PT1478601E - Métodos de dosagem seletiva de vidro para melhorar a eficiência de fusão e reduzir a segregação total dos componentes do lote de vidro - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

MÉTODOS DE DOSAGEM SELETIVA DE VIDRO PARA MELHORAR A EFICIÊNCIA DE FUSÃO E REDUZIR A SEGREGAÇÃO TOTAL DOS COMPONENTES DO LOTE DE VIDRO

Campo da invenção

Em geral, a presente invenção refere-se a métodos de dosagem seletiva e, mais particularmente, à combinação seletiva de constituintes específicos de uma composição do lote de vidro antes da introdução do lote na fusão, de modo a reduzir a tendência para a segregação total dos componentes do lote na fusão e melhorar a eficiência de fusão através do controlo de caminhos de reação térmica.

Antecedentes da invenção

Os processos convencionais de dosagem de vidro são ilustrados como um fluxograma na Fig. 1. Habitualmente, a dosagem de vidro típica envolve a transferência direta de materiais em bruto a partir de silos de armazenamento para uma tremonha de pesagem, a pesagem dos materiais em bruto de acordo com uma fórmula do lote de percentagem em peso (% em peso), a adição de uma quantidade especificada de pó de vidro, e a mistura do lote em bruto e do pó de vidro num misturador de grande escala. Em alguns casos, o próprio misturador funciona como uma balança verificadora final para a fórmula do lote. Os materiais do lote misturado são transferidos do misturador para uma ou mais tremonhas posicionadas de forma adjacente em relação à extremidade de um forno para vidro (fundidor) , em que o lote misturado é introduzido no tanque de fusão. Em vários panoramas industriais de produção de vidro, incluindo vidro de embalagem, fibra de vidro e instalações de fabrico de vidro 1 ΕΡ1478601Β1 float (vidro cristal plano de base), são utilizadas quase universalmente técnicas de dosagem semelhantes.

Depois de adicionar o lote misturado ao forno (fundidor), é possível que ocorram reações não controladas no fundidor em várias temperaturas, tanto entre os componentes de materiais em bruto do lote como entre os componentes de materiais em bruto do lote e a fusão interna, até ser eventualmente alcançada uma fusão substancialmente homogénea. 0 tempo necessário para uma fusão, uma homogeneização e uma afinação suficientes está relacionado com o tempo de permanência total, ou o tempo durante o qual a fusão se encontra dentro do tanque de fusão antes de assumir a forma do produto de vidro desejado. A Fig. 2 é uma ilustração esquemática que mostra os caminhos de reação que os componentes do lote de materiais em bruto seguem habitualmente quando reagem uns com os outros e com a fusão já presente no forno, e a Fig. 3 é uma ilustração esquemática que mostra os estádios de fusão não controlados de forma convencional como as fusões de lote recentemente adicionadas. Consulte igualmente, por exemplo, F. E. Woolley, "Melting/Fining", Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook, Vol. 4, ASM International, 1987, págs. 386 a 393, cuja totalidade é aqui incorporada por motivos de referência.

Isto é, assim que o lote é introduzido no forno, ocorrem diversas reações que segregam quase imediatamente o lote. Na produção de vidro float, por exemplo, o carbonato de sódio (Na2C03) , o carbonato de cálcio (CaC03) , o sulfato de sódio (Na2S04) e o quartzo (Si02) são os principais materiais em bruto geralmente mais utilizados. Quando não é adicionada água num esforço para reduzir a segregação do lote na tremonha de armazenamento, a primeira reação é normalmente a formação de um líquido eutéctico através da reação de Na2C03 e CaC03 numa temperatura de cerca de 785 2 ΕΡ1478601Β1 °C.

Conforme ilustrado na Fig. 2, Na2C03 e CaC03 reagem ao longo do Caminho de reação 1, criando um liquido eutéctico de baixa viscosidade com uma quantidade de CaC03 que não reagiu. Este liquido eutéctico de baixa viscosidade reage com CaC03 residual e quartzo ao longo do Caminho de reação 2 para obter eventualmente a composição global do vidro estipulada pela fórmula do lote. Um exemplo de uma composição de vidro float típica corresponde a aproximadamente 73,5% em peso de Si02, 12,3% em peso de CaO e 14,2% em peso de Na20.

Entre Na2C03, CaC03 e Na2S04, são observadas reações semelhantes. Neste caso, o líquido eutéctico é composto por sais fundidos com uma viscosidade muito baixa. Isto é, o líquido eutéctico circula facilmente e apresenta propriedades de fluxo semelhantes às apresentadas pela água, que tem uma viscosidade que varia entre 1 e 4 mPa-s, ou 1 e 4 centipoise. 0 líquido eutéctico reage com o quartzo para fornecer eventualmente um vidro homogéneo da composição desejada. Contudo, a formação deste liquido eutéctico pode aumentar a tendência para a segregação do lote e inverter eficazmente os esforços da mistura do lote.

Nas composições de vidro de embalagem ocorrem reações semelhantes, e no caso da produção da fibra de vidro, os boratos apresentam problemas semelhantes nos estádios iniciais da fusão. Este processo de segregação conduz à formação de domínios de grande escala, ou aglomerados, de sílica quase pura que necessitam, por isso, de tempos de permanência excessivamente longos para a dissolução na fusão de líquido circundante. Esta segregação inicial necessita assim de uma nova homogeneização no interior do tanque para vidro antes da formação.

