FI59975C - Tvaostegsfoerfarande foer tillverkning av en glasprodukt - Google Patents

Description

fSSRl [B] (11)*UU,LUTUSJULKA,SU r Q Q H C

J^STa lJ ' ' UTLÄCCNINOSSKRIFT oyyfO

#•3© C (45) ' ;1' K: 11 l"1 ' 7 Patent usJdelat ^ ^ (51) Kv.iic.3/int.a.3 C 03 B 1/00 // C 03 C 1/02 SUOM I — FI N LAN D (21) Ρ»*·ιι«ΙΜμ«ηι· — PKwKM»6knint 762205 (22) HtkamlipUvt—AmMtnlnpdag 02.08.76 (23) AlkuptWt—02.08.76 (41) Tullut lulklMk·) — Bllvlt offeotllj 07 02 77 hUMU- j. »kteMMIItt» N»»». » 31'07 61

Patent- och regltterstyralsan AmM<m utta*d och utUkrHUn publkend 31 (32)(33)(31) *yy4**-1 «tuolkai*—Begird priority 06.08.75 USA(US) 602262 (71) Midland Glass Company, Inc., Delaware, US; Cliffwood, New Jersey 07721, USA(US) (72) Emanuel M. Temer, Oakhurst, New Jersey, USA(US) (7*0 Oy Heinänen Ab (5^) Kaksivaiheinen menetelmä lasituotteen valmistamiseksi - Tvästegs-förfarande för tillverkning av en glasprodukt Tämän keksinnön kohteena on kaksivaiheinen menetelmä lasituotteen valmistamiseksi, jossa ensimmäisessä valmistusvaiheessa muodostetaan puolivalmis, rakeinen lasituote, joka soveltuu muualla tapahtuvaan, lopullisen lasituotteen valmistukseen, ja jossa mainitussa ensimmäisessä vaiheessa lasituotteen raaka-aineet sekoitetaan keskenään, sulatetaan ja muodostetaan puolivalmisteeksi, joka jäähdytetään ja rakeistetaan.

Lasituotteiden valmistukseen tarvitaan kvartsipitoista raaka-ainetta, alkalipitoista raaka-ainetta ja energiaa. Yleensä lasiesineet ja varsinkin lasiastiat valmistetaan lähellä suuria asutuskeskuksia, joissa niitä etupäässä käytetään. Koska suuret asutuskeskukset ovat tavallisesti kaukana raaka-aineiden lähteistä, raaka-aineet täytyy kuljettaa sinne, missä niistä valmistetaan lasituotteita, minkä jälkeen nämä tuotteet kuljetetaan käyttökohteisiinsa.

Koska suuria raaka-ainemääriä joudutaan kuljettamaan pitkiä matkoja, ei mainittu prosessi kokonaisuudessaan ole niin taloudellinen kuin 2 59975 mitä se voisi olla. Varsinkin nykyään, kun energiakustannukset ovat suuret, on lasin valmistus lähellä suuria asutuskeskuksia lasin valmistuskustannuksiin nähden kallista, mikä johtuu siitä, että energiakustannukset valmistuspaikkakunna 11 a ovat yleensä suurempia kuin siellä mistä raaka-aineita on saatavissa.

Merkitykseltään kuitenkin vielä suurempi kuin valmistukseen liittyvät hankaluudet ja kustannukset lasiraaka-aineiden kuljetuksesta suurten asutuskeskuksien läheisyyteen on ympäristön suojeluun liittyvien tekijöiden hallinta. Lasin valmistusprosessissa syntyy sen laadusta johtuen sekä kaasumaisia että kiinteitä sivutuotteita, jotka yleensä poistuvat lasinsulatusuunista savupiippuun. Lasitehtaiden savupiiput ovat hvvin pitkiä näistä syistä aiheutuvan ympäristön saastumisen välttämiseksi. Tästä on se seuraus, että savupiippujen pituudesta on muodostunut taloudellinen tekijä, joka lisää valmiiden lasi-tuotteiden hintoja.

Täten olisi erittäin tärkeää ja tavoiteltavaa saada aikaan sellainen menetelmä, jolla voitaisiin vähentää kuljetuskustannuksia ja vähentää myös niitä kustannuksia ja pulmia, jotka aiheutuvat ympäristön suojelusta.

Lasin valmistus ja jatkokäsittely lopullisiksi tuotteiksi on täten luonnollisesti saanut suurta huomiota alan kirjallisuudessa ja monissa patenttijulkaisuissa. Monissa näissä julkaisuissa on käsitelty ympäristön suojeluun liittyviä kysymyksiä, so. savupiipuista lähtevien kiinteiden aineiden vähentämistä, minkä lisäksi raaka-aineiden kuljetuskustannusten vähentäminen niiden lähteiltä niiden käyttöpaikalle teknillisesti hyväksyttävällä tavalla on ollut kiinnostuksen kohteena.

