PL164867B1 - Sposób i urzadzenie do wytopu szkla PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Sposób w ytopu szkla, w którym stosunkow o chlodny m aterial w prow adza sie do zbiornika do topnie- nia szkla w przednim zakonczeniu pieca, a stopione szklo odprow adza sie w tylnym zakonczeniu pieca, przeciwleg- lym do przedniego zakonczenia, przy czym wytop ogrzewa sie w zdluz dlugosci pieca w ytw arzajac strefe m aksym alnej tem peratury 1 jednoczesnie w ytw arza sie w w ytopie strefe pradów wznoszacych za pom oca elektrod umieszczonych w obszarze dennym w ytopu, znamienny tym, ze strefe pradów wznoszacych w ytw arza sie w w yto- pie pom iedzy strefa m aksym alnej tem peratury 1 wlotem wsadu szklanego przez utrzym yw anie w arunków utlenia- jacych w w ytopie za pom oca anod zasilanych pradem stalym , um ieszczonych w obszarze dennym wytopu przed strefa maksym alnej tem peratury. 10. U rzadzenie do wytopu szkla, zawierajace piec z otw oram i grzewczymi na jego dlugosci, m ajacy otw ór wlotow y w przednim koncu 1 otw ór wylotow y w tylnym koncu oraz elektrody umieszczone w górnej czesci pieca i w dennej czesci pieca 1 posiadajacy strefe m aksym alnej tem peratury, znamienne tym, ze elektrody umieszczone w dennej czesci (10) pieca stanow ia anody (30) pradu sta- lego, które sa umieszczone pom iedzy strefa m aksym alnej tem peratury pieca 1 przednim koncem pieca (17) a elek- trode um ieszczona w górnej czesci pieca stanow i katoda (31) usytuow ana w otw orze wlotowym (17). FIG 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytopu szkła, zwłaszcza sposób i urządzenie, do eliminowania kamieni siarczku niklu w procesie wytopu szkła.

Małe cząstki siarczku niklu (NiS) zwykle nazywane jako „kamienie siarczku niklu występują w szkle powodując obniżenie jego jakości. Kamienie siarczku niklu są zwykle zbyt małe, aby można je było zauważyć i trudno jest je wykryć przy pomocy środków badania optycznego. Ich negatywny wpływ na szklane wyroby jest spowodowany dużą różnicą pomiędzy współczynnikami rozszerzalności termicznej szkła i siarczków niklu. Zmiana temperatury wyrobu szklanego, takiego jak szyby zamontowane w budynkach lub pojazdach, które zawierają kamienie siarczku niklu może powodować silne, lokalne naprężenia w sąsiedztwie kamieni, prowadzące do pękania szyby. Ten problem jest szczególnie istotny w szkle hartowanym. Kamienie siarczku niklu odznaczają się również wolnymi zmianami fazowymi, co wywołuje lokalne naprężenia. Ze względu na to, że trudno jest wykryć obecność kamieni siarczku niklu, a także ze względu na to, że ich wpływ może nie być ujawniony przez długi czas po zamontowaniu szklanej tafli, zapobieganie występowaniu kamieni siarczku niklu jest bardzo ważnym celem. Najprostszym sposobem unikania kamienia siarczku niklu jest zapobieganie jakiemukolwiek dostarczaniu niklu do pieca topiącego szkło. Siadowe ilości niklu mogą jednak pojawić się w topionym szkle, jako naturalnie występujące zanieczyszczenia surowców używanych do wytopu szkła.

Również obecność niklu w stopach nierdzewnej stali używanej na wyposażenia związane z wydobyciem surowców i ich przeróbką, a także na inne mechanizmy związane z procesem wytopu szkła, powoduje niezamierzone wprowadzenie małych ilości niklu do pieca wytapiającego szkło, nawet jeżeli podejmowane są wysiłki do uniknięcia tego.

Jest pożądane, aby zapobiegać tworzeniu się kamieni siarczku niklu na wyjściu z pieca do wytopu szkła, w którym to piecu śladowe ilości nilku mogą występować.

