CN87100600A - 具有复合衬里的烧蚀熔化 - Google Patents

Abstract

在熔化诸如玻璃炉料的方法和设备中，炉体的初始热保护由炉料衬里提供，在初始热保护不正常的部分，通过在炉体内部设置局部耐火材料衬里提供二次保护。

Description

美国专利№.4，381，934中披露了熔化玻璃炉料或类似物料的方法，在该方法中，诸如炉料本身的粉料衬里充作绝热层，可在炉内高温条件下保护炉体侧壁。在推荐的实施例中，环状衬里在炉子中部形成空腔。该衬里可通过向其上不断添加较冷的物料及使熔化的物料从炉内自由流出来保持。这种结构的优点是能够为熔化炉料提供高温，而不使产品流与沾污性的耐火材料大面积接触，也不会由于强制冷却炉壁而造成大量的热损失。

耐火壁上的熔化层在先有技术中已众所周知，例如已在美国专利№.1，831，619;1，889，511;2，006，947和2，593，197中披露。这些结构的缺点是通过的物料量较少，而与耐火材料的接触面积较大，因此有很大可能因耐火材料侵蚀而污染物料。

美国专利№.2，834，157（Bowes）;3，917，479（Sayceet    al）和4，061，487（Kiyonaga）中披露了水冷却熔炉的某些先有技术实例。这些方法都是用水作为初始冷却介质以充分保护炉体的全部侧壁部分，但由于冷却液和炉内熔化物料之间产生很大的温度梯度，使得大量的能量经过炉壁而耗费掉。

上述美国专利№.4，381，934中所述的熔化方法。可连续操作很长时间而不必采用强制的外部冷却，同时可避免炉体侧壁上产生明显的热耗蚀。虽然炉料衬里有时也会发生不规则侵蚀，但由于向炉内添加了补充炉料，此系统一般能自行修复。然而熔化炉内稳定状态下产生的破坏，有时会造成部分衬里的厚度减薄。特别是在炉体上部会减薄到使其侧壁部分可能暴露于高温下，如果长期如此，高温可能引起炉体损坏或其它热侵蚀。此外，在起动或供料速率或加热速率改变时炉料壁厚度极易发生变化。在正常操作期间，炉高中部的炉料衬里可能侵蚀更快，因而使其上的衬里悬空最终使得上部衬里突然塌陷。如果持续的时间短，这种失常现象不会造成太大的问题，但是，如果它们持续较长时间或屡次发生，就应对炉体提供附加热保护。按照熔化方法的最佳实施例，当旋转炉体时，由于炉体的热变形会产生动态不稳定性，而带来一个特殊问题。

美国专利№.3，689，679（Niwa    et    al）披露了稍有不同的石英熔化法，在该方法中炉体采用部分冷却。如该专利所述，在快速熔化区中对大部分的侧壁提供冷却。该专利没有涉及本发明中所说的在衬里表面上的熔化过程。

在本发明中玻璃之类的炉料在炉体内空腔表面上熔化。而炉体是用与熔化物料相容的粉料绝热衬里提供初始热保护的，用炉料自身更好。由于在炉体上部设置了耐火材料衬里，即使在不正常操作时粉料衬里厚度过分减少，也能保护炉体侧壁免受过度的热侵蚀。因为在大多数情况下，耐火材料对熔化物料的暴露仅仅是间断的，即使暴露时也由于耐火材料面积较小，因此它们之间的接触是微不足道的。耐火材料衬里在粉料衬里减少到最低厚度以下时，用来使炉体保持热稳定，而耐火材料和熔化物料之间的接触只是在粉料衬里完全消失之处时有时发生。调节操作参数使粉料衬里重新覆盖耐火材料，从而使耐火材料暴露减至最小。

根据需要，可以通过冷却炉体上部耐火材料衬里区域，以在非正常操作时给炉体提供附加热稳定性保护。因为耐火材料衬里具有绝热效果，故通过冷却而从熔化过程中损失的热量很少。当粉状层完整无缺时，通过冷却损失的能量更小。而且，冷却仅仅间歇地而且是在有限区域内明显影响热传导，冷却过程最好包括向炉体外表面喷水。

