CS253590B2 - Method of glass raw materials melting - Google Patents

Description

Vynález se týká sklářských surovin pro výrobu skla včetně plochého skla, obalového skla, na skleněná vlákna a sodnokřemiiitého skla. Vynález je však použitelný i pro jiné postupy, které zahrnuji tepelnou přeměnu obecně sypkého vsázkového maatriálu v podstatě v pevné fázi na taveninu, např. pro meealurgické tavení a spékání jednosložkových nebo několikasložkových keramických, kovových a jiných matteiálů.

Je známě, že kouřové plyny ze sklářských pecí vytápěných plamenem i z jiných tavících pecí obsahuuí velké množžtví tepelné energie, která se dá znovu získat, aby se zvýšila celková účinnost postupu. Ke zpětnému získávání tepla z tavících pecí se běžně používá regenerátorů a rekuperátorů, avšak jejich účinnost není dostatečně veliká a mimoto jsou rozměrné, drahé a snadno se poškozzuí. Místo předehřívání spalovacího vzduchu v regenerátorech nebo rekuperátorech bylo navrženo zpětně získávat odpadové teplo přes vsázkovou surovinu, realizaci však ommzuje skutečnost, že některé suroviny ve formě částic jsou snadno unášeny proudem kouřových plynů.

K odstranění tohoto problému bylo proto navrženo αglumirovat, například peletovat jemnozrnné suroviny a uvádět aglomerát do styku s proudem spalin. Ukázalo se však, že náklady spojené 9 aglomeedcí vsázkového maatriálu podstatně soížuuí ekonomické výhody rekuperace tepla, a v některých případech se unášení částic nezabrání ani použitím aglomerovaných surovin. '

Tvorba prachu ze suchých práškových surovin představuje rovněž problém, vyskyt^uící se při zakládání vsázky do běžné taviči pece. Běžné opatření o odstranění tohoto problému spočívá ve zvlhčení vsázky, například vodou. Předehhátí vsázky na vyšší teplotu ovšem vylučuje její udržování ve vlhkém stavu.

Třebaže odpadní teplo z tavících pecí je často 0 dispcožci při teplotách, které mohou vyvolat užitečné reakce vsázky, bývá předehhátí suroviny omezeno na nižší teplotu, protože při vyšších teplotách může začátek tavení některých vsázkových surovin vést 0 ucpání předehřívacího zařízení. Tak například by bylo žádoucí přem^nt vsázkovou surovinu tvořenou ub^č^any, která se typicky používá pro výrobu komeečnířs skla, na příslušné oxidy předehříváním vsázky na kalcinační teplotu: přesto však bývá předehřívání až dosud omezeno na poměrně nízké teploty tavení složky obsah^ící sodný, což znemožňuje klacinování složek obsahnuících uhřičitαo vápenatý a hořečnatý.

Z ammeického pat. spisu č. 4 381 934 je známý intenzívni způsob tavení vsázky, při kterém se velké objemy vsázky účinně taví v poměrně malém prostoru. Tento druh postupu, zejména při pouuití intenzivních zdrojů tepla, dává poměrně malý objem kouřových plynů; 0 dalšímu zvýšení účiooosti by však bylo žádoucí zpětně získávat teplo z těchto kouřových plynů. Zejména by bylo žádoucí zavádět získané teplo přímo do proudu suroviny.

Při tavení práškových maateiálů mohou v tavenině zůstávat zachycené plyny a přítomnost plynných inkluzí je nežádoocc, zejména v případě transparentního skla. Odstranění určitých plynů může být obtížnější než odstranění jiných plynů, například dusíku v případě skloviny. Je tedy velice žádoucí odstranót tyto plyny ze vsázky během jejího předběžného zpracování, aby se potom nezach^tly a nezůstaly v roztaveném maaterálu, například ve sklovině.

Z ammeických pat. spisů č. 3 508 742 a č. 3 607 190 je známé přímé předehřívání vsázky na teploty ležící pod teplotou kalcinace. Z ameeřckého pat. spisu č. 3 082 102 je známé předběžně zreagovat pelety skleněné vsázky: udává se, Že teploty mají zůstat pod teplotami, při nichž probíhá slinování.

Vynález řeší uvedené problémy a jeho předmětem je způsob taven:! sklářských surovin, při kterém se vsázka předehřívá v předehhívací nádobě spalinami a poté přemístí do taviči nádoby 0 roztavení, přičemž je nesena stabilní vrstvou vsázky, po níž roztavená s^ovina stéká a vytéká z taviči nádoby.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že teplo pro roztavení se získává převážně spalováním paliva s podstatně vyšší koncentrací kyslíku než má vzduch a veškeré spaliny vznikájící při takovém spalování se uvádsjí do styku se vsázkou v přeSehřívaeí nádobě. Účelně se vsázka během předehřívání promíchává otáčením přeSehřívaeí nádoby rychlosíí, která vytváří odstředivou sílu cedsstačující k překonání tíhy vsázky, zatímco taviči nádoba se otáčí rychlootí UImsňující udržení vrstvy vsázky na vnitřních stěnách taviči nádoby působením odstředivé síly.