Stan techniki, który może być uważany za najbardziej podobny do niniejszego wynalazku, dotyczy elektrolizy szkła, ale żadne z ujawnień nie dotyczy zapobiegania występowaniu kamieni siarczku niklu, ani żadne nie przedstawia urządzenia, które może zapobiegać temu. Przepływ prądu elektrycznego przez stopione szkło w piecu do wytopu szkła jest powszechną praktyką dla celów związanych z ogrzewaniem szkła. Zwykle używa się do tego celu prądu przemiennego i dlatego nie powoduje się elektrolizy w szkle. Ujawniono kilka propozycji wykorzystania elektrolizy prądem stałym dla szczególnych celów.

W znanych opisach patentowych Stanów Zjednoczonych nrnr3811858i38 11 859 elektrolizę szkła wykorzystuje się do wytworzenia pęcherzy tlenu dla uzyskania unoszącego prądu konwekcyjnego zwanego „strefą maximum temperatury. Dla zwiększenia tego efektu anody są ustawiane w strefie maximum temperatury tuż lub przed tą strefą względem kierunku przepływu, podczas gdy katody są umieszczone w dnie pieca przed anodami w obu tych patentach. Takie umieszczenie elektrod jest nieodpowiednie dla zapobiegania występowaniu kamieni siarczków niklu, jak stwierdzono w obecnym wynalazku.

Podobne urządzenie przedstawiono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 4 433 881, w którym anody są umieszczone w strefie maximum temperatury lub za nią względem przepływu podczas gdy katody są umieszczone blisko wlotu do kąpieli dla ułatwienia topienia szkła. Jednak i w tych rozwiązaniach nie wyeliminowano niebezpiecznych konsekwencji zawartości niklu. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 3 811 413 wykorzystano elektrolizę dla oddzielania stopionego szkła po zakończeniu wytopu na dwie frakcje o różnym składzie.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 3 130 223 ujawnia wykorzystanie nałożenia składnika prądu stałego w stosowanym dla elektrycznego wytopu obwodzie prądu zmiennego, w celu zapobiegania korozji elektrod.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr2 163 838 ujawniono zabezpieczenie ścian zbiornika dla wytopu szkła przez doprowadzenie ładunku elektrycznego do tych ścian.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 4 227 028 przedstawiono stanowisko, że prąd stały jest niepożądany w operacji wytopu szkła i ujawniono urządzenie do minimalizowania prądu stałego w obwodzie prądu przemiennego do wytopu szkła.

164 867

W opisach patentowych nr nr 2 277 678 i 2 281408 pokazano znaki plus i minus na elektrodach uwidocznionych na rysunku, ale z drugiej strony opisano typowe zasady wytopu elektrycznego z wykorzystaniem prądu przemiennego. Nie wspomniano o elektrolizie, ani nie ujawniono oddziaływania elektrod na szkło.

Według wynalazku, sposób wytopu szkła, w którym stosunkowo chłodny materiał wprowadza się do zbiornika do topienia szkła w przednim zakończeniu pieca, a stopione szkło odprowadza się w tylnym zakończeniu pieca, przeciwległym do przedniego zakończenia, przy czym wytop ogrzewa się wzdłuż długości pieca wytwarzając strefę maksymalnej temperatury i jednocześnie wytwarza się w wytopie strefę prądów wznoszących za pomocą elektrod umieszczonych w obszarze dennym wytopu, charakteryzuje się tym, że strefę prądów wznoszących wytwarza się w wytopie pomiędzy strefą maksymalnej temperatury i wlotem wsadu szklanego przez utrzymywanie warunków utleniających w wytopie za pomocą anod zasilających prądem stałym, umieszczonych w obszarze dennym wytopu przed strefą maksymalnej temperatury.

Korzystnie utrzymuje się warunki utleniające wytopu za pomocą zestawu anod umieszczonych w obszarze dennym wytopu.

Korzystnie anody wysuwa się ku górze umieszczając je w stopionym szkle. Korzystnie anody wysuwa się do stopionego szkła na odległość nie większą niż 4 centymetry.

Korzystnie warunki utleniające w wytopie utrzymuje się w obszarze oddalonym od wlotu wsadu szklanego.

