DK166204B - Fremgangsmaade og apparat til at smelte varmesmelteligt materiale saasom chargeringsmateriale til glasfremstilling - Google Patents

Description

DK 166204B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i indledningen til krav l angivne art og et apparat af den i indledningen til krav 6 angivne art til at gøre varmesmelteligt materiale flydende.

5 I OS patentskrift nr. 4 381 934 er omhandlet en frem gangsmåde til at gøre materialer såsom en glascharge eller lignende materialer flydende, ved hvilken en foring af pul-verformigt materiale såsom selve chargeringsmaterialet virker som isolation til at beskytte beholdersidevæggene mod de 10 intense temperaturer inden i beholderen. Ved foretrukne udførelsesformer omslutter foringen et centralt hulrum inden i beholderen, og foringen opretholdes ved at lade materiale, som er smeltet, strømme frit fra beholderen, og ved tilførsel af forholdsvis koldt materiale til foringen. En fordel ved 15 et sådant arrangement er, at der kan tilvejebringes høje temperaturer til at smelte chargen, uden at det kræver udstrakt kontakt mellem produktstrømmen og forurenende ildfaste materialer, og uden at det kræver omfattende varmetab ved tvungen køling af beholdervæggene.

20 Smeltning af et lag på en ildfast væg er kendt in denfor området, som det er omhandlet i US patentskrifterne nr.

1 831 619, 1 889 511, 2 006 947 og 2 593 197. Disse arrangementer har den ulempe, at de bringer et forholdsvis lille rumfang gennemgangsmateriale i berøring med et forholdsvis 25 stort areal af ildfast materiale, og rummer derved en væsentlig potientiel risiko for forurening af gennemgangsmaterialet på grund af erosion af det ildfaste materiale.

Kendte eksempler på vandkølede smeltebeholdere er omhandlet i US patentskrifterne nr. 2 834 157, 3 917 479 og 30 4 061 487. Hver af disse anvender vandkøling som det pri mære middel til at bevare i det væsentlige hele sidevægsdele af beholderen med det resultat, at der går en stor mængde energi tabt gennem beholdervæggene på grund af den store temperaturgradient mellem kølefluidet og det smeltede ma-35 teriale i beholderen.

Den i førnævnte US patentskrift nr. 4 381 934 om- 0

DK 166204 B

2 handlede fremgangsmåde til .smeltning er i stand til kontinuerlig drift i udstrakte tidsrum uden brug af tvungen udvendig køling, idet man samtidig undgår væsentlig varmenedbrydning af beholdersidevæggene. Selv om foringen 5 af chargeringsmateriale til tider kan eroderes uregelmæssigt, er systemet i hovedsagen selvreparerende på grund af tilførslen af yderligere chargeringsmateriale til beholderen. Imidlertid kan afbrydelser af de stationære tilstande inden i smeltebeholderen lejlighedsvis resultere i re-10 duktion af tykkelsen af dele af foringen, navnlig i den øvre del af beholderen, i et sådant omfang, at beholdersidevæggene kan blive udsat for temperaturer, som, hvis de opretholdtes i et tilstrækkeligt tidsrum, kunne føre til kastninger eller anden varmenedbrydning af beholderen. U-15 stabilitet af chargevægtykkelsen kan for eksempel forekomme under start, eller når man ændrer tilførselshastigheden af chargeringsmaterialer eller opvarmningsgraden. Ligeledes kan under normal drift foringen af chargeringsmateriale ved en middelhøjde eroderes hurtigere og derved 20 underskære foringen ovenover og med tiden forårsage pludseligt nedfald af foring fra et øvre område. Sådanne afvigelser frerobyder ikke et betydeligt problem, hvis de er kortvarige, men hvis de vedvarer eller forekommer hyppigt, ville det være ønskeligt at tilvejebringe varmebeskyttel-25 se af beholderen. Varmenedbrydning af beholderen er navnlig et problem på grund af den dynamiske ustabilitet den frembringer, når beholderen roterer.

US patentskrift nr. 3 689 679 omhandler en sili-katsmelteproces af en noget forskellig art, ved hvilken de-30 le af beholderen er kølede. Som afbildet i patentskriftet er køling tilvejebragt på en overvejende del af sidevægsarealet i området for aktiv smeltning. Patentskriftet angår ikke smeltning ved overfladen af en foring som ved den foreliggende opfindelse.

