FI82233C - Foerfarande foer styrning av skum vid vakuumraffinering av glasmaterial. - Google Patents

Description

1 82233

Vaahdon ohjausmenetelmä lasimateriaalien tyhjiöpuhdistus-ta varten Käsiteltävä keksintö koskee ilmakehän painetta pie-5 nemmän paineen käyttämistä sulan lasin tai vastaavan puhdistamisen nopeuttamiseksi. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee erästä käytännön järjestelyä vaahdotusmäärän ohjaamiseksi tällaista puhdistustekniikkaa sovellettaessa.

Lasia sulatettaessa muodostuu huomattavia määriä 10 kaasua seosmateriaalien hajoamisesta johtuen. Seosmate-riaalit vetävät kaasuja mukaansa tai ne siirtyvät sulavaan lasiin palamislämpölähteistä. Pääosa kaasusta poistuu sulamisen alkuvaiheen aikana, mutta osa kaasua jää sulatteeseen. Osa sulatteeseen jääneestä kaasusta liukenee la-15 siin, mutta osa muodostaa taas erillisiä kaasumaisia sulkeumia, jotka tunnetaan kuplina, jotka ovat haitallisia, jos niiden annetaan jäädä kohtuuttoman suurina konsen-traatioina lasituotteeseen. Kaasusulkeumat nousevat sulatteen pintaan ja poistuvat siitä, jos niille annetaan 20 siihen riittävästi aikaa sulatustoiminnon puhdistusvai-heena tunnetussa työvaiheessa. Puhdistusvyöhykkeeseen muodostetaan tavallisesti korkeita lämpötiloja, jotka nopeuttavat kuplien nousemista pintaan ja kaasusulkeumien poistumista vähentämällä sulatteen viskositeettia ja suu-25 rentamalla kuplien halkaisijoita. Puhdistusvaiheessa käytettyjä korkeita lämpötiloja varten tarvittava energia ja suuri sulatuskattila, joka tarvitaan antamaan kaasusul-keumille riittävästi aikaa poistua sulatteesta, ovatkin lasinvalmistuksen pääkustannuksia. Näin ollen on toivotta-30 vaa, että puhdistusprosessia tehostetaan näiden kustannusten pienentämiseksi.

Tunnettu asia on, että alennettu paine saattaa edistää puhdistusprosessia vähentämällä sulatteeseen si-• ' sältyvän kaasumaisen aineen osapainetta ja lisäämällä su- 35 latteessa olevien kuplien tilavuutta, niin että niiden nouseminen pintaan nopeutuu. Koska on mahdotonta saada 2 82233 aikaan täysin kaasutiivis kattila, kun on kysymys tavanomaisesta puhdistuskammiosta, niin että siihen voidaan muodostaa tyhjiö, tyhjiön käyttö on rajoittunut suhteellisen pieniin sulatusmäärien käsittelyyn US-patenteissa 5 1 564 235, 2 781 411, 2 877 280, 3 338 694 ja 3 442 622 julkistetulla tavalla.

On myös ehdotettu jatkuvatoimisia tyhjiöpuhdistus-prosesseja, mutta ne eivät ole niihin liittyvistä erilaisista epäkohdista johtuen yleistyneet suuressa mittakaa-10 vassa tapahtuvassa lasin yhtäjaksoisessa valmistuksessa. US-patenteissa nro 805 139, 1 598 308 ja 3 519 412 julkistettujen jatkuvatoimisten tyhjiöpuhdistuslaitteiden suurimpana epäkohtana on, että ne edellyttävät suhteellisen kapeita pystykanavia, jotka johtavat paine-eron vaatimaan 15 tyhjiövyöhykkeeseen ja siitä ulos. Nämä kanavat monimutkaistavat kattilan rakennetta, nimenomaan silloin, kun seinämien on oltava kaasutiiviitä, lisäävät syöttöerän joutumista alttiiksi saastuttavalle tulenkestomateriaa-lille ja muodostavat suuren viskoosin kitkan syöttöerän 20 virtaukselle. On huomattava, että noin 4,5 m lasipatsas tarvitaan tasapainottamaan puolen ilmakehän tyhjiö. Tällaisen järjestelmän tehon säätäminen muodostaa myös ongelman, nimenomaan viskoosiin vastuskertoimeen nähden. Sää-tömahdollisuus on kuitenkin tärkeä yhtäjaksoisessa kaupal-25 lisessa tuotannossa valmistettavaan tuotteeseen tehtävien muutosten ja niiden taloudellisten tekijöiden vuoksi, jotka vaikuttavat haluttuun tuotantonopeuteen. Jokaisessa edellä mainitussa kolmessa patentissa käyttövoima, jolla lisätään virtausnopeutta tyhjiöosaston kanavien läpi, voi-30 daan saada aikaan vain lisäämällä sulatteen syvyyttä tyhjiöosaston vastavirtapuolella sulatteen syvyyteen nähden tyhjiöosaston myötävirtapuolella. Tämän tasoeron määrää lisää vielä näihin järjestelmiin liittyvä viskoosi kitka. Koska sivuseinämien kiihtynyt eroosio tapahtuu sulatteen 35 pinnassa, tason huomattava muuttaminen lisää vielä eroosiota, mikä huonontaa taas tuotteen laatua.