Korzystnie anody zasila się prądem mniejszym od powodującego efekt pojawiania się znacznej ilości pęcherzyków. Korzystnie anody zasila się prądem o natężeniu od 0,1 do 0,5 A na jedną anodę i o napięciu około 2 V.

Korzystnie stosuje się co najmniej jedną anodę zawierającą głównie żelazo.

Korzystnie jako wsad stosuje się szkło sodowo-wapniowo-krzemowe.

Według wynalazku urządzenie do wytopu szkła, zawierające piec z otworami grzewczymi na jego długości, mający otwór wlotowy w przednim końcu i otwór wylotowy w tylnym końcu oraz elektrody umieszczone w górnej części pieca i w dennej części pieca i posiadający strefę maksymalnej temperatury, charakteryzuje się tym, że elektrody umieszczone w dennej części pieca stanowią anody prądu stałego, które są umieszczone pomiędzy strefą maksymalnej temperatury pieca i przednim końcem pieca, a elektrodę umieszczoną w górnej części pieca stanowi katoda usytuowana w otworze wlotowym.

Korzystnie anody są usytuowane w połowie odległości pomiędzy wlotową końcową ścianą a strefę maksymalnej temperatury pieca.

Korzystnie anody mają kształt wybrany spośród płyt drążków, prętów i są wysunięte nad denną ścianą zbiornika.

Korzystnie anody wystają przed denną ścianę na odległość od 1 do 4 cm.

Korzystnie anody są ustawione w wiele rzędów, przy czym anody danego rzędu są przesunięte względem anod sąsiednich rzędów.

Korzystnie odległość między anodami zapewnia występowanie jednej anody na powierzchni 1 m².

Korzystnie w dennej ścianie pieca przed anodami prądu stałego jest umieszczona bariera.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku eliminuje powstawanie kamieni siarczku niklu w szkle poprzez elektryczne podtrzymywanie warunków utleniania w rejonie pieca topiącego, w którym występuje formowanie siarczku niklu. W warunkach utleniania siarczek niklu w stopionym szkle reaguje przechodząc w tlenek niklu, który jest nieszkodliwy. Większość szkła, a szczególnie szkło płaskie wytapia się w warunkach utleniania. W tej sytuacji dość zaskakującym było stwierdzenie, że siarczek niklu formuje się w tych warunkach. Podstawą do niniejszego wynalazku było odkrycie, ze względnie nieruchoma warstwa szkła w warunkach względnej redukcji znajduje się na dnie pieca topiącego w obszarze pomiędzy zakończeniem wlotowym dla zasilania pieca a strefą maximum temperatury. Siarczek niklu, który jest dwukrotnie cięższy od stopionego szkła i inne zanieczyszczenia metaliczne mają tendencję do zbierania się w tej względnie stabilnej warstwie, a przez to podlega występującym tu warunkom redukcji, w rezultacie tutaj właśnie powstają kamienie siarczku niklu. W podstawowej masie stopionego szkła w piecu zwykle występują warunki

164 867 utleniania, co nie pozwala na powstawanie kamieni siarczków niklu, jeśli stopione szkło znajduje się w piecu dostatecznie długo. Okazuje się, że w stabilnej warstwie w pobliżu dna nie występuje dostateczny ruch konwekcyjny, który zapobiegałby zaistnieniu warunków redukcji, a tym samym tworzeniu się kamieni siarczku niklu. Można przyjąć teoretycznie, że na przednim zakończeniu tej stabilnej dennej warstwy unoszące się ku górze prądy strefy maximum temperatury unoszą nieco zredukowanego siarczku niklu zawierającego materiał z dna i przenoszą go w strumieniu płynącym w kierunku wylotu pieca. Ta tendencja może być zwiększona poprzez formowanie pęcherzyków, które mogą się tworzyć na skutek lokalnych wzrostów temperatury. Wobec stosunkowo krótkiej drogi przepływu pewnych części tego materiału poprzez strefę maximum temperatury do wylotu. Należy się spodziewać, że pewna część siarczku niklu zbyt krótko będzie miała kontakt z utlenionym szkłem, aby ulec całkowitemu rozkładowi.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystujące elektrolizę stwarza warunki utleniania blisko dna pieca przynajmniej w części obszaru pomiędzy zakończeniem wlotowym a strefą maximum temperatury, a przez to zapobiega powstawaniu tam warunków redukcji, jakie wywoływałyby powstawanie kamieni siarczku niklu. Uzyskuje się to wywołując przepływ prądu stałego w szkle stopionym przy pomocy anody lub anod umieszczonych blisko dna pieca. Ilość prądu tutaj użytego jest bardzo mała w porównaniu do stosowanego dla środków elektrycznego podgrzewania i jest niedostateczna dla wywołania istotnego powstawania pęcherzyków gazu na skutek reakcji elektrolitycznych. Ustawienie anod jest istotne dla niniejszego wynalazku.

