FI79828B - Foerfarande foer smaeltning av glas. - Google Patents

Description

1 79828

Menetelmä lasin sulattamista varten Tämä keksintö koskee kiinteiden hiilipolttoainei-den, kuten kivihiilen käyttöä polttoainelähteenä lasin 5 valmistusmenetelmässä tai samanlaisessa sulatusprosessissa ja kiinteiden tai nestemäisten polttoaineiden seosten käyttöä raaka-aineiden kanssa. Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on oheistetun patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä.

10 Tiedetään hyvin, että alueilla, joilla on saatavana kivihiiltä, se on tavallisesti halvin energialähde verrattuna muihin traditionaalisiin energialähteisiin, kuten luonnonkaasuun, polttoöljyyn ja sähköön. Siksi on ehdotettu kivihiiltä käytettäväksi polttoainelähteenä lasinsula-15 tuksessa jne. Esimerkkejä tällaisista ehdotuksista voidaan nähdä US-patenteissa nro 3 969 068 ja 4 006 003. Kuitenkin kivihiilen käytöllä polttoaineena suorapolttoisissa uuneissa on havaittu olevan tiettyjä haittoja, jotka ovat vähentäneet sen laajaa käyttöä. Suurin haitta on kivihii-20 Ien tuhkapitoisuus. Kun kivihiiltä poltetaan kohopoltti-mella avoimessa, ahjotyyppisessä uunissa, jota käytetään tavanomaisesti lasin sulatukseen, oleellisia määriä tuhkaa kulkeutuu poistokaasuvirrassa, mikä voi aiheuttaa regene-raattorien tukkeutumisen ja mikä tekee välttämättömäksi 25 tuhkan poistamisen poistokaasusta ennen kuin se voidaan purkaa ilmakehään. Jonkin verran tuhkasta sijoittuu sula-tuskammion seinille, jossa se sulaa nestemäiseksi kuonaksi, joka kulkee alas astian seinämiä pitkin sulatteeseen. Sulan kuonan juoksemisella on haitallinen vaikutus uunin 30 tulenkestäviin osiin ja sulaan tuleva sula kuona tuo ei- toivottuja koostumuksellisia variaatioita ja epähomogeeni-suuksia tuotemateriaaliin. Kuonalla on usein korkea rauta-pitoisuus lasiin nähden ja kuonan juokseminen sulatteeseen voi aiheuttaa ei-toivottuja väriviiruja. Nämä ongelmat 35 ovat haitanneet kivihiilen käyttöä suorana polttoaineena tuotteiden sulatukseen, joille koostumuksen yhtenäisyys 2 79828 on tärkeä tekijä. Näin on laita erityisesti tasolasille, jolla koostumukselliset variaatiot aiheuttavat optista vääristymistä lasituotteessa.

Haitta kivihiilen tai muun hiilipolttoaineen käy-5 tölle seoksena raaka-aineiden kanssa, erityisesti sulatettaessa kirkasta lasia, on että hiilellä on niissä määrissä, jotka riittävät antamaan merkittävän energian sulatus-prosessille, myös pelkistävä vaikutus sulatteeseen ja pelkistetyssä lasissa läsnä oleva rauta ja rikki aiheuttavat 10 ruskean värityksen. Lisäksi kivihiili itse edistää raudan ja rikin menemistä sulatteeseen. Pieniä määriä pulveri-maista kivihiiltä (tyypillisesti alle 0,1 paino-%) on lisätty kirkkaaseen lasipanokseen sulamisprosessin auttamiseksi, mutta tällaiset määrät eivät ole merkittäviä ener-15 gianlähteitä ja suuremmat määrät katsottiin haitallisiksi. Jopa valmistettaessa ruskeaa lasia, käytettävää hiilimää-rää ei katsottaisi merkittäväksi polttoainelisäykseksi.

US-patentti nro 3 294 505 esittää lasin sulatusta panosbrikettien ja koksin kerroksessa. Prosessia rajoittaa 20 suhteellisen kapea ryhmä alhaisen viskositeetin lasiyhdis-telmiä alhaisen laadun sovellutuksiin. Lisäksi olisi toi-' vottavaa välttää panoksen agglomeroinnin aiheuttamaa kus tannusta.

Yleisesti merkityssä, jatkuvassa US-patenttihake-25 muksessa, sarjanumero 624 879, arkistoitu 27.6.1984, esitetään menetelmä lasin kastelemiseksi polttoöljyllä. Vain pieni osa sulatusprosessin energiavaatimuksesta täytetään polttoöljyllä.

Toinen kivihiilen ja joidenkin muiden hiilipoltto-30 aineiden käyttöön liittyvä ongelma on, että tällaiset polttoaineet sisältävät suhteellisen haihtuvia hiilivety-fraktioita, jotka ajetaan pois ja jotka poistuvat poisto-kaasun mukana, jos lämmitetään ennen sytytystä. Tämä on ongelma erityisesti, jos on toivottavaa esilämmittää raa-; 35 ka-aineita seoksena hiilipolttoaineen kanssa. Myös hiili- polttoaineiden syöttäminen ei-atomisoidussa muodossa polt- 3 79828 tovyöhykkeelle aiheuttaa myös savulla kuormitettua poistokaasua, mikä on ympäristön suhteen ei-toivottavaa. Poistokaasun jälkipoltto tai käsittely muulla tavoin tai polttoaineen karbonointi edeltävässä operaatiossa ovat kallii-5 ta optioita, joita edullisesti vältetään.

Tämän keksinnön yhtenä aspektina käytetään polttoainetta, jolla on tuhkapitoisuutta (esim. kivihiili) oleellisena energialähteenä sulatusprosessille ja samalla vältetään ongelmat, jotka liittyvät tavallisesti tuhkaan. 10 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on mainittu oheistetun patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Edullisesti panosmateriaali ja polttoaine syötetään esilämmitysvaiheessa seoksena toistensa kanssa, jotta saataisiin tuhka jakautumaan kaik-15 kialle panokseen ja muodostumaan välitön kontakti panoksen ja polttoaineen kanssa polton aikana. Polttoa ylläpidetään syöttämällä hapetinta (edullisesti oleellisen puhdasta happea) polttovyöhykkeelle esilämmitysvaiheessa. Materiaalia voidaan sekoittaa esilämmitysvaiheessa kontaktin pa-20 rantamiseksi panoksen ja polttoaineen välillä ja tuhkan sekoittumiseksi panokseen. Lämmitetty panos- ja tuhka-seos, edullisesti vielä pulverimaisessa tilassa, kuljetetaan seuraavaan vaiheeseen, jossa seos nesteytetään.

Merkittävä osa kokonaisenergiasta, joka vaaditaan 25 sulatukseen, voidaan muodostaa ekonomisen polttoaineen avulla, kuten kivihiilen, esilämmittämänä panosmateriaa-lia lämpötilaan, joka on juuri sen lämpötilan alapuolella, jossa tapahtuu merkittävää sulamista. Syöttämällä lähes homogeeninen panoksen ja tuhkan seos nesteytysvaihee-30 seen, sula, joka sitten muodostuu, voi olla oleellisen yhtenäinen koostumukseltaan vaikka oleellisia tuhkamääriä on lisätty. Siksi eräs tuhkaa tuottavan polttoaineen käyttöön liittyvistä ongelmista, kuten kivihiilen, helpottuu oleellisesti.

35 Polttamalla polttoainetta, kun se on kosketuksessa panosmateriaalin kanssa ja näin ollen välttämällä tuhkan 4 79328 poistumista poistokaasun ja kuonan muodostumista astian sisäpinnoille, vältetään ympäristöongelmat ja uunin vahingoittuminen, mikä on toivottavaa mille tahansa sulatus-prosessille. Mutta kuonan juoksemisen estäminen sulattee-5 seen tekee tämän keksinnön erityisen houkuttelevaksi lasin sulatukseen jne. kun koostumuksellinen homogeenisuus on tärkeää. Jopa suhteellisen viskoosia, vaikeasti homogenisoitavaa lasia, kuten sooda-kalkki-piidioksidi-tasolasia, jolle on hyvin korkeat optiset laatunormit, voidaan valio mistaa tällä keksinnöllä. Etuna on myös se, että panoksen agglomeraatiota ei tarvita.