Při tavení sklovin pro výrobu sodnovápenatého skla se na ka^inač^ předehřívací teplotu zahřívá vápenec a/nebo dolomit, zatímco suroviny obsahuuící sodík, například soda a/nebo žíravá soda se cepředsnhívvjí. Do té části vsázky, která se předehřívá na ka^inač^ teplotu, může patřit i písek. Maateiál obsah^ící sodík se účelně zavádí přímo do taviči nádoby.

S výhodou se vsázka zavádí do předehřívací nádoby v suchém sypkém stavu. Při získávání odpadního tepla přímým kontaktem mmzi vsázkovým maaeriálem tvořeným částicemi a proudem kouřových plynů dochází k unášení částic vsázky. Při intenzivním protirooddovém styku mmzi spalinami a maaeriálem vsázky může teplota spalin klesnout na rosný bod vody obsažené v produktech spalování, čímž se vytvoří na studeném konci rekuperační nádoby vlhké podmínky. Bylo zjištěno, že tyto podmínky způsobuuí zachycení největšího mnošžtví částic v proudu spalin, a to jak částic z taviči nádoby, tak částic unášených ze vsázky během předeJ^ířívání. Účelně se proto podle vynálezu přivádí do taviči nádoby teplo spalováním paliva s kyslíkem v nepřítomnoosi dusíku a produkty spalování se odváddjí z přnSehhívaeí nádoby po o^h;laznoí spalin pod rosný bod vo^i^í páry, která je v nich obsažena.

Spalováním paliva s vysokou konccnOrací kyslíku se změnní objem kouřových plynů, což má zase za následek vyšší koncceOrtei vodní páry na jednotku objemu spalin, menší unášení částic vsázky v důsledku mmnší rychooti proudu spalin a účionojší zvlhčování vsázky v důsledku vyššího rosného bodu při vyšší konceeOraei vodní páry. Mimito neobsáhnul spaliny dusík, takže jejich proud v předehřívací nádobě strhuje s sebou vzduch a do taviči nádoby se nedostane dusík. Protože bublinky dusíku se ze skovány pom^ně těžko odstraňuují, je nepříSoíoost dusíku v taviči nádobě velice výhodná.

Předehřívání surovin podle vynálezu je obzvláště výhodné ve spojení se zařízením podle zmíněného amerického spisu č. 4 382 934, kde dochází ke zkapalňování vsázky s podporovaným odplavením. Předehřívání vsázky snižuje spotřebu tepla pro zkapalnění vsázky, což by teomticky mělo znamenat větší výkon taviči nádoby. V běžné taviči peci však této teoretické výhody nelze vždycky dosáhnout, protože prosazené mnoSství je podstatně omezeno odtékáním úplně roztavené vsázky z masy vsázky, která se taví. Zkkpalňovací zařízení podle uvedeného ameeického pat. spisu podporuje toto odtékání nebo odp1avení kapalné vsázky tím, že obsahuje šikmou taviči plochu a zajišťuje rychlé odvádění kapalného mat^r^iálu; tato opatření jsou velice výhodná při vysokém výkonu spojeném s předehříváním vsázky.

Uvedená zařízení jsou obzvváště výhodná, když se vsázka zahřívá podle vynálezu spalováním paliva s kyslíkem a zejména tehdy, když vrstva vsázky obklopuje zdroj tepla s vysokou teplotou. Spalováním se samotným .kyslíkem v takových zařízeních vzniká ve srovnání s běžnými tavícími sklářskými pecemi pommroě malý objem kouřových plynů s vysokou teplotou, jejichž proud se velice dobře hodí pro účely vynálezu, totiž pro regulaci rekuperace tepla a emise kouřových plynů. K provádění způsobu podle vynálezu lze ovšem pouužt i jiných vysokooeplotních zdrojů tepla, jejichž spaliny maaí podstatně snížený objem dusíku. Mimoto lze suchou předehřátou vsázku zavážet rovnou do tavícího stupně.

Způsob podle vynálezu lze charakterizovat jako dvoustupňové tavení vsázky, která se vede poměrně pommlu přnSehřívtcí nádobou, kde se zahřívá na teplotu blížící se začátku tavení, a pak se přemístí do taviči nádoby, kde se ukládá na šikmou plochu a rychle se taví intenzivním zahříváním a odkud roztavená vsázka vytéká.

Způsob podle vynálezu tedy jná tu výhodu, že vytváří v každém stupni podmínky, které zvětšují jeho účinnost na maximum. V předehřívací nádobě v podstatě není přestup tepla do vsázky časově omezen, pokud vsázka zůstává volně sypká. První nádoba proto může být poměrně velká, může se v ní používat relativně málo tepla a s výhodou se v ní vsázka promíchává, aby se celé množství prohřálo. Ve druhém stupni se do vsázky přivádí intenzívní teplo v poměrně malém prostoru, aby se vsázka roztavila. Strmě šikmá nosná plocha vsázky podporuje rychlé stékání a velké prosezené množství a tedy minimalizuje rozměry intenzívně zahřívané nádoby. Naproti tomu první nádoba využívá veškerého odpadního tepla z druhé nádoby a vsázka v ní postupuje poměrně malou rychlostí, aby se zvětšil přenos tepla mezi spalinami a vsázkou na maximum.

