RU2565306C1 - Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics - Google Patents
Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565306C1 RU2565306C1 RU2014141202/03A RU2014141202A RU2565306C1 RU 2565306 C1 RU2565306 C1 RU 2565306C1 RU 2014141202/03 A RU2014141202/03 A RU 2014141202/03A RU 2014141202 A RU2014141202 A RU 2014141202A RU 2565306 C1 RU2565306 C1 RU 2565306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- melting
- melting furnace
- minutes
- low
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения высокотемпературного кремнеземистого расплава, используемого преимущественно для получения кварцевого стекла, а более конкретно кремнеземистого расплава из кварцевого песка при производстве кварцевой керамики.The invention relates to methods for producing a high-temperature silica melt, used mainly to produce silica glass, and more specifically silica melt from silica sand in the production of quartz ceramics.
Среди материалов, создаваемых на основе кремнезема, особое место занимает кварцевая керамика на основе высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла. Способы получения изделий из кварцевого стекла резко отличаются от методов, принятых в технологии обычного стекла. Это обусловлено высокой вязкостью расплава кремнезема при температурах порядка 2000°C. Научный и практический интерес представляют материалы, изготовленные из кварцевого стекла по керамической технологии - кварцевая керамика. Традиционно для получения кварцевой керамики используют измельченное кварцевое стекло, полученное газопламенным способом.Among the materials created on the basis of silica, a special place is occupied by quartz ceramics based on a highly concentrated suspension of quartz glass. The methods for producing products from quartz glass are very different from the methods adopted in conventional glass technology. This is due to the high viscosity of the silica melt at temperatures of the order of 2000 ° C. Of scientific and practical interest are materials made of quartz glass using ceramic technology - quartz ceramics. Traditionally, to obtain quartz ceramics, crushed silica glass obtained by a flame method is used.
Известен способ производства стекла в стекловаренной печи (РФ 2301201, C03B 5/235, 20.06.2007 г.), согласно которому используют горение пылевидного топлива (нефтяного кокса) в качестве источника теплоты для плавления стеклянной шихты с целью получения стекла.A known method of producing glass in a glass melting furnace (RF 2301201, C03B 5/235, 06/20/2007), according to which the combustion of pulverized fuel (petroleum coke) is used as a heat source for melting a glass charge in order to obtain glass.
Известен способ варки стекла (РФ 2422386, C03B 5/193, 27.06.2011 г.), согласно которому производят двойной нагрев стеклянной шихты: сверху - газообразными продуктами сгорания и снизу - за счет доли стекломассы, которая транспортируется вверх посредством барботеров, а затем непосредственно под шихтой возвращается в направлении загрузочного отверстия.A known method of glass melting (RF 2422386, C03B 5/193, 06/27/2011), according to which the glass mixture is double-heated: from the top - with gaseous products of combustion and from the bottom - due to the proportion of glass mass that is transported upward by bubblers, and then directly under the charge returns in the direction of the loading hole.
Известные способы характеризуются сравнительно низкой производительностью плавильных агрегатов и не позволяют получать качественный расплав из сырьевых материалов, температура плавления которых более 1700°C, при этом невозможно добиться требуемой вязкости расплава и не обеспечивается однородность расплава по химическому составу.The known methods are characterized by a relatively low productivity of the melting units and do not allow to obtain a high-quality melt from raw materials, the melting temperature of which is more than 1700 ° C, while it is impossible to achieve the required melt viscosity and the melt is not uniform in chemical composition.
В сравнении с традиционными технологиями наиболее экономичными и эффективными являются способы расплава тугоплавких силикатных материалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы.In comparison with traditional technologies, the most economical and efficient methods are the melting of refractory silicate materials using the energy of a low-temperature plasma.
