DK164591B - Apparat til opvarmning af materiale, fortrinsvis til smeltning af en glascharge - Google Patents

Description

DK 164591 B

Den foreliggende opfindelse angår et apparat af den i indledningen til krav 1 angivne art til opvarmning af materiale, fortrinsvis til smeltning af glascharger eller lignende materiale som omhandlet i US patentskrift nr. 4 381 934 5 ved hjælp af en roterende beholder. En roterende beholder med en lodret akse er angivet som den foretrukne udførelsesform i dette patentskrift. På lignende måde orienterede roterende smelteapparater er ligeledes omhandlet i f.eks. US-patentskrifterne nr. 2 007 755, 2 834 157 og 3 917 479.

10 Sådanne arrangementer kan være tilfredsstillende til drift i en forholdsvis lille målestok, men når en sådan proces udføres i en kommerciel produktionsmålestok, kan der opstå dynamiske ustabiliteter i det roterende apparat, som potentielt kan lægge kraftig belastning på den tilbageholdende 15 konstruktion. En kilde til disse ustabiliteter kan være uensartet fordeling af materialet i beholderen. En anden kan være varmekastning af beholderen. Sålænge massemidtpunktet for den roterende beholder og dens indhold befinder sig på den lodrette omdrejningsakse, er systemet stabilt. Men 20 hvis massemidtpunktet afviger fra omdrejningsaksen, søger systemet at bringe de to i overensstemmelse, hvilket kan tvinge beholderen ud fra sin tilstræbte opretning og bevirke svingninger og vibrationer. Tidligere bestræbelser omfatter typisk forsøg på at tilbageholde den roterende beholder fra 25 enhver bevægelse bort fra dens tilstræbte opretning, men med en beholder i kommerciel målestok kan de kræfter, der påføres ved et sådant forsøg, blive så store, at beholderen eller andre konstruktionselementer deformeres eller bøjes, hvilket medfører andre vibrations- eller svingningsmåder.

30 Ligeledes kan tilførsel af chargeringsmaterialer til et nøjagtigt sted i beholderen være vanskelig, hvis dens bevægelse er ustabil. Det ville være ønskeligt, hvis den apparatøkonomi, der fremkommer ved den i US patentskrift nr.

4 381 934 omhandlede smelteproces, kunne bibeholdes ved at 3'5 tilvejebringe praktiske midler til stabilt at understøtte og dreje en forholdsvis stor beholder.

2

DK 164591 B

GB offentliggørelsesskrift nr. 2 140 902 omhandler et roterende smelteapparat af den i indledningen til krav 1 angivne art med stive organer til opretholdelse af en fastliggende omdrejningsakse. Understøtningsorganer understøtter 5 beholderen ved en højde over tyngdepunktet for beholderen fyldt med materiale.

Denne konstruktion har vist sig at være et arrangement, der er ude af stand til tilstrækkeligt at stabilisere en beholder af den størrelse, der behøves til kommerciel 10 produktion.

Det er formålet for opfindelsen at forbedre konstruktionen af kendte roterende smelteapparater således, at svingninger og vibrationer under driften undgås.

Dette formål opnås med et apparat af den i indlednin-15 gen til krav 1 angivne art ved det i kravets kendetegnende del angivne.

Foretrukne træk hos apparatet ifølge opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav og skal omtales nærmere i det følgende.

20 V’ed deri foreliggende opfindelse tilvejebringes et understøtnings- og drivarrangement, hvorved en stor beholder, som drejes om en lodret akse, gøres dynamisk selvstabiliserende. Opfindelsen indbefatter adskillige nye træk, som i kombination udgør den fore-25 trukne udførelsesform.