Keksinnön vielä yhdessä aspektissa hapenjakelua ja lämpötilaa esilämmitysvaiheessa voidaan kontrolloida, jotta voitaisiin tuottaa oleellisia määriä hiilimonoksidia 15 polttoaineen palamistuotteena. Hiilimonoksidi kuljetetaan seuraavaan vaiheeseen, kuten nesteytysvaiheeseen, jossa se toimii ainakin osaksi polttoaineena tämän vaiheen polttoa varten. Toisessa vaihtoehdossa ensimmäisen vaiheen poltto voi olla epätäydellistä, jolloin jokin osa poltto-20 aineesta voidaan jättää palamattomaksi siten, että se voidaan kuljettaa panoksen mukana toiseen vaiheeseen, jossa se toimii ainakin osana polttoaineesta.

Korkeampien lämpötilojen sallimiseksi esilämmitysvaiheessa ja tuotetun hiilimonoksidimäärän kasvattamiseksi 25 suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa sulavat lasin aineosat voidaan jättää pois ensimmäisestä vaiheesta ja tuoda toiseen vaiheeseen tai seuraavaan vaiheeseen. Poislukien natriumlähteen (esim. kalsinoitu sooda) sooda-kalkkikivi-piidioksidi-lasin panos sallii ensimmäisessä vaiheessa 30 sellaisten lämpötilojen käytön, jotka ovat riittävän korkeita karbonaattilähdemateriaalien kalsinointiin, kuten kalkkikivien ja dolomiitin sekä hiilimonoksidin tuottamisen. Piidioksidin lähdemateriaalin käsittely (hiekka) yksin ensimmäisessä vaiheessa sallii sen, että ensimmäisessä 35 vaiheessa operoidaan hyvin korkeissa lämpötiloissa, jolloin voidaan saada suuria määriä hiilimonoksidia poisto- 5 79828 kaasuna.

Nesteyttämisvaiheen jälkeen voidaan ottaa mukaan kolmas valhe, jossa sulamlsprosessl voi edetä vielä. Kun polttoaine sekoitetaan panokseen, polttoaineen ja hapetus-5 aineen välillä voi olla epätäydellinen kontakti nesteytys-vaiheessa tai läsnä voi olla ylimäärin polttoainetta ja näin ollen nesteytetty materiaali voi lähteä toisesta vaiheesta pelkistetyssä tilassa. Siinä tapauksessa kolmanteen vaiheeseen voi sisältyä myös keino hapettaa sulate uudel-10 leen upotetulla poltolla, happipitoisella liekillä ja/tai antamalla hapettamisaineen (edullisesti hapen) kuplia sulatteen läpi. Uudelleenhapetus on erityisen hyödyllistä kirkkaan lasin värivikaisuuden välttämiseksi. Rauta- ja sulfidi-ionien aiheuttamaa ei-toivottavaa kirkkaan lasin 15 värjäytymistä voidaan välttää hapettamalla sulate uudelleen kolmannessa vaiheessa.

Kivihiilituhkan kemialliset aineosat ovat yleensä yhteensopivia useimpien lasien aineosien kanssa ja siksi laseissa voi olla jonkin verran tuhkaa vain vähäisillä tai 20 ei ollenkaan haitallisilla vaikutuksilla lasituotteeseen edellyttäen, että tuhka voidaan läpikotaisin homogenisoida sulatteeseen. Kuitenkin, kun kivihiili muodostaa pääasiallisen polttoainelähteen, tavanomaisessa sulatusprosessissa tuotetun tuhkan määrää on vaikea riittävästi homogenisoida 25 joillekin lasityypeille, joille optiset vaatimukset ovat kriittisiä. Siksi tämän keksinnön etuna on, että kivihiiltä käytetään polttoaineena erillisessä vaiheessa sulatus-prosessissa siten, että panoksen sekoittaminen tuhkaan suoritetaan ennen nesteyttämistä. Erillisessä esilämmitys-30 vaiheessa tarvitaan myös vähemmän kuin koko energiantarve siten, että tarvitaan vähemmän kivihiiltä ja vähemmän tuhkaa valmistuu. Lisäksi vaiheistetun sulatusprosessin kokonaistehokkuuden on havaittu vähentävän kokonaisenergiavaa-timuksia lasin sulattamiseksi, mikä edelleen vähentää 35 polttoainevaatimuksia. Tuloksena kivihiili voi muodostaa suurimman osan tai kokonaan energialähteen jopa tasolasi- 6 79828 panoksen esilämmitykseen sulatuslämpötilaan asti. Joissakin operointimalleissa kivihiili voi muodostaa pääasiallisen tai koko energialähteen koko nesteytysoperaatioon.

Tämän keksinnön uudet polttoainejärjestelyt voivat 5 muodostaa koko polttoainelähteen tai voivat täydentää tavanomaisia lämmönlähteitä. Uusilla järjestelyillä edistetty esilämmitysvaiheen lämpöenergian kokonaisvaatimuksen osuus on oleellinen; so. suurempi kuin se, joka saavutettiin alalla aiemmin, kun lisättiin hiilipitoista materiaali) lia sulattamisen apuaineena, väriaineena tai sitojana. Uskotaan, että jopa 5 % energiasta parantaminen on epäluon-teenomaista näille alan aikaisemmille hiilipitoisten mate-riaalian käytölle sulattimessa. Taloudellisista syistä on edullista, että tämän keksinnön uusi polttoaineenkäyttö 15 maksimoidaan siten, että se muodostaa pääosan energiasta esilämmitysvaiheessa ja optimaalisesti koko energian.

Tämän keksinnön edullisten toteutustapojen toisena piirteenä on epätäydellisen palamisen tuotteiden poisto-emissioiden vähentyminen, esimerkiksi savu, noki tai polt-20 toaineesta haihtuneet aineet. Kun kiinteän tai nestemäisen polttoaineen kanssa kosketuksessa oleva panosmateriaa-li kuljetetaan kohti lämmitysvyöhykettä, polttoaineen lämpötila kasvaa asteittain ja polttoaine alkaa luovuttaa haihtuvia aineita ja savuta ennen kuin se syttyy täydelli-25 sesti. Saatavat ei-toivottavat emissiot eliminoituvat oleellisesti keksinnön tämän aspektin takia kun ylläpidetään kaasun virtaus esilämmitysvaiheessa oleellisesti samansuuntaisena kuin panos-polttoaineseoksen kulku esilämmitysvaiheen läpi. Tämä myötävirtaan suuntautuva virtaus-30 malli kuljettaa emissiot aikaisista lämmitysvaiheista palamisvyöhykkeelle, jossa palavat emissiot sytytetään. Eivät vain haitalliset emissiot eliminoidu, vaan niiden palaminen edistää myös panosmateriaalin lämmitystä. Esilämmitysvaiheen poistokaasu voidaan polttaa edelleen kul-35 jettamalla se seuraavaan polttovyöhykkeeseen, kuten nes-teytysvaiheeseen.

Keksinnön tuloksena on myös muita ympäristöetuja.

7 79828

Vaiheittain prosessi sallii hapen käytön polton tukemiseksi ilman sijasta. Typen määrän eliminoituminen tai vähentyminen polttokaasuissa vähentää muodostuneiden typen oksidien (NOx) määrää. Poistokaasujen tilavuudet vähenevät 5 oleellisesti, kun käytetään happipolttoa ja näin ollen vähennetään kaasun nopeutta, mikä taas johtaa partikkelimuo-toisen panosmateriaalin vähäisempään poistumiseen. Typen poissaolo aiheuttaa myös korkeamman liekin lämpötilan. Oleellisen puhtaan hapen käyttö ja kaiken ilman poissulke-10 minen maksimoi nämä edut, mutta edut voidaan osittain toteuttaa sen määrän mukaan, jolla hapen konsentraatio ylittää ilman konsentraation.

Toinen ympäristöetu on, että jonkin verran rikki-emissioista, jotka liittyvät tavallisesti rikkiä sisältä-15 vien polttoaineiden, kuten kivihiilen polttoon, voidaan vähentää. Kontakti polttokaasujen ja panosmateriaalin välillä (erityisesti lasipainoksen, joka sisältää kalkkikiveä tms.) voi poistaa rikin oksideja kaasuvirrasta.

