PL194008B1 - Sposób i urządzenie do topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie - Google Patents

Abstract

1. Sposób topienia i klarowania materia lów ulega- j acych zeszkleniu, znamienny tym, ze ca la albo czesc energii cieplnej koniecznej do topienia mate- ria lów ulegaj acych zeszkleniu doprowadza si e drog a spalania paliwa (paliw) z co najmniej jedn a gazow a substancj a podtrzymuj ac a spalanie, przy czym pali- wo (paliwa)/gaz albo produkty gazowe pochodz ace ze spalania wstrzykuje si e pod poziom masy materia- lów ulegaj acych zeszkleniu (7), oraz ze klarowanie materia lów ulegaj acych zeszkleniu po topieniu obej- muje co najmniej jeden etap wprowadzania ci snienia ni zszego ni z ci snienie atmosferyczne. 18. Urz adzenie do topienia i klarowania materia lów ulegaj acych zeszkleniu, znamienne tym, ze sk lada si e z co najmniej jednej komory topienia (2) wyposa- zonej w palniki (5) zasilane w paliwo (paliwa) i sub- stancj e (substancje) podtrzymuj ac a spalanie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki s a rozmiesz- czone w taki sposób, ze wstrzykuj a paliwa/gazy albo gazy pochodz ace z ich spalania poni zej poziomu masy (7) materia lów ulegaj acych zeszkleniu, wprowa- dzonych do komory topienia oraz co najmniej jednego przedzia lu klarowania (9, 21) za komor a topienia (2), zawieraj acego co najmniej jedn a stref e pod ci snieniem mniejszym ni z ci snienie atmosferyczne. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do topienia i klarowania materiałów ulegających zeszkleniu, zwłaszcza przy zasilaniu w sposób ciągły w stopione szkło instalacji do formowania szkła, a w szczególności instalacji do formowania szkła płaskiego, takich jak zarówno instalacje do szkła flotowego albo walcowanego, jak i instalacje do formowania pojemników szklanych, takich jak butelki i flakony, włókien szklanych typu termoizolacyjnej albo dźwiękochłonnej wełny mineralnej, albo włókien szklanych tekstylnych, tak zwanych włókien wzmacniających.

Wiele prac badawczych dotyczyło tych procesów, obejmujących schematycznie pierwszy etap topienia, a następnie klarowania do termicznego albo chemicznego kondycjonowania stopionego szkła, celem usunięcia materiału niestopionego i pęcherzyków, z których każdy powoduje defekty widoczne po formowaniu szkła.

W dziedzinie topienia próbowano na przykład przyspieszyć topienie albo polepszyć sprawność energetyczną. Można również wymienić proces polegający na szybkim ogrzewaniu w sposób jednorodny i kontrolowany materiału ulegającego zeszkleniu, stosując intensywne mieszanie mechaniczne umożliwiające ścisły kontakt materiału ulegającego zeszkleniu, lecz jeszcze stałego, z fazą już ciekłą. Ten sposób jest mianowicie przedstawiony szczegółowo we francuskich opisach patentowych nr FR 2423452, FR 2281902, FR 2340911, FR 2551746 i stosuje się w nim na ogół urządzenia do ogrzewania elektrycznego typu zanurzonych elektrod.

Opracowano również inny rodzaj sposobu topienia, na przykład typu znanego z amerykańskich opisów patentowych nr US 3627504, US 3260587 albo US 4539034, polegający na stosowaniu jako urządzeń grzewczych palników imersyjnych, to jest palników zasilanych gazem i powietrzem, rozmieszczonych na ogół w taki sposób, że wychodzą na powierzchnię trzonu pieca w taki sposób, że płomień rozwija się nawet wewnątrz masy materiału ulegającego zeszkleniu w czasie upłynniania.

W tym i innym przypadku, jeż eli uda się skutecznie zmniejszyć bardzo znacznie czas przebywania materiału ulegającego zeszkleniu w komorze topienia, zwiększyć znacznie wydajność produkcji w stosunku do topienia „klasycznego”, to szkło topione ma postać piany, którą poddaje się ostroż nemu klarowaniu, przy czym jest jednak trudno zagwarantować tę samą jakość szkła końcowego, a zwłaszcza szkła optycznego.

Badania przeprowadzono również w dziedzinie klarowania. W ten sposób z europejskiego opisu patentowego nr EP 775671 i amerykańskiego opisu patentowego nr US 4919697 jest znane na przykład prowadzenie przynajmniej części klarowania pod zmniejszonym ciśnieniem, co umożliwia uzyskanie na przykład szkła bardzo ubogiego w siarczany, silnie utleniająco-redukującego. Takie klarowanie wywołuje jednak silne pienienie, które może być trudne do regulacji i eliminacji.

Celem wynalazku jest zatem opracowanie sposobów topienia i klarowania, zwłaszcza w celu wykorzystania bardziej zwartych instalacji i ewentualnie w celu bardziej elastycznego działania oraz ewentualnie większej wydajności produkcji, itp., bez uzyskiwania korzyści przemysłowych kosztem jakości wyprodukowanego szkła.

Sposób topienia i klarowania materiałów ulegających zeszkleniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że całą albo część energii cieplnej koniecznej do topienia materiałów ulegających zeszkleniu doprowadza się drogą spalania paliwa (paliw) z co najmniej jedną gazową substancją podtrzymującą spalanie, przy czym paliwo (paliwa)/gaz albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się pod poziom masy materiałów ulegających zeszkleniu, oraz że klarowanie materiałów ulegających zeszkleniu po topieniu obejmuje co najmniej jeden etap wprowadzania ciśnienia niższego niż ciśnienie atmosferyczne.

Korzystnie, substancja podtrzymująca spalanie jest substancją na bazie powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo tlenu.

Korzystnie, paliwo jest węglowodorem typu mazutu albo gazu ziemnego i ewentualnie jest paliwem na bazie wodoru.

Korzystnie, materiały ulegające zeszkleniu obejmują surowce i ewentualnie elementy palne, a zwłaszcza materiały kompozytowe szkło/tworzywo sztuczne, szkło/metal, materiały organiczne i wę giel.

Korzystnie, topienie materiałów ulegających zeszkleniu odbywa się co najmniej w jednej komorze topienia, którą wyposaża się w palniki przechodzące przez jej ściany boczne i ewentualnie przechodzące przez trzon i ewentualnie zawieszone na sklepieniu albo na konstrukcjach górnych w taki

PL 194 008 B1 sposób, że ich obszary spalania albo gazy spalinowe wytwarzają się w masie materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia.

Korzystnie, reguluje się wysokość masy materiałów ulegających zeszkleniu w komorze topienia oraz wysokość, na której tworzą się obszary spalania/gazy pochodzące ze spalania w tym celu, aby obszary spalania/gazy spalinowe pozostały w masie materiałów ulegających zeszkleniu.

Korzystnie, topienie jest poprzedzone etapem wstępnego ogrzewania materiałów ulegających zeszkleniu do temperatury co najwyżej 900°C.

Korzystnie, klarowanie prowadzi się na topionych materiałach ulegających zeszkleniu, typu szkła w stanie spienionym, korzystnie o masie właściwej od około 0,5 do 2 g/cm³, a zwłaszcza od 1 do 2 g/cm³.

Korzystnie, klarowanie prowadzi się na topionych materiałach ulegających zeszkleniu typu szkła w stanie spienionym, mającego zawartość siarczanów co najwyżej 600 ppm wagowo w postaci SO3 i ewentualnie większość pęcherzyków o średnicy co najmniej 200 μm.

Korzystnie, materiały ulegające zeszkleniu zawierają dodatki wspomagające klarowanie, a zwłaszcza dodatki redukujące typu koksu, korzystnie o średniej ziarnistości poniżej 200 μm, siarczany albo dodatki na bazie fluoru albo chloru typu halogenków albo azotanów typu NaNO3.

Korzystnie, wszystkie albo część materiałów ulegających zeszkleniu wprowadza się w czasie topienia do komory topienia poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu.

Korzystnie, klarowanie prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem w atmosferze powietrza, powietrza wzbogaconego w gaz obojętny typu azotu albo na bazie gazu obojętnego typu azotu.

Korzystnie, ciśnienie mniejsze od ciśnienia atmosferycznego, w którym prowadzi się przynajmniej część klarowania, jest mniejsze albo równe 0,5 atmosfery, a zwłaszcza jest rzędu od 0,3 do 0,01 atmosfery.

Korzystnie, topienie i ewentualnie klarowanie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej od 1380 do 1350°C.

Korzystnie, klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym statycznym przedziale, usytuowanym za komorą topienia, którego przynajmniej jedna strefa znajduje się pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.

Korzystnie, klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym przedziale, usytuowanym za komorą topienia i nadającym się do obracania w celu zapewnienia klarowanie drogą wirowania, przy czym co najmniej jedna strefa wymienionego przedziału, a zwłaszcza strefa najbliższa komory topienia, znajduje się pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.

Korzystnie, część energii cieplnej koniecznej do stopienia wymienionych materiałów ulegających zeszkleniu doprowadza się drogą spalania paliwa (paliw) z co najmniej jedną substancją podtrzymującą spalanie, przy czym paliwo (paliwa)/gazy albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu.

Urządzenie do topienia i klarowania materiałów ulegających zeszkleniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z co najmniej jednej komory topienia wyposażonej w palniki zasilane w paliwo (paliwa) i substancję (substancje) podtrzymującą spalanie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki są rozmieszczone w taki sposób, że wstrzykują paliwa/gazy albo gazy pochodzące z ich spalania poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu, wprowadzonych do komory topienia oraz co najmniej jednego przedziału klarowania za komorą topienia, zawierającego co najmniej jedną strefę pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.

Korzystnie, komora topienia jest wyposażona w co najmniej jeden środek do wprowadzania materiałów ulegających zeszkleniu poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia, a zwłaszcza w co najmniej dwa środki, korzystnie w postaci otworu (otworów) związanego ze środkiem doprowadzającym typu ślimaka.

Korzystnie, ściany komory topienia, a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia, są wykonane z materiałów ogniotrwałych połączonych z układem chłodzącym za pomocą cieczy typu wody.

Korzystnie, ściany komory topienia, a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów ulegających zeszkleniu, są wykonane z materiałów ognioodpornych wyłożonych okładziną metalową typu molibdenu.

Korzystnie, okładzina jest utrzymywana w pewnej odległości od ścianek wykonanych z materiałów ognioodpornych.

PL 194 008 B1

Korzystnie, okładzina stanowi powierzchnię styku z topionymi materiałami, która jest ciągła albo z wywierconymi otworami.