Os sinais imediatos de "separação" podem ser observados num tanque para vidro durante o processo de fusão. As aglomerações (ajustadas na ordem dos cm 3 ΕΡ1478601Β1 relativamente ao comprimento) de materiais em bruto do lote, geralmente referidas na indústria como registos de lote, podem ser observadas em vários estados de fusão no tanque para vidro. Além disso, o fenómeno da segregação do lote de grande escala no tanque de fusão é geralmente observado no vidro acabado na forma de defeitos, tais como pedras, que são sobretudo compostas por quartzo não dissolvido; empolas, que são bolhas que não foram libertadas da fusão durante a afinação; e saliências, que são deformações óticas causadas por diferenças locais na composição. Estes defeitos são sinais imediatos de vidro de composição interrompida devido a separação do lote ou nova mistura incompleta que diminui a eficiência global do material e reduz a qualidade do produto final. As observações industriais são ainda suportadas por publicações técnicas, que também reconhecem que a segregação do lote é geralmente observada na produção comercial. Apesar do facto de a segregação do lote no tanque para vidro e dos potenciais defeitos que podem resultar dai serem reconhecidos na indústria, e apesar de uma necessidade antiga para reduzir este comportamento indesejável e melhorar a eficiência de fusão e a qualidade global, a indústria do vidro ainda não encontrou com êxito uma solução comercial viável para estas questões.

Conforme mencionado acima, a eficiência do material na produção de vidro está relacionada com a redução de perdas devido a defeitos, tais como pedras, empolas e saliências. As pedras são partículas de sílica ou aglomerados que não reagiram totalmente com a fusão. Este tipo de pedra pode ser reduzido através da redução da segregação de sílica refratária dos materiais fundentes. As empolas, que são bolhas que resultam de afinação incompleta, podem ser reduzidas através da maximização da evolução de substâncias voláteis antecipadamente no processo de fusão e através da redução de ar retido nos espaços de poros. Embora o pó de 4 ΕΡ1478601Β1 vidro de algum vidro com defeito possa ser reciclado através do processo (apesar de o vidro com pedras não poder ser reciclado), é mais eficaz reduzir o pó de vidro interno do vidro com defeito.

Na produção de vidro comercial em grande escala (p. ex., vidro float, vidro de embalagem e fibra de vidro), em que os volumes do tanque de fusão são consideravelmente maiores (acomodando volumes na ordem das toneladas de vidro fundido) , a mistura de fusão in situ é realizada por correntes de convecção no interior do tanque e pelo movimento de gases evoluídos a partir da decomposição de materiais em bruto. Embora seja necessário um pouco de mistura e afinação para remover as bolhas gasosas, os processos dispendiosos e intensivos de energia para melhorar a mistura do lote fundido também podem ser atribuídos à segregação de grande escala de materiais do lote.

Considerando que a mistura física é somente um fator menor, a eficiência do processo de fusão está, por isso, diretamente relacionada com a difusão ou as reações na interface quartzo-líquido. A dissolução do quartzo é limitada pela reação inicial do quartzo com o líquido eutéctico de baixa viscosidade. À medida que a fusão avança, o quartzo interage com um líquido que aumenta de forma constante em teor de sílica e, subsequentemente, viscosidade. Por conseguinte, são necessárias temperaturas altas no interior do tanque de fusão para garantir taxas de difusão razoáveis e uma homogeneidade razoável. Conforme mencionado acima, o tempo de permanência do material num tanque é determinado pelo tempo que os materiais do lote demoram a fundir-se completamente e que o líquido resultante demora a homogeneizar. Numa situação de produção contínua, a massa de vidro fundido no forno é mantida constante e, comercialmente, o tempo de permanência médio mínimo encontra-se na ordem das 24 horas de produção para 5 ΕΡ1478601Β1 fornos para embalagens e das 72 horas para fornos para vidro float com aproximadamente metade deste tempo dedicado à fusão, e a outra metade dedicada à afinação.

Uma tentativa para melhorar o processo de fusão do lote envolveu a redução da adição de carbonato e quartzo na forma em bruto (não misturada). As experiências foram realizadas utilizando diópsido sintético (CaO-MgO·2Si02) em vez de uma mistura de CaC03, MgC03 e quartzo. Os resultados mostraram que o tempo necessário para dissolver completamente o lote original (isto é, o tempo de dissolução do lote) foi reduzido dependendo da temperatura, e existiu igualmente uma redução no tempo de afinação. Estes melhoramentos foram atribuídos a uma redução na quantidade de quartzo que era necessário dissolver. Consulte, por exemplo, C. C. Tournour e J. S. Shelby, "Effect of Diopside and Wollastonite on the Melting of Soda-Lime-Silicate Glasses", Ceramic Engineering and Science Proceedings, editado por J. Kieffer, American Ceramic Society, 21 [1], 263 a 273 (2000).

Parte-se também convencionalmente do principio de que a fusão é impulsionada pela manutenção da viscosidade baixa. Contudo, conforme descrito acima, a produção não controlada de líquidos de baixa viscosidade durante o processo de fusão contribui para uma segregação do lote indesejável. Embora uma fusão que mantém viscosidades mais baixas possa, em geral, melhorar a dissolução do quartzo e as taxas de difusão durante a fusão, estes benefícios só podem ser alcançados depois de os componentes do lote do ponto de fusão mais elevado serem suficientemente fundidos e quaisquer aglomerados do lote reagirem totalmente na fusão. Deste modo, para melhorar a eficiência de fusão e reduzir os problemas descritos acima associados à separação e à segregação, são desejados melhoramentos substanciais relativamente ao controlo do comportamento da fusão do lote de vidro. 6 ΕΡ1478601Β1