Poměrně pomalý pohyb materiálu v prvním stupni se udržuje tak dlouho, dokud surovina zůstává volně sypká, protože když se její teplota blíží teplotě tání jedné ze složek, vzniklá kapalná fáze vyvolává soudržnost mezi částicemi vsázky a může způsobit ucpání první nádoby a nestejnoměrné tavení ve druhé nádobě. Když se tedy vsázka blíží tomuto stavu, převádí se na ^šikmou plochu druhé nádoby a rychle se roztaví. Raztavená sklovina neobsahuje prakticky žádné bublinky dusíku ani jiných plynů a vede se přímo к dalšímu zpracování.

Způsob podle vynálezu bude vysvětlen v souvislosti se zařízením znázorněným na výkrese, kde značí obr. 1 v částečném řezu bokorys dvoustupňového zařízení na tavení vsázky podle vynálezu, obr.2 řez vedený rovinou 2-2 na obr. 1, obr. 3 zvětšený svislý řez přechodovou částí mezi prvním a druhým jcupněm zařízení z obr. 1 a obr. 4 půdorys zařízení z obr. 3, kde některé díly jsou pro zjednodušení vynechány.

Třebaže v následujícím textu bude vynález podrobně popsán ve spojení s tímto zařízením, které sestává z předehřívací rotační pece a z rotační taviči nádoby, lze к provádění způsobu podle vynálezu použít i jiného předehřívacího a jiného tavícího zařízení a lze jím zpracovávat i jiné než sklářské suroviny.

Na obr. 1 je znázorněna předehřívací rotační pec 10, kterou prochází v protiproudu vsázka a spaliny a odkud se vede předehřátá vsázka do taviči nádoby 12. Suroviny se přivádějí do vstupního nebo studeného konce rotační pece 10 spojitým vážícím a dávkovacím ústrojím 13 a přívodní troubou 14 . Do vážícího a dávkovacího ústrojí 13 lze přivádět jediný předběžně promíchaný proud vsázkových surovin, nebo do vstupu rotační pece 10 lze přivádět odděleně odměřené jednotlivé složky dávky, protože rotační pec 10 slouží sama jako míchadlo. Příklad složení vsázky, používané při komerční výrobě plochého skla, je tento:

písek soda vápenec dolomit anglická červeň

000 hmot, dílů

313,5

242

0,75

Alternativně nebo jako přísady lze použít i jiné minerální suroviny. Vsázka obvykle obsahuje velkou část střepů (skleněné drtě), a to typicky 20 až 40 % celkové hmotnosti vsázky. Způsob podle vynálezu však umožňuje zpracovat jakékoliv množství střepů, a to i 100 %. Uvedené složení suroviny dává přibližně toto sklo:

oxid křemičitý	SiO2	73,10 % hmot
oxid sodný	Na2°	13,75
oxid vápenatý	CaO	8,85
oxid hořečnatý	MgO	3,85
oxid hlinitý	A12°3	0,10
oxid železitý	Fe2°3	0,10

Otevřený studený konec rotační pece 10 je uzavřen ve výfukové komoře 15, která vede kouřové plyny opoušttjící pec do kanálu £6. Kanál 16 může vést k neznázoměnému dmycCadlu, které vytváří tah k protlačování kouřových plynů rotační pecí 10 a jejich vytlačování do atmooféry neznázorněným komínem.

V těch případech, kdy v rotační peci 10 má probíhat kalcinování, se poměrně nízkoteplotní složky vsázky, jako je soda a střepy, nezavádějí do rotační pece £0, nýbrž přímo do taviči nádoby £2· Kommrční vápenec a dolomit nejsou ani chemicky čisté ani stejnoměrné, a kalcinování vápence a dolomitu probíhá v širokém teplotním rozmeeí, k úplnému kalcinování je ^žáěoucí te^plota nad 87⁰ °C. Kd^yž se pracuje s ^kalcinací, vpectó se z mmatei^ ^proc^házej^ícíc^h rota^ ^pecí ¹⁰ so^<a, ^která má toplo-tsu ^tání 85 °C, a^by so^da nerozt<ála v ^peci 10, což by vyvooalo adhezi částic vsázky k sobě; žíravá soda, která někdy nahrazuje sodu při výrobě sodného skla, má rovněž teplotu tání pod kalcinačními teplotami, a nepřidává se do surovin vedených rotační pecí 10, aby nevznikala kapalná fáze na horkém konci pece při kalcinování.