Korzystnie, przedział klarowania jest statyczny pod względem wysokości oraz że zawiera prawie pionową wewnętrzną ścianę działową wyznaczającą wraz ze ścianami wymienionego przedziału co najmniej dwa kanały, z których kolejno pierwszy kanał nadaje topionym materiałom ulegającym zeszkleniu tor wznoszący się, a drugi kanał nadaje tym topionym materiałom ulegającym zeszkleniu tor opadający.

Korzystnie, urządzenie jest wyposażone na wejściu do przedziału klarowania w środek (środki) do regulacji straty ładunku topionych materiałów ulegających zeszkleniu.

Korzystnie, przedział klarowania jest statyczny pod względem wysokości, oraz że zawiera środki do wprowadzania stopionych materiałów do klarowania w górnej części oraz środki do odprowadzania sklarowanych materiałów w części dolnej, przy czym materiały posuwają się na ogół w zasadzie po pionowym torze opadającym w kierunku tego przedziału.

Korzystnie, przedział klarowania zawiera co najmniej jeden aparat podatny na wprawianie w ruch obrotowy w celu prowadzenia klarowania drogą wirowania, a ś ciany wewnę trzne wymienionego aparatu wyznaczają prawie kształt wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.

Korzystnie, aparat ma strefę górną pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne oraz strefę dolną pod ciśnieniem otaczającym, przy czym obydwie strefy są oddzielone od siebie jednym albo więcej niż jednym środkiem mechanicznym typu płyty metalowej z przewierconym otworem (otworami).

Korzystnie, aparat jest połączony w części górnej ze źródłem zasilania topionego materiału ulegającego zeszkleniu za pomocą statycznego zespołu typu kanału przepływowego, z uszczelnieniem pomiędzy statycznym zespołem doprowadzającym i aparatem, typu połączenia „dynamicznego” albo połączenia obrotowego.

Korzystnie, aparat jest wyposażony w środek (środki) do wyłapywania cząstek stałych, zwłaszcza znajdujących się w jego strefie dolnej, w postaci rowków/żłobków wykonanych w jego ścianach wewnętrznych.

Korzystnie, aparat jest wyposażony w środki mechaniczne stałe albo idące w ślad za jego obracaniem się, zdolne do ścinania piany i porywania jej w kierunku dolnej strefy aparatu, zwłaszcza w postaci perforowanych deflektorów, łopatek rozmieszczonych w górnej strefie wymienionego aparatu.

W rzeczywistości okazało się , ż e istnieje nadzwyczaj korzystny synergizm w płaszczyźnie przemysłowej pomiędzy stosowaniem topienia nazywanego dalej dla większego uproszczenia „topieniem palnikami imersyjnymi” i stosowaniem klarowania pod zmniejszonym ciśnieniem.

Jednakże takie połączenie było dalekie od uznania tego jako dowodu synergizmu i można było się spodziewać tego, że wszystkie te zalety wyszczególnione dalej uzyskuje się tylko za cenę szkła o miernej jakości, co nie było przypadkiem. W rzeczywistości, jeż eli zasada klarowania pod zmniejszonym ciśnieniem była na ogół znana, to pozostawało trudne do wykorzystania i nie było pewne uzyskanie tego samego stopnia resztek pęcherzyków i materiału niestopionego dających się tolerować tylko z klarowaniem klasycznym. Tak więc w wynalazku stosuje się to bardzo szczególne klarowanie zmieniając parametr wielkości, a mianowicie zamiast zasilać strefę klarowania klasycznym szkłem stopionym do klarowania zasila się tu faktycznie szkłem uzyskanym przez stopienie palnikami imersyjnymi, to jest szkłem o całkiem szczególnych cechach w tym sensie, że jest ono całkowicie spienione, o gęstości stosunkowo małej w porównaniu z gęstością szkła standardowego. Nic nie pozwalało przypuszczać, że można by klarować pod zmniejszonym ciśnieniem szkło stosunkowo pieniste przy wylocie.

Zatem niespodziewanie okazało się to możliwe ponieważ odkryto, że takie pieniące się szkło, pochodzące z topienia za pomocą palników imersyjnych, miało również cechę polegającą na zawartości tylko nadzwyczaj małych ilości siarczanów, jakie znajdują się albo nie na wylocie. W rzeczywistości zawartość siarczanów wynosi na ogół poniżej 600, a nawet mniej niż 200 albo mniej niż 100 ppm, a nawet mniej niż 50 ppm, wyraż one wagowo w SO3 w szkle wychodzą cym z komory do topienia i to bez konieczności kontrolowania i zmniejszania zawartości siarczanów zawartych zwykle w stosowanych surowcach w sposób przypadkowy, a nawet dodając dobrowolnie siarczany do materiału ulegającego zeszkleniu. I to właśnie ta niska zawartość siarczanów umożliwia skutecznie bez problemu klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem. W przeciwnym razie znaczna albo po prostu „standardowa” zawartość siarczanów w klarowanym szkle spowodowałaby w czasie klarowania pod zmniejszonym ciśnieniem bardzo silne rozszerzanie się piany na skutek odsiarczania, które byłoby bardzo trudne do

PL 194 008 B1 kontroli i opanowania. Tę kwazi-nieobecność siarczanów w szkle wychodzącym z komory do topienia można wyjaśnić ciśnieniem cząstkowym wody wytworzonej przez spalanie za pomocą palników imersyjnych wewnątrz materiałów ulegających zeszkleniu. Należy mieć na uwadze, że odsiarczanowane szkło stwarza mniej problemów związanych z lotnymi związkami w kąpieli flotowej, mniejsze ryzyko tworzenia się siarczku cyny, a zatem w końcu mniejsze ryzyko niedoboru cyny w tafli szkła. Zmniejsza to ilość siarczków (a nawet eliminuje je całkowicie) w przypadku szkieł zredukowanych, a mianowicie siarczków żelaza nadających żółte/złotawe barwy resztkowe, mało pożądane, albo inkluzje siarczku niklu, które mogą spowodować pękanie szkła w czasie obróbki cieplnej typu hartowania.

Należy mieć również na uwadze inną bardzo korzystną cechę charakterystyczną szkła wychodzącego z komory topienia według wynalazku: jeżeli ma ono skutecznie postać rodzaju piany, która pozostaje do klarowania, to można regulować wielkość pęcherzyków, jakie ona zawiera, a mianowicie w pewnych przypadkach wyeliminować prawie wszystkie najmniejsze pę cherzyki, to jest o średnicy mniejszej niż około 200 μm, dokonując na tym szkle w czasie jego topienia rodzaj wstępnego „mikroklarowania” przed klarowaniem właściwym po stopieniu. Mikroklarowanie ułatwia koalescencję pęcherzyków, znikanie najmniejszych pęcherzyków na korzyść pęcherzyków największych i sprzyja mu dodanie do materiałów ulegających zeszkleniu środków pomocniczych do klarowania typu koksu albo siarczanów. Poza tym takie szkło wychodzące z komory do topienia ma na ogół szczególnie małą, resztkową zawartość materiału niestopionego, co jeszcze bardziej, jak i wielkość pęcherzyków, ułatwia operację klarowania po stopieniu.

Wynalazek umożliwia zatem uzyskiwanie szkła bardzo ubogiego w siarczany, nawet przed operacją klarowania, a zatem szkieł co najmniej tak samo ubogich, a nawet jeszcze bardziej zubożonych w siarczany po klarowaniu, i to bez konieczności oczyszczanie/sortowania materiałów ulegających zeszkleniu, aby zawierały one mało siarczanów. I odwrotnie, można nawet dodawać siarczany na wylocie, co jest zupełnie zadziwiające i korzystne.

Korzystny efekt uzyskany przez połączenie według wynalazku dotyczy kosztów energetycznych procesu: topienie za pomocą palników imersyjnych pozwala uniknąć topienia elektrycznego typu zanurzonych elektrod, którego koszt może być bardzo znaczny w zależności od kraju. Poza tym, i jest to punkt najważniejszy, topienie za pomocą palników imersyjnych powoduje mieszanie konwekcyjne wewnątrz materiałów ulegających zeszkleniu w czasie upłynniania, jak to będzie przedstawione szczegółowo dalej. Takie bardzo silne mieszanie pomiędzy materiałami jeszcze nie upłynnionymi i materiałami, które już są stopione, jest nadzwyczaj efektywne i umożliwia uzyskanie stopienia materiałów ulegających zeszkleniu o identycznym składzie chemicznym w niższej temperaturze i ewentualnie o wiele szybciej niż za pomocą tradycyjnych środków grzejnych. Klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem umożliwia również klarowanie szkła w niższej temperaturze i o wiele szybciej. W rzeczywistości obniżanie ciśnienia w czasie klarowania powoduje zwiększenie objętości molowej gazów zawartych w topionych materiałach ulegających zeszkleniu, stąd i zwiększenie objętości pęcherzyków, jakie one zawierają, a skutkiem tego zwiększenie szybkości ich unoszenia się do góry w kierunku powierzchni kąpieli i ich usuwania.

Prowadząc klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem można „sobie pozwolić” na pracę w niższej temperaturze, niż w przypadku klarowania klasycznego, właśnie w stosowanych niższych temperaturach z techniką topienia za pomocą palników imersyjnych.

Temperatury napotykane jednocześnie przy topieniu i klarowaniu według wynalazku są zatem całkowicie zgodne i dostosowane względem siebie i na ogół niższe niż temperatury stosowane w zwykłych procesach, co jest bardzo interesujące z punktu widzenia ekonomicznego, po prostu w kategoriach kosztów energii. Jednocześnie dzięki wyborowi materiałów typu materiałów żaroodpornych wprowadzanych w czasie budowy instalacji jest w obiegu mniej ciepła, a zatem i wolniejsza korozja.

Czasy przebywania w strefie topienia i w strefie klarowania są również znacznie krótsze i zgodne ze sobą, co jest w sposób oczywisty bardzo pozytywne dla wydajności produkcji i wielkości instalacji w swojej całości. Jednocześnie wynalazek umożliwia zbudowanie instalacji bardzo zwartych: w istocie topienie za pomocą palników imersyjnych, zawsze dzięki bardzo silnemu mieszaniu, jakie ono powoduje, umożliwia znaczne zmniejszenie wymiarów komory do topienia. Poza tym klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem ma te same skutki dla wielkości przedziału albo przedziałów, w których dokonuje się tej operacji: na ogół instalacja może być zatem bardzo zwarta, z wyraźnym zyskiem, jeżeli chodzi o koszty produkcji, prostotę działania, zmniejszenie zużycia materiałów konstrukcyjnych, itp.

