MX2014007677A - Control de la circulacion de gas del horno de fundicion de vidrio. - Google Patents

Abstract

Se describe la inyección de una o más corrientes gaseosas opuestas a la atmósfera sobre los materiales fundidos de fabricación de vidrio en un horno de fundición de vidrio, en una región de la zona de refinamiento, que mejora la calidad de la fundición de vidrio y disminuye el riesgo de corrosión de la corona.

Description

CONTROL DE LA CIRCULACIÓN DE GAS DEL HORNO DE FUNDICIÓN DE VIDRIO Campo de la Invención La presente invención se relaciona con la operación de hornos de fundición de vidrio, cuyos ingredientes de fabricación de vidrio se funden para producir un baño de material de fabricación de vidrio fundido a partir del cual puede producirse el vidrio sólido.

Antecedentes de la Invención En la fabricación de vidrio, los materiales de fabricación de vidrio se funden en horno de fundición de vidrio por medio del calor proporcionado a partir de los quemadores que queman el combustible con oxígeno. El combustible puede quemarse con aire como la fuente del oxígeno, o con una corriente que contiene un contenido de oxígeno mayor que aquel del aire. El horno debe fabricarse del material que puede soportar las temperaturas muy elevadas que prevalecen dentro del horno. Los materiales de construcción a menudo empleados, los cuales suelen incluir AZS y sílice refractario y materiales relacionados, son bien conocidos.

Sin embargo, se han conocido las condiciones dentro del horno de fundición de vidrio para provocar la corrosión de las superficies interiores del horno, especialmente del techo ("corona") a través de los materiales de fabricación de vidrio. El material más usado para la corona es el ladrillo de sílice para hornos para vidrio de sosa-cal-silicato. Los vapores alcalinos (principalmente de NaOH y KOH) generados a partir del material de lote de vidrio y el vidrio fundido en el horno de fundición de vidrio reaccionan con el ladrillo refractario de sílice y forman con el transcurso del tiempo un material de silicato vitreo en la superficie interior de la corona. Cuando una concentración suficiente de óxidos alcalinos (principalmente Na20 y K20) se acumula en la capa de silicato vitreo, el material vitreo puede llegar a ser suficientemente fluido para gotear directamente en el vidrio fundido en el horno o para escurrir a lo largo de la superficie refractaria de sílice y sobre otras superficies refractarias en el horno y disolver o desprender algunas de las partículas refractarias que caen en el vidrio fundido. Esta corrosión no es deseable ya que conduce a una pérdida de material en la corona, lo cual finalmente conduce a la reparación o sustitución costosa de la corona, y debido a que los productos de corrosión se han conocido por caer en la masa de materiales de vidrio fundido en el horno y por causar los defectos en el producto de vidrio.

La presente invención proporciona la metodología para el control de la atmósfera del horno para reducir la corrosión de los materiales refractarios y para mejorar la calidad del vidrio, en particular, para aumentar el estado de oxidación del vidrio, es decir, para reducir la relación de oxidorreducción, que es la relación molar del hierro ferroso al hierro férrico, para producir el vidrio caracterizado por una alta transmisión de la luz para usos como los vidrios planos transparente y las vajillas de vidrio. Preferiblemente, la relación de oxidorreducción se reduce en 0.01 a 0.20.

Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la invención es un método de operación de un horno de fundición de vidrio, el horno incluye una cámara de fundición de vidrio definida por las paredes laterales opuestas, una pared trasera, un techo, y una pared frontal, el método comprende: (A) fundir el material de fabricación de vidrio en una zona de fundición de dicha cámara de fundición de vidrio para establecer un baño del material de fabricación de vidrio fundido, por medio del calor proporcionado a la zona de fundición sobre dicho baño mediante la combustión del combustible y del oxidante precalentado a partir de dos o más pares de puertos regeneradores opuestos en dichas paredes laterales de dicho horno de fundición de vidrio, donde dicha combustión forma una atmósfera que comprende los productos de combustión sobre dicho baño en dicha zona de fundición, (B) pasar el material de fabricación de vidrio fundido desde la zona de fundición en y a través de una zona de refinamiento de la cámara de fundición de vidrio, y entonces fuera de dicha cámara de fundición de vidrio a través de un puerto en dicha pared frontal, sin la combustión de combustible y del oxidante en dicha zona de refinamiento sobre dichos materiales fundidos de fabricación de vidrio, y (C) inyectar por lo menos una corriente gaseosa en la zona de refinamiento sobre el material de fabricación de vidrio fundido, desde por lo menos una ubicación en por lo menos una pared lateral de dicha zona de refinamiento, en una dirección hacia la otra pared lateral de dicha zona de refinamiento, o desde por lo menos una ubicación en dicha pared frontal en una dirección hacia dicha pared trasera, con un impulso suficiente para reducir el flujo de dichos productos de combustión desde dicha zona de fundición en dicha zona de refinamiento.

Otro aspecto de la invención es un método de operación de un horno de fundición de vidrio, el horno incluye una cámara de fundición de vidrio definida por medio de las paredes laterales opuestas, una pared trasera, un techo, y una pared delantera, el método comprende: (A) fundir el material de fabricación de vidrio en una zona de fundición de dicha cámara de fundición de vidrio para establecer un baño del material de fabricación de vidrio fundido, por medio del calor proporcionado a la zona de fundición sobre dicho baño mediante la combustión del combustible y del oxidante precalentado a partir de dos o más pares de puertos regeneradores opuestos en dichas paredes laterales de dicho horno de fundición de vidrio, donde dicha combustión forma una atmósfera que comprende los productos de combustión sobre dicho baño en dicha zona de fundición, (B) pasar el material de fabricación de vidrio fundido desde la zona de fundición en y a través de una zona de refinamiento de la cámara de fundición de vidrio, y luego fuera de dicha cámara de fundición de vidrio a través de un puerto en dicha pared frontal, sin la combustión del combustible y del oxidante en dicha zona de refinamiento sobre dichos materiales fundidos de fabricación de vidrio, (C) inyectar por lo menos una corriente gaseosa o una corriente de fluido atomizado que comprende 21% en volumen a 100% en volumen de oxígeno en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio para aumentar la concentración de oxígeno promedio en la atmósfera cerca de dicha superficie de baño en dicha zona de refinamiento en 1 a 60% en volumen.