Vaihtoehtoisessa lähetymistavassa tämän keksintöjen 20 laajempien aspektien suhteen polttoainetta, jolla voi olla tuhkasisältöä, poltetaan sulatusprosessin vaiheessa, joka on tarkoitettu panoksen nesteyttämiseksi aluksi siten, että polttoaineen tuhkasisällöstä muodostuva kuona integroituu nesteyttämismateriaaliin. Koska kuona tuodaan tuo-25 tevirtaan sulatusprosessin aikaisessa vaiheessa, se voidaan homogenisoida siinä vaiheessa ja sulatusvaiheen seu-raavissa vaiheissa.

Nesteyttämisvaiheen edulliset toteutustavat käsittävät kaltevia sulatuspintoja, jotka ympäröivät keskisy-30 vennystä, jolloin suuri osa astian sisäpinnasta muodostaa sulatusmateriaalia, jolle tuhka tai kuona voidaan pyydystää. Panos syötetään kaltevalle pinnalle, kun nesteytetty materiaali virtaa alas kaltevaa pintaa tyhjennysputkeen. Seuraavassa vaiheessa sulatusprosessia voidaan jatkaa.

35 Suhteellisen pieni tulenkestävän materiaalin määrä, joka on kuonalle alttiina nesteyttämisvaiheessa, vähentää eroosion mahdollisuutta astiassa ja kuonan konsentroitua 8 79328 juoksemista sulatteeseen.

Panosmateriaali ja kivihiili tai muu kiinteä tai nestemäinen polttoaine, ovat edullisesti kosketuksessa toistensa kanssa, kun polttoaine poltetaan nesteytysvai-5 heessa. Polttoaine ja panos voidaan syöttää erikseen, mutta on edullista sekoittaa polttoaine panokseen ennen syöttöä. Kun nesteytysvyöhyke lämmitetään polttoaineen sytty-mispisteeseen, polttoaineen palamista jatketaan syöttämällä hapettamisainetta, edullisesti oleellisen puhdasta hap-10 pea, polttovyöhykkeelle.

Vaihtoehtoisessa toteutustavassa voidaan tunnetun tyyppistä poltinta kiinteiden, jauhettujen polttoaineiden, kuten kivihiilen polttamiseksi, käyttää nesteyttämisvai-heessa. Kaasun kuljettama tuhka kerätään ympäröiville 15 sulatuspinnoille ja se yhdistyy nesteytettyyn panosmate-riaaliin.

Keksintöä voidaan ymmärtää täydellisemmin piirustuksista ja mukana olevasta kuvauksesta.

Kuvio 1 esittää tämän keksinnön edullista toteutus-20 tapaa, jossa on pyörivä viertouuni-esilämmitysvaihe, joka on esitetty osittain rikottuna, toisen vaiheen pyörivä nesteytyskammio ja kolmannen vaiheen jalostuskammio.

Kuvio 2 on suurennettu pystysuuntainen poikittais-leikkaus toisesta ja kolmannesta vaiheesta, jolloin kol-25 mannessa vaiheessa on upotettu polttolaite.

Tämän keksinnön yksityiskohtainen kuvaus suoritetaan viittaamalla esimerkkiin lasinsulatusoperaatiosta, johon tämä keksintö on havaittu erityisen hyödylliseksi. Keksintö on hyödyllinen kaiken tyyppisillä laseilla mukaan 30 lukien tasolasin, säiliölasin, lasikuidun ja natriumsili-kaattilasin.

Olisi kuitenkin ymmärrettävä, että keksintö on käyttökelpoinen muiden, samankaltaisten materiaalin sulatukseen ja erityisesti mineraalityyppisten materiaalien 35 muuttamiseen sulaan tilaan. Muihin esimerkkeihin lukeutuvat: lasi- ja keraamisten materiaalien sulatus, frittien sulatus ja malmien sulatus.

9 79828

Ensimmäinen vaihe voi olla erilaisia kaasun ja kiinteän aineen kontaktilaitteita, mutta edullinen toteutustapa on viertouuni, kuten on osoitettu kuviossa 1. Vaihtoehtoisiin laitteisiin lukeutuvat leijupeti ja syklonierotin/ 5 kontaktori, jotka ovat alalla tunnettuja. Viertouuni käsittää sylinterimäisen kuoren 2, joka on tuettu pyörivästi teloilla 3 lievässä kulmassa vaakasuoraan nähden. Yksisei-näinen metallikuori, joka on esitetty kuviossa, voi olla riittävä tai parempi lämpöteho voidaan saavuttaa tulenkes-10 tävällä vuorauksella tai kaksoisseinäisellä metallikuorel-la, jonka kuorien välissä on eriste.

Stationaarinen sisäänmenokuori 4 sulkee viertouunin sisäänmenopään. Syöttöputki 5 ulottuu kuoren seinän läpi pulverimaisen panosmateriaalin kohdistamiseksi viertouu-15 niin syöttönopeuden valvontalaitteesta 6. Panos B voidaan sekoittaa polttoaineeseen ennen kuin se syötetään vierto-uuniin tai polttoaine ja panos voidaan syöttää erikseen viertouuniin, jossa ne sekoittuvat. Hapetuskaasu (esim. ilma, mutta edullisesti happi) voidaan syöttää viertouu-20 niin kanavan 7 kautta, joka ulottuu sisäänmenokuoren 4 seinän läpi. Kanava 7 voi ulottua viertouuniin riittävälle etäisyydelle polttovyöhykkeen muodostamiseksi jonkin matkaa alavirtaan panoksen syöttöalueelta. Panosmateriaalit, jotka sisältävät happea sisältäviä yhdisteitä, kuten karbo-25 naatteja, voivat muodostaa osan hapesta polton ylläpitämiseksi. Tämä on edullista, koska hiilidioksidi poistetaan ennen kuin panos nesteytetään. Nesteyttämisen jälkeen hiilidioksidin vapautuminen olisi muodostanut kuplia sulatteeseen ja niitä on vaikea poistaa. Edullisessa toteutustavas-30 sa polttotuotteet virtaavat myötävirtaan panoksen kanssa viertouunin läpi toisen vaiheen nesteytyslaitteeseen 10 ulosmenosuojuksen läpi, joka yhdistää kaksi vaihetta.

Sytytys voidaan aloittaa polttovyöhykkeellä apuläm-mityskeinoin, kuten polttimella, joka sijoitetaan väliai-35 kaisesti uuniin. Kun polttoaineen syttyminen kosketuksessa panoksen kanssa on saavutettu, polttovyöhykettä voidaan 10 79328 ylläpitää oleellisen kiinteällä viertouunin alueella tasapainottamalla hapen syöttönopeus ja nopeus, jolla panos ja polttoaine kuljetetaan pitkin viertouunia. Jälkimmäistä nopeutta kontrolloidaan oleellisesti nopeudella, jolla 5 kallistettua uunia pyöritetään. Kiinteät materiaalit ja kaasuvirrat liikkuvat samansuuntaisesti viertouunin läpi siten, että polttoaineesta alunperin vedetyt haihtuvat materiaalit kulkeutuvat polttovyöhykkeelle, jossa ne poltetaan.

10 Vaikkakaan ei edullisesti, kaasu ja panos voisivat virrata vastavirtaan toisiinsa nähden viertouunissa tai muussa esilämmittimessä. Siinä tapauksessa voi olla välttämätöntä varustaa keinot poistokaasun tekemiseksi ympäristöllisesti hyväksyttäviksi, kuten partikkelimateriaa-15 lien säkkikeräimellä. Osa poistokaasusta voidaan uudel-leenkierrättää polttovyöhykkeelle joko esilämmitys- tai nesteytysvaiheessa palavien aineiden eliminoimiseksi. Toinen tekniikka poistokaasun käsittelemiseksi ja jätteen talteenottamiseksi on kuljettaa poistokaasu kosketukseen 20 panosmateriaalin kanssa edeltävässä esilämmityksen lisä-vaiheessa. Panosmateriaali, joka sisältää karbonaatteja (esim. kalkkikiveä) on myös hyödyllinen rikin oksidien poistamiseksi poistokaasusta.

