CZ288158B6 - Process for producing glass and apparatus for making the same - Google Patents

Description

Způsob výroby skla a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby skla v plavící sklářské peci, při kterém se směs tvořící sklo roztaví v tavícím pásmu, sklovina se rafinuje v rafinačním pásmu pro odstranění bublin, potom se sklovina zavede do úpravného pásma, v úpravném pásmu se ochladí a vede se do plavícího kanálu. Vynález se dále týká zařízení k provádění způsobu výroby skla definovaného výše, které zahrnuje tavící pásmo, rafinační pásmo, úpravné pásmo, kterými postupně proudí sklovina, a plavící kanál přijímající sklovinu z úpravného pásma, a míchadla ponořená do skloviny.

Dosavadní stav techniky

Obvyklá plavící sklářská pec obsahuje taviči pásmo, rafinační pásmo a úpravné pásmo. V tavícím pásmu se taví složky použité pro výrobu skla. V rafmačním pásmu se odstraňují bubliny, které jsou přítomné ve sklovině. Z rafinačního pásma teče sklovina do úpravného pásma, kde se ochlazuje před vstupem do plavícího kanálu na cestě do plavící lázně.

Ačkoliv každá složka materiálu, která se taví k vytvoření skla, je homogenní, existují rozdíly ve velikosti zrn. Kromě toho má každá surovina jinou velikost zrn. Ačkoliv se dávky promíchávají, takové promíchání není nikdy dokonalé. Kromě toho v závislosti na podmínkách, při kterých byly materiály skladovány, může nastat segregace a reakce zrn. Je známo, že tyto rozdíly přispívají k nehomogenitám ve vyrobeném skle.

Složky se navzájem smíchávají a plynule přivádějí do tavícího pásma, kde napřed směs tvoří list tekoucí na již roztavené sklo. Míchání zrnitých pevných látek není nikdy dokonalé a když je stupnice zkoušek dostatečně jemná, mohou být nalezeny výrazné rozdíly ve středním chemickém složení od místa k místu ve směsi. Další nehomogenita může vzniknout při tavení směsi. Tak například ve většině plavených skel kapalné fáze bohaté na alkálie tekou dolů po skloněném horním povrchu plaveného listu. Podobně, plavená skla se občas vyrábějí v regeneračních pecích a nehomogenity mohou vznikat jako změny tavení od místa k místu. Jiné možné zdroje nehomogenity jsou žárová koroze, rozpouštění atmosféry pece ve skle a selektivní ztráta odpařením některých složek skla.

V úpravném pásmu se sklo ochlazuje a mohou nastat další problémy tepelnými konvekčními proudy vyvíjenými takovým ochlazením. Chlazení nastává, když sklo přichází do styku s bočními stěnami a se dnem úpravného pásma, avšak řiditelné ochlazování je obvykle uskutečňováno směrem dolů, to znamená, že horní povrch skloviny je ochlazován v žádaném rozsahu, obvykle vzduchem. Konvekční proudy, které vznikají, vedou obvykle na proudy v uzavřených drahách, které ovlivňují přenos významného podílu skla úpravným pásmem. Následkem toho sklo, které po značnou dobu proudilo těmito složitými proudovými drahami, je smícháno ve výrobku se sklem, které proteklo poměrně lychle, tudíž zachytilo existující nehomogenity.

Všechny tyto zdroje nehomogenity mohou způsobit vznik skrytých závad a/nebo nestejnorodostí ve vyrobeném sklu. Nestejnorodost, jak známo, je spojena s optickým jevem vzniklým ve skle, když přilehlé oblasti skla mají odlišné optické hustoty nebo indexy lomu.

Dlouhé doby prodlení mohou způsobit řadu problémů, když má být v peci provedena záměna vyráběných typů skla, například barevného skla za čiré sklo. V takovém případě určitý podíl barevného skla potřebuje značně dlouhou dobu k vyplavení z úpravného pásma. Je pochopitelné, že pec musí být v podstatě prosta zbytků barevného skla před tím, než se může vyrábět standardní čiré sklo komerčně přijatelné jakosti. To je významné proto, že pruhy nebo pásy

-1 CZ 288158 B6 barevného skla se objeví v čirém skle a toto potom nemá přijatelnou jakost, pokud tyto pruhy či pásy nezmizí.

