CS277291B6

CS277291B6 - Process of glass melt melting

Info

Publication number: CS277291B6
Application number: CS864512A
Authority: CS
Inventors: Henry Martin Demarest; Gerald Erasmus Kunkle; Clement Charles Moxie; Larry John Shelestak
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1993-01-13
Also published as: GR861612B; FI862641A0; BG48807A3; TR22605A; DK296086D0; DK296086A; CS451286A3; NO862452L; IL79047A0; PT82784B; PL148248B1; NO168240C; AR240891A2; FI79828C; NO168240B; FI79828B; YU107686A; YU46010B; PT82784A; NZ216270A

Abstract

Batch material for glass or ceramic is mixed with solid or liq. fuel which is combusted in pre-heating zone; ash and unmelted batch are passed to 2nd stage to melt batch, melting is then completed under oxidising conditions. Powdered material is heated so that source of O2 is supplied to combustion zone; gas and solid flows are co-current. Constituents not melting below 900 deg.C are mixed with fuel which is combusted to give 900 deg.C; mixt. of batch and ash is passed to 2nd zone and mixed with lower melting components and melting then completed. Batch for 1st zone includes alkaline earth carbonates which become calcined.

Description

Vynález se týká tavení skloviny a podobných materiálů s použitím kapalných nebo plynných paliv.The invention relates to the melting of enamel and similar materials using liquid or gaseous fuels.

Je známo, že v oblastech kde je uhlí dostupné, jě obvykle nej levnějším zdrojem energie ve srovnání s ostatními tradičními zdroji energie, jako je zemní plyn, topné oleje a elektřina. Bylo proto navrhováno použití uhlí jako topného zdroje pro tavení skloviny a podobně. Příklady takových návrhů je možno nalézt v patentech USA č. 3 969 068 a 4 006 003. Avšak použití uhlí jako paliva pro pece s přímým ohřevem má, jak bylo zjištěno, určité nevýhody, které brzdí jeho širší použití. Největší nevýhodou je obsah popela v uhlí. Je-li uhlí spalováno s pomocí horního hořáku v peci s otevřenou nístějí, jaké se běžně používají pro tavení skloviny, je s proudem odpadních plynů strhováno značné množství popela, které může způsobit ucpání regenerátorů a které vyžaduje odstranění popela z odpadních plynů před jejich vypuštěním do atmosféry. Část popela se usazuje na stěnách tavící vany, kde se taví na kapalnou strusku, která stéká po stěnách nádoby do taveniny. Stékání roztavené strusky má nepříznivý účinek na vyzdívku pece a roztavená struska, vstupující do taveniny, přináší do produkovaného materiálu nežádoucí změny složení a nehomogenity. Struska má často oproti sklovině vysoký obsah železa a stékání strusky do taveniny může způsobit nežádoucí změny zbarvení. V důsledku těchto problémů se uhlí nepoužívá jako přímé palivo pro tavné procesy, u jejichž produktů je důležitá stejnorodost složení. Týká se to zejména plochého skla, kde změny ve složení způsobující optické zkreslení u konečného produktu.It is known that in areas where coal is available, it is usually the cheapest source of energy compared to other traditional energy sources such as natural gas, fuel oils and electricity. It has therefore been proposed to use coal as a heating source for melting glass and the like. Examples of such proposals can be found in U.S. Patent Nos. 3,969,068 and 4,006,003. However, the use of coal as a fuel for direct heating furnaces has been found to have certain disadvantages that hamper its wider application. The biggest disadvantage is the ash content of the coal. When coal is burned with an upper burner in an open hearth furnace, as is commonly used for melting glass, a significant amount of ash is entrained with the waste gas stream, which may cause clogging of the regenerators and which requires removal of ash from the waste gases before discharge atmosphere. Part of the ash settles on the walls of the melting tank, where it melts into liquid slag, which flows down the walls of the vessel into the melt. The flow of molten slag has an adverse effect on the furnace lining and the molten slag entering the melt brings undesirable changes in composition and inhomogeneity into the material produced. Slag often has a high iron content compared to enamel, and slag run-off into the melt can cause unwanted discoloration. As a result of these problems, coal is not used as a direct fuel for the smelting processes for which homogeneity of composition is important. This applies in particular to flat glass where changes in the composition causing optical distortion of the final product.

Nevýhodou použití uhlí nebo jiného uhlíkatého paliva ve směsi se surovinou, zejména při tavení čirého skla, je, že uhlí v množství dostatečném k vyvinutí značné energie pro tavící proces má také redukující efekt na taveninu, a železo a síra, přítomné v redukované sklovině, mohou způsobit hnědé zbarvení. Uhlí samo navíc dodává tavenině železo a síru. V čirých sklovinách bývá přimíšeno malé množství práškového uhlí (obvykle méně než 0,1 % hmot.) pro usnadnění tavícího procesu, ale toto množství není významným zdrojem energie a větší množství se považuje za nebezpečné. Ani při výrobě hnědého skla nebývá počítáno s významným přínosem použitého uhlí pro vytápění.The disadvantage of using coal or other carbonaceous fuel in a mixture with the feedstock, especially when melting clear glass, is that coal in an amount sufficient to generate considerable energy for the melting process also has a reducing effect on the melt, and iron and sulfur present in the reduced glass. cause brown discoloration. In addition, coal itself supplies iron and sulfur to the melt. In clear glass, a small amount of pulverized coal (usually less than 0.1% by weight) is admixed to facilitate the melting process, but this amount is not a significant energy source and larger amounts are considered hazardous. Even the production of brown glass does not count on the significant contribution of the used coal for heating.

Patent USA č. 3 294 505 popisuje tavení skloviny v loži kmene, briket a koksu. Postup je omezen na relativně úzkou skupinu nízkoviskózních skel pro málo kvalitní aplikace. Kromě toho je žádoucí se vyvarovat nákladů na aglomeraci kmene.U.S. Patent 3,294,505 discloses melting glass in a batch of batch, briquettes and coke. The procedure is limited to a relatively narrow group of low-viscosity glasses for low quality applications. In addition, it is desirable to avoid the cost of agglomeration of the strain.

Je popsána metoda smáčení sklářského kmene topným olejem. Topným olejem je dodávána pouze menší část energie, vyžadované tavícím procesem.The method of wetting a glass batch with fuel oil is described. Only a minor part of the energy required by the melting process is supplied with fuel oil.

Další problém používání uhlí a některých dalších uhlíkatých paliv spočívá v tom, že tato paliva obsahují relativně těkavé uhlovodíkové frakce, které jsou unášeny s odpadním plynem a unikají s ním, jsou-li zahřívány před vzplanutím. Je to problémem zejména tehdy, požaduje-li se předehřívání surovin ve směsi s uhlíkatým palivem. Dále jsou-li uhlíkatá paliva dávkována do spalovací zóny v neatomizovaném stavu, vznikají obvykle kouřové odpadní plyny, které jsou ekologicky nežádoucí. Sekundární spaloCS 277291 B6 vání nebo jiné zpracování odpadního plynu nebo předběžná karbonizace paliva jsou nákladné operace, které se proto příliš často neprováděj í.A further problem with the use of coal and some other carbonaceous fuels is that these fuels contain relatively volatile hydrocarbon fractions which are entrained with the waste gas and escape with it when heated before ignition. This is a particular problem when preheating the raw materials mixed with carbonaceous fuel is required. Further, when carbonaceous fuels are fed to the combustion zone in an unatomized state, flue gases are generally produced which are environmentally undesirable. Secondary combustion or other off-gas treatment or pre-carbonization of fuel are costly operations and are therefore not very often carried out.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob tavení skloviny, při němž je zdrojem tepla kapalné nebo plynné palivo poskytující po spálení zbytkový popel, obsažený v konečném sklářském výrobku, a toto palivo se mísí přímým stykem s materiálem sklářského kmene, obsahujícím uhličitan kovu alkalických zemin, zdroj sodíku a zdroj oxidu křemičitého podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že uvedeným palivem se v předehřívacím stupni předehřívá pod teplotu tavení kmen, z něhož byl zdroj sodíku odveden mimo předehřívací stupeň přímo do následujícího zkapalňovacího stupně, popřípadě se uvedeným palivem kmen, předehřátý pod teplotu tavení, alespoň částečně taví ve zkapalňovacím stupni.These drawbacks are overcome by a molten glass process in which the heat source is a liquid or gaseous fuel providing residual ash contained in the final glass product after combustion, and the fuel is mixed by direct contact with a glass batch material comprising an alkaline earth metal carbonate, sodium source and source. The silicon dioxide according to the invention, characterized in that in the preheating stage, the fuel is preheated below the melting point of the batch from which the sodium source has been discharged out of the preheating stage directly to the next liquefaction stage, optionally with said fuel. at least partially melted in the liquefaction stage.

Takovým to předehříváním materiálu kmene na teplotu těsně pod teplotou, při které se objevuje znatelné tavení, je možno s pomocí úsporného paliva, jako je uhlí, získat podstatnou část celkové energie, nutné k tavení. Dávkováním téměř homogenní směsi kmene a popela do zkapalňovacího stupně je možno následně získat taveninu v podstatě stejnorodého složení i tehdy, bylo-li vneseno podstatné množství popela. Je tedy podstatně zmírněn jeden z problémů spojených s použitím paliva, tvořícího popel, jako je uhlí.By pre-heating the stock material to a temperature just below the temperature at which appreciable melting occurs, a substantial part of the total energy required for melting can be obtained with the aid of a fuel-efficient fuel such as coal. By feeding the nearly homogeneous mixture of batch and ash into the liquefaction step, a melt of substantially uniform composition can subsequently be obtained even if a substantial amount of ash has been introduced. Thus, one of the problems associated with the use of ash-forming fuel such as coal is substantially alleviated.

Spalováním paliva v kontaktu s materiálem kmene, kterým se zabraňuje strhávání popela do odpadního plynu a tvorbě strusky na vnitřním povrchu nádoby, je možno odstranit ekologické problémy a poškozování pece, což je žádoucí při každém tavícím procesu. Protože odstraňuje stékání strusky do taveniny, je tento vynález zejména atraktivní pro tavení skloviny, a podobně, kde je důležitá homogenita složení. Postupem podle vynálezu je možno vyrábět í relativně viskózní, těžko homogenizovatelná skla, jako je sodnovápenatokřemičité ploché sklo, s velmi vysokým standardem optické kvality. Výhodou je také to, že není nutná aglomerace kmene.By burning the fuel in contact with the batch material to prevent entrainment of the ash into the waste gas and the formation of slag on the inner surface of the vessel, environmental problems and furnace damage can be avoided as desired in each melting process. Since it eliminates slag runoff into the melt, the present invention is particularly attractive for melting glass, and the like, where homogeneity of the composition is important. By the process of the invention it is possible to produce relatively viscous, hardly homogenizable glasses, such as soda-lime-silica flat glass, with a very high standard of optical quality. Another advantage is that agglomeration of the strain is not necessary.

