NO159486B - Fremgangsmaate for smelting av pulverformig satsmateriale. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for smelting av pulverformig satsmateriale til flytende tilstand.

Oppfinnelsen er spesielt anvendelig på smelting av glass inkludert flattglass, beholderglass, fiberglass og natrium-sllikatglass. Oppfinnelsen er imidlertid også anvendelig på andre prosesser som involverer termisk omdanning av et generelt flytbart, i det vesentlige fast råstoff til et smeltet fluid. Disse andre prosesser kan inkludere metallurgiske smelteoperasjoner og smelting av enkelt- eller flerkomponentkeramika, metaller eller andre materialer.

Det har lenge vært erkjent at avgasser fra en forbrennings-oppvarmet glassmelteovn eller andre smelteprosessovner inneholder store mengder termisk energi som kan gjenvinnes for å forbedre prosessens totale effektivitet. Konvensjonelt har regeneratorer og lignende vært benyttet for å gjenvinne varme fra smelteprosessovner, men deres effektivitet er mindre enn det ønskelige. Videre er regeneratorer store, kostbare og ømfintlige overfor ødeleggelse. I stedet for forvarming av forbrenningsluft ved hjelp av slike regeneratorer har det vært foreslått å gjenvinne spillvarme ved hjelp av råstoffet. Disse forslag har vært hemmet av det faktum at noe av det partikkelformige råstoff har en tendens til å bli revet med i avgasstrømmen. For å overvinne dette problem har det vært foreslått å agglomerere, f.eks. pellitisere, finfordelte råstoffer og å bringe det agglomererte råstoff i kontakt med avgasstrømmen. Imidlertid har det vært funnet at omkostningene ved agglomerering av råstoffer i vesentlig grad kan redusere den økonomiske fordel ved varmegjenvinningen og i enkelte tilfeller unngås ikke helt medrivning av partikler ved bruk av agglomererte stoffer. I henhold til dette er et trekk ved foreliggende oppfinnelse å gjenvinne spillvarme ved forvarming av satsmaterialene under unngåelse av de ovenfor beskrevne mangler.

Støving i tørt pulverformig materiale er også et problem når man mater slike materialer til konvensjonelle smelteovner. Det er vanlig å overvinne dette problem ved å fukte satsen (f.eks. med vann). Forvarming av satsen i noen vesentlig grad forhindrer imidlertid å holde satsen i fuktet tilstand.

Selv om spillvarme fra smelteovner ofte er tilgjengelig ved temperaturer som kunne bevirke brukbare reaksjoner i satsmaterialet er forvarming av satsmaterialer ofte begrenset til lavere temperaturer fordi ved høyere temperaturer kan en begynnende smelting av enkelte satsmaterialer føre til en tilstopping av forvarmingsapparaturen. F.eks. ville det være fordelaktig å omdanne karbonatsatsmaterialer som karakteristisk benyttes i kommersielle glassmelteoperasjoner til de respektive oksyder ved forvarming av satsen til kalsinerings-temperaturen for materialet, men hittil har forvarming generelt vært ansett begrenset pga. den relativt lave smeltetemperatur for natriumkarbonatkomponenten i satsen, noe som derved forhindrer kalsinering av kalsiumkarbonat- og magnesiumkarbonatbestanddelen. Et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse angår dette problem.

I US-PS 4 381 934 beskrives det en intensifisert sats-flytendegjøringsprosess hvori store volumer av satsen effektivt gjøres flytende i et relativt lite rom. Denne type prosess, spesielt når det benyttes intense varmekilder, gir relativt små volumer av gasser, men det ville være ønskelig å gjenvinne varmen fra avgassene for ytterligere å forbedre effektiviteten for slike prosesser. Det ville være spesielt ønskelig å gjenvinne varmen direkte i satsmatestrømmen.

Ved smelting av pulverformige materialer kan gasser bli innfanget i det smeltede produkt og nærværet av gassformige inklusjoner kan ansees uønskede, spesielt når det gjelder transparentglass. Eliminering av visse gasser fra det smeltede materiale kan være vanskeligere enn andre gasser (f.eks. nitrogen når det gjelder smeltet glass). Det ville være meget ønskelig å eliminere disse gasser fra satsen som en del av satsforbehandlingen slik at de ikke etterpå blir innfanget i smeiten.

US-PS 3 508 742 og 3 607 190 viser direkte forvarming av glassatsmaterialene. Begge opprettholder temperaturer under den ved hvilken kalsinering skjer. US-PS 3 082 102 beskriver foromsetning av pellets av glassatsen og indikerer at temperaturen bør holdes under de ved hvilke sintring av materiale skjer.