35

DK 166204B

3

Opfindelsens formål er ved en fremgangsmåde af den i indledningen til krav 1 angivne art og et apparat af den i indledningen til krav 6 angivne art at undgå de foran nævnte problemer og beskytte de mest udsatte dele af beholderside-5 væggen mod en for kraftig varmepåvirkning.

Dette formål opnås med en fremgangsmåde, der er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne, og med et apparat, der er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 6 angivne.

10 Foretrukne foranstaltninger i forbindelse med frem gangsmåden ifølge opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav 2 til 5, mens et foretrukket træk hos apparatet ifølge opfindelse er angivet i det uselvstændige krav 7.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, 15 idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et lodret snit gennem en foretrukken udførelsesform for en roterende smeltebeholder omfattende en øvre ildfast foring og med valgfrie køleorganer ifølge den foreliggende opfindelse, og 20 fig. 2 i større målestok en tværsnitsgengivelse af en øvre del af en smeltebéholder visende en foretrukken opbygning af en ildfast foring.

Med henvisning til den særlige udførelsesform, der er vist i fig. 1, er den grundlæggende struktur i smelte-25 beholderen 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 sene-30 re. 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 er fortrinsvis opbygget af ildfast keramisk materiale og kan antage et antal 35 forskellige former, som vil være kendt af en fagmand indenfor området konstruktion af ildfaste ovne. Det foretrukne arrangement, der er afbildet på tegningen, er en opad kup-

DK 166204B

4 0 let, fagdelt buekonstruktion fremstillet af et antal ildfaste blokke 12. Ved den viste, typiske buekonstruktion hviler bueblokkene på en omkredsunderstøtningskonstruktion 13. Pladeblokke 14 kan strække sig lidt nedenunder den øvre kant af tromlen 10 og være understøttet på en statio-5 nær understøtningsplade 15. Der kan være tilvejebragt tætningsblokke 16 til at lukke mellemrummet mellem bueblokkene 12 og pladeblokkene 14. Det vil forstås, at monolitiske og plane ophængte konstruktioner vil kunne anvendes til låget.

Chargeringsmaterialer, fortrinsvis i pulverformig 10 tilstand, kan tilføres til hulrummet i opvarmningsbeholderen ved hjælp af en vandkølet slisk 20. Et lag 21.af chargeringsmaterialet tilbageholdes på de indvendige vægge af tromlen 10 for at virke som en isolerende foring. Når tromlen drejer sig, leder tilføreselsslisken 20 chargeringsma-15 teriale op på de øvre dele af foringen 21. Varme til smeltning af chargeringsmaterialet kan tilvejebringes med én eller flere brændere 22, som strækker sig gennem låget 11. Fortrinsvis er et antal brændere 22 anbragt langs omkredsen af låget, så at de retter deres flammer mod et bredt 20 område af foringen 21. Brænderne er fortrinsvis vandkølede 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, 25 strømmer det ned ad den skrå foring til en central tapåbning 25 ved bunden af beholderen. Åbningen 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 30 yderligere behandling for at fuldende smelteprocessen. For-. di det flydende materiale får lov til at strømme frit fra overfladen af foringen 21, befinder det sig i en ufuldstændigt smeltet tilstand, når det ledes fra tromlen 10.

En flydende glasmasse indbefatter på dette tidsDunkt sæd-35 vanligvis en stor mængde af gasformige reaktionsprodukter og kan ligeledes indbefatte nogle usmeltede partikler.

DK 166204 B

5 0 Ved skillefladen mellem den øvre rand af den dre jelige tromle 10 og det stationære lag 11 kan der være tilvejebragt en atmosfæretætning bestående af et stationært, cirkulært, vandindholdende trug 30 og et cirkulært flangeelement 31, der strækker sig nedad ind i truget fra den 5 drejelige tromle. Et lignende stationært vandtrug 32 og en flange 33, der strækker sig nedad fra den drejelige tromle, kan være tilvejebragt ved den nedre ende af tromlen.

En udførelsesform for beskyttende ildfast foring ifølge den foreliggende ODfindelse er afbildet i fig. 1, 10 hvor der er tilvejebragt en ildfast foring 35 langs den indvendige, øvre omkreds af tromlen 10. Udstrækningen af foringen 35 behøver i almindelighed kun at være en mindre del af tromlens areal, idet det pulverformige lag 21 tjener som den primære beskyttende foring på hovedparten af 15 tromleoverfladen. Selv i det område, hvor der er tilvejebragt en ildfast foring, forekommer kontakt mellem den ildfaste foring 35 og det flydende materiale kun periodisk ved de lejligheder, hvor uregelmæssige tilstande medfører fravær af den øvre del af den pulverformige foring 21.