PL 194 008 B1

Co się tyczy operacji topienia, to wybrany materiał podtrzymujący spalanie może być oparty na powietrzu, powietrzu wzbogaconym w tlen albo nawet w zasadzie na bazie tlenu. Silne stężenie tlenu w tym materiale jest w istocie korzystne z różnych powodów, a mianowicie zmniejsza się w ten sposób objętość gazów spalinowych, co jest korzystne pod względem energetycznym i dzięki czemu unika się wszelkiego ryzyka związanego z nadmierną fluidyzacją materiałów ulegających zeszkleniu, które mogą wywołać wyrzucanie na górną część konstrukcji, sklepienie komory topienia. Poza tym uzyskane „płomienie” są krótsze, bardziej emisyjne, co umożliwia szybsze przenoszenie ich energii w kierunku materiałów ulegających zeszkleniu oraz dodatkowo zmniejszenie, jeżeli jest to pożądane, głębokości „kąpieli materiałów ulegających zeszkleniu w czasie upłynniania. Mówi się tu o „płomieniach”, które jednak nie są koniecznie płomieniami w zwykłym sensie tego określenia. Można mówić na ogół, tak jak w dalszym tekście, o „obszarach spalania”. Poza tym każda ewentualna emisja gazów skażających NOX jest w ten sposób zmniejszona do minimum.

Co się tyczy wyboru paliwa, to może być ono typu kopalnego paliwa gazowego albo nie, takiego jak gaz ziemny, propan, mazut albo każde inne paliwo węglowodorowe, przy czym może chodzić również o wodór. Proces topienia za pomocą palników imersyjnych według wynalazku jest zatem korzystnym środkiem wykorzystania wodoru, skądinąd dającego się trudno stosować w palnikach „powietrznych” nieimersyjnych, pod warunkiem słabej emisji płomieni uzyskanych ze spalania H2 i O2.

Połączenie w jednej operacji topienia za pomocą palników imersyjnych, zastosowanie tlenowego materiału podtrzymującego spalanie i zastosowanie paliwa wodorowego jest dobrym sposobem zapewnienia sprawnego przenoszenia energii cieplnej palników do topionego szkła, prowadząc skądinąd do procesu całkowicie „właściwego”, to jest bez emisji tlenków azotu NOX, ani gazu z efektem cieplarnianym typu CO, poza tym tylko, że może on pochodzić z odwęglania surowców.

Topienie według wynalazku odbywa się korzystnie co najmniej w jednej komorze topienia, którą wyposaża się w palniki rozmieszczone w taki sposób, że ich obszar spalanie albo gazy spalinowe wywiązują się w czasie topienia w masie materiałów ulegających zeszkleniu. W ten sposób palniki można przepuścić przez jej ściany boczne, trzon pieca albo ewentualnie zawieszać je wyżej, przyczepiając do sklepienia albo do całej odpowiedniej konstrukcji górnej. Takie palniki mogą być tego rodzaju, że ich przewody doprowadzające gazy wychodzą na powierzchnię ścianki, przez którą przechodzą. Może być korzystne, aby te przewody „wchodziły” przynajmniej częściowo w masę materiałów ulegających zeszkleniu w taki sposób, aby unikać zbytniej bliskości płomieni i ścian i aby nie powodowały one przedwczesnego zużycia materiałów ogniotrwałych. Można także wybrać wstrzykiwanie tylko gazów spalinowych, przy czym ściśle mówiąc spalanie dokonuje się poza komorą topienia.

Jak wspomniano wyżej, okazało się, że ten sposób ogrzewania powodował na skutek konwekcji intensywne mieszanie materiałów ulegających zeszkleniu, przy czym pętle (obwody) konwekcyjne tworzą się w ten sposób po obydwu stronach obszarów spalania albo „płomieni” albo strumieni gazów spalinowych, mieszając ciągle bardzo skutecznie materiały stopione i jeszcze niestopione. Wynikiem tego są bardzo korzystne cechy charakterystyczne topienia „mieszanego” bez uciekania się mechanicznych środków mieszania, które są dosyć zawodne i ewentualnie podatne na szybkie zużycie.

Korzystnie reguluje się wysokość masy materiałów ulegających zeszkleniu w komorze topienia, jak również masy, w której wywiązują się obszary spalania albo gazy pochodzące ze spalania, w celu pozostawania tych obszarów spalania/gazów w masie wymienionych materiałów ulegających zeszkleniu, przy czym celem jest umożliwienie ustabilizowania się w ten sposób konwekcyjnych pętli cyrkulacyjnych w materiale w czasie upłynniania.

Ogólnie mówiąc ten rodzaj topienia umożliwia znaczne zmniejszenie emisji wszelkiego rodzaju pyłów na poziomie komory topienia i wszelkich gazów typu NOX, ponieważ wymiana ciepła odbywa się bardzo szybko, przez co unika się szczytów temperaturowych, które prawdopodobnie sprzyjają tworzeniu się tych gazów. Zmniejsza to także znacznie emisję gazów typu COX.

Operację topienia może ewentualnie poprzedzać etap wstępnego ogrzewania materiałów ulegających zeszkleniu do temperatury, która jest jednak znacznie niższa od temperatury koniecznej do ich upłynnienia, na przykład do temperatury co najwyżej 900°C. Do przeprowadzenia tego ogrzewania wstępnego można korzystnie odzyskiwać energię cieplną gazów spalinowych. Przez odbieranie z nich ciepła można zmniejszyć ogólne specyficzne zużycie energii w instalacji.

Materiały ulegające zeszkleniu mogą zawierać surowce, lecz także i stłuczkę szklaną, a nawet odpady przeznaczone do zeszklenia. Mogą one zawierać także elementy palne (organiczne). Możliwe jest zatem na przykład zawracanie włókien mineralnych zaklejonych spoiwem (typu włókien stosowanych do izolacji cieplnej albo akustycznej albo włókien stosowanych do wzmacniania włókien sztuczPL 194 008 B1 nych), szyby okienne laminowane arkuszami polimerów typu poliwinylobutyralu, takie jak przednie szyby pojazdów, albo wszelkiego typu materiały kompozytowe, które są połączeniem szkła i tworzyw sztucznych, takie jak niektóre butelki. Można także zawracać kompozyty typu szkło-metal albo związki metali, takie jak szyby okienne z powłokami zawierającymi metale, przy czym są one trudne do zawracania, ponieważ stwarza to ryzyko stopniowego wzbogacania się komory topienia w metale, które gromadzą się na powierzchni trzonu pieca. Mieszanie spowodowane przez topienie według wynalazku pozwala na uniknięcie takiej sedymentacji oraz zawracanie w ten sposób na przykład szkła pokrytego warstwami emalii, warstwami metalu i ewentualnie różnymi elementami łączącymi.

Przedmiotem wynalazku jest także zawracanie wszystkich takich elementów kompozytowych, zawierających szkło, dzięki topieniu za pomocą palników imersyjnych w piecu szklarskim. Opracować można mianowicie piece z palnikami imersyjnymi, których podstawowa funkcja polega na wytwarzaniu stłuczki z tych różnych zawracanych materiałów, przy czym stłuczka może na koniec służyć jako surowiec, w połączeniu z albo bez stłuczki standardowej, do tradycyjnych pieców szklarskich.

Można także korzystnie przewidzieć wprowadzanie całości albo części materiałów ulegających zeszkleniu do komory topienia poniżej poziomu masy tych topionych materiałów. Można także wprowadzać część tych materiałów w zwykły sposób powyżej masy w czasie upłynniania, a resztę poniżej, na przykład za pomocą urządzeń zasilających typu ślimaka. Materiały można także wprowadzać bezpośrednio do masy w czasie upłynniania w jednym punkcie albo w różnych punktach rozmieszczonych w ścianach komory topienia. Takie wprowadzanie bezpośrednio do masy materiałów w czasie upłynniania (nazywanej dalej „kąpielą szklarską”) jest korzystne z więcej niż jednego względu. Przede wszystkim zmniejsza ono znacznie całe ryzyko podniesienia się surowców ponad kąpiel szklarską, a zatem zmniejsza do minimum zawartość stał ych pył ów wyemitowanych przez piec. Wreszcie pozwala na lepszą kontrolę minimalnego czasu przebywania wymienionych materiałów przed wyciągnięciem ich do strefy klarowania i wprowadzania ich selektywnie tam, gdzie mieszanie konwekcyjne jest najbardziej intensywne dzięki rozmieszczeniu palników imersyjnych. Ten albo te punkty wprowadzania do kąpieli szklarskiej mogą w ten sposób znaleźć się w pobliżu powierzchni albo głębiej w kąpieli szklarskiej, na przykład na wysokości kąpieli szklarskiej zawartej pomiędzy 1/5 i 4/5 całkowitej głębokości kąpieli szklarskiej licząc od trzonu pieca, albo jeszcze pomiędzy 1/3 i 2/3 wymienionej głębokości.

Mając na uwadze, że sposób według wynalazku umożliwia zawracanie tworzyw sztucznych w postaci wyrobów kompozytowych związanych zwłaszcza ze szkłem, te tworzywa sztuczne służą w ten sposób jako część paliwa. Jest również moż liwe i korzystne wprowadzanie całego albo części paliwa koniecznego do stopienia za pomocą palników imersyjnych w postaci paliwa stałego (materiały organiczne typu polimerów, węgiel), a nawet paliwa ciekłego, przy czym to paliwo pochodzi z zastąpienia przynajmniej częściowo paliw ciekłych (mianowicie kopalnych) albo gazowych zasilających palniki. Określenie „materiały ulegające zeszkleniu” albo „surowce” stosowane w niniejszym tekście ma na celu na ogół objęcie materiałów koniecznych do uzyskania osnowy szklistej (albo ceramicznej albo szklano-ceramicznej), lecz również wszelkich dodatków (dodatki do klarowania itp.), wszystkich ewentualnych paliw ciekłych albo stałych (tworzywa sztuczne z materiałów kompozytowych albo nie, materiały organiczne, węgiel, itp.) oraz wszelkiego rodzaju stłuczki.

Sposób według wynalazku można realizować z podwyższoną zawartością stłuczki.

Jak wspomniano wyżej, klarowanie według wynalazku nadaje się zatem do topionych materiałów ulegających zeszkleniu, typu szkła w stanie spienionym. Taka piana ma typowo gęstość od około 1 do 2, to jest masę wł a ś ciwą od 1 do 2 g/cm³ (w porównaniu z gę stoś cią rzę du 2,4 w przypadku szkł a niespienionego), zawartość siarczanów korzystnie co najwyżej 600, a nawet co najwyżej 100 ppm wyrażoną ciężarem SO₃ oraz większość pęcherzyków o średnicy co najwyżej 200 μm. W ten sposób może mieć ona masę właściwą zawartą pomiędzy 0,5 i 2 g/cm³, a zwłaszcza od 1 do 2 g/cm³.

Celem polepszenia przebiegu klarowania dodaje się korzystnie do materiałów ulegających zeszkleniu różne środki wspomagające klarowanie, przy czym celem było zwłaszcza spowodowanie wyeliminowanie ze szkła pęcherzyków o średnicy mniejszej niż 200 μm, począwszy od etapu topienia, jak wspomniano wyżej. Może tu chodzić o dodatki redukujące, takie jak koks (który umożliwia także nastawianie potencjału utleniająco-redukcyjnego szkła). W tym przypadku korzystne jest dobranie pyłu koksowego o średniej ziarnistości mniejszej niż 200 μm, przy czym może chodzić także o siarczany.

Klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem powoduje wzrost pęcherzyków, przy czym celem jest, aby ten wzrost dokonywał się szybko i aby można było łatwo usuwać i powodować rozpadanie się pęcherzyków na powierzchni kąpieli szklarskiej. Ściśle mówiąc inne dodatki wspomagające klarowanie są skuteczne raczej w etapie klarowania, po etapie topienia. Umożliwiają one zwłaszcza „destabilizację”

PL 194 008 B1 piany, przy czym chodzi na przykład o fluor albo związek fluorowany lub chlorowany, a ogólniej o halogenki, albo jeszcze ponadto o azotan typu NaNO3, przy czym fluor (chlorowiec) wydaje się zmniejszać lepkość szkła umożliwiając w ten sposób ułatwienie odwadniania błonek, które tworzą się pomiędzy pęcherzykami, przy czym odwadnianie sprzyja zapadaniu się piany i zmniejsza także napięcie powierzchniowe szkła.

Innym czynnikiem wpływającym na sposób, w jaki przebiega zwiększanie się pęcherzyków w czasie klarowania pod zmniejszonym ciś nieniem, jest natura gazów nad stapianym materiał em. Można oczywiście dobrać po prostu ciśnienie cząstkowe powietrza, a także dobrać wzbogacenie atmosfery w gaz obojętny typu azotu, a nawet dobrać tylko ciśnienie cząstkowe w gazie obojętnym typu azotu. W istocie widać, że wybór ciśnienia cząstkowego w gazie obojętnym typu azotu był korzystny dla pękania pęcherzyków na powierzchni w czasie klarowania, zbyt duże stężenie gazu utleniającego typu O2 wydaje się niekorzystnie wpływać na hamowanie tego pękania pęcherzyków.

Ciśnienie mniejsze od atmosferycznego, przy którym prowadzi się przynajmniej część klarowania, jest korzystnie mniejsze albo równe 0,5 atmosfery (0,5x 10⁵ Pa), a zwłaszcza rzędu od 0,3 do 0,01 atmosfery (około 3 x 10⁴ do 0,1 x 10³ Pa).

Sposób według wynalazku umożliwia dokonywanie topienia i ewentualnie klarowania w temperaturach nie przekraczających 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej w temperaturze od 1380° do 1350°C.

Zgodnie z pierwszym rozwiązaniem klarowanie według wynalazku można prowadzić co najmniej w jednym przedziale statycznym (nieruchomym w czasie działania), za komorą topienia, którego co najmniej jedna strefa jest poddawana zmniejszonemu ciśnieniu.

Zgodnie z drugim rozwiązaniem klarowanie prowadzi się zawsze za komorą topienia, lecz w przedziale podatnym na wprowadzanie w ruch obrotowy w celu umożliwienia klarowania drogą wirowania, przynajmniej z jedną strefą wymienionego przedziału, zwłaszcza najbardziej oddaloną od komory topienia, poddaną zmniejszonemu ciśnieniu.

Trzecie rozwiązanie polega na połączeniu obydwu rozwiązań, a mianowicie stosując do klarowania pierwszy przedział statyczny ze strefą pod zmniejszonym ciśnieniem, następnie drugi obracający się, zawierający również strefę pod zmniejszonym ciśnieniem, korzystnie mniejszym niż ciśnienie w przedziale statycznym.

Zgodnie z rozwiązaniem wykonania w sposobie według wynalazku przewiduje się umieszczenie w strumieniu topionych materiał ów ulegają cych zeszkleniu, pomię dzy fazą topienia i fazą klarowania albo na początku fazy klarowania, co najmniej jednego środka dzielącego strumień. Taki środek, na przykład element z otworami, przez który wymusza się przechodzenie topionego strumienia szkła, umożliwia rozdzielenie tego strumienia na wielką liczbę strug o małej średnicy. Wielkość otworów jest dobrana korzystnie w taki sposób, że jest bliska wielkości pęcherzyków, które próbuje się usunąć. W ten sposób, jeżeli dysponuje się środkiem do rozdzielania strumienia bezpoś rednio przed strefą o ciśnieniu niż szym od ciśnienia atmosferycznego przedziału klarowania, to działanie zmniejszonego ciśnienia odbija się bardzo szybko na strugach wytworzonych przez środek rozdzielający strumień i umożliwia szybkie klarowanie, nawet ze znacznymi wydajnościami szkła. Zasilanie w szkło do klarowania w przedziale klarowania może w ten sposób stać się w jakiś sposób analogiczne do zasilania uzyskanego przez dyszę, która wychodziłaby na obszar o zmniejszonym ciśnieniu.

(W ramach niniejszego wynalazku określenia „za” i „przed” dotyczą kierunku przepływu szkła w instalacji od załadowania materiałów ulegających zeszkleniu do komory topienia, aż do wyciągnięcia sklarowanego szkła).

Sposób topienia/klarowania według wynalazku umożliwia produkcję szkła o bardzo różnych składach i właściwościach. Dzięki swojej małej bezwładności umożliwia on zresztą przechodzenie od jednego składu do drugiego z bardzo krótkimi czasami przejścia.

Umożliwia się w ten sposób produkcję szkieł stosunkowo zredukowanych, mających zwłaszcza wskaźnik redoks większy albo równy 0,3 (wskaźnik redoks określa się jako stosunek procentowej zawartości wagowo żelaza żelazawego FeO do całkowitej zawartości żelaza, wyrażonego w postaci Fe2O3).

Sposób pozwala również produkować szkła o zwiększonej zawartości SiO2, na przykład co najmniej 72, a nawet co najmniej 75% wagowo, to jest szkieł na ogół trudnych do topienia, lecz interesujących, zwłaszcza w kategoriach kosztów surowców, z uwagi na fakt, że mają one niską gęstość oraz że mają bardzo dobrą zgodność z materiałami tworzyw sztucznych. Sposób pozwala również na produkcję szkieł dość szczególnych, o wysokiej zawartości tlenków metali alkalicznych i ziem alkalicznych, na przykład zawierających co najmniej 18% wagowo CaO, jednak dość korozyjnych z tradycyjPL 194 008 B1 nymi procesami topienia w temperaturze wyższej niż według wynalazku, jak również szkieł o niskiej zawartości tlenku sodowego, na przykład co najwyżej 11% wagowo, albo o bardzo niskiej zawartości siarczanów, na przykład co najwyżej 100 ppm. Szkła zawierające żelazo, o podwyższonym wskaźniku redoks, lecz o niskiej zawartości siarczanów, umożliwiają również uzyskanie szkieł o barwie resztkowej w kolorach błękitnych szczególnie estetycznej i poszukiwanej na przykład w dziedzinie szkła płaskiego do samochodów i w budownictwie. Można także otrzymać szkła przeciwsłoneczne, bardzo selektywne, na które można nakładać warstwy przeciwsłoneczne celem zwiększenia osiągów termicznych, na przykład szkła typu TiN, przy czym warstwy są znane, zwłaszcza z europejskich opisów patentowych nr EP-638527 i EP-511901.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do topienia i klarowania, przystosowane zwłaszcza do realizacji opisanego wyżej sposobu, które składa się z:

co najmniej jednej komory topienia wyposażonej w palniki zasilane w paliwa kopalne typu gazu ziemnego i w materiały podtrzymujące spalanie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki są rozmieszczone w taki sposób, że te gazy albo gazy pochodzące ze spalania wstrzykuje się pod poziom masy materiałów ulegających zeszkleniu, wprowadzonej do komory topienia, co najmniej jednego przedziału klarowania za komorą topienia, zawierającego co najmniej jedną strefę podatną na zastosowanie ciśnienia mniejszego od ciśnienia atmosferycznego.

Jak wspomniano poprzednio, komora topienia może być wyposażona korzystnie co najmniej w jeden środek do wprowadzania materiałów ulegających zeszkleniu pod poziom kąpieli szklarskiej, a zwłaszcza w dwa takie środki, korzystnie w postaci otworów w ściankach związanych ze środkiem doprowadzającym typu ślimaka. W ten sposób minimalizuje się ryzyko unoszenia się pyłów, przy czym przewiduje się także ewentualnie wprowadzania ponad powierzchnię kąpieli szklarskiej w przypadku materiałów ulegających zeszkleniu, takich jak krzemionka, z którymi można prowadzić operację ogrzewania wstępnego bez ryzyka wchłonięcia w masę.

Niezależnie od operacji klarowania wynalazek dotyczy także ulepszeń koncepcji dotyczącej ścian komory topienia przeznaczonych do stykania się z kąpielą szklarską, przy czym możliwe są różne warianty. W niektórych przypadkach można stosować po prostu znane materiały ogniotrwałe na bazie tlenków, takich jak tlenki glinu, cyrkonu, tlenku chromu, materiałów ogniotrwałych nazywanych AZS (na bazie glinu, cyrkonu i krzemu). Korzystnie łączy się je z układem chłodzącym drogą cyrkulacji płynu typu wody („płaszcz wodny” albo po francusku chłodzenie za pomocą komory wodnej). Komorę wodną można umieścić po stronie zewnętrznej, przy czym materiały ognioodporne stykają się bezpośrednio ze szkłem albo po stronie wewnętrznej. Komora wodna ma wówczas zadanie stworzenia strumienia szkła chłodniejszego w pobliżu materiałów ognioodpornych, a zwłaszcza omówionych w tym kontekście, ponieważ kąpiel szklarska utworzona przez palniki imersyjne wywołuje silne prądy konwekcyjne w kierunku do ścian.

Inny wariant polega na niestosowaniu materiałów ognioodpornych w strefie kąpieli szklarskiej, lecz tylko omówionej wyżej skrzyni wodnej.

Inny wariant polega na stosowaniu materiałów ognioodpornych (ewentualnie połączonych z układem chłodzącym typu skrzynia wodna) i wyłożenia ich za pomocą wypełnienia z metalu wysokoognioodpornego, takiego jak molibden (albo stop molibdenu). Takie wypełnienie można korzystnie utrzymywać w pewnej odległości (na przykład 1 do kilku milimetrów) od ścian z materiałów ogniotrwałych i nadawać kąpieli szklarskiej ciągłą powierzchnię styku (płyty pełne z molibdenu) albo nie nadawać (płyty perforowane z molibdenu). To wypełnienie ma na celu uniknięcie w sposób mechaniczny bezpośredniej konwekcji szkła do materiałów ognioodpornych, na ogół „spokojnej” warstwy szkła wzdłuż materiałów ognioodpornych, a nawet wyeliminowanie wszelkiego styku szkła z tymi ostatnimi.

