DK161137B - Fremgangsmaade til smeltning af glasmaenge - Google Patents

Description

DK 161137 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den art, der fremgår af indledningen til krav 1.

Det har længe været erkendt, at udstødningsgas fra en forbrændingsopvarmet glassmelteovn indeholder store mæng-5 der termisk energi, der kan udvindes til forbedring af den totale effektivitet ved fremgangsmåden. Konventionelt har regeneratorer og recuperatorer været anvendt til at genvinde varme fra smelteovnstyper; men deres effektivitet er mindre end ønskelig. Hertil kommer, at regeneratorer og recupera-10 torer er store, kostbare og stærkt udsatte for nedbrydning.

I stedet for at forvarme forbrændingsluft ved hjælp af regeneratorer eller recuperatorer har det været foreslået at udnytte spildvarme til opvarmning af fødemateriale. Disse forslag er blevet forplumret af, at noget af det partikel-15 formede fødemateriale har tilbøjelighed til at medrives i strømmen af udstødningsgas. Til overvinding af dette problem er det blevet foreslået at agglomerere, f.eks. pelletisere, fine fødematerialer og bringe de agglomererede fødematerialer i kontakt med udstødningsgasstrømmen. Det har imidlertid 20 vist sig, at udgiften til at agglomerere fødematerialer i betydelig grad kan sænke eller nedskære de økonomiske fordele ved varmegenvindingen, og i nogle tilfælde undgås medrivningen af partikelformede stoffer stadig ikke fuldstændigt ved brugen af agglomererede mængematerialer.

25 I US-patentskrift nr. 4.381.934 (Kunkle og Matesa) beskrives en intensiveret fremgangsmåde til at gøre mænge flydende, ved hvilken store rumfang mænge effektivt gøres flydende i et forholdsvis lille rum. Denne type fremgangsmåde tilvejebringer, især når der anvendes intensiverede 30 varmekilder, forholdsvis små rumfang udstødningsgasser, men det ville være ønskeligt at udvinde varmen fra udstødningsgasserne til yderligere at forbedre effektiviteten ved sådanne fremgangsmåder. Det ville i særdeleshed være ønskeligt at udvinde varmen direkte i mængefødestrømmen.

35 Ved smeltning af pulverformede materialer kan gas ser indespærres i det smeltede produkt, og tilstedeværel- 2

DK 161137 B

sen af gasformige indespærringer kan anses for uønskelig, især hvor der er tale om gennemsigtigt glas. Eliminering af visse gasser fra det smeltede materiale kan være vanskeligere end for andre giassers vedkommende (f.eks. nitrogen 5 i tilfældet med smeltet glas). Det ville være i høj grad ønskeligt at eliminere disse gasser fra mængen som en del af mængens forbehandling således, at de ikke derefter indespærres i smelten.

Formålet med opfindelsen er at effektivisere den 10 indledningsvis nævnte fremgangsmåde ved at opnå en bedre udnyttelse af spildvarmen ved forvarmningen af mængen og ved samtidig at opnå en tilstrækkelig kapacitet til at kunne smelte den derved muliggjorte større mængestrøm.

Dette opnås ved at udøve fremgangsmåden som angivet 15 i den kendetegnende del af krav 1.

Den foreliggende opfindelse kan også karakteriseres som en totrinsfremgangsmåde til at gøre mænge flydende, ved hvilken mænge transporteres forholdsvis langsomt ind i en første zone, efterhånden som den opvarmes til en temperatur, 20 der nærmer sig indtræden af flydende tilstand, og mængen o-verføres derpå til en anden zone, hvor den forvarmede mænge afgives eller afsættes på en skrånende overflade og hur- ; tig gøres flydende ved intens opvarmning, hvorved den flydendegjorte mænge strømmer eller flyder ud fra den anden zo-25 ne. Denne fremgangsmåde sammenkobler den operation af gøre mængen flydende til et forstadium og et endeligt stadium til flydendegørelse af mængen og meddeler hvert trin eller stadium betingelser, som maksimerer disse trins effektivitet. I den første zone, findes ingen væsentlige tidsbegræns-30 ninger ved overføring af varme til mængen, så længe mængen blot bliver ved med at være fritstrømmende. Derfor kan den første zone være af forholdsvis omfangsrig størrelse, kan udnytte varme af forholdsvis lav kvalitet og tilvejebringer fortrinsvis omrøring af mængen for at varme mængen helt i-35 gennem. Det andet trin er indrettet til at tilføre mængen intens varme i et forholdsvis lille rum til hurtig at omdan- 3

DK 161137 B

ne mængen til flydende tilstand. Mængens understøtning i det andet trin skråner stejlt, således at hurtig afløb og hurtig gennemstrømning forøges, hvorved den intens opvarmede zones størrelse minimeres. I den første zone anvendes 5 på den anden side fortrinsvis spildvarme fra den anden zone, og derfor fremføres mængen fortrinsvis gennem den første zone med forholdsvis langsom hastighed, således at overføring af varmen fra udstødningsgassen til mængen maksime res. Den forholdsvis langsomme materialetransport i det førs-10 te trin kan dog kun opretholdes så længe, som mængen bliver ved med at være fritstrømmende, fordi mængen, når dens temperatur nærmer sig smeltepunktet for en af dens bestanddele, skaber en flydende fase, der resulterer i kohæsion eller sammenhæng mellem mængepartiklerne, hvilket på sin side fø-15 rer til en skadelig agglomerering af mængen som helhed, der kan bevirke tilstopning af den første zone og ujævn smeltning i den anden zone. Derfor overføres mængen, efterhånden som den nærmer sig denne tilstand, til den stejlt skrånende understøtning i den anden zone og bringes hurtigt til fly-20 dende tilstand.