Korzystne jest poddanie całej lub prawie całej stabilnej warstwy pomiędzy wlotem a strefą maximum temperatury utleniającemu wpływowi anod, co eliminuje wystąpienie w tym rejonie warunków formowania się siarczku niklu. Osiąga się to stosując układ anod rozstawionych w dnie, gdzie występują warunki redukcji. Alternatywnie można anody rozstawić na małym obszarze, ale przed strefą maximum temperatury, aby wywołanie elektrolitycznie warunki utleniania oddziaływały na wszystkie cząsteczki siarczku niklu, jakie znajdują się w warstwie dennej przed osiągnięciem strefy maximum temperatury. Gdyby anody były umieszczone w strefie maximum temperatury lub za nią, nie uzyskanoby dostatecznego czasu kontaktu między cząstkami utlenionymi a materiałem, w którym zaistniały warunki redukcji.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia opalony palnikami bocznymi piec do wytopu szkła zasilany na jednym końcu według wynalazku w pionowym przekroju wzdłużnym; fig. 2 - piec w przekroju wzdłużnym linii 2 - 2 z fig. 1; fig. 3 - obszar zamocowania elektrod w piecu z fig. 1 w powiększonym przekroju pionowym; fig. 4 - obszar wlotu pieca z fig. 1 w powiększonym przekroju pionowym.

Piece do wytopu szkła, które służą do realizacji sposobu według wynalazku posiadają wlot na jednym końcu, przez który wprowadza się do pieca odpowiednio przygotowane surowce do wytopu szkła, oraz wylot zasadniczo ustawiony na przeciwległym końcu pieca, przez który następuje odbiór strumienia stopionego szkła. Pokazany na fig. 1 piec do wytopu szkła posiada jako podstawowe źródło ciepła dla wytopu szkła szereg palników rozstawionych poprzecznie ponad stopionym szkłem wzdłuż ścian bocznych pieca, chociaż jest oczywistym, że realizacja sposobu według wynalazku może następować również w innych piecach do wytopu szkła, gdzie może występować warstwa spokojnego podlegającego redukcji szkła, w którym będzie następowało formowanie się kamieni siarczku niklu.

Przedstawiony na fig. 1 piec do wytopu szkła zawiera wyłożoną wymurówką ogniotrwałą denną ścianę 10 zbiornika, wlotową końcową ścianę 11, łukowy strop 12, podwieszoną tylną ścianę 13 i szereg bocznych otworów grzewczych 14. Ilość tych otworów może się zmieniać, przy czym typowe piece dla szkła płaskiego posiadają pięć lub sześć takich otworów po każdej stronie. Trzon pieca zawiera zbiornik 15 stopionego szkła. Ściany boczne 16 pokazano na fig. 2. Materiały wsadu są podawane do zbiornika 15 poprzez wlot 17 i tworzą warstwę 18, która stapia się przy przemieszczaniu się poprzez piec. Stopione szkło jest odprowadzane z pieca poprzez wylot 19 na wylotowym końcu pieca częściowo zamkniętego wylotową końcową ścianą 20.

Prądy cyrkulacyjne w zbiorniku 15 stopionego szkła są pokazane na fig. 1. Obecność względnie chłodnego materiału wsadowego w obszarze wlotu 17 pieca i przesłonienie zbiornika 15 ze szkłem warstwą wsadu 18 powoduje prądy konwekcyjne ku dołowi w rejonie wlotu 17 pieca.

