FI82437B - Vakuumreningsfoerfarande foer glasmaterial, med kontrollerad skumning. - Google Patents

Description

1 82437

Ohjatun vaahdotuksen käsittävä lasimateriaalin tyhjiö-puhdistusmenetelmä Käsiteltävä keksintö koskee ilmakehän painetta 5 pienemmän 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 muita kaasuja mukaansa tai kaasut siirtyvät sulavaan lasiin palamislämpölähteistä. Suurin osa kaasua poistuu sulamisen alkuvaiheessa, mutta osa kaasua jää sulatteeseen. Osa sulatteeseen jääneestä kaasusta liuke-15 nee lasiin, mutta osa muodostaa taas erillisiä kaasumai sia sulkeumia, jotka tunnetaan kuplina, jotka ovat haitallisia, jos niiden annetaan jäädä kohtuuttoman suurina kon-sentraatioina lasivalmisteeseen. Kaasusulkeumat nousevat sulatteen pintaan ja poistuvat, jos niille annetaan siihen 20 riittävästi aikaa sulatustoiminnon puhdistusvaiheena tun netussa työvaiheessa. Puhdistusvyöhykkeeseen muodostetaan tavallisesti korkeita lämpötiloja, jotka nopeuttavat kuplien nousemista pintaan ja kaasusulkeumien poistumista laskemalla sulatteen viskositeettia ja suurentamalla kup-25 lien halkaisijoita. Puhdistusvaiheessa käytettyjä korkei ta lämpötiloja varten tarvittava energia ja suuri sulatus-kattila, joka tarvitaan antamaan kaasusulkeumille riittävästi aikaa poistua sulatteesta, ovat pääkustannuksia lasinvalmistuksessa. On siis toivottavaa, että puhdistus-30 prosessia tehostetaan näiden kustannusten pienentämiseksi.

Tunnettu asia on, että alennettu paine voi edistää puhdistusprosessia vähentämällä sulatteessa olevan kaasumaisen aineen osapainetta ja lisäämällä sulatteessa olevien kuplien tilavuutta, niin että niiden nouseminen pin-35 taan nopeutuu. Koska on mahdotonta saada aikaan täysin 2 82437 kaasutiivis kattila, kun on kysymys tavanomaisesta puhdis-tuskammiosta, niin että siihen voidaan muodostaa tyhjiö, tyhjiön käyttö on rajoittunut suhteellisen pienien sula-tusmäärien käsittelyyn US-patenteissa nrot 1 564 235, 5 2 781 411, 2 877 280, 3 338 694 ja 3 442 622 julkistetul la tavalla.

On myös ehdotettu jatkuvatoimisia tyhjiöpuhdistus-prosesseja, mutta ne eivät ole niihin liittyvistä erilaisista epäkohdista johtuen yleistyneet suuressa mittakaa-10 vassa tapahtuvassa yhtäjaksoisessa lasinvalmistuksessa.

US-patenteissa nrot 805 139, 1 598 308 ja 3 519 412 julkistettujen jatkuvatoimisten tyhjiöpuhdistuslaitteiden suurin epäkohta on, että ne edellyttävät suhteellisen kapeita pystykanavia, jotka johtavat paine-eron vaatimaan 15 tyhjiövyöhykkeeseen ja siitä ulos. Tällaiset kanavat teke vät kattilarakenteen monimutkaiseksi, nimenomaan silloin, kun seinämien on oltava kaasutiiviitä, lisäävät syöttöerän joutumista alttiiksi sitä saastuttavalle tulenkestomate-riaalille ja muodostavat suuren viskoosin kitkan syöttö-20 erän virtaukselle. On huomattava, että melko korkea lasi- patsas tarvitaan tasapainottamaan puolen ilkakehän tyhjiö. Tällaisen järjestelmän tehon säätäminen on myös ongelma, varsinkin viskoosin vastuskertoimen osalla. Säätömahdolli-suus on kuitenkin tärkeä tekijä yhtäjaksoisessa kaupalli-25 sessa tuotannossa valmistettavaan tuotteeseen tehtävien muutosten ja niiden taloudellisten tekijöiden vuoksi, jotka vaikuttavat haluttuun tuotantonopeuteen. Jokaisessa kolmessa edellä mainitussa patentissa se käyttövoima, jolla lisätään virtausnopeutta tyhjiöosaston kanavien 30 läpi, voidaan saada aikaan vain lisäämällä sulatteen syvyyttä tyhjiöosaston vastavirtapuolelle sulatteen syvyyteen nähden tyhjiöosaston myötävirtapuolella. Tämän korkeuseron määrää lisää vielä tällaisiin järjestelmiin liittyvä viskoosi kitka. Koska sivuseinämien kiihtynyt 35 eroosio tapahtuu sulatteen pinnassa, korkeuden huomattava 3 82437 muuttaminen lisää vielä eroosiota, mikä heikentää puolestaan lasivalmisteen laatua.

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

25 US-patentissa nro 4 195 982 esitetään ensin lasin sulattaminen lisätyssä paineessa ja sitten lasin puhdistaminen pienemmässä paineessa erillisessä kammiossa. Molemmat kammiot kuumennetaan.

US-patentissa nro 4 110 098 julkistetaan menetel-30 mä, jolla lasi vaahdotetaan harkinnanvaraisesti sen puh distuksen edistämiseksi. Vaahdotus saadaan aikaan tehokkaalla lämmöllä ja kemiallisilla vaahdotusaineilla ilmakehän paineessa.