Selv om spildvarme fra smelteovne ofte er tilgængelig ved temperaturer, som er i stand til at bevirke nyttige reaktioner i mængematerialerne, begrænses mængemateri- alernes forvarmning ofte til lavere temperaturer, fordi nog-25 le mængematerialers indtrædende smeltning ved højere temperaturer kan føre til sammenklumpning og dermed tilstopning af forvarmningsapparatet. Det ville f.eks. være ønskeligt at omdanne carbonatholdige mængematerialer, som typisk bruges ved kommercielle glassmelteoperationer, til de res-30 pektive oxider ved forvarmning af mængen til materialernes calcineringstemperatur; men hidtil har forvarmning almindeligvis været anset for at være begrænset til den forholdsvis lave smeltetemperatur for mængens natriumcarbonatkom- ponent, hvorved man således på forhånd udelukker calcine-35 ring af calciumcarbonat- og magnesiumcarbonat-bestanddelene.

4

DK 161137 B

Ved den foreliggende opfindelse genvindes spildvarme fra en forbrændingsfyret smelteproces som nævnt vedf at udstødningsgasstrømmen ledes i direkte kontakt med løse mængematerialer, der tilføres smeltefremgangsmåden som føde-5 materiale. Ifølge en udførelsesform for fremgangsmåden løser man det ovenfor anførte problem med sammenklumpning ved, at man til fjernelse af carbondioxid fra materialet, som skal smeltes, opvarmer råmaterialet, som er baseret på calcium-carbonat, til forhøjet temperatur, f.eks. 600°C, i forvarm-10 ningszonen og fører det til smeltningszonen, hvori natrium--kildemateriale tilføres direkte over det smeltende materiale. Herved forvarmes carbonatholdige mængematerialer til calcineringstemperatur, således at carbonaterne dekomponerer til oxider i fraværelsen af forholdsvis lavt smeltende be-15 standdele i mængen, idet disse tilføres i en særskilt strøm som fødemateriale til smelteren. Ved en soda-kalk glassmelte-operation indbefatter materialerne, der underkastes cal-cineringsforvarmningen, kalksten og/eller dolomit, hvorimod natriumkilden såsom soda og/eller kaustisk soda vil ledes 20 uden om calcineringsforvarmningen. Sand kan også indbefattes i den del af mængden, som forvarmes til calcineringstempera-turer.

Pulverformede mængematerialers støvning er et problem, når mængematerialerne tilføres som fødematerialer 25 til en konventionel smelteovn. Det er et alment bekvemt træk at overvinde dette problem ved at fugte mængen, f.eks. med vand. Men ved forvarmning af mængen i en hvilken som helst betydelig udstrækning udelukker man på forhånd, at mængen kan holdes i fugtet tilstand.

30 Den udførelsesform for opfindelsen, der fremgår af krav 4, vedrører det problem, at partikelformede mængematerialer medrives i en udstødningsgasstrøm, når varmen genvindes ved direkte kontakt mellem disse. Ved tilvejebringelse af tilstrækkelig modstrømskontakt mellem udstødningsgassen 35 og mængematerialerne kan udstødningsgassens temperatur nedbringes til vands dugpunkt i forbrændingsprodukterne, hvorved

DK 161137 B

s der frembringes en våd tilstand ved den kolde ende af varme-genvindingskammeret. Denne våde tilstand har vist sig at bevirke indfangning af en væsentlig andel af de partikelformede stoffer i udstødningsgasstrømmen. Dette indbefatter 5 partikelformede stoffer fra smeltekammeret såvel som partikelformede stoffer medrevet fra mængen under forvarmning.

Det foretrækkes at anvende oxygen, enten fuldstændigt eller delvis, i stedet for luft i forbrændingsorganerne, der opvarmer smeltekammeret, hvorved udstødningsgasstrømmens rum-10 fang nedbringes. Det lavere rumfang udstødningsgas resulterer på sin side i en større koncentration af vanddamp pr. enhedsrumfang udstødningsgas, mindre medrivning af mænge på grund af udstødningsgasstrømmens lavere hastighed og mere effektiv fugtning af mængen på grund af det højere dugpunkt 15 ved den højere vanddampkoncentration.

Forvarmning af mængematerialer ifølge den foreliggende opfindelse er særlig fordelagtig i kombination med de i US-patentskrift nr. 4.381.934 beskrevne bortskaffelsesforbedrende arrangementer til at gøre mænge flydende. For-20 varmning af mængen nedbringer varmebehovet til at gøre mængen flydende, hvilket teoretisk skulle føre til en større ydelse i smelteren. Men denne teoretiske fordel vil ikke opnås fuldstændigt i et konventionelt smelteanlæg, fordi det har vist sig, at et betydeligt begrænsende trin af den to-25 tale ydelse er afløbet af flydendegjort mænge fra den mæn-gemasse, der smeltes. Arrangementerne til at gøre mænge flydende ifølge US-patentskrift nr. 4.381.934 er indrettet på at forøge denne bortflydning eller "bortskaffelse" af fly-dendegjort mænge ved at tilvejebringe en skrånende smelte-30 overflade og hurtig afdræning af det flydendegjorte materiale, og disse arrangementer er således særlig velegnede til at udnytte fordelen ved de højere ydelser eller gennemstrømninger, der kan opnås ved forvarmning af mængen. Oxygenfyret forbrænding er særlig fordelagtig i forbindelse med arrange-35 menterne ifølge US-patentskrift nr. 4.381.934 til at gøre mængen flydende. I særdeleshed er de arrangementer, ved 6

DK 161137 B

hvilke et lag mænge omkredser varmekilden, velegnede til brug i forbindelse med de høje temperaturer, der frembringes ved hjælp af oxygenfyret forbrænding. Oxygenfyring frembringer i et sådant arrangement et forholdsvis lille rumfang 5 udstødningsgas med høj temperatur sammenlignet med den strøm af udstødningsgas, der fås fra en konventionel glassmelteovn, og dette lille rumfang udstødningsgas i en strøm med høj temperatur er særlig velegnet til varmegenvindingen og til regulering af emissionen af afgangsstoffer således som gen-10 nemført ifølge den foreliggende opfindelse. Andre højtemperaturvarmekilder, som i væsentlig grad nedbringer rumfanget af nitrogen fra udstødningsstrømmen, er også velegnede til brug ved den foreliggende opfindelse.

