DK164542B - Fremgangsmaade til styring af skumdannelse ved vakuumraffinering af glas eller lignende materialer - Google Patents

Description

i

DK 164542B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den art, der er angivet i krav l's indledning. Nærmere bestemt angår opfindelsen et praktisk arrangement til styring af mængden af skumning ved en sådan fremgangsmåde.

5 Ved smeltning af glas frembringes væsentlige mængder af gas som følge af dekomposition af chargeringsmaterialer. Andre gasser er fysisk medført af chargeringsmaterialerne eller indføres i det smeltende glas fra forbrændingsvarmekilder. Det meste af gassen undslipper under den indledende 10 smeltefase, men noget bliver indesluttet i smelten. Noget af det indesluttede gas opløses i glasset, men andre dele danner adskilte gasformige indeslutninger kendt som bobler eller "kim", som ville være skadelige, hvis de fik lov til at forblive i for store koncentrationer i 15 glasproduktet. Gasindeslutningerne vil stige til overfladen og undslippe fra smelten, hvis de får tilstrækkelig tid i det stadium af smelteoperationen, der er kendt som "raffinering" eller "lutring". Der tilvejebringes sædvanligvis høje temperaturer i raffineringszonen for 20 at fremskynde stigningen og undslipningen af de gasformige indeslutninger ved formindskelse af smeltens viskositet og ved forøgelse af boblediametrene. Energien, som kræves til de høje temperaturer, der anvendes i raffineringstrinnet, og den store smeltebeholder, der 25 kræves for at tilvejebringe tilstrækkelig opholdstid til, at de gasformige indeslutninger kan undslippe fra smelten, er store udgifter ved en glasfremstilling. Det ville følgelig være ønskeligt at fremhjælpe raffineringsprocessen for at reducere disse omkostninger.

30 Det er kendt, at formindsket tryk vil kunne frem hjælpe raffineringsprocessen ved at formindske partialtrykket af de indesluttede gasformige arter og ved at forøge rumfanget af bobler inden i smelten, så at det fremskynder deres stigning til overfladen. Uigennem-35 førligheden at tilvejebringe en gastæt beholder i samme

O

2

DK 164542 B

målestok som et sædvanligt raffineringskammer, så der kan pålægges et vakuum deri, har begrænset anvendelsen af vakuumraffinering til chargedrift i forholdsvis lille målestok såsom omhandlet i US-patentskrifterne nr.

5 1.564.235, 2.781.411, 2.877.280, 3.338.694 og 3.442.622.

Der er blevet foreslået kontinuerlige vakuumraffineringsprocesser, men de har ikke vundet accept til kontinuerlig fremstilling af glas i stor målestok på grund af forskellige ulemper. I de kontinuerlige vakuum-10 raffineringsarrangementer, der omhandlet i US-patentskrif-terne nr. 805.139, 1.398.308 og 3.519.412Jer en hovedulempe kravet om forholdsvis snævre, lodrette kanaler, som fører ind i og ud fra vakuumzonen og er nødvendiggjort af trykforskellen. Disse kanaler komplicerer konstruk-15 tionen af en sådan beholder navnlig i betragtning af kravet om gastætte vægge, forøger udsættelsen af gennemgangsmængden for kontaminerende berøring med ildfast materiale og påfører strømmen en væsentlig viskos hæmning. Det skal bemærkes, at der kræves en glassøjle 20 på ca. 4,5 π for at udligne et vakuum på 1/2 atmosfære.

Forandring af ydelsen af et sådant system er ligeledes et problem, navnlig i betragtning af den viskose hæmningsfaktor. Foranderlighed er vigtig ved en kontinuerlig kommerciel drift på grund af ændringerne i det produkt, som frem-25 stilles, og økonomiske faktorer, som påvirker den ønskede produktionshastighed. I hvert af de ovennævnte patentskrifter kan den drivende kraft til at forøge strømhastigheden gennem kanalerne i vakuumafsnittet kun tilvejebringes ved at forøge dybden af smelten ovenstrøms for 30 vakuumafsnittet i forhold til dybden af smelten neden-strøms for vakuumafsnittet. Størrelsen af denne niveauforskel forøges af den viskose hæmning, som er naturlig i disse systemer. Fordi accelereret erosion af sidevæggene forekommer ved højden af smeltens overflade, 35 forværrer en væsentlig ændring af niveauet erosionen, hvilket igen forringer kvaliteten af glasproduktet.