Известен способ получения минерального расплав плазменным нагревом с помощью установки по патенту RU 2355651, МПК C03B 37/04, опубл. 20.05.2009. Согласно этому способу минеральное сырье подвергают поэтапному расплаву. Внутрь охлаждаемого плазменного реактора сверху по спиралевидному каналу с помощью воздуха подают порошок тугоплавкого минерального материала. Предварительно раскрученный порошок, продолжая крутиться в потоке низкотемпературно плазмы, прогревается, равномерно расплавляется и стекает в модуль дополнительного (основного) плавления, выполненный из огнеупорного материала. В модуле расплав подвергается нагреву плазменной дугой и джоулеву нагреву ввиду электропроводности расплава. Увеличением времени пребывания дисперсного материала в плазменном потоке обеспечивают равномерный прогрев материала и, как следствие, качество изделий. Подача раскрученного сырьевого материала и поэтапный расплав предполагают наличие дополнительных устройств, что усложняет в целом конструкцию для получения расплава. К тому же подача порошка тугоплавкого минерального материала указанным способом не исключает выдувания мелкодисперсных частиц потоком низкотемпературной плазмы и их недоплава. В случае использования высококремнеземистого сырья имеется вероятность недоплава частиц материала потоком низкотемпературной плазмы. Указанные недостатки снижают эффективность и экономичность способа получения минерального расплава.A known method of producing a mineral melt by plasma heating using the installation according to the patent RU 2355651, IPC C03B 37/04, publ. 05/20/2009. According to this method, mineral raw materials are subjected to gradual melt. Inside the cooled plasma reactor, a powder of refractory mineral material is fed through the spiral channel from above. The pre-unwound powder, continuing to spin in the stream of low-temperature plasma, warms up, evenly melts and flows into the additional (main) melting module made of refractory material. In the module, the melt is heated by a plasma arc and Joule heating due to the electrical conductivity of the melt. An increase in the residence time of the dispersed material in the plasma stream ensures uniform heating of the material and, as a consequence, the quality of the products. The supply of untwisted raw material and a gradual melt suggest the presence of additional devices, which complicates the overall design for receiving the melt. In addition, the supply of powder of refractory mineral material in this way does not exclude the blowing of fine particles by a stream of low-temperature plasma and their underfusion. In the case of using high-siliceous raw materials, there is a possibility of underfusion of material particles by a low-temperature plasma flow. These disadvantages reduce the effectiveness and efficiency of the method of producing mineral melt.
Наиболее близкой по технической сущности, принятой за прототип заявленному способу, является технология получения тугоплавкого силикатного расплава с помощью плазменной установки по патенту RU 2503628, МПК C03B 37/04, опубл. 10.01.2014 г. Согласно прототипу плавлению подвергают золошлаковые отходы энергетических производств. Предварительно весь объем водоохлаждаемой печи заполняют порошкообразным сырьем. В зоне плавления между плазмотроном, установленным сверху плавильной печи, и графитовым анодом, размещенным на дне плавильной печи, инициируют поток низкотемпературной плазмы. Под действием низкотемпературной плазмы силикатное сырье плавится. После полного заполнения плавильной печи расплавом с боковой поверхности печи непосредственно в полученный расплав вводят новые дозируемые порции порошкообразного сырья. Подачу порции сырья в зону плавления печи производят непрерывно. Частицы поступающего сырья, попадая в высокотемпературный расплав, смешиваются с ним и равномерно расплавляются. При достижении расплавом установленного уровня происходит автоматический слив излишек расплава. В сравнении с аналогом RU 2355651 способ по прототипу позволяет исключить потерю частиц, получить однородный и более качественный расплав при низких энергетических затратах.The closest in technical essence adopted for the prototype of the claimed method is the technology for producing refractory silicate melt using a plasma installation according to patent RU 2503628, IPC C03B 37/04, publ. January 10, 2014. According to the prototype, ash and slag waste from energy production is subjected to melting. Previously, the entire volume of the water-cooled furnace is filled with powdered raw materials. In the melting zone, between the plasmatron mounted on top of the melting furnace and the graphite anode located at the bottom of the melting furnace, a low-temperature plasma flow is initiated. Under the influence of low-temperature plasma, silicate raw materials melt. After the melting furnace is completely filled with melt from the side surface of the furnace, new dosed portions of the powdered raw material are introduced directly into the obtained melt. A portion of the feed to the melting zone of the furnace is produced continuously. Particles of incoming raw materials, falling into a high-temperature melt, mix with it and evenly melt. When the melt reaches the set level, the excess melt is automatically drained. In comparison with the analogue of RU 2355651, the prototype method eliminates the loss of particles, to obtain a homogeneous and better melt at low energy costs.
Следует отметить, что содержание диоксида кремния в золошлаковых отходах достигает не более 60%. Расплав из такого сырья по способу-прототипу получается однородный и низкой вязкости. В случае же использования в качестве исходного сырья кварцевого песка, в котором содержание диоксида кремния составляет, как правило, 97-99%, непрерывная подача порций в зону плавления может сказаться на качестве готового расплава, то есть на получении расплава недостаточной однородности и повышенной вязкости.It should be noted that the content of silicon dioxide in ash and slag waste reaches not more than 60%. The melt from such raw materials by the prototype method is homogeneous and low viscosity. In the case of using quartz sand as a feedstock, in which the content of silicon dioxide is, as a rule, 97-99%, a continuous supply of portions to the melting zone can affect the quality of the finished melt, i.e., the melt is obtained with insufficient uniformity and increased viscosity.