Předložený vynález má za úkol vytvořit způsob a zařízení pro výrobu skla, kterými by všechny výše uvedené problémy byly odstraněny či alespoň minimalizovány. Podle specifické myšlenky vynálezu je jeho úkolem vytvořit způsob a zařízení, které by umožnily záměnu rozličných typů skla mnohem rychleji než dosud, takže by komerčně přijatelná jakost nového typu skla byla dosažena bez zbytečného a nákladného prostoje.

Podstata vynálezu

Podle předloženého vynálezu je tudíž vytvořeno zařízení pro výrobu skla v plavící peci obsahující taviči pásmo, rafinační pásmo a úpravné pásmo, kterými postupně protéká sklovina, a plavící kanál přijímající sklovinu z úpravného pásma, přičemž míchací prostředek je umístěn tak, aby při použití byla sklovina ztenčena v celé šířce výstupu z úpravného pásma do plavícího kanálu.

Myšlenka míchání skla bezprostředně proti proudu vzhledem ke vstupu do plavícího kanálu je zcela nová. Bylo obecně míněno, že sklovina je v této oblasti příliš chladná, aby mohla být odpovídajícím způsobem míchána. Dále, obecné mínění ve sklářském průmyslu bylo, že míchání by mělo být prováděno ve vymezených oblastech pece, jako jsou kanály. Hlavní nevýhoda míchání v kanálech je (a) nepřijatelné výsledky provádění, (b) problém opotřebení materiálů, ze kterého je kanál vyroben a (c) vnesení skrytých závad. Tyto jsou do jisté míry provázány.

Vysoké teploty obecně používané ve sklářských pecích akorozivní povaha skloviny činí významným činitelem volbu materiálu pro konstrukci míchadel. Míchadla jsou obvykle vyráběna z jednoho ze tří typů materiálu. Tyto jsou a) žárovzdomé materiály jako sillimanit, b) žárovzdomé kovy jako platina nebo molybden, nebo c) trubky z měkké oceli. Každý z těchto materiálů má své přidružené problémy.

Žárovzdomé materiály jeví sklon k rozpouštění ve skle a vyvíjet změny indexu lomu a přidružené chyby. Také mají sklon tvořit kameny, to znamená skryté pevné chyby ve skle. Konečně mají sklon po určité době používání se lámat a rozdělovat do skla, ze kterého mohou být jen velmi obtížně znovu získány. Největší nevýhodou použití žárovzdomých kovů je jejich cena. Ony však také mohou působit vznik bublin působením jako elektrody pro elektrolytické reakce.

Oceli, jako je měkká ocel, představují jasně přednostní materiál tím, že jsou levné, snadno dostupné a zpracovatelné. Nicméně mají velkou nevýhodu spočívající vtom, že mají nízký bod tavení. Taková míchadla tudíž musí být chlazena a nejpříhodnější způsob chlazení je použití vody. Podle obecného mínění však platí, že vodní chlazení míchadel nemůže být prováděno v kanálech. Vodní chlazení snižuje značně teplotu skla a obecně se věří, že to způsobí další závady ve skle. Kromě toho, jestliže nastane porucha výrobní linky, míchadla způsobí ztuhnutí skla v kanálu. To opět může způsobit fyzické poškození samotného kanálu.

Přihlašovatel předloženého vynálezu s překvapením zjistil, že při míchání bezprostředně proti proudu vzhledem k výstupu z úpravného pásma do plavícího kanálu a zajištěním, aby sklo bylo úplně ztenčeno před vstupem do plavícího kanálu výše uvedené problémy buď nevzniknou vůbec, a nebo jen v nepatrné míře.

Míchací prostředek přednostně obsahuje alespoň jeden pár míchadel. Je výhodné, když míchadlo obsahuje hřídel, který při použití probíhá svisle dolů do skloviny, přičemž hřídel nese u svého spodního konce míchací ústrojí umístěné v jedné rovině sosou hřídele, míchací ústrojí má velkou osu a malou osu různých rozměrů a má obdélníkový tvar.