Arrangementerne til at gøre mængen flydende iføl-15 ge US-patentskrift nr. 4.381.934 er i stand til at modtage tørre, pulverformede mængematerialer. Derfor kan en tør forvarmet mænge ifølge den foreliggende opfindelse fødes direkte til trinet, hvor den skal gøres flydende.

Til yderligere belysning af den foreliggende op- 20 findelse tjener tegningen, på hvilken fig. 1 viser et opret sidebillede af en delvis gennemskåret foretrukken udførelsesform af et totrinsarrangement til at gøre-mænge flydende ifølge den foreliggende opfindelse, 25 fig. 2 viser et tværsnit efter linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 viser et forstørret tværsnit af overgangen eller overføringen mellem det første og det andet trin i arrangementet som vist i fig. 1, og fig. 4 viser et billede set fra oven af arrangemen-30 tet i fig. 3, hvor visse elementer er fjernet for overskueligheds skyld.

Til tydeligere forståelse af den foreliggende opfindelse skal en specifik foretrukken udførelsesform neden- 35

DK 161137 B

7

O

for gennemgås i detaljer, hvilken udførelsesform indbefatter en roterovn som forvarmer, der benyttes i kombination med et roterende kammer til at gøre mængen flydende. Det vil forstås, at den foreliggende opfindelses ide dog ikke er 5 begrænset til det her beskrevne specifikke apparat, og at andre forvarmningsorganer såvel som andre organer til at gøre mængen flydende lige såvel kan benyttes. Selv om den foreliggende opfindelse har vist sig at være særlig velegnet i forbindelse med smeltning af glas, og den følgende detal-10 jerede beskrivelse derfor specifikt vil angå smeltning af glas, vil det dog ligeledes forstås, at opfindelsen kan udøves i forbindelse med andre materialer, som termisk overføres fra pulverformigt fødemateriale til flydende tilstand.

I fig. 1 er vist en roterovn 10, igennem hvilken 15 mænge og udstødningsgasser ledes i indbyrdes modstrøm, og hvorfra den forvarmede mænge indføres som fødemateriale til et kammer 12, hvori det gøres flydende. Mængematerialerne føres som føde til indgangen eller den "kolde" ende af roterovnen 10 fra et kontinuerligt udvejnings- og doserings-20 organ 13 gennem et afgivelsesrør 14. En enkelt forblandet strøm af mængematerialer kan tilføres som fødemateriale til doseringsorganet 13, eller individuelle bestanddele kan afmåles særskilt og afleveres til indgangen af roterovnen, i-det roterovnen i sig selv tjener som mængeblander. Et eksem-25 pel på en mængerecept, der anvendes ved kommerciel fremstilling af fladglas er følgende: Vægtdele

Sand 1.000

Soda 313,5 30 Kalksten 84

Dolomit 242 Rødt (jernoxider) 0,75

Andre mineralkilder anvendes sommetider som alternativer eller additiver. Almindeligvis indbefatter mængen 35 en væsentlig mængde skår (glasskrot), der typisk udgør en mængde af størrelsesordenen fra 20-40% af hele mængens vægt.

8

O

DK 161137 B

Imidlertid kan fremgangsmåden og apparatet således som her beskrevet indrettet til en hvilken som helst mængde skår, herunder 100% skår. Den ovenfor anførte mængerecept giver en glassammensætning så nogenlunde som følger: 5 Vægtprocent

Si02 73,10

Na20 13,75

CaO 8,85

MgO 3,85 10 a12°3 °'10

Fe202 0,10

Roterovnens åbne ende er ved den kolde ende lukket inde i en udstødningskasse 15, som leder udstødningsgasser, ! der forlader roterovnen,.til en kanal 16. Kanalen 16 kan 15 føre til en (ikke vist) blæser, der tilvejebringer trækken til at suge udstødningsgasserne gennem roterovnen og til at udtømme udblæsningsgasserne til atmosfæren gennem en (ikke vist) skorsten.

I de udførelsesformer, hvor calcinering skal finde 20 sted i roterovnen, fødes de bestanddele af mængen, der smelter ved forholdsvis lav temperatur såsom soda og skår, ikke til roterovnen, men indfødes direkte i kammeret 12, hvor de gøres flydende. Kommercielt tilgængelige typer kalksten og dolomit er ikke kemisk rene eller ensartede, og derfor fin-25 der calcinering af kalksten og dolomit sted over et interval af temperaturer, men en temperatur på over 870°C har vist sig ønskelig til at bevirke gennemgribende calcinering. Soda, som har en smeltetemperatur på 851°C, udelades fra materialerne, der føres gennem roterovnen, når der gen-30 nemføres calcinering, for at undgå, at sodaen smelter og derved får partiklerne i mængen til at klæbe indbyrdes sammen. Kaustisk soda (natriumhydroxid), der sommetider anvendes i stedet for soda (natriumcarbonat) som natriumkilde ved glasfremstilling, har ligeledes en smeltetemperatur på 35 under de foretrukne calcineringstemperaturer og udelukkes således fra de materialer, der som fødemateriale føres gen-