Задача изобретения состоит в разработке технологии выработки однородного по температуре и химическому составу расплава из кварцевого песка, которой соответствует оптимальный режим работы плазмохимического реактора, обеспечивающий низкие удельные энергозатраты.The objective of the invention is to develop a technology for producing a temperature and chemical composition uniform melt from quartz sand, which corresponds to the optimal mode of operation of the plasma chemical reactor, which provides low specific energy consumption.
Технический результат заключается в получении химически однородного кремнеземистого расплава за счет порционной подачи сырья и совместного воздействия на сырье энергии низкотемпературной плазмы и джоулевого нагрева по всему объему печи.The technical result consists in obtaining a chemically uniform siliceous melt due to the portioned supply of raw materials and combined exposure of the raw materials to the energy of low-temperature plasma and Joule heating throughout the furnace.
Задача и технический результат достигаются следующим образом.The task and the technical result are achieved as follows.
Общим с прототипом у заявляемого способа получения кремнеземистого расплава является то, что предварительно весь объем водоохлаждаемой плавильной печи заполняют тугоплавким силикатным порошкообразным сырьем, после чего в зоне плавления между плазмотроном, установленным сверху плавильной печи, и анодом, установленным на дне печи, инициируют поток низкотемпературной плазмы, подвергая силикатное порошкообразное сырье плавлению. После полного заполнения плавильной печи расплавом с боковой поверхности плавильной печи непосредственно в полученный расплав вводят новые дозируемые порции порошкообразного сырья. При достижении расплавом установленного уровня обеспечивают автоматический слив излишек расплава.In common with the prototype of the inventive method for producing silica fusion, the entire volume of the water-cooled melting furnace is preliminarily filled with refractory silicate powder raw material, after which a low-temperature plasma flow is initiated in the melting zone between the plasmatron mounted on top of the melting furnace and the anode installed on the bottom of the furnace by subjecting silicate powdery raw materials to melting. After the melting furnace is completely filled with melt from the side surface of the melting furnace, new dosed portions of the powdered raw material are introduced directly into the obtained melt. When the melt reaches the set level, they automatically drain excess melt.
В отличие от прототипа по заявляемому способу плавлению подвергают кварцевый песок с содержанием диоксида кремния 97-99%. В зоне плавления инициируют поток низкотемпературной плазмы мощностью 35-56 кВт, удельной тепловой мощностью 1,8-2,6·106 Вт/м2 и температурой 2900-3700°C. Отличием является также то, что каждую новую дозированную порцию сырья вводят в зону плавления непрерывно в течение 5 минут, а перед подачей каждой последующей порции сырья делают перерыв в 2 минуты.In contrast to the prototype of the present method, silica sand with a silica content of 97-99% is subjected to melting. In the melting zone, a low-temperature plasma flow with a power of 35-56 kW, specific heat power of 1.8-2.6 · 10 6 W / m 2 and a temperature of 2900-3700 ° C is initiated. The difference is also that each new dosed portion of the feed is introduced into the melting zone continuously for 5 minutes, and before serving each subsequent portion of the feed, a break of 2 minutes is taken.
Отличия от прототипа, достаточные для получения силикатного расплава, пригодного для получения кварцевого стекла при производстве кварцевой керамики методом высококонцентрированной вяжущей суспензии, получены в ходе проведения многочисленных экспериментов. Применение среды низкотемпературной плазмы в разрабатываемом способе, которая обладает высокой концентрацией энергии, позволит снизить удельные энергозатраты при получении расплава за счет сокращения времени его образования.Differences from the prototype, sufficient to obtain a silicate melt suitable for producing silica glass in the production of quartz ceramics by the method of highly concentrated binder suspension, were obtained during numerous experiments. The use of the medium of low-temperature plasma in the developed method, which has a high concentration of energy, will reduce the specific energy consumption when producing a melt by reducing the time of its formation.
Способ основан на взаимодействии высококонцентрированных потоков плазмы с порошкообразным высококремнеземистным сырьем (кварцевым песком) с содержанием диоксида кремния 97-99%, в результате которого осуществляется нагрев дисперсных частиц размером 80-120 мкм с последующим образованием расплава.The method is based on the interaction of highly concentrated plasma flows with powdered high-siliceous raw materials (silica sand) with a silicon dioxide content of 97-99%, which results in the heating of dispersed particles with a size of 80-120 microns with subsequent formation of a melt.