Eräänä tyhjiöpuhdistukseen joka mittakaavassa, joko 35 yhtäjaksoisena tai jaksottaisena toimintona, liittyvä probleema on se suuri vaahtomäärä, joka muodostuu joskus, 4 82437 nimenomaan alhaisissa paineissa. Vaahtoa varten on tällöin järjestettävä suuri tila nestesäiliön päälle. Koska tämä ylätila on pidettävä myös kaasutiiviinä, sen rakenne voi muodostaa huomattavan taloudellisen epäkohdan, nimenomaan 5 suurimittaisessa valmistusprosessissa. Tämän vuoksi vaahto rajoittaa mahdollisesti hyödynnettävän tyhjiön määrää. On siis toivottavaa, että tämä tyhjiöpuhdistusprosessien epäkohta pystytään eliminoimaan ilman suuria pääomakustannuksia .

10 US-patentissa nro 3 350 185 julkistetaan menetelmä vaahdon puristamiseksi kokoon lasinsulatusprosessissa ilmakehän paineella, jolloin jyrkän muutoksen hapettumisessa on todettu aiheuttavan vaahdon puristumisen kokoon.

Patenttihakemuksessamme nro 865334/30. joulukuuta 15 1986 selostetaan sulan materiaalin syöttämistä pystysuun nassa pitkänomaisen kammion yläosaan tyhjiön alaisena.

Eräs edullinen näkökohta on tällöin, että syöttämällä kaikki tai suurin osa siitä lämpöenergiasta, joka tarvitaan puhdistukseen, tyhjiökammion vastavirtapuolelle tyhjiökam-20 miossa joudutaan suorittamaan vain vähän kuumentamista tai ei lainkaan, koska syötettävän materiaalin oma lämpö riittää suunnilleen pitämään yllä halutut lämpötilat tyh-jiökammiossa. Mainitussa hakemuksessa julkistetaan poltin palamisen pitämiseksi yllä ylätilassa tyhjiökammion pääl-• 25 lä. Käsiteltävän keksinnön mukaan on todettu olevan edul lista järjestää lisäkuumennus ylätilaan tyhjiökammion päälle vaahdon kokoonpuristumisen nopeuttamiseksi. Uskotaan nimittäin, että se vaahtokerros, joka kerääntyy kammion yläpäähän, pyrkii eristämään ylätilan sen alla olevan sulan 30 massan lämmöstä. Myös massan lyhyt oloaika syötettävän ma teriaalivirran ylätilassa näyttää kuumentavan ylätilaa jonkin verran. Sen vuoksi uskotaankin, että ylätila on yleensä suhteellisen kylmä, ja tästä johtuen jotkut osat vaahtokerroksesta ovat myös suhteellisen kylmiä, jolloin 35 näiden vaahto-osien viskositeetti on suurempi ja niiden 5 82437 kokoonpuristuminen hidastuu. Eräs teoria perustuu siihen, että ylätilan kuumentamisen aiheuttama vaahdon nopeutunut kokoonpuristuminen johtuu lämpötilan kohoamisesta ja alentaa näin ollen vaahdon viskositeettia. Kun pala-5 mislämpölähdettä käytetään ylätilan kuumentamiseen, vaahdon kokoonpuristuminen voi lisääntyä myös mekaanisesti palamiskaasujen työntyessä vaahdon kuplakalvoihin.

Käsiteltävään keksintöön kuuluu osana se toteamus, että palamislämpölähdettä voidaan käyttää tyhjiön rajaa-10 van kammion alennetussa ilmakehässä sellaisella nopeudel la, joka riittää käsiteltävän keksinnön tavoitteiden toteuttamiseen vaikuttamatta sanottavasti haluttujen, ilmakehän painetta pienempien paineiden ylläpitämismahdolli-suuteen kammiossa. On myös todettu, että liekki pysyy hel-15 posti yllä pienpaineympäristössä.

Erään periaatteen mukaan lisäetuja saadaan käyttämällä lämpölähdettä, joka ei muodosta sellaista palamis-tuotetta, joka on sama kuin se kaasu, joka poistetaan sulatteesta puhdistusprosessissa. Toisin sanoen osapaine 20 on edullista pitää mahdollisimman alhaisena sulatteesta poistettavan kaasun ylätilassa. Lasin ollessa kyseessä typen ja hiilidioksidin poistaminen on tavallisesti puhdistusprosessin päätavoite. Sen vuoksi on edullista käyttää hapella rikastettua palamista (mieluimmin pääasias-25 sa puhdasta happea) polttimessa tyhjiökammion ylätilan kuumentamiseksi, niin että typen syöttämistä kammioon pystytään vähentämään tai eliminoimaan se kokonaan. Lisäksi käyttämällä happea korvaamaan ilma joko kokonaan tai osittain palamisen tehostamiseksi poistokaasun ti-30 lavuus saadaan huomattavasti pienemmäksi, jolloin vähen netään tyhjiöjärjestelmän kuormitusta. Jotta voitaisiin välttää hiilidioksidien lisääminen ylätilan ilmakehään, polttimessa voidaan käyttää sellaista polttoainetta, jolla on alhainen hiilipitoisuus tai jossa ei ole lain-35 kaan hiiltä (esim. vetyä). Vedyn polttaminen hapen kans sa onkin erittäin edullista, koska ainoa palamistuote on 6 82437 tällöin vesihöyry. Koska vesihöyry liukenee suhteellisen hyvin lasimassaan, veden poistaminen ei ole yleensä lasin puhdistusprosessiin liittyvä edellytys. Lisäksi se, että vesihöyry voi tiivistyä tyhjiöjärjestelmässä elimi-5 noi tyhjiöpumppuun kohdistuvan, ylätilapolttimen synnyttä män lisäkuormituksen. Toinen vaihtoehto on plasmapolttimen käyttäminen ylätilan kuumentamiseen. Plasmapolttimella voidaan saada suuri lämpöteho kantokaasun määrän ollessa suhteellisen pieni. Kantokaasu voidaan myös valita monis-10 ta eri kaasuista, joita ovat höyry, vety, happi tai iner- tit kaasut, kuten helium.