(D) ajustar los caudales de combustible y de aire de combustión de cada uno de dichos puertos regeneradores para hacer que la concentración de oxígeno en el gas combustible que sale de cada uno de dichos puertos regeneradores sea de entre 1 a 6% en volumen.

Tal como se usa en la presente, los "materiales de fabricación de vidrio" comprenden cualquiera de los siguientes materiales, y mezclas de los mismos: arena (en su mayoría Si02), carbonato sódico (en su mayoría Na2C03), piedra caliza (en su mayoría CaC03 y MgC03), feldespato, bórax (borato de sodio hidratado), otros óxidos, hidróxidos y/o silicatos de sodio y potasio, y vidrio (como piezas sólidas recicladas de vidrio) producidos previamente al fundir y al solidificar cualquiera de los anteriores. Los materiales de fabricación de vidrio también pueden incluir los aditivos funcionales como los oxidantes de lotes como escoria salina (sulfato de sodio, Na2S0 ) y/o nitro (nitrato de sodio. NaN03, y/o nitrato de potasio, KN03), y los agentes de afinamiento como óxidos de antimonio (Sb203).

Tal como se usa en la presente, "especies alcalinas" significa los compuestos químicos que contienen los átomos de sodio, potasio y/o litio, que incluyen, pero sin limitarse a, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, productos formados por medio de la descomposición del hidróxido de sodio o del hidróxido de potasio a las temperaturas mayores de 1200°C, y mezclas de los mismos.

Tal como se usa en la presente, "quemador de oxígeno-combustible" significa un quemador a través del cual se alimenta el combustible y el oxidante que tiene un contenido de oxígeno mayor que el contenido de oxígeno del aire, y que preferiblemente tiene un contenido de oxígeno de por lo menos 50 por ciento en volumen y más preferiblemente más de 90 por ciento en volumen.

Tal como se usa en la presente, "combustión de oxígeno-combustible" significa la combustión del combustible con el oxidante que tiene un contenido de oxígeno mayor que el contenido de oxígeno del aire, y que preferiblemente tiene un contenido de oxígeno de por lo menos 50 por ciento en volumen y más preferiblemente de más de 90 por ciento en volumen.

Tal como se usa en la presente, "atmósfera cerca de dicha superficie de baño" significa la capa gaseosa que se extiende desde la superficie de baño a un pie (0.3 m) por encima de la superficie de baño.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista en planta de un horno de fundición de vidrio en el cual la presente invención puede practicarse.

La figura 2 es una representación gráfica de los flujos de gas en el horno de la figura 1 cuando se opera sin la presente invención.

La figura 3 es una representación gráfica de los flujos de gas en el horno de la figura 1 cuando se opera con una modalidad de la presente invención.

La figura 4 es una representación gráfica del perfil de concentración de oxígeno de la atmósfera del horno (humedad a % en volumen) cerca de la superficie de fundición de vidrio en el horno de la figura 1 cuando se opera sin la presente invención en la forma representada por la figura 2.

La figura 5 es una representación gráfica del perfil de concentración de oxígeno de la atmósfera del horno (en humedad a % en volumen) cerca de la superficie de fundición de vidrio en el horno de la figura 1 cuando se opera con la modalidad de la presente invención representada por la figura 3.

La figura 6 es una vista en planta superior de un horno de fusión de vidrio que representa las disposiciones alternativas de la inyección de gas en el horno de la figura 1 de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Volviendo primero al horno de fabricación de vidrio en sí. La figura 1 muestra una vista en planta superior de un horno de llama transversal para vidrio flotado común 100 con regeneradores, con el cual puede practicarse la presente invención. La presente invención no se limita a los hornos de vidrio flotado y puede practicarse en otros tipos de hornos de fundición de vidrio que fabrican, por ejemplo, vidrio para vajillas, vidrio para ventanas, vidrio para vitrinas, y vidrio para envases. El horno 100 incluye la zona de fundición 11 y la zona de refinamiento 12. La zona de fundición 11 y la zona de refinamiento 12 están incluidas dentro de la pared trasera 21, de la pared delantera 23, y de las paredes laterales 22. Una corona o un techo (no representado) se conecta con las paredes laterales 22, la pared trasera 21, y la pared frontal 23. El horno 100 también tiene una parte inferior que junto con la pared trasera 21, las paredes laterales 22 y la pared frontal 23 y la corona o el techo, forman el alojamiento que contiene los materiales de fabricación de vidrio.

La zona de acondicionamiento 13 está rodeada por las paredes laterales 24, la pared delantera 23, la pared extrema 26, y una corona o techo (no representado) que se conecta con las paredes laterales 24, la pared delantera 25, y la pared extrema 26, así como una parte incluida y una corona o un techo. La zona de acondicionamiento zona 13 (cuando está presente) se ubica con respecto a la zona de refinamiento 12 para recibir el material fundido fluido de fabricación de vidrio desde la zona de refinamiento 12 para acondicionar aún más el material fundido en la forma ya conocida en este campo. La zona central 14 es un pasaje estrecho que conecta la zona de refinamiento 12 y la zona de acondicionamiento 13.

La forma particular de la parte inferior no es importante, aunque en la práctica general se prefiere que por lo menos una porción de la parte inferior sea plana y sea horizontal o bien sea inclinada en la dirección del flujo del vidrio fundido a través del horno. Todo o una porción de la parte inferior puede en cambio ser curvada. La forma particular del horno tal como se define por sus paredes tampoco es importante, mientras las paredes sean suficientemente altas para contener la cantidad deseada de vidrio fundido y para proporcionar (bajo la corona) el espacio por encima del vidrio fundido en el cual puede ocurrir la combustión que funde los materiales de fabricación de vidrio y los mantiene fundidos.