Для реализации способа может быть использована установка, показанная на чертеже. Установка содержит плазмотрон 1, сливное отверстие 2, плавильную печь 3, выполненную в виде водоохлаждаемого цилиндра, внутрь которого помещен графитовый тигель 4 (анод). Графитовый тигель 4 и устройство охлаждения позволяет продлить срок службы плавильной печи 3. Установка содержит также дозирующее устройство с червячным редуктором 5 для подачи кварцевого песка и форму 8 для сбора расплава.To implement the method, the installation shown in the drawing can be used. The installation contains a plasmatron 1, a
Возможно использование конструкции дозирующего устройства со шнековым питателем 5, как в прототипе, обеспечивающего введение сырья не сверху на поверхность расплава, а с боковой части корпуса плавильной печи и непосредственно в область расплава, которое может быть заменено любой другой системой подачи сырьевого порошкообразного материала. Конструкция дозирующего устройства должна быть выполнена с частотным автоматическим регулятором, который позволяет осуществлять порционное введение сырья в течение 5 минут с интервалом в 2 минуты. Установлено, что подача сырья с интервалом в 2 минуты способствует получению однородного по температуре и химическому составу силикатного расплава.It is possible to use the design of a metering device with a screw feeder 5, as in the prototype, which ensures the introduction of raw materials not from above onto the surface of the melt, but from the side of the body of the melting furnace and directly into the region of the melt, which can be replaced by any other feed system of raw powder material. The design of the dosing device should be performed with a frequency automatic controller, which allows for the portioned introduction of raw materials for 5 minutes with an interval of 2 minutes. It was established that the supply of raw materials with an interval of 2 minutes contributes to obtaining a silicate melt uniform in temperature and chemical composition.
Способ выполняют следующим образом.The method is as follows.
Плавильную печь 3 заполняют кварцевым песком. Включают источник постоянного тока. Между анодом 4 и плазмотроном 1 инициируется высококонцентрированный поток плазмы 6. При температуре 2900-3700°C начинает плавиться кварцевый песок. После полного заполнения плавильной печи 3 расплавом кварцевого песка в плавильную печь начинают вводить дозируемые порции сырья (кварцевого песка). Частицы каждой поступившей через определенный интервал порции сырья, попадая в высокотемпературный расплав, смешиваются с ним и равномерно расплавляются. Сырье вводится в толщу уже образованного расплава в течение 5 минут, и посредством джоулева нагрева по всему объему плавильной печи происходит расплав введенного порошкообразного сырья и гомогенизация расплава. В результате достигается необходимая вязкость расплава и обеспечивается равномерный его прогрев. Излишки расплава 7 сливаются в форму для сбора расплава.The smelter 3 is filled with quartz sand. Turn on the DC source. Between the anode 4 and the plasmatron 1, a highly concentrated plasma flow 6 is initiated. At a temperature of 2900-3700 ° C, quartz sand begins to melt. After the melting furnace 3 is completely filled with a quartz sand melt, metered portions of raw materials (silica sand) are introduced into the melting furnace. The particles of each portion of the feed received through a certain interval, falling into the high-temperature melt, mix with it and evenly melt. The raw material is introduced into the thickness of the already formed melt within 5 minutes, and by means of Joule heating throughout the entire volume of the melting furnace, the introduced powdered raw material is melt and the melt is homogenized. As a result, the required melt viscosity is achieved and its uniform heating is ensured.