DK 161137 B

9

O

nem roterovnen, for at undgå dannelse af en flydende fase ved ovnens varme ende, når man calcinerer. Calcinering har den fordel at nedbringe varmetilførslen til kammeret, hvori mængen gøres flydende; men calcinering er også fordelagtig, 5 idet den eliminerer kemisk indeholdt carbondioxid fra smeltematerialerne, før mængematerialerne gøres flydende, hvorved frembringelsen af carbondioxid-bobler inden i det smeltede glas elimineres. Når kilden til natriummaterialet følgelig tilføres som særskilt fødemateriale til flydendegør-10 elseskammeret, foretrækkes det at anvende den carbondioxidfri kaustiske soda frem for den normale soda. Fladglasskår begynder at blive bløde ved en temperatur på omkring 650°C, og det foretrækkes derfor også at omlede disse udenom cal-cineringsoperationen. På den anden side kan sand, som er 15 hovedbestanddelen i mængeråmaterialerne, med fordel ledsa ge kalksten og dolomit gennem roterovnen ved calcinerings-temperaturer. Udover at forvarmes har det vist sig, at sandet hjælper til ved at holde kalkstenen og dolomiten i fritstrømmende tilstand. Når natriumkilden er fraværende, 20 kan en glasmænge forvarmes til ca. 1300°c, uden at mængen agglomererer.

Roterovnen 10 er almindeligvis af konventionel konstruktion, idet den i princippet består af en cylindrisk stålkappe 20 monteret til rotation omkring cylinderaksen, 25 der er hævet svagt foran over vandret plan, således at mænge-materialet fremføres fra den kolde ende hen mod den varme ende ved tyngdens indvirken og ved omvæltning. Materialets opholdstid i roterovnen kan udledes på grundlag af de grundlæggende ovnparametre i henhold til følgende empiriske ud-30 tryk:

t = 27,36 L/NDS

hvor t = opholdstid i minutter, D = diametren i meter, 35 L = længden i meter, N = rotationshastigheden i omdr./minut., og S = hældningen i meter pr. meter.

10

O

DK 161137 B

Opholdstiden i rotationsovnen vil afhænge af den ønskede gennemstrømning ved smelteoperationen og af den ønskede mængde varme, der skal overføres fra udstødningsgasserne til de faste materialer. Ud fra disse overvejelser 5 og på grundlag af ovenstående udtryk kan en hensigtsmæssig roterovn konstrueres til den foreliggende opfindelses formål .

For at forhindre varmetab er roterovnen 10 fortrinsvis isoleret. Isolationen kan være et tæppe af ildfast fi-10 beruld påført på den udvendige side af stålkappen 20, eller isolationen kan forekomme i form af en keramisk foring på den indvendige side af kappen 20 således som vist i de dele af roterovnen, der er afbildet i fig. 1. Det afsnit af roterovnen, som befinder sig tæt ved den varme ende, er vist 15 som forsynet med en ildfast foring 21, som kan være foretrukket med henblik på højtemperaturbestandighed i ovnens varmere områder, især når der opereres ved høje calcinerings-temperaturer. Ellers foretrækkes det at tilvejebringe et lag isolation- 22 mellem det ydre stålhylster 20 og den indre 20 stålforing 23 således som vist i den midterste del af roterovnen i fig. 1. Hvor den termiske bestandighed ikke er nogen kilde til bekymring, foretrækkes stålforingen til glas-fremstilling, fordi' den har mindre tendens til at erodere og derved levere forurenende materialer til den passerende 25 materialestrøm end en ildfast foring.

Varmeoverføring i roterovnen påvirkes ved omrøring af mængematerialerne, hvilket på sin side er en funktion af ovnens rotation og kan forøges ved hjælp af ovnens indvendige konstruktion. En bred mangfoldighed af varmeover-30 føringsforbedringer herunder prelplader og lignende organer er kendt blandt fagfolk indenfor konstruktionen af roterovne og kan med fordel benyttes ved den foreliggende opfindelse. Flere forskellige eksempler er illustreret i fig.

1. Arrangeret spiralmæssigt omkring ovnens indre i nærhe-35 den af den varme ende findes et flertal af løfteorganer 25, som er keramiske fremspring (dog metal i tilfælde af en me- 11

DK 161137B

o talforet afdeling), der strækker sig radialt indad fra ovnens indvendige vægge og tjener til at løfte mængematerialet og bevirke, at det falder ned gennem de varme gasser. Et andet eksempel på et kontaktområde er det arrangement, der 5 er vist i midterafsnittet af ovnen 10, hvor et flertal af metalplader 26 strækker sig radialt mellem metalforingen 23 og et centralrør 27, således som det vil fremgå af tværsnitsbilledet i fig. 2. Den kolde ende af ovnen er fortrinsvis udstyret med et flertal af kæder 28, der tjener til at 10 opbryde eventuelle agglomereringer af mængen, som kan forekomme i dette afsnit på grund af kondensationen af vanddamp, for derved at forbedre eller forøge det areal, der er tilgængeligt til varmeudveksling og optræder som opsamling for fugtindespærring. Omfanget af den omrøring, som 15 meddeles af prelpladearrangementerne, eller rotationshastigheden bør ikke være så stor, at der indføres overdrevne mængder medrivning af mængen i udblæsningsgasstrømmen. Endnu en faktor med minimering af medrivning er rotationsovnens diameter, der bør være af en tilstrækkelig størrelsesorden 20 til at undgå urimeligt høje gashastigheder ved de forudsete rumfang gennemstrømmende udblæsningsgas med de hastigheder, der gælder for en given operation.