li 3 82233 US-patentissa nro 3 429 684 esitetään yksinkertaisempi rakenne, jossa lasiseosmateriaali syötetään tyhjiö-lukon läpi ja sulatetaan pystysuunnassa pitkänomaisen tyh-jiökammion yläpäässä. Syöttömäärän muuttaminen tässä jär-5 jestelyssä edellyttää kammion tyhjiömäärän muuttamista, mikä muuttaa taas epäedullisesti puhdistusastetta. Raaka-aineen sulattaminen tyhjiökammiossa on mainitun järjestelmän toinen epäkohta ja tähän on taas kolme syytä. Ensinnäkin muodostuu suuria määriä vaahtoa suoritettaessa raa-10 ka-aineen alkuhajottamista tyhjiössä ja tämä edellyttää puolestaan riittävän suurta vaahtosäiliötä. Toiseksi on pelättävissä, että raaka-ainetta pääsee siirtymään lyhyttä kiertorataa pitkin poistovirtaan, jolloin siinä ei tapahdu riittävää sulatusta eikä puhdistusta. Kolmanneksi 15 ne alkuvaiheet, jotka koskevat sulatteen sulattamista ja sen kuumentamista puhdistuslämpötilaan tyhjiösäiliössä, edellyttävät suurien lämpömäärien syöttämistä kattilassa olevaan sulatteeseen. Tällainen huomattava lämmönsyöttö kattilaan synnyttää sulatteeseen perinteisesti konvektio-20 virtoja, jotka lisäävät seinämien eroosiota, mikä aiheuttaa taas puhdistetun tuotevirran saastumista.

US-patentissa nro 4 195 982 esitetään ensin lasin sulattaminen kohotetussa paineessa ja sitten lasin puhdistaminen erillisessä kammiossa alemmassa paineessa. Molem-25 mat kammiot kuumennetaan.

Eräänä tyhjiöpuhdistukseen joka mittakaavassa yhtäjaksoisena tai jaksoittaisena liittyvänä probleemana on se suuri määrä vaahtoa, jota muodostuu joskus, nimenomaan alhaisissa paineissa. Vaahtoa varten on tällöin 30 järjestettävä suuri tila nestesäiliön päälle. Koska tämä ylätila on pidettävä myös kaasutiiviinä, sen rakenteesta voi muodostua huomattava taloudellinen epäkohta, nimen-" _ omaan suurimittaisessa valmistusprosessissa. Tämän vuok si vaahto rajoittaa mahdollisesti hyödynnettävän tyhjiön 35 määrää. On siis toivottavaa, että tämä tyhjiöpuhdistuspro- 4 82233 sessien epäkohta pystytään eliminoimaan ilman suuri pääomakustannuksia .

US-patentissa nro 3 350 185 julkistetaan menetelmä vaahdon puristamiseksi kokoon lasinsulatusprosessissa il-5 makehän paineella, jolloin jyrkän muutoksen hapettamises-sa todettiin aiheuttavan vaahdon painumisen kokoon.

Käsiteltävän keksinnön mukaan tyhjiöpuhdistuskam-mioon kerääntyvän vaahdon määrä ohjataan syöttämällä vaahtoon sellaisia aineita, jotka keskeyttävät sen ne toimin-10 not, jotka aiheuttavat kuplien yhtymisen ja/tai katkaisevat pintajännityksen kuplakalvoissa, niin että ne särkyvät. Alkalimetalliseokset, esimerkiksi natriumhydroksidi tai natriumkarbonaatti, on todettu tehokkaaksi lasivaah-toon vaikuttavaksi aineryhmäksi. Tyhjiökammion vaahdon al-15 kalipitoisuuden on todettu vähentyneen joiltakin osin jonkin verran, luultavasti alkalin suhteellisesta haihtuvuu-desta johtuen paineen vähennyttyä. Tämän perusteella us-kotaankin, että vaahdon viskositeetti on suurempi kuin sulan lasin viskositeetti ja että vaahtoa on tästä syystä 20 vaikeampi puristaa kokoon. Syöttämällä vaahtoon alkalia sen viskositeetti laskee ja kuplien halkeaminen tapahtuu helpommin. Lisäämällä vaahtoon viskositeettia muuttavaa ainetta kuplakalvot saadaan nytkin rikki. Iskuvaikutukses-ta johtuvaa kuplien halkeamista voi myös tapahtua jonkin 25 verran. Vaahtoon lisätty alkali vastaa sekä tyypiltään että määrältään mieluimmin loppuun käytettyä alkalia, niin että ajateltu tuotekoostumus saadaan pysymään yllä. Nat-ronkalkkipiilasin osalla tärkein tyhjennystoiminto on nat-riumtyhjennys, joten vaahdonsärkemispaineena käytetään 30 mieluimmin jotakin natriumyhdistettä. Alkalimetalliseos voidaan lisätä joko kiinteänä aineena tai liuoksena ja se kohdistetaan vaahtoon tyhjiökammiossa yhtäjaksoisesti tai jaksoittain.