DK 164542 B

3

En simplere konstruktion er omhandlet i US-patent-0 skrift nr. 3.429.684, hvor chargematerialer tilføres gennem en vakuumlås og smeltes foroven i et lodret, langstrakt vakuumkammer. Varierende materialegennemgang synes ved dette arrangement at kræve ændring af den mængde vakuum/ der påføres i kammeret, hvilket på ufordel- 5 agtig måde ville ændre den opnåede raffineringsgrad. Smeltning af råmaterialer inden i vakuumkammeret er en anden ulempe ved dette arrangement af tre grunde. For det første ville store rumfang skum blive frembragt ved at udføre den begyndende sønderdeling af råmaterialerne 10 under vakuum, hvilket ville kræve en beholder, der er stor nok til at indeholde skum. For det andet foreligger der en risiko for, at råmaterialerne kan følge en kort cirkulationsbane til afgangsstrømmen og således undgå tilstrækkelig smeltning og raffinering. For det tredje 15 kræver udførelse af de begyndende trin med smeltning og opvarmning af smelten til en raffineringstemperatur inden i vakuumkammeret, at der tilføres store mængder varme til smelten inden i beholderen. En sådan stor varmtilførsel til beholderen inducerer i sig selv 20 konvektionsstrømme inden i smelten, som forøger erosionen af væggene, hvilket fører til forurening af den raffinerede produktstrøm.

US-patentskrift nr. 4.195.982 omhandler begyndende smeltning af glas under forhøjet tryk og derpå raffinering 25 af glasset i et særskilt kammer ved et lavere tryk.

Begge kamre er opvarmet.

Et problem, som man kommer ud for ved vakuumraffinering i enhver målestok, hvadenten den sker kontinuerligt eller portionsvis, er det store rumfang skum, som sommetider 30 frembringes navnlig ved lavere tryk. Der må være tilvejebragt et stort rum ovenover væskebeholderen for at optage skummet. Eftersom dette Øvre rum ligeledes må holdes gastæt, kan dets konstruktion være en betydelig økonomisk ulempe, navnlig ved processer i stor målestok. Som en følge heraf virker skummet som en begrænsende faktor overfor den grad af vakuum, som kan anvendes. Formålet med opfindelsen 4

DK 164542 B

er at afbøde denne begrænsning for vakuumraffineringsprocesser uden at medføre større kapitaludgifter, og dette formål opnås ved at udøve den indledningsvis nævnte fremgangsmåde som angivet i krav l's kendetegnende del.

5 US-patentskrift nr. 3.350.185 omhandler en metode til at bevirke sammenfald af skum i en glassmeltningsproces ved atmosfæretryk, ved hvilken en brat ændring af den oxiderende eller reducerende tilstand af forbrændingen viste sig at få skum til at falde sammen.

10 Ved den foreliggende opfindelse styres rumfanget af skum, som samler sig i et vakuumraffineringskammer, ved tilsætning af midler til skummet, som afbryder skummets tilstand og bevirker sammensmeltning af bobler og/eller afbrydelse af overfladespændingen i boblemembranerne, 15 så de brister. En gruppe midler, som har vist sig at være effektive på glasskum, er alkalimetalforbindelser såsom natriumhydroxid eller natriumcarbonat. Dele af skum i vakuumkammeret har vist sig at være lidt fortyndede med hensyn til alkaliindhold formodentlig på grund af 20 den relative flygtighed af alkalier i det reducerede trykmiljø. Som en følge heraf antages det, at viskositeten af skummet er større end viskositeten i hovedmængden af smeltet glas, og at skummet derfor vanskeligere falder sammen. Ved at tilsætte alkali til skummet sænkes dets 25 viskositet, og bristning af bobler gøres lettere. Tilsætningen af viskositetsændrende middel til skummet synes ligeledes at forstyrre boblemembranerne og få dem til at briste. Nogen bristning på grund af direkte anslagsvirkninger kan ligeledes indgå. Den tilsatte alkali 30 svarer fortrinsvis til de fortyndede typer med hensyn til art såvel som mængde for at opretholde den tilsigtede produktsammensætning. For soda-kalk-kvartsglas er den mest betydende fortynding af natrium, og derfor er det skumbrydende middel fortrinsvis en natriumforbindelse.

35 Alkalimetalforbindelsen kan tilsættes som et fast stof eller i opløsning og ledes til skummet i vakuumkammeret enten kontinuerligt eller intermitterende.