Kalcinování má tu výhodu, že nejen snižuje teplené zatížení taviči nádoby.12, nýbrž i odstraňuje chemicky vázaný oxid uhhičitý z taveného mateeiálu před rozstavením složek vsázky a tedy znemožňuje vznik bublinek oxidu uhličitého ve sklovině. Když se surovina tvořící zdroj sodíku přidává do taviči nádoby 12 odděleně, je výhoděOjší používat místo sody hydroxid sodný, který je prostý oxidu uhličitého. Střepy plochého skla z^(^:lí<^:íí měknout při te^plotác^h kolem ⁶⁵⁰ °C a maaí být proto rovně^ž veden^y mimo roUc^ pec ^{10 ,} v n^íž probí^há kalcinace.

Naapoti tomu písek, který je hlavní so^(:č^st^í sklářské suroviny, má s výhodou doprovázet vápenec a dolomit na jejich cestě rotační pecí 10 při kalcinačních teplotách. Písek se nejenom předehřívá, nýbrž současně udržuje vápenec a dolomit ve volně sypkém stavu. V nepřítomnossi z^jroje so^dí^ku lze sHemou vsázku zahřívat až na toploto asⁱ 1 ³⁰⁰ °C bez aglomerace.

pec 10 je obvyklé konstrukce a sestává v zásadě z ocelového válce £0, který je uložen otočně kolem podélné osy skloněné mírně vůči vodorovné rovině, aby se vsázka pohybovala od studeného k horkému konci vlastní hmootootí a postupným přepadáváním uvnntř pece. Doba prodlevy v rotační peci 10 může být vztažena k základním parametrům pece podle následujícího emmirického vzorce t = 19,3 L/NDS kde t je doba prodlevy (min)

D i půůměr (mm)

L ěe dékka cmm)

N í leov^uce otáčení (min ^S)

S s^on (cm.m ¹⁾

Doba prodlevy v rotační peci závvsí na žádaném prosazení při tavení a na mnnšství tepla, které kouřové plyny maaí předat tuhé vsázce. Na základě těchto požadavků a podle shora uvedeného vzorce lze navrhnout rotační pec vhodnou pro účely vynálezu.

Aby nedocházelo k tepenným ztrátám, je rotační pec 10 s výhodou tepelně izolována. Izolací může být žárovzdorný plášť z vlny, který obklopuje ocelový válec 20 z vuně^í strany, nebo keramická vyzdívka uvnntř ocelového válce £0, jak je znázorněno v částech rotační pece 10 na obr. 1. Osek rotační pece 10 blízko horkého konce je opatřen ve znázorněném příkladě šárovzdornou vyzdívkou 21, která může být ehoděojší pro zvýšení sdoSnosti proti vysokým tep]^o1^í^o v horkých částech pece, zejména při práci při kalci-načních teplotách. Jinak je výhodné vytvošit izolační vrstvu 22 mezi vnějším ocelovým válcem 20 a vnitřním kovovým pláštěm £3, jak je z^OiíisIioo ve střední části rotační pece 10 na obr. 1.

Když se neklade důraz na tepelnou trvanlivost, je pro výrobu skla výhodnější ocelový plášť, protože má menší tendenci erodovat a znečišťovat produkty eroze protékající vsázkový mateerál, což se často stává u žárovzdorné vyzdívky.

Přestup tepla v rotační peci 10 je ovlivněn promícháváním vsázky, které je zase funkcí rychhossi otáčení pece a dá se zvýššt její vnitřní konstrukcí. Odborníkům v oboru rotačních pecí jsou běžně známé nejrůznější přepážky sloužící ke zvýšení přenosu tepla, které lze použít v rámci vynálezu. Na obr. 1 je znázorněno nekkoik případů. V blízkosti horkého konce rotační pece 10 je do šroubovice uložen větší počet zvedačů 25, což jsou keramické výstupky nebo kovové výstupky v případě sekce pece s kovovou izolací, které vyčnnvaaí radiálně ПотоП^ z vnitřních stěn pece a slouží ke zvedání suroviny a jejímu pouštění dolů přes proud horkých plynů.

Daaší příklad uspořádání sloužícího ke zvětšení kontaktové plochy je znázorněn ve střední části rotační pece 20, kde velký počet kovových desek 2 6 probíhá radiálně meei vnitřním kovovým pláštěm 23 a střední trubkou 27, jak je rovněž patrné z příčného řezu na obr. 2. Ve studeném konci rotační pece 10 je s výhodou zavěšen větší počet řetězů, 28, které drtí shluky, které by mohly v této čássi pece vzniknout vlveem kondenzace vodní páry, a zvěěšují plochu tepelné výměny mmei kouřovými plyny a vsázkou. Stupeň promíchávání, kterého se dosahuje přepážkami nebo rychlostí otáčení, nesmí být tak velký, aby vyvolal nadměrné unášení vsázky proudem kouřových plynů.

Dalším činieeeem, který snižuje unášení vsázky kouřovými plyny, je průměr rotační pece 10, který má být tak velký, aby se zab^á^o příliš velkým rychloseem plynů při přenphaáádaném objemovém průtočném mrino^v! kouřových plynů pro danou operaci.