Ifølge oppfinnelsen blir spillvarme fra en forbrenningsfyrt smelteprosess gjenvunnet ved å føre avgasstrømmen i direkte kontakt med løst satsmateriale som mates til smelteprosessen. Ifølge et aspekt ved oppfinnelsen blir karbonatholdig satsmaterialer forvarmet til en kalsineringstemperatur for å dekomponere karbonatene til oksyder i fravær av bestanddeler i satsen som smelter ved relativt lav temperatur og som mates i en separat strøm til smelteren. I en soda-kalkglass smelteoperasjon inkluderer materialer som underkastes kalsineringsforvarmig kalksten og/eller dolomitt, mens natriumkilden slik som sodaaske og/eller kaustisk soda, føres forbi kalsineringsforvarmingen. Sand kan også innarbeides i den del av satsen som forvarmes til kalsineringstemperaturer. I den foretrukne utførelsesform fullføres kombineringen av satsandelene ved hjelp av en smeltebeholder som gir aktiv blanding av de separate massestrømmer.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at den omfatter å føre det pulverformige satsmaterialet til en forvarmingsbéholder, i denne å eksponere satsmaterialet for varmgass under agitering for å oppvarme materialet, føring av materialet fra forvarmingsbeholderen til en smeltebeholder og avsetting av materialet på et stabilt sjikt som omgir hulrommet i smeltebeholderen, å tilveiebringe forbrenningsvarme til hulrommet for å smelte det avsatte satsmaterialet og å tillate smeltet sats å strømme over det stabile sjiktet til en utløpsåpning fra smeltebeholderen, og kontrollere den hastighet med hvilken satsmaterialet mates til smeltebeholderen for å holde det stabile sjiktet i det vesentlige konstant, og å føre forbrenningsprodukter fra smeltebeholderen til forvarmingsbeholderen.

Videre berører oppfinnelsen problemet med partikkelformige satsmaterialer som rives med i en avgasstrøm når varmen gjenvinnes ved direkte kontakt. Ved å tilveiebringe tilstrekkelig motstrømskontakt mellom avgassen og satsmaterialene kan temperaturen i avgassen reduseres til duggpunktet for vann i forbrenningsproduktene, noe som derved gir en våt tilstand ved den kalde ende av varmegjenvinningsbeholderen. Denne våte tilstand er funnet å forårsake medrivning av en vesentlig andel partikkelformige stoffer i avgasstrømmen. Dette inkluderer partikkelmaterialer fra smeltebeholder så vel som partikkelformige stoffer revet med fra satsen under forvarmingen. Det er foretrukket å benytte oksygen helt eller delvis i stedet for luft i forbrenningsinstallasjonen i smeltebeholderen, noe som reduserer volum av avgasstrømmen. Jo lavere avgassvolum resulterer imidlertid i sin tur i en større konsentrasjon av vanndamp pr. volumenhet avgass, mindre medrivning av sats pga. lavere hastighet i avgass-strømmen og mere effektiv fukting av satsen pga. det høyere duggpunkt ved den høyere vanndampkonsentrasjon.

Når forbrenningsinnretningen i smeltebeholderen fyres med oksygen i stedet for luft resulterer dette i en vesentlig eliminering av nitrogen fra avgasstrømmen. Fordi nitrogenbobler er relativt vanskelige å fjerne fra smeltet gass, er fjerning fra smeltebeholderen av denne gass fordelaktig. Et annet trekk ved oppfinnelsen involverer en ytterligere fordel ut fra en i det vesentlige nitrogenfri avgasstrøm, hvorved forvarming av satsmaterialer ved direkte kontakt med den 1 det vesentlige nitrogenfri avgasstrøm resulterer i stripping av luft fra satsmaterialene og forhindrer derved Innføring av Innfanget nitrogen i smelteren.

Forvarming av satsmaterialer ifølge oppfinnelsen er spesielt fordelaktig i kombinasjon med det nedsmeltingsforbedrende satsflytendegjøringsarrangement som er beskrevet i det ovenfor nevnte US-PS 4 381 934. Forvarming av satsen reduserer varmebehovet for flytendegjøring av denne som teoretisk skulle gi en større gjennomgang i en smelter. Men denne teoretiske fordel kan av og til ikke helt oppnås i en konvensjonell smelter fordi det er funnet at et betydelig totalomsetningsbegrensende trinn er avløp av flytendegjort sats fra massen som smeltes. Satsflytendegjøringsarrange-mentet i US-PS 4 381 934 er tilpasset for å forbedre dette avløp av flytendegjort sats ved å tilveiebringe en skrådd smelteoverflate og hurtig avhelling av flytendegjort materiale, og således er disse arrangementer spesielt egnet til å trekke fordel av de høyere gjennomløp som kan oppnås ved satsforvarming. For de utførelsesformer av oppfinnelsen som medfører oksygenfyring er satsflytendegjøringsarrange-mentet i US-PS 4 381 934 spesielt fordelaktig. Spesielt er de utførelsesformer der et sjikt av satsen omgir varmekilden godt egnet for bruk med de høye temperaturer som oppnås ved oksygenfyring. Oksygenfyring i et slikt arrangement gir en relativt liten høytemperaturavgasstrøm sammenlignet med en konvensjonell glassmelteovn og denne høytemperaturavgasstrøm med lite volum er spesielt godt egnet for den varmegjenvin-ning og den emisjonskontroll som det tas sikte på ifølge oppfinnelsen. Andre høytemperatur-varmekilder som vesentlig reduserer volumet av nitrogen i avgasstrømmen passer også i forbindelse med oppfinnelsen.

Satsflytendegjøringsarrangementet i US-PS 4 381 934 er i stand til å motta tørt, pulverformig råstoffmateriale. Ifølge oppfinnelsen kan derfor tørr forvarmet sats mates direkte til flytendegjøringstrinnet.