164 867

Obszar szkła o najwyższej temperaturze zwykle znajduje się za zakończeniem warstwy wsadu 18, przy ostatnim lub następnym po ostatnim otworze grzewczym 14. Wysokie temperatury w obszarze 21 zwanym strefą maximum temperatury wywołują prądy konwekcji unoszącej w zbiorniku. Połączenie wznoszących i odpadających prądów konwekcyjnych wytwarza obieg cyrkulacyjny w obszarze przed strefą 21 maximum temperatury, który jak widać na fig. 1 ma kierunek przeciwny do ruchu wskazówek zegara z przepływem w górnej części skierowanym przeciwprądowo, to jest w kierunku wlotu 17, a w dennej części skierowanym zgodnie z przepływem. Za strefą 21 maximum temperatury względem kierunku przepływu stopionego szkła w piecu występuje obieg cyrkulacyjny w przeciwnym kierunku.

Sposób według wynalazku opiera się na uwzględnieniu szeregu zaobserwowanych zjawisk, jakie występują w piecu w czasie wytopu szkła. Prędkość przepływu jest zasadniczo niższa w pobliżu dna pieca. Tym samym stabilna warstwa szkła może występować w pobliżu dna pieca przed strefą 21 maximum temperatury, a cząsteczki znajdujące się w niej mogą przesuwać się powoli wzdłuż dna w kierunku strefy 21. Dodatkowo na dnie pieca osadzają się produkty erozji materiału ogniotrwałego ścian pieca. W efekcie tych zanieczyszczeń znajdująca się na dnie warstwa szkła będzie bardziej lepka niż cała masa szkła, co dodatkowo stymuluje zastój tej warstwy. Związki cyrkonu i glinu będące produktami erozji reagują ze sobą tworząc krzemiany cyrkonu i glinu na dnie pieca. Formowanie się krzemianów zmniejszaalnść wolnego krzemu w warstwie dennej, a w rezultacie w strefie dennej zostaje odpowiednio zmniejszony potencjał oksydacyjno-redukcyjny. Redukujące środowisko w tej strefie wykazuje tendencję do stabilizacji występowania istniejących siarczków niklu. Wynalazek niniejszy zmienia tę sytuację zapobiegając powstawaniu kamienia siarczku niklu.

Sposób według niniejszego wynalazku zapewnia warunki oksydacyjne w stabilnej warstwie stopionego szkła blisko dna przed strefą 21 maximum temperatury poprzez oddziaływanie prądem stałym za pomocą anody ustawionej w tej stabilnej warstwie stopionego szkła. Anoda może mieć różne kształty takie jak jedna lub szereg płyt, prętów, drążków wysuniętych poziomo nad dnem zbiornika, ale układem preferowanym ze względu na łatwość instalowania i wymiany jest szereg prętów 30 wysuniętych pionowo z dennej ściany 10. Anodowe pręty 30 należy wysunąć tylko na niewielką odległość ponad denną ścianę 10 pieca, to jest około 1 do 4 centymetrów, lub ich zakończenia mogą leżeć na poziomie dna pieca. Anodowe pręty 30 korzystnie są ustawione w układ dostosowany do zapewnienia szerokiego rozprowadzania zasilania w tlen materiału stojącego tak, że przesuwa się on ku przodowi w stronę strefy 21 maximum temperatury.