Podle jiného provedení vynálezu je možno regulovat dodávku kyslíku a teplotu předehřívacího stupně, a tak produkovat podstatné množství oxidu uhelnatého jako produktu spalování paliva. Oxid uhelnatý se vede do následujícího stupně, například zkapalňovacího, kde slouží jako alespoň část paliva pro spalování v-tomto stupni. Při jiné alternativě může být spalování v prvním stupni nedokonalé, přičemž určitá část paliva může zůstat nespálena a může být vedena spolu s kmenem do druhého stupně, kde slouží jako alespoň část paliva.According to another embodiment of the invention, the oxygen supply and the temperature of the preheating stage can be controlled to produce a substantial amount of carbon monoxide as a fuel combustion product. The carbon monoxide is passed to a subsequent stage, for example a liquefaction stage, where it serves as at least a portion of the fuel for combustion in this stage. In another alternative, the combustion in the first stage may be imperfect, with some of the fuel remaining unburned and conducted along with the batch to the second stage where it serves as at least part of the fuel.

Aby bylo umožněno použít v předehřívací? stupni vyšší teploty a zvýšit množství produkovaného oxidu uhelnatého, je možno z prvního stupně vynechat ty složky sklářského kmene, které se taví při relativně nízké teplotě, a vnášet je do druhého nebo dalšího stupně. Vynechání sodíkaté suroviny (například bezvodé sody) z kmene sodnovápenatokřemičitého skla umožňuje použít v prvním stupni teploty, která je dostatečně vysoká pro kalcinací karbonátových surovin, jako je vápenec a dolomit, stejně jako pro produkci oxidu uhelnatého. Zpracovávání pouze křemičité suroviny (písku) v prvním stupni umožňuje používat velmi vysoké teploty a získat velké množství oxidu uhelnatého.To allow use in preheating? higher temperature and to increase the amount of carbon monoxide produced, it is possible to omit those glass batch melts at a relatively low temperature from the first stage and introduce them into the second or subsequent stage. The omission of the sodium raw material (e.g., anhydrous soda) from the soda lime-silica glass strain makes it possible to use in the first stage temperatures that are sufficiently high for calcining carbonate raw materials such as limestone and dolomite, as well as for carbon monoxide production. The processing of only the siliceous raw material (sand) in the first stage makes it possible to use very high temperatures and to obtain a large amount of carbon monoxide.

Po zkapalňovacím stupni může být zařazen třetí stupeň, ve kterém může být dále prováděno tavení. Je-li palivo míšeno s kmenem, může ve zkapalňovacím stupni docházet k nedokonalému kontaktu mezi palivem a oxidačním prostředkem nebo může být přítomen přebytek paliva, a tak může zkapalněný materiál vycházet z druhého stupně v redukovaném stavu. V tom případě může třetí stupeň obsahovat zařízení pro reoxidaci taveniny, například hloubkovým spalováním plamenem bohatým na kyslík a/nebo probubláváním oxidačního činidla (výhodně kyslíku) skrze taveninu. Reoxidace je zvlášť důležitá u čirého skla pro zamezení změny zbarvení. Nežádoucímu zbarvení čirého skla ionty železa a sulfidovými ionty může být zabráněno reoxidaci taveniny ve třetím stupni.After the liquefaction stage, a third stage can be included in which melting can be carried out. If the fuel is blended with the batch, imperfect contact between the fuel and the oxidizing agent may occur in the liquefaction stage, or an excess of fuel may be present, and thus the liquefied material may emerge from the second stage in a reduced state. In this case, the third stage may comprise a device for reoxidizing the melt, for example by deep-burning with an oxygen-rich flame and / or by bubbling the oxidizing agent (preferably oxygen) through the melt. Reoxidation is particularly important in clear glass to prevent discolouration. Undesirable coloring of the clear glass by iron and sulfide ions can be prevented by reoxidation of the melt in the third stage.

Chemické složky uhelného popela jsou obvykle kompatibilní se složkami většiny sklovin, a proto může sklovina obsahovat určité množství popela s malým nebo žádným škodlivým vlivem na sklářský produkt, pokud může být popel v tavenině dokonale homogenizován. Avšak množství popela, produkované tehdy, je-li hlavním zdrojem paliva pro obvyklý tavný proces uhlí, je u určitých typů skla, u kterých jsou rozhodující optické požadavky, obtížně homogenizovatelné. Je tedy výhodou tohoto vynálezu, že uhlí se používá jako palivo v odděleném stupni celkového tavného procesu a míchání kmene s popelem probíhá před zkapalňováním. Oddělený předehřívací stupeň také vyžaduje nižší množství energie než je celková spotřeba, a proto je nutné menší množství uhlí a je produkováno méně popela. Navíc bylozjištěno, že celková účinnost stupňovitého procesu tavení snižuje celkovou spotřebu energie pro tavení skloviny, a tak snižuje spotřebu paliva. V důsledku toho může uhlí tvořit největší podíl celkového zdroje energie pro předehřívání i u sklářského kmene plochých skel až na teplotu tavení. V určitých provedeních může uhlí tvořit největší podíl celkového zdroje energie pro celou operaci tavení.The chemical components of coal ash are usually compatible with those of most glass melts, and therefore glass may contain some ash with little or no detrimental effect on the glass product if the ash in the melt can be perfectly homogenized. However, the amount of ash produced when the main fuel source for the conventional smelting process is coal is difficult to homogenize for certain types of glass for which optical requirements are critical. It is therefore an advantage of the present invention that the coal is used as a fuel in a separate stage of the overall melting process and the mixing of the batch with the ash takes place before liquefaction. A separate preheating stage also requires less energy than the total consumption, and therefore less coal is required and less ash is produced. In addition, it has been found that the overall efficiency of the staged melting process reduces the total energy consumption for melting the glass and thus reduces fuel consumption. As a result, coal can account for the largest proportion of the total energy source for preheating even for a glass panes up to the melting point. In certain embodiments, coal can account for the largest proportion of the total energy source for the entire smelting operation.

Nová úprava paliva podle vynálezu může tvořit celý zdroj paliva nebo může doplňovat obvyklé zdroje tepla. Podíl celkové spotřeby energie předehřívacího stupně, ke kterému přispívá nové uspořádání, je podstatný, tzn. že je větší než podíl, který za známého stavu techniky vyplýval z přidávání uhlíkatého materiálu jako tavící přísady, barviva nebo pojivá. Má se za to, že známé způsoby použití uhlíkatého materiálu v tavenině přinášely méně než 5 % energie. Z ekonomických důvodů je výhodné, aby nové využití paliva podle vynálezu bylo maximalizováno tak, aby dodávalo větší část energie prostřednictvím předehřívacího stupně a optimálně veškerou energii.The new fuel treatment according to the invention may constitute the entire fuel source or may be added to conventional heat sources. The proportion of the total energy consumption of the preheating stage, to which the new arrangement contributes, is substantial, ie. It is believed that it is greater than that known in the prior art from the addition of a carbonaceous material as a flux, dye or binder. It is believed that known methods of using carbonaceous material in the melt yielded less than 5% energy. For economic reasons, it is advantageous that the new fuel utilization of the present invention is maximized so as to supply more energy through the preheating stage and optimally all energy.

Další vý'_dou vynálezu je potlačení odpadních emisí produktů nedokonalého spalování, jako je dým, saze nebo látky, které vytékaly z paliva. Jak se materiál kmene v kontaktu s pevným nebo kapalným palivem posunuje směrem k vyhřívané zóně, stoupá postupně teplota paliva a palivo začíná uvolňovat těkavé látky a doutnat předtím, než zcela začne hořet. Z toho vyplývající nežádoucí emise jsou v podstatě eliminovány tímto aspektem vynálezu, protože směr toku plynu v předehřívacím. stupni se udržuje obecně stejný jako směs postupu směsi kmene a paliva předehřívaCS 277291 B6 cím stupněm. Toto souproudné uspořádání má za následek unášení emisí z prvních stadií zahřívání do spalovací zóny, kde spalitelné emise shoří na popel. Nejenže jsou eliminovány nežádoucí emise, ale jejich spalování navíc přispívá k vyhřívání materiálu kmene. Odpadní plyn z předehřívacího stupně může být podroben dalšímu spalování tak, že je veden do·následující spalovací zóny, například do zkapalňovacího stupně.A further object of the invention is to suppress the waste emissions of incomplete combustion products such as smoke, soot or substances that have leaked from the fuel. As the stem material in contact with the solid or liquid fuel moves toward the heated zone, the temperature of the fuel gradually rises and the fuel begins to release the volatiles and smolder before it completely begins to burn. The resulting undesirable emissions are substantially eliminated by this aspect of the invention because of the gas flow direction in the preheater. The step of maintaining the mixture is generally the same as the mixture process of the batch-fuel mixture preheating the step. This co-current arrangement results in entrainment of emissions from the first stages of heating into the combustion zone where the combustible emissions burn to ash. Not only are unwanted emissions eliminated, but their combustion also contributes to the heating of the batch material. The waste gas from the preheating stage may be subjected to further combustion by passing it to a subsequent combustion zone, for example a liquefaction stage.

Z vynálezu vyplývají také další ekologické výhody. Stupňovitý přístup je vhodný k používání kyslíku místo vzduchu při podporování spalování. Eliminace nebo snížení množství dusíku ve spalovacích plynech snižuje množství produkovaných oxidů dusíku (Ν0_χ). Objem odpadního plynu se při použití kyslíku k hoření významně sníží, a tím se snižuje rychlost plynu, což dále vede k menšímu strhávání částic materiálu kmene. Nepřítomnost dusíku má také za následek vyšší teplotu plamene. Použití v podstatě čistého kyslíku a vyloučení veškerého vzduchu tyto výhody maximalizuje, ale tyto výhody mohou být realizovány i částečně v závislosti na míře, kterou koncentrace kyslíku převyšuje koncentraci vzduchu.Other ecological advantages also arise from the invention. The staged approach is suitable for using oxygen instead of air to promote combustion. Eliminating or reducing the amount of nitrogen in combustion gases reduces the amount of nitrogen oxides produced (Ν0 _χ ). The volume of the off-gas is significantly reduced when oxygen is used for combustion, thereby reducing the gas velocity, which further leads to less entrainment of the batch material particles. The absence of nitrogen also results in a higher flame temperature. The use of substantially pure oxygen and the exclusion of all air maximizes these benefits, but these benefits may be realized in part depending on the extent to which the oxygen concentration exceeds the air concentration.

Další ekologickou výhodou je, že je možno potlačit některé sirné emise, obvykle spojené se spalováním paliv obsahujících síru, jako je uhlí. Kontaktem mezi spalovacími plyny a materiálem vsázky (zejména se sklářským kmenem obsahujícím vápenec a podobně) je možno z proudu plynů odstranit oxidy síry.Another environmental advantage is that some sulfur emissions, usually associated with the combustion of sulfur-containing fuels such as coal, can be suppressed. Sulfur oxides can be removed from the gas stream by contact between the combustion gases and the batch material (especially with the glass batch containing limestone and the like).