Käsiteltävän keksinnön mukaan vaahdonsärkemisai-35 neeksi suositetaan vettä. Alkalia vastaavalla tavalla vesi pystyy särkemään vaahtokuplien kalvot joko pisarakos- li 5 82233 ketuksena tai niiden viskositeettia muuttamalla. Toisen teorian mukaan veden suihkuttaminen vaahtoon jäähdyttää vaahdon yläosan ja saa aikaan siinä konvektiokierron. Kierrätyksestä johtuvan lisääntyneen liikkeen uskotaan 5 kiihdyttävän kuplien yhtymistä suuremmiksi kupliksi, jotka särkyvät helpommin. Tämän vaikutuksen uskotaan esiintyvän myös alkaliliuoksia käytettäessä, samoin silloin, kun kuivia alkaliyhdisteitä syötetään vaahdon päälle. Veden käyttäminen on edullista, koska se liukenee helposti sulaan 10 lasiin ja vaikuttaa vain vähän lasituotteen ominaisuuksiin ja lisäksi koska vesihöyryn osapaineen lisääminen puhdistuskammiossa ei vaikuta osittain liukenemattomien kaasujen poistamiseen sulatteessa. Eräs etu on myös, että vettä on helppo käsitellä ja sitä voidaan suihkuttaa yhtä-15 jaksoisesti tai jaksoittaisesti vaahdon päälle helposti säädettävällä nopeudella.

Palavia nesteitä, esimerkiksi alkoholia tai polttoöljyä, voidaan myös käyttää vaahdonsärkemisaineena. Tällöin nesteen palaminen lisää lämpöenergiaa järjestelmään, 20 mikä on myös eräs lisäetu.

Kuvio 1 on pystyleikkaus sulatustoiminnon kolmesta eri vaiheesta, joita ovat nesteytysvaihe, liuotusvaihe ja tyhjiöpuhdistusvaihe käsiteltävän keksinnön erään suositettavan rakenteen mukaisesti.

25 Nimenomaan lasin ja vastaavien lasimateriaalien su- lattamiseen tarkoitettua menetelmää ja laitetta selostetaan yksityiskohtaisesti seuraavassa, mutta tällöin on kuitenkin huomattava, että keksintöä voidaan soveltaa myös muiden amteriaalien käsittelyyn.

30 Käsiteltävää keksintöä voidaan soveltaa edullises ti tyhjiöpuhdistusjärjestelmään, joka julkistetaan tämän keksinnön tekijöiden samanaikaisesti jättämässä patenttihakemuksessa nro 865 334/30.12.1986, vaikka se ei olekaan rajoitettu tähän sovellutukseen. Mainitussa hakemuksessa 35 selostetaan järjestelyä, jolla tyhjiöpuhdistusta voidaan käyttää kaupallisessa mittakaavassa toimivassa yhtäjaksoi- 6 82233 sessa lasinsulatusprosessissa, niin että se eliminoi edullisesti ja taloudellisesti aikaisemman rakenteen epäkohdat. Sula lasi päästetään tyhjiöpuhdistuskammioon vasta sen jälkeen, kun suurin osa sulattamiseen tarvittavasta 5 lämpöenergiasta on suunnattu sulatteeseen, niin että enintään vain vähän lämpöenergiaa joudutaan syöttämään tyhjiö-kammiossa olevaan sulaan materiaaliin.

Tyhjiövaiheessa lisätään mielellään vain se määrä lämpöä, joka tarvitaan kompensoimaan se lämpöhäviä, joka 10 tapahtuu kattilan seinämien kautta. Riittävän suurilla syöttönopeuksilla tyhjiökammio voi olla kokonaan kuumentamaton. Suositettavissa rakenteissa seosmateriaali nestey-tetään ensin sellaisessa vaiheessa, joka on tarkoitettu nimenomaan tätä prosessitoimenpidettä varten ja nesteytet-15 ty materiaali siirretään sitten toiseen vaiheeseen, jossa kiinteiden hiukkasien liuottaminen suoritetaan pääasiassa loppuun ja materiaalin lämpötila voidaan nostaa puhdistukseen sopivaksi lämpötilaksi. Tämän jälkeen sula materiaali siirretään tyhjiökammioon. Tästä johtuen suuri osa 20 sulatukseen liittyvistä kaasumaisista sivutuotteista siirretään pois, ennen kuin tyhjiö kohdistetaan materiaaliin ja suurimman kaasunkehityksen alue erotetaan puhdistus-vyöhykkeestä, jolloin varhaisiin sulatusvaiheisiin liittyvät materiaalit eivät sekoitu sulatteen puhdistettaviin 25 osiin. Koska suurin osa lämmöntarpeesta tai koko lämmöntarve on tyydytetty ennen materiaalin siirtymistä tyhjiö-puhdistusvaiheeseen, jolloin puhdistusvaiheen kuumentuminen voidaan välttää, sulatteen liiallinen konvektio puh-distusvyöhykkeessä voidaan eliminoida. Tästä on taas seu-30 rauksena, että kattilan eroosio vähenee, samoin se todennäköisyys, että sulatteen epätäydellisesti puhdistettuja osia pääsee sekoittumaan paremmin puhdistettuihin osiin.