Outro problema com a tecnologia de produção de vidro convencional encontra-se na quantidade de energia necessária para manter uma operação de fusão de vidro continua, e o impacto ambiental da utilização de combustível fóssil para fornecer esta energia. O combustível pode constituir 25 a 30% do custo de fabrico de vidro float. Obviamente, por vezes, a volatilidade dos preços do combustível pode aumentar esta proporção inesperadamente. A nível nacional, a indústria do vidro norte americana utiliza mais de 250 triliões de BTU anualmente para produzir aproximadamente 21 milhões de toneladas de produtos de vidro; aproximadamente 80% desta energia são fornecidos através de gás natural. Teoricamente, para fundir uma tonelada de vidro só devem ser necessários cerca de 2,2 milhões de BTU, mas na realidade pode variar entre 4,7 e 6,9 milhões de BTU por tonelada devido a perdas e ineficiências. Uma vez que são necessários 80% ou mais da energia global utilizada no fabrico de vidro de embalagem, fibra de vidro e vidro float para realizar as operações de fusão e afinação, seria desejável uma redução de energia no fabrico de vidro através de uma fusão mais eficiente. Por exemplo, se uma fábrica de vidro float que produz 400 toneladas/dia de vidro plano funcionar 365 dias/ano, até mesmo a fábrica alimentada a gás natural mais eficiente (4,7 milhões de BTU/t) consome aproximadamente 686 biliões de BTU/ano, ou 686 milhões de pés cúbicos de gás natural. Consulte, por exemplo, U. S. Department of Energy, Office of Industrial Technology, 1997, e "Integrated Pollution Prevention Control (IPPC)", Reference Document on Best Available Practices in the Glass Manufacturing Industry, European Commission, Institute for Prospective Technological Studies, Sevilha, 2000. A prevenção da poluição e os custos consideráveis associados à conformidade reguladora, bem como o 7 ΕΡ1478601Β1 melhoramento da energia global e da eficiência do material, são críticos para reduzir o impacto ambiental negativo do fabrico de vidro e para tornar o fabrico de vidro mais competitivo economicamente. Por exemplo, uma fábrica de vidro float típica tem de gastar uma média de 2 milhões de dólares americanos para novos sistemas de controlo ambiental e cerca de 2,5% dos custos de fabrico totais em conformidade. (Consulte, por exemplo, "Glass: A Clear Vision for a Bright Future", U. S. Department of Energy, 1996. Deste modo, uma redução em 10% da utilização de gás natural numa fábrica de vidro float típica resultaria numa poupança de aproximadamente 285.000 dólares americanos por ano em gás natural (assumindo 5 dólares/MMBtu). Além disso, as reduções nos custos de conformidade associados a tratamentos químicos e implementações operacionais adicionais com o objetivo de reduzir as emissões poluentes das reações de combustão também podem ser realizadas em conjunto com uma redução na quantidade de combustível consumido.

Os poluentes atmosféricos emitidos da indústria de vidro incluem: 1) Óxidos de azoto (NOx) 2) Óxidos de enxofre (SOx) 3) Monóxido de carbono (CO) 4) Dióxido de carbono (C02)

Os combustíveis fósseis utilizados para a combustão são tipicamente as fontes de NOx e algum COx. A decomposição de materiais em bruto de carbonato e sulfato contribui para emissões de COx e SOx, respetivamente. Contudo, a redução do tempo de permanência reduz a quantidade de combustível queimado por unidade de vidro produzida e melhora a eficiência da energia, o que também mantém as quantidades reduzidas de emissões, tais como NOx e CO e C02 derivados de combustível, por unidade de vidro produzido. 8 ΕΡ1478601Β1 Ο tempo de permanência está relacionado com o tempo necessário para fundir totalmente todos os componentes do lote, e é particularmente dependente da quantidade de componentes do lote do ponto de fusão elevado (p. ex., sílica) na fórmula do lote. Embora fosse desejável eliminar quartzo livre como um aditivo de material em bruto devido à respetiva reatividade lenta e ao ponto de fusão elevado, o quartzo continua a ser uma fonte abundante e económica de sílica, que é um componente principal de muitos sistemas de vidro comerciais. Por consequinte, seria mais desejável reduzir a quantidade de quartzo livre adicionada através da obtenção de uma porção da sílica a partir das misturas binárias ou ternárias combinadas seletivamente que são submetidas a peletização em conjunto, que reagem ou são fundidas previamente antes da dosagem e que são introduzidas na fusão interna, outrora desconhecida na indústria do vidro.

Deste modo, seria desejável fornecer um método para controlar o comportamento da fusão (isto é, os caminhos de reação) dos componentes do lote de vidro numa fusão interna para melhorar a eficiência da fusão, de modo a que a eficiência de fusão melhorada permita uma diminuição na utilização de energia, reduza a necessidade de agentes de afinação químicos que contribuem para os poluentes atmosféricos e os custos de materiais em bruto, diminua a poluição enquanto produz, em última análise, produtos de vidro de custo mais baixo e de qualidade mais elevada, e reduza a ocorrência de segregação e separação do lote nos estádios de fusão iniciais.

Sumário da invenção

Um objeto da presente invenção é superar as desvantagens associadas aos métodos de fusão e dosagem de vidro convencionais. Particularmente, um objeto da presente 9 ΕΡ1478601Β1 invenção é fornecer um método para combinar previamente de forma seletiva determinados componentes de uma fórmula do lote de vidro antes da introdução da composição global do lote num forno-tanque de fusão para controlar as reações de fusão (isto é, caminhos de reação) no interior do tanque para melhorar a eficiência de fusão.