El horno 100 también tiene por lo menos una entrada de carga de material (no mostrada), normalmente a lo largo de la superficie interna de la parte trasera 21 o en las paredes laterales 22 cerca de la pared trasera 21 para otros tipos de hornos de vidrio, a través de la cual el material de fabricación de vidrio puede alimentarse a la zona de fundición 11. También puede haber una o más chimeneas a través de las cuales los productos de la combustión del combustible y del oxígeno (dentro de la zona de fundición 11) pueden fluir fuera del interior del horno. La chimenea o las chimeneas se ubican normalmente en la pared trasera 21, o en una o más de las paredes laterales.

La parte inferior, los lados y la corona del horno deben fabricarse de material refractario que puede conservar su integridad estructural sólida a las temperaturas a las que esté expuesto, es decir, comúnmente de 1300°C a 1700°C. Tales materiales son ampliamente conocidos en el campo de la construcción de los aparatos de alta temperatura. Los ejemplos incluyen sílice, alúmina fundida y AZS.

La superficie interna de la corona, es decir, la superficie que está en contacto con la atmósfera del horno, puede estar compuesta por el material original de la construcción de la corona y en algunos lugares puede comprender en su lugar una capa de escoria que se ha formado en lo que fue la superficie no corroída de la corona. Tal capa de escoria comúnmente se forma debido a las reacciones de los vapores volátiles y del polvo de los materiales de fabricación de vidrio y del vidrio fundido y puede encontrarse a menudo en los hornos que ya han estado en uso. Normalmente, la capa de escoria contiene sílice, óxido alcalino, óxido de tierra alcalina y compuestos de los mismos, como los que contienen óxido de calcio o los compuestos de óxido de calcio con sílice y óxido alcalino. Así, la presente invención puede ser llevada a cabo en hornos en los cuales la superficie interna de la corona compone los productos de corrosión formados por medio de la reacción de la superficie con el hidróxido alcalino y en los hornos en los cuales la superficie interna de la corona no comprende los productos de corrosión formados por medio de la reacción de la superficie con hidróxido alcalino.

La zona de fundición 11 incluye dos o más pares de puertos regeneradores opuestos en las paredes laterales 22. Por "opuesta" se entiende que en un determinado par de puertos regeneradores, hay un puerto en cada pared lateral 22, uno frente al otro y ambos están opuestos al interior de la zona de fundición 11. Los puertos opuestos preferentemente son esencialmente coaxiales, es decir, están directamente opuestos entre sí; los puertos que están desplazados, donde el eje de cada puerto no es coaxial con el otro, pueden usarse pero no son preferidos.

La combustión se produce en la zona de fundición 11 mientras el gas natural o el aceite combustible, inyectados en o cerca de las ubicaciones donde estos puertos están abiertos en la zona de fundición 11, mezclados con el aire caliente de combustión desde los regeneradores 41 y 42, formen una llama y generan el calor en la zona de fundición para fundir el material fabricación de vidrio y para mantener el material de fabricación de vidrio en el estado fundido. Los puertos regeneradores se comunican con los regeneradores 41 y 42 tal como se describirá más adelante. La figura 1 muestra seis pares de puertos, donde cada par de puertos está opuesto entre sí, los puertos en un lado de la zona de fundición están numerados con 1L a 6L y los puertos del otro lado de la zona de fundición están numerados con 1R a 6R. Puede emplearse cualquier número de puertos, de 2 a 10 o incluso hasta 20 o más, dependiendo de la capacidad de fundición de vidrio deseada del horno. En o cerca de la salida de cada puerto uno o más inyectores de combustible (no mostrados) se colocan para inyectar el combustible para formar una llama (no mostrada) y generar el calor en la zona de fundición 11. La zona de fundición 11 se define como la zona entre la pared trasera 21 y ya sea el último par de puertos regeneradores más cercanos a la pared delantera 23, o los inyectores de combustible para el útlimo par de puertos regeneradores que están más cercanos a la pared delantera 23 si los inyectores de combustible se ubican más cercanos a la pared delantera 23 que el puerto en sí.

Opcionalmente uno o más puertos de gas residual (no representados) no conectados con los regeneradores 41 y 42 pueden colocarse en una o más de las paredes en la zona de fundición 11 o en la zona de refinamiento 12 para aspirar una porción del gas residual para la recuperación de calor adicional y para otros propósitos.

Las flechas 30 y 31 entre la pared trasera 21 y los puertos 1L y 1R representan los quemadores de oxígeno-combustible opcionales usados a menudo para aumentar la producción o la calidad del vidrio en el horno para vidrio.

La zona de refinamiento 12 se caracteriza porque no tiene aparatos para quemar el combustible y el oxidante adicional sobre los materiales fundidos de fabricación de vidrio. Por el contrario, el material de fabricación de vidrio en la zona de refinamiento experimenta los patrones de flujo de recirculación complejos dentro del horno y tiene un flujo neto gradualmente en una dirección desde la zona de fundición 11 a través de la zona de refinamiento 12 hacia y a través del puerto 28 en la pared delantera 23, preferiblemente a una zona de acondicionamiento 13. Mientras el vidrio fundido está en la zona de fundición 11 y en la zona de refinamiento 12, los gases disueltos son capaces de subir a la superficie de baño y dejar el baño, y los materiales menos volátiles pueden ser más uniformemente distribuidos dentro del baño.