Suositettavan tyhjiöpuhdistusjärjestelmän muut aspektit koskevat syöttömäärän ohjaukseen liittyviä etuja.

35 Nesteytetty materiaali syötetään tyhjiökammion yläpäähän venttiililaitteen kautta ja puhdistettu sulate menee

II

7 82233 tyhjiökammion alapäästä vielä toisen venttiililaitteen läpi. Tyhjiökammiossa olevan nesteen korkeus on mieluimmin ainakin vähän suurempi kuin se korkeus, joka tarvitaan tyhjiön tasapainottamiseen. Syöttönopeutta voidaan 5 siis ohjata venttiililaitteilla muuttamatta tyhjiön painetta kammiossa ja samoin muuttamatta nestetasoa kammiossa. Ja päinvastoin, tyhjiöpaineiden aluetta voidaan käyttää syöttömäärää muuttamatta. Venttiilien lisäksi järjestelmä on varustettu sen läpi menevän sulan materiaalin suh-10 teellisen alhaiselle virtausvastukselle.

Tyhjiöpuhdistuskammion suositettava rakennemuoto on pystysuunnassa pitkänomainen säiliö, mieluimmin pystysuora sylinteri. Tämä laite siirtää syötettävän materiaalin, jossa on kaasua ja tavallisesti vaahtoa, kammion yläosaan, 15 jossa paine on pienin ja kaasu voi nousta helposti ylös ja poistua nestevaiheesta. Kun sula materialai siirtyy alaspäin säiliön pohjassa olevaa aukkoa kohti, säiliössä olevan sulatteen syvyydestä johtuva lisääntyvä paine pakottaa jäännöskaasut jäämään liuokseen ja vähentää mahdollisesti 20 jäljelle jäävien pienien kuplien tilavuutta. Liuottamista edistetään myös antamalla lämpötilan laskea materiaalin mennessä puhdistussäiliön läpi.

Tavanomaisessa lasinsulatuksessa käytetään natrium-sulfaattia tai kalsiumsulfaattia tai muita rikkilähteitä 25 seosmateriaaleissa sulatus- ja puhdistusprosessin edistämiseksi. Rikkiyhdisteiden sisältymisen sulatteeseen on kuitenkin todettu muodostavan tietyn probleeman tyhjiöpuh-distuksessa suurien vaahtomäärien vuoksi ja myös siksi, että rikki syövyttää tyhjiöpuhdistussäiliön keraamisia 30 tulenkestoseinämiä. Tähän asti on kuitenkin ollut vaikeaa suorittaa lasin tehokasta sulattamista ja puhdistamista ilman rikkiyhdisteitä. Suositettavan tyhjiöpuhdistusjärjestelmän eräs edullinen aspekti onkin vielä, että lasi voidaan sulattaa ja puhdistaa korkealaatuiseksi tuotteek-35 si käyttämällä vain vähän rikkiä tai jättämällä se pois kokonaan. Tämä on käsiteltävän keksinnön mukaan mahdollista, 8 82233 koska sulatus- ja puhdistustoimenpiteet tapahtuvat eri vaiheina, jolloin kumpikin vaihe voidaan suorittaa prosessilla, joka on tarkoitettu minimoimaan tai eliminoimaan puhdistuslaitteiden käyttö.

5 Kuvion esittämällä tavalla käsiteltävän keksinnön mukainen kokonaissulatusprosessi käsittää mieluimmin kolme vaihetta, toisin sanoen nesteytysvaiheen 10, liuotus-vaiheen 11 ja tyhjiöpuhdistusvaiheen 12. Erilaisia järjestelyjä voidaan käyttää aloittamaan sulattaminen nesteytys-10 vaiheessa 10, mutta erittäin tehokas järjestely prosessin tämän vaiheen eristämiseksi ja sen suorittamiseksi taloudellisesti julkistetaan US-patentissa nro 4 381 934, johon viitataan, kun on kysymys suositettavan nesteytysvai-herakenteen yksityiskohdista. Nesteytyssäiliön perusraken-15 ne käsittää rummun 15, joka voidaan valmistaa teräksestä ja jossa on pääasiassa lieriön muotoine sivuseinämäosa, pääasiassa avonainen yläosa ja pohjaosa, joka on poisto-aukkoa lukuun ottamatta suljettu. Rumpu 15 on asennettu niin, että se pyörii esimerkiksi suunnilleen pystysuorassa 20 akselissa sen ympärillä olevan tukirenkaan 16 avulla, joka on tuettu pyörivänä useiden tukipyörien 17 päälle ja pysyy paikallaan useissa samassa linjassa olevien pyörien 18 avulla. Pääasiassa suljettu syvennys on muodostettu rumpuun 15 kansirakenteen 20 avulla, joka on varustettu kiin-25 teällä tuella, esimerkiksi kehärungon 21 avulla. Kansi 20 voi olla tehty tulenkestävästä keramiikkamateriaalista ja se voi vaihdella muodoltaan, kuten tulenkestouunien asiantuntijat hyvin tietävät. Kuviossa esitetty järjestely on ylöspäin kaareutuva kaarirakenne, joka on valmistettu lu-30 kuisista tulenkestoelementeistä. On huomattava, että kantta varten voidaan käyttää monoliitti- tai tasaisia, ripustettuja rakenteita.