Jak pokazano na fig. 2 układ anodowych prętów 30 zawiera wiele rzędów, co jest dogodne dla ustawiania anodowych prętów 30 na konstrukcji podparcia pieca, ale nie stanowi istotnej cechy niniejszego wynalazku. Dla uzyskania lepszego pokrycia, anodowe pręty 30 w szeregu są przesunięte względem anodowych prętów 30 w szeregu przyległym, co pokazano na fig. 2. Przepływ stopionego szkła jest większy w środkowym obszarze pieca niż blisko jego bocznych ścian 16 i dlatego korzystnie jest jeżeli anodowe pręty 30 są rozmieszczone w środkowej części pieca bliżej siebie niż w częściach bocznych pieca, co pokazano na fig. 2. Wybór liczby i rozmieszczenia anodowych prętów 30 jest efektem wypośrodkowania optymalizacji efektu i względów praktycznych. Optymalne efekty będą uzyskiwane przy dużej ilości blisko siebie rozstawionych anod 30. Koszty oraz niedogodność wiercenia dużej ilości otworów stwarzają tendencję do stosowania mniejszej liczby anod niż optymalna. Minimalna ilość będzie zależała od stopnia, do jakiego jest zredukowana stabilna warstwa ogólnej prędkości stopionego szkła, jak i granicy dopuszczalnej zawartości siarczku niklu w szkle. Jako ogólne zalecenie można przyjąć dla typowych sytuacji, aby odległość jednego rzędu poprzecznie ustawionych anod 30 od drugiego rzędu anod 30 była nie większa niż jeden metr, przy czym bardziej korzystnie odległość między sąsiednimi rzędami anod jest nie większa niż pół metra, co daje zmniejszenie możliwości wystąpienia kamieni siarczku niklu. W typowych dwu rozmiarowych układach anod 30 można przyjąć rozstaw anod 30 jako jedna anoda 30 na jeden metr kwadratowy, przy czym bardziej korzystnym będzie zapewnienie co najmniej jednej anody na pół metra kwadrato wego.

W przedstawionym na fig. 1, 2 przykładzie wykonania zastosowano cztery szeregi anod 30, przy czym odstępy pomiędzy poszczególnymi anodami 30 w poszczególnych szeregach są nie164 867

Ί większe niż 0,3 m, natomiast odstępy pomiędzy poszczególnymi szeregami wynoszą około 0,9 metra. W typowym piecu wytwarzającym około 500 do 700 ton szkła na dobę stosuje się od piętnastu do pięćdziesięciu anod 30.

Umiejscowienie anod 30 jest ważną cechą niniejszego wynalazku. Anody 30 muszą być umiejscowione dostatecznie daleko przed strefą 21 maximum temperatury, aby występował rozkład siarczku niklu pod działaniem warunków utleniających stworzonych przez anody 30 przed osiągnięciem względnie szybkich przepływów stopionego szkła w strefie 21 maximum temperatury. Umiejscowienie anod 30 zmienia wraz ze zmianą pieca. Korzystnie rozmieszcza się anody 30 tak, aby zapewnić pewną zmienność. Umieszczenie anod 30 zbyt daleko przed strefą 21 zmniejszy wielkość czasu przebywania stopionego szkła w warunkach utleniania dla zadowalającego utleniania pewnej ilości kamieni. Anody 30 w samej strefie 21 maximum temperatury nie są skuteczne, bowiem efekt utleniania się nie będzie koncentrował się w prawie nieruchomej warstwie, ale będzie szybko rozpraszany w szybkim prądzie przepływu głównego, jaki tam występuje. W tym wypadku kamienie będą unoszone przez główny strumień w piecu bez poddania ich oddziaływaniu warunków utleniających. Korzystnym byłoby rozstawienie układu anod 30 dla skutecznego działania na całym obszarze dennej ściany 10 pomiędzy wlotową końcową ścianą 11, a strefą 21 maximum temperatury. Stworzenie warunków utleniania przed strefą 21 może mieć jednak pewne niedogodności, bowiem jeśli szkło będzie zawierało nawet śladowe ilości cyny to utlenianie przez uwalnianie tlenu w pobliżu dennej ściany 10 będzie prowadziło do przyspieszonej korozji wymurówki ogniotrwałej dennej ściany 10. W tym wypadku jest korzystne umieszczenie układu anod 30 w połowie obszaru pomiędzy wlotową końcową ścianą 11 a strefą 21 maximum temperatury.

Katoda 31 jest zanurzona w kąpieli stopionego szkła w miejscu oddalonym od obszaru sąsiadującego z denną ścianą 10 poddanego utlenianiu dla zapewnienia utworzenia obwodu elektrycznego. Korzystnie katodę 31 umieszcza się w górnej połowie zbiornika 15 szkła. Dogodnym ustawieniem jest zamocowanie katody 31 we wlocie 17, jak pokazano na fig. 4. Można zastosować więcej niż jedną katodę 31, ale pojedyncza jest zasadniczo wystarczająca. Katoda 31 może być osadzona przy pomocy chłodzonego wodą pierścieniowego uchwytu 32 elektrody 31 częściowo zanurzonego w stopionym szkle, przez co wykonana z grafitu katoda 31 zostaje zabezpieczona przed utlenianiem. Podstawowym wynikiem reakcji redukującej na katodzie 31 jest redukcja niewielkiej ilości tlenku sodu na sód, który łatwo ponownie utlenia się z tlenem atmosferycznym.