Trinet 12 til flydendegørelse af mængen er af den type, som er beskrevet i US-patentskrift nr. 4.381.934, 25 hvortil der iøvrigt henvises vedrørende yderligere detaljer i denne sammenhæng. Den foretrukne udførelsesform er den, ved hvilken et stabilt lag af mængematerialet roteres omkring en opvarmet central hulhed med en praktisk talt lodret rotationsakse. Flydendegørelsesorganet 12, som her 30 er vist på tegningen, udgør en forbedret version heraf.

Flydendegørelseskammeret omfatter en ståltromle 35, der som vist i tegningens fig. 3 kan være forsynet med aftrappede sider, således at den roterede masses mængde nedbringes.

Tromlen kan dog have rette cylindriske sider, eller den 35 kan foreligge i kegleform. Tromlen 35 er understøttet på en cirkulær ramme 36, der på sin side er monteret til rota- 12

O

DK 161137 B

tion omkring en i almindelighed lodret akse svarende til tromlens centerlinie, eller på et flertal af understøtningsruller 37 og opretningsruller 38. En bundsektion 39 rummer et afgangsaggregat, der kan være løsrevet fra resten af 5 tromlen. Huset 39 kan være foret med en cirkelring af ildfast materiale 40 såsom en udstøbt ildfast cement, i hvilken er lejret en ringagtig bøsning 41 af erosionsbestandigt ildfast materiale. Bøsningen 41 kan omfatte et flertal af skårne keramiske stykker. En åben midterdel 42 i bøsningen 10 41 omfatter afgangsåbningen fra flydendegørelseskammeret.

Et opadtil kuplet ildfast låg 43 er forsynet med en stationær understøtning ved hjælp af en cirkulær rammedel 44. Låget indbefatter en åbning 45 til indsætning af en brænder 46. Brænderen 46 er fortrinsvis en bredvinklet brænder med 15 mange åbninger og fyres fortrinsvis med oxygen og et gasformigt brændstof såsom methan. For at eliminere carbondioxid fra systemet kan brænderen 46 dog fyres med oxygen og hydrogen.

Udstødningsgasser undviger opad gennem en åbning 20 47 gennem låget og ind i en udstødningskanal 48. Mængema- terialer kan fødes ind i flydendegørelseskammeret gennem åbningen 47, og der forefindes en føde-faldkanal 50 til dette formål. Til "at isolere det indvendige af flydendegørelseskammeret fra de omgivende udvendige betingelser fore-25 findes øvre og nedre vandlåse hhv. 51 og 52, som endvidere tjener det formål at indfange eventuelt støv og dampe, som måtte undvige fra kammeret.

Inden i flydendegørelseskammeret opretholdes et stabilt lag ikke-smeltet mængemateriale 53 på tromlens væg-30 ge 35, som omkredser det centrale hulrum, i hvilket forbrændingen finder sted. Dette stabile lag 53 kan etableres til at begynde med i den ønskede parabloideform ved at føde mængen til tromlen 3'5, medens denne roterer uden at opvarmes. Dette begyndelsesmængelag kan fugtes med vand 35 for at hjælpe til med at etablere det stabile lag. Under smeltning bevirker kontinuerlig tilførsel af mænge som

O

DK 161137B

13 fødemateriale gennem faldkanalen 50, at mængen fordeles over overfladen af det stabile mængelag, medens tromlen roterer. Varme fra brænderen 46 bevirker eller fremkalder et overgangslag 54 af mængen, som bliver flydende og strømmer på 5 det stabile lag 53 nedad og ud gennem bundåbningen 42. Den flydendegjorte mænge løber derpå ud fra flydendegørelseskammeret og kan opsamles i et kammer 55 under flydendegørelses-kammeret til yderligere forarbejdning efter behov.

I det mindste de øvre dele af flydendegørelseskam-10 merets overgangslag af smeltet mængde understøttes i en spids vinkel i forhold til lodret plan. Det partikelformede mængemateriale har friktionsmodstand mod at strømme nedad skråningen, men lige så snart materialerne bliver gjort flydende ved hjælp af den termiske energi, formindskes denne 15 modstand betydeligt, og det flydendegjorte materiale strømmer umiddelbart nedad, og frisk tilført mængemateriale overtager dets sted i overgangslaget. Rotationen af flydende-gørelseskammeret hjælper til at opretholde den skrånende smeltende overflade. Overfladens kontur ved det stabile lag 20 53 kan beregnes ud fra den teoretiske sammenhæng mellem ro tationshastigheden og den form, som en løs, tør mænge antager, nemlig ved hjælp af følgende udtryk: H =yuR + (21^2 R2) /g hvor 25 H betegner elevationen på et punkt på mængeoverfla- den i retningen parallelt med rotationsaksen, R betegner dette punkts radiale afstand på rotationsaksen, ^u er en friktionsfaktor, 30 il er vinkelhastigheden, og g er tyngdeaccelerationen.

Friktionsfaktoren kan tages som tangens til skridvinklen, der for tør glasmænge typisk er ca. 35°. Det ovenfor anførte udtryk kan anvendes til at udvælge hensigts-35 mæssige dimensioner for rotationskammeret ved en udvalgt rotationshastighed eller til omvendt at bestemme en henmæssig rotationshastighed for et givet kammer.