W komorze topienia przewidziano korzystnie wszystkie albo część palników imersyjnych w taki sposób, że mogą one wstrzykiwać do kąpieli szklarskiej płyn nie uczestnicząc w spalaniu zastępczym (czasowym) substancji podtrzymującej spalanie i ewentualnie paliwa. Ten płyn może być gazem obojętnym typu N2 albo płyn chłodzący typu cieczy wodnej odparowuje się natychmiast do łaźni szklarskiej. Fakt zatrzymania w taki sposób czasowo spalania kontynuując wstrzykiwanie płynu na poziomie palnika ma na ogół dwa cele: albo chce się zatrzymać działanie palnika i na ogół na przykład komory topienia w całości, przy czym wstrzykiwanie gazu obojętnego typu N2 umożliwia zabezpieczenie komory na poziomie palników, albo chce się wymienić palnik na inny, podczas gdy działają inne palniki, a zatem zawsze w obecności topionej kąpieli szklarskiej. W tym przypadku, jak przedstawiono szczegółowo dalej, rzucanie w odpowiedni sposób wody przez palnik umożliwia czasowe krzepnięcie szkła

PL 194 008 B1 nad palnikiem wytwarzając rodzaj „dzwonu, co pozostawia pewien przeciąg czasu wystarczający do przystąpienia do zmiany bez pokrywania się wnętrza palnika szkłem.

Jak wspomniano wyżej, można przewidzieć wyposażenie urządzenia według wynalazku co najmniej w jeden środek rozdzielający strumień pomiędzy komorą topienia i przedziałem klarowania, a zwłaszcza bezpośrednio na wejściu przedziału klarowania albo w jego części najbliż szej komory topienia. Może przy tym chodzić o element perforowany o odpowiedniej wielkości.

Z drugiej strony należy nadmienić, że można mieć także na uwadze stosowanie takiego środka rozdzielającego strumień niezależnie od stosowanego sposobu topienia, przy czym taki środek rozdzielający umożliwia szybsze klarowanie ze znacznymi wydajnościami szkła, niezależnie od sposobu, w jaki uzyskano stopienie szkła, na przykład za pomocą konwencjonalnych środków typu palników powietrznych (nie imersyjnych) i ewentualnie drogą topienia elektrycznego za pomocą zanurzonych elektrod.

Tak samo może być interesujące stosowanie takiego środka, nawet jeżeli prowadzi się klarowanie pod ciśnieniem atmosferycznym.

Jednak szczególnie interesujące jest stosowanie go w kontekście topienia za pomocą palników imersyjnych, które ma skłonność do tworzenia piany o bardzo dużych pęcherzykach, i ewentualnie w kontekś cie klarowania pod zmniejszonym ciś nieniem, ponieważ zwię ksza to znacznie wydajność, która jest już szczególnie wysoka.

Zgodnie z wymienionym wyżej pierwszym wariantem przedział klarowania jest statyczny i podwyższony (to jest o wysokości znacznie większej niż jego wymiary na trzonie). Ten przedział zawiera zgodnie z pierwszym rozwiązaniem wynalazku ścianę wewnętrzną prawie prostopadłą, która wyznacza w połączeniu ze ścianami wewnętrznymi przedziału co najmniej dwa kanały. Chodzi przy tym kolejno o pierwszy kanał nadający stapianym materiałom ulegającym zeszkleniu tor wznoszący się, a następnie drugi kanał nadający wymienionym materiałom tor opadają cy, przy czym pierwszy kanał jest korzystnie kanałem, który znajduje się pod ciśnieniem mniejszym od atmosferycznego. W ten sposób wytwarza się rodzaj syfonu dla klarowanego szkła. Ten przedział jest wyposażony korzystnie w środki do regulacji strat ładunku topionych materia łów ulegających zeszkleniu na wejściu do przedziału klarowania. Tak samo przewiduje się nastawianie wysokości przedziału klarowania w zależności od różnych kryteriów, a zwłaszcza w zależności od poziomu podciśnienia wybranego w strefie pod zmniejszonym ciśnieniem.

Zgodnie z drugim sposobem realizacji wynalazku statyczny przedział klarowania stosowany w ramach wynalazku jest wyż szy i zawiera ś rodki do wprowadzania topionych materiałów ulegających zeszkleniu do klarowania w części górnej oraz środki do usuwania sklarowanych materiałów w części dolnej, przy czym wymienione materiały posuwają się na ogół wzdłu ż toru w zasadzie pionowego, opadającego do wymienionego przedziału. Ta koncepcja może wzorować się na przykład na informacjach zawartych w europejskich opisach patentowych nr EP-231518, EP-253188, EP-257238 i EP-297405.

Zgodnie z drugim wariantem przedział klarowania zawiera co najmniej jedno urządzenie podatne na wprawianie się w ruch obrotowy celem zapewnienia klarowania drogą wirowania, przy czym ściany wewnętrzne tego urządzenia wyznaczają kształt prawie pionowego wydrążonego cylindra, przynajmniej w jego części środkowej. Urządzenie ma korzystnie strefę, nazywaną górną, pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie atmosferyczne, oraz strefę, nazywaną strefą dolną, pozostawioną pod ciśnieniem otaczającym, przy czym obydwie strefy są oddzielone od siebie jednym lub kilkoma środkami mechanicznymi typu perforowanej płyty metalowej.

Zgodnie z korzystną koncepcją urządzenie zasila się w górnej części w topione materiały ulegające zeszkleniu dla statycznego środka doprowadzającego typu kanału przepływowego. Takie środki doprowadzające mogą zawierać co najmniej jeden przedział pod zmniejszonym ciśnieniem celem umożliwienia zasilania aparatu i ewentualnie przeprowadzenia pierwszego klarowania.

Należy przewidzieć także środki uszczelniające zabezpieczające połączenie pomiędzy końcem tego kanału/tych środków zasilających i aparatem, takie jak środki typu „uszczelnienia dynamicznego” albo uszczelnienia obrotowego, jak będzie przedstawione bardziej szczegółowo dalej. Urządzenie jest wyposażone korzystnie w środki wyłapujące cząstki stałe o gęstości większej niż gęstość szkła, przy czym środki są zlokalizowane zwłaszcza w jego strefie dolnej i w postaci rowków/żłobków w jego ścianach wewnętrznych. Prędkość obrotową urządzenia dobiera się korzystnie w granicach od 100 do 1500 obrotów na minutę.

PL 194 008 B1

Urządzenie może być również wyposażone w środki mechaniczne stałe albo obrotowe, zdolne do ścinania piany i porywania jej od góry do dołu w kierunku strefy wewnętrznej aparatu, skąd jest ściągane szkło sklarowane.

Te środki mają zwłaszcza postać perforowanych deflektorów albo łopatek, rozmieszczonych w górnej strefie wymienionego urządzenia.

Tego rodzaju klarowanie z wirowaniem z przechodzeniem do strefy o zmniejszonym ciśnieniu jest szczególnie skuteczne. W istocie zmniejszone ciśnienie pozwala zapewnić możliwie największy wzrost pęcherzyków przed klarowaniem, a właściwie przez wirowanie, przy czym pęcherzyki zanikają w aparacie tym szybciej, im większa jest ich średnica. Zmniejszone ciśnienie umożliwia również zmniejszenie jeszcze bardziej zawartości siarczanów resztkowych w produkcie szklanym. Należy nadmienić, że szkło odsiarczone (ta uwaga dotyczy również pierwszego wariantu, w którym klarowanie odbywa się statycznie) stwarza mniej problemów ze związkami lotnymi w kąpieli flotowej, mniejsze ryzyko tworzenia się siarczku cyny, a zatem ostatecznie mniejsze ryzyko defektu cynowego na płycie szklanej. Gwarantuje to także brak siarczków w przypadku szkła zredukowanego, a zwłaszcza siarczków żelaza nadających mało pożądane resztkowe zabarwienie żółte/złociste albo wtrąceń siarczku niklu, które mogą spowodować pękanie szkła w czasie obróbki cieplnej typu hartowania.

Klarowanie z wirowaniem, obejmujące fazę zmniejszonego ciśnienia jest wskazane, zwłaszcza w przypadku klarowania szkła stosunkowo pienistego.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie instalację topienia/klarowania, w której stosuje się statyczne urządzenie do klarowania, fig. 2 - schematycznie instalację topienia/klarowania, w której stosuje się urządzenie do klarowania drogą wirowania, fig. 3 - w powiększonym widoku urządzenie do klarowania w instalacji typu instalacji przedstawionej na fig. 2, fig. 4 - schematycznie w powiększonym widoku rozdzielacz strumienia stosowany w urządzeniu przedstawionym na fig. 2, a fig. 5 - schematycznie w przekroju poprzecznym palnik imersyjny, w który jest wyposażona komora topienia w instalacjach przedstawionych na fig. 1 i 2.

Te figury nie są koniecznie przedstawione w skali i dla większej jasności są nadzwyczaj uproszczone.

Opisane dalej urządzenia są przystosowane to topienia i klarowania szkieł o bardzo różnych składach, w tym przypadku szkieł przeznaczonych do zasilania instalacji flotowej do szkła płaskiego, przy czym takie zastosowanie nie ogranicza wynalazku.

Poza tym oczywiście wszystkie szkła standardowe typu szkła krzemowo-sodowo-wapniowe, różne rodzaje szkieł specjalnych, są szczególnie interesujące pod względem wytwarzania ich za pomocą urządzeń według wynalazku, a zwłaszcza te, które uważano dotychczas jako trudne do topienia: —> Szkła o niskiej zawartości Na₂O i stosunkowo dużej zawartości tlenków metali alkalicznych i ziem alkalicznych, a zwłaszcza CaO, korzystnie w płaszczyźnie ekonomicznej w kategoriach kosztów surowców, lecz dość korozyjnych w konwencjonalnych temperaturach topienia i stosunkowo trudnych do topienia drogą procesów klasycznych. Może przy tym chodzić o zestawy szklarskie znane na przykład z francuskiego opisu patentowego nr FR97/08261 z dnia 1 lipca 1997, takie jak (% wagowo):

SiO2	72-74,3%
Al2O3	0-1,6%
Na2O	11,1-13,3%
K2O	0-1,5%
CaO	7,5-10%
MgO	3,5-4,5%
Fe2O3	0,1-1%

albo jeszcze zestawy typu (wyrażone w procentach wagowo):

SiO2	66-72, a zwłaszcza 68-70%
Al2O3	0-2%
Fe2O3	0-1%
CaO	15-22%
MgO	0-6, a zwłaszcza 3-6%
Na2O	4-9, a zwłaszcza 5-6%
K2O	0-2, a zwłaszcza 0-1%
SO3	ślady

PL 194 008 B1

Przykładem ilustrującym tę rodzinę zestawów szklarskich jest zestaw następujący:
SiO2	69%
Al2O3	1%
Fe2O3	0,1%
CaO	18,9%
MgO	5%
Na2O	5,6%
K2O	0,3%
SO3	ślady
To szkło ma dolną temperaturę odprężania, nazywaną również „temperaturą zanikania naprę-

żeń”, 590°C (temperatura w której szkło ma lepkość 10^14,5 puazów). Ma ono również temperaturę likwidusa 1225°C, temperaturę T(log2) 1431°C i temperaturę T(log3,5) 1140°C (temperatury Tlog(2) i Tlog(3,5) odpowiadają temperaturom, które ma odpowiednio szkło, gdy osiąga ono w puazach lepkość Iog2 albo Iog3,5).