Oppfinnelsen kan også beskrives som en to-trinns sats-flytendegjøringsprosess der satsen transporteres relativt langsomt i en første sone etter hvert som den oppvarmes til en temperatur som nærmer seg begynnende flytendegjøring og satsen oveføres så til en andre sone der den forvarmede sats avsettes på en skrådd overflate og hurtiggjøres flytende ved intens oppvarming, hvorved den flytendegjorte sats strømmer utav den andre sone. Denne prosess segregerer satsflytende-gjøringstrinnet til et fortrinn og et hovedtrinn og tilveie-bringer i hvert trinn tilstander som maksimaliserer hvert trinns effektivitet. I det første trinn er det i det vesentlige Ingen tidsbegrensninger ved overføring av varme til satsen så lenge denne forblir frittflytende. Derfor kan denne første sone være relativt romslig, kan benytte relativt lavkvalitets varme og fortrinnsvis omrøre satsen for å oppvarme denne tvers igjennom. Det andre trinn er tilpasset tilførsel av intens varme til satsen i et relativt lite rom for hurtig å omdanne satsen til flytende tilstand. Bæreren for satsen i det andre trinn er steilt skrådd for å fremme hurtig avrenning og høyt gjennomløp og for derved å minimalisere størrelsen av den intenst oppvarmede sone. Den første sone benytter på den annen side fortrinnsvis spillvarme fra den andre sone og derfor transporteres satsen gjennom den første sone fortrinnsvis ved relativt lav hastighet for å maksimalisere varmeoverføring fra avgassen til satsen. Den relativt langsomme materialtransport i det første trinn kan opprettholdes kun så lenge satsen forblir frittflytende fordi når satstemperaturen nærmer seg smelte-punktet for en av bestanddelene resulterer dannelsen av en flytende fase i en kohesjon mellom satspartiklene, noe som kan forårsake tilstopping av den første sone og ujevn smelting i den andre. Etter hvert som satsen således når denne tilstand overføres den til den steilt skrådde bærer i den andre sone og bringes hurtig til smeltet tilstand.

I den foretrukne utførelsesform er begge trinn roterende beholdere. Det andre trinn karakteriseres ved en rotasjonshastighet i tilstrekkelig størrelsesorden til at sentrifugalkraften på satsen er betydelig og tjener til å holde satsen som en utfor ing på den indre vegg av beholderen i det andre trinn. Rotasjonshastigheten for førstetrinnsbeholderen er på den annen side under den der sentrifugalkraften på satsen er betydelig, men gir kun en omtumling av satsen. Andre adskiIlende karakteristika for de to trinn i i det minste noen av utførelsesformene er at det første trinn primært oppvarmes ved konveksjon og at det andre trinn primært oppvarmes ved stråling.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de ledsagende tegninger der: Fig. 1 er et sideriss, delvis i snitt, av en foretrukket utførelsesform av et to-trinns sats smeltearrangement i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 2 er et tverrsnitt langs linjen 2-2 i fig. 1,

Fig. 3 er et forstørret tverrsnitt av overgangen mellom det første og annet trinn i arrangementet som er vist i fig. 1, og Fig. 4 er et toppriss av arrangementet i fig. 3 med

elementer fjernet for tydelighetens skyld.

For å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen skal en spesifikk foretrukken utførelsesform beskrives i detalj, en utførelsesform som inkluderer en rotasjonsovn-forvarmer i kombinasjon med en roterende smeltebeholder. Det skal være klart at foreliggende oppfinnelses konsept ikke er begrenset til den spesielle apparatur som beskrives og at andre forvarmingsmidler og smelteinnretninger kan benyttes.

I figur 1 vises det en roterende ovn 10 der sats og avgasser beveger seg motstrøms hverandre og den forvarmede sats mates til smeltebeholderen 12. Satsmaterialet mates til innløpet eller den "kalde" ende av rotasjonsovnen 10 fra en kontinuerlig veie- og doseringsinnretning 13 gjennom et rør 14. En enkelt forblandet strøm av satsmaterialet kan mates til doserlngsinnretningen 13, eller Individuelle bestanddeler kan tilmåtes separat og avgis til Innløpet av rotasjonsovnen fordi ovnen i seg selv tjener som satsblander. Et eksempel på en satsformel som benyttes ved kommersiell fremstilling av flattglass er følgende:

Andre mineralkilder benyttes enkelte ganger som alternativer eller additiver. Vanligvis omfatter satsen også en vesentlig mengde skrapglass, karakteristisk i størrelsesorden 20-4056 av den totale vekt. Imidlertid kan prosessen og apparaturen som beskrives tilpasses enhver mengde skrapglass inkludert 100$ skrapglass. Den ovenfor angitte satsformel gir omtrent det følgende glass:

Den åpne ende av rotasjonsovnen er i den kalde ende omhyllet av en avgassboks 15 som retter avgasser fra ovnen mot en kanal 16. Denne kan føre til en ikke vist vifte som sørger for den trekk som er nødvendig for å trekke avgassen igjennom rotasjonsovnen og for å bringe avgassene til atmosfæren gjennom en ikke vist skorstein.