Taavcí nádoba 12 je toho typu, ve kterém se stabilní vrstva vsázky otáčí kolem vytápěné střední dutiny kolem v podstatě svislé osy otáčení. Taaicí nádoba 12 sestává z ocelového bubnu 25, který podle obr. 3 může mít stupňovité stěny, aby se zmeenšlo mrιn0ítví rotujíchho maaeeiálu. Buben 35 může mít samozřejmě i rovné válcové stěny nebo může být kuželový. .

Buben 35 je nesen kruhovým rámem 36, který je uložen otočně kolem v podstatě svislé osy, odpohiínjící ose bubnu 25, na soustavě nosných válců 37. a středících válců 28· V dolní sokci 39 je uspořádáno vypouŠtěcí ússrojí, které lze odejmout od zbytku bubnu 35.

DDoní sekce 39 může být opatřena prstencem žárovzdorné hmoty £0, například ltéého žárovzdorného cemmntu, v němž je vsazen výtokový kámen 41 ze žárovznornéhh maatriálu odolného prooi erozi. Výtokový kámen 41 může být složen z někcoika kusů keramické látky. Středový otvor 42 ve výtokovém kameni 41 slouží jako výtokový otvor z tavicí nádoby 12. Vypouuiý íSrovznorný kryt 43 je podepřen na neotočném kruhovém rámovém dílů 44 a má otvor 45, do kterého je vsazen hořák £6.

Hořák 46.je s výhodou širokoúhlý hořák s sěko0iat tryskami a přivádí se do· něj s výhodou kyslík a plynné palivo, zejména metan. Aby se do systému nedootával oxid uhličitý, může se v hořáku 46 spalovat kyslík a vodík.

S^p^ainy uniaají nahoru výstupním otvorem 4?·· v krytu 43 a prhcháserí do kouřového kanálu £8. Vsázka se přivádí do taviči nádoby 12 otvorem 47 přívodního žlabu 50. K odizolování vnitřku tavicí nádoby 12 od vsěěší atmosféry a k zachycení unikajícího prachu a par slouží horní a dolní vodní uzávěr 21, 52. ‘

Uvvnitř taviči nádoby 12 se udržuje stabilní vrstva 53 ne^z^vené vsázky, která ulpívá na stěnách bubnu 35 a obklopuje střední dutinu, v níž probíhá hoření. Stabilní vrstva 53 se může vytvoořt v začátku operace do žádoucího parabolického tvaru tím, že se do bubnu 35 rotujícího bez zahřívání přivádí surovina. Tato první vsázka může být zvlhčena vodou, aby se pod^ořla tvorba stabilní vrstvy .53. Během tavení způsobuje spooitý přívod vsázky přívodním žlabem 50 rozložení vsázky po celé ploše stabilní vrstvy 53 tím, že buben 35 rotuj.e. Teplo z hořáku 46 způsobí, že přechodná vrstva 54 vsázky se taví a stéká po stabilní vrstvě 53 směrem dolů středovým otvorem 42; Roztavená vsázka pak vytéká z tavící nádoby 12 a může se zachycovat ve sběrné nádobě 55 pro případné další zpracování.

Alespoň v horní části taviči nádoby 12 spočívá přechodná vrstva 54 tající vsázky na příkře nakloněné ploše vzhledem ke svislici. Třecí odpor vsázky ve formě částic brání stékání po šikmé ploše, avšak jakmile přejde materiál působením tepelné energie do kapalné fáze, třecí odpor značně poklesne a roztavený materiál okamžitě stéká dolů a jeho místo zaujímá v přechodné vrstvě 54 čerstvý materiál přicházející shora. Otáčení taviči nádoby 12 podporuje udržování šikmé taviči plochy. Obrys povrchu stabilní vrstvy 53 lze vyjádřit na základě teoretického vztahu mezi rychlostí otáčení a tvarem vrstvy suché volné vsázky touto rovnicí:

H = /uR + (2π ^{2 2} ωΗ²1 /g kde

H

R

X^й ω

g je výška bodu na povrchu vsázky ve je radiální vzdálenost tohoto bodu je součinitel tření, je úhlová rychlost a je tíhové zrychlení.

směru rovnoběžném s osou otáčení, od osy otáčení,

Součinitel tření lze považovat za tangentu sypného úhlu, který je pro suchou sklářskou surovinu typicky asi 35°. Uvedený vzorec lze použít při volbě vhodných rozměru rotační taviči nádoby 12 při dané rychlosti otáčení nebo naopak pro určení vhodné rychlosti otáčení dané nádoby.

Přechodná vrstva 54 kapalné vsázky stéká na nosné ploše, která sestává v podstatě pouze z materiálů vsázky, takže nedochází ke kontaminujícímu kontaktu se žárovzdornými materiály. Protože sklovina je dobrý tepelný izolant, chrání dostatečně silná s.tabilní vrstva 53 všechny pod ní ležící části konstrukce proti tepelnému poškození. Protože tedy je taviči nádoba 12 chráněna jak tepelně, tak proti styku s korozivními roztavenými látkami, lze pro její výrobu volit levnější materiály, například pro buben 35 i měkkou ocel. Úspory, kterých lze tím dosáhnout, jsou podstatné.