Szkła o wysokiej zawartości krzemu są również interesujące pod względem ekonomicznym i mają one stosunkowo niską gęstość, których zakres zestawów, zawsze wyrażony w procentach wagowo, jest zastępujący:

SiO2	72 do 80%
CaO + MgO + BaO	0,3 do 14%
Na2O	11 do 17%
tlenki metali alkalicznych 11 do 18,5%
Al2O3	0,2 do 2%
B2O3	0 do 2%
Fe2O3	0 do 3%
SO3	ewentualnie ślady
koks	0-600 ppm
ewentualnie barwne tlenki Ni, Cr, Co, itp. (Te szkła mają właściwość szczególnej lepkości).
Przykładem ilustrującym tę rodzinę zestawów jest zestaw następujący:
SiO2	76,4%
Fe2O3	0,1%
Al2O3	0,1%
CaO	7,6%
MgO	5,0%
Na2O	10%
K2O	0,3%
Szkło ma gęstość około 2,46 (w porównaniu z gęstościami 2,52 szkła krzemowo-sodowo-

wapniowego typu „Planilux”).

Z powyższego widać również, że sposobem według wynalazku można również wytwarzać szkła zredukowane, których duży wskaźnik redoks, zawartość żelaza i bardzo niska zawartość siarczanów umożliwiają otrzymanie szkieł o niebieskiej barwie resztkowej.

Sposobem według wynalazku można wytwarzać również szkła o zerowej albo prawie zerowej zawartości tlenków metali alkalicznych typu Na2O, zwłaszcza z punktu widzenia zastosowania do szkła ognioodpornego albo do podłoży stosowanych w przemyśle elektronicznym.

Sposobem według wynalazku można wytwarzać również i inne szkła, a zwłaszcza szkła o niskiej zawartości MgO typu szkieł znanych z europejskiego opisu patentowego nr EP-688741 i zgłoszenia patentowego nr WO 96/00194.

Pierwszy sposób realizacji wynalazku jest więc przedstawiony na fig. 1, na której kanał 1 umożliwia jednoczesne wprowadzanie części materiałów ulegających zeszkleniu do komory topienia 2 przez sklepienie 3 oraz odprowadzanie gazów spalinowych. Te gazy spalinowe ogrzewają wstępnie te materiały ulegające zeszkleniu, przez co odzyskuje się ich energię cieplną. Surowce podatne na takie wprowadzanie powyżej kąpieli szklarskiej 7 zawierają zwłaszcza krzemionkę, są zdolne do wstępnego ogrzania się bez połączenia się z masą. Resztę surowców wtryskuje się co najmniej w jednym punkcie wtryskiwania 1' znajdującym się pod poziomem kąpieli szklarskiej 1, zwłaszcza przez otwór zasilany ślimakiem. Przedstawiono tu tylko jeden punkt wtryskiwania 1', a oprócz tego punkt umieszczony raczej względnie wysoko w stosunku do ogólnej całkowitej wysokości kąpieli szklarskiej B, na około 2/3 tej wysokości i na czołowej ścianie komory topnienia 2.

PL 194 008 B1

W rzeczywistości można przewidzieć więcej punktów wtrysku w ścianach (ściany czołowe i ściany boczne) na tej samej albo nie na tej samej wysokości, zwłaszcza albo w połowie górnej albo w połowie dolnej tej wysokości B, na przykład pomiędzy 1/3 i 2/3 tej wysokości B. Faktycznie takie wtryskiwanie bezpośrednio do kąpieli szklarskiej 7 umożliwia znaczne zmniejszenie stopnia unoszenia się (emisji stałych pyłów) nad kąpielą szklarską 7. Poza tym zgodnie ze swoją konfiguracją umożliwia ono kierowanie materiałów tam, gdzie mieszanie konwekcyjne jest najbardziej intensywne i uwzględniając fakt, że te materiały pozostają co najmniej w minimalnym przeciągu czasu w komorze topienia 2 przed przejściem do strefy klarowania.

Trzon 4 komory topienia 2 jest wyposażony w rzędy palników 5, które przechodzą przez niego i wchodzą do komory topienia 2 na niższej wysokości. Palniki 5 są wyposażone korzystnie w nie pokazane środki chłodzenia typu skrzyni wodnej. Palniki 5 wytwarzają w czasie działania obszary spalania w strefach 6, wytwarzając w swoim sąsiedztwie prądy konwekcyjne wewnątrz materiału ulegającego zeszkleniu w czasie upłynniania. Takie mieszanie konwekcyjne powoduje tworzenie się piany, która przekazuje energię cieplną do całości kąpieli szklarskie 7. Topienie dokonuje się korzystnie w temperaturze około 1350°C, na przykład w przypadku szkła standardowego z rodziny szkieł krzemowo-sodowo-wapniowych.

Ściany komory topienia 2, które stykają się z kąpielą szklarską 7, są tu wykonane z materiałów ogniotrwałych chłodzonych, a po stronie zewnętrznej przez układ chłodzenia typu skrzyni wodnej (nie pokazanej). Jeden z wariantów polega na tym, że ten układ chłodzenia ze ścianami metalowymi znajduje się naprzeciw materiałów ognioodpornych, lecz po stronie wewnętrznej, i styka się zatem ze stopionym szkłem. Te dwa warianty umożliwiają spowolnienie zużywania się materiałów ognioodpornych chłodząc powierzchniowo szkło w pobliżu ścian z materiałów ognioodpornych.

Działanie palników 5 dostosowano do topienia imersyjnego w sposób przedstawiony bardzo schematycznie na fig. 5. Figura 5a przedstawia palnik 5 w przekroju podłużnym, natomiast fig. 5b przedstawia palnik 5 w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie AA' wskazanej na fig. 5a palnika. Palnik 5 jest wyposażony w układ chłodzenia 50 typu skrzyni wodnej i centralny przewód 51, wokół którego jest rozmieszczona koncentrycznie pewna liczba przewodów 52, przy czym wszystkie te przewody kończą się na wylocie 53 palnika 5.

W czasie normalnego działania (działanie [a]), centralny przewód 51 jest zasilany w paliwo gazowe typu gazu ziemnego (albo inny gaz palny albo mazut), natomiast przewody 52 są zasilane w substancję podtrzymującą spalanie, w tym przypadku na w przykład tlen, przy czym oddziaływanie CH4/O2 wytwarza obszar spalania w kąpieli szklarskiej.

W czasie działania bezpieczeństwa (działanie [b]), to jest, gdy przewiduje się zatrzymanie spalania na poziomie palników 5 bez ryzyka całkowitego ich zalania szkłem, wstrzykuje się centralnym przewodem 51 i ewentualnie przewodami 52 azot.

W czasie działania mającego na celu umożliwienie wymiany palnika na inny palnik (działanie [c]), wtryskuje się wodę centralnym przewodem 51, która odparowuje natychmiast w samym palniku 5 albo przy wylocie 53 palnika 5, przy czym para wytwarza nad palnikiem 5 rodzaj kopuły z oziębionego szkła. Wtedy zatrzymuje się działanie palnika 5 i istnieje dostatecznie dużo czasu dla dokonania jego wymiany, zanim nie zapadnie się „kopuła”. Wstrzyknięta woda jest przynajmniej częściowo przyjmowana do palnika przewodami 52 (w tym sposobie działania można również odwrócić role przewodów 51 i 52). Można także zamiast wody stosować każdy inny płyn chłodzący zdolny do powodowania krzepnięcia w ten sposób szkła.

Przedmiotem wynalazku jest palnik 5 i jego różne opisane wyżej sposoby działania, niezależnie od całej operacji topienia i klarowania stosowanej w tej instalacji szklarskiej.

Stopione spienione szkło pochodzące z topienia za pomocą palników imersyjnych ściąga się następnie w dolnej części przez kanał 8 wyposażony w środek do regulacji strat ładunku typu stempla (nie pokazanego). W ten sposób kontroluje się stratę ładunku spienionego szkła wchodzącego do statycznego przedziału klarowania 9. Ten przedział klarowania 9 zawiera ściany boczne 10, ścianę denną 11 na tej samej wysokości, co i dno komory topienia 2 oraz ścianę górną 12 wyznaczającą objętość wewnętrzną w postaci prawie równoległoboku. Przewiduje się również ścianę działową 13 przymocowaną do ściany dennej 11, lecz pozostawiającą przejście w części górnej. Taki zespół wyznacza także kanał 14 nadający szkłu tor wznoszący się, a następnie kanał 15 nadający szkłu tor opadający. W części najwyższej 16 wytwarza się poziom szkła H.

Sklarowane szkło ściąga się następnie kanałem 17, który zasila przedział 18 i prowadzi szkło w kierunku instalacji formowania typu flotowego (nie pokazanego).

PL 194 008 B1

W przedziale klarowania 9 do strefy kanału 14 wprowadza się zmniejszone ciśnienie, na przykład 0,3 atmosfery. Spienione szkło, pochodzące z kanału 8 podnosi się wtedy w tym kanale, przy czym ewentualne niestopione części resztkowe są progresywnie „trawione”, a pęcherzyki zwiększają swoją wielkość w miarę, jak unoszą się w kanale. Stopień rozszerzalności piany pozostaje jednak bardzo miarkowany dzięki temu, że piana pochodząca z komory topienia 3 ma bardzo niską zawartość resztkowych siarczanów. W strefie części najwyższej 16 pęcherzyki rozpadają się na powierzchni H, piana szybko znika, a szkło na ogół już sklarowane spływa ponownie wzdłuż kanału 15. Jeżeli jest to konieczne, to można przewidywać w tej strefie części najwyższej 16 pomocnicze środki grzejne typu konwencjonalnych palników albo opory elektryczne przyczepione do ściany 12 oraz ewentualnie środki mechaniczne (nie pokazane), przeznaczone do ułatwienia pękania pęcherzyków, typu zapory.

Aby zapewnić rząd wielkości można przewidzieć, że wysokość h przedziału klarowania 9 jest rzędu kilku metrów, na przykład 3 metrów dla wybranego zmniejszonego ciśnienia 0,3 atmosfery.