Eräissä aikaisemmissa patenttijulkaisuissa on esitetty kaksivaiheisen lasinvalmistusprosessin käyttöä varsinkin lasin laadun parantamiseksi, mutta näissä ei ole ollut kysymys edellä esitetyistä pulmista.

Eräissä patenttijulkaisuissa on selostettu lasin valmistuksessa käytettyjen raaka-aineiden muodostusta tarkoituksena parantaa tasalaatuisuutta ja täten yleensä valmistettavan lasin laatua. Näitä julkaisuja ovat esimerkiksi US-patentit 1 543 770, 2 062 907, 2 366 473 ja 2 970 924.

3 59975 US-patenttijulkaisussa 3 573 867 on selostettu samankaltainen menetelmä, jossa lisäksi harkko tai tanko, joka on muodostettu lasin valmistuspanosta varten tarkoitetuista raaka-aineista, raf-finoidaan eli kirkastetaan lämpötilassa noin 1600°-1700°, minkä jälkeen kirkastettu lasi joko varastoidaan myöhempää käyttöä varten tai muodostetaan rakeiksi myöhempää jatkokäsittelyä varten. US-patentti julkaisussa 1 646 488 on esitetty lasimurskan valmistustapa ensimmäisessä prosessivaiheessa, minkä jälkeen tämä lasimurska sulatetaan ja käytetään lasilevyjen valmistukseen.

Missään näissä aikaisemmissa patenttijulkaisuissa ei ole selostettu menetelmää, jossa olisi saatu .vähennetyksi lasin valmistusprosessi in liittyviä kuljetuskustannuksia tai ympäristön saastumista lähellä suuria asutuskeskuksia.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada lasituotteen valmistusmenetelmä, joka muodostaa ratkaisun yllämainittuihin ongelmiin. Keksinnön mukaan lasituote valmistetaan tavallisista lasin raaka-aineista kaksivaiheisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että ensimmäisessä vaiheessa ennen jäähdytysvaihetta lasi kirkastetaan 60-95-prosenttisesti, minkä jälkeen saatu osaksi kirkastettu lasi jäähdytetään ja rakeistetaan kuljetusta varten. Edullisesti suoritetaan tämä osittainen kirkastus eli puoliraffinointi kaukana suurista asutuskeskuksista lähellä niitä paikkoja, joista raaka-aineet ovat saatavissa. Osaksi kirkastetut rakeet kuljetetaan sen jälkeen toiselle paikkakunnalle, jossa sulatusprosessia jatketaan tarkoituksena saattaa lasin raffinointi eli kirkastus täydelliseksi ja nyt sulatettu lasi muovataan lopullisiksi lasiesineiksi. Näin valmistetut lasiesineet ovat yleensä lasisäiliöitä kuten tölkkejä, pulloja jne.

Kuten edellä on esitetty, puoliraffinointivaihe suoritetaan siten, että saavutetaan 60-95 % aste täydellisestä raffinoinnista eli kirkastuksesta. Edullisesti suoritetaan puoliraffinointivaihe siihen määrään saakka, että saavutetaan noin 90-95 % ja edullisimmin noin 90-92 % kirkastusaste. Kuten edellä on mainittu, tämä puoliraffi-nointivaihe suoritetaan edullisesti paikkakunnalla, joka on kaukana asutuskeskuksista. Yleisesti ottaen lasinvalmistuksessa tarvittavat raaka-aineet eli kvartsiraaka-aine ja alkaliraaka-aine, sekä energia ovat helpommin saatavissa niillä paikkakunnilla, jotka ovat kaukana asutuskeskuksista, kuin niillä paikkakunnilla, jotka ovat lähellä 4 59975 asutuskeskuksia. Tällä tavoin voidaan vähentää turhia kuljetuskustannuksia.

Puoliksi raffinoitu lasiaine jäähdytetään ja muutetaan rakeiseksi. Rakeisella tilalla tarkoitetaan sellaisia partikkeleita eli rakeita, joiden hiukkaskoon jakautuma on epäsäännöllinen ja epätasainen ja muistuttaa lähinnä rakeisuudeltaan vuorisuolaa. Jäähdytys ja rakeistus voidaan suorittaa saattamalla sula, puoliksi raffinoitu lasi kosketuksiin virtaavan veden kanssa.