Toisen vaiheen spesifinen edullinen toteutustapa 25 on esitetty kuviossa 2 ja se on US-patentin nro 4 381 934 opetusten mukainen, Kunkle et ai. ja US-patenttihakemuk-sen, sarjanumero 661 267, 16.10.1984, myös Kunkle et ai. mukainen, jotka on tuotu tähän viitteiksi. Toinen vaihe sovita te an panoksen nest€:yttämiseksi ja sille on luonteen-30 omaista kalteva sulatuspinta panosmateriaalin vastaanottamiseksi, jotka sulavat ohuena kerroksena kaltevalla pinnalla ja juoksevat siitä nopeasti pois nesteydyttyään. Tässä esitetty nesteytysvaihe on Kunkle et ai. opetusten edullinen toteutustapa, jossa kalteva pinta oleellisesti ympäröi 35 keskussyvennystä ja astia pyörii oleellisen pystysuoran akselin ympäri. Ympyrän muotoinen järjestys tarjoaa „ 79828 erityisiä etuja tähän keksintöön ja yleensä sulatusproses-sin tehokkuuteen, mutta olisi ymmärrettävä, että tämä keksintö laajemmissa aspekteissaan ei rajoitu ympyrän muotoiseen nesteytysjärjestelyyn.

5 Erottamalla nesteytysvaihe sulatusprosessin muusta osasta, energia käytetään tehokkaammin kussakin prosessin vaiheessa optimoimalla olosuhteet kussakin vaiheessa vaiheen tiettyjen tarpeiden tyydyttämiseksi. Lisätehokkuutta saavutetaan ympäröimällä lämmitetty vyöhyke panosmateriaa-10 lilla ja käyttämällä panosmateriaalin tai yhteensopivan aineen eristämiskerrosta nesteytysvyöhykkeen eristämiseksi termisesti. Vaiheittaisen prosessin kokonaistehokkuuden energian takia ja koska vain osa sulatuksen kokonaisener-giatarpeesta kulutetaan nesteytysvyöhykkeessä, on havaittu, 15 että nesteytysvaiheessa kulutettu energiamäärä on suhteellisen alhainen ja erilaisia lämmönlähteitä voidaan käyttää tehokkaasti. Polttoaineen polttaminen, erityisesti hap-pisytytyksellä, on edullista ja sähköisiä lähteitä, kuten valokaariuunia tai plasmalamppua voidaan käyttää. Kivihii-20 li tai muu kiinteä polttoaine voi muodostaa osan tai kaiken polttoaineen toisessa vaiheessa ja osa siitä voi olla palamatonta polttoainetta ensimmäisestä vaiheesta. Kun ensimmäisessä vaiheessa muodostuu hiilimonoksidia, ensimmäisen vaiheen poitokaasu voidaan kuljettaa toiseen vaiheeseen, 25 jossa se voi muodostaa oleellisen määrän sen energiantarpeesta .

Viitaten kuvioon 2, nesteytysvaihe 10 sisältää yleensä sylinterimäisen astian 12, joka voi koostua teräs rummusta. Astia 12 on tuettu renkaan muotoiseen kehykseen 30 14, joka vuorostaan on asetettu pyörimistä varten yleensä pystysuoraan akselin ympäri, joka vastaa astian keskilinjaa tai symmetria-akselia, useilla tukiteloilla 16 ja koh-distusteloilla 18. Astian pohjaosa 20 pitää aksiaalisesti tasattua rengasmaista hoikkia 22, joka määrittää keskustan 35 laskuaukkoa 24. Holkki 22 voi koostua useista keraamisista 12 79328 paloista ja pohjaosuus 20 voi olla irrotettavasti kiinnitetty astian 12 loppuosaan hoikin 22 vaihtamisen helpottamiseksi.

Tulenkestävä kansi 26, edullisesti ylöspäin olevan 5 kupolin muodossa, on varustettu stationaarisella tuella, ympäröivällä kehysosalla 28. Kansi 26 voi sisältää vähintään yhden aukon, jonka läpi voidaan laskea vähintään yksi jäähdytetty kaasunjakeluputki 30. Jakeluputki 30 voi käsittää polttimen tai pelkästään jakoputken hapen tai 10 muun hapetusaineen jakelemiseksi polttoaineen polton tukemiseksi, joka polttoaine tuodaan nesteytyskammioon. Jos polttoaine tuodaan ensimmäisestä vaiheesta, johtoa 30 voidaan käyttää hapen tms, tuomiseksi astiaan, kun syttymis-lämpötila on saavutettu. Vapaaehtoisesti osa lämmöstä nes-15 teytysvaihetta varten voidaan muodostaa tavanomaisella polttimella tai muulla lämpölähteellä sen energian lisäksi, joka saadaan ensimmäisestä vaiheesta tulevasta polttoaineesta. Johto 30 voi olla sijoitettu keskeisesti tai se voi olla kulmassa tai epäkeskisesti sijoitettu hapen ja/tai 20 polttoaineen kohdistamiseksi sulatuskerrokseen.

Aukko 32 kannen 26 läpi voi olla varustettu panoksen syöttämiseksi nesteytysvaiheeseen ja kuten on esitetty kuviossa 2, poismenovaippa 36 viertouunin 1 päässä voi olla varustettu ränniosuudella, joka on sovitettu materiaalin 25 ohjaamiseksi nesteytysvaiheeseen. Säädettävä läppä 38 voidaan sijoittaa rännin päähän panoksen virtauksen ohjaamiseksi astian 12 sivuseinille.

Edullisesti stabiili kerros pulverimaista materiaalia 40 vuoraa astian 12 sisäpuolta. Tämä kerros toimii 30 eristävänä vuorauksena astian 12 suojaamiseksi astian sisällä olevalta lämmöltä. Niissä sovellutuksissa, joissa on toivottavaa välttää tuotemateriaalin kontaminaatiota, kerros 40 on edullisesti oleellisesti sama koostumukseltaan kuin panosmateriaali. Ennen kuin sulatusprosessi aloite-35 taan, stabiili vuoraus 40 pannaan sulattimeen syöttämällä irtonaista pulverimaista materiaalia, kuten panosmateriaa- 13 79328 lia, astiaan 12, kun astiaa pyöritetään. Irtonainen materiaali omaksuu yleensä parabolisen muodon, kuten on esitetty kuviossa 2. Pulverimainen materiaali voidaan kastella esimerkiksi vedellä alkuvaiheen aikana, jolloin muodos-5 tetaan stabiili vuoraus, koheesion edistämiseksi kerrokseen pitkin sivuseiniä. Kun vuoraus 40 koostuu panosmate-riaalista, sen ei tarvitse sisältää polttoainekomponenttia, joka voidaan sekoittaa panokseen operaation aikana. Muut pienet erot vuorausmateriaalin ja läpimenomateriaalin vä-10 Iillä voivat olla hyväksyttäviä, riippuen kyseisen prosessin vaatimuksista.

Sulatusprosessin aikana panoksen jatkuva syöttö nes-teyttämisvaiheeseen 20 johtaa laskevaan panosvirtaan, joka jakautuu stabiilin vuorauksen 40 pinnalle ja astiassa 12 15 tapahtuvan palamisen aiheuttaman lämmön vaikutuksesta nes-teytyy siirtokerroksessa 42, joka juoksee astian pohjalle ja kulkee avoimen keskustan 24 läpi läpivientiholkkiin 22. Nesteytetty materiaali 44 putoaa ensimmäisestä vaiheesta 10 toiseen vaiheeseen 11 jatkokäsittelyä varten. Tällä ta-20 valla panoksen nesteyttämisen alkuvaihe voidaan suorittaa tehokkaasti, koska materiaali nesteydyttyään poistetaan välittömästi lämmönlähteen läheisyydestä ja täydennetään jatkuvasti tuoreella styöttömateriaalilla ja näin ollen ylläpidetään suuri lämpötilaero ja siksi suuri lämmönvaihdon 25 nopeus nesteyttämisastiassa. Jatkuva korvaaminen suhteellisen viileällä, tuoreella syöttömateriaalilla yhteistyössä eristyskerroksen kanssa säilyttää nesteyttämisastian rakenteellisen eheyden kun ei käytetä astian pakotettua jäähdytystä.