Na figurze 3 pokazano szczegóły typowego zainstalowania jednej z anod 30 dennej ściany 10 pieca. Połączenie z dodatnim biegunem źródła prądu stałego zapewniono za pomocą zacisku konektorowego 33. Niepożądanemu utlenianiu anody 30 przeciwdziała się poprzez omywający strumień nieutleniającego gazu na przykład azotu skierowany z co najmniej jednej rury 34 w stronę zakończenia otworu 36 w dennej ścianie 10 pieca, poprzez który otwór 36 anoda 30 jest wysunięta. Minimalne zanurzenie anody 30 w stopionym szkle pozwala stosować anody z minimalną wytrzymałością. Odpowiednio średnica anod 30 i otwór 36 przechodzących przez denną ścianę 10 pieca może być mniejsza niż typowych elektrycznych elektrod podgrzewających. Stwierdzono, że odpowiednia średnica anod 30 wynosi od 2,5 do 5 cm. Minimalne korozyjne oddziaływanie stopionego szkła dna anody 30 pozwala na zastosowanie jako materiału na anody 30 taniego żelaza. Warstwa tlenków formująca się na anodzie 30 opóźnia jej erozję, ale jest oczywistym, że następuje zużywanie się elektrody żelaznej. Ilość żelaza przy tej okazji dostaje się do szkła, nie stwarza istotnego zanieczyszczenia. Anody 30 można okresowo unosić w celu kompensowania ich zużywania się. Kontrolując zależność napięcia i natężenia można ustalić potrzebę uniesienia zużytej anody 30.

Dodatkowym wyposażeniem jakie pokazano na fig. 1 jest ustawienie bariery 35 w poprzek dennej ściany 10 pieca. Bariera 35 może służyć do powstrzymywania przemieszczania się zanieczyszczeń stanowiących odłamki metaliczne wzdłuż dennej ściany 10 w stronę strefy 21 maximum temperatury. Ograniczając przynajmniej częściowo występowanie ciężkich zanieczyszczeń do obszaru przed anodami 30, zmniejsza się niebezpieczeństwo ponownego zanieczyszczenia szkła po poddaniu go utleniającemu działaniu anod 30.

Ilość prądu elektrycznego, jaka powinna przepłynąć poprzez szkło pomiędzy układem elektrod 30 i 32 zależy od stopnia korekcyjnego działania, jaki jest potrzebny w danym piecu. Zasadniczo ilość prądu jest niedostateczna dla wywołania istotnego efektu wytwarzania pęcherzy8

164 867 ków gazu w rezultacie wytwarzania tlenu na anodach. Zostało stwierdzone, że przykładowo w piecu wytwarzającym 100 do 700 ton szkła na dobę całkowita produkcja tlenu na wszystkich anodach nie przekracza pięciu gramów na godzinę, a w typowych wypadkach mieści się w zakresie od jednego do trzech gramów na godzinę. Można użyć większych ilości prądu bez większego efektu wytwarzania pęcherzyków gazu, ale to spowoduje zwiększenie zużycia energii bez odpowiedniego przyrostu korzyści. Nadmierne wytwarzanie się pęcherzyków gazu może być szkodliwe, jeśli powstałe wymieszanie będzie powodowało, że zredukowany materiał z obszaru dna będzie przemieszczany do strefy 23 maximum temperatury, jeszcze przed jego utlenieniem. Uwzględniając fakt, ze cała ilość prądu będzie rozdzielana na liczbę działających anod 30, można ustalić, że duża liczba anod 30 będzie umożliwiała zastosowanie silniejszego prądu. Średnio na anodę 30 stosuje się natężenie prądu w zakresie 0,3 do 0,1 ampera w typowym układzie, ale można użyć z powodzeniem niższego natężenia prądu. W szczególnych przypadkach można przyjąć natężenie prądu wyższe niż tutaj podano z napięciem około 20 V. Wymagane napięcie w poszczególnym przypadku jest określone na podstawie oporności szkła, która zależy od temperatury szkła w pobliżu anod 30 i od składu szkła. Biorąc pod uwagę efekt ogrzewania, zużycie energii elektrycznej przy stosowaniu niniejszego wynalazku jest bardzo miłe i w omówionym przykładzie jest nie większe niż 2 waty.