Et træk er adskillelsen af beholderen fra dens understøtningsorgan. Beholderens beholderdel eller tromle er adskilt fra et omgivende understøtningsbord med radial bevægelsesfrihed derimellem, således at understøtnings-30 konstruktionen er isoleret fra varmeudvidelse og kastningseffekter, som tromlen kan komme ud for. Selvom der tillades bevægelse derimellem, bibeholdes koaksilitet af beholderen og understøtningskonstruktionen. Understøtningsbordet er monteret til drejning om en i det 35 væsentlige lodret akse sammenfaldende med cylinderaksen for beholderen.

3

DK 164591 B

Ved en udførelsesform for opfindelsen er understøtning af tromlen tilvejebragt ved en højde over massemidtpunktet for tromlen og dens indhold, og tromlen er monteret med frihed for den lodrette akse til at svinge. Resultatet er 5 en pendullignende virkning, som tillader selvcentrering og undgår absolut tilbageholdelse. Hvis massemidtpunktet afviger fra den tilstræbte omdrejningsakse, trækker tyngdekraften massemidtpunktet imod den tilstræbte akse. På den anden side ville et tyngdepunkt over understøtningsplanet skabe 10 en ustabil, omvendt pendulsituation. Bestræbelser på lokalt at begrænse systemet mod bevægelse af massemidtpunktet ville frembringe alt for store spændinger i et apparat i stor målestok.

En forspænding mod stor sideforskydning af 15 beholderen tilvejebringes ved en konisk orientering af understøtningsfladerne, dvs. at den flade på understøtningsbordet, som er i berøring med understøtningsruller, skråner nedad imod midten af beholderen. Man undgår således at basere sig fuldstændigt på sidebegrænsnings-20 organer til at holde beholderen på plads. De belastningsbærende flader på understøtningsrullerne er ligeledes fortrinsvis koniske med spidsen af hver kegle liggende på beholderens omdrejningsakse, så at tangentialhastig-hederne af rullerne svarer til tangentialhastigheden af 25 understøtningsfladen langs kontaktlinierne derimellem^ og derved reduceres lyd, støj og vibration.

Understøtningen tilvejebringes over massemidtpunktet med en understøtningskonstruktion, der er adskilt fra tromlen og befæstet til tromlen ved en lavere højde. Langstrakte 30 ledorganer strækker sig fra understøtningskonstruktionen til befæstelsespunkterne til tromlen. På grund af indadskrå-ning af foringsmaterialet inden i tromlen er de nedre dele af tromlen mere isolerede fra den indvendige varme end de øvre dele. Derfor er ledorganerne befæstet til den lavere 35 del af tromlen på grund af den derværende stabile geometri.

Øvre dele af tromlen kan være underkastet varmeudvidelse og 4

DK 164591 B

-sammentrækning og kan sommetider blive deformerede, så at befæstelse af understøtningssystemet dér potentielt kunne indføre usymmetriske tilstande og dermed ustabilitet i det roterende system. På grund af befæstelsen til den nedre, 5 forholdsvis kolde del af tromlen og den foretrukne understøttelse af tromlen fra over dens tyngdepunkt strækker ledorganerne sig fortrinsvis nedad fra understøtningskonstruktionen til deres befæstelsespunkter til tromlen. Ledorganerne tilvejebringer ligeledes fleksibilitet i radial-10 retningen, hvorved man opnår fordelen ved konstruktiv isolering af understøtningsorganet fra tromlen. Dette arrangement tillader på fordelagtig måde varmeudvidelse eller -kastning af tromlen men fastholder tromlen i forhold til understøtningsorganet. Ledorganerne består fortrinsvis af et antal 15 stænger men kunne bestå af plader, kabler, stropper eller lignende elementer.