Em conjunto com uma eficiência de fusão melhorada, é igualmente um objeto da presente invenção facilitar uma menor utilização de energia, reduzir a necessidade de agentes de afinação químicos que contribuem para os poluentes atmosféricos e os custos de materiais em bruto, diminuir a poluição e, em última análise, produzir produtos de vidro de custo mais baixo e de qualidade mais elevada, e reduzir a segregação total dos constituintes do lote de materiais em bruto durante a fusão.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, é fornecido um método de controlo dos caminhos de reação de componentes do lote de vidro adicionados a uma fusão de vidro existente num fundidor de vidro. A fusão de vidro tem uma viscosidade de fusão (gm) numa temperatura de fusão interna (Tm) , medida numa escala de temperatura absoluta (isto é, Kelvin). O método inclui as etapas de fornecimento de uma diversidade de componentes do lote de materiais em bruto em quantidades de acordo com uma fórmula do lote, em que os diversos componentes do lote de materiais em bruto incluem, pelo menos, um material formador de vidro e, pelo menos, um material modificador (fundente). Uma primeira porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto é combinada seletivamente para fornecer um primeiro material de combinação com uma temperatura de fusão que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade na temperatura de fusão igual ou superior à viscosidade de fusão r|m/100. Uma segunda porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto é igualmente 10 ΕΡ1478601Β1 combinada seletivamente para fornecer um segundo material de combinação com uma temperatura de reação que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna, de modo a que o segundo material de combinação seja capaz de formar um composto intermediário através de uma reação de estado sólido antes de reagir com a fusão de vidro. 0 primeiro material de combinação, o segundo material de combinação e qualquer porção restante da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto são misturados uns com os outros para formar uma mistura do lote, e a mistura do lote é introduzida no fundidor de vidro. O primeiro material de combinação pode ser fornecido em várias formas. Por exemplo, de acordo com um aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação pode ser fornecido como uma diversidade de membros de reação distinta formados através da peletização do primeiro material de combinação antes da etapa de introdução, em que o membro de reação tem uma composição baseada no primeiro material de combinação. Em alternativa, o primeiro material de combinação pode ser fornecido como um material que reagiu previamente formado através da reação prévia do primeiro material de combinação a uma temperatura próxima de uma temperatura de reação especifica do primeiro material de combinação, do arrefecimento do primeiro material de combinação que reagiu previamente, e da trituração do primeiro material de combinação que reagiu previamente para formar uma diversidade de partículas que reagiram previamente antes da etapa de introdução. Neste caso, cada uma das diversas partículas que reagiram previamente tem uma composição baseada no primeiro material de combinação. De acordo com mais outra alternativa, o primeiro material de combinação pode ser fornecido como uma frita formada através do aquecimento do primeiro material de combinação até uma temperatura próxima de uma temperatura de fusão do primeiro 11 ΕΡ1478601Β1 material de combinação, da fusão do primeiro material de combinação e da têmpera do primeiro material de combinação para formar a frita antes da etapa de introdução. Neste caso, tal como com os membros de reação distinta e as partículas que reagiram previamente, a frita tem uma composição de acordo com o primeiro material de combinação.

Igualmente, o segundo material de combinação pode ser fornecido de várias formas. Por exemplo, de acordo com outro aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o segundo material de combinação pode ser fornecido como uma diversidade de membros de reação distinta formados através da peletização do segundo material de combinação antes da etapa de introdução, em que o membro de reação tem uma composição baseada no segundo material de combinação. Em alternativa, o segundo material de combinação pode ser fornecido como um material que reagiu previamente formado através da reação prévia do segundo material de combinação até uma temperatura próxima de uma temperatura de reação específica do segundo material de combinação, do arrefecimento do segundo material de combinação que reagiu previamente, e da trituração do segundo material de combinação que reagiu previamente para formar uma diversidade de partículas que reagiram previamente antes da etapa de introdução. Neste caso, cada uma das diversas partículas que reagiram previamente tem uma composição baseada no segundo material de combinação. De acordo com mais outra alternativa, o segundo material de combinação pode ser fornecido como uma frita formada através do aquecimento do segundo material de combinação até uma temperatura próxima de uma temperatura de fusão do segundo material de combinação, da fusão do segundo material de combinação e da têmpera do segundo material de combinação para formar a frita antes da etapa de introdução. Neste caso, tal como com os membros de reação distinta e as partículas que reagiram previamente, a frita 12 ΕΡ1478601Β1 tem uma composição de acordo com o segundo material de combinação. A diversidade de componentes do lote de materiais em bruto da presente invenção também pode incluir um material intermediário além do, pelo menos um, material formador de vidro e do, pelo menos um, material modificador. Convém referir que, uma vez que a presente invenção pode aplicar-se igualmente bem a qualquer tipo de fabrico de vidro, a composição exata dos materiais de combinação irá variar de acordo com a fórmula do lote utilizada no campo especifico da produção do vidro. Por exemplo, as composições de vidro float de silicato sodo-cálcico típicas não incluem um material intermediário, tal como alumina ou dióxido de zircónio, e incluem em vez disso uma diversidade de modificadores, tais como sódio e cálcio, em várias formas de carbonato e óxido, dependendo dos materiais em bruto dos quais derivam.

Relativamente a composições de vidro que incluem um material intermediário, o primeiro material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção do material intermediário e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais modificadores, e o segundo material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais modificadores. Além disso, o segundo material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção do material intermediário e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais modificadores, e o primeiro material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais modificadores. Os subsistemas ternários criados pelos métodos de dosagem seletiva de acordo com a presente invenção, em vez dos sistemas binários, são particularmente aplicáveis quando se trata de 13 ΕΡ1478601Β1 vidros que contêm níveis significativos de alumina.

