CN1071287C - 熔化玻璃用的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于熔化可玻化物料的窑炉，它带有熔化/澄清玻璃用的室(1)，其上游部分至少有一个开口(12)以通过位于外部的加料装置供给可玻化物料，其下游部分有一个出料口(17)以使熔融玻璃流入一个或多个接连的下游室(18、19)，再将该熔融玻璃导入成形区，其特征在于可玻化物料的熔化基本上是通过许多含有由氧组成的氧化剂的燃烧器(16)在熔化/澄清室(1)中进行的，该设计不会使来自下游一个或多个室的任何空气引入熔化/澄清室(1)。

Description

熔化玻璃用的装置
本发明涉及将可玻化物料熔化和澄清为玻璃时用的装置，更一般地说为一种熔窑，以便将熔融玻璃连续供给成形装置，该成形装置即可以是制备平板玻璃用的装置(如滚压或浮法装置)，也可以是制备空心玻璃的装置(如多个成形机)。
更详细地说，本发明涉及平板玻璃用的熔窑，它具有很高的熔融玻璃产率，如其熔化速率或产率至少为100吨/天，甚至可达1000(或更高)吨/天。即使对小型窑炉而言也是有利的。
在已知的方法中，这样一种窑炉通常被分成相互连通的多个室。每个室具有特定的功能和大小。该窑炉必须能熔化可玻化物料，并能保证玻璃在熔化时达到化学的和热的均匀性。
因此，EP-B-264327公开的一种熔窑结构具有第一室，在该室中，将可形成玻璃的组分进行熔化和澄清，接着是第二室(形成缩颈)在缩颈进入的室中，该熔融玻璃发生(尤其是)热均化，这作为温度调节区，且流入液流通道，该通道截面明显减小，它使熔融玻璃排入合适的成形装置。
这些窑炉可分成两大类，起加热装置的作用，用于熔化在熔化室中的可玻化物料。
一方面有所谓冷顶型的电熔窑，用浸在熔融玻璃深处的电极行熔化，如从EP-B-304371中可得知。
还有焙烧窑，也称蓄热式窑炉，如从U4599100中可得知。在此情况下，热量由两排燃烧器供应，该燃烧器通常用燃料——空气混合物和以交替方式运转。然后该燃烧气体在熔化室和与此连通的两边交替加热以相对方式设置的两个蓄热器之—个或另一个。该燃烧气体通过耐火的烟道得到热，该烟道构成所说的蓄热器，然后它将贮存的热量送到熔化室。尽管这种加热方式确实具有许多固有的缺点，但它是有效的，且已广泛应用。因为燃料——空气燃烧器的能量耗费高。并且，该燃烧器的操作系统是以交替方式“启动的”，约20-30分钟循环一次，特别不容易精确控制。它们的使用还会使大量空气引入熔化室，而氮气会增加生成一定量NOx类污染气体(该气体随后必须进行处理)的危险。
最后，制造蓄热器所必须用的大量特定的昂贵的耐火材料会大大增加窑炉的建造成本。
因此，本发明目的在于通过采用新型的火焰加热避免了与使用焙烧炉有关的缺点，可大大降低能耗和窑炉建筑材料的成本，简化其操作程序，同时能保证得到至少等量的熔融玻璃。
本发明是有关熔化可玻化物料用的窑炉，它具有玻璃的熔化/澄清室，在其“上游”部分至少有一个开口以通过置于所说开口前面的加料装置供给可玻化物料。在“下游”部分，该熔化/澄清室至少有一个出料口，用以使熔融玻璃流入一个或多个接连的下游室，将该熔融玻璃导入成形或成型区。按本发明，在熔化/澄清室中可玻化物料的熔化实质上是通过许多含有主要由氧组成的氧化剂的燃烧器而得到保证的。
此外，以这样一种方法设计该窑炉，即没有空气进入熔化和澄清室，更具体地说该空气来自下游一个或多个室和/或来自熔化室的“上游”即可玻化物料加料区，例如，若熔化室前面有预热室，以使可玻化物料进入后者。为防止任何空气进入或供入，该窑炉可方便地装有至少一个使其气密或密封的装置，特别在该熔化/澄清室和下游的一个或多个室之间。