Strefa 23 maximum temDeratury jest zasadniczo oddalona od bocznych ścian 32 pieca, przez co może występować strefa względnej stagnacji wzdłuż strefy 23, w pobliżu dennej ściany 30 i każdej bocznej ściany 32. Dlatego też w pewnych przypadkach jest potrzebne zastosowanie sposobu według niniejszego wynalazku dla utleniania szkła, przy czym stopione szkło jest przemieszczane poprzecznie z tych bocznych obszarów w stronę strefy 23 maximum temperatury.

FIG. 4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytopu szkła, w którym stosunkowo chłodny materiał wprowadza się do zbiornika do topnienia szkła w przednim zakończeniu pieca, a stopione szkło odprowadza się w tylnym zakończeniu pieca, przeciwległym do przedniego zakończenia, przy czym wytop ogrzewa się wzdłuż długości pieca wytwarzając strefę maksymalnej temperatury i jednocześnie wytwarza się w wytopie strefę prądów wznoszących za pomocą elektrod umieszczonych w obszarze dennym wytopu, znamienny tym, że strefę prądów wznoszących wytwarza się w wytopie pomiędzy strefą maksymalnej temperatury i wlotem wsadu szklanego przez utrzymywanie warunków utleniających w wytopie za pomocą anod zasilanych prądem stałym, umieszczonych w obszarze dennym wytopu przed strefą maksymalnej temperatury.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się warunki utleniające wytopu za pomocą zestawu anod umieszczonych w obszarze dennym wytopu.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że anody wysuwa się ku górze umieszczając je w stopionym szkle.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że anody wysuwa się do stopionego szkła na odległość nie większą niż 4 centymetry.
5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że warunki utleniające w wytopie utrzymuje się w obszarze oddalonym od wlotu wsadu szklanego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że anody zasila się prądem mniejszym od powodującego efekt pojawiania się znacznej ilości pęcherzyków.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że anody zasila się prądem o natężeniu w zakresie od 0,1 do 0,5 A na jedną anodę i o napięciu około 2 V.
8. 8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się co najmniej jedną anodę zawierającą głównie żelazo.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wsad stosuje się szkło sodowo-wapniowokrzemowe.
10. 10. Urządzenie do wytopu szkła, zawierające piec z otworami grzewczymi na jego długości, mający otwór wlotowy w przednim końcu i otwór wylotowy w tylnym końcu oraz elektrody umieszczone w górnej części pieca i w dennej części pieca i posiadający strefę maksymalnej temperatury, znamienne tym, że elektrody umieszczone w dennej części (10) pieca stanowią anody (30) prądu stałego, które są umieszczone pomiędzy strefą maksymalnej temperatury pieca i przednim końcem pieca (17) a elektrodę umieszczoną w górnej części pieca stanowi katoda (31) usytuowana w otworze wlotowym (17).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że anody (30) są usytuowane w połowie odległości pomiędzy wlotową końcową ścianą (11) a strefą (21) maksymalnej temperatury pieca.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że anody (30) mają kształt wybrany spośród płyt, drążków, prętów i są wysunięte nad denną ścianą (10) zbiornika (15).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że anody (30) wystają ponad denną ścianę (10) na odległość od 1 do 4 cm.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że anody (30) są ustawione w wiele rzędów, przy czym anody (30) danego rzędu są przesunięte względem anod (30) sąsiednich rzędów.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że odległość między anodami (30) zapewnia występowanie jednej anody (30) na powierzchni 1 m².
16. 16. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że w dennej ścianie (10) pieca przed anodami (30) prądu stałego jest umieszczona bariera (35).

    164 867 3