Lämpö seosmateriaalin nesteyttämistä varten voidaan järjestää yhdellä tai useammalla kannon 20 läpi suun-35 tautuvalla polttimella. Mieluimmin useita polttimia on järjestetty kannen kehälle, jolloin niiden liekit suuntau- i: 9 82233 tuvat rummussa olevalle laajalle materiaalialueelle. Polt-timet ovat mieluimmin vesijäähdytteisiä niiden suojaamiseksi säiliössä olevalta ankaralta ympäristöltä. Poisto-kaasut voivat päästä ulos nesteytyssäiliöstä kannessa ole-5 van aukon 23 kautta. Jätelämpöä voidaan käyttää edullisesti seosmateriaalin esikuumentamiseen esikuumennusvaihees-sa (ei esitetty) US-patentissa nro 4 519 814 julkistetulla tavalla.

Seosmateriaalit, jotka ovat mieluimmin jauhemaisia, 10 voidaan syöttää nesteytyssäiliön syvennykseen kourulla 24, joka menee esitetyssä rakenteessa poistoaukon 23 läpi. Yksityiskohdat, jotka koskevat syöttökourun järjestelyä, voidaan nähdä US-patentissa nro 4 529 428. Syöttökouru 24 päättyy lähelle rummun 10 suviseinämiä, jolloin seosma-15 teriaali tulee rummun sisempien sivuseinämäosien päälle. Seosmateriaalikerros 25 pysyy kiinni rummun 10 sisäseinä-missä rummun pyörimisestä johtuen ja toimii eristysvuo-rauksena. Koska vuorauksen 25 pinnassa oleva seosmateriaa-li on alttiin asyvennyksessä olevalle lämmölle, se muodos-20 taa nesteytetyn kerroksen 26, joka virtaa alaspäin kaltevaa vuorausta pitkin säiliön pohjan keskiosassa olevaan poistoaukkoon. Poistoaukko voidaan varustaa keraamisella tulenkestoholkilla 27. Nesteytetyn materiaalin 28 muodostama virta putoaa vapaasti nesteytyssäiliöstä toiseen vai-25 heeseen 11 johtavan aukon 29 läpi.

Toista vaihetta voidaan nimittää liuotussäiliöksi, koska sen yhtenä tehtävänä on suorittaa loppuun niiden seosmateriaalissa olevien ja mahdollisesti sulamattomien rakeiden liuottaminen, jotka ovat jäljellä nesteytyssäi-30 liöstä 10 lähtevässä nesteytetyssä virrassa 28. Nesteytet-ty materiaali on tässä pisteessä sulanut vain osittain ja sisältää sulamattomia hiekkarakeita ja huomattavan kaasu-- · maisen vaiheen.

Liuotusssäiliön 11 tehtävänä on suorittaa loppuun 35 ensimmäisestä vaiheesta tulevasta nesteytetyssä materiaalissa olevien sulamattomien hiukkasien liuottaminen järjes- 10 82233 tämällä tietty oloaika myötävirran puolella olevasta puh-distusvaiheesta eristetyssä kohdassa. Natronkalkkipiila-si nesteytyy tyypillisesti noin 1 150 - 1 200°C lämpötilassa ja tulee liuotusastiaan 11 noin 1 200 - noin 1 320°C 5 lämpötilassa, jossa jäljellä olevat sulamattomat hiukkaset liukenevat yleensä, kun niillä on riittävä oloaika. Esitetty liuotussäiliö 11 on vaakasuunnassa pitkänomainen tulenkestoallas 30, jossa on tulenkestokatto 31 ja vastakkaisissa päissä tulo- ja poistoaukko riittävän olo-10 ajan varmistamiseksi. Liuotussäiliössä olevan sulan materiaalin syvyys voi olla suhteellisen pieni materiaalin kierrätyksen vähentämiseksi.