Při alternativním přístupu, spadajícím do širšího rozsahu vynálezu, se palivo, které může mít obsah popela, spaluje ve stadiu tavícího procesu, věnovaném počátečnímu zkapalnění materiálu kmene, takže veškerá struska vzniklá z přítomného popela v palivu je integrována do zkapalňovaného materiálu. Jelikož je struska včleněna do produktu v časném stadiu tavícího procesu, může být v tomto stupni a v dalších stupních tavícího procesu podrobena homogenizaci.In an alternative approach within the broader scope of the invention, the fuel that may have ash content is burned at the stage of the melting process dedicated to the initial liquefaction of the batch material, so that all slag generated from the ash present in the fuel is integrated into the liquefied material. Since the slag is incorporated into the product at an early stage of the melting process, it can be homogenized at this stage and in the subsequent stages of the melting process.

Výhodné provedení zkapalňovacího stupně vyžaduje skloněné tavící plochy, obklopující centrální dutinu, přičemž velkou část vnitřního povrchu nádoby tvoří tavený materiál, na němž může být zachycen popel nebo struska. Spolu s tím, jak zkapalněný materiál stéká po skloněném povrchu do odtoku, je na skloněný povrch přiváděn kmen. V dalším stupni může být podporován proces tavení. Relativně malá plocha žáruvzdorného materiálu, vystavená při ^kapalňování strusce, snižuje potenciální erozi nádoby a soustředěné stékání strusky do taveniny.A preferred embodiment of the liquefaction stage requires sloping melting surfaces surrounding the central cavity, a large portion of the inner surface of the vessel being a fused material on which ash or slag can be trapped. As the liquefied material flows down the sloping surface into the drain, a trunk is fed to the sloping surface. In the next step, the melting process can be supported. The relatively small area of the refractory material exposed to slag liquidation reduces the potential erosion of the vessel and the concentrated slag flow into the melt.

Materiál vsázky a uhlí nebo i jiné pevné kapalné palivo jsou při spalování paliva ve zkapalňovacím stupni výhodně ve vzájemném kontaktu. Palivo a vsázka mohou být dávkovány odděleně, ale je výhodné je před dávkováním smísit. Jakmile je zkapalňovací zóna zahřáta na bod vzplanutí paliva, je spalování paliva udržováno dodáváním oxidačního činidla, výhodně v podstatě čistého kyslíku, do spalovací zóny. ·.The charge material and the coal or other solid liquid fuel are preferably in contact with each other during combustion of the fuel in the liquefaction stage. The fuel and feed may be metered separately, but it is preferable to mix them before dosing. Once the liquefaction zone is heated to the flash point of the fuel, the combustion of the fuel is maintained by supplying an oxidizing agent, preferably substantially pure oxygen, to the combustion zone. ·.

V alternativním provedení může být ve zkapalňovacím stadiu použit hořák známého typu pro spalování práškových pevných paliv, jako je uhlí. Veškerý popel, strhávaný plynem, se sbírá na obklopujících tavných površích a je integrován do zkapalněného materiálu vsázky.Alternatively, a burner of known type may be used in the liquefaction stage to combust powdered solid fuels such as coal. All the gas entrained by the ash is collected on the surrounding melting surfaces and is integrated into the liquefied charge material.

Pro lepší porozumění vynálezu jsou připojeny výkresy, kde na obr. 1 je výhodné provedení vynálezu, tj. rotační pec, jejíž předehřívací stupeň je v částečném řezu, rotační zkapalňovací komora druhého stupně a rafinační komora třetího stupně a na obr. -2 je zvětšený vertikální řez druhým a třetím stupněm, kde třetí stupeň je vybaven pro hloubkové spalování.For a better understanding of the invention, the drawings are attached in which Fig. 1 is a preferred embodiment of the invention, ie a rotary kiln whose preheating stage is in partial section, a second stage rotary liquefaction chamber and a third stage refining chamber and Fig. -2 is an enlarged vertical view. a second and a third stage section, wherein the third stage is equipped for deep combustion.

Vynález je zvlášť vhodný pro tavení skla, přičemž se hodí pro všechny typy skel včetně plochého skla, obalového skla, skleněného vlákna a sodnokřemičitého skla. Je však samozřejmé, že je vynález možno aplikovat na tavení jiných podobných materiálů a zejména na převádění materiálů typu minerálů do roztaveného stavu. Jako další příklady lze uvést tavení sklovitých a keramických materiálů, glazur a rud.The invention is particularly suitable for melting glass and is suitable for all types of glass including flat glass, container glass, fiberglass and sodium silicate glass. It goes without saying, however, that the invention is applicable to the melting of other similar materials and in particular to the transformation of mineral-type materials into a molten state. Other examples include melting glassy and ceramic materials, glazes and ores.

První stupeň může mít formu různých zařízení pro kontakt plyn/pevná látka, ale výhodná je rotační pec, například jako na obr. 1. Alternativou jsou známá zařízení na bázi fluidního lože nebo cyklonového kontaktního separátoru.The first stage may take the form of various gas / solid contact devices, but a rotary kiln is preferred, for example as in Fig. 1. An alternative is the known fluidized bed or cyclone contact separator devices.

Na obr. 1 je znázorněna rotační pec a na obr. 2 je řez zkapalňovacxm zařízením.Fig. 1 shows a rotary kiln and Fig. 2 is a cross-sectional view of a liquefaction apparatus.

Rotační pec 1 je tvořena válcovým pláštěm 2, otáčivě podpíraným válečky 3 v mírném úhlu vůči horizontále. Postačující může být jednoduchý kovový plášť, jak je znázorněn na obr. 1, nebo lze dosáhnout lepší tepelné účinnosti pomocí žáruvzdorné vyzdívky nebo dvojitého kovového pláště s izolací mezi jednotlivými stěnami.The rotary kiln 1 is formed by a cylindrical shell 2 rotatably supported by rollers 3 at a slight angle to the horizontal. A single metal sheath, as shown in Fig. 1, may suffice, or a better thermal efficiency may be achieved by means of a refractory lining or a double metal sheath with insulation between the walls.

Vstupní konec rotační pece 1 je uzavřen stacionárním krytemThe inlet end of the rotary kiln 1 is closed by a stationary cover

4. Přívodní potrubí 5 prochází stěnou krytu 4, a přivádí do rotační pece 1 práškový materiál vsázky z dávkovacího zařízení 6. Vsázka B může být před vstupem do rotační pece 1 smísena s palivem nebo může palivo a vsázka vstupovat do rotační pece odděleně a tam potom dochází k míšení. Potrubím 7, procházejícím stěnou vstupního krytu 4, může být do rotační pece přiváděn oxidační plyn (například vzduch, ale výhodně kyslík). Potrubí 7 může do rotační pece 1 vyčnívat v dostatečné vzdálenosti, a tak vytvářet spalovací zónu v určité vzdálenosti za oblastí zakládání vsázky. Materiál vsázky, obsahující kyslíkaté sloučeniny, jako jsou karbonáty, může svým obsahem kyslíku podporovat spalování. Je to výhodné z toho důvodu, že je oxid uhličitý odstraněn ze vsázky před zkapalněním. Po zkapalnění by oxid uhličitý tvořil v tavenině bubliny, které se obtížně odstraňují. Ve výhodném provedení procházejí produkty spalování souběžně s kmenem rotační pece 1'do zkapalňovacího zařízení 10 druhého stupně výstupním uzávěrem 36. který spojuje oba stupně.4. The feed line 5 passes through the wall of the housing 4, and feeds the powder material of the feed from the metering device 6 to the rotary kiln. Charge B may be mixed with fuel prior to entering the rotary kiln or fuel and feed may enter the rotary kiln separately mixing occurs. Through a conduit 7 passing through the wall of the inlet cover 4, oxidizing gas (e.g. air, but preferably oxygen) can be supplied to the rotary kiln. The duct 7 can protrude into the rotary kiln 1 at a sufficient distance, thus creating a combustion zone at a certain distance beyond the charge loading area. The oxygen-containing charge material, such as carbonates, can promote combustion by its oxygen content. This is advantageous because the carbon dioxide is removed from the batch before liquefaction. Upon liquefaction, carbon dioxide would form bubbles in the melt that are difficult to remove. In a preferred embodiment, the combustion products, in parallel with the rotary kiln log 1 ', pass into the second stage liquefaction apparatus 10 through an outlet cap 36 which connects the two stages.

Hoření může být ve spalovací zóně zahájeno pomocným vyhřívacím zařízením, například hořákem, umístěným dočasně v peci.The combustion may be initiated in the combustion zone by an auxiliary heating device, for example a burner, placed temporarily in the furnace.

Jakmile je hoření paliva v kontaktu s kmenem stabilizováno, může být spalovací zóna udržována ve v podstatě fixní oblasti rotační pece vyrovnáváním rychlosti přívodu kyslíku a rychlosti, kterou kmen a palivo postupuji pecí. Rychlost tohoto postupu se v podstatě reguluje rychlostí rotace nakloněné pece. Pevné materiály a plynné proudy se pohybují rotační pecí souběžně, takže těkavé látky původně uniklé z paliva jsou vnášeny do spalovací zóny, kde jsou spáleny na popel.Once the combustion of fuel in contact with the batch is stabilized, the combustion zone can be maintained in a substantially fixed region of the rotary kiln by balancing the oxygen feed rate and the rate at which the batch and fuel pass through the furnace. The speed of this process is substantially controlled by the rate of rotation of the inclined furnace. Solid materials and gaseous streams move in a rotary kiln concurrently, so that the volatile substances originally escaped from the fuel are introduced into the combustion zone where they are burned to ashes.

I když to není výhodné, mohou plyny a kmen postupovat v rotační peci nebo v jiném předehřívacím zařízení navzájem protiproudně. V tom případě může být nezbytné použití zařízení pro ekologické zneškodnění odpadu, například pytlového sběrače pro částice. Část odpadních plynů může být recyklována do spalovací zóny ve stupni předehřívání nebo spalování, aby se z ní odstranily spalitelné látky. Jinou metodou zpracování odpadního plynu a rekuperace odpadního tepla je, jestliže se odpadní plyn uvádí do kontaktu s materiálem kmene v dalším předřazeném předehřívacím stupni. Kmen, který obsahuje karbonáty (například vápenec) je také vhodný k oddělování oxidů síry z odpadních plynů.Although not preferred, the gases and the batch may flow countercurrently in a rotary kiln or other preheating device. In this case, it may be necessary to use an environmentally friendly waste disposal device, for example a particle bag collector. Some of the waste gases may be recycled to the combustion zone in the preheating or incineration stage to remove combustible substances therefrom. Another method of waste gas treatment and waste heat recovery is when the waste gas is contacted with the batch material in a further pre-heating stage. A strain that contains carbonates (e.g. limestone) is also suitable for separating sulfur oxides from waste gases.

Konkrétní výhodné provedení zkapalňovacího zařízení 10 druhého stupně je znázorněno na obr. 2a je v souladu s údaji v patentu USA č. 4 381 934 Kunkla a dalších.A particular preferred embodiment of the second stage liquefaction apparatus 10 is shown in Fig. 2a in accordance with the teachings of U.S. Patent No. 4,381,934 to Kunkla et al.