En operación, el material de fabricación de vidrio se alimenta a la zona de fundición 11. La combustión en la zona de fundición 11 proporciona el calor que funde el material de fabricación de vidrio en la zona de fundición, y mantiene el baño resultante del material fundido de fabricación de vidrio en el estado fundido. Esta combustión se lleva a cabo al quemar el combustible, preferiblemente el gas natural o el aceite, con el oxígeno que comúnmente se suministra como aire, u opcionalmente como aire enriquecido con oxígeno o una corriente que comprende 50% en volumen hasta 99% en volumen de oxígeno. La cantidad de combustible y oxígeno alimentado y la combustión deben ser suficientes para proporcionar suficiente calor para fundir los materiales de fabricación de vidrio que se alimentan a la zona de fundición 11.

Cuando la combustión se lleva a cabo en la zona de fundición 11 usando los regeneradores, el combustible (no mostrado en la figura 1) normalmente se inyecta desde abajo o desde de un lado de cada puerto en o cerca de la salida de puerto en el horno hacia el puerto opuesto. El aire de combustión se precalienta en el regenerador en el mismo lado de la zona de fundición 11 (como el regenerador 41) y fluye a la zona de fundición 11 , se mezcla con el combustible inyectado y forma una llama mientras los productos gaseosos de la combustión, que están muy calientes, se extraen de la zona de fundición 11 a través de los puertos en la otra pared lateral 22 de la zona de fundición 11 y a través del otro regenerador (en la ilustración, el regenerador 42). El oxidante gaseoso (es decir, el aire, el aire enriquecido con oxígeno o el oxígeno de pureza superior) representado por la corriente 43 pasa a través del regenerador y se calienta por medio de la transferencia del calor absorbido previamente de los productos gaseosos calientes de la combustión que se extrajeron a través de ese regenerador en un ciclo anterior, antes de que el oxidante se queme con el combustible en la zona de fundición 11. Mientras la combustión se está produciendo en la zona de fundición 11 con el combustible y el oxidante que se alimentan en o a través de los puertos que se comunican con el regenerador 41, los productos gaseosos calientes extraídos a través de los puertos que se comunican con el regenerador 42 calientan el otro regenerador 42. Los regeneradores comúnmente están fabricados de ladrillo refractario o de otro material que pueda absorber el calor a las altas temperaturas que se presentan (opcionalmente, el regenerador también puede contener los objetos adicionales como bolas o bloques de material refractario para absorber el calor de los gases de combustión calientes.

Después de un período de tiempo que suele ser cada 10 a 30 minutos, la operación se invierte para que el oxidante gaseoso para la combustión (por ejemplo, el aire) desde el otro regenerador (es decir, el regenerador 42) fluya a la zona de fundición 11 y la combustión se produzca con el combustible inyectado desde el mismo lado como el regenerador 42, y los productos de combustión gaseosos calientes resultantes se extraen a través de los puertos que están conectados al regenerador 41. El oxidante que participa en este momento de la combustión en la zona de fundición 11 pasa a través del regenerador 42 y se calienta por medio de la transferencia térmica del calor almacenado en el regenerador 42 en el ciclo anterior. Después de otro período de tiempo, se invierte nuevamente la dirección del flujo de aire de combustión y de la inyección de combustible. Los regeneradores representados por los números 41 y 42 pueden ser una cámara común en cada lado de la zona de fundición 41, o pueden ser un número de cámaras separadas y distintas que se comunican con un puerto conectado a la zona de fundición 11 del horno.

En algunos tipos de hornos de fundición de vidrio, una corriente 50 de gas (normalmente, aire) fluye en la zona de refinamiento 12 a través del puerto 28 de la pared delantera 23, en una dirección hacia la zona de fundición 11. Esta corriente 50 es comúnmente una porción de aire que enfría el baño de vidrio fundido en la zona de acondicionamiento 13. En la práctica convencional sin emplear la presente invención, la corriente 50 fluye a través de la zona de refinamiento 12 a la zona de fundición 11. La zona de acondicionamiento 13 aunque es preferida no es necesaria en la presente invención. Cuando se emplea una zona de acondicionamiento 13, la corriente 52 del gas refrigerante se alimenta o se inyecta en la zona de acondicionamiento 13, por ejemplo, a través de cuatro aberturas en la pared 24 como se muestra por medio de las cuatro flechas, y entonces una porción del gas refrigerante 52 fluye a través de la zona de acondicionamiento 13 a la zona de refinamiento 12 a través del puerto 28 en la zona central 14 como la corriente de gas 50. El resto del gas refrigerante 52 se extrae a través de los puertos de extracción (no mostrados) ubicados en la zona de acondicionamiento 13 o en la zona central 14.

En otros tipos de hornos de fundición de vidrio, ningún gas fluye a la zona de refinamiento 12 a través del puerto 28, puesto que el puerto 28 está sumergido debajo del vidrio fundido para que solo el vidrio fundido fluya a través del puerto 28. En estos tipos de hornos, un poco de aire puede entrar en la zona de refinamiento a través de otras aberturas.