Kuvio 1 on pystyleikkaus sulatustoiminnon kolmesta vaiheesta, joita ovat nesteytysvaihe, liuotusvaihe ja tyh-jiöpuhdistusvaihe, käsiteltävän keksinnön erään suositet-15 tavan rakenteen mukaan.

Kuvio 2 on kaavioesitys pienennetyssä mittakaavassa höyryntiivistyslaitteen käsittävästä tyhjiöjärjestelmästä.

Seuraavassa esitetään yksityiskohtainen selostus 20 menetelmästä ja laitteesta, joka on tarkoitettu nimenomaan lasin ja vastaavien lasimateriaalien sulattamiseen, mutta on huomattava, että keksintöä voidaan soveltaa myös muiden materiaalien käsittelyyn.

Käsiteltävää keksintöä voidaan soveltaa edullisesti 25 edellä mainitussa US-patenttihakemuksessa nro 815 494/2.

tammikuuta 1986 julkistettuun tyhjiöpuhdistusjärjestelmään, vaikka se ei olekaan rajoitettu siihen. Tämän järjestelmän suositettavissa rakenteissa sula materiaali syötetään ilmakehän painetta alhaisemmassa paineessa olevaan tilaan 30 vaahdon muodostamiseksi, joka puristetaan sitten kokoon.

Vaahdon suuresti lisääntynyt pinta-ala nopeuttaa kaasujen poistumista materiaalista paineen ollessa alennettu. Sulatteeseen liuonnut kaasukonsentraatio on sen tultua jälleen ilmakehän paineeseen kyllästyspisteen alapuolella, 35 niin ettei kiteytyminen kupliksi ole todennäköistä. Tähän 7 82437 menetelmään kuuluvan aktiivisen vaahdotuksen vuoksi vaahdon kokoonpuristumisen kiihdyttäminen on edullista syöttömäärän lisäämiseksi.

Suositettavissa rakenteissa seosmateriaalit nestey-5 tetään ensin siinä vaiheessa, joka on tarkoitettu nimen omaan tätä prosessivaihetta varten, ja nesteytetty materiaali siirretään toiseen vaiheeseen, jossa kiinteiden hiukkasien liuotus suoritetaan pääasiassa loppuun ja materiaalin lämpötila voidaan nostaa puhdistusprosessiin sopivak-10 si lämpötilaksi. Tämän jälkeen sula materiaali syötetään tyhjiökammioon. Tästä johtuen suuri osa sulatukseen liittyvistä kaasumaisista sivutuotteista ohjataan pois ennen materiaalin syöttämistä tyhjiötilaan ja suurimman kaasun-kehityksen alue erotetaan puhdistusvyöhykkeestä, jolloin 15 sulatuksen alkuvaiheisiin kuuluvat materiaalit eivät pääse sekoittumaan puhdistettaviin sulatteen osiin. Koska suurin osa sulatuksen lämmöntarpeesta tai sen koko lämmöntarve on tyydytetty ennen materiaalin tulemista tyh-jiöpuhdistusvaiheeseen ja koska puhdistusvaiheen kuumene-20 mistä voidaan tämän vuoksi pääasiallisesti välttää, sulat teen liiallinen konvektio puhdistusvyöhykkeessä voidaan eliminoida. Tästä on taas seurauksena, että säiliön eroosio pienenee, samoin se todennäköisyys, että sulatteen epätäydellisestä puhdistetut osat sekoittuvat jo enemmän 25 puhdistettuihin osiin. Puhdistusvaiheeseen tapahtuva syöttö suoritetaan suositettavassa rakenteessa puhdistukseen sopivassa lämpötilassa, joten puhdistussäiliöön joudutaan suuntaamaan vain vähän lämpöä tai ei ollenkaan. Tyhjiökam-mion ylätilan kuumennuslaite voi käsiteltävän keksinnön 30 mukaan kuitenkin kompensoida ne lämpöhäviöt, jotka tapahtuvat säiliön seinämien läpi, nimenomaan yläosassa, niin että materiaalin lämpötila pysyy pääasiassa yllä ainakin puhdistusvaiheen tulo-osassa.

Eräässä suositettavassa tyhjiöpuhdistusjärjestel-35 mässä nesteytetty materiaali syötetään tyhjiökammion yläpäähän venttiililaitteen kautta, ja puhdistettu sulate 8 82437 menee tyhjiökammion alapäästä vielä toisen venttiililait-teen läpi. Tyhjiökammiossa olevan nesteen korkeus on mieluimmin ainakin vähän suurempi kuin se korkeus, joka tarvitaan tyhjiön tasapainottamiseen. Syöttönopeutta voidaan 5 siis ohjata venttililaitteilla muuttamatta tyhjiön painet ta kammiossa ja samoin muuttamatta kammion nestekorkeutta. Ja päinvastoin, tyhjiöpainealuetta voidaan käyttää syöttö-määrää muuttamatta. Venttiilien lisäksi järjestelmä on varustettu sen läpi menevän sulan materiaalin suhteellisen 10 alhaisella virtausvastuksella.