Druhý stupeň je upraven pro zkapalňování kmene a je charakterizován svažitým tavným povrchem, zachycujícím materiály kmene, které tají jako tenká vrstva na svažitém povrchu a po zkapalnění z něj rychle odtékají. Zde znázorněné zkapalňovací zařízení 10 je výhodným provedením Kunklova uspořádání, kde svažitý povrch v podstatě obklopuje centrální dutinu a. nádoba rotuje kolem v podstatě vertikální osy. Kruhové uspořádání nabízí určité výhody z hlediska tohoto vynálezu a z hlediska účinnosti tavícího procesu obecně, ale v širším aspektu není vynález omezen na kruhové uspořádání zkapalňovací zóny.The second stage is adapted to liquefy the trunk and is characterized by a sloping melt surface, capturing the trunk materials, which melt as a thin layer on the sloping surface and, after liquefaction, rapidly flow therefrom. The liquefaction device 10 shown herein is a preferred embodiment of the Kunkl arrangement wherein the sloping surface substantially surrounds the central cavity and the container rotates about a substantially vertical axis. The circular arrangement offers certain advantages in terms of the present invention and in terms of efficiency of the melting process in general, but in a broader aspect, the invention is not limited to the circular arrangement of the liquefaction zone.

Oddělením zkapalňovací zóny od zbytku tavícího procesu dochází k účinnějšímu využití energie v každém stupni procesu optimalizací podmínek v každém stupni z hlediska konkrétních potřeb procesu probíhajícího v daném stupni. Dalšího zvýšení účinnosti lze dosáhnout obklopením vytápěné zóny materiálem kmene a použitím izolační vrstvy kmene nebo kompatibilního materiálu k tepelné izolaci zkapalňovací zóny. Vzhledem k celkové energetické účinnosti vícestupňového procesu a vzhledem k tomu, že ve zkapalňovací zóně se spotřebuje pouze část celkové energetické spotřeby na tavení, bylo zjištěno, že množství energie, spotřebované ve zkapalňovacím stupni, je relativně nízké, a je možno účinně používat různé tepelné zdroje. Výhodné je spalování paliva, zejména kyslíkovým plamenem, a je možno používat elektrické zdroje, jako je elektrický oblouk nebo plazmový hořák. Uhlí nebo jiné pevné palivo může tvořit část celkového paliva ve druhém stupni, z něhož určité množství může být nespálené palivo z prvního stupně. Je-li v prvním stupni produkován oxid uhelnatý, může být odpadní plyn z prvního stupně veden do druhého stupně, kde může dodávat podstatnou část potřebné energie.By separating the liquefaction zone from the rest of the melting process, energy is used more efficiently at each stage of the process by optimizing the conditions at each stage in view of the specific needs of the process taking place in that stage. Further efficiency gains can be achieved by encircling the heated zone with the material of the batch and by using a batch insulation layer or compatible material to heat insulate the liquefaction zone. Given the overall energy efficiency of the multi-stage process and given that only part of the total melting energy consumption is consumed in the liquefaction zone, it has been found that the amount of energy consumed in the liquefaction stage is relatively low and different heat sources can be used effectively. . It is preferred to burn the fuel, in particular with an oxygen flame, and to use electrical sources such as an electric arc or plasma torch. The coal or other solid fuel may form part of the total fuel in the second stage, of which some may be unburned fuel from the first stage. If carbon monoxide is produced in the first stage, the off-gas from the first stage can be passed to the second stage where it can supply a substantial part of the energy required.

Zkapalňovací zařízení 10 na obr. 2 sestává z obecně válcové nádoby 12, která může být tvořena ocelovým válcem. Nádoba 12 ie nesena kruhovým rámem 14, který je za účelem rotace kolem obecně vertikální osy odpovídající středové linii nebo ose symetrie nádoby namontován na nosných válečcích 16 a vyrovnávacích válečcích 18. Spodní sekce 20 nádoby obsahuje osově uspořádané prstencové pouzdro 22. definující centrální výtokový otvor 24. Pouzdro 22 může být tvořeno množstvím keramických dílů a spodní sekce 20 může být oddělitelně připevněna ke zbytku nádoby 12, aby usnadňovala výměnu pouzdra 22.The liquefaction device 10 of FIG. 2 consists of a generally cylindrical container 12, which may be a steel cylinder. The container 12 is supported by a circular frame 14 which, for rotation about a generally vertical axis corresponding to the centerline or axis of symmetry of the container, is mounted on the support rollers 16 and the alignment rollers 18. The lower section 20 of the container comprises an axially arranged annular bush 22 defining a central spout 24 The housing 22 may be a plurality of ceramic parts and the bottom section 20 may be detachably attached to the remainder of the container 12 to facilitate the replacement of the housing 22.

Víko 26 ze žáruvzdorného materiálu, výhodně ve tvaru vypouklé kopule, má stabilní oporu, tvořenou obklopujícím rámovým členem 28. Víko 26 může mít alespoň jeden otvor, kterým může procházet alespoň jedno chlazené potrubí 30 pro přívod plynu. Potrubí 30 může tvořit hořák nebo pouze přívodní potrubí pro kyslík nebo jiný oxidační prostředek, podporující hoření paliva, přiváděného do zkapalňovací komory. Je-li palivo přiváděno z prvního stupně, může být potrubí 30 použito k přivádění kyslíku a podobně do nádoby po dosažení zápalné teploty. Popřípadě může být kromě energie, dodávané palivem z prvního stupně, část tepla pro zkapalňovací stupeň dodávána běžným hořákem nebo jiným zdrojem tepla. Potrubí 30 může být umístěno centrálně, jak je znázorněno, aby byla celá dutina zaplavena kyslíkem nebo může být zahnuté nebo umístěno mimo střed a tak usměrňovat kyslík a/nebo palivo na tavící se vrstvu.The refractory material lid 26, preferably in the form of a domed dome, has a stable support formed by the surrounding frame member 28. The lid 26 may have at least one opening through which at least one cooled gas supply conduit 30 may pass. The conduit 30 may be a burner, or only an oxygen or other oxidant-promoting conduit for the combustion of fuel supplied to the liquefaction chamber. When fuel is supplied from the first stage, line 30 may be used to supply oxygen and the like to the vessel after the ignition temperature has been reached. Optionally, in addition to the energy supplied by the fuel from the first stage, part of the heat for the liquefaction stage may be supplied by a conventional burner or other heat source. The conduit 30 may be positioned centrally, as shown, to flood the entire cavity with oxygen, or may be bent or positioned off center to direct the oxygen and / or fuel to the melting layer.

Víko 26 může být opatřeno otvorem 32 pro přívod kmene do zkapalňovacího stupně a jak je znázorněno na obr. 2, výstupní uzávěr 36 na konci rotační pece 1 může být opatřen násypkou pro usměrňování materiálu do zkapalňovacího stupně. Na konci násypky může být upravena nastavitelná přepážka 38 pro usměrnění toku kmene na boční stěny nádoby 12♦The lid 26 may be provided with an opening 32 for feeding the log to the liquefaction stage and, as shown in Fig. 2, the outlet closure 36 at the end of the rotary kiln 1 may be provided with a hopper for directing the material to the liquefaction stage. An adjustable baffle 38 may be provided at the end of the hopper to direct the flow of the trunk to the side walls of the container 12 ♦.

Výhodně je vnitřek nádoby 12 lemován stabilní vrstvou 40 práškového materiálu. Tato vrstva působí jako izolační vyzdívka k ochraně nádoby 12 před teplem uvnitř nádoby. V těch aplikacích, kde je třeba zabránit znečištění materiálu produktu, je vrstva 40 výhodně v podstatě stejného složení jako kmen. Před zahájením tavícího procesu je v tavné nádobě 12 vsypáním sypkého práškového materiálu, jako je materiál kmene, za její rotace vytvořena stabilní vrstva 40. Sypký materiál má přibližně parabolický obrys, jak je znázorněno na obr. 2. V počátečním stadiu vytváření stabilní vrstvy 40 může být práškový materiál- zvlhčen, například vodou, pró usnadnění adheze vrstvy k bočním stěnám. Je-li vrstva 40 z materiálu kmene, nemusí obsahovat palivo, které může být do kmene zamícháno až v průběhu procesu. Na závadu nemusí být ani jiné menší rozdíly mezi materiálem vrstvy a protaveným materiálem, v závislosti na požadavcích konkrétního postupu.Preferably, the interior of the container 12 is flanked by a stable layer 40 of powdered material. This layer acts as an insulating lining to protect the container 12 from the heat inside the container. In those applications where contamination of the product material is to be avoided, the layer 40 is preferably substantially of the same composition as the strain. Prior to commencing the melting process, a stable layer 40 is formed in the melt vessel 12 by pouring a loose powder material such as a batch material while rotating it. The loose material has an approximately parabolic outline as shown in Figure 2. The powder material may be moistened, for example with water, to facilitate adhesion of the layer to the side walls. If the layer 40 is a batch material, it may not contain fuel, which can only be blended into the batch during the process. There may be no other minor differences between the layer material and the molten material, depending on the requirements of the particular process.

Během tavícího procesu vzniká kontinuálním přívodem kmene do zkapalňovacího zařízení 10 sestupný proud kmene, který je distribuován po čelní ploše stabilní vrstvy 40,, a působením tepla spalování v nádobě 12, je zkapalňován na přechodnou vrstvu 42. která stéká ke dnu nádoby a vytéká otevřeným otvorem 24 v pouzdru <22. Zkapalněný materiál 44 stéká z prvního stupně zkapalňovacího zařízení 10 do druhého stupně 11 k dalšímu zpracování. Tímto způsobem může být efektivně prováděn počáteční stupeň zkapalňování kmene, protože materiál, jakmile byl zkapalněn, je ihned odstraňován z blízkosti zdroje tepla a je kontinuálně doplňován čerstvým kmenem, a tak si udržuje velký teplotní rozdíl, a tedy velkou rychlost přenosu tepla ve zkapalňovací nádobě. Konstantní doplňování relativně chladným čerstvým kmenem v součinnosti s izolační vrstvou 40, slouží k zachování strukturní integrity zkapalňovací nádoby bez použití jejího nuceného chlazení.During the melting process, by continuously feeding the batch to the liquefaction apparatus 10, a descending stream of the batch is distributed over the front surface of the stable layer 40 and is liquefied to the intermediate layer 42 by the combustion heat. 24 in housing <22. The liquefied material 44 flows from the first stage of the liquefaction apparatus 10 to the second stage 11 for further processing. In this way, the initial strain liquefaction step can be efficiently performed, since the material, once liquefied, is immediately removed from the vicinity of the heat source and is continuously replenished with fresh strain, thus maintaining a large temperature difference and thus a high heat transfer rate in the liquefaction vessel. Constant replenishment with a relatively cold fresh strain in conjunction with the insulating layer 40 serves to maintain the structural integrity of the liquefaction vessel without using its forced cooling.