-2CZ 288158 B6

V takovém případě s výhodou míchací ústrojí obsahuje pár lopatek umístěných v úhlu 180° navzájem a v úhlu 90° k ose hřídele, míchadla v každém páru jsou přesazena o úhel 90° navzájem a otáčejí se v opačných smyslech.

Ve zvláště přednostním provedení předloženého vynálezu jsou lopatky při použití úplně ponořeny ve sklovině.

Je výhodné, když míchací prostředek je opatřen chladicím prostředkem. V takovém uspořádání je zvláště výhodné, když míchadla jsou vyrobena z trubek z měkké oceli a chladicí prostředek obsahuje vodní chladicí zařízení.

Podle druhé myšlenky předloženého vynálezu je vytvořen způsob výroby skla v plavící sklářské peci, při kterém se roztaví dávka složek skla v tavícím pásmu pece, sklovina se rafinuje v rafinačním pásmu pece pro odstranění bublin z ní, sklovina se převede z rafinačního pásma do úpravného pásma, sklovina se ochladí v úpravném pásmu a upravená sklovina se vede do plavícího kanálu, kde se míchá v oblasti výstupu z úpravného pásma do plavícího kanálu, takže když vtéká do plavícího kanálu, je úplně ztenčena.

Přednostně se další míchání provádí alespoň jedním párem míchadel a otáčením párů míchadel v opačných smyslech.

Je výhodné, když párovaná míchadla jsou navzájem shodná a každé obsahuje hřídel probíhající při použití svisle dolů do skloviny, každý hřídel nese u svého spodního konce míchací ústrojí, které při použití tvoří obdélníkový míchací prvek nebo lopatku v jedné rovině sosou hřídele, míchadla se používají v párech umístěných tak, že jejich lopatky jsou otočně mimo fázi o 90° a otáčejí se v opačných smyslech.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr. 1 je schematický podélný řez sklářskou pecí podle předloženého vynálezu, obr. 2 je nárys míchadel tvořících část sklářské pece podle předloženého vynálezu ve větším měřítku a obr. 3 je půdorys znázorňující ztenčení skla vytvořené míchadly z obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna sklářská pec L Sklářská pec 1 zahrnuje taviči pásmo 2. Směs materiálů, které se taví, tvoří sklo 3. Ve znázorněném provedení se složky taví způsobem známým jako příčná tavba otvory 4. Jak je zřejmé z obr. 1, když se materiály taví, tvoří postupně se ztenčující list 5 na povrchu skloviny 6.

Sklovina 6 potom teče do rafinačního pásma 7. To je nejteplejší část sklářské pece 1 a v této oblasti bubliny vyvíjející se ve sklovině 6 v tavícím pásmu 2 se odvádějí, nebo se jejich počet omezuje na minimum. Bezprostředně ve směru toku skloviny 6 je úpravné pásmo 8, ve kterém se rafinované sklo ochlazuje.

Z mnoha důvodů, včetně průtočného množství skla a konvekčních tepelných proudů je v tavícím pásmu 2 určitá recirkulace skla. Když však sklo teče do rafinačního pásma 7, je v podstatě rozděleno v přímý proud a v recirkulační proud, které jsou dobře patmé. Přímý proud je u povrchu skloviny v rafinačním pásmu 7 a protéká úpravným pásmem 8 jako část přilehlá k hornímu povrchu skloviny 6. Tento přímý proud 12 potom vtéká do plavícího kanálu 13, ze kterého teče na neznázoměnou plavící lázeň.

-3CZ 288158 B6

Následkem konvekčních tepelných proudů se vytváří vzor recirkulačního proudu. Jeden problém, který se vyskytuje v tomto uspořádání, spočívá v tom, že zde jsou stojaté oblasti, kde sklovina 6 má sklon být poměrně chladná a viskózní. Když jednou sklo vteklo do takové oblasti, má sklon 5 zde zůstat po dlouhou dobu. Jedna taková oblast je přilehlá k přední koncové stěně 14 úpravného pásma 8. Udržování skla v těchto oblastech způsobuje nadměrnou dobu přeměny když například se sklářská pec X převádí z výroby barevného skla na výrobu čirého skla. Sklo cirkulující v úpravném pásmu 8 se z něho odvádí velmi rychle, avšak sklo, které se shromáždilo ve stojatých oblastech, má sklon tam zůstat po dlouhou dobu a velmi nesnadno se odstraňuje.