I de utførelsesformer der kalsinering skal skje 1 rotasjonsovnen blir lavtemperaturbestanddelene i satsen slik som sodaaske og skrapglass ikke matet til ovnen men direkte til smeltebeholderen 12. Kommersielt tilgjengelig kalk og dolomitt er ikke kjemisk rene eller enhetlige og derfor skjer kalsinering av kalksten og dolomitt over et visst temperatur-område, men en temperatur over 870°C er funnet ønskelig for å bevirke grundig kalsinering. Sodaaske med en smeltetemperatur på 851<*>C utelates fra de materialer som føres gjennom rotasjonsovnen når man arbeider på kalsineringsmåten for å unngå smelting av denne forbindelse, noe som kunne forårsake at satspartiklene adherer til hverandre. Kaustikksoda som noen ganger benyttes i stedet for sodaaske som natriumkilde ved glassfremstilling har likeledes en smeltetemperatur under den foretrukne kalsineringstemperatur og utelukkes således fra de materialer som mates gjennom rotasjonsovnen for å unngå å danne en flytende fase ved den varme ende under kalsinering. Kalsinering har den fordel at man reduserer varmebelastningen på smeltebeholderen, men kalsinering er også fordelaktig idet den eliminerer kjemisk foreliggende karbondloksyd fra de smeltende materialer før satsmaterialene gjøres flytende, noe som derved eliminerer dannelse av karbondioksydbobler i smeltet glass. Når i henhold til dette natriumkildematerialet mates til smeltebeholderen separat, er det foretrukket å benytte karbondioksydfri kaustikksoda i stedet for sodaaske. Flattglasskrap begynner å mykne ved 650°C og derfor bør også dette materialet føres forbi kalsineringsprosessen. På den annen side kan hovedbestand-delen av satsråstoffene fordelaktig ledsage kalksten og dolomitten gjennom rotasjonsovnen ved kalsineringstemperaturer. I tillegg til forvarmingen er det funnet at sand understøtter å holde kalksten og dolomitt 1 fritt-rlslende tilstand. Med natriumkilden fraværende kan en glassats oppvarmes til 1300'C uten agglomerering av satsen. ;Rotasjonsovnen 10 er av konvensjonell konstruksjon primært bestående av en sylindrisk stålmantel 20 som er montert for rotasjon rundt sylinderens akse som er noe skrådd fra horisontalplanet for derved å transportere satsmaterialet fra den kalde ende mot den varme ved hjelp av tyngdekraft og omtumling. Oppholdstiden for materialet i rotasjonsovnen kan være relatert til de primære ovnparametre i henhold til den empiriske ligning: ;der ;t = oppholdstiden i minutter ;D - diameter i fot ;L - lengde i fot. ;N •= omdreiningshastighet I omdreininger/minutt ;S - helling i tommer/fot. ;Oppholdstiden i rotasjonsovnen vil avhenge av det ønskede gjennomløp for smelteoperasjonen og I den mengde varme man ønsker å overføres fra avgassene til de faste stoffer. Ut fra disse betraktninger og den ovenfor angitte ligning kan en egnet rotasjonsovn konstrueres for oppfinnelsens formål. ;For å forhindre varmetap blir rotasjonsovnen 10 fortrinnsvis isolert. Isolasjonen kan være et teppe av ildfast ull lagt på det ytre av stålmantelen 10, eller 1 form av en keramisk utfor ing i det indre av kappen 10, slik som vist i deler av ovnen fremstilt i fig. 1. Snittet av rotasjonsovnen nær den varme ende er vist med en ildfast utforing 21 som kan være fortrukket pga. høytemperaturholdbarhet i de varmede områder av ovnen, spesielt når man arbeider ved kalsineringstemperaturer. Ellers er det foretrukket å tilveiebringe et isola-sjonssjikt 22 mellom den ytre stålmantel 20 og en indre stålutforing 23 som vist i den midtre del av rotasjonsovnen i fig. 1. Der termisk holdbarhet ikke er et problem, er stålutforingen foretrukket for glassfremstilling fordi den har en mindre tendens til å erodere forurensende stoffer inn i den gjennomløpende strøm enn en ildfast utforing. Varmeoverføring i rotasjonsovnen påvirkes av agiterlng av satsmaterialene som igjen er en funksjon av rotasjonshastigheten for ovnen, og den kan forbedres ved ovnens Indre konstruksjon. Et vidt spektrum av varmeoverføringsforbedrende midler er kjent for fagmannen når det gjelder rotasjonsovner og disse kan med fordel benyttes ifølge oppfinnelsen. Flere eksempler er vist i fig. 1. Arrangert på spiralvis rundt det indre av ovnen nær den varme ende er det et antall løftere 25 som er keramiske projeksjoner (metall i den metallutforede del) som strekker seg radialt innover fra de indre vegger av ovnen og tjener til å løfte satsmaterialet og forårsaker at det faller gjennom de varme gasser. Et annet eksempel på et kontaktareal-utvidende arrangement er vist i den midtre del av ovnen 10 der et antall metallplater 26 strekker seg radialt mellom metallutforingene 23 og et sentralt rør 27 slik det vises i tverrsnittet i flg. 2. Den kalde ende av ovnen er fortrinnsvis utstyrt med et antall kjeder 28 som bryter opp enhver agglomerering i satsen som kan inntre i denne del pga. vanndampkondensering, for derved å øke arealet for varmeveksling og virke som kollektorer for medrevet vann. Aglteringsgraden som tilveiebringes ved de forskjellige arrangementer eller rotasjonshastigheten bør ikke være så stor at det skjer for stor medrivningsgrad av satsen inn i avgasstrømmen. En annen faktor for å minimalisere medrivning er diameteren for rotasjonsovnen som nemlig bør være tilstrekkelig stor til å unngå for store gasshastigheter ved de tilsiktede avgassvolumstrømnlngshastigheter for en gitt operasjon. ;Smeltetrinnet 12 er av den type som beskrives i US-PS 4 381 934. Den foretrukne utførelsesform er den hvori et stabilt sjikt av satsmaterialet dreies rundt et sentralt hulrom med i det vesentlige vertikal rotasjonsakse. Smelte-innretningen 12 som er vist i tegningene er en forbedret versjon. Smeltebeholderen omfatter en ståltrommel 35 som som vist i fig. 3 kan være utstyrt med avtrappede sider for å redusere mengden masse som omdreies. Trommelen kan imidlertid ha rette sylindriske sider eller ha konisk form. Trommelen 35 bæres av en sirkulær ramme 36 som er montert for rotasjon rundt en generelt vertikal akse tilsvarende senterlinjen i trommelen, på et antall bæreruller 37 og innrettingsruller 38. En bunnseksjon 39 huser en utløpsanordning som kan være løs fra resten av trommelen. Huset 39 kan være utforet med en ring av ildfast materiale 40 slik som en støpbar ildfast sement hvori det er anordnet en ringlignende bøssing 41 av erosjonsmotstandsdyktig ildfast materiale. Bøssingen 41 kan bestå av et antall forede stykker av keramikk. Et åpent senter 42 i bøssingen 41 omfatter utløpsåpningen fra smeltekammeret. Et oppoverrettet hvelvformet ildfast lokk 43 er tilveiebragt med stasjonær understøttelse ved hjelp av en sirkulær rammedel 44. Lokket inkluderer en åpning 45 for innføring av en brenner 46. Brenneren 46 er fortrinnsvis en vidvinklet fleråpningsbrenner og fyres fortrinnsvis med oksygen og et gassformig brennstoff slik som metan. For å eliminere karbondioksyd fra systemet kan brenneren 46 mates med oksygen og hydrogen. ;Avgassene slipper ut oppover gjennom en åpning 47 gjennom lokket og inn i avgasskanalen 48. Satsmaterialene kan mates til smeltebeholderen gjennom åpningen 47 og en falltrakt 50 er tilveiebragt for dette formål. Øvre og nedre vannlåser 51 hhv. 52 kan være tilveiebragt for å isolere det indre av smeltekammeret fra de ytre omgivelsesbetingelser og for å fange opp støv eller damper som kan unnslippe fra beholderen. ;I smeltebeholderen opprettholdes det et stabilt sjikt av ikke-smeltet sats 53 på veggene av trommelen 35 som omgir det sentrale hulrom hvori forbrenningen skjer. Denne første sats kan fuktes med vann for å understøtte opprettelse av det stabile sjikt. Under smelting forårsaker tilmatning av sats gjennom trakten 50 at satsen blir fordelt over overflaten av det stabile satssjikt når trommelen roterer. Varme fra brenneren 46 forårsaker at et sjikt 54 av satsen blir smeltet og strømmer på det stabile sjikt 53 nedover gjennom bunn-åpningen 42. Den smeltede sats strømmer så ut av smeltebeholderen og kan samles i en beholder 55 under smeltekammeret for videre behandling etter behov. ;I i det minste den øvre del av smeltekammeret er overgangs-smeltesjiktet understøttet i en spiss vinkel i forhold til vertikalen. Det partikkelformige satsmateriale har en friksjonsmotstand mot å strømme ned hellingen, men så snart materialet blir gjort flytende ved termisk energi blir denne motstandsevne vesentlig redusert og det smeltede materialet strømmer umiddelbart nedover og ny tilmatning skjer i sjiktet. Rotasjonen av smeltebeholderen understøtter til å holde den skrådde smelteoverflate. Konturen av overflaten av det stabile sjikt 53 kan anslås ut fra den teoretiske forbindelse mellom rotasjonshastigheten og formen som antas av den løse tørrsats som følger: ;hvori: ;H - elevasjonen av et punkt på satsoverflaten 1 en ;retning parallell med rotasjonsaksen, ;R - radialavstanden for dette punkt på rotasjonsaksen; ;- en friksjonsfaktor, ;n - vinkelhastigheten; og ;g = tyngdens akselerasjon. ;Friksjonsfaktoren kan tas som tangenten til friksjonsvinkelen som for en tørr glassats karakteristisk er 35<*>. Den ovenfor angitte ligning kan benyttes for å velge egnede dimensjoner for rotasjonsbeholderen ved en valgt rotasjonshastighet eller omvendt for å bestemme en egnet rotasjonshastighet for en gitt beholder.