DK 164542B

O

5

Det foretrukne skumbrydende middel i den foreliggende opfindelse er vand. Som ved alkaliet kan vandet afbryde membranerne i skumboblerne enten ved dråbeanslag eller ved viskositetsændring. En anden teori er, at 5 påsprøjtning af vand på skummet køler den øvre del af skummet og bevirker konvektiv cirkulation inden i skummet.

Den forøgede bevægelse på grund af cirkulationen antages at fremskynde sammensmeltning af bobler til større bobler, som lettere brister. Denne virkning antages ligeledes at 10 være tilstede, når der anvendes alkaliopløsninger, og selv når der aflejres tørre alkaliforbindelser på skummet. Brugen af vand er fordelagtig, fordi vand let opløses i det smeltede glas med ringe virkning på egenskaberne af glasproduktet, og fordi forøgelse af partialtrykket af 15 vanddamp i raffineringskammeret ikke påvirker fjernelsen af forholdsvis uopløselige gasser fra smelten. Det er ligeledes en fordel, at vand let kan håndteres og kan sprøjtes kontinuerligt eller intermitterende på skummet med en let reguleret hastighed.

20 Brændbare væsker såsom alkohol eller brændselsolie kunne ligeledes anvendes som et skumbrydende middel. I så tilfælde vil forbrændingen af væsken tilføre varmeenergi til systemet som en yderligere fordel.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere, 25 idet der henvises til tegningen, som viser et lodret tværsnit gennem tre stadier af en smelteoperation indbefattende et flydendegørelsesstadium, et opløsningsstadium og et vakuumraffineringsstadium ifølge en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse.

30 Den detaljerede beskrivelse skal gives i for bindelse med en fremgangsmåde og et apparat, der specielt er indrettet til smeltning af glas, men det vil forstås, at opfindelsen ligeledes er anvendelig til behandling af andre materialer.

35 Selvom den ikke er begrænset dertil, anvendes den foreliggende opfindelse med fordel i forbindelse med et

O

6

DK 164542 B

vakuumraffineringsanlæg som det, der er omhandlet i rettighedshavernes sideløbende DK patentansøgning nr.

6335/86. I denne ansøgning er omhandlet et arrangement, ved hvilket vakuumraffinering kan anvendes ved en konti-5 nuerlig glassmelteproces i kommerciel målestok på en måde, som fordelagtigt og økonomisk overvinder ulemperne ved den kendte teknik. Smeltet glas tilføres først vakuumkammeret, efter at hovedmængden af den varmeenergi, der kræves til smeltning, er blevet meddelt smelten, så at 10 der skal tilføres ringe eller ingen varmeenergi til det smeltede materiale, som er indeholdt i vakuumkammeret.

Fortrinsvis tilføres der ikke mere varme i vakuumstadiet end nødvendigt for at kompensere for varmetab gennem beholdervæggene. Ved tilstrækkelig store gennem-15 gangshastigheder kan vakuumkammeret være fuldstændig uopvarmet. Ved foretrukne udførelsesformer flydendegøres chargeringsmaterialer først i et stadium, der er specielt indrettet til dette procestrin, og det flydendegjorte materiale overføres til et andet stadium, hvor opløs-20 ning af faste partikler i det væsentlige fuldføres, og temperaturen af materialet kan hæves til en temperatur, der er egnet til raffinering. Derpå føres det smeltede materiale til vakuumkammeret. Som en følge heraf drives en stor del af de gasformige biprodukter fra 25 smeltningen ud, før materialet underkastes vakuum, og området for størst gasudvikling er adskilt fra raffineringszonen, hvorved materialer, der undergår de tidligere stadier af smeltning, ikke kan blive blandet med dele af smelte, som undergår raffinering. Fordi det meste 30 eller hele varmebehovet til smeltning er blevet tilfredsstillet, før materialet kommer ind i vakuumraffineringsstadiet, og opvarmning af raffineringsstadiet derfor i det væsentlige kan undgås, kan stor konvektion i smelten i raffineringszonen undgås. Som en følge heraf formindskes 35 beholdererosionen, og sandsynligheden for at ufuldstændigt raffinerede dele af smelten bliver blandet med mere raffinerede dele, er reduceret.