Las flechas 32 y 33 en la zona de refinamiento 12 indican las ubicaciones en las que se inyecta por lo menos una corriente gaseosa de acuerdo con la presente invención. Estas ubicaciones están en la zona de refinamiento 12. Una ubicación preferida está en uno o ambos paredes laterales, entre la pared delantera 23 y el puerto regenerador que está más cercano a la pared delantera 23 (o entre la pared delantera 23 y el puerto de inyección de combustible que está más cercano a la pared delantera 23, si tal puerto de inyección de combustible está más cerca a la pared delantera 23 que el puerto regenerador asociado). Una ubicación más preferida está cerca de ese puerto regenerador o puerto de inyección de combustible. Aunque la inyección de gas continua desde ambos inyectores de un par opuesto de inyectores 32 y 33 constituye una modalidad preferida de esta invención, la presente invención también puede practicarse con la inyección cíclica desde un único inyector en un momento, preferiblemente el inyector que está en la pared lateral opuesta a la pared lateral en la cual se ubica el regenerador que está quemando en un momento dado. Es decir, el gas se inyectaría desde el inyector 32 cuando el regenerador 42 está en el ciclo de quemado, seguido cíclicamente por la inyección desde el inyector 33 cuando el regenerador 41 está en el ciclo de quemado. Cada inyector 32 o 33 puede ser un quemador de oxígeno-combustible al cual se alimenta el combustible (por ejemplo, el gas natural) y el oxígeno que se queman en la zona de refinamiento 12 para formar una llama dentro del horno. Cada inyector puede comprender un solo inyector, o puede comprender múltiples boquillas o puertos de inyección colocados en las paredes laterales 22 desde los cuales pueden inyectarse diferentes gases o aceite atomizado. Un inyector preferido tiene dos puertos de inyección montados de manera vertical uno sobre otro (tal como se representa y describe en el Número de Patente Americana 5,924,848). Alternativamente, cada inyector 32 y 33 puede inyectar solo oxígeno (sin quemar), aire, aire enriquecido con oxígeno, o una mezcla de gas de cualquier composición adecuada. Cuando se inyecta el gas desde más de un inyector, como los inyectores 32 y 33, los gases que se inyectan desde cualquier inyector pueden tener una composición diferente o igual que los gases inyectados desde cualquier otro inyector. Opcionalmente uno o más corrientes de gas de purga 55 a 58 es hacen fluir a la zona de refinamiento 12 a través de las aberturas ubicadas en la pared delantera 23 y/o las paredes laterales 22. Esta corriente de gas de purga, que es preferiblemente oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o aire cuando se produce el vidrio oxidado, aumenta la concentración de oxígeno de la atmósfera en la zona de refinamiento 12.

En un horno de fundición de vidrio regenerativo de llama transversal como el representado en la figura 1, el patrón de circulación del gas de horno en la zona de fundición 11 se impulsa principalmente por el impulso del oxidante de combustión (aire) y el combustible inyectado en la zona de fundición 11. Cuando la presente invención no está implementada, la combustión del oxidante y del combustible en la zona de fundición (y la influencia de la corriente gaseosa 50 o de otra corriente de gas que, si está presente, fluye a la zona de refinamiento 12), tiene el efecto de establecer un patrón de flujo de gas de recirculación grande entre el último par de puertos regeneradores, es decir, 6L y 6R en la figura 1 y entonces la pared delantera 23, que circula en una región de la zona de fundición y fuera de la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12 y de regreso a la zona de fundición 11. Cuando el regenerador 41 está en el ciclo de quemado la dirección del flujo de recirculación (mostrado como el círculo 61 en la figura 2) en la zona de refinamiento 12 está en la dirección a la izquierda, y el patrón se invierte y la dirección del flujo de recirculación llega a dirigirse hacia la derecha cuando el otro regenerador está en cambio en el ciclo de quemado. Cuando no hay otros gases inyectados en la zona de refinamiento 12, la composición del gas en este patrón de flujo de gas de recirculación se vuelve muy cercana a aquella de los productos de combustión gaseosos (es decir, que se extraen a través de los puertos regeneradores tal como se describió anteriormente) que comúnmente contiene 1-3% en volumen. Cuando el gas refrigerante 50 fluye a la zona de refinamiento tal como se describe en el presente documento, la composición de la atmósfera en la zona de refinamiento 12 se determina por medio del patrón de mezcla del aire refrigerante que fluye a la zona de refinamiento 12 y del gas de horno que circula en la zona de refinamiento.

La figura 3 representa el patrón de flujo de gas cuando la presente invención se implementa con un par opuesto de quemadores de oxígeno-aceite colocados en las paredes laterales 22. El aceite combustible atomizado y el oxígeno se inyectan como dos chorros opuestos al mismo tiempo. En lugar del flujo de los gases que circulan a través de la zona de refinamiento 12, que se representa como 61 en la figura 2, hay muy poco flujo de los gases desde la zona de fundición 11 que circula a la zona de refinamiento 12. El flujo de los gases desde la zona de fundición a la zona de refinamiento puede reducirse en al menos 10%, preferiblemente en al menos 20 o 25%, y más preferiblemente en al menos 40 o 50%. La cantidad de reducción puede determinarse al comparar el contenido de oxígeno de la atmósfera en la zona de refinamiento antes y después de la implementación de la presente invención. La implementación de la presente invención aumenta el contenido de oxigeno de la atmósfera de la zona de refinamiento, proporcionalmente al grado al cual la atmósfera de la zona de fundición no ha sido capaz de fluir a la zona de refinamiento y causar la dilución (con relación al contenido de oxígeno) de la atmósfera de la zona de refinamiento.

La aplicación del análisis dinámico computacional de fluidos para un común horno de vidrio flotado de 600 tpd métricas (12.2 m de ancho x 38.2 m de largo en el horno principal) del tipo representado en la figura 1 cuando se opera sin la presente invención, pronosticó el perfil de concentración de oxígeno de la atmósfera del horno (en humedad a % en volumen) cerca de la superficie de fundición de vidrio tal como se muestra en la figura 4. La concentración de 02 local en la zona de refinamiento 12 se redujo a tan baja como 4% en una esquina formada por la pared lateral 22 y la pared delantera 23 cuando 1.719 Nm3/h de la corriente 50 (aire) fluyó hacia la zona de refinamiento 12, que tuvo aproximadamente 21% de O2 en el puerto 28 en la pared 23. Las corrientes de gas de purga opcionales 55-58 no se inyectaron en este ejemplo. La baja concentración local de 02 en la zona de refinamiento 12 se causó al mezclarse con el gas de horno circulante que contuvo aproximadamente 2% de 02. A excepción de las pequeñas áreas cerca del puerto 28 en la pared 23, la concentración de oxígeno en la mayoría de la zona de refinamiento 12 fue inferior al 10%. La concentración promedio de oxígeno en la zona de refinamiento se calcula como aproximadamente 5%. El patrón de circulación de gas de horno en la zona de refinamiento 12 se impulsó principalmente por el impulso de la combustión del oxidante (aire) y del combustible inyectado en la zona de fundición 11 desde el puerto 6 y el puerto 5. El impulso total del oxidante de combustión y del combustible quemados en el puerto 6 fue de 5.58 kg m/s2.