20

Ved indstilling af tilføreselshastigheden og/eller fyringen genopbygges den pulverformige foring, så den i det væsentlige dækker den ildfaste foring 35 under den normale drift. På grund af den parabolske hældning af den pulverformige foring 21 er den øvre del af foringen tyndere, og det 25 er derfor et mindre, øvre område af beholderen, som er udsat for blottelse og drager fordel af den ildfaste foring.

Den ildfaste foring 35 er vist understøttet på for eksempel en ring eller flige 36. Fortrinsvis er det ildfaste materiale en støbelig ceraenttype, som kan udstø- w bes og hærdes på stedet ved hjælp af passende forme. Ikke viste metalankre svejset til det indvendige af tromlen 10 kan ligeledes tjene til at fiksere det støbte, ildfaste materiale til tromlen. Et foretrukket arrangement til mon- __ tering af en ildfast foring er vist i fig. 2, hvor der er 35 tilvejebragt en udvidet del 37 af tromlen 10 for at skabe et trin, som kan bære en ildfast foring 38. Ildfast ce- 0

DK 166204B

6 ment, som er støbt omkring ankre, foretrækkes ligeledes ved denne udførelsesform. Tykkelsen af den ildfaste foring 35 eller 38 er tilstrækkelig til at varmeisolere metaltromlen mod virkningerne af varmen inden i tromlen til at forhindre kastninger af tromlen under en uregelmæssig 5 driftsperiode. Den nødvendige isolationsværdi vil afhænge af de specielle temperaturer og den indgående struktur. For eksempel har siliciumoxidcement med en tykkelse på fem centimeter vist sig tilfredsstillende ved den beskrevne udfø-relsesfom.

10

Som vist i fig. 1 kan den ildfaste foring være kombineret med en udvendig tvungen køling for at tilvejebringe en ekstra grad af sikkerhed for geometrisk stabilitet af tromlen. Kølingen kan være rettet på i det væsentlige det samme område som det, hvor den ildfaste foring er påført; 15 og tjener til at forhindre, at metaltromlen overophedes, hvis det ildfaste materiale ikke tilvejebringer tilstrækkelig isolation. Der vil kunne anvendes forskellige arrangementer til at tilvejebringe køling af den øvre del af tromlen 10. Kølemidlet kan være flydende (f.eks. vand) eller 20 gasformigt (f.eks. luft). Ved den viste udførelsesform sprøjtes en strøm af vand 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 sprøj-25 teskærm 41. Brugt vand kan opsamles i et cirkulært trug 42 og afledes ved hjælp af ledninger 43, som strækker sig ned langs siderne af og drejer sig med tromlen 10. Ildledning af vandet fra ledningerne 43 kan bekvemt være tilvejebragt i vand truget 32 i bundatmosfære tætningen.

30

Som ved den ildfaste foring behøver udvendig køling kun at blive anvendt på det begrænsede areal af sidevæggen, der er mest udsat for svigt af den indre foring.

I de fleste tilfælde vil dette være en mindre, øvre del af tromlen svarende til mindre end halvdelen af dennes højde.

Den indre foring 21 tjener imidlertid normalt som den primære varmebeskyttelse af den overvejende del af tromlesi- 35

DK 166204B

0 7 devæggene, og den ildfaste foring tjener som den sekundære beskyttelse. At anvende udvendig køling på den del af tromlen, som er beskyttet af den ildfaste foring, vil uddrage meget lidt varmeenergi fra den opvarmningsproces, som udføres inden i tromlen, og endnu mindre, når den pulverfor-mige foring er tilstede. Derfor kan det kølede areal være større end nødvendigt med lille eller intet tab af termisk virkningsgrad. Et lag af pulverformigt glaschargeringsma-teriale af en tykkelse på mindst 2 cm har vist sig at være en effektiv isolator, og selv ved mindre tykkelser forekommer der meget ringe varmeoverførsel gennem chargelaget. Kølingen kan anvendes udelukkende, når det er nødvendigt, men der kan være en vis fordel i at fortsætte strømmen af kølemiddel, fordi der forekommer ringe varmeoverførsel, og ved at holde det udvendige af beholderen på kølemidaeltem-15 peraturen kan man undgå varmechok, når kølingen genoptages.