Rakeistettu, puoliksi raffinoitu lasituote kuljetetaan sen jälkeen paikalle, jossa tapahtuu lasiesineiden valmistus. Tämä valmistuspaikka sijaitsee yleensä suurten asutuskeskusten läheisyydessä, koska on taloudellisinta valmistaa lopulliset lasituotteet tällaisilla paikkakunnilla. Tällä tavoin valmistetut lopulliset lasituotteet voivat olla lasilevyjä, mutta ne ovat edullisimmin lasisäi1iöita kuten tölkkejä, pulloja jne. Lasituotteiden lopullisessa valmistusvaiheessa sulatusvaihetta, jonka aikana lasi raffinoituu eli kirkastuu, jatketaan rakeistetun, puoliksi raffinoidun lasituotteen suhteen siten, että syntyy sulaa, raffinoitua eli kirkastettua lasia. Sulaa lasia syötetään lasin muovauskoneisiin tai lasiesineiden valmistus-koneisiin, jotka voivat olla edellä selostetun mukaisesti lasipullojen valmistuskoneita.

Koska esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa edellä mainitut sivutuotteet erottuvat menetelmän ensimmäisessä vaiheessa, niitä ei tarvitse kuljettaa sille paikkakunnalle, jossa lasituotteen lopullinen valmistus tapahtuu, eikä kuljettaa pois, millä oleellisesti vähennetään kuljetuskustannuksia. Tämän lisäksi rakeinen, puoliksi raffinoitu eli puoliksi kirkastettu lasituote on paljon vähemmän altis vahingoittumaan ilmassa, varsinkin ilman kosteuden vaikutuksesta, kuin lasin pääraaka-aineet kuten kvartsi-pitoinen raaka-aine ja alkalipitoinen raaka-aine. Tämän johdosta kuljetettava aine on suuremmassa määrin stabiili muiden saavutettujen etujen ohella.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 5 59975

Kuv. 1 esittää rakeisten»puoliksi raffinoitujen eli puoliksi kirkastettujen lasituotteiden valmistusta.

Kuv. 2 esittää rakeisen, puoliksi raffinoidun lasituotteen käyttöä lasisäiliöiden valmistukseen.

Seuraavassa selostetaan keksinnön eräitä edullisia, käytäntöön soveltuvia suoritusmuotoja.

Esillä olevan keksinnön mukaan lasinvalmistuksen raaka-aineet sulatetaan tavalla ja seoksina, jotka ovat alan ammattimiehelle sinänsä tunnetut. Kulloinkin kysymyksessä oleva aineseos riippuu valmistettavan lopullisen tuotteen tyypistä, esim. lasiastiat, juomalasit, lasilevyt jne ja sulatusmenetelmä riippuu tiettyyn määrään saakka käytetyistä raaka-aineista. Sekä menetelmä että raaka-aineet ovat alan ammattimiehelle sinänsä tunnetut eikä niitä sen takia selosteta lähemmin. Kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa älkalipitoista raaka-ainetta 1 ja kvartsi-pitoista raaka-ainetta 2 syötetään suppiloon 3· On luonnollisesti selvää, että myös muita lasinvalmistuksessa käytettäviä raaka-aineita, kuten esimerkiksi booripitoisia aineita jne. voidaan tarvittaessa myös lisätä tässä kohdassa. Suppilosta 3 raaka-aineet syötetään sekoitti-meen 4, jossa muodostuu yleensä homogeeninen raaka-aineseos. Keskenään sekoitetut raaka-aineet siirretään esim. kuljettimella 5 lasinsulatus-uuniin 6.

Vaikkakin ne sulatus ja raffinointi- eli kirkastusvaiheet, jotka tapahtuvat uunissa 6, ovat yleensä samanlaiset kuin ne, jotka tapahtuvat tavallisessa lasin raffinointi- eli kirkastusprosessissa, tiettyjä etuja on saavutettavissa uunia käytettäessä soveltamalla esillä Olevan keksinnön mukaista menetelmää. Tämän hetkisissä lasitehtaissa, joissa lasinsulatusuuni ja lasiesineiden valmistuskoneisto sijaitsevat samalla alueella, lasinsulatusuunin toiminta riippuu välttämättömäsii sii.tä / la3iaineen kulutusnopeudesta, joka lasiesineiden valmistuslaitteistolla on. Taloudellisista syistä käytetään tavallisissa lasitehtaissa olevissa lasinvalmistusuuneisssa yleensä niin suuria lämpötiloja kuin mahdollista, esim. 1535°-1550°q. Näiden lämpötilojen kestämistä varten ovat 1asinvalmistusuunit vuoratut tulenkestävällä aineella. .Kuta suurempi on sulatuslämnötila sitä parempaa tulenkestävyyttä vaaditaan. Käytettäessä myös erittäin korkealaatuisia aineita näissä korkeissa lämpötiloissa tapahtuu huomattavaa kulumista ja tulenkestävä kerros täytyy uusia usein. Jos näitä lämpötiloja kuitenkin vähennetään oleellisesti, ei' 59975 ε sulan virtaama ole tarpeeksi suuri kirkastetim lasin syöttämiseksi lasinvalmistuslaitteistoon, minkä johdosta lopullista tuotteen valmistusta, varsinkin läsisäiliöiden valmistusta ei voida toteuttaa taloudellisesti.