DK 161137B

14 o

Den flydendegjorte mænge fra overgangslaget 54 strømmer på en understøtningsoverflade, der udgøres praktisk talt kun af yderligere mængematerialer, og således undgås forurenende kontakt med ildfaste materialer. Hertil 5 kommer, at da glasmænge er en god varmeisolator, tilvejebringer det stabile mængelag 53 i tilstrækkelig tykkelse effektiv beskyttelse for de underliggende understøtningsstrukturer mod termisk nedbrydning eller forringelse. Eftersom kammeret således kan beskyttes termisk såvel som mod 10 kontakt med korroderende smeltede materialer, kan materialebehovene i høj grad betegnes afslappet, idet endda anvendelsen af blødt stål tillades til brug for tromlen 35. De således tilvejebragte økonomiske forhold ved ovnkonstruktionen kan derved sænkes betydeligt. Hertil kommer, at ef-15 tersom tromlen 35 er beskyttet ved hjælp af den isolerende virkning fra det stabile mængelag, kræves ingen udvendig køling, hvorved undgås bortførelsen af nyttig varme fra smelteprocessen. Hertil kommer, at da den isolerende, ikke--forurenende mængeforing omkredser det opvarmede hulrum, 20 kan der anvendes varmekilder, der opererer ved væsentlig højere temperaturer end dem, der kan benyttes i konventionelle smelteovne med ildfast foring, idet der her f.eks. kan anvendes oxygenfyrede brændstofbrændere, plasmablæsere eller elektriske buer.

25 Temperaturen, ved hvilken mængen bliver flydedyg tig, vil afhænge af den særlige mængerecept, især mængden og smeltetemperaturen for de lavest smeltende bestanddele.

En konventionel fladglasmænge indeholdende soda har vist sig at blive flydende ved en temperatur på ca. 1090°C til 30 ca. 1150°C. Det flydendegjorte materiale løber væk fra fly-degørelseskammeret, lige så snart det når den fluide tilstand, og derfor har det fluidum, som løber væk fra fly-dendegørelseszonen, en næsten ensartet temperatur nær ved den særlige mængerecpts forflydigelsestemperatur. Det fly-35 dendegjorte materiale meddeles dog sædvanligvis en vis ekstra varme, efterhånden som det løber bort fra kammeret, og 15

DK 161137 B

derfor viser en typisk konventionel fladglasmænge sig at strømme fra kammeret med en typisk temperatur på ca. 1150°C til ca. 1260°C. Eftersom varmen transporteres ud fra fly-dendegørelseskammeret ved flydendegørelsestemperaturen, der 5 er væsentlig lavere end de temperaturer, der opnås i en konventionel glassmelter, kan flydendegørelseskammerets temperatur holdes forholdsvis lav uanset varmekildens temperatur. I overensstemmelse hermed kan fordelen ved den højere varmeflux, som kilder til højere temperatur frembyder, med 10 fordel udnyttes uden at tilvejebringe vidtløftige foranstaltninger hertil. Anvendelsen af de ovenfor omtalte højtemperaturkilder er også fordelagtig med henblik på at nedbringe rumfanget af udstødningsgasser ved at eliminere luftnitrogen hidrørende fra luft. Nitrogens fraværelse er også 15 gunstig til at forhindre nitrogenbobler i glasset. Eventuelt kan anvendelse af en plasmabrænder med en hensigtsmæssig bærergas tilvejebringe carbondioxid-frie omgivelser i flydendegørelseskammeret, i særdeleshed i kombination med brugen af calcineret mænge. Carbondioxid-frit miljø kan 20 også tilvejebringes ved forbrænding af oxygen og hydrogen.

Endnu en fordel ved eliminering af nitrogen er, at emis-siviteten (dvs. den effektivitet, med hvilken en gas udstråler sin termiske energi) hos nitrogen er langt lavere end emissiviteten hos carbondioxid og vand. Derfor undgår man 25 ved udelukkelse af nitrogen at fortynde carbondioxid og/eller vand frembragt ved forbrændingen og intensiverer derved energifrigivelsen. Det vil forstås, at fordelene ved udelukkelse af nitrogen kan opnås i flere forskellige omfang eller grader, og at en delvis udelukkelse også kan tilvejebringe 30 nyttige forbedringer.

Det er ønskeligt, at varmeledningsevnen hos det materiale, der anvendes til det stabile lag 53, er forholdsvis lav, således at laget kan anvendes i tykkelser indenfor det praktiske område, idet man stadig undgår behovet 35

O

16

DK 161137 B

for afkøling af kammerts ydre, der kun udgør unødigt spild.

I almindelighed tilvejebringer granulære eller pulverformede mineralkilder som råmaterialer god varmeisolation, men i visse tilfælde kan det gå an at benytte et mellemprodukt 5 eller endog et produkt fra smelteprocessen som ikke forurenende stabilt lag, dvs. at man ved en glasfremstillingsmetode kan anvende pulveriserede skår (glasskrot) til at udgøre det stabile lag, selv om der så vil kræves et tykkere lag på grund af den højere varmeledningsevne hos glas sam-10 menlignet med mængemateriale. Ved metallurgiske fremgangsmåder kan man på den anden side ved anvendelse af et metallisk produkt som det stabile lag blive udsat for at skulle op på en urimelig høj eller stor tykkelse for at meddele kammeret den fornødne varmebeskyttelse; men visse 15 malmmaterialer kan i så tilfælde anvendes med tilfredsstillende resultat som isolationslag. Det stabile lag er fortrinsvis af i det væsentlige den samme sammensætning som materialet, der forarbejdes. Det vil dog forstås, at et forstadium eller materialer i form af derivater kan anses for 20 at henhøre under betegnelsen "i det væsentlige den samme sammensætning" i denne sammenhæng. Med andre ord vil det stabile lag kunne være råmateriale, produktmateriale, et mellemprodukt eller en anden form eller blanding deraf, så længe som materialet blot smelter eller reagerer til dan-25 nelse af et stof, der ikke indfører væsentlige mængder fremmede bestanddele i den behandlede eller gennemgående strøm.