Det underlag, på hvilket tromlen 10 er drejeligt understøttet og drevet, er et understøtningsbord 50, der som vist i fig. 1 kan være udformet som en hul ring af 2Q hovedsagelig rektangulært tværsnit. Understøtningsringen 50 omslutter tromlen og er adskilt fra denne. Ledorganerne til at forbinde understøtningsringen 50 med tromlen omfatter ved denne udførelsesform et antal understøtningsstæn-ger 51. Antallet og dimensionen af stængerne 51 står i omvendt forhold og afhænger af vægten af en speciel tromle, 25 når den er fuldt lastet. Tre stænger kunne teoretisk understøtte tromlen, men brugen af fire eller flere (fortrinsvis otte eller flere) stænger muliggør anvendelse af et cykele-gerarrangement, hvorved drejning af tromlen 10 i forhold til 30 ringen 50 modvirkes. I et sådant arrangement ligger stængerne ikke i radialplaner for tromlen men strækker sig i stedet langs lodrette 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 ud at fordele belastningen, og der er overvejet, at antallet af stænger kan være af størrelsen fireogtyve ved en udførel- 8

DK 166204B

0 sesform 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 med henblik på opbygning og vedligeholdelse, tilvejebringer fri luftcirkulation og undgår ophobning af eventuelt spildte 5 materialer.

Stængerne 51 holdes på plads ved hver ende af møtrikker 52 med kugleformede ender, som igen optages i konkave bøsninger i hhv. øvre og nedre understøtningsklodser 53 og 54. De øvre understøtningsklodser 53 er ifølge et 10 træk hos den foreliggende opfindelse monteret^på understøtningsringen 50 ved en højde over tyngdepunktet C for den fyldte beholder. 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 væsent- 15 lig lavere end højden af de øvre understøtningsklodser 53. Omfanget, hvormed højden, ved hvilken de øvre ender af understøtningsstængerne 51 er i indgreb med understøtningsringen 50, overstiger højden af tyngdepunktet C, maksimeres fortrinsvis med henblik på at optimere de selvcentre- 20 rende virkninger. Imidlertid vil enhver betydende højdeforskel derimellem tilvejebringe en vis grad af selvcentrering hos den foreliggende opfindelse. Praktiske betragtninger vil i de fleste tilfælde begrænse højden af det øvre indgrebsniveau. Konstruktive understøtningsorganer 25 for det stationære låg 11 og andet tilbehør knyttet til låget og til lågets skilleflade med tromlen vil typisk forhindre enhver bestræbelse på at forlænge understøtningselementerne for den drejelige tromle op over tromlens øverste højde. Fordi foringsmaterialet 21 forøges til en 30 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 ved den øvre halvdel af tromlens højde.

Befæstelsen af ledorganerne såsom stængerne 51 til tromlen er fortrinsvis beliggende ved et område af 35 0

DK 166204 B

9 tromlen/ som er forholdsvis koldt og derfor mindre udsat for varmekastninger. Fortykkelsen af foringen 21 i retning mod bunden af den cylindriske tromle gør den nedre del af tromlen mere ønskværdig som befæstelsessted. Selv om befæs-_ telse ved den øvre halvdel af tromlen sommetider kan være

O

acceptabel, foretrækkes det at foretage befæstelsen ved den nedre halvdel. Ved det mest foretrukne arrangement sker befæstelsen ved eller nedenunder tyngdepunktet C for beholderen fyldt med en normal mængde materiale inklusive 10 foringen.

Beholderen 10 kan i stedet for den viste, hovedsagelig cylindriske facon være udformet med andre faconer såsom en nedad konvergerende keglestubformet facon eller en aftrappet facon som viat i US patentskrift nr. 4 496 387.

15 I sådanne tilfælde behøver tyngdepunktet ikke at ligge indenfor den nedre halvdel af beholderen, men den foretrukne højde for undersøtning vil være over tyngdepunktet, og højden for befæstelse til beholderen vil være ved den nedre halvdel.

20 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 konstruktionselementer såsom bjælker 63. Hjulene 61 bærer den 25 lodrette belastning af tromlen og dens indhold, og antallet af hjul bør være valgt i overensstemellse hermed til fordeling af belastningen, idet otte hjul anses for passende ved en typisk installation i kommerciel skala som vist på tegningen. Kontaktoverfladen af.sporet 60 hælder 30 nedad i retning mod tromlen 10 og er således udformet som et kegleafsnit.