Et andet vigtigt træk hos foretrukne udførelsesformer er tilvejebringelsen af vandrette tilbageholdelsesorganer, som virker på understøtningsbordet. De vandrette 20 tilbageholdelsesorganer kan bestå af hjul forskellige fra de lodrette understøtningshjul, på hvilke bordet er understøttet. Selvom det foreliggende system ikke forsøger at tilvejebringe absolut tilbageholdelse, tilvejebringes der en stor stabiliserende effekt på systemet ved 25 udøvelse af elastiske vandrette centreringskræfter på understøtningsbordet for at styre udsving og dæmpe svingningsbevægelser. Tilvejebringelse af særskilt rotations fremdrivning af understøtningsbordet gennem de vandrette tilbageholdelsesorganer gør det på en fordel-30 agtig måde muligt at smøre de belastningsbærende lodrette understøtningsorganer og muliggør forskellige udformninger af og materialer til beholderunderstøtningssystemet.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, idet der henvises til tegningen, som viser 35 et lodret tværsnit gennem en foretrukken udførelsesform for et roterende opvarmningsapparat ifølge opfindelsen.

5

DK 164591 B

o

Den foreliggende beskrivelse af en særlig fore-trukken udførelsesform henfører til en proces til smeltning af glascharger, men det vil forstås, at opfindelsen ligesåvel kan anvendes til andre processer. Enkeltheder vedrørende den specielle proces vil kunne findes i US-patentskrift nr. 4 381 934 og skal ikke gentages her.

Med henvisning til den særlige udførelsesform, der er vist på tegningen, er den grundlæggende struktur i smeltebeholderen en tromle 10, som kan være fremstillet af stål, og som har en hovedsagelig cylindrisk sideudformning, en hovedsagelig åben top og en bunddel, som er lukket bortset fra et tapudløb. Tromlen 10 er monteret til drejning om en lodret akse på en måde, som skal beskrives detaljeret senere. Et i det væsentlige omsluttet hulrum er dannet inden i smeltebeholderen ved hjælp af en lågkonstruktion, der i almindelighed er angivet ved 11, og som er forsynet med en stationær understøtning.

Låget 11 kan være konstrueret med et antal forskellige materialer og udformninger, som vil være kendt af en fag-2Q mand indenfor området konstruktion af ovne. Det foretrukne arrangement, der afbildet på tegningen, er en opadkuplet, fagdelt buekonstruktion fremstillet af et antal ildfaste blokke 12. Ved den viste, typiske buekonstruktion hviler bueblokkene på en omkredsunderstøt-25 ningskonstruktion 13. Området mellem det stationære låg og den roterende beholder kan være lukket på forskellige måder.

Ved det på tegningen viste arrangement strækker pladeblokke sig lidt nedenunder den øvre kant af tromlen 10 og er understøttet på en stationær understøtningsplade 15.

30 Der kan være tilvejebragt tætningsblokke 16 til at lukke mellemrummet mellem bueblokkene 12 og pladeblokkene 14.

Det vil forstås, at monolitiske og plane ophængte udformninger og andre materialer enten kølede eller ukølede vil kunne anvendes til låget.

35 Chargeringsmaterialer, fortrinsvis i pulverformig . tilstand, kan tilføres til hulrummet i opvarmningsbeholderen ved hjælp af en vandkølet slisk 20. Et lag 21 af chargerings- 6

O

DK 164591 B

materialet tilbageholdes på de indvendige vægge af tromlen 10 for at virke som en isolerende 'foring. Når tromlen drejer sig, leder tilførselsslisken 20 chargeringsmateriale op på de Øvre dele af foringen 21. Varme til smeltning af 5 chargeringsmaterialet kan tilvejebringes med én eller flere brændere 22, som strækker gennem låget 11. Fortrinsvis er et antal brændere 22 anbragt langs omkredsen af låget, så at de retter deres flammer mod et bredt område af foringen 21. Brænderne er fortrinsvis vandkølede 10 for at beskytte dem mod de barske omgivelser inden i beholderen. Forbrændingsgasser undslipper fra beholderen gennem en åbning 23 i låget 11. Efterhånden som chargeringsmateriale på overfladen af foringen 21 bliver flydende, strømmer det ned ad den skrå foring til en central 15 afløbsåbning 25 ved bunden af beholderen. Afløbet 25 kan være udstyret med en ildfast keramisk bøsning 26.