30 Vuorausmateriaali 40 muodostaa lämmöneristeen ja edullisesti toimii myös ei-kontaminoivana pintana sulatuksen siirtokerrokselle 42 ja edullisimmin stabiili vuoraus sisältää syöttömateriaalin yhtä tai useampia aineosia. Vuorauksena käytettävän materiaalin lämmönjohtokyvyn takia 35 on toivottavaa, että se on suhteellisen matala siten, että voidaan käyttää käytännöllisiä kerrospaksuuksia välttämällä 14 79828 samalla tarvetta hyödyttömälle astian ulkopinnan pakkojäähdytykselle. Yleensä rakeisen tai pulverimaisen mineraali-lähteen raaka-aineet antavat hyvän lämmöneristyksen, mutta joissakin tapauksissa voi olla mahdollista käyttää välituo-5 tetta tai sulatusprosessin tuotetta ei-kontaminoivana stabiilina kerroksena. Esimerkiksi lasinvalmistusprosessi jauhettu lasimurska (jätelasi) voisi muodostaa stabiilin kerroksen, vaikkakin paksumpaa kerrosta voidaan vaatia lasin korkeamman lämmönjohtavuuden takia, verrattuna lasimassaan. 10 Metallurgisissa prosesseissa toisaalta metallisen tuotteen käyttäminen stabiilina kerroksena aiheuttaisi kohtuuttoman suuria paksuuksia lämmönsuojauksen muodostamiseksi astiaan, mutta jotkut malmimateriaalit voivat olla tyydyttäviä eristyskerroksina .

15 Nesteyttämisvaiheen edullinen toteutustapa, jota on kuvattu yllä, käsittää vuorauksen pyörityksen keskusaukon ympäri, mutta olisi ymmärrettävä, että tämä keksintö on sovellettavissa toteutuksiin, joissa vuoraus ympäröi lämmitettyä aukkoa, mutta ei pyöri. Lisäksi keksintö on sovel-20 lettavissa toteutustapoihin, joissa vuoraus on kalteva pinta, mutta ei ympäröi lämmönlähdettä (esim. sulatus tapahtuu kaltevalla pinnalla). Esimerkkejä tällaisista variaatioista on kuvattu aiemmin mainitussa Kunklen et ai. patentissa ja patenttihakemuksessa.

25 Ilmaa voitaisiin käyttää hapettimena, mutta on edul lista käyttää happea (so. korkeampi happipitoisuus kuin ilmassa) läpimenokaasun tilavuuden vähentämiseksi. Tuloksena sekä ensimmäisen että toisen vaiheen laitteet voidaan tehdä kompakteiksi, koska poistokaasuvirta on tilavuudeltaan suh-30 teellisen alhainen ja lämpötilaltaan korkea. Myös typen eliminointi systeemistä kasvattaa liekin emissiota ja kasvattaa siksi lämmönsiirtoa. Happipolton tukema voimakas polttoläm-pö on yhteensopiva toisen vaiheen edullisten toteutustapojen kanssa lämmönsuojauksen takia ja tehokkaan lämmönsiir-35 ron takia, joka saadaan ympäröivällä vuorauksella.

15 79828

Esiläirunitysvaiheessa saavutettava lämpötila riippuu polttomäärästä, joka taas vuorostaan riippuu käytetyistä polttoaine- ja happimäärästä. Jopa pieni määrä polttoa on hyödyllinen sen lämmön takia, jota se siirtää panosmate-5 riaaleihin. Edullisesti polton generoima lämpömäärä ensimmäisessä vaiheessa riittää tuottamaan panoksen maksimaalisen lämpötilankasvun sulattamatta panoksen aineosia siinä määrin, että panos ei enää virtaa vapaasti. Esimerkiksi tyypillinen tasolasin panosseos, joka sisältää oleellisia mää-10 riä kalsinoitua soodaa, rajoitettaisiin oleellisesti lämpötiloihin, jotka ovat kalsinoidun soodan sulamispisteen alapuolella (851°C), edullisesti alemmas, viertouunin tukkeutumisen ehkäisemiseksi. Yhtenä vaihtoehtona panoksen suhteellisen alhaisessa lämpötilassa sulavat aineosat voidaan 15 jättää pois ensimmäiseen vaiheeseen syötettävästä panoksesta, mutta ne voidaan syöttää suoraan toiseen vaiheeseen ja näin ollen sallia korkeampien lämpötilojen saavuttaminen ensimmäisessä vaiheessa. Edullisesti yli noin 870°C lämpötiloissa kalsiumkarbonaatti ja magnesiumkarbonaatti, 20 tyypilliset lasimassan aineosat, kalsinoidaan, so. ne hajoavat ja vapauttavat hiilidioksidia. Hiilidioksidin eliminointi, kun materiaalit ovat vielä kiinteässä tilassa, on edullista, koska näin vältetään hiilidioksidikuplien muodostumista sulatteeseen. Jopa korkeampia lämpötiloja 25 voidaan sallia esilämmittimessä, jos tässä vaiheessa lämmitettävä materiaali rajoitetaan korkeimmassa lämpötilassa sulaviin panoksien osiin ja loput aineosista syötetään suoraan myöhäisempään vaiheeseen. Esimerkiksi vain hiekan lämmitys viertouunissa sallisi yli 1 000°C esilämmitysläm-30 pötilojen saavuttamisen. Erillisiä esilämmityslaitteita voidaan varustaa mille tahansa materiaaleille, jotka ohittavat ensimmäisen vaiheen. Jotkut sulan lasimassan aineosista, kuten kalsinoitu sooda tai natriumhydroksidi, voidaan syöttää toiseen vaiheeseen sulassa muodossa. Voi olla 35 myös edullista syöttää lasimurska suoraan toiseen vaiheeseen, kun ensimmäistä vaihetta operoidaan suhteellisen ie 79828 korkeissa lämpötiloissa, missä tapauksessa lasimurska voidaan esilämmittää saattamalla se kosketukseen poistokaasun kanssa.

Useimmissa operointilämpötiloissa ensimmäisen vai-5 heen poltto voi muodostaa hiukan hiilimonoksidia, jos happea on riittämättömästi polttoaineen täydelliseen palamiseen. Näin ollen ensimmäisen vaiheen poistokaasu voidaan kuljettaa toiseen vaiheeseen, jossa hiilimonoksidipitoisuus toimii osana tai koko polttoaineena toiselle vaiheel-10 le, joka palaa lisähapella. Hiilimonoksidin osuus palamis-tuotteissa kasvaa ja hiilidioksidin osuus vähenee korkeammissa lämpötiloissa. Siksi vallitsevien hiilimonoksidimää-rien tuottamiseksi toisen vaiheen polttoaineeksi on edullista, että ensimmäistä vaihetta operoidaan yli noin 15 900°C:n korkeimmassa lämpötilassa. Kun toimitetaan riittä västi polttoainetta ja liian vähän happea, toisen vaiheen koko polttoaineen vaatimus voidaan tyydyttää ensimmäisen vaiheen hiilimonoksidilla. Polttoaineen poltto hiilimonoksidiksi vapauttaa noin kolmanneksen polttoaineen lämpösi-20 säilöstä ja loppu vapautuu hiilimonoksidin palaessa hiilidioksidiksi. Siksi ensimmäisen ja toisen vaiheen suhteelliset energiavaatimukset pitäisi ottaa huomioon valittaessa ensimmäisessä vaiheessa muodostettavaa hiilimonoksidi-määrää. Esimerkiksi lasipanos kykenee käyttämään kaksi ker-25 taa niin paljon energiaa esilämmitysvaiheessa kuin nestey-tysvaiheessa, niin että pelkän hiilidioksidin tuottaminen ensimmäisessä vaiheessa ei ole tehokkainta energian käyttöä. Kun esilämmitetään täydellistä tasolasipanosseosta, polttoaineen lämpösisällön edullinen jakautuma voidaan saa-30 vuttaa, kun ensimmäisen vaiheen poistokaasussa on noin 50 % hiilimonoksidia ja 50 % hiilidioksidia (moolipohjalla).

Kyky käyttää kivihiiltä on tämän keksinnön etu, koska joillakin alueilla on runsaasti ja kustannuksiltaan alhaista kivihiiltä. Mutta myös muita kiinteitä tai neste-35 mäisiä hiilipitoisia polttoaineita voidaan käyttää edullisesti tässä keksinnössä, esimerkiksi polttoöljyä, 17 79328 koksimursketta, öljykoksia, turvetta ja ligniittiä, öljy-liusketta, sahajauhoa, bagassia ja paperijätettä. Nestemäisillä öljytuotteilla, kuten polttoöljyllä, on etuna myös panoksen kasteleminen pölyn muodostumisen tukahduttamisek-5 si ja kuljettamiseksi poistokaasuvirrassa.