Den smeltede sats i sjiktet 54 strømmer på en bærerende overflate som i det vesentlige består kun av ytterligere satsmaterialer, og derved unngås forurensende kontakt med ildfast utforing. Fordi glassatsen videre er en god varme-isolator oppnår man, hvis man gjør det stabile satssjikt 53 tilstrekkelig tykt, en god beskyttelse for en underliggende bærerkonstruksjon mot termisk ødeleggelse. Fordi beholderen således kan beskyttes termisk så vel som fra kontakt med korrosive smeltede materialer, kan materialkravene sterkt lempes, man kan sågar tillate bruk av bløtt stål for trommelen 35. Denn forbedrede økonomi som således oppnås i ovnkonstruksjonen kan være vesentlig. Fordi videre trommelen 35 er beskyttet pga. den isolerende virkning av det stabile satssjikt er det ikke. nødvendig med noen ytre kjøling, derved unngås avtrekk av brukbar varme fra smelteprosessen. Fordi videre den isolerende ikke forurensende satsutforing omgir det oppvarmede hulrom kan det benyttes varmekilder som arbeider ved betydelig høyere temperaturer enn det som kan benyttes i konvensjonelle ildfaste smelteovner, f.eks. oksygenfyrte brennere, plasmafakler eller elektriske buer.