La figura 5 es una representación gráfica del perfil de concentración de oxígeno de la atmósfera del horno (en humedad a % en volumen) cerca de la superficie de fundición de vidrio en el horno de la figura 1 cuando se opera con la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 3. Un par opuesto de quemadores de oxígeno-combustible del tipo descrito en el Número de Patente Americana 5,601,425 se colocaron como los inyectores 32 y 33 en las paredes laterales 22 a 2.475 m desde el eje del puerto 6 (por el cual se entiende el eje de puertos 6L y 6R) al eje del inyector en la zona de refinamiento. El índice de quemado de los puerto 6 se redujo, lo que redujo el impulso total del puerto de 6-3.4 kg m/s2. El impulso total del oxidante de combustión y de aceite combustible y del aire de atomización quemado desde cada uno de los inyectores 32 y 33 fue de 8.3 kg m/s2. La relación estequiométrica de combustión del aceite combustible para el oxidante más el aire de atomización se ajustó para producir los productos de combustión con 2% de exceso de 02 por volumen en una base húmeda. La relación de impulso de (puerto 6 + inyector 32)/(inyector 33) fue de 1.4 en este ejemplo.

El modelo computacional de la dinámica de fluidos del horno de vidrio encontró que la concentración de 02 local más baja fue de aproximadamente 10% en volumen cerca de una esquina formada por la pared lateral 22 y la pared delantera 23 de la zona de refinamiento. A excepción de las pequeñas áreas cerca del puerto 28 en la pared 23, la concentración de oxígeno en la mayoría de la zona de refinamiento es de entre 10% en volumen y 16% en volumen. La concentración promedio de oxígeno en la zona de refinamiento se calculó como aproximadamente 14%, un gran aumento sorprendente en comparación con la concentración promedio de aproximadamente 5% calculada para la condición representada en la Figura 1 cuando se opera sin la presente invención. Puesto que la relación estequiométrica de combustión de los quemadores de oxígeno-combustible se ajustó para producir el exceso de 02 en el producto de combustión de 2% en una base húmeda, la simple mezcla de los productos de combustión de los quemadores de oxígeno-combustible habría reducido la concentración de oxígeno promedio en la zona de refinamiento. Sin estar limitado por ninguna teoría particular, estas observaciones son congruentes con la proposición de que el impulso por chorro de dos chorros opuestos o llamas desde los inyectores 32 y 33 fue suficientemente grande con relación a aquella de la llama desde los puertos 6L y 6R y, por lo tanto, redujo el patrón de circulación normal de los productos de combustión gaseosos desde la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12, y aumentó la concentración promedio de oxígeno de la atmósfera en la zona de refinamiento.

La ubicación y el impulso de cada corriente de gas de los inyectores 32 y 33 se seleccionan de tal manera que se reduzca la circulación de los productos de combustión gaseosos desde la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12 y, preferiblemente, se minimice. Preferiblemente, la relación de la suma del impulso total del puerto 6 y del impulso total del inyector 32 al impulso total del inyector 33 es de entre 0.25 y 3.0, más preferiblemente de entre 0.5 y 2.0.

Puesto que que dichos productos de combustión gaseosos contienen una concentración significativa de vapores alcalinos (principalmente NaOH y KOH), la reducción de la circulación de estos productos desde la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12 reduce la concentración del vapor alcalino en la zona de refinamiento 12 siempre que las condiciones de la zona de refinamiento se ajusten para minimizar la volatilización de los vapores alcalinos. De esta manera, la invención ayuda a reducir los defectos del vidrio causados por la corrosión alcalina de los materiales a base de sílice de la construcción de la corona. También mejora el estado de oxidación del vidrio por una concentración de oxígeno promedio mayor en la zona de refinamiento y reduce los defectos de color del vidrio causados por una baja concentración de 02 en la zona de refinamiento. Puesto que el vidrio llega a estar más oxidado y la relación de oxidorreducción se reduce con la presente invención, la invención es ventajosa para la producción de vidrio altamente oxidado como, por ejemplo, el vidrio plano útil, por ejemplo, para las aplicaciones de paneles solares y para las vajillas de vidrio.

La presente invención reduce o minimiza la mezcla de los gases del horno desde la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12 y aumenta el efecto de purga de la corriente de gas 50 (por ejemplo, aire) (cuando está presente, es decir, desde la zona de acondicionamiento 13) y de las corrientes de gas de purga opcionales 35-38 a la zona de refinamiento 12.

En lugar de usar dos inyectores de flujo continuo 32 y 33 como un par opuesto de quemadores de oxígeno-combustible, los flujos desde los inyectores 32 y 33 pueden alternarse de manera que el gas fluya desde solo uno de ellos a la vez, con el flujo desde el único chorro que está en el lado del horno opuesto al lado desde el cual se emite una llama desde un puerto 6. El impulso del chorro único está preferiblemente dentro de 25 a 300%, más preferiblemente dentro de 50 a 200% del impulso de la llama del puerto 6. El ángulo del chorro único se ajusta preferentemente hacia el lado de quemado del puerto 6 o paralelo a la pared delantera 23.