在本发明范围内，术语“上游”和“下游”是指通过窑炉的熔融玻璃总的流动方向。
因此，按本发明，选用氧操作的燃烧器进行加热的方法与更为一般的燃烧器(更具体地说，用空气类氧化剂操作)相比具有许多优点。
首先，这种加热方法有可能废弃传统焙烧炉的“变换”操作。因此，氧燃烧器能保持时间恒定操作，这使该窑炉的使用方便，所说的连续操作更有规律，而且使精炼炉的安装与变换操作的情况一样。尤其是，可完全省去由昂贵的耐火材料(这易于损坏)构成的蓄热室的存在。因此，氧燃烧器能加热熔化/澄清室的顶部、上部或弓形结构以及所说的顶部和熔融玻璃液面之间的所谓炉体(laboratory volumn)，加热以连续方式进行，不必依靠蓄热室。
在熔化/澄清室中玻璃液上面的主要气氛更为稳定且易于控制，这对生产所谓的特种玻璃来说是极为重要的。
而且，该燃烧器的热效率比用空气类氧化剂操作的普通燃烧器高得多，由于没有氮气，可大大减少产生的烟量。因此，可大大降低能耗，预计这类燃烧器可明显增加该窑炉的单位产率。
本发明选用的燃烧器只有极少量或没有空气引入熔化/澄清室这一事实可明显减少生成NOx类污染气体的可能性，从而可大大减少该室排出的燃烧气体的处理费用。
此外，再一次与普通燃烧器相比，氧燃烧器可将大量的气体引入熔化/澄清室，在同样情况下，如上所述，由燃烧得到的气体量大大减少。这意味着有可能设法减小所谓的上述炉体体积，例如通过降低该熔化/澄清室顶部，这本身又势必会减少能耗和窑炉的建筑成本。
采用氧燃烧器不必变换操作还能使得到的窑炉更为安全，其设计费用少，与同样大小的普通焙烧炉相比，可节能15％以上。
可是，考虑综合平衡问题，若与本发明相反，那空气从下游室进入该熔化/澄清室是不可避免的。与此相应，在熔化/澄清室中有再产生一定量NOx类污染气体的危险，而且所说室的节能将明显减少。与该窑炉的其余部分相比，采用使熔化/澄清室气体密封的装置可防止空气引入。因此，所说的密封是使熔化/澄清室中的熔融玻璃上面的主要气氛与其相邻接的下游一个或多个室的气氛相隔离。这些下游室起冷却玻璃的作用，即实质上使它逐渐冷却从而达到其成形或成型温度，完成其化学的和热的均匀作用，并且从中去除杂质如炉料碎石或耐火颗粒。这种热量调节可在一个或加一个所说的下游室中用已知方法，通过交替或结合使用再加热装置如普通燃料一空气燃烧器和冷却装置在室温下将大量空气引入所说的室而进行。因此必须防止这类气体返回该熔化/澄清室以使它们不干扰其精确控制温度。
显然，若下游的一个或多个室按已知方式设计，例如采用没有空气进入的冷却装置，并且没有由气体组成的气氛，所说的密封装置不再是必不可少的。
在熔化/澄清室中，本发明的“氧”燃烧器(这种说法意思是指所用氧化剂是氧)安装在高处，与玻璃液面相比在任选的足够高度9，以使来自该燃烧器的火焰不能进入，与玻璃表面直接接触。
这些燃烧器最好排列成几排，与熔化/澄清室的纵轴基本上平行。最简单的配置包括通过其侧壁伸入熔化/澄清室设置两排燃烧器。为此，在壁中制成截面很小的开孔，结果不会妨碍该室总的隔热效果。最好的方法是将这些燃烧器合并成许多组，各组之间的热能可自动调节。这些组以特定的次序排列，与该室纵轴横切。因此，可沿该室全长以最佳方式调节和控制加热，有可能形成所要的温度分布，特别是与待生产的熔融玻璃类型相一致。