Tyhjiönpuhdistuskammion suositettava rakennemuoto on pystysuunnassa pitkänomainen säiliö, mieluimmin pysty-sylinteri. Nesteytetty materiaali syötetään ylätilaan säiliössä olevan sulan materiaalin päälle. Materiaalin kohda-15 tessa ylätilan pienennetyn paineen ainakin huomattava osa materiaalia muodostuu vaahdoksi materiaaliin liuenneiden kaasujen kehittysestä johtuen ja lisäksi, koska materiaalissa olevat kuplat kasvavat. Vaahdon muodostaminen lisää huomattavasti alhaisemmassa paineessa olevaa pinnan pin-20 ta-alaa ja edistää näin ollen kaasumaisen aineen poista mista nestevaiheesta. Vaahdon muodostaminen säiliössä olevan sulan materiaalin päälle eikä sulasta materiaalista on edullista vaahdon puristamiseksi kokoon ja kaasujen poistumisen edistämiseksi. On myös todettu, että juuri 25 muodostetun vaahdon syöttäminen vaahtokerroksen päälle no peuttaa vaahdon kokoonpuristumista. Pystysuunnassa pitkänomaisen rakenteen toisena etuna on, että muodostamalla vaahtoa yläosaan ja poistamalla tuote säiliön pohjasta massan pääkuljetustoiminto saadaan pois vaahtoalueelta, 30 jolloin on epätodennäköistä, että vaahtoa pääsee tuote- virtaan. Kaasujen poistaminen sulatteesta alennetussa paineessa laskee sulatteeseen liuenneiden kaasujen kon-sentraation niiden kyllästyspisteiden alapuolelle ilmakehän paineessa. Sulan materiaalin siirtyessä alaspäin 35 pohjassa olevaa poistoaukkoa kohti säiliössä olevan su- 9 82437 latteen syvyydestä johtuva lisääntyvä paine pakottaa jäännöskaasut jäämään liuokseen ja pienentää kaikkien liuoksessa olevien pienien kuplien tilavuutta. Kaasujen liuottamista voidaan myös edistää antamalla lämpö-5 tilan laskea materiaalin siirtyessä poistoaukkoa päin.

Tavanomaisessa lasinsulatuksessa käytetään seos-materiaaleissa natriumsulfaattia tai kalsiumsulfaattia tai muita rikkilähteitä sulatus- ja puhdistusprosessin edistämiseksi. Rikkiyhdisteiden on kuitenkin todettu 10 muodostavan tietyn probleeman tyhjiöpuhdistuksessa suu rien vaahtomäärien vuoksi ja myös siksi, että rikki syövyttää tyhjiöpuhdistussäiliön keraamisia tulenkestosei-nämiä. Tähän asti on kuitenkin ollut vaikea suorittaa lasin tehokasta sulattamista ja puhdistamista ilman 15 rikkiyhdisteitä. Suositettavan tyhjiöpuhdistusjärjestel män eräs edullinen näkökohta onkin vielä, että lasi voidaan sulattaa ja puhdistaa korkealaatuiseksi tuotteeksi käyttämällä vain vähän rikkiä tai jättämällä se pois kokonaan. Tämä on käsiteltävän keksinnön mukaan mahdollista, 20 koska sulatus- ja puhdistustoimenpiteet tapahtuvat eri vaiheina, jolloin kumpikin vaihe voidaan suorittaa prosessilla, joka on tarkoitettu minimoimaan tai eliminoimaan puhdistuslaitteiden käyttö.

Kuvion 1 esittämällä tavalla käsiteltävän keksin-25 nön mukainen kokonaissulatusprosessi käsittää mieluim min kolme vaihetta, nimittäin nesteytysvaiheen 10, liuo-tusvaiheen 11 ja tyhjiöpuhdistusvaiheen 12. Erilaisia järjestelyitä voidaan käyttää aloittamaan sulattaminen nesteytysvaiheessa 10, mutta erittäin tehokas järjestely 30 prosessin tämän vaiheen eristämiseksi ja sen suoritta miseksi taloudellisesti julkistetaan US-patentissa nro 4 381 934, johon viitataan tässä, kun on kysymys suositettavan nesteytysvaiherakenteen yksityiskohdista. Nes-teytyssäiliön perusrakenteena on rumpu 15, joka voidaan 35 valmistaa teräksestä ja jossa on pääasiassa lieriön muo- 10 82 437 toinen sivuseinämäosa, pääasiassa avonainen yläosa ja pohjaosa, joka on poistoaukkoa lukuunottamatta suljettu. Rumpu 15 on asennettu niin, että se pyörii suunnilleen pystysuorassa akselissa esimerkiksi sen ympärillä olevan 5 tukirenkaan 16 avulla, joka on tuettu pyörivänä useihin tukipyöriin 17 ja pysyy paikallaan useiden samassa linjassa olevien pyörien 18 avulla. Pääasiassa suljettu syvennys on muodostettu rumppun 15 kansirakenteen 20 avulla, joka on varustettu kiinteällä tuella, esimerkiksi kehä-10 runkoa 21 käyttämällä. Kansi 20 voi olla tulenkestävää ke- ramiikkamateriaalia ja vaihdella muodoltaan, kuten tulen-kestouunien asiantuntijat hyvin tietävät. Kuviossa esitetty järjestely on ylöspäin kaareuva holvirakenne, joka on valmistettu lukuisista tulenkestoelementeistä. On huo-15 mättävä, että kantta varten voidaan käyttää monoliitti-tai tasaisia, ripustettuja rakenteita.

Lämpö seosmateriaalin nesteyttämistä varten voidaan järjestää yhdellä tai useammalla kannen 20 läpi suuntautuvalle polttimelle 22.

20 Mieluimmin useita polttimia on järjestetty kannen kehälle, jolloin niiden liekit suuntautuvat rummussa olevalle laajalle materiaalialueelle. Polttimet ovat mieluimmin vesijäähdytteisiä niiden suojaamiseksi säiliössä ankaralta ympäristöltä. Poistokaasut voivat päästä ulos 25 nesteytyssäiliöstä kannessa olevan aukon 23 kautta. Jäte-lämpöä voidaan käyttää edullisesti seosmateriaalin esi-kuumentamiseen esikuumennusvaiheessa (ei esitetty) US-pa-tentissa nro 4 519 814 julkistetulla tavalla.