En strøm af flydende materiale 27 falder frit fra beholderen ned i en stationær opsamlebeholder 28 og kan derefter underkastes yderligere behandling for at fuldende 20 smelteprocessen.

Tegningen viser adskillige valgfrie træk, som indgår i den foretrukne udførelsesform. Ved skillefladen mellem den øvre rand af den drejelige tromle 10 og det stationære låg 11 kan der være tilvejebragt en atmosfære-25 tætning bestående af et stationært, cirkulært, vandindeholdende trug 30 og et cirkulært flangeelement 31, der strækker sig nedad i truget fra den drejelige tromle.

Et lignende stationært vandtrug 32 og en flange 33, der strækker sig nedad fra den drejelige tromle, kan være 30 tilvejebragt ved den nedre ende af tromlen.

Et andet valgfrit træk knyttet til den foretrukne udførelsesform er et arrangement til køling af den øvre randdel af tromlen 10 i det tilfælde, at uregelmæssig tilbageholdelse af foringen 21 på den øvre indvendige 35 del af tromlen forårsager for stor udsættelse af den øvre randdel af tromlen for varmen. Til dette formål kan 7

DK 164591 B

0 en strøm af vand sprøjtes imod det udvendige af den øvre del af tromlen. Vanddyserne kan forsynes med vand ved hjælp af ledninger 40, og udsprøjtningen kan begrænses til det rum, der grænser tæt op til tromlen, ved hjælp af en sprøjteskærm 41. Brugt vand kan opsamles i et cirkulært 5 trug 42 og afledes ved hjælp af ledninger 43, som strækker sig ned langs siderne af og drejer sig med tromlen 10.

Udledning af vand fra ledningerne 43 kan bekvemt være tilvejebragt i vandtruget 32 i bundatmosfæretætningen.

Det underlag, på hvilket tromlen 10 er drejeligt 10 understøttet og drevet, er et understøtningsbord 50, der som vist på tegningen kan være udformet som en hul ring af hovedsagelig rektangulært tværsnit. Understøtningsringen 50 omslutter tromlen og er adskilt fra denne. Lecl- organerne til at forbinde understøtningsringen 50 15 med tromlen omfatter ved denne udførelsesform et antal understøtningsstænger 51. Antallet og dimensionen af stængerne 51 står i indbyrdes omvendt forhold og afhænger af vægten af en speciel tromle, når den er fuldt lastet, og af de overgangskræfter, man forventer skal bæres.

20

Tre stænger kunne teoretisk understøtte tromlen, men brugen af fire eller flere (fortrinsvis otte eller flere) stænger muliggør anvendelsen af et cykelegerarrangement, hvorved drejning af tromlen 10 i forhold til ringen 50 modvirkes. I et sådant arrangement ligger stængerne 25 ikke i radiale planer for tromlen men strækker sig i stedet langs planer, som ikke skærer tromlens lodrette akse, idet planerne for nabostænger passerer på modsatte sider af tromlens lodrette akse. Ved større beholdere kan antallet af stænger forøges tilsvarende med henblik på at 30 - .

fordele belastningen, og det er overvejet, at antallet a£ stænger kan være af størrelsen fireogtyve ved en udførelsesform af den art, som er vist på tegningen. Stænger er den foretrukne form for ledorganer, fordi de frembyder ringe forhindring til siderne af tromlen og derved tillader adgang 35 med henblik på opbygning og vedligeholdelse, tilvejebringer

O

8

DK 164591 B

fri luftcirkulation og undgår ophobning af eventuelle spildte materialer. På grund af isolation mellem understøtningsmekanismen og beholderen tilvejebragt af langstrakte ledorganer såsom stængerne 51, kan understøtningsmekanismen fungere som et selvcentrerende system 5 uafhængigt af udformningen af beholderen og dens indhold.