Materiál stabilní vrstvy 40 poskytuje tepelnou izolaci a výhodně také slouží jako nekontaminující kontaktní povrch pro tavící se přechodnou vrstvu 42, a nejvýhodněji tato stabilní vrstva 40 obsahuje jednu nebo více složek kmene. Je žádoucí, aby tepelná vodivost materiálu, použitého jako tato vrstva, byla relativně nízká, tak, aby bylo možno použít vrstvy praktické tloušťky a nebylo nutno používat nákladné nucené vnější chlazení nádoby. Obecně poskytují dobrou tepelnou izolaci granulované nebo práškové suroviny minerálního původu, ale v některých případech je možno použít jako nekontaminující stabilní vrstvu meziprodukt nebo produkt tavení. Například při výrobě skla může stabilní vrstvu tvořit práškový střep (odpadní sklo), ačkoli vzhledem k vyšší tepelné vodivosti skla oproti vodivosti sklářského kmene bude asi nutná vrstva větší tloušťky. Na druhé straně při metalurgických procesech by použití kovového produktu jako stabilní vrstvy 40 k tepelné ochraně nádoby znamenalo nadměrnou tloušťku vrstvy, ale funkci izolační vrstvy mohou uspokojivě zastávat některé rudné materiály.The material of the stable layer 40 provides thermal insulation and preferably also serves as a non-contaminating contact surface for the melting intermediate layer 42, and most preferably the stable layer 40 comprises one or more batch components. It is desirable that the thermal conductivity of the material used as this layer be relatively low, so that layers of practical thickness can be used and the costly forced external cooling of the container is not required. They generally provide good thermal insulation of the granular or powdered raw material of mineral origin, but in some cases an intermediate or melting product may be used as a non-contaminating stable layer. For example, in the manufacture of glass, a stable layer may be a shard (waste glass), although due to the higher thermal conductivity of the glass compared to that of the glass batch, a layer of greater thickness may be required. On the other hand, in metallurgical processes, the use of a metal product as a stable layer 40 to thermally protect the vessel would result in excessive layer thickness, but some ore materials may satisfactorily function as an insulating layer.

Výše popsané výhodné provedení zkapalňovacího stupně používá rotaci vrstvy kolem centrální dutiny, ale je zřejmé, že vynález je použitelný i na případy, kde vrstva obklopuje centrální dutinu, ale nerotuje. Vynález je také použitelný na případy, kde je vrstva tvořena skloněným povrchem, ale neobklopuje tepelný zdroj (například tavení probíhá na rampě). Příklady takových obměn jsou uvedeny v citovaném patentu.The preferred embodiment of the liquefaction stage described above uses the rotation of the layer around the central cavity, but it will be understood that the invention is applicable to cases where the layer surrounds the central cavity but does not rotate. The invention is also applicable to cases where the layer is formed by an inclined surface but does not surround the heat source (for example, melting takes place on a ramp). Examples of such variations are set forth in the cited patent.

Jako oxidační činidlo může být používán· vzduch, ale je výhodné používat kyslík (tj. vyšší koncentraci kyslíku než ve vzduchu) za účelem snížení objemu prosazeného plynu. V důsledku toho může být zařízení prvního i druhého stupně vytvořeno kompaktně, protože odpadní plyn má relativně malý objem a vysokou teplotu. Odstranění dusíku ze systému kromě toho zvyšuje sálavost plamene, a tedy přenos tepla. Intenzívní teplo spalování, podporované kyslíkovým hořením, je v souladu s výhodným provedením druhého stupně vzhledem k tepelné ochraně a účinnému přenosu tepla, umožňovanému stabilní izolační vrstvou.Air may be used as the oxidizing agent, but it is preferable to use oxygen (i.e., a higher oxygen concentration than in the air) to reduce the volume of gas introduced. As a result, the first and second stage apparatuses can be made compact because the waste gas has a relatively small volume and high temperature. In addition, removal of nitrogen from the system increases the flame radiation and hence heat transfer. The intense heat of combustion, supported by oxygen burning, is in accordance with the preferred embodiment of the second stage with respect to thermal protection and efficient heat transfer, provided by a stable insulating layer.

Teplota, dosahovaná v předehřívacím stupni, závisí na objemu spalování, který je závislý na množství přiváděného paliva a plynu. I malý objem spalování je přínosem vzhledem k teplu, které předává materiálu kmene. Ve výhodném provedení je objem tepla, vzniklý spalováním v prvním stupni, dostačující k vytvoření maximálního přírůstku teploty kmene bez roztavení jeho složek tak, že kmen přestane být volně sypný. Například typický sklářský kmen pro ploché sklo, obsahující podstatné množství bezvodé sody, by měl být v podstatě omezen na teplotu pod teplotou tavení bezvodé sody (851 ’C), výhodně nižší, aby se předešlo ucpání rotační pece. Ve kmeni, přiváděném do prvního stupně, je také možno vynechat složky s relativně nízkou teplotou tavení, které potom mohou být přiváděny přímo do druhého stupně, a tak umožnit dosažení vyšších teplot v prvním stupni. Výhodně se při teplotách nad asi 870 ’C kalcinuje uhličitan vápenatý a uhličitan hořečnatý/ typické složky sklářského kmene, tj. rozkládají se a uvolňují oxid uhličitý. Uvolnění oxidu uhličitého v době, kdy jsou materiály ještě v pevném stavu, je výhodné, protože zabraňuje vytváření bublin oxidu uhličitého v tavenině. V předehřívacím stupni je možno dosáhnout ještě vyšších teplot, je-li materiál, zahřívaný v tomto stupni, omezen na část kmene s nejvyšší teplotou tavení a zbylé složky jsou přiváděny přímo do některého následujícího stupně. Například je-li v rotační peci zahříván pouze písek, je možno při předehřívání dosáhnout teplot nad 1 000 C. Pro všechny materiály, které nejsou vedeny do prvního stupně, může být upraveno zvláštní předehřívací zařízení. Některé složky sklářského kmene, jako je bezvodá soda a hydroxid sodný, mohou být přiváděny do druhého stupně v roztavené formě. Pracuje-li první stupeň při relativně vysoké teplotě, mohou být přímo do druhého stupně přiváděny střepy, které mohou být v tomto případě předehřívány kontaktem s odpadním plynem.The temperature reached in the preheating stage depends on the combustion volume, which is dependent on the amount of fuel and gas supplied. Even a small amount of combustion is beneficial due to the heat it passes to the material of the batch. In a preferred embodiment, the volume of heat generated by combustion in the first stage is sufficient to produce a maximum temperature increase of the batch without melting its components so that the batch ceases to be free flowing. For example, a typical flat glass batch containing a substantial amount of anhydrous soda should be substantially limited to a temperature below the anhydrous soda melting point (851 ° C), preferably lower, to avoid clogging of the rotary kiln. In the batch fed to the first stage, it is also possible to omit relatively low melting point components, which can then be fed directly to the second stage, thus allowing higher temperatures in the first stage to be achieved. Preferably, at temperatures above about 870 ° C, calcium carbonate and magnesium carbonate / typical constituents of the glass batch are calcined, i.e., they decompose and release carbon dioxide. Releasing carbon dioxide while the materials are still solid is advantageous because it prevents the formation of carbon dioxide bubbles in the melt. Even higher temperatures can be achieved in the preheating stage if the material heated in this stage is limited to the portion of the batch having the highest melting point and the remaining components are fed directly to a subsequent stage. For example, if only sand is heated in a rotary kiln, temperatures above 1000 C can be achieved in preheating. For all materials not led to the first stage, a separate preheating device may be provided. Some components of the glass batch, such as anhydrous soda and sodium hydroxide, can be fed to the second stage in molten form. If the first stage operates at a relatively high temperature, cullet may be fed directly to the second stage, which in this case may be preheated by contact with the waste gas.

Při většině provozních teplot může v prvním stupni vznikat určité množství oxidu uhelnatého, nedostačuje-li přiváděné množství kyslíku k dokonalému spálení paliva. Tak může být odpadní plyn z prvního stupně veden do druhého stupně, kd.e tento oxid uhelnatý slouží, spolu s přídavkem kyslíku, jako část paliva pro druhý stupeň. Při vyšších teplotách v produktech spalování stoupá podíl oxidu uhelnatého a klesá podíl oxidu uhličitého. Takže k produkci převládajícího podílu oxidu uhelnatého jako paliva pro druhý stupeň je výhodné používat v prvním stupni maximální teplotu vyšší než asi 900 ’C. Dodává-li se dostatek paliva a je nedostatek kyslíku, může být celá spotřeba paliva ve druhém stupni hrazena oxidem uhelnatým z prvního stupně. Spalováním paliva na oxid uhelnatý se uvolňuje přibližně jedna třetina tepelného obsahu paliva a zbytek je uvolňován při spalování oxidu uhelnatého na oxid uhličitý. Proto je při výběru množství oxidu uhelnatého produkovaného v prvním stupni nutno brát v úvahu relativní spotřebu energie v prvním a ve druhém stupni. Například sklářský kmen je schopen využít v předehřívacím stupni dvakrát tolik energie jako ve zkapalňovacím stupni, takže produkce pouze oxidu uhličitého v prvním stupni nemusí být nejefektivnějším využitím energie. Při předehřívání kompletního sklářského kmene pro ploché sklo může být dosaženo výhodné distribuce tepelného obsahu paliva tehdy, vychází-li z prvního stupně přibližně 50 % oxidu uhelnatého a 50 % oxidu uhličitého (molárně).At most operating temperatures, some carbon monoxide may be produced in the first stage if the oxygen supply is not sufficient to completely burn the fuel. Thus, the off-gas from the first stage can be passed to the second stage where the carbon monoxide serves, along with the addition of oxygen, as part of the fuel for the second stage. At higher temperatures in the products of combustion, the proportion of carbon monoxide increases and the proportion of carbon dioxide decreases. Thus, to produce the predominant carbon monoxide fraction as fuel for the second stage, it is preferable to use a maximum temperature in the first stage of greater than about 900 ° C. If enough fuel is supplied and there is a lack of oxygen, the entire fuel consumption in the second stage can be covered by the carbon monoxide from the first stage. Combustion of the fuel to carbon monoxide releases about one third of the heat content of the fuel, and the remainder is released when the carbon monoxide is burned to carbon dioxide. Therefore, when selecting the amount of carbon monoxide produced in the first stage, account must be taken of the relative energy consumption of the first and second stages. For example, the glass batch is able to use twice as much energy in the preheating stage as in the liquefaction stage, so that only carbon dioxide production in the first stage may not be the most efficient use of energy. By preheating a complete flat glass batch, it is possible to achieve an advantageous distribution of the heat content of the fuel if approximately 50% of carbon monoxide and 50% of carbon dioxide (molar) start from the first stage.