Seosmateriaalit, jotka ovat mieluimmin jauhemaisia, 30 voidaan syöttää nesteytyssäiliön syvennykseen kourulla 24, joka menee esitetyssä rakenteessa poistoaukon 23 läpi. Yksityiskohdat, jotka koskevat syöttökourun järjestelyä, voidaan nähdä US-patentista nro 4 529 428. Syöttökouru 24 päättyy lähelle rummun 10 sivuseinämiä, jolloin seosma-35 teriaali tulee rummun sisempien sivuseinämäosien päälle.

11 82437

Seosmateriaalikerros 25 pysyy kiinni rummun 10 sisäsei-nämissä rummun pyörimisestä johtuen ja toimii eristysvuo-rauksena. Koska vuorauksen 25 pinnassa oleva seosmateriaa-li on alttiina syvennyksessä olevalle lämmölle, se muodos-5 taa nesteytetyn kerroksen 26, joka virtaa alaspäin kalte vaa vuorausta pitkin säiliön pohjan keskiosassa olevaan poistoaukkoon. Poistoaukko voidaan varustaa keraamisella tulenkestoholkilla 27. Nesteytetyn materiaalin 28 muodostama virta putoaa vapaasti nesteytyssäiliöstä toiseen vai-10 heeseen 11 johtavan aukon 29 läpi.

Toista vaihetta voidaan nimittää liuotussäiliöksi, koska sen eräänä tehtävänä on suorittaa loppuun niiden seos-materiaalissa olevien ja mahdollisesti sulamattomien rakeiden liuottaminen, joita on nesteytyssäiliöstä 10 lähtevässä 15 nesteytetyssä virrassa 28. Nesteytetty materiaali on tässä pisteessä sulanut yleensä vain osittain ja sisältää sulamattomia hiekkarakeita ja huomattavan kaasuvaiheen. Tyypillisessä natriumkalkkipiisulatusprosessissa, jossa käytetään puhdistuksen apuaineina karbonaattiseosmateriaaleja 20 ja sulfaatteja, kaasuvaihe koostuu pääasiassa hiilioksi- deista ja rikkioksideista. Typpeä voi myös tulla lasiseok-seen jääneestä ilmasta.

Liuotussäiliön 11 tehtävänä on suorittaa loppuun ensimmäisestä vaiheesta tulevassa nesteytetyssä materiaa-25 lissa olevien sulamattomien hiukkasien liuottaminen järjestämällä massalle tietty oloaika myötävirran puolella olevasta puhdistusvaiheesta eristetyssä kohdassa. Natronkalk-kipiilasi nesteytyy tyypillisesti noin 1150°C - 1200°C lämpötilassa ja tulee liuotusastiaan 11 noin 1200°C -30 noin 1320°C lämpötilassa, jossa lasimassassa jäljellä olevat sulamattomat hiukkaset liukenevat yleensä, kun niillä on riittävä oloaika. Esitetty liuotussäiliö 11 on vaakasuunnassa pitkänomainen tulenkestoallas 30, jossa on tu-lenkestokatto 31 ja altaan vastakkaisissa päissä tulo- ja 35 poistoaukko riittävän oloajan varmistamiseksi. Liuotussäi- i2 82437 liössä olevan sulan materiaalin syvyys voi olla suhteellisen pieni materiaalin kierrätyksen vähentämiseksi.

Vaikka lämpöenergiaa ei tarvitsekaan lisätä sanottavasti liuotusvaiheen suorittamista varten, kuumentami-5 nen 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. Puhdistuslämpötilan maksimointi on edullista lasin viskoit) siteetin vähentämiseksi ja seoksessa olevien kaasujen höyrynpaineen lisäämiseksi. Noin 1520°C lämpötilaa pidetään yleensä toivottavana natriumkalkkipiilasille, mutta käytettäessä tyhjiötä puhdistamisen edistämiseksi voidaan tuotteen laadun kärsimättä käyttää alhaisempiakin puhdis-15 tuslämpötiloja. Se määrä, jonka verran lämpötiloja voi daan laskea, riippuu tyhjiön määrästä. Sen vuoksi, kun puhdistus on suoritettava tyhjiötä käyttäen käsiteltävän keksinnön mukaisesti, lasin lämpötilaa ei tarvitse nostaa esimerkiksi 1480°C suuremmaksi, mieluimmin vain 20 1430°C:een ja kaikkein mieluimmin vain noin 1370°C:een ennen puhdistusta. Tällaiset huippulämpötilojen alentamiset lisäävät tuntuvasti tulenkestosäiliöiden käyttöikää ja säästävät energiaa. Liuotussäiliöön tulevaa nesteytet-tyä materiaalia on siis kuumennettava vain kohtuullisesti 25 sulan materiaalin järjestämiseksi valmiiksi puhdistusta varten. Palamislämpölähteitä voidaan käyttää liuotusvaiheessa 11, mutta on todettu, että tätä vaihetta varten voidaan käyttää yhtä hyvin myös sähkökuumennusta, jolloin useita elektrodeja 32 voidaan sijoittaa kuviossa esitetyl-30 lä tavalla vaakasuunnassa sivuseinämien läpi. Itse sulat teen vastus muodostaa lämpöä sähkövirtaan, joka on elektrodien välissä, lasin sähkösulatukseen tavanomaisesti käytetyssä tekniikassa. Elektrodit 32 voivat olla hiiltä tai molybdeenia, siis alan asiantuntijoille tuttua tyyp-35 piä.

i3 82437

Kuorimisosa 33 voidaan järjestää liuotussäiliöön estämään kelluvan materiaalin pääsy poistopäähän.