Det vil også være klart, at dette krav til sammensætningen af det stabile lag kun behøver at gælde dettes overfladedele, som kommer i faktisk kontakt med den gennemgående 30 strøm, og de umiddelbart under overfladen liggende lag, eftersom overfladen lejlighedsvis kan erodere, så de også kommer i kontakt med den behandlede eller gennemgående strøm. Derfor kan et ækvivalent arrangement indebære anvendelsen af et andet materiale i dele af det stabile lag, som ligger 35 under det niveau, på hvilket erosion sandsynligvis kan forekomme. Eftersom denne del længere under overfladen primært

O

DK 161137B

17 vil tjene som isolation til at beskytte kammeret, vil den kunne være sammensat af et materiale udvalgt med henblik på dettes varmeisolerende egenskaber (f.eks. sand eller keramiske partikler), selv om materialet dog bør være til-5 strækkeligt foreneligt i sammensætningsmæssig henseende for ikke at forurene overfladelaget ved de temperaturer, der forekommer.

Det vil forstås, at udtrykkene "overgangslag" og "stabilt lag" er relative, og at en distinkt fysisk afgræns-10 ning mellem overgangslaget og stabillaget ikke altid kan identificeres. Brugen af udtrykket "overgangslag" og "stabilt lag" er ikke beregnet på i forvejen at udelukke den mulighed, at der kan forekomme mindre svingninger på grænsefladen imellem disse lag. Den grundlæggende sondring be-15 står i, at det område, der betegnes overgangslaget, karakteriseres ved smeltning og flydning, hvorimod området, der betegnes det stabile lag, i det mindste indenfor sin hovedpart ikke deltager i smeltningen og flydningen af den behandlede eller gennemgående strøm. Selv om overgangslaget 20 siges at ligge på det stabile lag, kan man teoretisk definere et mellemliggende lag imellem disse lag, og det vil forstås, at denne mulighed ligeledes er indbefattet.

I nogle tilfælde kan den forvarmede mænge indføres direkte som fødemateriale fra afgangen fra roterovnen 10 25 og ind i flydegørelseskammeret 12, men det i fig. 3 viste arrangement, hvor roterovnen og flydendegørelseskammeret er anbragt i en vis indbyrdes afstand, foretrækkes dog. Det har nemlig vist sig, at såfremt man fører enden af roterovnen i direkte sammenhæng med åbningen 47 fra flydende-30 gørelseskammeret, fremkaldes kagedannelse i mængen i roterovnen, hvilket sandsynligvis skyldes strålingsenergi fra flydendegørelseskammeret til overhedning af mængematerialerne i roterovnen. Dette problem overvindes ved at tilvejebringe en overgang mellem roterovnen og flydendegørelses-35 kammeret, som omfatter faldkanalen 50, der skal føre mænge imellem disse organer, og et næsestykke som forlængelse

DK 161137 B

18

O

61 af udstødningskanalen 48. Næsestykket 61 retter udstødningsgasserne ind mod den øvre del af rotationsovnen bort fra glasmængen 60 i bunden og tjener til at afskærme eller skygge roterovnen mod strålingsvarmeoverførsel fra fly-5 dendegørelseskammeret. Et justerbart indskudsorgan 62 kan tilvejebringes i udstødningspassagen i overgangsafsnittet med det formål, at regulere trykket i flydendegørelseskam-meret. I tilfælde af, at udstødningsgassens temperatur kræves kraftigt forøget med henblik på calcinering af mænge-10 materialerne i rotationsovnen, kan næsestykket 61 forsynes med åbninger 63 (der er vist punkteret i fig. 3) til indsætning af hjælpebrændere 64 (som vist i fig. 4).

Mængefaldkanalen 50 kan forsynes med en afkølingsfrontplade 70, som vender ind mod udstødningsgasstrømmen, 15 således at mængen forhindres i at overhedes og dermed tilstoppe faldkanalen. Andre træk ved mængefaldkanalen 50 indbefatter en vandkølet prelplade 71, der kan drejes om en tap, ved afgangsenden af faldkanalen, der tjener til justerbart at rette den faldende mænge mod den ønskede del af det sta-20 bile mængelag 53 i flydendegørelseskammeret. Der kan også forefindes en keramisk plade 72 ved afgangsenden af faldkanalen 50, således at den faldende mænge rettes bort fra det øvre randområde af tromlen 35. I tilfælde af, at der består et nødbehov for at standse tilførslen af mængemateri-25 ale som føde til flydendegørelseskammeret, forefindes en afledningsåbning 73, som kan bevæges omkring en tap, ved indgangen til mængefaldkanalen 50, og som kan benyttes til at aflede den mænge, der kommer fra rotationsovnen, til en undvigelsesfaldkanal 74. En forsegling mellem rotations-30 ovnen og overgangsafsnittet kan tilvejebringes ved hjælp af en syntetisk "teflon"-polymer eller ved hjælp af grafitforseglinger 75, der lægger an mod en cirkulær finne 76, som strækker sig radialt fra rotationsovnens kappe 20. Forseglingsarrangementet kan være indespærret ved hjælp af 35 et cirkelringformet hus 77.

DK 161137 B

19

O

Der henvises nu til tegningens fig. 4, som viser et hjælpefødeapparat 80, der kan tilvejebringes til ind-fødning af materialer til flydendegørelseskammeret 12, og som ikke er forvarmet eller som er forvarmet uafhængigt 5 af mængen, der forvarmes i rotationsovnen 10. P.eks. kan hjælpefødeorganet 80 anvendes til indfødning af soda, kaus-tisk soda eller skår eller skrot til flydendegørelseskammeret, især når ovnen anvendes til at calcinere calcium-og/eller magnesiumcarbonater. Hjælpefødeorganet 80 kan være 10 en konventionel føder af snekketypen omfattende en tilslagstragt 81, en motor 82 og et snekkekammer 83 og kan afgive materialer gennem åbningen 47 i flydendegørelseskammerets låg til den øvre kant af det stabile mængelag 53. Et flertal af hjælpefødere ligesom føderen 80 kan anvendes, såfremt 15 det ønskes at tilføre flere forskellige materialer særskilt ved indgangen til flydendegørelseskammeret.