在熔化/澄清室中，可设置辅助加热装置，如以浸在玻璃液深处的电极形式，以便调节或校正室中的温度分布。
由于熔化/澄清室没有蓄热室，它与外边的隔热是比较好的，而且容易实现。因此，壁，特别是侧壁和顶部能用纤维绝热材料和/或喷涂的绝热混凝土的制成的平的简单几何成形板以增强方式隔离，其厚度小到是以与所说壁接近。这便于两个玻璃生产周期之间窑炉的维修。
为了以最佳方式获得热，从熔化/澄清室(最好在所说室的壁)中燃烧器燃烧得到的烟气排出口设置在该熔化/澄清室最“上游”区中玻化物料供料口的附近。更确切地说，这些排出口位于所说供料口的附近。因此，烟气能沿着该室的下游部分至上游部分的通道传送，在可玻化物料表面的上方区域传送，因此有助于其熔化。为了能适合燃烧烟气的这种热量排放，最好保护熔化/澄清室的最上游部分(这里是可玻化物料加料处)以免照射到燃烧器火焰，例如用掩蔽壁的热挡板或下垂拱顶，且确保所说区域没有燃烧器。否则在所说的再加热区，在该烟气排放前其温度有降至极低的危险以便用最佳方式将它的热量传送给漂浮的可玻化物料。该热挡板还便于烟气向所说的可玻化物料会聚。
就此而论，本发明还涉及在熔化可玻化物料组合物用的窑炉中预热所说组合物的方法，该方法包括将该窑炉，特别是上述窑炉的熔化室中放出的燃烧烟气通到漂浮在已熔融相表面上的可玻化物料组合物的上方。
位于熔化/澄清室上游部分的一个或多个可玻化物料供料口可采用两种不同的配置。一方面它们能在该室前壁形成，另一方面在其两个侧壁之至少一个中形成。
在后种情况下，最佳实施方案包括提供两个互相对置的对称的加料口，两个前或侧开口均能有效的供给可玻化物料。然而，通过侧开口加入可玻化物料显然使加料操作更为简便和灵活，特别是有可能使漂浮的可玻化物料和燃烧烟气之间的热交换表面增加。各种已知的加料装置都能用，如推料机、滑动和翻动装置，它们可有或可没有振动特性。
也可在熔化/澄清室侧壁中设置烟气的辅助排出口。离开该室时所说的烟气仍是比较热的。为此，可将它们选入锅炉型的热回收装置或在可玻化物料加料以前将它们选入可玻化物料的预热装置或选入任何其它的热回收装置。
可设置各种因气体使熔化/澄清室致密或密封的装置，它们单独或连续排列，从而可保护熔化/澄清室的气氛，显然，这些装置的数目越多和/或它们的效率越高，则更有可能保证该室完全绝热。这些装置如呈悬挂挡板的形式和/或为部分置于玻璃液深处的坝。这些装置各有其特有的结构特征，虽然所有的装置一般都置于基本上垂直的平面中。因此，一般以这种方法设计悬挂挡板，以使它与玻璃表面在同一高度。若浸置坝从顶部开始并贯穿玻璃厚度的深处，它可完全阻挡气体。然而，由于制造方面的制约，限制了它在截面比较小的区域中应用。
关于所说密封装置的放置，最好将它们设置在熔化/澄清室和下游室之间的连接处附近，和/或在两个邻近的下游室之间的连接处和/或在一个或另一个所说连接处的附近在所说的一个下游室中。
最好以这种方式选定熔化/澄清室的尺寸，尤其是其长度，以使玻璃液在该室中呈现两条对流循环回路。
最好该窑炉的整体结构分成上述熔化/澄清室，它伸入截面减少的第一下游室，称作“预通道”，其本身进入第二下游室，称为“通道”，其截面更小，但它更长。因此，该预通道用作“缓冲”转移区以调节从该熔化室排出玻璃的速度。然而该通道装有它自己的温度调节装置，使该排出玻璃冷却，达到化学的和热的均匀。
最好根据熔化/澄清室的大小选定所说的下游室的大小它们决定玻璃液深度大大减小，以防止熔融玻璃流向熔化/澄清室而形成对流循环。节省的能量增加，因为只是该玻璃从熔化/澄清室排出，它不会返回再进行加热。这样一种设计在1993年11月2日的法国专利申请93/13022中更详细地描述，其教导已列入本申请中。