图1是本发明的一个旋转式熔化炉的最佳实施方案的垂直剖视图，该熔化炉包括按照本发明所说明的具有可选择的冷却装置的上部耐火材料衬里。

图2是熔化炉上部的放大剖面图，其中示出了最佳耐火材料衬里结构。

参阅图1所示具体实施例，熔化炉的基本结构是一个转筒10，它可以用钢制成，一般为园筒形，上顶敞开，除有一个排料口外，底部是封闭的。为使转筒10可绕垂直轴旋转，转筒10以下述方式安装。利用象11一样的普通设计的具有固定支撑的顶盖结构，可在熔化炉内形成基本封闭的空腔。顶盖11最好由耐火陶瓷材料构成，可以采用在耐火材料炉结构工艺中已熟知的不同结构形式，图中描绘的最佳结构是一个由多块耐火砖12构成的上凸悬拱顶。在所示出的典型拱形结构中，楔形砖砌在一园环形支撑结构13上。挂勾砖14可稍向下延至低于转筒10的上部凸缘。并用固定支承板15支承。可用封闭砖16封闭楔形砖12和挂勾砖14之间的缝隙。当然，顶盖亦可采用整体悬挂式平拱结构。

炉料（最好是粉末状态）可以通过水冷却的溜槽加料器20送入加热炉的空腔内。炉料层21保留在转筒10内壁上作绝热衬里层。当转筒旋转时，加料器20将炉料投向衬里层21的上部。用于熔化炉料所需的热量可由一个或多个延长通过顶盖11的烧嘴22提供。多个烧嘴22最好沿顶盖周边排列，以便将它们的火焰直接喷向衬里21的全部表面上。烧嘴最好用水冷却以保护他们不受炉内恶劣环境的损害。废气通过顶盖11上的开孔23排出。当衬里层21表面上的炉料熔化时沿倾斜的衬里流到炉体底部的中心排料口25。排料口25可装有耐火陶瓷料碗26，熔化的物料流27从炉中自由下流至固定受料槽28中，然后进行补充处理以完成熔制过程。因为熔化的物料可从衬里21表面自由流下，当它通过转筒10时处于未完全熔化状态。其中通常含有大量的反应气体产物，还可能含有一些未熔化的颗粒。

在转筒10上缘与固定顶盖11之间的交接处可设置一气密封装置，该装置由一个固定的环形容水槽和一个从转筒上向下插入到槽中的环形法兰件31组成。在转筒的下端也可设置一个类似的固定水槽32以及从转筒上向下延伸的法兰33。

图1中描绘了按本发明的保护耐火衬里的一个实施例。其中，围绕转筒10的内侧上周边设置耐火衬里35，一般仅仅是转筒面积的一小部分需要提供衬里35，而大部分转筒表面则由粉料层21用作初始保护衬里。即使在非正常操作时出现粉状衬里21的上部不足的情况，在衬里35覆盖的区域内，耐火材料和熔化物料之间也只发生间歇的接触。在正常操作条件下通过调节加料速率和/或加热速率、可使粉料衬里重新充分覆盖耐火材料35。由于粉料衬里21具有抛物面斜度。因而其上部较薄，使炉体上部成为一个局部的易于暴露的受益于耐火材料衬里的区域。粉料衬里的较低部分较厚且更稳固，尽管没有必要将耐火衬里延伸到转筒壁的主要部分，设在下部的耐火材料衬里仍可用作粉料衬里以下的绝热层，但其作用甚小或完全不起作用。但是，如果为了方便施工，也可以对整个转筒装设耐火衬里。

耐火衬里35如图示支承在一个环或一些翼片36上。耐火材料最好是可浇注的水泥型，它可以用合适的模板就地浇注和养护。也可使用焊接在转筒10内侧的金属锚（未示出）将浇注耐火材料件固定在转筒上。图2示出安装耐火衬里的最佳结构，其中转筒10的扩大部分37形成一个台阶以支承耐火衬里38。本实施例中也推荐使耐火水泥铸件包住金属锚。耐火材料衬里35或38的厚度足以使金属转筒热绝缘而不受转筒内部热的影响。以防止非正常操作期间转筒的耗蚀。所需要的绝热层厚度将取决于具体温度和采用的结构条件。以所述实施例为例已发现5厘米厚的硅石水泥是合适的。