Na fig. 2 i 3 przedstawiono drugi sposób realizacji. Komora topienia 2 ma na ogół tę samą koncepcję, jak komora przedstawiona na fig. 1. Jedyna różnica polega na sposobie, w jaki zabezpiecza się ściany komory topienia 2 z materiałów ognioodpornych. W tym przypadku zanurzono w kąpieli szklarskiej 7 podkład z metalu ognioodpornego utworzony z cienkiej płyty 40 molibdenowej przyjmujący kształt wnęki komory topienia 2 i utrzymywany w pewnej odległości jednego do kilku milimetrów od ścian ognioodpornych za pomocą odpowiednich podkładek, które są zawieszone w kąpieli szklarskiej 7 przez ściany z materiałów ognioodpornych znajdujące się nad kąpielą albo przez sklepienie.

Ta płyta 40 jest perforowana przede wszystkim w swojej strefie poziomej dublując trzon 4 pieca w celu umoż liwienia przepuszczenia palników 5, jak również we wszystkich innych ścianach, z jednorodnym rozłożeniem w otworach, przy czym ta perforacja nie przeszkadza stykowi materiały ognioodporne/stopione szkło, a przeciwnie przerywa ona mechanicznie ruchy konwekcyjne szkła w pobliżu materiałów ogniotrwałych i spowalnia w ten sposób ich zużywanie się. Otwory 41 ścian podwójnych, z wyją tkiem tych, które podwajają trzon pieca, są korzystnie cylindryczne i o zmiennych wymiarach, natomiast otwory ściany bocznej trzonu powinny zawierać co najmniej otwory 42 o wielkości wystarczającej dla umożliwienia przejścia palników 5. Ściana podwójna powinna być także szeroko perforowana 43 w swojej ścianie dublującej ścianę poprzeczną przed komorą, aby szkło mogło być odprowadzane przez kanał 20a. To samo dotyczy strefy 1' wprowadzania surowców. Istnieje koniecznie komplementarność w otworach poprowadzonych w ścianach z materiałów ognioodpornych i ścianie podwójnej z molibdenu.

Takie wyłożenie ściany z Mo (znane pod określeniem anglosaskim „wykładzina Mo”) samo stanowi wynalazek, zwłaszcza odpowiedni w połączeniu z komorą topienia za pomocą palników imersyjnych, niezależnie od sposobu, w jaki prowadzi się ewentualne późniejsze klarowanie (to samo dotyczy zewnętrznego chłodzenia bocznego albo po stronie szkła materiałów ogniotrwałych, przedstawionego na poprzedniej figurze).

Druga różnica w porównaniu z fig. 1 polega na sposobie, w jaki szkło jest ściągane z komory topienia. W przypadku fig. 2 szkło ściąga się trochę „wyżej” przewodem doprowadzającym 20 składającym się z pierwszej części poziomej 20(a), drugiej części pionowej 20(b) i trzeciej części poziomej 20(c) kończącej się w urządzeniu wirówkowym 21. Celem umożliwienia podnoszenia szkła w kanale i zasilania w ten sposób wirówki konieczne jest umieszczenie przynajmniej części drugiej części pionowej 20(b) kanału pod umiarkowanie zmniejszonym ciśnieniem, na przykład pod ciśnieniem 0,5 atmosfery. Inny wariant polega na tym, aby topione szkło ściągać z komory topienia w części górnej, na przykład za pomocą przewężenia, jak jest to dobrze znane z dziedzinie szklarstwa.

Figura 3 koncentruje się na strefie trzeciej części poziomej 20(c) przewodu doprowadzającego topione szkło spienione ściągnięte z komory topienia 2, który zasila w szkło korpus wirówki 21. Wirówka ma część górną 22 zawartą pomiędzy elementem 23 i płytą metalową 24 oraz część dolną 30 znajdującą się pod płytą metalową 24. Element 23 jest wklęsły i stanowi cylinder wyposażony w światła umożliwiające regulowanie wydajności i straty ładunku szkła wchodzącego do wirówki 21. Szkło wnika także do części górnej 22, w której ustala się częściowe podciśnienie, na przykład 0,1 bara, albo ciśnienie atmosferyczne. Nasuwa się pytanie odnośnie połączenia pomiędzy częścią statyczną przewodu odprowadzającego 20 i wprawianą w ruch obrotowy częścią korpusu wirówki 21.

Pierwsze rozwiązanie polega na przystosowaniu połączenia „dynamicznego”. Szkło spienione wychodzące z części wklęsłej stanowiącej element 23 ma skłonność pod działaniem siły odśrodkowej do „podnoszenia się” do strefy 26 i do wychodzenia samorzutnie przez pozostawioną wolną przestrzeń na poziomie połączenia 25. W ten sposób samo szkło, które jest wyrzucane w sposób ciągły,

PL 194 008 B1 zapewnia szczelność. Można przewidzieć ograniczenie, regulację wydajności wyrzucanego szkła modulując przestrzeń pomiędzy zespołem ruchomym stanowiącym część wirówki 21 i zespołem stałym stanowiącym przewód odprowadzający 20.

Inne rozwiązanie polega na umieszczeniu w połączeniu 25 uszczelki, tak zwanej uszczelki obrotowej, o odpowiednim składzie, przy czym może chodzić tu normalnie o uszczelkę obrotową z ciekłym pierścieniem, stosując ciecz o bardzo niskiej prężności pary, typu oleju silikonowego, i którego zasada działania jest taka sama jak zasada pomp próżniowych o pierścieniu cieczowym.

Pierścień cieczy wiruje drogą rotacji i wprowadza się pod ciśnienie przeciwstawiające się podciśnieniu istniejącemu wewnątrz wirówki.

Szkło przepływa na koniec przez otwory w płycie 24 do strefy elementu 23 wyposażonej w przewód powietrzny 27. Ta płyta 24, a przynajmniej części całkowicie zanurzone w szkle, może być wykonana korzystnie z molibdenu. Wypełnienie zewnętrzne ścian wewnętrznych korpusu wirówki 21 może być wykonane z elementów ognioodpornych 32 topionych elektrycznie zawierających izolację termiczną 31 wprowadzoną w taki sposób, że nie może być ona ściskana siłą odśrodkową. Przewiduje się również rowek 28 (żłobek) obiegający ścianę wewnętrzną części dolnej 30 (albo nieciągły), który umożliwia wychwycenie wszystkich części stałych o gęstości większej niż gęstość szkła, typu inkluzji ognioodpornych. Faktycznie przepływ od dołu do góry szkła w wirówce dokonuje się w sposób następujący: płyta 24 dzieli wirówkę 21 na dwie części, umożliwia wirowanie szkła w cienkiej warstwie zmniejszając wysokość aparatu w stosunku do wysokości, która byłaby konieczna bez niej i bez stosowania zmniejszonego ciśnienia. Jednym z warunków prawidłowego krążenia szkła od dołu do góry jest aby ciśnienie szkła odpowiadającego odległości pomiędzy wierzchołkami dwóch parabol było wyższe niż suma strat ładunku rozpiętości pomiędzy zmniejszonym ciśnieniem części górnej 22 i otaczającym ciśnieniem elementu 23, co jest do spełnienia. Szkło płynące poprzez płytę 24 umieszcza się w cienkiej warstwie na ścianach wewnętrznych części dolnej 30, części stałe o większej gęstości niż szkło są wtedy rzucane na ściany i wychwytywane w rowkach 28, skąd nie mogą już ponownie wyjść. I odwrotnie, pęcherzyki powiększają się i pod działaniem siły dośrodkowej rozrywają się w kierunku wnętrza korpusu wirówki 21. Wreszcie przez kanał, którego głowica ma w przybliżeniu kształt leja 29, ściąga się sklarowane szkło w najniższej części dolnej 30. W standardowych warunkach działania nie jest konieczne przewidywanie środków do ponownego ogrzewania szkła, prędkość obracania się może być rzędu 700 obrotów na minutę, a wysokość h wirówki na przykład od 1 do 3 metrów.

Na fig. 4 przedstawiono w sposób bardzo uproszczony możliwy wariant klaryfikatora według fig. 2 i 3, skupiony na strefie połączenia pomiędzy częścią poziomą 20c przewodu doprowadzającego 20 pod ciśnieniem atmosferycznym i korpusem wirówki 21 pod ciśnieniem zmniejszonym. Widać tam tłok 61 zdolny do regulacji strat ładunku i wydajności wejściowej szkła klarowanego w wirówce 21. W otwór przepływowy 62 kanału 20c w kierunku wirówki wstawiono kratę 63 z molibdenu, regularnie perforowaną korzystnie cylindrycznymi otworami, która pełni rolę dyszy zasilającej wirówkę 21 i która dzieli strumień szkła na wejściu na wiele drobnych strumieni szkła, przedstawionych schematycznie i oznaczonych odnośnikiem 64 i o średnicy na przykład od około 1 do kilku milimetrów. Ta krata 63 pełni w ten sposób funkcję dzielnika strumienia, przy czym pęcherzyki zawarte w każdym strumyku 64 są eliminowane szybciej niż gdyby były one zawarte w strumieniu szkła o przekroju o wiele większym. Połączenie tych małych strumieni 64 z zastosowaniem zmniejszonego ciśnienia umożliwia powodowanie nadzwyczaj szybkiego pękania pęcherzyków w szkle. Drobne strumienie 64, których pęcherzyki zostały wyeliminowane, odnajdują się na dole wirówki 21 w postaci kropelek, które ulegają koalescencji na jej ścianach wewnętrznych na skutek siły odśrodkowej.

Stosowanie takiego dzielnika strumienia jest także interesujące w przypadku, gdy klarowanie prowadzi się w klarowniku statycznym, takim jak klarownik przedstawiony na fig. 1.

Zarówno w jednym, jak i w drugim przypadku (klarownik statyczny albo wirówka) widać, że można zmniejszyć w sposób spektakularny wielkość urządzeń do topienia/klarowania będących aktualnie w dyspozycji. Należy poza tym nadmienić, że jest korzystne, aby próżnia częściowa, zarówno w przypadku klaryfikatora statycznego, jak i klaryfikatora odśrodkowego, była próżnią azotową ułatwiającą pękanie pęcherzyków, a co najmniej ulegających uszkodzeniu w przypadku elementów metalowych, takich jak płyta 24 klarownika odśrodkowego. Interesujące jest również dodawanie do materiałów ulegających zeszkleniu środków pomocniczych przy klarowaniu, których rola została opisana wyżej, a zwłaszcza koksu o niskiej ziarnistości, siarczanów, azotanów, fluoru albo chloru.

PL 194 008 B1

Należy zresztą nadmienić, że molibden stosowany ewentualnie w komorze topienia i ewentualnie w przedziale klarowania, może być zastąpiony platyną.