Den temperatur ved hvilken satsen begynner å flyte vil avhenge av den spesielle satsformulering, spesielt mengden og smeltetemperturen for de lavest smeltende bestanddeler. En konvensjonell flatglassats inneholdende sodaaske er funnet å smelte ved 1090-1150°C. Det smeltede materialet renner fra smeltebeholderen så snart den fluide tilstand er nådd og derfor har fluidet som renner av fra smeltesonen noe nær enhetlig temperatur nær smeltetemperaturen for den spesielle satsformel. Noe ytterligere varme avgis vanligvis til det smeltede materiale når det strømmer fra beholderen og derfor har man funnet at en konvensjonell flatglassats karakteristisk strømmer fra beholderen ved en temperatur av 1150-1260'C. Fordi varme transporteres ut av smeltebeholderen ved smeltetemperaturen, som er betydelig lavere enn de temperaturer som oppstår i en konvensjonell glassmelter, kan temperaturen i smeltebeholderen holdes relativt lav uansett temperaturen til varmekilden. I henhold til dette gir fordelen med større varmestrøm oppnådd ved varmekilder med høyere temperatur fordelaktig benyttes uten å ty til kompliserte løsninger. Bruken av de ovenfor nevnte varmekilder med høy temperatur er også fordelaktig med henblikk på å redusere volumet av avgasser ved eliminering av luftbåret nitrogen. Fraværet av nitrogen er også gunstig med henblikk på å forhindre nitrogenbobler i glasset. Eventuelt kan bruken av en plasmaflamme med en egnet bærergass gl en karbondioksydfri omgivelse i smeltekammeret, spesielt i kombinasjon med bruken av en kalsinert sats. En karbondioksydfri omgivelse kan også tilveiebringes ved forbrenning av oksygen og hydrogen. En annen fordel med nitrogeneliminering er at emissiviteten (dvs. den effektivitet med hvilken en gass utstråler sin termiske energi) for nitrogen er meget lavere enn emissiviteten for karbondioksyd og vann. Det å utelukke nitrogen ungår derfor fortynning av karbondioksyd og/eller vann som produseres ved forbrenningen og intensiverer energifrigjøringen. Det skal forstås at fordelene ved nitrogenutelukkelse kan oppnås gradvis og at partiell utelukkelse kan gi brukbare forbedringer.

Det er ønskelig at den termiske konduktivitet for materialet som benyttes som stabilt sjikt 53 er relativt lav slik at praktiske tykkelser for sjiktet kan benyttes, mens man unngår behovet for bortkastet tvungen kjøling av det ytre av beholderen. Generelt gir råstoffer av granulær eller pulverformig mineralsk kilde god isolering, mer. i enkelte tilfeller kan det være mulig å benytte et mellomsjikt eller produkt av smelteprosessen som ikke-forurensende stabilt sjikt, f.eks. kan ved en glassfremstillingsprosess pulverformig skrapglass utgjøre det stabile sjikt selv om et tykkere sjikt ville være nødvendig pga. den høyere konduktivitet for glass sammenlignet med glassats. På den annen side vil i metallurgiske prosesser anvendelse av et metallisk produkt som stabilt sjikt gi utilbørlig store tykkelser for å gi termisk beskyttelse for beh Ideren, men enkelte malm-materialer kan være tilfredsstillende som isolerende sjikt. Det stabile sjikt er fortrinnsvis av i det vesentlige samme sammensetning som materialet som behandles. Imidlertid skal det være klart at forløpere eller avledede materialer skal ansees som "av i det vesentlige samme sammensetning" i denne forbindelse. Med andre ord kan det stabile sjikt være råstoffet, produktet, et mellomprodukt eller en annen form eller blanding derav så lenge det smelter eller reagerer for å danne et stoff som ikke innfører vesentlige mengder fremmede bestanddeler. Det skal også være klart at dette sammensetningskrav for det stabile sjikt kun behøver å gjelde overflatedelene som virkelig kommer i kontakt med den gjennomrennende strøm og deler akkurat under overflaten som leilighetsvis kan erodere inn i denne. Derfor kan et ekvivalent arrangement benytte et forskjellig materiale i de deler av det stabile sjikt som ligger under det nivå der det muligens kan opptrå erosjon. Fordi disse underoverflatedeler primært tjener som isolasjon for å beskytte beholderen kan den bestå av materiale valgt pga. sine termiske isolasjons-egenskaper (f.eks. sand eller keramiske partikler), selv om det bør være tilstrekkelig kompatibelt sammensetningsmessig til ikke å forurense overflatesjiktet ved de involverte temperaturer.