Venttiili, joka ohjaa materiaalivirtausta liuotus-vaiheesta 11 puhdistusvaiheeseen 12, käsittää männän 35, 5 joka on aksiaalisesti samassa linjassa poistoputken 36 kanssa. Männän varsi 37 menee liuotussäiliön katon 31 läpi ja ohjaa männän 35 putken 36 aukkoa sekä säätää näin materiaalin virtausnopeuden puhdistusvaiheeseen. Venttii-liputki 36 voidaan valmistaa tulenkestomateriaalista, esi-10 merkiksi platinasta ja se on tiivistetty aukkoon 44 puhdis- tussäiliön yläpäähän. Vaikka suositetaankin venttiilijär-jestelyä, niin myös muita laitteita voidaan käyttää ohjaamaan sulan materiaalin virtausnopeutta puhdistusvaiheeseen, kuten alalla hyvin tiedetään. Esimerkkinä voidaan 15 mainita kuumennus- ja/tai jäähdytyslaite, joka liittyy poistoputkeen viskositeetin ja tällöin myös virtausnopeuden säätämiseksi sulan materiaalin mennessä sen läpi.

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. Tulenkestovuoraus voi olla alalla hyvin tunnettua aluminiumoksidi-sirkoniumoksidi-piioksidityyppiä. Kotelo voi käsittää kak-siseinämäisen, lieriömäisen sivuseinämävaipan 41, jossa on 25 renkaan muotoinen vesikanava; ja pyöreät päätyjäähdyttimet 42 ja 43. Tällöin voidaan käyttää sopivaa jäähdytysjärjestelmää. Eristyskerros (ei esitetty) voidaan järjestää vuorauksen 40 ja vaipan 41 väliin.

Sulan materiaalin mennessä putken 36 läpi ja kohda-30 tessa alennetun paineen puhdistussäiliössä sulatteessa olevien kaasujen tilavuus kasvaa, jolloin nesteen 51 päälle muodostuu vaahtokerros 50. Vaahdon puristuessa kokoon se yhtyy nesteeseen 51. Ilmakehän painetta pienempi paine voidaan muodostaa puhdistussäiliöön tyhjiöputkella 52, joka 35 menee säiliön yläosan läpi.

i4 82437

Putki 54 voi suuntautua puhdistussäiliön yläosaan vaahdonsärkemisaineiden syöttämiseksi säiliöön, mikäli vaahdonsärkemistä on lisättävä. Suositettava vaahdonsär-kemisaine on vesi, jota voidaan suihkuttaa vaahdon pääl-5 le joko yhtäjaksoisesti tai jaksoittain.

Sula, puhdistettu materiaali johdetaan pois puhdistussäiliön 12 pohjasta poistoputkella 55, joka on tulenkestävää metallia, esimerkiksi platinaa. Poistoputki 55 suuntautuu mieluimmin tulenkestävän pohjaosan 56 pinnan 10 yläpuolelle, johon se on asennettu estämään mahdollisen jätteen siirtyminen 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-15 seksi putkessa. Vuoto putken ympärillä estetään vesijääh- dyttimellä 57, joka on pohjaosan 56 alla. Sulan materiaalin virtausnopeutta poistoputkesta 55 ohjataan kartiomai-sella kuristusosalla 58, joka on varren 59 päässä. Varsi 59 on yhdistetty mekaaniseen laitteeseen (ei esitetty) 20 säätämään kuristusosan 58 korkeus sekä kuristusosan 58 ja putken 55 välinen aukko virtausnopeuden ohjaamiseksi. Puhdistettu sula materiaalivirta 60 putoaa vapaasti puhdistussäiliön pohjasta ja se voidaan ohjata muotoiluase-malle (ei esitetty), jossa se muotoillaan halutuksi tuot-25 teeksi. Puhdistettu lasi voidaan siirtää esimerkiksi kel luvan lasin muotoilukammioon, jossa sula lasi kelluu sulan metallin päällä ja muodostaa tasaisen lasilevyn.

Puhdistussäiliö 12 on mieluimmin lieriön muotoinen, vaikka myös muut rakennemuodot voivat tulla kysymykseen.

30 Lieriömuoto on edullinen nimenomaan kaasutiiviin säiliön muodostamiseksi. Sisemmän kosketuspinnan suhde tilavuuteen on myös minimoitu pyöreätä poikkileikkausta käyttämällä. Tavanomaiseen, avoliesityyppiseen kierrätyspuhdistimeen verrattuna käsiteltävän keksinnön mukainen lieriömäinen 35 tyhjiöpuhdistin vaatii vain murto-osan tulenkestävästä kosketuspinta-alasta.

I! is 82437

Puhdistimessa 12 olevan sulan materiaalin 51 korkeus riippuu kammiossa olevan tyhjiön määrästä. Nesteen korkeudesta riippuvan hydrostaattisen paineen on oltava riittävä, niin että saadaan aikaan paine, joka on 5 yhtä suuri tai suurempi kuin ilmakehän paine poistoaukos- sa, jolloin materiaali voi virrata vapaasti ulos säiliöstä. Korkeus riippuu sulan materiaalin ominaispainosta, joka on natriumkalkkipiilasille mainituissa lämpötiloissa noin 2,3. Korkeus, joka ylittää tyhjiön kompensoimiseen tarvittavan 10 nimikorkeuden, on edullinen ilmakehän paineen vaihteluiden kannalta, tyhjiön vaihtelun mahdollistamiseksi ja varmistamaan stabiili virtaus poistoaukon kautta. Käsiteltävän keksinnön suositettavissa rakenteissa on huomattava yli-korkeus, joten poistoaukon virtausnopeus ei määräydy tyh-15 jiön paineen perusteella, vaan se säädetään mekaanisella venttiililaitteella. Tällainen järjestely mahdollistaa syöttönopeuden ja tyhjiön paineen muuttamisen toisistaan riippumatta. Vaihtoehtoisesti poistoaukon paine voi alittaa ilmakehän paineen, jos poistoaukko on varustettu pump-20 pulaitteella paine-eron kompensoimiseksi. Eräs esimerkki sulalle lasimassalle käytettävästä pumpusta julkistetaan US-patentissa nro 4 083 711, joka sisältyy tähän viitteenä.