显然，本发明的熔化/澄清室后面最好是完全不同设计的多个下游室，如EP-B-264327所述。
特别是上述热挡板呈下垂拱顶形式，它限定于“炉体”高度的变化，换句话说，该挡板总的高度与上游玻璃深度之比要小于所说挡板下游的比率(仍在该熔化/澄清室中)，这增加了燃烧烟气向漂浮的可玻化物料会聚的速度。
本发明窑炉的最直接的用途是将熔融玻璃供给平板玻璃成形装置，对浮法玻璃装置要特别注意。
本发明的其它特征和优点从下面参照附图的非限性实施方案说明中可清楚了解，其中指出：
图1为熔化/澄清室的纵剖面图
图2为熔化/澄清室的平面用
图3为整个窑炉的纵剖面图
图4为整个窑炉的平面图
图1和2用图解法表明对实现本发明目的特别重要的玻璃熔化/澄清室1，该室由上游2和下游3前壁、侧壁4、5、炉底6和上部，炉顶或拱7所限定，它们均由合适的耐火材料制成。炉底6是基本上沿水平面的平底，壁2、3、4和5也是平的，但基本上为垂直平面。炉顶7有一相对于室1纵轴X的横向曲线，如图2所示。玻璃液面如图1中水平的虚线Y所示。
该室1有两个主要的相对于纵轴而言相连的区8、9，第一区8为上游区，在这里加入漂浮在熔融玻璃池表面的可玻化物料，而第二或下游区9，更确切地说，这里使玻璃窑池加热然后排入邻近的下游室，这如下文的图3和4所述。
区8和9之间的界限标志为下垂拱顶11，该拱上游，炉顶7相对于玻璃液面Y的高度降低。在区8中有一个正面的或侧面加料口，用以供给可玻化物料，也称为生成玻璃组合物。
在第一种情况下，可玻化物料供料口12在上游的前壁2中形成，它面对一个普通的未示出的加料装置。在第二种情况下，如图2所示，在侧壁4、5中，在虚线中有两个对称的开口12、13，可使两侧提供双份组合物。
无论采用侧面或正面加料方式无关紧要，在供料口12的附近部设置了燃烧烟气的排出口14。鉴于总体空间考虑，最好采用侧面供料口12、13与正面排烟口相结合，或反之亦然。因此，在如图2所示的情况下，一个或多个排烟口均在上游、前壁2中形成。
由于供料口和烟气排出口相对配置的结果，也由于在该烟气及区9通过时有下垂拱顶，可利用排料通道使还未熔化的可玻化物料块10流动，从而提高了窑炉的能量效率。
一旦排出烟气，就可将它们供给任何热回收装置或可玻化物料的预热装置(在加入可玻化物料以前)。
区9比区8长得多，在侧壁4、5中装有辅助排烟道15。在所说的相同壁中形成小的开口可用于两排氧燃烧器16，以使它在玻璃液面Y上进入室1。这些壁的可及性和该室中燃烧器位置调节通过侧壁绝热效果增强的事实证明是可能的。这使它有可能减少其总厚度。将该绝热层设计成纤维材料的平板和/或喷涂的绝热混凝土。
最好将燃烧器16设置成两排，每排彼此间等距离。再将它们分成一个或多个“成对的”燃烧器小组。这些对均由两个燃烧器组成，每个燃烧器位于一排中，它们以面对面方式设置，或可多或少相互移动。每个小组的热量调节与其它组无关。因此，沿着该炉的纵轴，在任何位置和在任何时间以及以安全方式可得到不同的温度分布。应该注意上游区8没有燃烧器，所以为使可玻化物料再加热而穿过那里的烟气以最佳方式排热而不会在该区进行再加热。
下垂拱顶11用作两区8和9之间的屏障，它起挡热作用以防止来自区9的燃烧器16火焰射向区8。鉴于上述理由，一旦烟气进入上游区8，再加热没有什么好处。拱顶的下部离熔融玻璃液面Y足够远，不会阻碍燃烧烟气以区9到区8的流通，而会促使它们向漂浮的可玻化物料10会聚。