Det skal være klart at uttrykkene "overgangs" og"stabilt" er relative og at en distinkt fysikalsk demarkasjon mellom overgangs- og stabile sjikt ikke alltid behøver å være identifiserbare. Bruken av disse uttrykk er ikke ment å utelukke muligheten at mindre fluktueringer av grenseflaten kan opptre. Den primære distinksjon er at det området som beskrives som overgangssjiktet karakteriseres ved smelting og bortrenning, mens området som uttrykkes som stabilt sjikt, i det minste hva hovedandelen angår, ikke deltar i smeltingen og strømningen. Selv om overgangssjiktet alltid sies å ligge på det stabile, kan man teoretisk sett definere ett mellomliggende sjikt mellom dem, og det skal være klart at denne mulighet også skal omfattes av oppfinnelsens tanke.

I enkelte tilfelle kan den forvarmede sats mates direkte fra utløpet av rotasjonsovnen 10 til smeltekammeret 12, men arrangementet i figur 3 der ovnen og smeltebeholderen er noe separert fra hverandre er foretrukket. Å bringe enden i rotasjonsovnen i direkte kommunikasjon med åpningen 47 til smeltebeholderen er funnet å forårsake sammenkåklng av sats i rotasjonsovnen, sannsynligvis pga. strålingsenergi fra smeltebeholderen som overheter satsmaterialet i rotasjonsovnen. Dette problem overvinnes ved å tilveiebringe en overgangssone mellom rotasjonsovnen og smeltekammeret som omfatter trakten 50 som fører satsen og en forlenger 61 for utløpskanalen 48. Nesen 61 retter avgasser inn i en øvre del av rotasjonsovnen bort fra glassatsen 60 og tjener til å skjerme rotasjonsovnen fra strållngsvarmeoverføring fra smeltebeholderen. En justerbar demper 62 kan tilveiebringes i avgasspassasjen i overgangssonen for å kontrollere trykket i smeltekammeret. I det tilfelle sterk stigning av temperaturen er nødvendig for kalsinering av satsmaterialet i rotasjonsovnen kan nesestykket 61 være utstyrt med åpninger 63 (vist med stiplede linjer i fig. 3) for å innføre hjelpebrennere 64 (vist i flg. 4). Satstrakten 50 kan være utstyrt med en kald frontplate 70 som vender mot avgasstrømmen for å forhindre at satsen blir overhetet og tilstopper trakten. Andre trekk ved satstrakten 50 inkluderer en dreibar vannkjølt ledeplate 71 ved utløpsenden av trakten som tjener til på justerbar måte å lede den fallende sats til den ønskede del av det stabile satssjikt 53 i smeltekammeret. En keramisk plate 72 kan også være anordnet ved enden av trakten 50 for å rette den fallende sats bort fra det øvre kantområdet av trommelen 35. Hvis et uhell skulle gjøre det nødvendig å stanse tilmatning av satsmaterialet til smeltekammeret, er det tilveiebragt en dreibar avledningskanal 73 ved inngangen til satstrakten 50 som kan benyttes for å føre satsen fra rotasjonsovnen til en reservetrakt 74. En pakning mellom rotasjonsovnen og over-gangsdelen kan være teflonpolyme^- eller grafittpakninger 75 som ligger an mot en sirkulær finne 76 som strekker seg radialt fra rotasjonsovnkappen 20. Dette tetningsarrange-mentet kan være omsluttet av et ringformet hus 77. Under henvisning til figur 4 er det vist en hjelpemater 80 som kan bringe råstoffer til smeltekammeret 12 som ikke er forvarmet eller som har vært forvarmet uavhengig fra satsen som forvarmes i rotasjonsovnen 10. F.eks. kan hjelpemateren 80 benyttes for tilmatnlng av sodaaske, kaustisk soda eller skrapglass til smeltekammeret, spesielt hvis ovnen benyttes for kalsinering av kalsium- og/eller magneslumkarbonater. Hjelpemateren 80 kan være av en konvensjonell mater av skruetypen bestående av en binge 81, motor 82 og en skrue 83 og kan avgi materiale gjennom åpningen 47 til smeltekammer-lokket og den øvre kant av det stabile satssjikt 53. Et antall hjelpematere lik materen 80 kan benyttes hvis det er ønskelig å tilmåte et antall forskjellige stoffer separat i Innløpet til smeltekammeret.