Использование в качестве источника энергии для выработки высококремнеземистого расплава плазмотрона мощностью 35-56 кВт, удельной тепловой мощностью 1,8-2,6·106 Вт/м2 и температурой 2900-3700°C является достаточным для получения химически однородного по температуре и химическому составу силикатного расплава из кварцевого песка, пригодного для получения кварцевого стекла при производстве кварцевой керамики методом высококонцентрированной вяжущей суспензии.The use of a plasma torch with a power of 35-56 kW, specific heat power of 1.8-2.6 · 10 6 W / m 2 and a temperature of 2900-3700 ° C as an energy source for generating a high-siliceous melt is sufficient to obtain chemically uniform in temperature and chemical the composition of the silicate melt from quartz sand, suitable for producing quartz glass in the production of quartz ceramics by the method of highly concentrated binder suspension.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014141202/03A RU2565306C1 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014141202/03A RU2565306C1 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2565306C1 true RU2565306C1 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014141202/03A RU2565306C1 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2565306C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU169047U1 (en) * | 2016-10-26 | 2017-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | PLASMA PLANT FOR PROCESSING REFRIGERANT SILICATE-CONTAINING MATERIALS |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075204C1 (en) * | 1994-05-24 | 1997-03-10 | Томская государственная архитектурно-строительная академия | DEVICE FOR PRODUCING MINERAL FIBER |
| RU2355651C2 (en) * | 2007-06-25 | 2009-05-20 | Олег Геннадьевич Волокитин | Plant for obtaining mineral fusion by plasma heating |
| US20120137736A1 (en) * | 2009-07-27 | 2012-06-07 | Asahi Glass Company, Limited | Glass-melting furnace, process for producing molten glass, apparatus for producing glass products and process for producing glass products |
| RU2503628C1 (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-10 | Олег Геннадьевич Волокитин | Plasma device for obtaining refractory silicate melt |
| RU2519309C2 (en) * | 2009-06-29 | 2014-06-10 | Асахи Гласс Компани, Лимитед | Method of obtaining melted glass, furnace for glass melting, device for obtaining glass products and method of obtaining glass products |
-
2014
- 2014-10-13 RU RU2014141202/03A patent/RU2565306C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075204C1 (en) * | 1994-05-24 | 1997-03-10 | Томская государственная архитектурно-строительная академия | DEVICE FOR PRODUCING MINERAL FIBER |
| RU2355651C2 (en) * | 2007-06-25 | 2009-05-20 | Олег Геннадьевич Волокитин | Plant for obtaining mineral fusion by plasma heating |
| RU2519309C2 (en) * | 2009-06-29 | 2014-06-10 | Асахи Гласс Компани, Лимитед | Method of obtaining melted glass, furnace for glass melting, device for obtaining glass products and method of obtaining glass products |
| US20120137736A1 (en) * | 2009-07-27 | 2012-06-07 | Asahi Glass Company, Limited | Glass-melting furnace, process for producing molten glass, apparatus for producing glass products and process for producing glass products |
| RU2503628C1 (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-10 | Олег Геннадьевич Волокитин | Plasma device for obtaining refractory silicate melt |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU169047U1 (en) * | 2016-10-26 | 2017-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | PLASMA PLANT FOR PROCESSING REFRIGERANT SILICATE-CONTAINING MATERIALS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5837255B2 (en) | Method and apparatus for homogenizing and fining glass | |
| CN104870381A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| JP2017524639A (en) | Apparatus for melting glass including furnace, channel and barrier | |
| CN104918893A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| CN107055545A (en) | It is a kind of to carry out the technique that melting produces silicon ingot using silica flour | |
| RU2565306C1 (en) | Method of manufacturing of silica melt from quartz ceramics | |
| CN203256109U (en) | All-electric melting furnace for producing continuous basalt fibers | |
| CN104854040A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| JP6138823B2 (en) | Method for forming fibers from vitrifiable materials | |
| RU2355651C2 (en) | Plant for obtaining mineral fusion by plasma heating | |
| RU2503628C1 (en) | Plasma device for obtaining refractory silicate melt | |
| CN106482514A (en) | A kind of induction furnace based on electron beam gun melts silicon and plays furnace apparatus and technique | |
| Tanaka et al. | Experimental investigation of in-flight melting by hybrid heating of multi-phase alternating current arc with oxygen burner for alkali-free glass raw materials | |
| CN203392868U (en) | Vertical-type cast tungsten carbide continuous production furnace | |
| RU2432719C1 (en) | Electromagnet process reactor | |
| CN104071800A (en) | Process and device for producing sodium silicate | |
| RU2533565C1 (en) | Plasma method for mineral wool manufacturing and plant for its implementation | |
| CN210796188U (en) | Device for producing basalt continuous fibers | |
| CN104944765A (en) | Device capable of realizing wiredrawing of basalt continuous fiber | |
| CN204661545U (en) | A kind of basalt continuous fiber wire-drawing frame | |
| CN103588383A (en) | Process and kiln for producing high-performance alkali-free glass | |
| Volokitin et al. | Complex research of molybdenum ore tailings | |
| RU169047U1 (en) | PLASMA PLANT FOR PROCESSING REFRIGERANT SILICATE-CONTAINING MATERIALS | |
| CN202007184U (en) | Separating device for upper molten glass layer on lamp tube glass feeding way | |
| CN105036523B (en) | Method for replacing feeder bowl during manufacture of glass bottle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161014 |