DK 164542B

O

7

Andre træk hos det foretrukne vakuumraffineringsarrangement angår fordele ved styringen af materiale-gennemgangen. Flydendegjort materiale indmåles i den øvre ende af vakuumkammeret gennem ventilorganer, og 5 raffineret smelte føres fra den nedre ende af vakuumkammeret gennem et andet ventilarrangement. Højden af flydende materiale, som opretholdes inden i vakuumkammeret, er fortrinsvis mindst lidt større end den højde, der kræves til at udligne vakuumet. Gennem-10 gangshastigheden kan således styres ved hjælp af ventilerne uden at ændre vakuumtrykket i kammeret og uden at ændre væskeniveauet inden i kammeret. Omvendt kan et ' område af vakuumtryk anvendes uden at ændre gennemgangshastigheden. Bortset fra ventilerne er anlægget forsynet 15 med forholdsvis lav modstand mod strømmen af smeltet materiale derigennem.

Den foretrukne udformning af vakuumraffineringskammeret er en lodret, langstrakt beholder mest bekvemt i form af en opretstående cylinder. Dette arrangement 20 placerer på fordelagtig måde det indkommende materiale fyldt med gas og sædvanligvis skummende foroven, hvor trykket er lavest og gassen let kan stige og undslippe fra væskefasen. Efterhånden som det smeltede materiale bevæger sig nedad imod en afgang ved bunden, får det 25 øgede tryk på grund af dybden i smelten i beholderen restgasser til at forblive i opløsning og formindsker rumfanget af eventuelle små kim, som måtte blive tilbage. Udskillelse fremmes ligeledes ved at tillade temperaturen at falde, efterhånden som materialet bevæger 30 sig frem gennem raffineringsbeholderen.

Ved konventionel glassmeltning er natriumsulfat eller calciumsulfat eller andre svovlkilder inkluderet i chargeringsmaterialerne for at medvirke til smelte- og raffineringsprocessen. Tilstedeværelsen af svovl-35 forbindelser i smelten har vist sig at være et problem ved raffinering med vakuum på grund af de bevirkede

O

8

DK 164542 B

store rumfang af skum og på grund af angreb af de keramiske, ildfaste vægge i en vakuumraffineringsbeholder. Men hidtil har effektiv smeltning og raffinering af glas været vanskelig at opnå uden svovlfor-5 bindeiserne. Det er endnu et andet fordelagtigt træk hos det foretrukne vakuumraffineringsarrangement, at glas kan smeltes og raffineres til en høj kvalitetsstandard med brug af lidt eller intet svovl. Dette er muligt ved den foreliggende opfindelse, fordi smeltnings- og 10 raffineringstrinnene udføres i adskilte stadier, hvorved hvert stadium kan udføres ved en proces, der er indrettet til at minimere eller undgå brugen af raffineringshjælpemidler.

Med henvisning til tegningen består den samlede 15 smelteproces ifølge den foreliggende opfindelse af tre stadier: Et flydendegørelsesstadium 10, et opløsningsstadium 11 og et vakuumraffineringsstadium 12. Forskellige arrangementer vil kunne anvendes til at påbegynde smeltningen i flydendegørelsesstadiet 10, men 20 et yderst effektivt arrangement til isolering af dette stadium af processen og udføre det økonomisk er det i US-patentskrift nr. 4.381.934 omhandlede, hvortil der herved henvises angående detaljer af den foretrukne udførelsesform for flydendegørelsesstadiet. Den grundlæggende 25 struktur i flydendegørelsesbeholderen er en tromle 15, som kan være fremstillet af stål og har en hovedsagelig cylindrisk sidevægsdel, en hovedsagelig åben top og en bunddel, der er lukket bortset fra et tapudløb. Tromlen 15 er monteret til drejning om en i det væsentlige lodret' 30 akse, f.eks. ved hjælp af en omsluttende understøtningsring, der er drejeligt båret på et antal understøtningshjul 17 og holdt på plads af et antal opretningshjul 18.

Et i det væsentlige omsluttet hulrum er dannet inden i tromlen ved hjælp af en lågkonstruktion 20, som er 35 forsynet med en stationær understøtning f.eks. ved hjælp af en omkredsramme 21. Låget 20 kan antage et antal for- o 9

DK 164542 B

skellige former, som vil være kendt af fagmanden på området konstruktion af ildfaste ovne. Det foretrukne arrangement, som er afbildet på tegningen, er en opad kuplet, fagdelt buekonstruktion fremstillet af et antal 5 ildfaste blokke. Det vil forstås, at monolitiske eller plane ophængte udformninger vil kunne anvendes til låget.