Rotationsovnens hældning kan vælges i overensstemmelse med den ønskede opholdstid for materialet i rotationsovnen, og hensigtsmæssige understøtningsorganer kan til-20 vejebringes til at gøre vinklen variabel. Det foretrækkes dog, at tilvejebringe en fast hældning på ca. 2° (fra 1 til 5°) i forhold til vandret plan og at regulere opholdstiden ved at variere rotationsovnens rotationshastighed. Rotationsovnens rotationshastighed ligger i omfådet, hvor 25 mængematerialet omtumles i en nedre del af rotationsovnen uden væsentlige andele af mængen føres rundt med centrifugalkraften langs ovnens indre overflade.

Glasmænge ved rotationsovnens varme· ende antager, når den forvarmes til ca. 480°C, en halvklæbrig tilstand, 30 som modsætter sig eller modstår støvning. Op til en temperatur på ca. 760°C fører denne klæbrighed ikke til u-ønskelig agglomerering eller tilstopning. Glasmænger uden soda eller ækvivalent natriumkilde antager en lignende tilstand, når de opvarmes i nærheden af kalkstens og dolo-35 mit calcineringstemperatur. Denne klæbrige tilstand er fordelagtig til indfødning af mængen til flydendegørelses- 20

DK 161137 B

kammeret med meget lille støvning. Det er desuden fordelagtigt, at denne klæbrige tilstands indtræden svarer til mæn-gens overførsel fra en praktisk talt vandret understøtning i rotationsovnen til en næsten lodret understøtning i fly-5 dendegørelseskammeret, hvorved sikres en kontinuerlig og ensartet strøm af materiale gennem systemet.

Det følgende udgør et eksempel på et arrangement praktisk talt som vist i tegningen og som beskrevet ovenfor, ved hvilket mænge til fremstilling af standardfladglas, hvori 10 indgår soda, forarbejdes med en hastighed på 27 metriske ton pr. dag. Rotationsovnen har en længde på 15 m og har en indvendig diameter på 76 cm. Ovnens indvendige areal er 2 46,6 m . Rotationsovnen roteres med en hastighed på ca.3 omdrejninger pr. minut og har en hældning på 2°. Flydende-15 gørelseskammeret har en indvendig diameter på 130 cm og roteres med ca. 32 omdrejninger pr. minut. Flydendegørelses-kammeret opvarmes ved hjælp af en brænder tilført ethan og oxygen som brændstof til frembringelse af en varmetilførsel på ca. 0,878 millioner watt, hvilket frembringer et 20 udstødningsgasrumfang ved standardtemperatur og tryk på 957 m3 pr. time. Udstødningsgassen træder ind i rotationsovnen ved en temperatur på 888®C og forlader rotationsovnen ved en temperatur på 246®C. Glasmængen tilføres som fødemateriale i rotationsovnen ved 16°c og opvarmes til 593“C i rotations-25 ovnen. Flydendegjort mænge flyder eller strømmer fra flydendegør el s eskammeret med en temperatur på 1236®C.

Andre modifikationer og variationer vil naturligvis være indlysende for fagfolk på grundlag af ovenstående beskrivelse, uden at man derfor behøver at afvige fra op-30 findeisens ånd og ramme, således som nærmere defineret i de følgende krav.

35

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til smeltning af glasmænge, hvorved den forvarmes i en forvarmningszone, den forvarmede mænge føres til en smeltningszone, og den forvarmede mænge, som 5 flyder over et stabilt og tilstrækkeligt skrånende mængelag, smeltes således, at det smeltede materiale flyder i det væsentlige frit over laget og ud fra karret, idet varmen til smeltningen fås ved at brænde brændstof med oxygen, som i det væsentlige er frit for nitrogen, og forbrændingen 10 sker mod den skrånende overflade af det smeltede mængelag, som er i rotationsbevægelse, kendetegnet ved, at til effektiv forvarmning af mængen ledes alle udløbsgasser, som fås fra forbrændingen i smeltezonen, til forvarmnings-zonen, som defineres af et forvarmningskar, som udviser en 15 noget skrånende støtteoverflade, f.eks. afvigende 2° fra vandret plan, hvorved mængen blandes samtidig med, at den bevæger sig over det nævnte skrånende plan således, at materialet kommer i bedre kontakt med forbrændingsgasserne, og hvorved mængen ledes direkte til smeltningszonen, inden der 20 fås vedhæftning mellem mængens partikler i forvarmningszonen, i hvilken smeltningszone mængen bevæger sig i en meget større vinkel, således at flydningen af den smeltede mænge i smeltningszonen lettes, inden den er smeltet helt.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg-25 net ved, at den opvarmede mænge i forvarmningszonen omrøres ved at rotere forvarmningszonen med en hastighed, som giver mængen en centrifugalkraft, som er utilstrækkelig til at overvinde tyngdekraften.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende-30 tegnet ved, at til fjernelse af carbondioxid fra materialet, som skal smeltes, opvarmes råmaterialet, som er baseret på calciumcarbonat, til forhøjet temperatur, f.eks. 600"C, i forvarmningszonen og føres til smeltningszonen, hvori natrium-kildemateriale tilføres direkte over det smel- 35 tende materiale.

4. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-3, k e n - DK 161137 B detegnet ved, at forbrændingsgasserne føres i modstrøm mod mængen, som forvarmes i zonen, idet forbrændingsgassernes temperatur er under dugpunktet af vanddampen i zonen.