Koska kirkastusvaihetta ei toteuteta esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisessä vaiheessa, ei lasiuunissa käytettävän lämpötilan tarvitse olla suuri. Tämän johdosta tulenkestävän vuorauksen elinikä on huomattavasti pitempi, mikä tekee menetelmän taloudellisemmaksi. Yleensä ensimmäisen vaiheen puolikirkastusvaihe voidaan suorittaa lämpötiloissa noin 140D-1465°C'. Näissä olosuhteissa ei ainoastaan tulenkestävän vuorauksen elinikä pitene vaan myös vaaditaan vähemmän energiaa.

Jos lasinsulatusuunia on käytettävä ensiksi suoritettavan puolikirkas-tustyövaiheen toteuttamiseksi samoissa lämpötiloissa, joita yleensä tavallisesti käytetään yksivaiheisessa lasinvalmistusnrosessissa, saavutetaan suurempia virtaamia eli tuotoksia, jolloin seurauksena on myös lisääntynyt taloudellisuus. Vaikkakin tuleenkestävää vuorausta on jatkuvasti korjattava suunnilleen saman aikataulun mukaan kuin nykyisissä lasinvalmistusprosesseissa, voidaan saavuttaa suuremmat virtaamat eli tuotokset.

Esillä olevan keksinnön mukaisen lasienvalmistusmenetelmän ensimmäisessä vaiheessa lasiraaka-aine raffinoidaan eli kirkastetaan, jolloin aikaansaadaan noin 60 $-95 $ täydellisestä raffinoitumis- eli kirkastumis-asteesta. Materiaali raffinoidaan eli kirkastetaan edullisimmin noin 90 - 95 $ ja kaikkein mieluimmin noin 90-92 $. Tässä vaiheessa on oleellista, että lasia ei täydellisesti raffinoida eli kirkasteta. Täysin raffinoitu eli kirkastettu lasi, jota ei käytetä lopullisessa tuotteessa, saa nimityksen lasimurska. Kuten edellä on mainittu, julkaisuissa US-1 646 488 on kysymys ns. lasimurskan muodostamisesta tässä vaiheessa. Kuitenkin tässä ensimmäisessä valmistusvaiheessa lasi raffinoidaan eli kirkastetaan täysin kirkkaaksi lasimurskaksi, jotta lopullinen lasituote, varsinkin lasisäiliot, saisivat niille halutut ominaisuudet. Kuten julkaisussa Modern Glass Practice, Scholes, Industrial Publications, Inc. Chicago (1935) ss. 81, 82 on esitetty, ammattitaitoiset lasinvalmistajat ja lasinpuhaltajat voivat helposti todeta sen eron, joka on sulatetun lasimurskan ja raaka-aineista valmistetun lasin välillä. Kuten tässä yhteydessä ja edellä mainituissa kirjallisuus-viittauksessa on esitetty, on todettu, että jos lasimurskan suhteelli- 7 59975 nen määrä on liian suuri, on lasisula liian jäykkää tai sen viskositeetti on liian suuri, mistä on se seuraus, että valmistetun lasi-sulan jatkokäsittely on huomattavassa määrin vaikea. Teoreettisen todistelun puutteesta huolimatta tässä julkaisussa ehdotetaan, että tämä seikka johtuu liuenneiden kaasujen poistumisesta tai alkalien erkanemisesta lasimurskaa sulatettaessa.

Puoliksi raffinoitu lasituote poistetaan lasiuunista prosessin ensimmäisessä vaiheessa sekä jäähdytetään ja rakeistetaan. Eräs tapa tämän jäähdytys- ja rakeistusvaiheen toteuttamiseksi on se, että sulalasi-suihku kohdistetaan vesisuihkuun 7, joka on suunnattu kohti sulaa lasia kohdassa 8 suuttimella 9. Jähmettynyt, puoliksi raffinoitu lasi-tuote 10 kerätään säiliöön 11 käytettäväksi edelleen esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän toisessa työvaiheessa.