如图1所示，耐火衬里可以和外部强制冷却配合起来以最大限度地保证转筒10的几何稳定性。冷却剂可直接施加于设有耐火衬里的同一部位，以便在耐火材料失效时提供足够的绝热作用，以防止金属转筒过热。可以使用各种结构为转筒10的上部提供强制冷却。冷却剂可以是液体（例如水）或气体（例如空气）。在所示实例中，冷却水流可直接喷射在转筒上部外壁上。喷射水可由导管40供给，射流可用喷射挡板41限制在紧接转筒的空间。用过的水收集在环形槽42中后由沿着导板向下延伸并与转筒10一起旋转的导管43排出。由导管43排出的水可方便地通入底部气密封水槽32中。

由于带有耐火衬里，外部冷却只需要施于内部衬里最易损坏的侧壁的有限区域。在大多数情况下，这局部的转筒上部区域的高度小于转筒高度的一半。内衬21通常用作转筒侧壁大部分表面的初始热保护，而耐火衬里则用作二次保护。对转筒有耐火衬里保护的部分施用外部冷却只会从转筒内进行的加热过程中带走极少的热能，而有粉料衬里存在时带走的热能则更少。所以，冷却面积可比实际需要的大而又几乎不降低熔炉的热效率。已经发现至少2厘米厚的粉状玻璃炉料层是有效的绝热层，即使厚度更小些，通过炉料层发生的热传导也很小。冷却可在需要时才使用，但是冷却剂的连续流动具有某些优点，因为几乎不发生热传导且可将炉体外部保持在冷却剂温度，这可避免重新开始冷却时的热冲击。

转筒10的基座是一个回转驱动支架50，如图1所示，其结构可以是普通矩形截面的空心园环形。环形支架50环绕着转筒并与其相距一定间隙。在本实施例中环形支架50与转筒10由一组支承连杆51相连。连杆51的数量和大小成反比关系并取决于满负载时特定转筒的重量。从理论上看，三根连杆即可支撑转筒，但使用四根或多根（最好是八根或更多）可以采取自行车幅条式结构，以消除转筒10与环形支架50之间的相对转动。在这种结构中，这些连杆不处于转筒的径向平面中，而是沿着不与转筒垂直轴相交的垂直平面延伸，且各相邻连杆所在的平面通过转筒垂直轴的两对侧。随着炉子增大。为了分担载荷，连杆的数量应相应增加，图中所示的那种类型的装置中考虑的连杆的数量约为24根。杆件是连杆装置的最好形式，因为它们对转筒的侧面几乎没有防碍，因而便于施工及维修，并使空气自由流通且避免任何溢出的物料积累。

连杆51用球头螺母52固定在每一端。该两螺母又分别安装在上下支撑块53和54的球形座中。按照本发明方式上部支撑块53应安装在加载荷后炉体的重心“C”上方一定高度的环形支架50上。下部支撑块54则应固定在园环形架55之类的支架上。该支架与转筒10相连，其高度应大大低于上部支撑块53的高度。环形支架50与支承连杆51上部相连点的高度应尽量超过重心“C”的高度，以充分发挥其自动对中作用。然而在其间保持任何明显的高度差都会在一定程度上发挥本发明自动对中的优点。在许多情况下，实际可行的考虑将是限制上部连接点的高度。很明显固定顶盖11的支撑结构和其它与顶盖和顶盖与转筒交接处有关的辅助装置，都会妨碍将转筒支撑元件布置在转筒最高点以上。因为衬里材料21逐渐收缩倾斜，由图可见其在园柱形转筒的底部的部分厚度加大，故重心通常在转筒高度一半以下。换句话说，即支撑点高度在转筒高度的上半部。

如连杆51之类的转筒附件最好设于转筒上较冷且不易产生热变形的部位。朝着园筒形转筒底部衬里21逐渐增厚使得转筒的下部更适于布置连接附件。尽管转筒上半部的连接附件有时是允许的，但最好是使连接附件在下半部。在最佳结构中，连接附件位于或低于载有包括衬里材料的正常物料量的炉体重心“C”的高度。