在室1的区9中在下游前壁3中设有熔融玻璃的排出口17。该出料口相对于炉底的平面形成一个隆起的门槛，它延伸并进入邻近的下游室。该槛高度的选择决定了将通入所说下游室的熔融玻璃的厚度。
采用连续操作的氧燃烧器的重要性在于其热效率比普通燃烧器高得多，普通燃烧器所用气体量少，生成的燃烧烟气量也少。因此，该室的设计可改进，特别是炉体体积可稍减小，不会影响窑炉的操作，有可能节省窑炉的建筑材料。此外，氧燃烧器不会使空气，特别是氮气引入该室，以免生成NOx类气体。
如果在熔化/澄清室1中的熔融玻璃上面能保持特定的气氛，这些优点是确保的，为此，设有用气体进行密封的装置，这将在相关的表示整个窑炉的图3和4中描述。由此可见，上述的熔化/澄清室1后面是预通道18，再后面是通道19。预通道18的截面是熔化/澄清室1的截面和通道19截面之间的中间值。该室的壁20相对于熔化/澄清室1的底6是隆起的。通道19端部装有喷液口21，它将熔融玻璃分送给成形区(未示出)。
选择这两个下游室18、19的尺寸，以使玻璃不发生对流，从后看循环回流到室1，这使室1中所需的热明显减少。
上述类型的密封装置有三个，第一个位于熔化/澄清室1和预通道18之间的连接处。它由部分固定在熔融玻璃排出口17且高出玻璃液面Y的悬挂挡板22构成。第二个装置23位于预通道18和通道19之间的连接处，形状与第一个相同。最后一个装置位于预通道18和通道19之间的连接处附近，更确切地说在后者中。
它包含浸置坝24，悬挂在该室的顶部，部分浸入玻璃中。它也具有排放功能。
这三个装置的结合使室1与其后的各室18、19完全密封达最佳状态。它们以不同方式或以不同顺序结合，或使用一个、二个或更多个这类装置仍属于本发明范围内。
总之，本发明的窑炉改进了熔化室中的加热系统，并降低了其操作和制造成本。最终的优点是熔化室的气氛控制有所改善，从而减少了污染危险。
如上所述，本发明的加热系统可用于带有下游多个室的窑炉，在本发明意义上来说，这些室不同于图3和4中所示的，尤其是缩颈后面具有温度调节区。
显然，熔化/澄清室可装有任何公知的使玻璃澄清和均化的装置，或用于控制对流移动的装置，如各种类型的搅拌器、鼓泡器等。所谓的下游室按已知方式也能安装调节玻璃温度的装置以及使熔融玻璃排入、冷却和达到热或化学均匀的装置。

Claims (18)

1．用于熔化可玻化物料的窑炉，所述窑炉具有用于熔化/澄清玻璃的室(1)，在所述室的上游部分至少有一个供料口(12)以便通过加料装置供给可玻化物料(10)，位于其相对面并与其相邻近至少有一个用于排出燃烧气体的开口(14)，其下游部分中有一个出料口(17)用于排出熔融玻璃，所述出料口向外敞开以使熔融玻璃流入一个或多个相继的下游室(18、19)，以将熔融玻璃送入成形区，可玻化物料的熔化主要在熔化/澄清室(1)中用许多含有由氧组成的氧化剂的燃烧器(16)进行，其特征在于：所述熔化/澄清设计成没有来自下游的一个或多个室的空气的进入口，而在供给可玻化物料的所述熔化/澄清室(1)的上游部分(8)处通过下垂拱顶(11)作屏障而避免受到来自燃烧器的火焰的辐射且还不设置以燃烧器。
2．按权利要求1所述的窑炉，其特征在于：所述窑炉装有至少一个用于密封熔化/澄清室(1)及所述室和所述下游的一个或多个室(18,19)之间的气体的密封装置。
3．按权利要求2所述的窑炉，其特征在于：所述燃烧器(16)以面对面的方式排成两排，该燃烧器通过所述熔化/澄清室(1)的侧壁(4,5)进入所述室(1)中。