Tyhjiön käytön edut puhdistusprosessissa käyvät ilmi asteittain, toisin sanoen, mitä pienempi paine on, sitä *: 25 suurempi etu saadaan. Pienet paineenvähennykset ilmakehän paineen alapuolelle voivat saada aikaan tuntuvia parannuksia, mutta tyhjiökammion käytön perustelemiseksi taloudellisesti suositetaan kuitenkin huomattavasti alennettujen paineiden käyttöä. Näin ollen suositetaan enintään puolen 30 ilmakehän painetta, jolloin saadaan tuntuvia parannuksia sileää natriumkalkkipiilasia puhdistettaessa. Vielä parempiin tuloksiin päästään paineen ollessa 1/3 ilmakehää tai sen alle. Normaali, kirkas ja sileä natriumkalkkipiilasi-seos puhdistettiin 100 torrin absoluuttisessa paineessa, 35 jolloin saatiin tuote, jossa oli yksi kupla 100 cm kohden, mikä on monissa lasivalmisteissa hyväksyttävä laatutaso.

ie 82437

Puhdistuspainetta, joka on alle 100 torria, esimerkiksi 20-50 torria, suositetaan erityisesti, koska tällöin pystytään valmistamaan sellainen kaupallinen kel- 3 lulasilaatu, jossa on noin yksi kupla 1000 - 10 000 cm 5 kohden. Halkaisijaltaan alle 0,01 mm:n kuplia pidetään näkymättöminä, joten niitä ei huomioida kuplia laskettaessa.

Käsiteltävän keksinnön mukainen ylätilan kuumen-nuslaite voi olla poltin 53, joka menee yläjäähdyttimen 10 52 läpi puhdistussäiliöön 12 kuviossa 1 esitetyllä taval la. Poltin on sen käyttöiän pidentämiseksi varustettu mieluimmin vesijäähdytteisellä vaipalla. Vaikka tarkkaa vaah-donsärkemismekanismia ei tunnetakaan täysin, lähdetään siitä, että polttimesta tuleva lämpö vähentää vaahdon visko-15 siteettia ja lisää kuplien tilavuutta näiden molempien te kijöiden ollessa omiaan saamaan aikaan vaahdon kuplien särkymisen. Kun polttimen liekin nopeus on riittävän suuri, liekin iskeytyminen vaahtoon voi aiheuttaa kuplien särkymisen. Poistoputken 36 ollessa valmistettu platinas-20 ta käytetään mieluimmin hapetusliekkiä, jolloin vältetään platinan huonontuminen. Mikäli platinaa ei käytetä tyh-jiösäiliön ylätilassa, suositetaan pelkistävää liekkiä, koska sillä on suurempi taipumus puristaa vaahto kokoon.

Jotta vältetään typen pääseminen järjestelmään 25 palamisilmasta, suositetaan polttimen 53 käyttämistä ha- pella. Lasimassaan mahdollisesti päässeellä typellä on nimittäin suhteellisen suuri virhevaikutus lasiin, koska se liukenee verrattain heikosti sulaan lasimassaan. Haluttaessa välttää hiilidioksidia, joka on toinen lasiin 30 kuplia muodostava aine, polttoaineena voidaan käyttää vetyä. Vesi, joka on vedyn ja hapen palamistuote, liukenee taas suhteellisen hyvin sulaan lasiin. On myös toivottavaa, että vältetään hiilidioksidin käyttöä, koska hiilidioksidikonsentraation alentaminen sulatteessa on 35 eräs puhdistustoiminnon normaalitavoitteita, joten onkin toivottavaa, että hiilidioksidin osapaine puhdistussäiliön i7 82437 ylätilassa pidetään mahdollisimman alhaisena. Sen sijaan veden poistaminen sulatteesta ei muodosta yleensä vaikeuksia. Vastaavasti voidaan käyttää plasmapoltinta poltti-men 53 tilalla käyttämällä tällöin sellaista kantokaasua, 5 joka liukenee suhteellisen hyvin venteen, siis esimerkiksi höyryä tai heliumia. Happea ja/tai typpeä voidaan myös käyttää plasman kantokaasuna. Alalla tunnetaan tällaiset plasmapolttimet ja niistä on esimerkki US-patentissa nro 4 545 798, jota koskeva selostus sisältyy tähän viitteenä. 10 Polttimen 53 toimiessa syntyvät, tiivistettävissä olevat aineet voidaan poistaa tyhjiökammiosta poistetusta kaasusta putkella 52, jolloin pystytään vähentämään kaa-sumäärää, joka tyhjiöpumpun on käsiteltävä, mikä helpottaa puolestaan alhaisiin paineisiin pääsemistä. Jos huo-15 mättävä osa poistokaasusta on vesihöyryä esimerkiksi silloin, kun polttimessa 53 käytetään vetyä ja happea, vesihöyryn tiivistyminen on erittäin edullista, koska tiivistymisen jälkeen jäljelle jäävä kaasutilavuus voi olla hyvin pieni. Tällöin voidaan käyttää tavanomaista lauh-20 teenkeruulaitetta, josta kaavio on esimerkki kuviossa 2.

