, обеспечивающие очень эффективное постоянное перемешивание расплавленных и еще не расплавленных материалов. Это приводит к весьма благоприятным характеристикам варки с "перемешиванием" без необходимости в использовании механических перемешивающих средств, которые являются не очень надежными и/или подвергаются быстрому износу.

Высоту массы стеклообразующих материалов в варочной камере и высоту, на которой образуются зоны горения или газообразные продукты сгорания, предпочтительно регулируют таким образом, чтобы эти зоны горения/газообразные продукты сгорания оставались в массе указанных стеклообразующих материалов; целью этого является обеспечение возможности создания конвективных циркуляционных контуров в материале во время варки.

В общем, этот способ варки позволяет значительно уменьшить выделение любой пыли в варочной камере и любого газа типа NO_x, так как теплообмен происходит очень быстро, благодаря чему предотвращаются пики температур, способные привести к образованию этих газов. Кроме того, значительно уменьшается выделение газов типа СО_х.

Процессу варки по выбору может предшествовать стадия предварительного нагрева стеклообразующих материалов до температуры, которая, однако, заметно меньше температуры, необходимой для их плавления, например, самое большое до 900С. Для проведения этого предварительного нагрева можно с пользой рекуперировать тепловую энергию отходящих газов. Благодаря такому рекуперированию тепла отходящих газов можно уменьшить удельное энергопотребление всей установки.

Стеклообразующие материалы могут содержать материалы шихты, а также стеклянный бой или даже отходы, предназначенные для производства стекла. Кроме того, они могут содержать горючие компоненты (органическое вещество): таким образом, можно утилизировать минеральные волокна, которые проклеены связующим (волокна, применяемые в тепло- или звукоизоляции, или волокна, применяемые в качестве усиления в пластмассах), оконные стекла, ламинированные листами из полимера типа поливинилбутираля, как например, ветровые окна, или любой "композиционный" материал, в котором стекло сочетается с пластмассой, как например, некоторые бутылки. Таким образом, можно утилизировать "композиционные материалы из стекла и металла или металлического сплава", как например, оконные стекла с покрытиями, содержащими металлы, который до сих пор было трудно утилизировать ввиду риска постепенного обогащения варочной камеры металлами, накапливающимися на поверхности нижней стенки. Однако перемешивание, вызываемое при варке согласно изобретению, предотвращает такое осаждение и, таким образом, дает возможность утилизировать, например, оконные стекла, покрытые слоями эмали и металла и/или содержащие различные соединительные элементы.

Предметом изобретения является также утилизация всех этих стеклосодержащих композиционных материалов посредством варки в стекловаренной печи с погружными горелками. В частности, могут быть использованы печи с погружными горелками, важнейшим назначением которых является производство особого стеклянного боя из этих различных материалов, который затем может служить в качестве шихты для обычных стекловаренных печей, возможно, в сочетании с обычным стеклянным боем.

С пользой может быть предусмотрено введение всех или части стеклообразующих материалов в варочную камеру ниже уровня массы расплавляемых стеклообразующих материалов. Некоторая часть этих материалов может быть обычным образом введена сверху расплавляемой массы, а остальная часть - снизу, например, с помощью подающего устройства типа шнека. Таким образом, материалы могут быть введены непосредственно в расплавляемую массу в одной или в разных точках, расположенных по стенкам варочной камеры. Такой ввод непосредственно в массу расплавляемых материалов (далее называется "стекломассой") полезен по нескольким причинам: во-первых, значительно уменьшается какой-либо риск выброса материалов шихты над стекломассой и, следовательно, сводится до минимума количество пыли, выделяемой печью. Таким образом, это позволяет лучше контролировать минимальное время пребывания указанных материалов до их выдачи в зону очистки и избирательно вводить их в точке наиболее интенсивного конвективного перемешивания в зависимости от расположения погружных горелок. Эта точка или эти точки ввода в стекломассу, таким образом, могут быть вблизи поверхности или глубже в стекломассе, например, на высоте между 1/5 и 4/5 общей высоты стекломассы над уровнем нижней стенки или между 1/3 и 2/3 указанной высоты.

Как видно, способ согласно изобретению позволяет утилизировать пластмассы в виде композитных изделий, в которых пластмассы чаще всего сочетаются со стеклом, причем эти пластмассы служат в качестве части топлива. Кроме того, можно и полезно вводить все или часть топлива, необходимого для варки с помощью погружных горелок, в виде твердого топлива (органических веществ типа полимеров или угля) или даже жидкого топлива, причем это топливо является частичным заменителем, по крайней мере, жидкого (особенно ископаемого) или газообразного топлива, подаваемого в горелки. В общем, термин "стеклообразующие материалы" или "материалы шихты", используемый в данном текс

Способ и устройство для варки и очистки стеклообразующих материалов

Патент 2233806