Poněvadž buben 35 je chráněn izolačním účinkem stabilní vrstvy 53 vsázky, není třeba vnějšího chlazení, čímž se zase zabrání odběru užitečného tepla z tavícího procesu. Protože izolující stabilní vrstva 53, která nekontaminuje vsázku, obklopuje vytápěnou taviči dutinu, lze použít tepelných zdrojů, které pracují s podstatně vyššími teplotami než v běžných pecích se žárovzdornou vyzdívkou, například spalovacích hořáků s přívodem kyslíku, plasmových hořáků nebo elektrického oblouku.

Teplota, při které vsázka začíná téci, závisí na složení vsázky, zejména na množství a teplotě tání složek s nejnižší teplotou tání. Běžná sklářská surovina s obsahem bezvodé sody se začíná tavit v teplotním rozmezí od 1 090 do 1 150 °C. Roztavený materiál vytéká z taviči nádoby, jakmile přijde do tekutého stavu, takže sklovina vytékající z taviči nádoby 12 má prakticky stejnoměrnou teplotu, blížící se taviči teplotě daného složení vsázky. Když sklovina vytéká z tavící nádoby 12, dodává se jí obvykle ještě přídavné teplo, a proto běžná sklovina na výrobu plochého skla vytéká z taviči nádoby 12 při teplotě mezi 1 150 a 1 260 °C. Protože teplo se odvádí z taviči nádoby při taviči teplotě, která je podstatně nižší než bývají teploty v běžných tavících pecích, teplotu taviči nádoby lze udržovat na poměrně nízké hodnotě bez ohledu na teplotu tepelného zdroje.

V důsledku toho lze výhodně využít předností většího tepelného toku, dodávaného teplejšími zdroji tepla, aniž by bylo třeba upravovat tavící nádobu 12 složitým a neobvyklým způsobem. Použití zdrojů tepla s vysokou teplotou je výhodné také tím, že snižuje objem kouřových plynů vyloučením vzdušného dusíku.

Nepřítomnost dusíku je výhodná také proto, že ve skle nevznikají bublinky. Podle potřeby lze použitím plazmového hořáku se vhodným nosným plynem vytvořit v taviči nádobě 12 atmosféru prostou oxidu uhličitého, zejména ve spojení s kalcinovanou vsázkou. Atmosféru prostou oxidu uhličitého lze rovněž vytvořit spalováním kyslíku a vodíku. Výhoda nepřítomnosti dusíku vyplývá z toho, že intenzita vyzařování dusíku, to znamená účinnost, se kterou plyn vydává svou tepelnou energii, je mnohem nižší než intenzita vyzařování oxidu uhličitého a vody.

V nepřítomnosti dusíku tedy nedochází v ředění oxidu uhličitého a/nebo vody, vzniklých při spalování, a uvolňování energie je intenzivnější. Poznamenává se, že výhod vyplývajících z vyloučení dusíku lze dosáhnout i po stupních a že už dílčí zmenšení obsahu dusíku přináší značné zlepšení.

Je žádoucí, aby tepelná vodivost materiálu použitého к vytvoření stabilní vrstvy 53 byla poměrně nízká, aby bylo možné vytvořit vrstvu praktické tloušťky bez nezbytného nuceného chlazení vnějšku taviči nádoby 12. Obecně poskytují zrnité nebo práškové minerální suroviny dobtou tepelnou izolaci, ale v některých případech lze použít jako nekontaminující stabilní vrstvy 53 meziprodukt nebo produkt tavení. Například při výrobě skla mohou stabilní vrstvu 53 tvořit skleněné střepy, třebaže v tomto případě musí být vrstva poněkud silnější, poněvadž sklo má vyšší tepelnou vodivost než sklovina.

V metalurgických pochodech naproti tomu by použití kovového produktu jako stabilní vrstvy 53 vyžadovalo příliš velkou tloušťku vrstvy к dostatečné tepelné ochraně taviči nádoby 12. Některé rudné materiály mohou být v tomto případě vyhovující jako izolační vrstvy. Stabilní vrstva 53 je s výhodou v podstatě stejného složení jako zpracovávaný materiál. Je ovšem samozřejmé, že prekursory nebo odvozené materiály se považují za látky v podstatě stejného složení. To znamená, že stabilní vrstva 53 může být tvořena surovinou, produktem, meziproduktem nebo jinými formami nebo jejich směsí, pokud tyto látky tají nebo reagují na substanci, která nazávádí větší množství cizích složek do protékajícího proudu.

Je rovněž samozřejmé, že požadavky na takové složení stabilní vrstvy mohou platit případně pouze na její povrchovou část, která se skutečně dotýká protékajícího roztaveného materiálu, a na části ležící těsně pod povrchem, které mohou případně přejít v důsledku eroze do taveniny. Ekvivalentní uspořádání může tedy sestávat z různých materiálů v těch Částech stabilní vrstvy .53, které leží pod úrovní, v níž může docházet к erozi. Protože tato podpovrchová část potom slouží především jako izolace к ochraně nádoby, může být složena z materiálů zvolených pro své tepelně izolační vlastnosti, například z písku nebo keramických částic, musí ovšem být co do složení dostatečně slučitelné, aby nekontaminovaly při provozních teplotách povrchovou vrstvu.