Jak je obvyklé, úpravné pásmo 8 se ochlazuje. Teplo se z úpravného pásma 8 odvádí z povrchu skla a dnem a bočními stěnami pásma. Největší část tepla se však odvádí z povrchu skla. Aby toho bylo dosaženo, je obvyklé vytvářet proud vzduchu nad horním povrchem skla. To však představuje určitý rozpor. Ochlazování horního povrchu vyvíjí ve sklu nepříznivé tepelné 15 cirkulace známé jako tepelná inverze. Jinak řečeno, chladnější hustší sklo u povrchu je neseno teplejším řidším sklem pod ním a za jistých okolností to může způsobit místní vzory cirkulace, které vedou k nepřípustným pásům v hotovém skle. Tudíž musí být chlazení povrchu skla omezeno. Obvykle se tento problém řeší vytvořením dostatečně rozsáhlého úpravného pásma 8, takže se dosáhne vhodných rychlostí chlazení na jednotku povrchu. V tomto ohledu je třeba 20 připomenout, že je třeba zajistit, aby sklo bylo ochlazováno, protože existuje určitá optimální teplota, při které musí sklo vtékat do plavícího kanálu. Naneštěstí vytvoření rozsáhlého úpravného pásma 8 značně zvyšuje náklady na zařízení sklářské pece X a značně prodlouží časové období potřebné pro výplach sklářské pece při změnách barev vyráběného skla.

Předložený vynález obsahuje pár míchadel 15 znázorněných nejlépe v obr. 2, která jsou umístěna v místě bezprostředně proti proudu u vstupu 16 do plavícího kanálu. Z důvodu přehlednosti je v obr. 2 znázorněn pouze jeden pár míchadel X5. Jednotlivá míchadla 15a a 15b jsou stejné konstrukce. Každé míchadlo 15 má hřídel 17. který je ve sklářské peci X umístěn svisle dolů a zasahuje do skloviny 6. Hřídele 17 jsou poháněny vhodným neznázoměným pohonem. Na 30 svém spodním konci má každý hřídel 17 pár lopatek 18a a 18b. Lopatky 18a a 18b jsou uspořádány v úhlu 90° k osám hřídelů X7. Obě lopatky jsou uspořádány navzájem v úhlu 180°. Z obr. 2 je zřejmé, že obě míchadla 15 jsou umístěna tak, že lopatky 18a a 18b jsou vzhledem k otáčení vzájemně fázově přesazeny o 90° a otáčejí se stejnou rychlostí od 2 do 20 otáček za minutu v navzájem opačných smyslech.

Takové míchání způsobí účinek znázorněný v obr. 3. Tento obr. 3 znázorňuje schematicky malý úsek skla pod působením míchadel 15.

Jak je možno snadno zjistit, úsek skla je nucen pohybovat se ze strany na stranu v šířce alespoň 40 rovné šířce kanálu v úpravném pásmu 8. Takový pohyb je podstatou homogenizačního procesu.

Všechna sklovina 6 je ztenčována a netypické oblasti jsou prokládány se zbytkem skloviny 6. takže optické zkreslení jí způsobené je minimalizováno. V závislosti na šířce úpravného pásma 8 a/nebo na velikosti míchadel 15a. 15b může být sklovina 6 buď uspokojivě ztenčena před vtokem do plavícího kanálu, nebo může být takové ztenčení dosaženo u vstupu do kanálu. V obou 45 případech je cíl stejný, totiž zamezit, aby sklovina, která nebyla míchána, se nemohla vyhnout míchadlům 15a, 15b a aby vtekla do kanálu podél bočních stěn a koncových stěn úpravného pásma. Jak je také patrno v obr. 3, jakákoli sklovina, která sleduje tuto dráhu ke vstupu 16 kanálu, je shromážděna sklem, které bylo podrobeno působení míchadel 15a, 15b. avšak nevtekla do kanálu a je vrácena na protiproudou stranu míchadel 15a, 15b.