Skråsti11Ingen av rotasjonsovnen kan velges 1 overens-stemmelse med den ønskede oppholdstid for materialet I ovnen og egnede bæreanordninger bør tilveiebringes for å gjøre vinkelen varierbar. Imidlertid er det foretrukket å ha en fast helling på ca. 2° (l°-5°) i forhold til horisontalplanet og å kontrollere oppholdstiden ved å variere rotasjonshastigheten for ovnen. Rotasjonshastigheten for ovnen ligger 1 det området der satsmaterialet tomles i den nedre del av ovnen uten at noen vesentlige andeler av satsen pga. sentrifugal-kreftene føres rundt den indre omkrets av ovnen.

Glassatsen I den varme ende av ovnen, forvarmet til 480'C, antar eh halvklebende tilstand som ikke gir støv. Opp til en temperatur på ca. 760°C fører denne klebrighet ikke til uønsket agglomerering eller tilstopping. Glassatser uten sodaaske eller en ekvivalent natriumkilde inntar en tilsvarende tilstand ved oppvarming til i nærheten av kalsinerings-temperaturen for kalksten og dolomitt. Denne klebrige tilstand er fordelaktig for tilmåting av sats til smeltekammeret med meget lite støving. Videre er det fordelaktig at inntredenen av denne klebrige tilstand tilsvarer overføringen av sats fra en i det vesentlige horisontal bærer i rotasjonsovnen til en noe nær vertikal bærer i smeltekammeret, noe som således gir en kontinuerlig og enhetlig strøm av materialet gjennom systemet.

Det følgende er et eksempel på et arrangement i det vesentlige som vist i tegningene og beskrevet ovenfor og der en standard flattglassats inkludert sodaaske ble behandlet i en mengde av 27 metriske tonn pr. dag. Rotasjonsovnen var 15 m lang med en indre diameter på 76 cm. Det indre areal av ovnen var ca. 36 mz . Ovnen ble dreiet med 3 omdreininger pr. minutt og var skrådd 2° . Smeltekammeret hadde en innvendig diameter på 130 cm og dreiet seg med 32 omdreininger pr. minutt. Smeltekammeret ble oppvarmet ved hjelp av en brenner matet med metan og oksygen hvorved det ble oppnådd en varmeinngang på 0,878 millioner watt, noe som ga et avgassvolum ved standard temperatur og trykk på 957 m<5> pr. time. Avgassen kom inn i rotasjonsovnen med en temperatur av 888°C og forlot den ved 246° C. Glassatsen ble matet til ovnen ved 16° C og ble oppvarmet til 593°C i ovnen. Flytende sats fra smeltekammeret hadde en temperatur på 1236°C.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for smelting av pulverformig satsmateriale, karakterisert ved at den omfatter å føre det pulverformige satsmaterialet til en forvarmingsbeholder,

1 denne å eksponere satsmaterialet for varmgass under agitering for å oppvarme materialet, føring av materialet fra forvarmingsbeholderen til en smeltebeholder og avsetting av materialet på et stabilt sjikt som omgir hulrommet i smeltebeholderen, å tilveiebringe forbrenningsvarme til hulrommet for å smelte det avsatte satsmaterialet og å tillate smeltet sats å strømme over det stabile sjiktet til en utløpsåpning fra smeltebeholderen, og kontrollere den hastighet med hvilken satsmaterialet mates til smeltebeholderen for å holde det stabile sjiktet i det vesentlige konstant, og å føre forbrenningsprodukter fra smeltebeholderen til forvarmingsbeholderen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som pulverformig satsmateriale benyttes glass.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forbrennningsvarmen tilveiebringes til hulrommet 1 smeltebeholderen ved hjelp av i det vesentlige nitrogenfri forbrenning av brennstoff med oksygen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at forbrenningsproduktene slippes ut fra forvarmingsbeholderen etter at avgasstemperaturen er under duggpunktet for vanndamp deri.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det stabile sjikt dreies rundt hulrommet i form av en generatrise.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at satsmaterialet agiteres i forvarmingsbeholderen, fortrinnsvis ved å dreie denne ved en hastighet som gir tilstrekkelige sentrifugalkrefter til at satsmaterialet overvinner tyngdekraften, og at smeltebeholderen dreies ved en hastighet som er tilstrekkelig til å bibeholde en utforing av satsmaterialet på de indre vegger av beholderen pga. sentrifugalkraften.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et kalsiumkarbonatkildemateriale mates til forvarmingsbeholderen der dette oppvarmes for å kalsinere i det minste en del av karbonatet, og at varmt kalsinert materiale fra forvarmingsbeholderen mates til smeltebeholderen^ og oppvarmes sammen med en silisiumdioksydkilde og en natriumkilde i smeltebeholderen for å gjøre satsmaterialet flytende.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at kalksten anvendes som karbonatkilde.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at et natriumkildematerlale mates direkte til smeltebeholderen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at gassen som føres gjennom forvarmingsbeholderen er i det vesentlige fri for nitrogen og spyler innfanget nitrogen fra materialet ved passasje gjennom forvarmingsbeholderen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at gassene som føres til forvarmingsbeholderen er I det vesentlige karbondioksydfrie.

12. Fremgangsmåte Ifølge krav 1, karakterisert ved at det stabile sjikt dreies rundt hulrommet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at glassatsen inkluderer sodaaske og at overføringen fra forvarmingsbeholderen til smeltebeholderen skjer når satsen har nådd en temperatur på 480 til 760°C.