Možnost využívat uhlí je výhodou vynálezu z hlediska hojných zásob a relativně nízké ceny uhlí v některých oblastech. Avšak při způsobu podle vynálezu je možno s výhodou použít i jiných pevných nebo kapalných uhlíkatých paliv, například topného oleje, koksového hrášku, petrolejového koksu, rašeliny a lignit, naftonosných břidlic, pilin, bagasy a papírového odpadu. Výhodou kapalných ropných produktů, jako je topný olej, je zvlhčování kmene, a tedy potlačení tvorby prachu a strhávání do odpadního plynu.The possibility of using coal is an advantage of the invention in terms of abundant reserves and relatively low coal prices in some areas. However, other solid or liquid carbonaceous fuels, such as fuel oil, coke peas, kerosene coke, peat and lignite, naphtha shale, sawdust, bagasse and paper waste may also be advantageously used in the process of the invention. The advantage of liquid petroleum products, such as fuel oil, is the wetting of the batch and thus suppression of dust formation and entrainment into the waste gas.

Z ekonomických důvodů je výhodným palivem uhlí, zejména dehtovité uhlí. Výhřevnost typického pennsylvánského dehtovitého uhlí je obecně v rozmezí 25,5 až 34,8 MJ/kg a obsah popela v rozmezí 3 až 9 % v závislosti na původu. Obvykle se uvažuje, že tavení skla v běžné, efektivně provozované regenerační peci s horním spalováním, spalující zemní plyn nebo topný olej, spotřebuje alespoň asi 7 až 8 MJ/kg na tunu produkovaného skla. Vezmeme-li například typické pennsylvánské uhlí s výhřevností asi 32 MJ/kg a obsahem popela asi 7 % hmot., potom by jeho spalováním v běžné sklářské peci při uhrazení celkové spotřeby tavení vznikalo nepřijatelně vysoké množství popela. Jak bylo zjištěno, výše popsaný zkapalňovací proces spotřebuje asi 2,3 až 3,5 MJ/kg na tunu prosazení. Při této hladině spotřeby energie je k jejímu uhrazení třeba mnohem méně uhlí, a tedy popel, vnesený z uhlí do taveniny, je na přijatelné úrovni i pro produkci skla s vysokými požadavky na kvalitu, tj. plochého skla.For economic reasons, the preferred fuel is coal, especially tar coal. The calorific value of typical Pennsylvania tarry coal is generally in the range of 25.5 to 34.8 MJ / kg and the ash content is in the range of 3 to 9% depending on the origin. It is generally contemplated that melting glass in a conventional, efficiently operated, top-fired regenerative furnace firing natural gas or fuel oil consumes at least about 7-8 MJ / kg per tonne of glass produced. Taking, for example, typical Pennsylvania coal with a calorific value of about 32 MJ / kg and an ash content of about 7% by weight, burning it in a conventional glass furnace to meet the total melting consumption would produce an unacceptably high amount of ash. It has been found that the liquefaction process described above consumes about 2.3 to 3.5 MJ / kg per ton of throughput. At this level of energy consumption, much less coal is required to pay for it, and hence the ash introduced from the coal into the melt is also acceptable for the production of glass with high quality requirements, ie flat glass.

Množství použitého uhlí závisí na teplotě, dosahované v předehřívacím stupni a na tepelném obsahu konkrétního uhlí, který je funkcí jeho pevného obsahu uhlíku. Protože spalování může být nedokonalé pro nepřípustnost všech částí uhlí pro kyslík, může být výhodné používat mírně vyšší množství uhlí než teoretické. Například asi 2 až 3 % shora popsaného pennsylvánského uhlí, přimíšeného ke sklářskému kmeni pro ploché sklo, je-li spalováno s přebytkem kyslíku, předehřeje kmen na asi 550 až 650 °C, jak bylo zjištěno. Množství oxidu uhelnatého, vznikající v tomto případě, je malé. Sklářský kmen pro ploché sklo, je-li sodná surovina (tj. bezvodá soda) vynechána z prvního stupně (a tedy obsahující hlavně písek, vápenec a dolomit) s přimíšenými asi 6 až 10 % hmot. uhlí je předehřát při spalování na asi 1 100 až 1 300 °C. Podstatné množství vápence a dolomitu je kalcinováno, a dodává-li se do spalovací zóny omezené množství kyslíku, převládá v produktech spalování oxid uhelnatý nad oxidem uhličitým. Uhlí může být doplňováno jinými uhlíkatými palivy v množství daném jejich tepelným obsahem.The amount of coal used depends on the temperature reached in the preheating stage and on the heat content of the particular coal, which is a function of its solid carbon content. Since combustion may be imperfect due to the inadmissibility of all parts of the coal for oxygen, it may be advantageous to use slightly higher amounts of coal than theoretical. For example, about 2 to 3% of the above described Pennsyltan charcoal admixed with a flat glass glass batch, when combusted with an excess of oxygen, preheats the batch to about 550 to 650 ° C as found. The amount of carbon monoxide produced in this case is small. The flat glass glass batch, if the sodium raw material (i.e., anhydrous soda) is omitted from the first stage (and thus containing mainly sand, limestone and dolomite) with about 6 to 10 wt. The coal is preheated to about 1,100 to 1,300 ° C during combustion. Substantial amounts of limestone and dolomite are calcined, and if a limited amount of oxygen is supplied to the combustion zone, carbon monoxide over carbon dioxide predominates in the combustion products. The coal may be replenished by other carbonaceous fuels in an amount given by their heat content.

Je třeba zdůraznit, že zatímco palivo v kontaktu s kmenem výhodně poskytuje alespoň většinu a výhodně veškerou energii potřebnou pro předehřívací stupeň, lze výhod vynálezu dosáhnout do určitého stupně s menším množstvím paliva, přiváděného s kmenem. V takovém případě musí být určitá část energie dodána běžným hořákem, vyhřívajícím předehřívací stupeň. V provedeních, kde je v předehřívacím stupni tok plynu protiproudný vůči toku kmene, může být určitá část energie pro předehřívání dodána odpadním plynem ze zkapalňovacího stupně, vedeným do předehřívacího stupně. Pevná paliva, která se mísí s kmenem, jsou výhodně jemně rozmělněná. Uhlí například výhodně není hrubší než 60 mesh a bylo zjištěno, že zcela vyhovující je uhlí o velikosti 200 mesh. Teplota vzplanutí uhlí se poněkud mění, ale oxidace typického dehtoví tého uhlí může začínat při asi 170 °C a spalování se obvykle samo ustaluje při teplotách nad 250 °C, je-li dodáván čistý kyslík.It should be emphasized that while the fuel in contact with the batch preferably provides at least most and preferably all of the energy required for the preheating stage, the advantages of the invention can be achieved to some degree with less fuel being fed with the batch. In this case, some of the energy must be supplied by a conventional burner heating the preheating stage. In embodiments where in the preheating stage the gas flow is countercurrent to the trunk flow, some of the preheating energy may be supplied by the off-gas from the liquefaction stage to the preheating stage. The solid fuels which mix with the batch are preferably finely divided. For example, the coal preferably is not coarser than 60 mesh and 200 mesh coal has been found to be fully satisfactory. The flash point of the coal varies somewhat, but the oxidation of a typical tar of coal can begin at about 170 ° C and combustion usually stabilizes itself at temperatures above 250 ° C when pure oxygen is supplied.

Typický obsah popela ve 25 hmot. dílech uhlí je:Typical ash content in 25 wt. parts of coal is:

hmot. dílywt. parts

SiO₂ 1,2SiO ₂ 1.2

Al₂03 0,6Al ₂ 03 0.6

Fe₂O₃ 0,27 hmot. dílyFe ₂ O ₃ 0.27 wt. parts

CaO CaO 0,1 0.1 Na a K Na and K 0,5. 0.5. Je zřejmé, že tyto složky i Obviously, these components i popela jsou kompatibilní se ; the ashes are compatible; natokřemičitým sklem, které silica glass, which může mít složení: can be composed of: % hmot. % wt. SiO₂ SiO ₂ 72 až 72 to 74 74 ^2θ3 ^ 2θ3 0 až 0 to 2 2 Na₂ONa ₂ O 12 až 12 to 15 15 Dec ^K2° ^K 2 ° 0 až 0 to 1 1 MgO MgO 3 až 3 to 5 5 CaO CaO 8 až 8 to 10 10 ^^θ2θ3^ ^θ 2θ3 0 až 0 to 0,2 0.2 S°3 S ° 3 0 až 0 to 0,5. 0.5. Sodnovápenatokřemičité sklo Soda-lime-silica glass uvedeného typu má of this type has obvykle usually

alespoň 0,1 MPa.s při teplotě 1-425 ’C.at least 0.1 MPa.s at 1-425 ’C.

Teplota, při které je vsázka ve druhém stupni zkapalňována, závisí na konkrétním složení vsázky, zejména na množství a teplotě tavení jejích složek s nejnižší teplotou tavení. U sklářského kmene je nejobvyklejší složkou, tavící se při nízké teplotě, bezvodá soda, která se taví při 851 ”C. V praxi bylo zjištěno, že komerční sklářské kmeny pro výrobu plochého skla jsou zkapalňovány při poněkud vyšší teplotě, tj. asi 1 090 až asi 1 150 *C. Teplo ve zkapalňovacím stupni může ještě mírně zvýšit teplotu zkapalněného materiálu před jeho vytečením ze stupně, a tak může mít zkapalněný kmen, vytékající ze zkapalňovacího stupně, například teplotu řádově asi 1 260, ale obvykle ne více než 1 320 °C. Tato teplota a krátká doba zdržení ve zkapalňovací nádobě jsou zřídka adekvátní tomu, aby byly plně dokončeny složité chemické a fyzikální reakce, probíhající při tavícím procesu. Zkapalněný materiál je potom proto veden do třetího, rafinačního stupně 11, ve kterém tavící proces dále pokračuje.The temperature at which the feedstock is liquefied in the second stage depends on the particular composition of the feedstock, in particular the amount and melting point of its components having the lowest melting point. In the glass batch, the most common low melting component is anhydrous soda, which melts at 851 ° C. In practice, it has been found that commercial glass batches for the production of flat glass are liquefied at a somewhat higher temperature, i.e. about 1090 to about 1150 ° C. The heat in the liquefaction stage may still slightly increase the temperature of the liquefied material prior to its escape from the step, and thus the liquefied strain leaving the liquefaction stage may have a temperature of the order of about 1,260, but usually no more than 1,320 ° C. This temperature and short residence time in the liquefaction vessel are rarely adequate to fully complete the complex chemical and physical reactions occurring in the melting process. The liquefied material is then fed to a third, refining stage 11, in which the melting process continues.