Embora a composição exata dos materiais da combinação possa variar de acordo com a aplicação específica, as combinações gerais dos componentes do lote de materiais em bruto de acordo com a presente invenção permanecem constantes. Isto é, o primeiro material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais modificadores, e o segundo material de combinação pode incluir, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de outro dos materiais modificadores. 0 termo "material formador de vidro" ou formador de vidro refere-se a materiais que têm uma forma de óxido Mx0y (em que x = 1 ou 2; y = 1 a 5) e uma única resistência de ligação 0-M na ordem das 80 a 120 kcal. 0 material formador de vidro pode ser incluído como um material em bruto de componentes do lote na respetiva forma de óxido, ou pode ser o produto de reações de decomposição calculadas de outros materiais em bruto de componentes do lote, tais como carbonatos, hidróxidos, cloretos, nitratos, sulfuretos ou minerais industriais de múltiplos componentes. Os formadores de vidro de acordo com a presente invenção podem incluir, por exemplo, formas de óxido de Be, Ge, Si, P e B. O termo "material intermediário" ou intermediário refere-se a materiais que têm uma forma de óxido MxOy e uma única resistência de ligação 0-M na ordem das 60 a 75 kcal. O material intermediário pode ser incluído como um material em bruto de componentes do lote na respetiva forma de óxido, ou pode ser o produto de reações de decomposição calculadas de outros materiais em bruto de componentes do lote, tais como carbonatos, hidróxidos, cloretos, nitratos, sulfuretos ou minerais industriais de múltiplos componentes. Os intermediários de acordo com a presente 14 ΕΡ1478601Β1 invenção podem incluir, por exemplo, formas de óxido de Mn, Mg, Zr, Be, Fe, AI e Ti. 0 termo "material modificador" refere-se a materiais que têm uma forma de óxido MxOy e uma única resistência de ligação 0-M na ordem das 10 a 60 kcal, e que funcionam substancialmente como materiais fundentes durante reações térmicas. O material modificador pode ser incluido como um material em bruto de componentes do lote na respetiva forma de óxido, ou pode ser o produto de reações de decomposição calculadas de outros materiais em bruto de componentes do lote, tais como carbonatos, hidróxidos, cloretos, nitratos, sulfuretos ou minerais industriais de múltiplos componentes. Os intermediários de acordo com a presente invenção podem incluir, por exemplo, formas de óxido de K, Na, Li, Ba, Pb, Sr, Ca, Mg, Mn e Fe.

Convém referir que, de acordo com a presente invenção, os modificadores não devem ser combinados seletivamente com outros modificadores na ausência de um formador de vidro ou um intermediário, devido à natureza reativa (isto é, comportamento fundente) dos modificadores. Ou seja, um material de combinação formado a partir de uma combinação seletiva de modificador-modificador não irá reduzir a ocorrência da segregação do lote devido à tendência dos modificadores para formar um liquido eutéctico de baixa viscosidade a temperaturas mais baixas.

Convém referir igualmente que, de acordo com a presente invenção, os intermediários e os formadores de vidro não devem ser combinados seletivamente sem um modificador para reduzir a temperatura de fusão do material de combinação. Isto é, uma combinação seletiva intermediário-formador de vidro não irá produzir quaisquer benefícios significativos relativamente à restrição do intervalo de temperatura de fusão dos componentes do lote e não irá apresentar a viscosidade desejada no intervalo de temperatura da presente invenção. Igualmente, não irão 15 ΕΡ1478601Β1 ocorrer reações de estado sólido benéficas em vez da fusão. Em alternativa, o material de combinação irá necessitar simplesmente de um tempo de permanência mais longo para a fusão e a homogeneização com a fusão interna, o que diminui a eficiência de fusão global.

Conforme mencionado acima, existem três formas preferidas nas quais cada material de combinação pode ser estabilizado antes de ser misturado com outros materiais de combinação e quaisquer porções restantes do lote (p. ex., pó de vidro ou percentagens em peso não combinadas anteriormente dos formadores de vidro, modificadores ou, se incluído, intermediários). A presente invenção fornece um método para a dosagem seletiva dos componentes do lote de materiais em bruto, em que o primeiro material de combinação e o segundo material de combinação compreendem as mesmas ou diferentes formas.

Por exemplo, de acordo com um aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta e o segundo material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta. Assim, neste caso, o primeiro e o segundo materiais de combinação são, cada um deles, previamente misturados de forma seletiva e submetidos a peletização para formar uma matéria-prima peletizada antes de serem misturados um com o outro e com os restantes componentes do lote e de serem adicionados ao fundidor. Adicionalmente, de acordo com outro aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta e o segundo material de combinação compreende um material que reagiu previamente. Além disso, de acordo com ainda outro aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta e o segundo material de 16 ΕΡ1478601Β1 combinação compreende uma frita. A presente invenção também estabelece que o primeiro material de combinação compreende um material que reagiu previamente e que o segundo material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta. Em alternativa, a presente invenção estabelece que o primeiro material de combinação compreende um material que reagiu previamente e que o segundo material de combinação compreende um material que reagiu previamente. Assim, neste caso, o primeiro e o segundo materiais de combinação são, cada um deles, misturados e reagem previamente de forma seletiva e são triturados para formar um material de matéria-prima de partículas antes de serem misturados um com o outro e com os restantes componentes do lote e antes de serem adicionados ao fundidor. Além do mais, a presente invenção estabelece que o primeiro material de combinação compreende um material que reagiu previamente e que o segundo material de combinação compreende uma frita.