Míchadla 15a, 15b mícháním odstraní jakékoli optické závady, které by jinak mohly vzniknout v oblasti vstupu 16 kanálu. Takové odstranění závad umožňuje vyšší rychlosti chlazení povrchu v úpravném pásmu 8. Ve stávajících sklářských pecích pro výrobu plaveného skla, kde výstupní množství je omezeno nutností vyloučit zmíněné problémy, to znamená, že mohou být vyráběna

-4CZ 288158 B6 větší množství skla. Alternativně bude v nových sklářských pecích možné vytvořit úpravné pásmo 8 značně menší, aby se získalo sklo správné teploty vtékající do plavícího kanálu. To způsobí značné snížení nákladů.

Jiná výhoda míchání v oblasti vstupu do plavícího kanálu spočívá v tom, že míchadla 15a. 15b mohou být chlazena vodou. Pro dosažení stejné teploty skloviny vtékající do plavícího kanálu může být úpravné pásmo provozováno při vyšší teplotě. Jinak řečeno, méně chladicího vzduchu je třeba vhánět na povrch skloviny 6 v oblasti úpravného pásma 8 protiproudé vzhledem k míchadlům 15a, 15b. Když úpravné pásmo 8 pracuje obecně při vyšší teplotě, je sklovina 6 tekutější. To znamená, že stojaté oblasti skloviny 6 přilehlé k přední koncové stěně úpravného pásma 8 jsou menší a také že sklovina 6 v takových oblastech může být snadněji vypláchnuta, když se mění výroba jednoho typu skla ve sklářské peci 1 na jiný typ skla. Další výhoda dosažená předloženým vynálezem spočívá v tom, že odskelnění je méně pravděpodobné.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby skla v plavící sklářské peci, při kterém se směs tvořící sklo roztaví v tavícím pásmu, sklovina se rafinuje v rafinačním pásmu pro odstranění bublin, potom se sklovina zavede do úpravného pásma, v úpravném pásmu se ochladí a vede se do plavícího kanálu, vyznačující se tím, že se sklovina v oblasti výstupu (16) z úpravného pásma (8) do plavícího kanálu (13) míchá pro získání skla se zvýšenou homogenitou a pro úplné ztenčení skloviny přes šířku vstupu do plavícího kanálu (13).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že míchání se provádí alespoň jedním párem míchadel (15a, 15b) a otáčením každého páru míchadel (15a, 15b) v opačném smyslu k jinému.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že míchadla (15a, 15b) v jednom nebo každém páru se otáčejí navzájem s fází 90°.
4. 4. Způsob podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že obsahuje přídavný krok chlazení míchadel (15a, 15b) v úpravném pásmu (8).
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se chlazení provádí vodním chlazením.
6. 6. Zařízení k provádění způsobu výroby skla podle nároků 1 až 5, které zahrnuje tavící pásmo, rafinační pásmo, úpravné pásmo, kteiými postupně proudí sklovina, a plavící kanál přijímající sklovinu z úpravného pásma, a míchací prostředek ponořený do skloviny, vyznačující se tím, že míchací prostředek (15) je umístěn v úpravném pásmu (8) u vstupu (16) do plavícího kanálu (13), přičemž míchací prostředek (15) je při použití umístěn tak, že sklovina je ztenčována napříč celé šířky výstupu z úpravného pásma (8) do plavícího kanálu (13).
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že míchací prostředek (15) zahrnuje alespoň jeden pár míchadel (15a, 15b).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že míchadla (15a, 15b) páru nebo každého páru jsou shodná.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že každé míchadlo (15a, 15b) obsahuje hřídel (17), který při použití směřuje svisle dolů do skloviny, přičemž hřídel (17) nese na svém spodním konci míchací ústrojí (18a, 18b) umístěné v téže rovině se hřídelem (17), míchací ústrojí (18a, 18b) má velkou osu a malou osu, přičemž tyto dvě osy mají různý rozměr, a má obdélníkový tvar.
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že míchací ústrojí zahrnuje pár lopatek (18a, 18b) uložených navzájem v úhlu 180° a navzájem v úhlu 90°, přičemž míchadla (15a, 15b) jsou poháněna v opačných smyslech otáčení.
11. 11. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 5 až 10, vyznačující se tím, že obsahuje prostředek pro chlazení míchacího prostředku.
12. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že hřídele (17) míchadel jsou vyrobeny z trubek z měkké oceli a chladicí prostředek obsahuje vodní chladicí zařízení.