Edellä perusteltuja tarkoituksia varten on erittäin edullista, että menetelmän ensimmäinen vaihe toteutetaan lasin raaka-aineiden lähteiden lähellä ja sellaisessa kaukaisessa paikassa, joka sijaitsee etäällä asutuskeskuksista. Puoliksi raffinoitu eli kirkastettu lasituote 10 kuljetetaan sen jälkeen lasin lopulliseen valmistuspaikkaa, joka edellä esitetyistä syistä sijaitsee yleensä lähellä asutuskeskuksia. Lasituotteiden lopullisessa valmistuspaikassa, joka on esillä olevan keksinnön mukaan toinen prosessin tapahtumapaikka, sulatusprosessi suoritetaan siten, että siinä tapahtuu tuotteen 10 lopullinen raffinointi eli kirkastus, jolloin sulasta lasista tehdään lopullisia lasituotteita.

Kuten kuviossa 2 on esitetty, puoliksi raffinoitu eli kirkastettu tuote johdetaan suppiloon 20. Suppilo 20 on esitetty ainoastaan eräänä suoritusmuotona ja on selvää, että puoliksi raffinoitu tuote 10 voidaan johtaa lasiuuniin 21 millä tahansa muullakin tavalla, joka on ammattimiehelle sinänsä tunnettu. Esillä olevan keksinnön lähtökohtana on tähänastinen tekniikan taso ja keksinnön mukaan on saavutettavissa oleellinen parannus tähän astiseen tekniikan tasoon nähden. Jos tällöin sulatteen koostumus olisi suoritettu virheellisesti puoliksi raffinoidun tuotteen 10 valmistamiseksi, voidaan tällöin muodostaa toinen sulate muuttamalla raaka-aineiden koostumusta ensimmäisessä sulatteessa tapahtuneiden koostumusvirheiden korjaamiseksi. Nämä kaksi sulatetta tai tarvittaessa muutkin sulatteet voidaan sekoittaa keskenään suppilossa 20 ennen sulatusprosessin jatkamista uunissa 21.

a 59975

Se sulatustyövaihe, joka on aloitettu uunissa 6 , jatkuu uunissani täysin raffinoidun eli kirkastetun lasituotteen aikaansaamiseksi. Sula ja täysin raffinoitu eli kirkastettu lasimassa 22 johdetaan sen jälkeen ammattimiehelle sinänsä tunnettuun tapaan lasiesineiden vaImi stuskoneis taon 23. Tässä yhteydessä käytettävä 1 asinvaImi stus -koneisto ei ole kriittinen eli laadultaan ratkaiseva ja tämän tyyppiset lasirvalmistuskoneistot ovat sinänsä tunnettuja alan ammattimiehelle. Kuten kuviosta 2 käy selville, lasinvalmistuskoneisto 23 on sellainen, että sillä valmistetaan lasipulloja, jotka on merkitty viittausnumerolla 24. Vaikkakin lasipullot ovat niitä tuotteita, joita lähinnä valmistetaan esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä, on selvää, että muunlaisia tuotteita, kuten esimerkiksi tölkkejä jne. voidaan myös valmistaa esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä.

Keksintö ei rajoitu edellä selostettuihin esimerkkeihin vaan keksinnön erilaiset käytäntöön soveltuvat suoritusmuodot voivat eri tavoin vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

9 59975

1. Kaksivaiheinen menetelmä lasituotteen valmistamiseksi, jossa ensimmäisessä valmistusvaiheessa muodostetaan puolivalmis, rakeinen lasituote, joka soveltuu muualla tapahtuvaan, lopullisen lasituotteen valmistukseen, ja jossa mainitussa ensimmäisessä vaiheessa lasituotteen raaka-aineet sekoitetaan keskenään, sulatetaan ja muodostetaan puolivalmisteeksi, joka jäähdytetään ja rakeistetaan, tunnettu siitä, että ennen jäähdytysvaihetta lasi kirkastetaan 60-95-prosent-tisesti, minkä jälkeen saatu osaksi kirkastettu lasi jäähdytetään ja rakeistetaan kuljetusta varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osaksi kirkastettua lasia olevat rakeet kuljetetaan lopullisen lasituotteen valmistuspaikkaan, jossa rakeet sulatetaan ja saatetaan täysin kirkastetuksi sulaksi lasiksi, joka muodostetaan lopulliseksi lasituotteeksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kirkastusaste on 90-95 %, sopivimmin 90-92 %.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lopullisen lasituotteen valmistusprosessissa käytetään kahta tai useampaa erää osaksi kirkastettua lasia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasituotteen raaka-aineet sulatetaan lämpötilassa, joka on 1400-1465°C.