Vaikka lämpöenergiaa ei tarvitsekaan lisätä sanottavasti liuotusvaiheen suorittamista varten, kuumentaminen 15 voi kuitenkin nopeuttaa prosessia ja pienentää näin ollen liuotussäiliön 11 kokoa. Tärkeämpää on kuitenkin, että materiaali kuumennetaan liuotusvaiheessa niin, että sen lämpötila nousee seuraavaa puhdistusvaihetta varten. Puhdis-tuslämpötilan maksimointi on edullista lasin viskositee-20 tin vähentämiseksi ja seoksessa olevien kaasujen höyryn-paineen lisäämiseksi. Noin 1 520°C lämpötilaa pidetään yleensä toivottavana natriumkalkkipiilasille, mutta käytettäessä tyhjiötä puhdistamisen edistämiseksi, voidaan tuotteen laadun kärsimättä käyttää alhaisempiakin puhdis-25 tuslämpötiloja. Se määrä, jolla lämpötiloja voidaan laskea, riippuu tyhjiön määrästä. Sen vuoksi, kun puhdistus on suoritettava tyhjiötä käyttäen käsiteltävän keksinnön mukaisesti, lasin lämpötilaa ei tarvitse nostaa esimerkiksi 1 480°C suuremmaksi, mieluimmin vain 1 430°C:seen ja 30 kaikkein mieluimmin vain noin 1 370°C:seen ennen puhdistusta. Tällaiset huippulämpötilojen alentamiset lisäävät tuntuvasti tulenkestosäiliöiden käyttöikää ja säästävät energiaa. Liuotussäiliöön tulevaa nesteytettyä materiaalia on siis kuumennettava vain kohtuullisesti sulan ma-35 teriaalin valmistamiseksi puhdistusta varten. Palamisläm-pölähteitä voidaan käyttää liuotusvaiheessa 11, mutta on 11 82233 todettu, että tätä vaihetta varten voidaan käyttää hyvin myös sähkökuumennusta, jolloin useita elektrodeja 32 voidaan sijoittaa kuviossa esitetyllä tavalla vaakasuunnassa sivuseinämien läpi. Itse sulatteen vastus muodostaa lämpöä 5 sähkövirtaan, joka on elektrodien välissä, lasin sähkösu-latukseen tavanomaisesti käytetyssä tekniikassa. Elektrodit 32 voivat olla hiiltä tai molybdeeniä ja siis alan asiantuntijoille tuttua tyyppiä.

Venttiili, joka ohjaa materiaalivirtausta liuotus-10 vaiheesta 11 puhdistusvaiheeseen 12, käsittää männän 35, joka on aksiaalisesti samassa linjassa poistoputken 36 kanssa. Männän varsi 37 menee liuotussäiliön katon 31 läpi ja ohjaa männän 35 ja putken 36 aukkoa sekä säätää näin materiaalin virtausnopeuden puhdistusvaiheeseen. Venttii-15 liputki 36 voidaan valmistaa tulenkestomateriaalista, esimerkiksi platinasta ja se on tiivistetty aukkoon 44, joka on puhdistussäiliön yläpäässä.

Puhdistusvaihe 12 käsittää mieluimmin pystysuoran säiliön, joka voi olla muodoltaan lähinnä lieriö ja jossa 20 on sisäpuolella keraaminen tulenkestovuoraus 40 kaasutii-viiseen, vesijäähdytteiseen koteloon suljettuna. Kotelo voi käsittää kaksiseinämäisen, lieriömäisen sivuseinämä-osan 41, jossa on renkaan muotoinen vesikanava ja pyöreät päätyjäähdyttimet 42 ja 43. Tällöin voidaan käyttää tähän 25 sopivaa jäähdytysjärjestelmää. Eristyskerros (ei esitetty) voidaan järjestää vuorauksen 40 ja vaipan 41 väliin.

Sulan materiaalin mennessä putken 36 läpi ja kohdatessa alennetun paineen puhdistussäiliössä sulatteessa olevien kaasujen tilavuus kasvaa, jolloin nesteen 51 pääl-30 le muodostuu vaahtokerros 50. Vaahdon puristuessa kokoon se yhtyy nesteeseen 51. Ilmakehän painetta pienempi paine voidaan muodostaa puhdistussäiliöön tyhjiöputkella 52, joka menee säiliön yläosan läpi. Vaihtoehtoisesti voidaan järjestää poltin 53 kuumentamaan säiliön yläosa sisäpuo-35 lelta.

i2 82233

Sula, puhdistettu materiaali johdetaan pois puh-distussäiliön 12 pohjasta poistoputkella 55, joka on tulenkestävää metallia, esimerkiksi platinaa. Poistoputki 55 suuntautuu mieluimmin tulenkestävän pohjaosan 56 pin-5 nan yläpuolelle, johon se on asennettu estämään mahdollisen jätteen pääseminen poistovirtaan. Pohjaosan 56 vahvuus voi olla pienempi putken 55 kohdalla, niin että putkeen kohdistuva eristysvaikutus on pienempi, jolloin putken lämpötilaa voidaan nostaa materiaalin jäähtymisen estämi-10 seksi putkessa. Vuoto putken 55 ympärillä estetään vesi-jäähdy tt imellä 57, joka on pohjaosan 56 alla. Sulan materiaalin virtausnopeutta poistoputkesta 55 ohjataan kar-tiomaisella kuristusosalla 58, joka on sijoitettu varren 59 päähän. Varsi 59 on yhdistetty mekaaniseen laitteeseen 15 (ei esitetty) säätämään kuristusosan 58 korkeus sekä ku-ristusosan 58 ja putken 55 välinen aukko virtausnopeuden ohjaamiseksi siitä. Puhdistettua materiaalia oleva sula virta 60 putoaa vapaasti puhdistussäiliön pohjasta ja se voidaan ohjata muotoiluasemalle (ei esitetty), jossa se 20 muotoillaan halutuksi tuotteeksi. Puhdistettu lasi voidaan siirtää esimerkiksi kelluvan lasin muotoilukammioon, jossa sula lasi kelluu sulan metallin päällä ja muodostaa tasaisen lasilevyn.