Taloudellisista syistä kivihiili on edullinen polttoaine, erityisesti bitumihiili. Tyypillisen Pennsylvania-bitumihiilen lämpöarvo on yleensä välillä 25,5 - 34,8 milj. joulea/kg (11 000 - 15 000 BTU/pound) ja tuhkapitoisuus vä-10 Iillä noin 3-9 paino-% riippuen lähteestä. Lasin sulattami-seksi tavanomaisessa, tehokkaasti operoidussa päältä poltettavassa regeneraattoriuunissa, joka polttaa luonnonkaa-sua tai polttoöljyä, katsotaan tarvittavan vähintään 7-8 miljoonaa joulea/kg tuotettua lasia. Kun otetaan esimerkik-15 si tyypillinen Pennsylvania-kivihiili, jonka lämpöarvo on noin 32 milj. joulea/kg ja tuhkapitoisuus noin 7 paino-%, tällaisen kivihiilen poltto tavanomaisessa lasinsulatus-uunissa siten, että saadaan sulatuksen koko energiatarve, antaisi poikkeuksellisen suuren määrän tuhkaa. Yllä kuvatun 20 nesteytysprosessin on havaittu kuluttavan noin 2,3 - 3,5 milj. joulea/kg läpimenossa. Tällä energiankulutuksen tasolla vaaditaan paljon vähemmän kivihiiltä energiantarpeiden tyydyttämiseen ja siksi kivihiilestä sulatteeseen tuotu tuhka on hyväksyttävillä tasoilla jopa korkeatasoisten 25 lasien valmistuksessa, joita vaaditaan tasolasiin.

Käytettävä kivihiilimäärä riippuu esilämmitysvaihees-sa saavutettavasta lämpötilasta ja kyseisen kivihiilen läm-pösisällöstä, mikä taas on sen oman hiilipitoisuuden funktio. Koska poltto ei voi olla täydellinen, koska happea ei 30 pääse kaikkiin osiin kivihiiltä, voi olla edullista lisätä hiukan enemmän kivihiiltä kuin teoreettisesti vaaditaan. Esimerkiksi noin 2-3 % Pennsylvania-kivihiiltä, jota kuvataan yllä, sekoitettuna tasolasin panosseokseen, on havaittu esilämmittävän panoksen noin 550-650°C lämpötilaan, kun 35 se poltetaan happiylimäärällä. Tässä tapauksessa tuotettu hiilimonoksidimäärä on pieni. Toisessa esimerkissä ie 79828 tasolasipanos, jonka soodalähde (esim. kalsinoitu sooda) on jätetty pois ensimmäisestä vaiheesta (joka näin ollen käsittää pääasiallisesti hiekkaa, kalkkikiveä ja dolomiittia) ja johon on sekoitettu noin 6-10 % painosta kivihiil-5 tä, esilämmitetään noin 1 100-1 300°C lämpötilaan poltettaessa. Oleellinen määrä kalkkikiveä ja dolomiittia kal-sinoituu ja jos käytetään rajoitettua määrää happea polt-tovyöhykkeessä, hiilimonoksidia on enemmän kuin hiilidioksidia polttotuotevirrassa. Muut hiilipitoiset polttoaineet 10 voivat korvata kivihiilen määrissä, jotka määritetään niiden vastaavilla lämpösisällöillä.

Olisi ymmärrettävä, että vaikka panoksen kanssa kosketuksessa oleva polttoaine muodostaa edullisesti vähintään suurimman osan ja edullisesti kokonaan vaaditun energian 15 esilämmitysvaiheeseen, tämän keksinnön edut voidaan saavuttaa pienemmillä panokseen syötetyillä polttoainemäärillä. Siinä tapauksessa jonkin verran energiaa voidaan saada tavanomaisilla polttimilla lämmittämällä esilämmitysvaihetta. Toteutuksissa, joissa kaasuvirta menee vastakkaiseen suun-20 taan kuin panoksen virtaus esilämmittimessä, nesteyttämis-vaiheesta esilämmitykseen kulkeva poistokaasu voi antaa jonkin verran energiaa esilämmitykseen.

Kiinteät polttoaineet, kuten kivihiili, jotka on sekoitettava panokseen, ovat edullisesti hienojakoisia.

25 Esimerkiksi kivihiili on edullisesti karkeudeltaan enintään 60 mesh (US-standardi-seulakoko) ja 200 meshin kivihiili on havaittu erityisen tyydyttäväksi. Kivihiilen syttymispis-te vaihtelee jonkin verran, mutta tyypillisen bitumihiilen hapettaminen voi alkaa noin 170°C:ssa ja palaminen jatkuu 30 yleensä itsestään yli 250°C lämpötiloissa, kun käytetään puhdasta happea.

Seuraava on tyypillinen tuhkasisältö 25 paino-osasta kivihiiltä

SiC>2 1 ,2 paino-osaa 35 a12°3 0,6

Fe203 0,27 19 79328

CaO 0,1 paino-osaa

Na ja K 0,5

Voidaan nähdä, että nämä tuhkan aineosat ovat yhteensopivia sooda-kalkki-piidioksidi-tasolasin koostumuksen kanssa, 5 joka koostumus voi olla seuraava:

SiO2 72-74 paino-% A12C>3 0-2

Na20 12-15 K20 0-1 10 MgO 3-5

CaO 8-10

Fe203 0-0,2 S03 0-0,5

Yllä olevaa tyyppiä olevalla sooda-kalkki-piidioksidi-lasil-15 la on tavallisesti vähintään 100 poisen viskositeetti 1 425°C lämpötilassa.

Lämpötila, jossa panos nesteytyy toisessa vaiheessa, riippuu kyseisistä panosmateriaaleista, erityisesti sen al-haisimmassa lämpötilassa sulavien aineosien määrästä ja su-20 lamislämpötilasta. Lasimassalla yleisin alhaisessa lämpötilassa sulava aineosa on kalsinoitu sooda, joka sulaa 851°C:ssa. Käytännössä on havaittu, että kaupalliset taso-lasimassakaavat nesteytyvät hiukan korkeammassa lämpötilassa, noin 1 090 - 1 150°C. Nesteytymisvaiheen lämpö voi nos-25 taa nesteytetyn materiaalin lämpötilan hiukan korkeammaksi, ennen kuin se poistuu vaiheesta ja näin ollen nesteyttämis-vaiheesta virtaavan nesteytetyn lasipanoksen lämpötila voi tyypillisesti olla luokkaa 1 260°C, mutta tavallisesti ei yli 1 320°C. Tällainen lämpötila ja lyhyt viipymäaika nes-30 teyttämisastiassa ovat harvoin riittäviä saattamaan loppuun sulatusprosessiin liittyvät monimutkaiset kemialliset ja fysikaaliset reaktiot. Sen mukaisesti nesteytetty materiaali siirretään kolmanteen tai "jalostus"-vaiheeseen 11, jossa sulamisprosessia jatketaan.

35 Lasille käsittely jalostusvyöhykkeessä käsittää tyy pillisesti nesteytetyn lämpötilan nostamisen jäljellä 20 79828 olevien hiekkajyvien sulamisen edistämiseksi ja kaasumaisten sulkeumien poistamiseksi sulatteesta. Noin 1 370 -noin 1 510°C huippulämpötila katsotaan toivottavaksi taso-lasin jalostamiseksi. Toinen toivottava operaatio, joka 5 voidaan suorittaa tässä vaiheessa, on sulaneen materiaalin homogenisointi sekoittamalla. Myös, kun panos nesteytetään pelkistävissä olosuhteissa, mikä johtaa sulaan materiaaliin, joka saavuttaa jalostusvaiheen pelkistyneessä tilassa, joihinkin loppukäyttöihin voidaan vaatia sulatteen uudelleen-10 hapettamista. Siksi jalostusvaiheen funktio tässä keksinnössä voi olla hapettavan aineen tuominen sulatteeseen. Kaikki nämä tavoitteet saavutetaan edullisella toteutustavalla, joka on esitetty kuviossa 2. Voimakkaasti sekoitettu jalos-tusvaihe sopii hyvin, ei vain sulatteen hapetustilan säätä-15 miseksi, vaan myös väriaineiden, lasimurskan tai yhdistelmän modifioijien lisäämiseksi, jotka sulavat suhteellisen helposti. Näin ollen saadaan aikaan suurta joustavuutta hyvin erilaisten tuotteiden valmistamiseksi.