Além disso, de acordo com outro aspeto da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação compreende uma frita e o segundo material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta. Em alternativa, a presente invenção estabelece que o primeiro material de combinação compreende uma frita e que o segundo material de combinação compreende um material que reagiu previamente. Aliás, de acordo com outro aspeto ainda da primeira forma de realização da presente invenção, o primeiro material de combinação compreende uma frita e o segundo material de combinação compreende uma frita. Assim, neste caso, o primeiro e o segundo materiais de combinação são, cada um deles, misturados e fundidos previamente de forma seletiva e temperados para formar um material de matéria-prima de frita antes de serem misturados um com o outro e com os restantes componentes do lote e antes de serem adicionados 17 ΕΡ1478601Β1 ao fundidor. A dosagem seletiva de materiais em bruto para misturas (isto é, o primeiro material de combinação da primeira forma de realização) que forma "pontos finais" de viscosidade mais elevada, para controlar a sequência de fusão e, consequentemente, a viscosidade da(s) fase(s) fundida(s), em vez da mistura simples de todos os componentes do lote uns com os outros antes do enchimento, controla os caminhos de reação dentro do fundidor, em vez de permitir que o processo de fusão estipule a composição da fusão em vários estádios. Isto é, se todos os constituintes do lote tiverem pontos de fusão num intervalo de temperatura restrito, é possível obter uma fusão mais uniforme, a segregação (independentemente da grandeza) é limitada, e o tempo necessário para a homogeneização é substancialmente reduzido. Além disso, se a separação for eliminada, as distâncias de difusão serão encurtadas e o tempo de dissolução do lote será drasticamente reduzido. A dosagem seletiva de materiais em bruto para uma mistura (isto é, o segundo material de combinação da primeira forma de realização) que é capaz de formar um composto intermediário que irá reagir numa série de reações de estado sólido com a fusão de vidro e os outros componentes do lote de vidro em vez da fusão, mesmo a temperaturas próximas da temperatura de fusão de vidro interna, impede a formação de compostos eutécticos de baixa viscosidade que pode aumentar a tendência para a segregação do lote. Além disso, uma vez que o composto intermediário não se funde per se, as considerações sobre viscosidade mencionadas acima tornam-se controversas tendo em conta as reações de estado sólido que, em alternativa, são produzidas numa fusão de vidro com uma composição desejada com uma melhor eficiência de fusão, por exemplo, através da redução da tendência para as complicações de segregação que reduzem a eficiência de fusão. 18 ΕΡ1478601Β1

As técnicas de dosagem seletiva de acordo com a presente invenção alteram a sequência de reação durante o processo de fusão para criar produtos de reação intermediários que reagem depois mais facilmente uns com os outros, melhoram a eficiência de fusão e reduzem significativamente assim o tempo e os requisitos de energia globais necessários para formar uma fusão homogénea. A tendência para uma segregação de grande escala também pode ser reduzida (isto é, substancialmente eliminada), fornecendo assim distâncias de difusão mais curtas. Como consequência, isto elimina a necessidade da mistura mecânica a jusante da fusão, tal como a agitação mecânica, ou de outras implementações físicas para melhorar a eficiência de fusão, por exemplo, borbulhadores concebidos para aumentar a capacidade calorífica da fusão. O tempo necessário para uma fusão e homogeneização suficientes é substancialmente reduzido, e os tempos de afinação também podem ser reduzidos. Contudo, em vez de reduzir o tempo de permanência, também é possível permitir um tempo de afinação adicional na configuração atual do forno, isto é, se o tempo de permanência global for mantido. 0 controlo dos caminhos de reação dos componentes do lote para melhorar a eficiência de fusão reduz o tempo de permanência de material no tanque para vidro e reduz igualmente o tempo de dissolução do lote. Como consequência, isto reduz a quantidade de energia necessária por unidade de vidro durante a produção. Por exemplo, se for possível reduzir o tempo de permanência de material no tanque em 10% a 20%, uma fábrica de vidro float hipotética poderá reduzir a utilização de gás natural anual em 57 a 114 milhões de pés cúbicos (para a mais eficiente 4,7 milhões de BTU por tonelada), partindo do princípio de que 83% da energia total são utilizados para a fusão. Numa escala a nível nacional de todo o fabrico de vidro, uma redução de 10% no tempo de permanência poderia resultar 19 ΕΡ1478601Β1 numa poupança de 20 triliões de BTU ou 16 biliões de pés cúbicos de gás natural (assumindo 250 triliões de BTU, 80% de utilização de gás natural e lxlO3 de BTU por pé cúbico de gás natural).

Os óxidos de enxofre são um produto de decomposição de sal (sulfato de sódio) gue é adicionado ao lote como um agente de afinação. A eficiência de fusão melhorada atribuída à presente invenção reduz a necessidade de agentes de afinação, tal como sal (Na2S04) , e reduz assim diretamente as emissões de SOx. A redução destas e outras emissões nocivas reduz a necessidade e os custos de conformidade (p. ex., medidas de implementação e/ou multas de falha de conformidade) com as normas ambientais de emissões.

De acordo com uma segunda forma de realização da presente invenção, é fornecido um método de controlo dos caminhos de reação de componentes do lote de vidro adicionados a uma fusão de vidro existente num fundidor de vidro. A fusão de vidro tem uma viscosidade de fusão gm numa temperatura de fusão interna Tm, medida numa escala de temperatura absoluta (isto é, Kelvin). O método inclui as etapas de fornecimento de uma diversidade de componentes do lote de materiais em bruto em quantidades de acordo com uma fórmula do lote, em que os diversos componentes do lote de materiais em bruto incluem, pelo menos, um material formador de vidro e, pelo menos, um material modificador. O método inclui igualmente as etapas de combinação seletiva de uma primeira porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um primeiro material de combinação com uma temperatura de fusão que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade na temperatura de fusão que é igual ou superior à viscosidade de fusão gm/100, e de mistura do primeiro material de combinação e qualquer porção restante da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto 20 ΕΡ1478601Β1 para formar uma mistura do lote. A mistura do lote é depois introduzida no fundidor de vidro.