Puhdistussäiliö 12 on mieluimmin lieriön muotoinen, 25 vaikka myös muut rakennemuodot voivat tulla kysymykseen. Lieriömuoto on edullinen nimenomaan kaasutiiviin säiliön muodostamiseksi. Sisemmän kosketuspinnan suhde tilavuuteen on myös minimoitu pyöreää poikkileikkausta käyttämällä. Tavanomaiseen, avoliesityyppiseen kierrätyspuhdisti-30 meen verrattuna käsiteltävän keksinnön mukainen lieriömäinen tyhjiöpuhdistin vaatii vain murto-osan tulenkestävästä kosketuspinta-alasta.

Puhdistimessa 12 olevan sulan materiaalin 51 korkeus riippuu kammiossa olevan tyhjiön määrästä. Nesteen 35 korkeudesta riippuvan hydrostaattisen paineen on oltava riittävä, niin että saadaan aikaan paine, joka on yhtä 13 82233 suuri tai suurempi kuin ilmakehän paine poistoaukossa, niin että materiaali voi virrata vapaasti ulos säiliöstä. Korkeus riippuu sulan materiaalin ominaispainosta, joka on natriumkalkkipiilasille mainituissa lämpötiloissa noin 5 2,3. Korkeus, joka on suurempi kuin tyhjiön kompensoimi seen tarvittava minimikorkeus, voi olla edullinen ilmakehän paineen vaihteluiden kannalta, tyhjiön vaihtelun mahdollistamiseksi ja varmistamaan stabiili virtaus poisto-aukon kautta. Käsiteltävän keksinnön suositettavissa ra-10 kenteissa on huomattava ylikorkeus, joten poistoaukon virtausnopeus ei määräydy tyhjiön paineen perusteella, vaan se säädetään mekaanisella laitteella. Tällainen järjestely mahdollistaa syöttönopeuden ja tyhjiön paineen muuttamisen toisistaan riippumatta. Vaihtoehtoisesti poistoaukon pai-15 ne voi olla ilmakehän painetta pienempi, jos poistoaukko on varustettu pumppulaitteella paine-eron kompensoimiseksi. Eräs esimerkki sulalle lasille käytettävästä pumpusta julkistetaan US-patentissa nro 4 083 711.

Tyhjiön käytön edut puhdistusprosessissa tulevat 20 esiin asteittain, ts. mitä pienempi paine on, sitä suurempi etu saadaan. Pienet vähennykset paineessa ilmakehän paineen alapuolelle voivat saada aikaan mitattavissa olevia parannuksia, mutta tyhjiökammion käytön perustelemiseksi taloudellisesti suositetaan käytettäväksi huomatta-25 vasti pienempiä paineita. Näin ollen suositetaankin painetta, joka on enintään puoli ilmakehää, jolloin saadaan huomattavia parannuksia tasaista natriumkalkkipiilasia puhdistettaessa. Vielä parempiin tuloksiin päästään, jos paine on 1/3 ilmakehää tai sitä pienempi. Absoluuttisia 30 paineita, jotka ovat alle 100 torria (esimerkiksi 20 - 50 torria) suositetaan, niin että pystytään valmistamaan sellainen kaupallinen kellulasilaatu, jossa on noin yksi kup- 3 la 1 000 - 10 000 cm kohden. Halkaisijaltaan alle 0,01 mm:n kuplia pidetään näkymättöminä, joten niitä ei huomi-35 oida kuplia laskettaessa.

i4 82233 Käsiteltävän keksinnön mukaiset vaahdonsärkemis-aineet voidaan syöttää puhdistussäiliöön putkella 54, joka suuntautuu tyhjiön ylätilan yläosaan, esimerkiksi yläjääh-dyttimen 42 läpi piirustuksessa esitetyllä tavalla. Putki 5 voidaan sen käyttöiän pidentämiseksi varustaa vesijäähdytteisellä vaipalla (ei esitetty). Nestettä, esimerkiksi vettä, voidaan suihkuttaa säiliöön putkella 54 yhtäjaksoisesti tai jaksoittaisesti. Eräässä esimerkissä vaahdon määrää pystyttiin ohjaamaan tyydyttävästi puhdistettaessa 10 natriumkalkkipiilasia 1/4 ilmakehän paineella suihkuttamalla vettä noin kolmen gallonan määrä valmistettavaa la-sitonnia kohden. Paineen ollessa 40 torria puoli gallonaa vettä lasitonnia kohden oli tyydyttävä määrä. Kiinteän vaahdonsärkemisaineen syöttämiseksi puhdistussäiliön ylä-15 tilaan suora, vesijäähdytteinen putki, jossa on ilmalukko, voidaan järjestää yläjäähdyttimen 42 läpi. Käytettävän vaahdonsärkemismateriaalin määrä riippuu monista tekijöistä ja kulloinkin kyseeseen tulevasta tapauksesta. Huomioitavia tekijöitä ovat tällöin vaahdonmuodostusnopeus ja 20 vaahdolle käytettävän kammion ylätilan tilavuus. Vaahdonmuodostusnopeus riippuu taas materiaalin syöttönopeudes-ta, tyhjiön määrästä, sulatteen lämpötilasta ja kaasu-pitoisuudesta sekä sulatteessa olevien, kaasua muodostavien puhdistuslisäaineiden määrästä. Vaahtoa ei tarvitse 25 tukahduttaa kokonaan, vaan suositetaan, että käytetään vain minimimäärä vaahdonsärkemisainetta liian suuren vaah-totilavuuden muodostumisen estämiseksi. Tarpeettoman suurien vaahdonsärkemismateriaalimäärien käyttäminen ei ole siis toivottavaa, koska sillä on sulatetta jäähdyttävä 30 vaikutus. Käytettäessä edellä esitetyissä esimerkeissä mainittua vesimäärää, sillä ei todettu olevan sanottavaa merkitystä järjestelmän energiatehoon. Esimerkkinä liian suuresta vaahtotilavuudesta voidaan mainita sellainen ; vaahtomäärä, joka menee tyhjiöputkeen 52 piirustuksssa 35 esitetyssä rakenteessa.