U skla spočívá zpracování v rafinační zóně obvykle ve zvýšení teploty zkapalněného materiálu k usnadnění roztavených zbylých zrn písku a vypuzení plynných inkluzí z taveniny. Pro rafinaci plochého skla se považuje za žádoucí maximální teplota asi 1 370 až asi 1 510 ’C. Další žádoucí operací v tomto stupni je homogenizace materiálu mícháním. Je-li vsázka zkapalňována za redukčních podmínek a roztavený materiál vstupuje do rafinačního stupně v redukovaném stavu, může být u některých aplikací vyžadována reoxidace taveniny. Funkce rafinačního stupně podle vynálezu tedy může spočívat v zavádění oxidačního činidla do taveniny. Všechny tyto účely plní výhodné provedení, znázorněné na obr. 2. Intenzivně míchaný rafinační stupeň je dobře uspořádán nejen pro úpravu oxidačního stupně taveniny, ale i pro přidávání barviv, střepů nebo modifikátorů složení směsi, které se relativně snadno taví. Stupeň tedy má velkou flexibilitu pro výrobu různých produktů.In the case of glass, processing in the refining zone typically involves raising the temperature of the liquefied material to facilitate molten residual grains of sand and expel the gaseous inclusions from the melt. For flat glass refining, a maximum temperature of about 1,370 to about 1,510 ° C is considered desirable. Another desirable operation in this step is to homogenize the material by stirring. If the batch is liquefied under reducing conditions and the molten material enters the refining stage in a reduced state, melt reoxidation may be required in some applications. The function of the refining stage according to the invention may thus be to introduce the oxidizing agent into the melt. All of these purposes fulfill the preferred embodiment shown in FIG. 2. The intensively mixed refining stage is well arranged not only for adjusting the oxidation stage of the melt, but also for adding dyes, cullet or composition modifiers that are relatively easy to melt. Thus, the stage has great flexibility for manufacturing various products.

Výhodné provedení rafinačního stupně, znázorněné na obr. 2, používá hloubkové spalování ve dvou komorách. Pro určité aplikace může postačovat jednokomorový rafinační stupeň, ale výhodné provedení pro ploché sklo obsahuje dvě komory 50 a 52 s hloubkovým spalováním, v nichž se nachází roztavený materiál 53 a 54. Komory 50, 52 mohou být vybaveny trubkami 55 a 56 pro probublávání kyslíku a vodou chlazenými hořáky 57 a 58 pod hladinou roztaveného materiálu. Ponořené hrdlo 59 umožňuje průtok materiálu z komory 50 do komory 52. Otvor 60 v horní části komory 50 umožňuje vypouštění roztaveného materiálu 44 ze zkapalňovacího zařízení 10 do komory 50. Otvorem 60 může do rafinačního stupně vstupovat produkt ze zkapalňovacího zařízení 10 a z rotační pece 1 prvního stupně. V horní části komory 50 může být upraven otvor (neznázorněný) pro vypouštění odpadního plynu. V komoře 52 je v její horní části upraven otvor 62 pro unikání odpadních plynů.A preferred embodiment of the refining stage shown in Fig. 2 employs deep combustion in two chambers. For certain applications, a single-chamber refining stage may be sufficient, but a preferred flat glass embodiment comprises two deep-combustion chambers 50 and 52 containing molten material 53 and 54. The chambers 50, 52 may be equipped with oxygen bubbling pipes 55 and 56; water-cooled burners 57 and 58 below the surface of the molten material. Submerged orifice 59 allows material to flow from chamber 50 to chamber 52. The aperture 60 at the top of chamber 50 allows the molten material 44 to be discharged from the liquefaction apparatus 10 to the chamber 50. Through the aperture 60 the product from the liquefaction apparatus 10 and the rotary kiln 1 can enter. degree. An aperture (not shown) may be provided at the top of the chamber 50 for discharging the waste gas. In the chamber 52 there is an aperture 62 in the upper part thereof for escaping the waste gases.

Palivo, jako je zemní plyn, a oxidační prostředek, výhodně kyslík, se přivádějí do hořáků 57 a 58 a při vznikání proudu plynu do roztaveného materiálu^- 53 a54 dochází ke spalování. Dalším palivem, které lze s výhodou použít v hloubkových hořácích, je vodík, protože produktem jeho spalování je voda, která je ač rozpustná v roztaveném sklu. Používání kyslíku jako oxidačního prostředku je výhodné, protože se v tom případě nezavádí do taveniny dusík, tvořící hlavní složku vzduchu, který je špatně rozpustný v roztaveném sklu. Používáním neředěného kyslíku se také zlepšuje kontakt mezi kyslíkem a redukovaným podílem taveniny. Do hořáků je možno přivádět přebytek oxidačního činidla vůči množství, nutnému ke spálení paliva, aby bylo možno korigovat redukovaný stav zkapalněného materiálu vstupujícího do rafinačního stupně. Alternativně, jestliže zkapalněný materiál, vstupující do rafinačního stupně, obsahuje dostatečné množství nespáleného uhlíku, nebo není-li nutno zvyšovat teplotu taveniny, je možno do roztaveného materiálu 53, a 54 vstřikovat pouze samotný oxidační prostředek, plnící pouze reoxidační funkci. Oxidační prostředek může být přiváděn odděleně od hloubkových spalovacích hořáků 57, 58. například probublávacími trubkami 55 a 56.. Bylo zjištěno, že je výhodné používat probublávací trubky 55, 56 v kombinaci s hloubkovým spalováním. Probublávací trubky 55, 56 mohou být upraveny tak, že vstřikují do taveniny proud malých bublin oxidačního prostředku, čímž se zvyšuje kontaktní povrch mezi taveninou a oxidačním plynem, a hloubkové spalování poskytuje intenzívní míchání a proniknutí bublin oxidačního činidla do celé roztavené hmoty. Hloubkové spalování také poskytuje velmi účinnou homogenizaci taveniny.Fuel, such as natural gas, and an oxidizing agent, preferably oxygen, are fed to the burners 57 and 58, and combustion results in the formation of a gas stream into the molten material 53 ^and 54. Another fuel that can advantageously be used in deep burners is hydrogen because the product of its combustion is water, which is soluble in the molten glass. The use of oxygen as an oxidizing agent is advantageous because in this case nitrogen is not introduced into the melt, which is the main component of the air, which is poorly soluble in the molten glass. The use of undiluted oxygen also improves contact between oxygen and reduced melt. The burners may be supplied with an excess of oxidizing agent relative to the amount required to burn the fuel to correct the reduced state of the liquefied material entering the refining stage. Alternatively, if the liquefied material entering the refining stage contains a sufficient amount of unburned carbon, or if the melt temperature does not need to be raised, only the oxidizing agent alone, fulfilling only a reoxidation function, can be injected into the molten material 53, 54. The oxidant may be supplied separately from the deep-burn burners 57, 58, for example, through the bubbling pipes 55 and 56. It has been found to be advantageous to use the bubbling pipes 55, 56 in combination with the deep-burn. The bubbling tubes 55, 56 can be treated to inject a stream of small oxidant bubbles into the melt, thereby increasing the contact surface between the melt and the oxidizing gas, and deep-burning provides intense mixing and penetration of the oxidant bubbles into the entire molten mass. Deep combustion also provides very efficient melt homogenization.

Množství přebytku kyslíku, dodávaného do rafinačního stupně, se mění v závislosti na konkrétních podmínkách a závisí na stupni redukce materiálu, vstupujícího do stupně, a na oxidačním stupni, který má být u finálního produktu dosažen. Intenzita míchání, velikost a uspořádání nádoby, účinnost kontaktu plyn-kapalinaThe amount of excess oxygen supplied to the refining stage varies depending on the particular conditions and depends on the degree of reduction of the material entering the stage and the oxidation stage to be achieved in the final product. Mixing intensity, container size and arrangement, gas-liquid contact efficiency

a. doba zdržení v rafinačním stupni jsou faktory, na nichž závisí reoxidace. Bylo zjištěno, že za účelem dosažení homogenní reoxidace a splnění norem pro ploché sklo je výhodné provádět reoxidaci postupně ve dvou komorách, jak je znázorněno na obrázku č. 2, čímž je lépe zajištěno, aby každá část prosazení byla po příslušnou dobu zdržení podrobena oxidaci. V případě skla vzniká za redukčních podmínek hnědě zbarvené sklo v důsledku přítomnosti síry ve stavu sulfidů a železa. Požaduje-li se čiré sklo, provádí se reoxidace tak, aby dostatečně zvýšila oxidační stav zbarvujících iontů, obvykle vyjadřovaný poměrem Fe³⁺/Fe²⁺. Pro standardní čiré plavené sklo je poměr Fe³⁺/Fe²⁺ v rozmezí asi 1,5 až 3,0 při alespoň 70 % (výhodně alespoň 80 %) propustnosti pro světlo o vlnové délce 380 nm a při tloušťce 6 mm. Čiré plavené sklo může být také někdy charakterizováno alespoň 60% propustností přia. The residence time in the refining stage are the factors upon which reoxidation depends. It has been found that in order to achieve homogeneous reoxidation and to meet the flat glass standards, it is advantageous to carry out the reoxidation stepwise in two chambers as shown in Figure 2, thereby better ensuring that each part of the throughput is oxidized for the appropriate residence time. In the case of glass, brown colored glass is produced under reducing conditions due to the presence of sulfur in the sulphide and iron state. If clear glass is required, reoxidation is performed to sufficiently increase the oxidation state of the coloring ions, usually expressed as Fe ³⁺ / Fe ²⁺ ratio. For standard clear float glass, the Fe ³⁺ / Fe ²⁺ ratio is in the range of about 1.5 to 3.0 at at least 70% (preferably at least 80%) light transmittance at a wavelength of 380 nm and at a thickness of 6 mm. Clear float glass may also sometimes be characterized by at least 60% transmittance at

000 nm (tloušťka 6 mm). Poměry Fe³⁺/Fe²⁺ značně vyšší než výše uvedené hodnoty, byly dosaženy probubláváním kyslíku do roztaveného skla, které bylo původně tmavě hnědé. Změna zbarvení při oxidaci z hnědé do čiré je snadno pozorovatelná, takže příslušný stupeň oxidace lze snadno určit na základě vizuálního pozorování. I když s uhlím může být do taveniny vneseno nadbytečné železo, lze reoxidací získat čiré sklo. Avšak přesná spektrální úprava propustnosti standardního plaveného skla může vyžadovat redukci i toho množství železa, které je obvykle běžně přítomno ve kmeni pro zbarvení (obvykle jako leštící červeň).000 nm (thickness 6 mm). Fe ³⁺ / Fe ²⁺ ratios significantly higher than the above values were achieved by bubbling oxygen into the molten glass, which was originally dark brown. The color change in oxidation from brown to clear is readily observable, so that the degree of oxidation can be readily determined by visual observation. Although excess iron can be introduced into the melt with coal, clear glass can be obtained by reoxidation. However, the precise spectral adjustment of the permeability of a standard float glass may require the reduction of the amount of iron normally present in the staining strain (usually as a polishing red).