De acordo com esta segunda forma de realização da presente invenção, o método inclui ainda uma etapa de combinação seletiva de uma segunda porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um segundo material de combinação com uma temperatura de fusão que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade na temperatura de fusão que é igual ou superior à viscosidade de fusão r]m/100. O segundo material de combinação é misturado com o primeiro material de combinação e qualquer porção restante da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para formar uma mistura do lote, que é depois introduzida no fundidor de vidro.

Convém referir que esta forma de realização da presente invenção é essencialmente orientada para a combinação seletiva dos componentes do lote de materiais em bruto para restringir o intervalo de ponto de fusão do lote adicionado e para controlar a viscosidade do lote adicionado durante a fusão para melhorar a eficiência de fusão e impedir a segregação do lote, conforme descrito acima relativamente à primeira forma de realização.

As diferentes combinações de componentes do lote de materiais em bruto para formar o primeiro e segundo materiais de combinação de acordo com a segunda forma de realização da presente invenção são semelhantes às descritas acima relativamente à primeira forma de realização e, por conseguinte, é omitida outra descrição redundante das mesmas. Igualmente, as formas diferentes em que o primeiro e o segundo materiais de combinação de acordo com a segunda forma de realização da presente invenção podem ser estabilizados antes de serem misturados um com o outro e com quaisquer componentes restantes do lote são semelhantes às descritas acima relativamente à 21 ΕΡ1478601Β1 primeira forma de realização e, por conseguinte, é omitida outra descrição redundante das mesmas.

De acordo com uma terceira forma de realização da presente invenção, é fornecido um método de controlo dos caminhos de reação de componentes do lote de vidro adicionados a uma fusão de vidro existente num fundidor de vidro. A fusão de vidro tem uma viscosidade de fusão r|m numa temperatura de fusão interna Tm, medida numa escala de temperatura absoluta (isto é, Kelvin). 0 método inclui as etapas de fornecimento de uma diversidade de componentes do lote de materiais em bruto em quantidades de acordo com uma fórmula do lote, em que os diversos componentes do lote de materiais em bruto incluem, pelo menos, um material formador de vidro e, pelo menos, um material modificador. 0 método inclui igualmente as etapas de combinação seletiva de uma primeira porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um primeiro material de combinação com uma temperatura de reação que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna, de modo a que o primeiro material de combinação seja capaz de formar um composto intermediário através de uma reação de estado sólido antes de reagir com a fusão de vidro e misturar o primeiro material de combinação e uma porção restante da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para formar uma mistura do lote. A mistura do lote é depois introduzida no fundidor de vidro.

De acordo com esta terceira forma de realização da presente invenção, o método inclui ainda uma etapa de combinação seletiva de uma segunda porção da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um segundo material de combinação com uma temperatura de reação que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna, de modo a que o segundo material de combinação seja capaz de formar um composto intermediário através de uma reação de estado sólido antes de reagir com a fusão de 22 ΕΡ1478601Β1 vidro. 0 segundo material de combinação é misturado com o primeiro material de combinação e qualquer porção restante da diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para formar uma mistura do lote, que é depois introduzida no fundidor de vidro.

Convém referir que esta terceira forma de realização da presente invenção é essencialmente orientada para a combinação seletiva de uma porção do lote de materiais em bruto para um material de combinação que seja capaz de formar um composto intermediário através de uma reação de estado sólido com a fusão de vidro num determinado intervalo de temperatura da temperatura de fusão interna para melhorar a eficiência de fusão e impedir a segregação do lote, conforme descrito acima relativamente ao segundo material de combinação da primeira forma de realização.

As diferentes combinações de componentes do lote de materiais em bruto para formar o primeiro e segundo materiais de combinação de acordo com a terceira forma de realização da presente invenção são semelhantes às descritas acima relativamente à primeira forma de realização e, por conseguinte, é omitida outra descrição redundante das mesmas. Igualmente, as formas diferentes em que o primeiro e o segundo materiais de combinação de acordo com a terceira forma de realização da presente invenção podem ser estabilizados antes de serem misturados um com o outro e com quaisquer componentes restantes do lote são semelhantes às descritas acima relativamente à primeira forma de realização e, por conseguinte, é omitida outra descrição redundante das mesmas.