Stængerne 51 holdes fortrinsvis på plads ved hver ende af møtrikker 52 med kugleformede ender, som igen optages i konkave lejringer i henholdsvis øvre og nedre understøtningsklodser 53 og 54. Dette arrangement får stængerne 51 til kun at bære trækbelastninger. De øvre understøtningsklodser 53 er monteret på understøtningsringen 50 ved en højde over tyngdepunktet C for den fyldte beholder i overensstemmelse med, at det 15 foretrækkes at understøtte beholderen fra en højde over dens tyngdepunkt. De nedre understøtningsklodser 54 er fastgjort til en omkredsring 55 eller et lignende element, som er befæstet til tromlen 10 ved en højde, der er lavere end højden af de øvre understøtnings-20 klodser 53. Fordi foringsmaterialet 21 skråner til en større tykkelse ved bunden af den cylindriske tromle som vist på tegningen, vil tyngdepunktet sædvanligvis befinde sig indenfor den nedre halvdel af tromlens højde. Følgelig kan understøtningshøjden alternativt udtrykkes som værende 25 ved den øvre halvdel af tromlens højde. Forlængelse af stængerne 51 indenfor praktiske grænser for den omgivende konstruktion kan være fordelagtig med henblik på bedre isolering af tromlen fra understøtningssystemet, fordi man ved længere og derfor mere lodrette stænger undgår over-30 føring af tromlekastninger langs længden af en stang.

Befæstelsen af ledorganerne såsom stængerne 51 til tromlen er fortrinsvis beliggende ved et område af tromlen, som er forholdsvis koldt og derfor mindre udsat for varme-kastninger. Fortykkelsen af foringen 21 i retning mod 35 bunden af den cylindriske tromle gør den nedre del af tromlen mere ønskværdig som befæstelsessted. Selvom be-

O

9

DK 164591 B

fæstelse ved den øvre halvdel af tromlen sommetider kan være acceptabel, foretrækkes det at foretage befæstelse ved den nedre halvdel. Ved det mest foretrukne arrangement sker befæstelse ved eller nedenunder tyngdepunktet c for behol-5 deren fyldt med en normal mængde materiale inklusive foringen, hvilket sædvanligvis vil være i en pålideligt stabil del af beholderen.

Beholderen 10 kan i stedet for den viste, hovedsagelig cylindriske facon være udformet med andre faconer såsom en 10 nedadkonvergerende keglestubformet facon eller en aftrappet facon som vist i US-patentskrift nr. 4 496 387. I sådanne tilfælde behøver tyngdepuntet ikke at ligge indenfor den nedre halvdel af beholderen, men den foretrukne højde for understøtning vil være over tyngdepunktet, og højden for be-15 fæstelse til beholderen vil være ved den nedre halvdel.

Undersiden af understøtningsringen 50 er forsynet med et konisk spor 60, som danner rullende kontakt med et antal koniske hjul 61. Hjulene 61 er drejeligt bårne af lejer 62, som er fastgjort til passende stationære 20 konstruktionselementer såsom bjælker 63. Hjulene 61 bærer den lodrette belastning af tromlen og dens indhold, og antallet af hjul bør være valgt i overensstemmelse hermed til fordeling af belastningen, idet otte hjul anses som passende ved en typisk installation i kommerciel skala 25 som vist på tegningen. Kontaktoverfladen af sporet 60 hælder nedad i retning mod tromlen 10 og er således udformet som et kegleafsnit. Hjulene 61 kan være koniske med den samme hældning som sporet og trykker sammen med det koniske spor 60 den roterende beholder imod midten. Vink-30 len er valgt til at undgå hastighedsforskelle langs kontaktlinien og således reducere olid og støj.

Tilbageholdelse i sideretningen af den drejelige tromle 10 og understøtningsringen 50 sker ved hjælp af et antal hjul 70, som er i anlæg mod omkredsen af under-35 støtningsringen 50. Sidetilbageholdelseshjulene 70 kan være drejeligt bårne på stive understøtningsorganer 71, som kan 10

DK 164591 B

o være indstillelige i radialretningen i forhold til tromlen.