Varme til at gøre chargeringsmaterialet flydende kan være tilvejebragt med én eller flere brændere 22, som strækker sig gennem låget 20. Fortrinsvis er et 10 antal brændere anbragt langs omkredsen af låget, så at de retter deres flammer mod et bredt område af materialet inden i tromlen. Brænderne er fortrinsvis vandkølede for at beskytte dem mod de barske omgivelser inden i beholderen. Forbrændingsgasser kan undslippe fra det indre af smelte-15 beholderen gennem en åbning 23 i låget. Spildvarmen i forbrændingsgasserne kan med fordel anvendes til at forvarme chargeringsmaterialet i et ikke vist forvarmnings-stadium såsom det i US patentskrift nr. 4.519.814 omhandlede.

20 Chargeringsmaterialer fortrinsvis i en pulverformig tilstand kan tilføres til hulrummet i smeltebeholderen ved hjælp af slisk 24, som i den afbildede udførelsesform strækker sig gennem afgangsåbningen 23. Enkeltheder af tilføringssliokarrangementet vil fremgå af US patent-25 skrift nr. 4.529.428. Chargeringsslisken 24 ender tæt grænsende til sidevæggene i tromlen 15, hvorved chargeringsmateriale aflejres på de indre sidevægsdele af tromlen. Et lag 25 af chargeringsmaterialet tilbageholdes på de indvendige vægge af tromlen 15 under medvirkning 30 af tromlens rotation og tjener som en isolerende foring. Efterhånden som chargeringsmaterialet på overfladen af foringen 25 udsættes for varme inden i hulrummet, danner det et flydendegjort lag 26, som strømmer ned ad den skrå foring til en central tapåbning ved bunden qc af beholderen. Afløbet kan være udstyret med en keramisk ildfast bøsning 27. En strøm af flydendegjort materiale 28 falder frit fra smeltebeholderen gennem en åbning 29, der fører til det andet stadium 11.

o 10

DK 164542 B

Det andet stadium kan kaldes opløsningsbeholderen, fordi en af dets funktioner er at fuldføre opløsningen af eventuelle usmeltede korn af chargeringsmaterialet, som er tilbage i den flydendegjorte strøm 28, som for-5 lader smeltebeholderen 10. Det flydendegjorte materiale er på dette tidspunkt typisk kun delvis smeltet, idet det omfatter usmeltede sandkorn og en væsentlig gasformig fase.

Opløsningsbeholderen 11 tjener den funktion at 10 fuldføre opløsningen af usmeltede partikler i det flydende-gjorte materiale, som kommer fra det første stadium, ved at tilvejebringe opholdstid ved et sted, der er isoleret fra det nedenstrøms raffineringsstadium. En soda-kalk--silicatglascharge bliver typisk flydende ved en temperatur 15 på ca. 1200°C og kommer ind i opløsningsbeholderen 11 ved en temperatur på ca. 1200°C til ca. 1320°C, ved hvilken temperatur resterende usmeltede partikler sædvanligvis bliver opløst, når de får en tilstrækkelig opholdstid. Opløsningsbeholderen 11 er vist i form af et vandret, 20 langstrakt, ildfast bassin 30 med et ildfast loft 31 og med indløbet og udløbet ved dets modstående ender for at sikre tilstrækkelig opholdstid. Dybden af smeltet materiale i opløsningsbeholderen kan være forholdsvis ringe med henblik på at modvirke recirkulation af 25 materialet.

Selvom tilførsel af væsentlig varmeenergi ikke er nødvendig til udøvelse af opløsningstrinnet, kan opvarmning fremskynde processen og således reducere størrelsen af opløsningsbeholderen 11. Mere betydeligt foretrækkes 30 det imidlertid at opvarme materialet i opløsningsstadiet for at hæve dets temperatur som forberedelse til det følgende raffineringsstadium. Maksimering af temperaturen til raffinering er fordelagtig med henblik på at formindske glasviskositeten og forøge damptrykket af indesluttede 35 gasser. Typisk anses en temperatur på ca. 1520°C for ønskelig til raffinering af soda-kalk-silicatglas, men o 11