Jalostusvaiheen edullisessa toteutustavassa, jota 20 esitetään kuviossa 2, käytetään upotettua polttoa kahdessa kammiossa. Yksikammioinen jalostusvaihe voi riittää joihinkin sovellutuksiin, mutta tasolasilla edullinen toteutustapa käsittää kaksi upotetun polton kammiota 50 ja 52, joissa kummassakin on allas 53 ja 54, vastaavasti, sulaneelle 25 materiaalille. Kammiot voivat olla varustettuja hapen kup-limisputkilla 55 ja 56 ja vesijäähdytteisillä polttimilla 57 ja 58 sulan materiaalin pinnan alapuolella. Upotettu nielu 59 sallii materiaalin virtaamisen kammiosta 50 kammioon 52. Aukko 60 kammion 50 katossa sallii sulaneen ma-30 teriaalin 44 pudota nesteyttämisvaiheesta 10 kammioon 50. Poistokaasu nesteyttimestä 10 ja ensimmäisestä vaiheesta 1 voi tulla jalostimeen aukon 60 läpi. Poistokaasuaukko (ei näy) voi olla kammion 50 yläosassa. Kammiossa 52 on aukko 62 sen yläosassa poistokaasujen poistamiseksi.

35 Polttoainetta, kuten luonnonkaasua ja hapetinta, edullisesti happea, syötetään polttimiin 57 ja 58 ja 2i 79328 polttaminen tapahtuu, kun kaasuvirrat saavuttavat sulate-altaat 53 ja 54. Toinen polttoaine, jota voidaan käyttää edullisesti upotetuissa polttimossa, on vety, koska sen pa-lamistuote on vesi, joka on erittäin liukoista sulaan la-5 siin. Hapen käyttö hapettimena on edullista, koska siinä vältytään tuomasta sulatteeseen ilman suurta typpipitoisuutta, jolla on huono liukoisuus sulaan lasiin. Laimenta-mattoman hapen käyttö parantaa myös kontaktia hapen ja sulatteessa olevien pelkistyneiden osien välillä. Ylimäärä 10 hapetinta voidaan tuoda polttimiin sen määrän lisäksi, joka vaaditaan polttoaineen palamiseksi jalostusvaiheeseen tulevan nesteytetyn materiaalin pelkistyneen tilan korjaamiseksi. Vaihtoehtoisesti, jos jalostusvaiheeseen tulevassa nesteytetyssä materiaalissa on riittävästi palamatonta 15 hiiltä tai jos sulatteen lämpötilaa ei tarvitse kasvattaa, hapetinta voidaan yksin injektoida sulatealtaisiin 53 ja 54 pelkän jälleenhapettumisen aikaansaamiseksi. Hapetin voidaan tuoda erikseen upotetuista polttimista, kuten kup-lintaputkien 55 ja 56 läpi. On havaittu edulliseksi käyttää 20 kuplintaputkia yhdessä upotetun polton kanssa. Kuplinta-putket voidaan sovittaa injektoimaan pienien hapetinkup-lien virtaa sulatteeseen, mikä kasvattaa kontaktin pinta-alaa sulatteen ja hapetuskaasun välillä ja upotettu poltto antaa voimakkaan sekoituksen hapettimen kuplien sekoittami-25 seksi kaikkialle sulatemassaan. Upotettu poltto antaa siis sulatteelle hyvin tehokkaan homogenoinnin.

Jalostusvaiheeseen tuotavan ylimäärähapettimen määrä vaihtelee riippuen kyseisistä olosuhteista ja vaiheeseen tulevan materiaalin pelkistysasteesta ja lopulliseen tuot-30 teeseen halutusta hapetustilasta. Sekoittamisen määrä, astian koko ja muoto, kaasu-neste-kontaktin tehokkuus ja vii-pymäaika jalostusvaiheessa ovat tekijöitä uudelleenhapet-tumisen saavuttamiseksi. Jotta saavutettaisiin homogeeninen uudelleenhapettuminen tasolasin standardien saavuttamisek-35 si, on havaittu edulliseksi suorittaa uudelleenhapetus kahdessa peräkkäisessä kammiossa, kuten piirroksessa on 22 7 9 3 2 8 esitetty ja näin ollen varmistua, että läpimenevän aineen kukin osa joutuu hapetusolosuhteiden alaiseksi riittävän riipymäajan aikana, Lasin pelkistetty tila antaa ruskeaa lasia, koska rikkiä on läsnä sulfiditilassa ja rautaa on 5 myös läsnä. Jos halutaan kirkasta lasia, uudelleenhapetus suoritetaan värjäävien ionien hapetustilan nostamiseksi + 3 +2 riittävästi, tyypillisesti ilmaistuna termillä Fe /Fe suhde. Normaalille kaupallisen luokan kirkkaalle tasola-+ 3 +2 sille Fe /Fe -suhde on välillä noin 1,5 - 3,0 ja transmit-10 tanssi vähintään 70 % (edullisesti vähintään 80 %) valolle, jonka aallonpituus on 380 nanometriä, 6 mm:n paksuudella. Kirkasta tasolasia voidaan joskus karakterisoida myös vähintään 60 %;n transmittanssilla 1 000 nanometrin kohdalla +3 +2 (6 mm paksuus). Fe /Fe -suhteet, jotka ovat huomattavasti 15 suurempia kuin on mainittu yllä, on saavutettu antamalla hapen kuplia sulaan lasiin, joka oli alunperin tummanruskeaa. Värinmuutos ruskeasta kirkkaaksi hapetuksen yhteydessä on helposti havaittava ja näin sopiva hapetusaste voidaan helposti arvioida visuaalisella havainnoinnilla.

20 Vaikka kivihiili voi tuoda ylimäärin rautaa sulatteeseen, kirkasta lasia voidaan saada uudelleenhapetuksella. Mutta normaalin tasolasin tarkka sovitus spektriin voi vaatia sen rautamäärän pelkistystä, joka tavallisesti harkitusti kuuluu panokseen (tavallisesti punaisena) väristystä var-25 ten.

Myötävirtaan uudelleenhapetuskammioista voi olla ta-soituskammio 64, kuten on esitetty piirroksessa, jossa voidaan käyttää lisää viipymisaikaa kaasusulkeumien poistamiseksi sulatteesta ja sulatteen jäähdyttämiseksi lämpöti-30 laan, joka on sopiva jatkoprosessointiin. Sula materiaali voi tulla tasoituskammioon 64 kutistetun nielun 66 läpi. Esitetyssä järjestelyssä viipymäaikaa kammiossa 64 pidennetään upotetun sulun 67 ja pintasulun 68 avulla, jotka muodostavat sulavirralle mutkittelevan tien. Käsitelty su-35 la materiaali voidaan poistaa jalostusvaiheesta 11 kanavan 70 läpi, joka voi johtaa muovausprosessiin tms., joka 23 79828 lasin tapauksessa voi muovata lasin levyksi, kuiduiksi, pulloiksi tms. tunnetuilla keinoilla.

Vaihtoehtoisessa toteutustavassa tuhkaa sisältävää polttoainetta poltetaan nesteyttämisvaiheessa. Esilämmi-5 tysvaihetta ei tarvitse olla tässä toteutustavass. Erottamalla nesteyttämisvaihe sulatusprosessin loppuosasta, saadaan ympäristö, jossa suuri osa (oleellisesti kaikki) polttoaineen tuhkapitoisuudesta voidaan tuoda tuotemate-riaaliin vaikuttamatta haitallisesti tuotteen homogeenisuu-10 teen. Nesteytetyn materiaalin nopealla virtauksella nes-teyttämisvaiheesta on oleellinen sekoitusvaikutus ja prosessointi seuraavissa vaiheissa alistaa nesteytetyn panoksen ja kuonan edullisesti lisähomogenisointiin. Edelleen, koska sulaminen tapahtuu suhteellisen ohuessa kerroksessa, 15 panosmateriaaliin sekoitetulla polttoaineella on hyvä ha-pensaanti siten, että poltto on suhteellisen täydellinen. Kuten muissakin toteutustavoissa, polttoaine voidaan syöttää polttovyöhykkeelle erillään panoksesta, mutta on edullista syöttää polttoaineen ja panoksen seos nesteyttämis-20 vaiheeseen. Hapella rikastetun polton käyttö on myös edullista. Polttoaineen epätäydellinen palaminen nesteyttämisvaiheessa johtaa sulaan materiaaliin, joka tulee jalostus-vaiheeseen pelkistyneessä tilassa, jota voi joutua korjaamaan, Siksi jalostusvaiheen funktio tässä toteutustavassa 25 on tuoda hapetusainetta sulatteeseen.