Der er tilvejebragt mindst tre sidetilbagehej.delseshjul 70, og hjulene 70 er fortrinsvis elastiske og mest fortrinsvis pneumatiske dæk. Mindst ét af hjulene 70 drives af en 5 ikke vist motor for at dreje understøtningsringen 50 og dermed tromlen 10. Snarere end at tjene til absolut tilbageholdelse af de drejelige elementer tjener hjulene 70 til at dæmpe en eventuel svingning af eller anden afvigelse af tromleaksen fra dens tilsigtede beliggenhed. Hjulene 70 10 tjener således som en primær centreringskraft for det roterende system.

15 20 i 25 30 35

Claims (14)

1. Apparat til opvarmning af materiale, fortrinsvis til smeltning af en glascharge, og omfattende en hovedsagelig cylindrisk beholder (10) eller en beholder med nedad kon- 5 vergerende, keglestubformet eller aftrappet facon indrettet til at indeholde en materialemængde, som skal opvarmes, og orienteret med en i det væsentlige lodret akse og med et centralt afløb (25) i bunden til udledning af opvarmet materiale fra beholderen, organer (22) til opvarmning af ma-10 terialet inden i beholderen (10) og understøtningsorganer (50,53,60) adskilt fra beholderen og monteret til drejning i det væsentlige koaksialt med aksen for beholderen (10), og som tilvejebringer understøtning for beholderen ved en højde over tyngdepunktet (C) for beholderen (10) fyldt med 15 materialet, kendetegnet ved ledorganer (51), som forbinder beholderen (10) med understøtningsorganerne (50,53) og er befæstet til beholderen (10) ved en højde neden under højden for de drejelige understøtningsorganer (50,53), og som tillader radial udvidelse af beholderen (10) i forhold 20 til understøtnihgsorganerne (50,53).

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at understøtningsorganerne omfatter en ringlignende konstruktion (50), der omslutter beholderen (10) og er drejeligt understøttet på understøtningshjul (61).

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ledorganerne (51) er befæstet til understøtningsorganerne (50,53) ved en højde over tyngdepunktet (C) for beholderen (10) fyldt roed materialet.

4. Apparat ifølge ethvert af kravene 1 til 3, k e n -30 detegnet ved, at højden for understøtningsorganerne (50,53) ligger inden for den øvre halvdel af beholderen (10).

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ledorganerne (51) er befæstet til en nedre del af beholderen (10).

6. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ledorganerne (51) omfatter et antal langstrakte DK 164591 B elementer, der strækker sig nedad fra understøtningsorganerne (50,53) til beholderen (10).

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at ledorganerne (51) omfatter et antal stænger.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at hver stang er skrå i forhold til radialplaner for beholderen (10).

9. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at understøtningshjulene (61) er koniske indad mod 10 aksen for beholderen (10), og at den overflade af understøtningsorganerne (50), der er i berøring med understøtningshjulene (61), omfatter et konisk afsnit (60), der skråner nedad mod aksen for beholderen (10).

10. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet 15 ved, at understøtningsringen (50) holdes vandret tilbage af hjul (70), som ligger vandret an mod en omkredsoverflade på ringen (50).

11. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at understøtningsfladen af understøtningsorganerne 20 (50) skråner imod eller nedenunder tyngdepunktet (C) for beholderen (10) fyldt med materiale.

12. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at enderne af stængerne (51) er svingeligt optaget i lejringer i øvre og nedre understøtningsklodser (53,54).

13. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hjulene (61) er drejeligt båret af lejer (62), som er fastgjort til stationære konstruktionselementer (63).

14. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at beholderen (10) er forsynet med foringsmateriale 30 (21), der forløber skrånende fra et område nær de øvre side kanter af siderne til afløbet (25) på en sådan måde, at foringstykkelsen er større på den nedre del af siderne end ved den øvre del.