DK 164542 B

når der anvendes vakuum for at medvirke ved raffineringen, kan der anvendes lavere spidsraffineringstemperaturer, uden at det går ud over produktets kvalitet. Det omfang, i hvilket temperaturerne kan reduceres, afhænger af vakuum-5 graden. Mår raffinering skal udføres under vakuum ifølge den foreliggende opfindelse, behøver glastemperaturen derfor ikke at blive hævet til mere end f.eks. 1480°C og valgfrit til ikke mere end 1430°C forud for raffinering. Spidstemperaturformindskelser af denne størrelse medfører 10 betydelig længere levetid af de ildfaste beholdere savel som energibesparelser. Det flydendegjorte materiale, der kommer ind i opløsningsbeholderen, behøver således kun at blive opvarmet moderat for at forberede det smeltede materiale til raffinering. Forbrændingsvarmekilder ville 15 kunne anvendes i opløsningsstadiet 11, men det har vist sig, at dette stadium er velegnet til elektrisk opvarmning, hvorved der kan være tilvejebragt et antal elektroder 32, der som vist på tegningen strækker sig vandret gennem sidevæggene. Varme frembringes ved modstanden i selve 20 smelten mod elektrisk strøm, der passerer mellem elektroderne, ved den metode, der sædvanligvis anvendes til elektrisk smeltet glas. Elektroderne 32 kan være af carbon eller molybdæn af en art, der er velkendt af fagmanden på området.

25 En ventil, som styrer strømmen af materiale fra opløsningsstadiet 11 til raffineringsstadiet 12, består af en prop 35, der ligger aksialt ud for et taprør 36. En stang 37 på proppen strækker sig gennem loftet 31 i opløsningsbeholderen for at tillade styring 30 af mellemrummet mellem proppen 35 og røret 36 for derved at styre hastigheden af materialestrømmen til raffineringsstadiet. Ventilrøret 36 kan være fremstillet af et ildfast metal såsom platin og er tætnende monteret i en åbning 44 ved den øvre ende af raffineringsbe-35 holderen.

O

12

DK 164542 B

Raffineringsstadiet 12 består fortrinsvis af en lodret, opretstående beholder, som kan være af hovedsagelig cylindrisk udformning med en indvendigt keramisk ildfast foring 40 omsvøbt med et gastæt, 5 vandkølet svøb. Svøbet kan indbefatte et dobbeltvægget, cylindrisk sidevægselement 41 med en ringformet vandkanal deri og cirkulære endekølere 42 og 43. Ethvert egnet kølearrangement kan anvendes. Et ikke vist isolationslag kan være tilvejebragt mellem foringen 40 og 10 kappen 41.

Efterhånden som det smeltede metal passerer gennem røret 36 og møder det reducerede tryk inden i raffineringsbeholderen, eknpanderde gasser, som er indesluttet i smelten, i rumfang og skaber et skum-15 lag 50, som hviler på en væskemasse 51. Underatmosfærisk tryk kan etableres inden i raffineringsbeholderen gennem en vakuumledning 52, der strækker sig gennem den Øvre del af beholderen. Valgfrit kan der være tilvejebragt en brænder 53 til opvarmning af den øvre del af beholderens 20 indre. Raffineret, smeltet materiale tappes fra bunden af raffineringsbeholderen 12 ved hjælp af et taprør 55 af et ildfast metal såsom platin. Taprøret 55 strækker sig fortrinsvis over overfladen af det ildfaste bundafsnit 56, inden i hvilket det er monteret, for at forhindre 25 eventuelt nedbrudt, løst materiale i at komme ind i afgangsstrømmen. Bundafsnittet 56 kan være forsynet med formindsket tykkelse i nærværelse af røret 55 for at formindske den isolerende virkning på røret og derved tillade, at temperaturen af røret hæves for at forhindre 30 størkning af materialet inden i røret. Lækage omkring røret forhindres med en vandkøler 57 under bundafsnittet 56. Strømningshastigheden af smeltet metal fra taprøret 55 styres af et konisk drøvleelement 58, som bæres på enden af en stang 59. Stangen 59 er knyttet til 35 ikke viste mekaniske organer til at indstille højden af drøvleelementet 58 og således indstille mellemrummet o

DK 164542B

13 mellem drøvleelementet 58 og røret 55 for at styre strømningshastigheden derfra. En smeltet strøm 60 af raffineret materiale falder frit fra bunden af raffineringsbeholderen og kan føres til en ikke vist 5 formningsstation, hvor det kan formgives til det ønskede produkt. Raffineret glas kan f.eks. føres til et flydeglas formningskaminer, hvor det smeltede glas flyder på et bad af smeltet metal til dannelse af en plan glasplade.