Nesteyttämisvaiheessa käytettävän kivihiilen määrä riippuu tietenkin kyseisen kivihiilen lämpösisällöstä, joka taas on sen kiinteän hiilipitoisuuden funktio. Yllä kuvatun Pennsylvania-kivihiilen tapauksessa lisäämällä noin 30 6 paino-% panoksen painosta kivihiiltä antaisi teoreetti sesti tasolasipanoksen nesteyttämiseen vaadittavan koko energian. Mutta koska palaminen ei ole täydellistä, koska happi ei pääse kaikkiin osiin kivihiiltä, on edullista lisätä hiukan enemmän kivihiiltä kuin vaaditaan teoreetti-35 sesti, jos kivihiili muodostaa nesteyttämisvaiheen koko energiantarpeen. Siksi on esimerkiksi edullista lisätä 24 79828 kivihiiltä noin 10 % panoksen painosta. Muita hiilipitoi-sia polttoaineita kuin kivihiiltä voidaan lisätä määriä, jotka määritetään niiden suhteellisilla lämpösisällöillä. Keksintö kattaa myös sen, että täytetään vähemmän kuin ko-5 ko nesteyttämisvaiheen energiankulutus panoksen hiilisi-sällöllä. Sellaisessa tapauksessa osa energiasta voidaan tuoda panoksen hiilellä ja loppu voidaan tuoda tavanomaisella polttimella tai muulla lämmityskeinolla nesteyttämis-kammiossa.

10 Vaihtoehtoisen toteutustavan spesifisessä esimer kissä, käyttämällä kuviossa 2 esitettyä järjestelyä ilman esilämmitystä, standardi kaupallinen lasimassa (mutta jättämällä pois rikkiä sisältävät sulatuksen apuaineet, kuten glaubersuolakakku tai kipsi)f sekoitettiin 5-6 paino-% 15 kanssa kivihiiltä ja sulatettiin nopeudella noin 6,8 kg tunnissa. Kivihiili oli ainoa polttoainelähde nesteyttämis-vaiheessa ja nesteytetty panos oli ruskea ja vaahtoinen, kun se tuli jalostusvaiheeseen. Kummassakin uudelleenhape-tuskammiossa oli yksi upotettu poltin ja yksi kuplintaput-20 ki. Kumpaakin upotettua poltinta syötettiin 7 standardi- kuutiometrillä tunnissa vedyllä ja 3,6 standardi-kuutiometrillä tunnissa hapella. Kumpaakin kuplintaputkea syötettiin 0,56 standardi-kuutiometrillä tunnissa hapella. Sulaneen materiaalin tilavuus oli välillä 0,28 - 0,56 kuutio-25 metriä ja sulatteen kasvun keskimääräinen viipymäaika, jona se ohitti kummankin kammion, arvioitiin noin 30 minuutiksi. Ensimmäisen kammion lämpötila oli noin 1 290°C ja toisen kammion lämpötila oli noin 1 370°C. Apupoltin (ei näy) oli kammion 64 ylätilassa vaahdon madaltamista helpottamassa.

30 Jalostusvaiheesta lähtevä lasi oli kirkasta, miltei kupla-tonta ja enemmän hapettunutta kuin kaupallinen tasolasi. Käytetty panosseos antaisi tavanomaisesti lasia, jonka rautapitoisuus (ilmaistuna FejO^ma) on noin 0,11 paino-%. Kivihiilen tuoman raudan vuoksi esimerkin lasissa havait-35 tiin olevan rautaa 0,16 paino-%. Kivihiilessä olevan rikin havaittiin muodostavan lasia, jossa on 0,063 paino-% SO^ ilman uudelleenhapetusta ja alle 0,01 % SO^ uudelleenhape-tuksella.

Claims (17)

25 79328

1. Menetelmä lasipanoksen tai muun sellaisen sulat-tamiseksi, jossa menetelmässä käytetään tuhkaa sisältävän 5 polttoaineen polttoa lämmönlähteenä prosessille, tunnettu siitä, että sekoitetaan nestemäinen tai kiinteä tuhkaa sisältävä polttoaine suoraan kosketuksiin lasipa-nosmateriaalin kanssa, poltetaan mainittua polttoainetta, niin että panos kuumenee, jolloin sekoituksen sisältyvän 10 polttoaineen määrä on riittävän suuri panoksen kuumentami-iseksi lämpötilaan, joka on juuri sen sulamislämpötilan alapuolella ennen lopullista sulatusvaihetta, tai mainitun polttoaineen määrän ollessa riittävän suuri aikaansaamaan valtaosan lämmöstä, joka vaaditaan sulamisvaiheessa sen 15 jälkeen kun panos on saavuttanut lämpötilan, joka on juuri sen sulamislämpötilan alapuolella, jolloin sallitaan poltetusta polttoaineesta saadun tuhkan jäädä lopulliseen lasituotteeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että tuhkaa sisältävä polttoaine sekoitetaan panosmateriaalin kanssa ennen kuin se syötetään esilämmitysvaiheeseen, polttoaineen poltto tapahtuu esilämmitysvaiheessa, jossa panosmateriaalia lämmitetään lämpötilaan, joka on juuri sen sulamislämpötilan alapuo-25 lella ja panos syötetään nesteyttämisvaiheeseen, jossa panosmateriaali nesteytetään.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuhkaa sisältävä polttoaine muodostaa oleellisesti kaiken energian, joka vaaditaan 30 esilämmitysvaiheessa.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esilämmitysvaihe sisältää panosmateriaalin sekoituksen pyörivässä astiassa, kun panos-materiaali kuljetetaan pyörivän astian päästä päähän.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happilähdettä, jon- 26 7 9 8 2 8 ka happikonsentraatio on suurempi kuin ilmassa, syötetään esilämmitysvaiheeseen polton tukemiseksi.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että panosmateriaali 5 kuljetetaan esilämmitysvaiheen läpi sisääntulopäästä kohti ulosmenopäätä ja polttokaasujen virtaus esilämmitysvai-heessa ylläpidetään yleensä ulosmenopään suuntaisena.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttotuotteet esilämmitys- 10 vaiheesta kuljetetaan nesteyttämisvaiheeseen.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttotuotteet sisältävät hiilimo-noksidia, joka poltetaan nesteyttämisvaiheessa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että panosmateriaali nesteytetään nesteyttämisvaiheessa ja tuhkaa sisältävän polttoaineen poltto nesteyttämisvaiheessa muodostaa panosmateriaalin nesteyttämiseen vaadittavasta energiasta suurimman osan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että nesteytetty materiaali poistetaan nesteyttämisvaiheesta pelkistetyssä tilassa ja kuljetetaan myötävirtaan vyöhykkeelle, jossa se alistetaan uudelleen-hapettaviin olosuhteisiin.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että myötävirtavyöhykkeen hapettavat olosuhteet saadaan aikaan injektoimalla kaasumaista happea nesteytetyn materiaalin massaan.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalin sekoitus myötä- 30 virtavyöhykkeessä suoritetaan injektoimalla palavia kaasuja nesteytetyn materiaalin massaan.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että panosmateriaalin kanssa kosketuksessa oleva polttoaine muodostaa oleelli- 35 sesti koko energialähteen panoksen nesteyttämiseksi.

14. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 9-13 mukainen 27 7 9828 menetelmä, tunnettu siltä, että polttoaine sekoi-tetaan panokseen ennen kuin se syötetään vyöhykkeelle, jossa poltto tapahtuu.

15. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu-5 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että panos on sooda-kalkkikivi-piidioksidi-lasipanos.

16. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine sisältää kivihiiltä.

17. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu kainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine sisältää nestemäisen raakaöljytuotteen. 28 79828