Una modalidad preferida de la invención, si los inyectores 32 y 33 están inyectando juntos o alternamente, es inyectar el aire o el oxidante que contiene de 21 a 100% de 02 por volumen. Más preferiblemente, la concentración de oxígeno del oxidante es de 33 a 100% en volumen y más preferiblemente la concentración de oxígeno del oxidante es de 85 a 100% en volumen. Las composiciones de gas inyectadas desde los inyectores 32 y 33 y/o las relaciones estequiométricas de las llamas inyectadas desde los inyectores 32 y 33 pueden ser diferentes entre sí, para afectar a la temperatura y los perfiles de concentración de 02 en la zona de refinamiento 12. Al inyectar el oxidante que contiene 02 a una concentración mayor que la concentración promedio de 02 en la zona de refinamiento, sin inyectar el combustible que consume el oxígeno por medio de las reacciones de combustión, la concentración de oxígeno en la zona de refinamiento se incrementa significativamente por la presente invención. Por ejemplo, la concentración de oxígeno promedio común del oxígeno en la zona de refinamiento de un horno de vidrio que fabrica el vidrio plano está en el intervalo de 1% a 6% de 02 en volumen en una base húmeda. Una modalidad preferida de la invención, si los inyectores 32 y 33 están inyectando juntos o alternamente, es inyectar el oxidante para aumentar la concentración promedio de oxígeno en la zona de refinamiento en 1 a 60% de 02 en volumen para crear una atmósfera que contiene 2% a 60% de 02 en volumen en una base húmeda. Más preferiblemente el aire o el oxidante que contienen de 21 a 100% en volumen de 02, opcionalmente precalentados, se inyectan para aumentar la concentración media de oxígeno en la zona de refinamiento en 1 a 40% de 02 por volumen para crear una atmósfera que contiene de 2% a 40% de 02 en volumen en una base húmeda. Muy preferiblemente, el aire o el oxidante que contienen de 21 a 100% en volumen de 02, opcionalmente precalentados, se inyectan para aumentar la concentración promedio de oxígeno en la zona de refinamiento en 2 a 20% de 02 por volumen para crear una atmósfera que contiene de 3% a 20% de 02 por volumen en una base húmeda. La concentración promedio de oxígeno en una región determinada, como cerca de la superficie del baño, se determina al medir los valores de concentración de oxígeno en dos o más ubicaciones en la región determinada y al promediar los valores de medición.

Las condiciones atmosféricas en la zona de refinamiento 12 puede mejorar aún más al inyectar opcionalmente un gas de purga adicional a la zona de refinamiento 12 de tal manera que no aumente la circulación del gas de horno desde la zona de fundición 11 a la zona de refinamiento 12. Por ejemplo, el oxígeno adicional puede inyectarse desde uno o más inyectores de gas de purga 55-58 ubicados en la pared delantera 23 o en las paredes laterales 22 cerca de la pared delantera 23. Una modalidad preferida es la inyección del gas de purga desde los inyectores 55 y 56 de la pared delantera 23 a los impulsos adecuados con la finalidad de reducir la circulación del gas de horno desde la zona de fundición 11, si los inyectores del gas de purga 55 y 56 están inyectando juntos o alternamente. Preferiblemente, el impulso total del gas de purga inyectado desde cada inyector 55 y 56 es menor que aquel del combustible y del aire inyectados desde el puerto 6. El gas de purga es preferiblemente el aire o el oxidante que contienen de 21 a 100% de 02 en volumen. Más preferiblemente, la concentración de oxígeno del oxidante es de 33 a 100% en volumen y más preferiblemente la concentración de oxígeno del oxidante es de 85 a 100% en volumen. Los caudales de gas y las composiciones inyectadas desde los inyectores de gas de purga 55 y 56 pueden ser diferentes entre sí, para afectar a la temperatura y a los perfiles de concentración de 02 en la zona de refinamiento 12.

Durante la práctica de la presente invención con el gas de purga opcional o con la inyección de oxidante desde los inyectores 32 y 33, aumentaría el exceso de oxígeno promedio en el gas de combustión que sale de los puertos regeneradores. La inyección de oxidante sin precalentamiento, especialmente de aire, aumenta la carga de calor del horno. Con la finalidad de mantener o de mejorar la eficiencia energética del horno y de minimizar la emisión de NOx, los caudales del combustible y del aire de combustión de cada puerto regenerador se ajustan preferiblemente para hacer que la concentración de oxígeno en el gas de combustión que sale de cada puerto regenerador esté a un valor óptimo, por lo general de aproximadamente 1 a 6 % en volumen, con más generalidad de aproximadamente 1 a 3% en volumen. Puesto que la mayoría de los gases inyectados en la zona de refinamiento salen de los puertos regeneradores cerca de la zona de refinamiento, los caudales de combustible y de aire de combustión de dos y a tres puertos regeneradores se ajustan preferiblemente para hacer que la concentración de oxígeno en el gas de combustión, que sale de cada puerto regenerador, esté a un valor óptimo.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un método para operar un horno de fundición de vidrio, el horno incluye una cámara de fundición de vidrio definida por las paredes laterales, una pared trasera, un techo, y una pared delantera, el método comprende: (A) fundir el material de fabricación de vidrio en una zona de fundición de dicha cámara de fundición de vidrio para establecer un baño del material de fabricación de vidrio fundido, por medio del calor proporcionado a la zona de fundición sobre dicho baño mediante la combustión del combustible y del oxidante precalentado a partir de dos o más pares de puertos regeneradores opuestos en dichas paredes laterales de dicho horno de fundición de vidrio, donde dicha combustión forma una atmósfera que comprende los productos de combustión sobre dicho baño en dicha zona de fundición, (B) pasar el material de fabricación de vidrio fundido desde la zona de fundición en y a través de una zona de refinamiento de la cámara de fundición de vidrio, y entonces fuera de dicha cámara de fundición de vidrio a través de un puerto en dicha pared frontal, sin la combustión de combustible y del oxidante en dicha zona de refinamiento sobre dichos materiales fundidos de fabricación de vidrio, y (C) inyectar al menos una corriente gaseosa o corriente de fluido atomizado en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio, desde al menos una ubicación en al menos una pared lateral de dicha zona de refinamiento, en una dirección hacia la otra pared lateral de dicha zona de refinamiento, o desde al menos una ubicación en dicha pared delantera en una dirección hacia dicha pared trasera, con un impulso suficiente para reducir el flujo de dichos productos de combustión desde dicha zona de fundición a dicha zona de refinamiento.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además (D) hacer fluir una corriente de gas a través de dicho puerto o a través de por lo menos un puerto separado de inyección de gas en la pared delantera a dicha zona de refinamiento hacia dicha zona de fundición por encima del material fundido de fabricación de vidrio.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, donde el material fundido de fabricación de vidrio fluye fuera de dicha zona de refinamiento a una zona de acondicionamiento, y el aire refrigerante se introduce en dicha zona de acondicionamiento para enfriar dicho material fundido de fabricación de vidrio en dicha zona de acondicionamiento, y una porción de dicho aire refrigerante fluye desde dicha zona de acondicionamiento a dicha zona de refinamiento y comprende dicha corriente de gas que fluye hacia dicha zona de refinamiento.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la concentración de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie del baño en dicha zona de refinamiento es mayor que la concentración de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie del baño en dicha zona de fundición.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente gaseosa o dicha corriente de fluido atomizado que se inyecta de acuerdo con la etapa (C) se forma por medio de la combustión de oxígeno-combustible.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente gaseosa que se inyecta de acuerdo con la etapa (C) es aire.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente gaseosa que se inyecta de acuerdo con la etapa (C) tiene un contenido de oxígeno superior a 21% en volumen.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 donde la concentración promedio de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie del baño en dicha zona de refinamiento es de entre 2 y 60% en volumen.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la concentración promedio de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie del baño en dicha zona de refinamiento se aumenta en 1 y 60% en volumen.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la relación de oxidorreducción, expresada como la relación de hierro ferroso a hierro férrico en el vidrio producido a partir de dicho horno de fundición de vidrio se reduce en 0.01 a 0.20.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde los caudales de combustible y de aire de combustión de cada puerto regenerador se ajustan para hacer que la concentración de oxígeno en el gas combustible que sale de cada puerto regenerador sea de entre 1 a 6% en volumen.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el oxidante precalentado para la combustión se proporciona a la zona de fundición en dicho baño desde dos a diez pares de puertos regeneradores en los lados de la cámara de fundición de vidrio.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicha corriente de gas que fluye a dicha zona de refinamiento de acuerdo con la etapa (D) es aire.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, done dicha corriente de gas que fluye dentro de dicha zona de refinamiento de acuerdo con la etapa (D) comprende de 21% en volumen a 100% en volumen de oxígeno.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicha corriente de gas que fluye dentro de dicha zona de refinamiento de acuerdo con la etapa (D) comprende de 50% en volumen hasta 100% en volumen de oxígeno.