炉体10也可以用其它形状代替一般的园筒形状，例如美国专利№.4，496，387（Heifhoff    et    al）中的下收缩截头园锥形或阶梯形。在这种情况下，重心可能不位于炉体的下半部内，而支撑的最佳高度仍应在重心以上，而连接到容器上的附件的高度应在炉体的下半部。

环形支架50的下侧装有矩形轨道60，它与一组锥形轮61滚动接触。轮61通过轴承62旋转支承，轴承62则固定到合适的固定结构元件。如梁63上。轮61支承转筒及其内容物的垂直负荷。轮子的数目应根据分布负载来选择，在如图所示的典型工业规模的装置中，认为8个轮子是合适的。轨道60的接触面的锥度下斜朝向转筒10，而构成锥体的一部分。

紧靠环形支架50周缘的一组轮子70，对转筒10和环形支架50施加横向限制。横向限制轮70可在刚性支承装置71上转动，该支承装置71可沿转筒10的径向调整。至少装3个横向限制轮，最好是4个，最好采用充气轮胎。轮子70中至少有一个通过马达（未示出）来驱动，以便转动支架50，从而转动转筒10。轮子70并不纯粹是一个回转元件的约束，而且可缓冲转筒轴线偏离其预定轨迹的任何振动或摆动。在轨道60和垂直支承轮61之间的园锥形配合面给出初始定心力的同时，轮子70缓冲转筒和环形支架的任何水平位移。同样，由于支撑高度在重心以上导致的转筒轴振动变弱由于轮子70的缓冲作用而更为显著。

显然，如同在该技术中熟知的那样，对这些技术进行其它的变化和改进，不会偏离以下权利要求所限定的本发明范围。

本发明对玻璃炉料的熔化过程进行了描述，对该过程本发明特别有用。它包括平板玻璃、纤维玻璃、容器玻璃、硅酸钠玻璃和实际上任何类型的特殊玻璃。本发明也适用于熔化其它材料，如金属矿物或其它不能严格定义为“玻璃”的玻璃质或陶瓷材料。还可指出：当最佳实践是将化学性质上基本相同的组合物用于产品炉料和熔炉粉料衬里的同时，在某些情况下特别是生产平板玻璃时，二者之间的不同可认为是非污染性的，因而是不会招致反对的。

Claims (10)

1、热熔化可熔物料的方法包括：

将粉状炉料加入由熔炉内侧壁上粉状物料衬里所包围的空腔中；

向空腔内供热以便熔化粉料的暴露部分，并使熔化的物料从炉内流出；

用保持粉状衬里足够的厚度使炉体部分与空腔绝热的方法，保护炉体侧壁主要部分免受过分热侵蚀，通过加入补充粉料并使熔化物料从衬里内流出的方法来保持衬里厚度；

在衬里厚度不足以完全使炉体绝热的侧壁局部，则用在炉体内部维持耐火材料衬里的方法来保护。

2、权利要求1的方法，其特征在于，局部保护包括将冷却剂直接与侧壁部分的外表面接触。

3、权利要求1的方法，其特征在于，用作局部保护的耐火材料层设置在炉体上部。

4、权利要求1的方法，其特征在于，该局部的粉状衬里的厚度可显著增加。

5、权利要求2的方法，其特征在于，侧壁部分的冷却包括直接将冷却剂液流射向侧壁外表面。

6、权利要求2的方法，其特征在于，熔化的物料中包括玻璃炉料而衬里中包括玻璃炉料。

7、权利要求1的方法，其特征在于，炉体绕着基本垂直轴旋转，粉料从炉上部加入熔化的物料从底部排出，以及衬里呈锥形在炉体上端的部分收缩成较薄。

8、用于热熔化可熔物料的设备包括：

一个具有侧壁和底的能围绕基本垂直的轴线转动的炉体，向炉内加粉料的装置，从炉内排出熔化物料的出口装置，以及在炉体侧壁上的局部耐火衬里。

9、权利要求8的设备，其特征在于，冷却装置包括向侧壁外表面部分喷射冷却剂的装置。

10、权利要求8的设备，其特征在于，耐火材料衬里仅仅涉及炉体侧壁上部。

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