10 Selvom der vil kunne anvendes forskellige faconer, er raffineringsbeholderen 12 fortrinsvis cylindrisk i udformning. Den cylindriske facon er fordelagtig med henblik på konstruktion af en gastæt beholder. Forholdfet mellem det indvendige overfladekontaktareal og rumfanget er ligeledes 15 minimeret med et cirkulært tværsnit. Sammenlignet med et recirkuleringsraffineringsapparat af arten med åben hærd er der kun tale om en brøkdel af det ildfaste kontaktareal ved den cylindriske vakuumraffineringsbeholder ifølge den foreliggende opfindelse.

20 Højden af smeltet materiale 51, som tilbageholdes i raffineringsbeholderen 12, er bestemt af det vakuumniveau, som påføres kammeret. Den tryksøjle, som skyldes væskehøjde, må være tilstrækkelig til at etablere et tryk lig med eller større end atmosfæretrykket ved udløbet for at til-25 lade materialet at løbe frit af fra beholderen. Højden vil afhænge af massefylden af det smeltede materiale, som for soda-kalk-kvartsgias ved temperaturerne i raffineringsstadiet er ca. 2,3. En højde over det minimum, som kræves til at overvinde vakuumet, kan være 30 ønskelig for at tage hensyn til svingninger i atmosfæretrykket, for at tillade variation af vakuummet og for at sikre en stabil strøm gennem udløbet. Ved de foretrukne udførelsesformer for den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en væsentlig overskydende højde, 35 så at udløbsstrømhastigheden ikke bestemmes af vakuumtrykket men i stedet af mekaniske ventilorganer, dvs.

O

14

DK 164542 B

drøvleeleentet 58. St sådant arrangement tillader, at gennemgangshastigheden og vakuumtrykket varieres uafhængigt af hinanden. Alternativt vil trykket ved udløbet kunne være under atmosfæretryk, hvis udløbet er forsynet 5 med pumpeorganer til at overvinde trykforskellen. Et eksempel på en pumpe, som er beregnet til brug med smeltet glas, er omhandlet i US patentskrift nr. 4.083.711.

Fordelene ved vakuum i raffineringsprocessen opnås gradvis. Jo lavere tryk des større fordel. Små 10 trykreduktioner under atmosfæretryk kan give målelige forbedringer, men for økonomisk at retfærdiggøre vakuumkammeret foretrækkes anvendelsen af væsentligt reducerede tryk. Således foretrækkes et tryk på ikke mere end en halv atmosfære til de kendelige raffineringsforbedringer, der 15 meddeles soda-kalk-kvartsplanglas. Endnu bedre resultater opnås ved en tredjedel af atmosfære eller mindre. Absolutte tryk mindre end lOOtorr (f.eks. 20 til 50 torr) foretrækkes med henblik på at give en kommerciel flyde- 3 glaskvalitet med ca. 1 kim pr. 1000 til 10000 cm .

20 Kim mindre 0,01 mm i diameter betragtes som uskelnelige og er ikke inkluderet i kimtællingerne.

De skumbrydende midler ifølge den foreliggende opfindelse kan indsprøjtes i raffineringsbeholderen ved hjælp af et rør 54, som strækker sig til den øvre del 25 af det øvre vakuumrum f.eks. gennem topkøleren 42 som vist på tegningen. Røret kan være forsynet med en ikke vist vandkølet kappe for at forlænge dens levetid.

Væsker såsom vand kan sprøjtes ind i beholderen ved hjælp af røret 54 kontinuerligt eller intermitte-' 30 rende. I et eksempel blev skumniveauet tilfredsstillende styret ved raffinering af soda-kalk-kvartsglas ved et tryk på en fjerdedel atmosfære ved indsprøjtning af vand i en mængde på ca. 11 liter pr. tons produceret glas. Ved et tryk på 40 torr var en mængde på 2 liter 35 pr. ton glas tilfredsstillende. Til indføring af faste skumbrydende materialer i det øvre rum af raffinerings-

O

15

DK 164542 B

beholderen kan der tilvejebringes et lige, vandkølet rør med en luftsluse gennem den øvre køler 42.