Pojmy stabilní vrstva a přechodová vrstva jsou relativní a přesná fyzikální hranice mezi nimi nemusí být vždycky rozeznatelná. Pojmy stabilní a přechodná nevylučují případné mírné kolísání styčné plochy těchto vrstev. Základní rozdíl spočívá v tom, že oblast, která se uvádí jako přechodná vrstva, je charakterizována tavením a tečením, zatímco oblast uváděná jako stabilní vrstva se alespoň ve své největší části nepodílí na tavení a tečení protékající suroviny. Třebaže se uvádí, že přechodná vrstva leží na stabilní vrstvě, mohla by se teoreticky definovat mezi nimi prostřední vrstva, takže je samozřejmé, že vynález zahrnuje i tuto možnost.

V některých případech mů£e být předehřátá vsázka zaváděna přímo z výstupu rotační pece 10 do taviči nádoby 12, výhodnější však je uspořádání podle obr. 3, kde rotační pec 10 a taviči nádoba 12 jsou od sebe odděleny. Bylo totiž zjištěno, že když je konec rotační pece 10 přímo spojen s otvorem 47 tavící nádoby 12, dochází ke spékání suroviny v rotační peci .10, pravděpodobně vlivem zářivé energie z tavící nádoby 12, která přehřívá surovinu v rotační peci 10.

Tento problém odstraňuje přechodový úsek mezi rotační pecí 10 a tavící nádobou 12, který zahrnuje přívodní žlab 50 к vedení předehřáté suroviny a nástavec 61 kouřového kanálu 48. Nástavec 61 vede spaliny do horní části rotační pece 10 mimo sklářskou vsázku 60 a stíní rotační pec 10 proti přenosu zářivé energie z tavící nádoby 12. ^v kouřovém kanálu 48 může být uspořádána stavitelná clona 62, která reguluje tlak v taviči nádobě 12. V případě, že je třeba zvýšit teplotu kouřových plynů za účelem kalcinování suroviny v rotační peci 10, může být nástavec 61 opatřen otvory 63, znázorněnými přerušovanou čarou na obr. 3 a sloužícími pro vsazení pomocných hořáků 64 (obr. 4).

Přívodní žlab 50 může být opatřen chlazenou čelní deskou 70, která je přivrácena к proudu spalin a zabraňuje přehřátí vsázky a ucpání přívodního žlabu.50. Dále je na výstupním konci opatřen výkyvnou, vodou chlazenou přepážkou 71, která nastavitelně směřuje spadávající předehřátou surovinu na žádoucí část stabilní vrstvy 53 v taviči nádobě 12. Na výstupním konci může být rovněž uspořádána keramická deska 72, která odklání spadávající materiál od horního okraje bubnu .35· ^v případě, že se má z bezpečnostních důvodů zastavit přívod materiálu do taviči nádoby 12, lze к tomu použít odchylovací desky 73, na vstupu do přívodního žlabu 2), která odklání materiál přicházející z rotační pece 10 do vypouštěcího žlabu 74.

Mezi rotační pecí 10 a přechodovou sekcí může být vytvořeno těsnění 75, například ze syntetického polymeru (teflonu) nebo z grafitu, které dosedá na kruhové žebro 76, vyčnívající radiálně z vnějšího válce 20 rotační pece 10. Těsnění 75 může být uloženo v prstencové skříni 77.

Na obr. 4 je znázorněn pomocný podavač 8 0kterým se přivádí suroviny, nepředehřáté nebo předehřáté nezávisle na ostatních surovinách v rotační peci 10, do taviči nádoby 12. Pomocného podavače 80 lze například použít pro zavádění bezvodé sody, žíravé sody nebo skleněných střepů do tavící nádoby 12, zejména v tom případě, když se v rotační peci 10 kalcinuje uhličitan vápenatý a/nebo hořečnatý. Pomocný podavač 80 může být tvořen šnekovým podavačem, sestávajícím z násypky 81, motoru 82 a šnekového bubnu 22/ ^a přivádí materiál otvorem 47 v žárovzdorném krytu 43 na horní okraj stabilní vrstvy 53. Ma-li se přivádět na vstup taviči nádoby 12 odděleně větší množství různých materiálů, lze použít několika pomocných podavačů stejného typu, jako je pomocný podavač 80.

Sklon rotační pece 10 lze zvolit podle žádané doby prodlevy materiálu uvnitř pece, přičemž při použití vhodného nosného ústrojí může být úhel pece proměnlivý. Je však výhodné, když pevný sklon má velikost asi 1 až 5°, účelně 2° vzhledem к horizontále a když se doba prodlevy reguluje změnou rychlosti otáčení rotační pece 10. Rychlost otáčení má ležůt v takovém rozmezí, aby se vsázkové suroviny převalovaly v dolní části válce, aniž by větší objemy vsázky byly unášeny odstředivou silou po vnitřním povrchu rotační pece H).