Poistoputki 52 on varustettu tällöin vesivaipalla 67, joka suojaa kaasuputken 61 sen läpi meneviltä kuumilta kaasuilta. Tavanomaista vaippa- ja putkilämmönvaihdinta 62 voidaan käyttää poistokaasujen jäähdyttämiseen. Esitetys-25 sä järjestelyssä jäähdytysvesi menee vaipan läpi ja jääh dyttää putkien läpi menevät kaasut. Kaasut jäähdytetään veden kastepisteeseen tyhjiöjärjestelmän paineella vesihöyryn tiivistämiseksi kaasuista. Lauhdos ja mahdollinen jäännöskaasu virtaa vedenkeruukammioon 63, josta kaa-30 sut siirtyvät tyhjiöpumppuun 64 veden poistuessa paineen- tasauspylvääseen 65, joka on pystysuora kokoomasäiliöön 66 tai poistoputkeen nähden. Jos lämmönvaihtimen pinnoissa tapahtuu huomattavaa kiinteiden aineiden kasaantumista, voi olla edullista, että kaasu ohjataan ylöspäin 35 lämmönvaihtimen läpi, jolloin alaspäin virtaava lauhdos huuhtelee pois kasaumat lämmönvaihtimen tulopäästä.

is 82437

Sulatuksessa ja puhdistuksessa käytettävät lisä-aineet, esimerkiksi rikki- tai fluoriyhdisteet, sisältyvät perinteisesti lasimassaan ja muodostavat huomattavan osan niistä ei-toivotuista päästöistä, jotka liitty-5 vät lasinsulatusuunien poistokaasuun. Niiden eliminoimi nen on siis toivottavaa, mutta parhaan mahdollisen laatutason varmistamiseksi, nimenomaan sileän lasin ollessa kysymyksessä, lisäaineiden käyttöä on pidetty välttämättömänä. Lisäksi rikkilähteiden (esimerkiksi natriumsul-10 faatin ja kalsiumsulfaatin) on todettu muodostavan lii kaa vaahtoa tyhjiötä käytettäessä. Sileässä lasimassassa on natriumsulfaattia yleensä noin 5-15 paino-osaa pii-dioksidilähdemateriaalin (hiekan) 1000 paino-osaa kohden noin 10-paino-osan ollessa kuitenkin toivottu määrä riit-15 tävän puhdistuksen varmistamiseksi. Käsiteltävän keksin nön mukaan meneteltäessä on todettu, että on edullista rajoittaa natriumsulfaatin käyttö kahdeksi paino-osaksi helposti käsiteltävän vaahdotusasteen pitämiseksi yllä ja tällöin on lisäksi todettu, ettei sillä ole puhdis-20 tuksen kannalta haitallista vaikutusta. Natriumsulfaat tia käytetään mieluimmin enintään yksi paino-osa hiekan 1000 paino-osaa kohti puolen paino-osan ollessa tällöin erittäin edullinen määrä. Nämä painosuhteet on ilmoitettu vain natriumsulfaatille, mutta on selvää, että niitä 25 voidaan soveltaa myös muihin rikkilähteisiin molekyyli- painosuhteina. On myös mahdollista, että rikkilähdema-teriaali jätetään kokonaan pois, vaikka ne pienet määrät rikkiyhdisteitä, joita on usein tyypillisissä mine-raalilähdeseosmateriaaleissa, aiheuttavat tavallisesti 30 sen, että sulatteeseen pääsee tällöin jonkin verran rikkiä.

Claims (9)

1. Lasimateriaalin tai vastaavan puhdistusmenetelmä, jossa sula materiaalimäärä pidetään suljetussa säi-5 liössä, tietty vaahtokerros on sulan materiaalin päällä ja ilmakehän painetta pienempi paine kohdistetaan säiliöön edistämään materiaalin puhdistusta, tunnettu siitä, että säiliön tiettyä aluetta kuumennetaan sulan materiaalin päällä vaahdon kokoonpuristumisen nopeuttamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kuumentaminen suoritetaan säiliössä tapahtuvan palamisen avulla, esimerkiksi vaahtoa päin suunnatulla liekillä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n- 15. e t t u siitä, että palamista pidetään yllä hapetinkaa- sulla, jonka happipitoisuus rikastetaan ilman happipitoisuuden ylittäväksi, nimenomaan pääasiassa hapesta koostuvalla kaasulla.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että palaminen saadaan aikaan ainakin osittain hiiltä sisältämättömällä polttoaineella, esimerkiksi lähinnä vetyä sisältävällä polttoaineella.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamistuotteet ovat 25 pääasiassa hiilioksideja ja/tai typpeä sisältämättömiä.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamistuotteet sisältävät vettä ja että vesi poistetaan säiliöstä ja tiivistetään ilmakehän painetta pienemmässä paineessa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kuumentaminen tapahtuu plasmapolt-timella, esimerkiksi sellaisella polttimella, jossa plasma käyttää kantokaasuna höyryä, vetyä, happea, heliumia tai näiden seosta. • 35

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että lisää sulaa 20 82437 materiaalia tulee säiliöön siinä jo olevan sulan materiaalin päälle mainitun sulan lisämateriaalin muodostaessa säiliöön tullessaan mieluimmin vaahtoa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, t u n-5 n e t t u siitä, että materiaali seuraa lähinnä pystysuoraa rataa säiliössä ja poistetaan säiliöstä säiliön pohjaosassa olevasta poistoaukosta. Il 2i 82437