li 15 82233

Sulatuksessa ja puhdistuksessa käytettävät lisäaineet, kuten rikki- ja fluoriyhdisteet, sisältyvät tavallisesti lasiseosmateriaaliin, mutta ne muodostavat huomattavan osan ei-toivotuista poistokaasupäästöistä la-5 sinsulatusuuneista. Niiden eliminoiminen on siis toivottavaa, mutta parhaimpien lasilaatujen, nimenomaan sileiden lasien valmistamiseksi, lisäaineiden käyttö on todettu välttämättömäksi. Lisäksi rikkilähteiden (esimerkiksi nat-riumsulfaatin, kalsiumsulfaatin) on havaittu muodostavan 10 liiallista vaahtoa tyhjiötä käytettäessä. Sileässä lasi-materiaalissa on yleensä natriumsulfaattia noin 5-15 paino-osaa piilähdemateriaalin (hiekan) 1 000 paino-osaa kohden noin 10 paino-osan ollessa sopiva määrä riittävän puhdistuksen varmistamiseksi. Käsiteltävän keksinnön mu-15 kaan toimittaessa on kuitenkin todettu olevan edullista rajoittaa natriumsulfaatti kahdeksi paino-osaksi sopivan vaahdotustason pitämiseksi yllä ja tällöin on kuitenkin todettu, ettei puhdistuksen laatu kärsi tästä. Natrium-sulfaattia käytetään mieluimmin enintään yksi paino-osa 20 hiekan 1 000 paino-osaa kohden puolen paino-osan ollessa ··· erittäin edullinen valinta. Nämä painosuhteet on ilmoitet tu natriumsulfaatille, mutta on selvää, että niitä voidaan soveltaa myös muihin rikkilähteisiin molekyylipainosuh-teina. Puhdistuslisäaineiden jättäminen pois on myös mah-25 dollista, mutta pienet määrät rikkiä joissakin mineraa-liseosmateriaaleissa aiheuttavat kuitenkin joskus pienehköjen rikkimäärien esiintymisen.

Alan asiantuntijat ymmärtävät, että käsiteltävän keksinnön suojapiirin puitteissa voidaan tehdä muita ra-30 kennemuunnelmia seuraavissa patenttivaatimuksissa rajatulla tavalla.

Claims (10)

16 82233

1. Lasimateriaalin tai vastaavan puhdistusmenetelmä, jossa tietty määrä sulaa materiaalia pidetään säi- 5 liössä ja ilmakehän painetta pienempi paine pidetään yllä säiliössä sulan materiaalin päällä materiaalin puhdistamisen edistämiseksi, jolloin säiliössä on materiaalin päällä vaahtoa, tunnettu siitä, että vaahdon päälle pannaan sellaista ainetta, joka nopeuttaa vaahdon painumista 10 kokoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdonlaskemisaineena on vesi, jokin alkalimetalliyhdiste tai jokin tämän liuos.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että alkalimetalliyhdiste on jokin nat- riumyhdiste, nimenomaan natriumhydroksidi tai natriumkarbonaatti .

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdon painu- 20 mistä kokoon nopeutetaan suihkuttamalla vettä vaahtoon.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdonlaskemisaine on jokin neste, nimenomaan jokin palava neste.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai-25 nen menetelmä, tunnettu siitä, että säiliön paine ei ylitä puolta ilmakehän paineesta, paineen ollessa nimenomaan enintään 100 torria.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdonlaske- 30 misaine syötetään yhtäjaksoisena toimintona vaahdon pääl le.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdonlaskemisaine syötetään jaksoittain vaahdon päälle.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaali nesteytetään ennen sen tulemista säiliöön. li 17 82233

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhdistettava materiaali on natriumkalkkipiilasia mainitun lasin ollessa varustettu aluksi puhdistuslisäaineeksi tarkoitetulla rik-5 kilähteellä, jonka määrä ei ylitä vastaavaa kahden paino-osan määrää natriumsulfaattia piilähdemateriaalin 1 000 paino-osaa kohden mukaan lukien ne määrät, jotka kulkeutuvat lasiin raaka-aineiden epäpuhtauksina. is 82233