Sklářská surovina na horkém konci rotační pece ,10., předehřátá asi na 480 °C, má pololepivou konzistenci, která odolává prášení. Až do teploty asi 760 °C nevede tato lepivá konzistence к nežádoucímu shlukování a ucpání. Sklářské suroviny bez sody nebo/a ekvivalentního zdroje sodíku dosahují podobného stavu, když se zahřejí do blízkosti kalcinační teploty vápence a dolomitu. Lepivá konzistence je výhodná tím, že umožňuje zavádět suroviny do tavící nádoby 12 při minimálním prášení. Rovněž je výhodné, že začátek vzniku této lepivé konzistence odpovídá přemístění vsázky prakticky z vodorovné nosné plochy uvnitř rotační pece 10 na v podstatě svislou nosnou plochu v tavící nádobě 12, čímž se zajistí spojitý a stejnoměrný průtok materiálu celou soustavou.

V následujícím je uveden příklad zařízení, které v podstatě odpovídá výkresu a předchozimu popisu a ve kterém byla zpracována standardní skleněná vsázka pro výrobu plochého skla, obsahující sodu, a to v množství 27 tun za den. Rotační pec 10 měla délku 15 m a vnitřní průměr 76 cm. Vnitřní plocha rotační pece 10 byla 46 m , pec se otáčela s frekvencí 3 min ³ a měla sklon 2°.

Taviči nádoba 12 měla vnitřní průměr 130 cm, otáčela se s frekvencí 32 min^-1 a byla zahřívána hořákem, v němž se spaloval metan a kyslík, s tepelným výkonem přibližně 878 kw, 3 čímž vznikalo při standardní teplotě a tlaku 957 m za hodinu.kouřových plynů. Spaliny vstupovaly do rotační pece 10 při teplotě 888 °C a opouštěly ji o teplotě 246 °C. Skleněná vsázka byla zaváděna do rotační pece 10 při teplotě 16 °C a byla v ní zahřívána na teplotu 593 °C. Sklovina vytékající z taviči nádoby 12 měla teplotu 1 236 °C.

Claims (10)

1. Způsob tavení sklářských surovin, při kterém se vsázka předehřívá v předehřívací nádobě spalinami a poté přemístí do taviči nádoby к roztavení, přičemž je nesena stabilní vrstvou vsázky, po.níž roztavená sklovina stéká z taviči nádoby, vyznačený tím, že teplo pro roztavení se získává převážně spalováním paliva s podstatně vyšší koncentrací kyslíku než má vzduch a veškeré spaliny vznikající při takovém spalování se uvádějí se vsázkou v předehřívací nádobě.

2. Způsob tavení podle bodu 1, vyznačený tím, že vsázka se během předehřívání promíchává otáčením předehřívací nádoby rychlostí, která vytváří odstředivou sílu nedostačující к překonání tíže vsázky, zatímco tavící nádob.< se otáčí rychlostí umožňující udržení vrstvy vsázky na vnitřních stěnách taviči nádoby působením odstředivé síly.

3. Způsob tavení podle bodu 1 nebo 2, vyznačený tím, že do předehřívací nádoby se zavádí pouze surovina obsahující uhličitan vápenatý, předehřívá se ke kalcinování alespoň části uhličitanu a odvádí se do taviči nádoby, kde se zahřívá s materiálem obsahujícím oxid křemičitý a sodík к roztavení ve sklovinu.

4. Způsob podle bodu 3, vyznačený tím, že materiál obsahující sodík se zavádí přímo do tavící nádoby.

5. Způsob podle jednoho z bodu 1 až 4, vyznačený tím, že dusíku prostými spalinami, vedenými předehřívací nádobou, se odvádí zachycený dusík z materiálů procházejících předehřívací nádobou.

6. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačený tím, že do taviči nádoby se přivádí teplo spalováním paliva s kyslíkem v nepřítomnosti dusíku a produkty spalování se odvádějí z předehřívací nádoby po ochlazení spalin pod rosný bod vodní páry, která je v nich obsažena.

7. Způsob podle bodu 6, vyznačený tím, že produkty spalování, přiváděné do předehřívací nádoby, se vyrobí spalováním vodíku s kyslíkem v taviči nádobě.

8. Způsob podle jednoho z bodu 1 až 7, vyznačený tím, že vsázka se zavádí do předehřívací nádoby v suchém sypkém stavu.

9. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 8, vyznačený tím, že vsázka se vede předehřívací nádobou v rovině zešikmené vzhledem к horizontále, a vsázka spočívající na stabilní vrstvě v taviči nádobě leží alespoň z počátku ve strmé rovině.

10. Způsob podle bodu 9, vyznačený tím, že vsázka se převádí z předehřívací do taviči nádoby při začátku tavení vsázky, avšak před začátkem vzájemného ulpívání částic vsázky.

3 výkresy