Mængden af skumbrydende materiale, som skal anvendes, afhænger af et antal faktorer og omstændighederne i det 5 specielle tilfælde. Hastigheden af skumfrembringelsen og det øvre rumfang, der står til rådighed til at rumme skummet, er tydeligvis faktorer, som må tages i betragtning. Hastigheden af skumfrembringelse afhænger igen af gennemgangshastigheden, vakuumniveauet, temperaturen og 10 smeltens gasindhold og af mængden af gasfrembringende raffineringshjælpemidler, der er til stede i smelten. Skummet behøver ikke at blive fuldstændigt undertrykt, men det foretrækkes i stedet at anvende den minimale mængde af skumbrydende middel til at forhindre et uacceptabelt stort 15 rumfang af skumsamling. Anvendelse af unødvendigt store mængder af skumbrydende materiale ville være uønskelig på grund af dets kølende virkning på smelten. Ved den størrelsesorden der anført i de ovenstående eksemple^ har mængden af indsprøjtet vand vist sig at have en ube-20 tydelig virkning på anlæggets energivirkningsgrad. Et eksempel på et uønsket stort rumfang skum ville være et rumfang, som fik skummet til at trænge ind i vakuumledningen 52 i den på tegningen viste udførelsesform.

Smelte- og raffineringshjælpemidler såsom sulfur-25 og fluorforbindelser indgår sædvanligvis i glascharger men frembringer en væsentlig del af uønskelige udledninger i afgangsgas fra gassmelteovne. Deres elimination ville være ønskelig, men for at opnå de højeste kvalitetsniveauer, navnlig til planglasstandarder, har anvendelsen af 30 hjælpemidlerne været betragtet som nødvendige. Ydermere har sulfurkilder (f.eks. natriumsulfat, calciumsulfat) vist sig at forårsage overdreven skumning under vakuum.

Typisk omfatter planglascharger natriumsulfat i mængder på omkring 5 til 15 vægtdele pr. 1000 vægtdele af kvarts-35 kildematerialet (sand), idet ca. 10 vægtdele anses for ønskeligt for at sikre en tilstrækkelig raffinering.

O

16

DK 164542 B

Når man arbejder ifølge den foreliggende opfindelse, har det imidlertid vist sig, at man må foretrække at begrænse natriumsulfat til to vægtdele for at holde et håndterligt opskumningsniveau, og alligevel har det vist 5 sig, at raffineringen ikke påvirkes skadeligt. Mest fore-trukkent anvendes natriumsulfat med ikke mere end én del pr. 1000 dele sand, idet en halv del er et specielt fordelagtigt eksempel. Disse vægtforhold er givet for natriumsulfat, men det turde være klart, at de kan omsættes til 10 andre sulfurkilder ved molekylvægtforhold. Udeladelse af enhver forsætlig tilsætning af raffineringshjælpemidler er ligeledes mulig, men spormængder af sulfur i nogle mineral-chargematerialer bevirker sommetider, at der er mindre mængder sulfur tilstede.

15 20 i 25 30 35

Claims (15)

17 DK 164542 B

1. Fremgangsmåde til raffinering af glas eller lignende materialer, ved hvilken et rumfang af materialet i smeltet tilstand tilbageholdes i en beholder, og underatmos-5 færisk tryk opretholdes i beholderen over det smeltede materiale for at medvirke til raffinering af materialet på en sådan måde, at der er skum til stede over materialet i beholderen, kendetegnet ved, at der på skummet aflejres substanser, som fremskynder sammenfald af skummet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skumsammenfaldssubstansen er udvalgt fra gruppen bestående af vand, alkalimetalforbindelser og opløsninger heraf.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet Ί ζ ved, at alkalimetalforbindelserne er natriumforbindelser.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at skumsammenfaldssubstansen er udvalgt fra gruppen bestående af natriumhydroxid og natriumcarbonat.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at trykket i beholderen ikke er mere end halvdelen af atmosfærisk tryk.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trykket ikke er mere end 100 torr.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at materialet, som raffineres, er soda-kalk-kiselglas og indledende er forsynet med en svovlkilde som raffineringshjælpemiddel i en mængde ikke større end en ækvivalentmængde på 2 vægtdele natriumsulfat pr. 1000 vægtdele kiselkildemateriale.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sammenfaldssubstansen tilføres kontinuerligt på skummet.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sammenfaldssubtansen tilføres intermitterende på *5 C skummet· O 18 DK 164542 B

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at materialet gøres flydende, før det kommer ind i beholderen.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendeteg-5 net ved, at materialet ikke har nogen forsætlig indbefatning af et svovlindeholdende raffineringshjælpemiddel.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sammenfaldet af skummet fremskyndes ved sprøjtning af 10 vand imod skummet.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skumsammenfaldssubstansen er en væske.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 13, kendetegnet ved, at væsken er brændbar.

15 20 25 30 35