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho horno de fundición de vidrio produce el vidrio plano oxidado.

17. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente gaseosa o de fluido atomizado que se inyecta desde dicha pared lateral de acuerdo con la etapa (C) tiene un impulso que es mayor que por lo menos 25% del impulso total del combustible y del oxidante inyectados desde el puerto regenerador ubicado más próximo a dicha zona de refinamiento.

18. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente de gaseosa o de fluido atomizado que se inyecta desde dicha pared lateral de acuerdo con la etapa (C) tiene un impulso que es mayor que el impulso total del combustible y del oxidante inyectados desde el puerto regenerador ubicado más cercano a dicha zona de refinamiento.

19. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha corriente gaseosa o de fluido atomizado que es inyecta desde dicha pared frontal de acuerdo con la etapa (C) tiene un impulso que es menor que el impulso total del combustible y del oxidante inyectados desde el puerto regenerador ubicado más cercano a dicha zona de refinamiento.

20. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha inyección de por lo menos una corriente gaseosa en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio reduce el flujo de dichos productos de combustión desde dicha zona de fundición de vidrio a dicha zona de refinamiento en por lo menos 10%.

21. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha inyección de por lo menos una corriente gaseosa en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio reduce el flujo de dichos productos de combustión desde dicha zona de fundición de vidrio a dicha zona de refinamiento en por lo menos 20%.

22. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha inyección de por lo menos una corriente gaseosa en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio reduce el flujo de dichos productos de combustión desde dicha zona de fundición de vidrio a dicha zona de refinamiento en por lo menos 50%.

23. Un método para operar un horno de fundición de vidrio, el horno incluye una cámara de fundición de vidrio definida por las paredes laterales, una pared trasera, un techo, y una pared delantera, el método comprende: (A) fundir el material de fabricación de vidrio en una zona de fundición de dicha cámara de fundición de vidrio para establecer un baño del material de fabricación de vidrio fundido, por medio del calor proporcionado a la zona de fundición sobre dicho baño mediante la combustión del combustible y del oxidante precalentado a partir de dos o más pares de puertos regeneradores opuestos en dichas paredes laterales de dicho horno de fundición de vidrio, donde dicha combustión forma una atmósfera que comprende los productos de combustión sobre dicho baño en dicha zona de fundición, (B) pasar el material fundido de fabricación de vidrio desde la zona de fundición en y a través de una zona de refinamiento de la cámara de fundición de vidrio, y entonces fuera de dicha cámara de fundición de vidrio a través de un puerto en dicha pared delantera, sin la combustión del combustible y del oxidante en dicha zona de refinamiento sobre dichos materiales fundidos de fabricación de vidrio, (C) inyectar por lo menos una corriente gaseosa o una corriente de fluido atomizado que comprende 21% en volumen a 100% en volumen de oxígeno en la zona de refinamiento por encima del material fundido de fabricación de vidrio para aumentar la concentración promedio de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie de baño en dicha zona de refinamiento en 1 a 60% en volumen, y (D) ajustar los caudales de combustible y de aire de combustión de cada uno de dichos puertos regeneradores para hacer que la concentración de oxígeno en el gas combustible que sale de cada uno de dichos puertos regeneradores sea de entre 1 a 6% en volumen.

24. Un método de acuerdo con la reivindicación 23, donde la concentración promedio de oxígeno en la atmósfera cerca de dicha superficie del baño en dicha zona de refinamiento es de entre 5 y 60% en volumen.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 23, donde por lo menos dicha corriente gaseosa o corriente de fluido atomizado se precalientan.