4．按权利要求3所述的窑炉，其特征在于：该燃烧器(16)可分成多个组，其加热功率可由一组乃至其它自行调节。
5．按权利要求4所述的窑炉，其特征在于：在所述熔化/澄清室(1)中设置辅助加热装置，其形式为浸入熔融玻璃深处的电极。
6．按权利要求5所述的窑炉，其特征在于：所述熔化/澄清室(1)的侧壁(4、5)和顶部(7)装有由纤维绝热材料制成的板和/或喷涂绝热混凝土形式的增强绝热装置。
7．按权利要求6所述的窑炉，其特征在于：所述熔融玻璃的深度和所述熔化/澄清室(1)由底部(6)至拱顶(7)的总高度之间的比值，在所述下垂拱顶(11)的上游处小于在所述下垂拱顶(11)的下游处。
8．按权利要求7所述的窑炉，其特征在于：用于提供可玻化物料的所述至少一个供料口(12)形成在所述熔化/澄清室(1)的所述上游部分(8)的前壁(2)或两侧壁中的至少一个侧壁(4,5)上。
9．按权利要求8所述的窑炉，其特征在于：所述窑炉在所述熔化/澄清室(1)的所述上游部分(8)具有两个用于提供可玻化物料的供料口(12,13)，所述供料口彼此相互对称地形成在所述熔化/澄清室(1)的所述侧壁(4,5)上。
10．按权利要求9所述的窑炉，其特征在于：所述熔化/澄清室(1)在用于供给可玻化物料的所述上游部分(8)处设置有用于排放燃烧烟气的开口(14)，所述开口在其前壁(2)中或在其所述两个侧壁(4、5)中的至少一个侧壁中形成。
11．按权利要求10所述的窑炉，其特征在于：在所述熔化/澄清室(1)的侧壁(4、5)中设置有用于排放燃烧烟气的辅助排放开口(15)。
12．按权利要求11所述的窑炉，其特征在于：由所述熔化/澄清室(1)排放的所述燃烧烟气送入到锅炉类型的热回收装置或加热可玻化物料的装置，以便在加料前先加热所述可玻化物料。
13．按权利要求12所述的窑炉，其特征在于：用于密封所述熔化/澄清室(1)和所述下游室(18,19)之间的气体的密封装置(22,23,24)具有至少一个悬挂的挡板和/或部分浸在熔融玻璃中的坝。
14．按权利要求13所述的窑炉，其特征在于：用于密封所述熔化/澄清室(1)的气体的所述密封装置(22、23、24)设置在所述熔化/澄清室(1)和所述邻近的下游室(19)之间的连接处，和/或在两个相连的下游室(18,19)之间的连接处，和/或在接近所述多个连接处中的一个连接处的所述下游室中的一个下游室处。
15．按权利要求14所述的窑炉，其特征在于：所述熔化/澄清室(1)敞开伸入截面较小的第一个下游室(18)中，所述下游室(18)称为预通道，所述下游室(18)本身又敞开伸入截面更小的第二个下游室(19)中，所述下游室称(19)称为通道。
16．按上述权利要求中任意一项所述的窑炉，其特征在于：所述一个或多个下游室(18,19)的尺寸相对于所述熔化/澄清室(1)的尺寸选择成，深度它们可决定在所述该一个或多个下游室(18,19)中流通的熔融玻璃的深度，不会有回流到所述熔化/澄清室(1)中的熔融玻璃。
17．按上述权利要求1至16中任意一项所述的窑炉的应用于供应熔融玻璃到用于形成平板玻璃的浮法玻璃装置的供应装置。
18．在按上述权利要求1至16中任意一项所述的窑炉中预先加热可玻化物料组合物(10)以便熔化所述组合物的方法，所述方法包括将从所述窑炉的所述熔化/澄清室(1)放出的燃烧烟气通到可玻化物料组合物(10)上，所述物料漂浮在熔融相的物料表面上。
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