Warto podkreślić, że nawet jeżeli połączenie topienia za pomocą palników imersyjnych z klarowaniem z 46 zastosowaniem ciśnienia cząstkowego jest nadzwyczaj korzystne, to wynalazek dotyczy także obydwu tych aspektów wziętych oddzielnie. Można w ten sposób stosować korzystnie sposób topienia za pomocą palników imersyjnych ze standardowym klarowaniem, i odwrotnie, stosować klarowanie pod zmniejszonym ciśnieniem po stopieniu za pomocą konwencjonalnych środków grzejnych, wciąż pozostając w ramach wynalazku, nawet jeżeli nie uzyskuje się już więcej podkreślonej wyżej synergii tych dwóch operacji.

Należy również nadmienić, że można stosować korzystnie sposób topienia za pomocą palników imersyjnych nie uciekając się już więcej do klarowania w zwykłym sensie tego określenia. Tak może być w przypadku dziedziny przędzenia włókien, gdzie można brać pod uwagę zasilanie maszyny przędzalniczej drogą wirowania wewnętrznego bezpośrednio w spienionym szkle uzyskanym przez stopienie za pomocą palników imersyjnych, przy czym wirowanie narzucone tą techniką przędzenia powoduje faktycznie klarowanie szkła. Można rozważać także bezpośrednie traktowanie spienionego szkła pochodzącego z topienia z punktu widzenia szkła piankowego stosowanego jako materiał izolacyjny na przykład w budownictwie.

Ten sposób topienia można stosować także do zawracania wyrobów kompozytowych szkło/metal, jak wspomniano wyżej, albo do wytwarzania szkła użytkowego, albo do wytwarzania stłuczki do zasilania tradycyjnego pieca szklarskiego (zgodnie zwłaszcza z proporcją tych wyrobów kompozytowych w stosunku do reszty bardziej tradycyjnych materiałów ulegających zeszkleniu).

Claims (31)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób topienia i klarowania materiał ów ulegają cych zeszkleniu, znamienny tym, ż e całą albo część energii cieplnej koniecznej do topienia materiałów ulegających zeszkleniu doprowadza się drogą spalania paliwa (paliw) z co najmniej jedną gazową substancją podtrzymującą spalanie, przy czym paliwo (paliwa)/gaz albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się pod poziom masy materiałów ulegających zeszkleniu (7), oraz że klarowanie materiałów ulegających zeszkleniu po topieniu obejmuje co najmniej jeden etap wprowadzania ciśnienia niższego niż ciśnienie atmosferyczne.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że substancja podtrzymująca spalanie jest substancją na bazie powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo tlenu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że paliwo jest wę glowodorem typu mazutu albo gazu ziemnego i ewentualnie jest paliwem na bazie wodoru.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że materiały ulegające zeszkleniu obejmują surowce i ewentualnie elementy palne, a zwłaszcza materiały kompozytowe szkło/tworzywo sztuczne, szkło/metal, materiały organiczne i węgiel.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że topienie materiałów ulegających zeszkleniu odbywa się co najmniej w jednej komorze topienia (2), którą wyposaża się w palniki (5) przechodzące przez jej ściany boczne i ewentualnie przechodzące przez trzon (4) i ewentualnie zawieszone na sklepieniu (3) albo na konstrukcjach górnych w taki sposób, że ich obszary spalania (6) albo gazy spalinowe wytwarzają się w masie materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia (7).
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że reguluje się wysokość masy materiałów ulegających zeszkleniu (7) w komorze topienia (2) oraz wysokość, na której tworzą się obszary spalania (6) /gazy pochodzące ze spalania w tym celu, aby obszary spalania/gazy spalinowe pozostały w masie materiałów ulegających zeszkleniu.
7. 7. Sposób wedł ug zastrz. 1 albo 2, albo 6, znamienny tym, ż e topienie jest poprzedzone etapem wstępnego ogrzewania materiałów ulegających zeszkleniu do temperatury co najwyżej 900°C.
8. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się na topionych materiałach ulegających zeszkleniu, typu szkła w stanie spienionym, korzystnie o masie właściwej od około 0,5 do 2 g/cm³, a zwłaszcza od 1 do 2 g/cm³.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, ż e klarowanie prowadzi się na topionych materiałach ulegających zeszkleniu typu szkła w stanie spienionym, mającego zawartość siarczanów co

   PL 194 008 B1 najwyżej 600 ppm wagowo w postaci SO3 i ewentualnie większość pęcherzyków o średnicy co najmniej 200 μm.
10. 10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że materiały ulegające zeszkleniu zawierają dodatki wspomagające klarowanie, a zwłaszcza dodatki redukujące typu koksu, korzystnie o średniej ziarnistości poniżej 200 μm, siarczany albo dodatki na bazie fluoru albo chloru typu halogenków albo azotanów typu NaNO3.
11. 11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że wszystkie albo część materiałów ulegających zeszkleniu wprowadza się w czasie topienia do komory topienia (2) poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem w atmosferze powietrza, powietrza wzbogaconego w gaz obojętny typu azotu albo na bazie gazu obojętnego typu azotu.
13. 13. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że ciśnienie mniejsze od ciśnienia atmosferycznego, w którym prowadzi się przynajmniej część klarowania, jest mniejsze albo równe 0,5 atmosfery, a zwłaszcza jest rzędu od 0,3 do 0,01 atmosfery.
14. 14. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że topienie i ewentualnie klarowanie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej od 1380 do 1350°C.
15. 15. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym statycznym przedziale (9), usytuowanym za komorą topienia (2), którego przynajmniej jedna strefa (14) znajduje się pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.
16. 16. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 6, albo 9, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym przedziale (2), usytuowanym za komorą topienia (2) i nadającym się do obracania w celu zapewnienia klarowanie drogą wirowania, przy czym co najmniej jedna strefa (22) wymienionego przedziału, a zwłaszcza strefa najbliższa komory topienia, znajduje się pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.
17. 17. Sposób topienia materiałów ulegających zeszkleniu, znamienny tym, że część energii cieplnej koniecznej do stopienia wymienionych materiałów ulegających zeszkleniu doprowadza się drogą spalania paliwa (paliw) z co najmniej jedną substancją podtrzymującą spalanie, przy czym paliwo (paliwa)/gazy albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu (7).
18. 18. Urządzenie do topienia i klarowania materiałów ulegających zeszkleniu, znamienne tym, że składa się z co najmniej jednej komory topienia (2) wyposażonej w palniki (5) zasilane w paliwo (paliwa) i substancję (substancje) podtrzymującą spalanie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki są rozmieszczone w taki sposób, że wstrzykują paliwa/gazy albo gazy pochodzące z ich spalania poniżej poziomu masy (7) materiałów ulegających zeszkleniu, wprowadzonych do komory topienia oraz co najmniej jednego przedziału klarowania (9, 21) za komorą topienia (2), zawierającego co najmniej jedną strefę pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne.
19. 19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że komora topienia (2) jest wyposażona w co najmniej jeden środek do wprowadzania materiałów ulegających zeszkleniu poniżej poziomu masy materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia, a zwłaszcza w co najmniej dwa środki, korzystnie w postaci otworu (otworów) związanego ze środkiem doprowadzającym typu ślimaka.
20. 20. Urządzenie według zastrz. 18 albo 19, znamienne tym, że ściany komory topienia (2), a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów ulegających zeszkleniu w czasie topienia, są wykonane z materiałów ogniotrwałych połączonych z układem chłodzącym za pomocą cieczy typu wody.
21. 21. Urządzenie według zastrz. 18 albo 19, znamienne tym, że ściany komory topienia (2), a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów ulegających zeszkleniu, są wykonane z materiałów ognioodpornych wyłożonych okładziną metalową typu molibdenu.
22. 22. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że okładzina jest utrzymywana w pewnej odległości od ścianek wykonanych z materiałów ognioodpornych.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 21 albo 22, znamienne tym, że okładzina stanowi powierzchnię styku z topionymi materiałami, która jest ciągła albo z wywierconymi otworami.
24. 24. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że przedział klarowania (9) jest statyczny pod względem wysokości, oraz że zawiera prawie pionową wewnętrzną ścianę działową (13) wyznaczającą wraz ze ścianami wymienionego przedziału co najmniej dwa kanały, z których kolejno pierw18

    PL 194 008 B1 szy kanał (14) nadaje topionym materiałom ulegającym zeszkleniu tor wznoszący się, a drugi kanał (15) nadaje tym topionym materiałom ulegającym zeszkleniu tor opadający.
25. 25. Urządzenie według zastrz. 24, znamienne tym, że jest wyposażone na wejściu do przedziału klarowania (9, 21) w środek (środki) do regulacji straty ładunku topionych materiałów ulegających zeszkleniu.
26. 26. Urządzenie według zastrz. 18 albo 24, znamienne tym, że przedział klarowania (9) jest statyczny pod względem wysokości oraz że zawiera środki do wprowadzania stopionych materiałów do klarowania w górnej części oraz środki do odprowadzania sklarowanych materiałów w części dolnej, przy czym materiały posuwają się na ogół w zasadzie po pionowym torze opadającym w kierunku tego przedziału.
27. 27. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że przedział klarowania (9) zawiera co najmniej jeden aparat (21) podatny na wprawianie w ruch obrotowy w celu prowadzenia klarowania drogą wirowania, a ściany wewnętrzne wymienionego aparatu wyznaczają prawie kształt wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.
28. 28. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że aparat ma strefę górną (22) pod ciśnieniem mniejszym niż ciśnienie atmosferyczne oraz strefę dolną (30) pod ciśnieniem otaczającym, przy czym obydwie strefy są oddzielone od siebie jednym albo więcej niż jednym środkiem mechanicznym typu płyty metalowej z przewierconym otworem (otworami) (24).
29. 29. Urządzenie według zastrz. 27 albo 28, znamienne tym, że aparat (21) jest połączony w części górnej ze źródłem zasilania topionego materiału ulegającego zeszkleniu za pomocą statycznego zespołu typu kanału przepływowego, z uszczelnieniem pomiędzy statycznym zespołem doprowadzającym i aparatem (21), typu połączenia „dynamicznego” albo połączenia obrotowego.
30. 30. Urządzenie według zastrz. 27 albo 28, znamienne tym, że aparat jest wyposażony w środek (środki) do wyłapywania cząstek stałych, zwłaszcza znajdujących się w jego strefie dolnej (23), w postaci rowków/żłobków (28) wykonanych w jego ścianach wewnę trznych.
31. 31. Urządzenie według zastrz. 27 albo 28, znamienne tym, że aparat (21) jest wyposażony w środki mechaniczne stałe albo idące w ślad za jego obracaniem się, zdolne do ścinania piany i porywania jej w kierunku dolnej strefy (23) aparatu, zwłaszcza w postaci perforowanych deflektorów, łopatek rozmieszczonych w górnej strefie (22) wymienionego aparatu.