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 understøt-35 ningsringen 50. Sidetilbageholdelseshjulene 70 kan være drejeligt båret på stive understøtningsorganer 71, som kan være indstillelige i radialretningen i forhold til 10

DK 166204B

o tromlen. Der er tilvejebragt mindst tre s ide tilbageholdelseshjul 70, og hjulene 70 er fortrinsvis pneumatiske dæk. Mindst ét af hjulene 70 drives af en ikke vist motor for at dreje understøtningsringen 50 og dermed tromlen 10.

5 Snarere end at tjene til absolut tilbageholdelse af de drejelige elementer tjener hjulene 70 til at dæmpe en eventuel svingning af eller bevægelse frem og tilbage af tromleaksen fra dens tilsigtede beliggenhed. Hjulene 70 dæmper eventuel vandret bevægelse af tromlen og understøt-10 ningsringen, mens den koniske skilleflade mellem sporet 60 og de lodrette understøtningshjul 61 tilvejebringer den primære centreringskraft. Ligeledes assisteres henfaldet af tromleaksens svingningsbevægelse på grund af, at understøtningen befinder sig ved en højde over tyngdepunktet, 15 af dæmpningsvirkningen fra hjulene 70.

Opfindelsen er beskrevet i forbindelse med fly-dendegørelse af glasmasse, hvortil opfindelsen er specielt anvendelig. Dette omfatter planglas, fiberglas, beholderglas, natriumsilicat og praktisk taget enhver art special-20 glas. Opfindelsen er ligeledes anvendelig til flydendegø-relse af andre materialer såsom metallurgiske malme eller andre glasagtige eller keramiske materialer, der ikke strengt taget kan defineres som "glasser". Det skal også bemærkes, at selv om den foretrukne praksis er at anvende 25 sammensætninger, som kemisk er i det væsentlige identiske, til gennemgangsmaterialet og smeltebéhoIderforingen, navnlig ved behandling af planglas, kan i visse tilfælde en vis forskel derimellem betragtes som ikke-forurenende og derfor uskadelig.

30 35

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til at gøre varmesmelteligt materiale såsom chargeringsmateriale til glasfremstilling flydende og omfattende: 5 tilførsel af pulverformigt chargeringsmateriale til et hulrum i en beholder, hvilket hulrum er omsluttet af en foring af pulverformigt materiale på indvendige sidevægsdele af beholderen, som bringes til at rotere om en i det væsentlige lodret akse, og pulverformigt materiale tilføres be-10 holderens øvre ende, tilførsel af varme til hulrummet for at gøre blottede dele af det pulverformige materiale flydende, idet det flydende materiale får lov til at strømme fra beholderens bundparti, og 15 beskyttelse af en større del af beholdersidevæggen mod uønsket termisk distorsion hovedsagelig ved at opretholde en tilstrækkelig pulverformig foringstykkelse til at isolere denne del af beholderen fra varme inden i hulrummet, idet foringstykkelsen opretholdes ved at tilføre yderligere pul-20 verf ormigt materiale, og flydende materiale får lov til at løbe af fra foringen, som smelter ned til en forholdsvis tynd del i beholderens øvre ende, kendetegnet ved, at der på en mindre del af beholderindervæggen nær beholde-25 rens øvre ende opretholdes en ildfast foring for at beskytte denne mindre del af beholderen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at beskyttelsen af den mindre del indbefatter, at kølemiddel ledes i kontakt med den udvendige overflade 30 af sidevægsdelene.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at kølingen af sidevæggens mindre del indbefatter retning af en kølemiddelstrøm imod den udvendige overflade af sidevæggen.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den pulverf ormige fo- DK 166204 B 12 rings tykkelse i den mindre del forøges og aftager i tidens løb, og at den ildfaste foring er tilstrækkelig tyk til at beskytte den mindre del af sidevæggen mod termisk nedbrydning, når tykkelsen af den pulverformige foring er minimal.

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at det smeltelige materiale og den pulverformige foring består af glaschargeringsmate-riale.

6. Apparat til at gøre varmesmelteligt materiale fly-10 dende og omfattende en beholder med sidevægge og en bund monteret til drejning om en i det væsentlige lodret akse, organer til tilførsel af pulverformigt materiale til beholderen, og udløbsorganer til aftapning af flydende materiale fra beholderen, kendetegnet ved, at de 15 øvre inderdele af beholderens (10) sidevæg har en delvis foring (35,38) af ildfast materiale.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved køleorganer, som omfatter organer (40) til sprøjtning af væskeformet kølemiddel imod udvendige overfladedele af 20 sidevæggen.