Za reoxidačními komorami může být upravena kondicionační komora 64., jak je patrné z obr. 2, a doba zdržení taveniny v ní může sloužit k vypuzení plynných inkluzí z taveniny a ochlazení taveniny na teplotu vhodnou pro následující zpracování. Roztavený materiál může vstupovat do kondicionační komory 64 ponořeným hrdlem <56. Ve znázorněném uspořádání je doba zdržení v komoře 64 prodlužována pomocí ponořené hráze 67 a pěnové bariéry 68., které vytvářejí překážky v cestě proudu taveniny. Zpracovaný roztavený materiál může být z rafinačního stupně 11 odváděn kanálem 70, který může vést k tvarovacímu procesu, kterým se v případě skla formují tabule, vlákna, láhve a podobně známými způsoby.A conditioning chamber 64 can be provided downstream of the reoxidation chambers, as seen in FIG. 2, and the residence time of the melt therein can serve to expel the gaseous inclusions from the melt and cool the melt to a temperature suitable for subsequent processing. The molten material may enter the conditioning chamber 64 by a submerged throat <56. In the illustrated arrangement, the residence time in the chamber 64 is prolonged by the submerged dam 67 and the foam barrier 68, which create obstacles to the path of the melt flow. The processed molten material may be discharged from the refining stage 11 through a channel 70, which may lead to a forming process which forms sheets, fibers, bottles and the like in the known manner.

V alternativním provedení se ve zkapalňovacím stupni spaluje palivo s obsahem popela. V tom případě nemusí být použit předehřívací stupeň. Oddělením zkapalňovacího stupně od zbytku tavícího procesu je vytvořeno prostředí, ve kterém může být velká část obsahu popela (v podstatě veškerý) v palivu včleněna do materiálu produktu bez nepříznivého vlivu na homogenitu produktu. Rychlý výtok zkapalněného materiálu ze zkapalňovacího stupně má značný míchací účinek a zpracováním v dalších stupních se zkapalněný kmen a struska výhodně podrobují další homogenizaci. Kromě toho., protože tavení probíhá v relativně tenké vrstvě, má palivo, smísené s kmenem, dobrý přístup ke kyslíku, takže spalování je relativně dokonalé. Jako v jiných provedeních je možno palivo dodávat do spalovací zóny odděleně od kmene, ale do zkapalňovacího stupně je výhodné přivádět směs paliva a kmene. Používání spalování, obohaceného kyslíkem, je také výhodné. Nedokonalé spalování paliva ve zkapalňovaeí zóně vede k tomu, že roztavený materiál vstupuje do rafinační zóny v redukovaném stavu a může být nutno to upravit. Funkcí rafinačního stupně v tomto provedení tedy je přivádění oxidačního prostředku do taveniny.In an alternative embodiment, the ash-containing fuel is combusted in the liquefaction stage. In this case, the preheating stage need not be used. By separating the liquefaction stage from the remainder of the melting process, an environment is created in which a large portion of the ash content (substantially all) in the fuel can be incorporated into the product material without adversely affecting the homogeneity of the product. The rapid outflow of liquefied material from the liquefaction stage has a considerable agitation effect, and by processing in subsequent stages, the liquefied strain and slag are preferably subjected to further homogenization. Moreover, since the melting takes place in a relatively thin layer, the fuel mixed with the batch has good access to oxygen, so that combustion is relatively perfect. As in other embodiments, the fuel may be supplied to the combustion zone separately from the batch, but it is preferable to feed the fuel and batch mixture to the liquefaction stage. The use of oxygen-enriched combustion is also advantageous. Incomplete combustion of fuel in the liquefaction zone results in molten material entering the refining zone in a reduced state and may need to be treated. Thus, the refining stage of this embodiment has the function of supplying the oxidizing agent to the melt.

Množství uhlí, používaného ve zkapalňovaeí zóně ovšem závisí na tepelném obsahu konkrétního uhlí, který je funkcí jeho pevného obsahu uhlíku. U výše popsaného pennsylvánského uhlí by přídavek uhlí v množství rovném asi 6 % hmot. vsázky měl teoreticky uhradit veškerou spotřebu energie pro zkapalnění sklářského kmene plochého skla. Ale vzhledem k tomu, že spalování není dokonalé v důsledku nepřístupnosti všech částí uhlí pro kyslík, je výhodné přidávat mírně vyšší množství uhlí než teoretické, má-li uhlí uhradit veškerou spotřebu energie pro zkapalňovací stupeň. Výhodné je například přidávat uhlí v množství asi 10 % hmot. vsázky. Uhlíkatá paliva, jiná než uhlí, mohou být přidávána v množstvích, daných jejich tepelným obsahem. Vynález také zahrnuje dodávání menšího množství než je celková energetická spotřeba zkapalňovacího stupně prostřednictvím obsahu uhlíku ve vsázce. V takovém případě může být část energie dodána uhlíkem vsázky a zbytek může být vytvořen běžným palivovým hořákem nebo jiným topným prostředkem ve zkapalňovací komoře.However, the amount of coal used in the liquefaction zone depends on the heat content of the particular coal, which is a function of its solid carbon content. In the above-described Pennsylvania coal, the addition of coal in an amount equal to about 6 wt. Theoretically, the charge was to cover all the energy consumption for liquefying the flat glass batch. However, since the combustion is not perfect due to the inaccessibility of all parts of the coal for oxygen, it is preferable to add slightly higher amounts of coal than theoretical if the coal is to cover all the energy consumption for the liquefaction stage. For example, it is preferred to add the coal in an amount of about 10 wt. batch. Carbonaceous fuels other than coal can be added in amounts given by their heat content. The invention also includes supplying less than the total energy consumption of the liquefaction stage through the carbon content of the feed. In this case, part of the energy may be supplied by the carbon of the feedstock and the remainder may be formed by a conventional fuel burner or other heating means in the liquefaction chamber.

Jako konkrétní příklad alternativního provedení lze popsat použití uspořádání, znázorněného na obr. 2, bez předehřívání, přičemž se standardní komerční sklářský kmen pro výrobu plochého skla (avšak s vynecháním tavících přísad, obsahujících síru, jako je bezvodý síran sodný nebo sádrovec) smísí s 5 až 6 % hmot. uhlí a taví rychlostí asi 6,8 kg/h. Uhlí je jediným zdrojem paliva ve zkapalňovacím stupni a zkapalněný kmen je při vstupu do rafinačního stupně hnědý a pění. Každá ze dvou reoxidačních komor 50, 52 je vybavena jedním hloubkovým spalovacím hořákem 57, 58 a jednou probublávací trubkou 55, 56. Do každého z hloubkových spalovacích hořáků 57, 58 se dodává 7 m³/h vodíku a 3,6 m³/h kyslíku. Do každé probublávací trubky se vpouští 0,56 m³/h kyslíku (uvedené objemové průtoky jsou měřeny za normálních podmínek). Objem roztaveného materiálu v každé komoře 50, 52 je mezi 0,28 a 0,56 m³ a průměrná doba zdržení pro přírůstek taveniny při průchodu oběma komorami byla odhadnuta na v první komoře 50 je 1 290 °C a teplota 1 370 ’C. K lepšímu rozrušení pěny je v upraven pomocný hořák (neznázorněný). Sklo, vytékající z rafinačního stupně, < je čiré, téměř bez bublin a je více oxidované než komerční plavené sklo. Použitý sklářský kmen obvykle poskytuje, sklo s obsahem železa (vyjádřeno jako Fe₂O₃) asi 0,11 % hmot.As a specific example of an alternative embodiment, the arrangement shown in Figure 2 can be described without preheating, wherein a standard commercial glass batch for manufacturing flat glass (but omitting sulfur-containing fluxes such as anhydrous sodium sulfate or gypsum) is mixed with 5. up to 6 wt. coal and melts at a rate of about 6.8 kg / h. Coal is the only fuel source in the liquefaction stage, and the liquefied batch is brown and foams when entering the refining stage. Each of the two reoxidation chambers 50, 52 is equipped with one deep burner 57, 58 and one bubbling tube 55, 56. 7 m ³ / h of hydrogen and 3.6 m ³ / h are supplied to each of the deep burner 57, 58's. of oxygen. 0.56 m ³ / h of oxygen are injected into each bubbling tube (the volumetric flow rates are measured under normal conditions). The volume of molten material in each chamber 50, 52 is between 0.28 and 0.56 m ³ and the average residence time for the increment of the melt as it passes through both chambers was estimated to be 1,290 ° C in the first chamber 50 and a temperature of 1370 ° C. An auxiliary burner (not shown) is provided to better disrupt the foam. The glass flowing out of the refining stage is clear, almost bubble free and is more oxidized than commercial float glass. The glass batch used usually provides a glass with an iron content (expressed as Fe ₂ O ₃ ) of about 0.11% by weight.

asi 30 minut. Teplota v druhé komoře 52 ie horní části komory 64about 30 minutes. The temperature in the second chamber 52 is the top of the chamber 64

Vlivem železa, obsaženého v uhlí, má sklo v příkladu provedení nalezený obsah železa 0,16 % hmot. Jak bylo zjištěno, síra, obsažená v uhlí, vede k získání skla s obsahem SO₃ 0,063 % hmot. bez reoxidaceDue to the iron contained in the coal, the glass found in the exemplary embodiment has an iron content of 0.16% by weight. It has been found that the sulfur contained in the coal results in a glass having an SO ₃ content of 0.063% by weight. without reoxidation

Claims

PATENT CLAIMS

A method of melting glass, wherein the heat source is a liquid or gaseous fuel providing residual ash contained in the final glass product after combustion, and the fuel is mixed by direct contact with a glass batch material comprising an alkaline earth metal carbonate, sodium source and oxide source characterized in that the fuel in the preheating stage is preheated below the melting point of the batch from which the sodium source has been discharged outside the preheating stage directly to the next liquefaction stage, optionally with the fuel,

CS 277291 B0 preheated below the melting point, at least partially melting in the liquefaction stage.

2. A method according to claim 1, characterized in that a source of oxygen gas with an oxygen concentration higher than in air is supplied to the preheating stage to promote combustion.

3. The method of claim 2 wherein the oxygen source is substantially oxygen.

4. A method according to claims 1 to 3, characterized in that the glass batch material is guided in a preheating stage from the inlet end towards the outlet end and the flue gas flow is directed to the outlet end.

5. The method of claim 4 wherein the combustion products from the preheating stage are fed to a liquefaction stage.

6. The process of claim 5 wherein the combustion products include carbon monoxide.

7. The method of claim 6, wherein the carbon monoxide is the main energy source for the liquefaction stage.

8. The process of claims 1 to 7, wherein the temperature in the preheating stage is sufficient to calculate a substantial proportion of the alkaline earth carbonates contained in the glass batch.

9. The method of claim 8, wherein the glass batch material fed to the preheating stage is substantially free of components that melt below the calcination temperature, and the glass batch material fused at the temperature below the calcination temperature is fed to the liquefaction stage.

10. The method of claims 1 to 9, wherein the combustion temperature in the preheating stage is at least 900 ° C.

11. A method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the oxygen-containing gas is supplied to the preheating stage at a point between the inlet and outlet ends.

12. The method of claim 1, wherein burning the ash-containing fuel in the liquefaction zone provides a major portion of the energy required to liquefy the batch, wherein the glass batch is removed from the liquefaction stage in a reduced state and passed to the next reoxidation stage.

13. The method of claims 1-12, wherein the fuel comprises coal.

14. The method of claims 1 to 13, wherein the fuel comprises a liquid petroleum product.