Breve descrição das figuras

Para uma melhor compreensão da natureza e dos objetos da presente invenção, devem ser consultadas as figuras apresentadas em seguida, nas quais: 23 ΕΡ1478601Β1 a FIG. 1 é um fluxograma que ilustra técnicas de dosagem de vidro convencionais; a FIG. 2 é uma ilustração esquemática dos caminhos de reação de lotes convencionais para uma composição de vidro float comercial típica; a FIG. 3 é um diagrama esquemático que ilustra um processo de reação de lotes convencional; a FIG. 4 é um fluxograma que ilustra uma primeira forma de realização do método de dosagem seletiva de vidro de acordo com a presente invenção; a FIG. 5 é um fluxograma que ilustra uma segunda forma de realização do método de dosagem seletiva de vidro de acordo com a presente invenção; a FIG. 6 é um fluxograma que ilustra uma terceira forma de realização do método de dosagem seletiva de vidro de acordo com a presente invenção; a FIG. 7 é um diagrama de fase ternária de um subsistema de lote de vidro combinado seletivamente de acordo com o exemplo baseado numa composição de vidro float comercial; e a FIG. 8 é um fluxograma que ilustra o método de dosagem seletiva de acordo com o exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, é efetuada a mescla seletiva de combinações específicas de materiais em bruto do lote de acordo com a fórmula do lote global (a seguir 24 ΕΡ1478601Β1 igualmente referida como "dosagem seletiva"), em vez da mescla completa de toda a composição do lote antes da introdução num fundidor de vidro (p. ex., forno-tanque) com vidro fundido (a seguir referido como "fusão") aí existente. Desta forma, a dosagem seletiva fornece produtos de reação de lote intermediário cujas características térmicas (isto é, ponto de fusão) e propriedades reológicas (isto é, viscosidade) ou comportamentos de reação de temperatura elevada melhoram a eficiência de fusão e reduzem a ocorrência da segregação do constituinte do lote (independentemente da grandeza) durante os estádios de fusão iniciais.

Conforme ilustrado no fluxograma na Fig. 4, uma forma de realização da presente invenção está orientada para a restrição do intervalo de ponto de fusão dos constituintes do lote combinando seletivamente uma primeira porção dos componentes do lote, de modo a que a combinação seletiva apresente as propriedades reológicas desejadas (isto é, uma maior viscosidade) na fase fundida formada durante o intervalo de ponto de fusão restringido. Adicionalmente, uma segunda porção dos componentes do lote é combinada seletivamente, de modo a que a combinação seletiva tenha um intervalo de temperatura de reação específico, em que seja formado um composto intermediário através de uma reação de estado sólido entre a combinação e a fusão interna. A estabilização da forma da nova forma de combinação dos componentes do lote combinados seletivamente pode ser realizada de várias maneiras que têm, elas mesmas, vários níveis de requisitos de energia: peletização e dosagem seletiva para formar pequenos "membros de reação" que reagem inicialmente para formar um produto de reação intermediário; reação prévia dos componentes do lote seletivo para formar uma matéria-prima intermediária; ou fusão prévia dos componentes do lote seletivo como uma matéria-prima intermediária. 25 ΕΡ1478601Β1 A Fig. 4 mostra que a fórmula do lote exige uma % em peso especificado de formador de vidro A, modificador B e modificador C. Pelo menos, uma porção de formador de vidro A e, pelo menos, uma porção de modificador B são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um primeiro material de combinação AB que terá uma temperatura de fusão TAB que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade ^ à viscosidade de fusão residente gm/100. Preferencialmente, ηΑΒ varia entre 150 centipoise e 15.000 centipoise, embora as viscosidades que excedem 15.000 centipoise não se encontrem fora do âmbito da presente invenção. A viscosidade ηΑΒ preferida do primeiro material de combinação também pode ser expressada como sendo, pelo menos, 1% de gm. Convém referir que as viscosidades dos líquidos eutécticos de baixa viscosidade encontrados convencionalmente mencionados acima que contribuem para a segregação do lote (e, como tal, devem ser evitados) são consideravelmente inferiores a 1% da viscosidade da fusão interna. Por exemplo, a viscosidade do liquido eutéctico formada pelas reações entre CaCC>3 e Na2C03 corresponde aproximadamente a 0,03% da viscosidade da fusão interna.

Convém referir igualmente que, embora Tm seja preferencialmente expressada em termos de Kelvin (isto é, uma escala de temperatura absoluta) , a Tm também pode ser expressada por outras unidades para a medição de temperatura, por exemplo, graus Celsius (°C) . Embora seja possível comparar as diferentes escalas de temperatura utilizando fatores de conversão comuns, para fins de estabelecimento da relação entre a temperatura de fusão interna e os intervalos de temperatura nos quais os componentes do lote combinados seletivamente se fundem ou reagem de acordo com a presente invenção, é preferida a escala de temperatura absoluta.

Igualmente, pelo menos, outra porção de formador de 26 ΕΡ1478601Β1 vidro A e, pelo menos, uma porção de modificador C são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um segundo material de combinação AC que terá uma temperatura de reação TAc que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna Tm, de modo a que a homogeneização de fusão e a difusão ocorram através das reações de estado sólido em vez de através da fusão do segundo material de combinação AC. Em seguida, o primeiro AB e o segundo AC materiais de combinação são, cada um deles, submetidos a peletização. É importante referir que a presente invenção não envolve a peletização como uma etapa de dosagem per se, e em vez disso as técnicas de dosagem peletizada correspondem simplesmente a um dos três métodos utilizados para manter os componentes doseados seletivamente juntos na forma dos materiais de combinação respetivos à medida que são introduzidos no forno. Embora a peletização de lotes seja conhecida na técnica, as práticas de peletização típicas referem-se à peletização de todo o lote, em vez da peletização seletiva de porções do lote em relações de composição específicas para controlar as reações de fusão no tanque. As publicações técnicas e as práticas industriais demonstram fortemente que a peletização seletiva de componentes específicos do lote foi ignorada até agora. 0 AB peletizado, o AC peletizado e quaisquer porções restantes de A, B e/ou C são depois misturados numa tremonha de mistura, por exemplo, e adicionados a um fundidor. Convém referir igualmente que o AB e o AC também podem reagir ou fundir-se previamente. As reações controladas ocorrem no fundidor a várias temperaturas entre os componentes AB e AC de materiais em bruto do lote combinados seletivamente e a fusão interna, até ser eventualmente alcançada uma fusão substancialmente homogénea. Embora as reações não controladas tradicionais 27 ΕΡ1478601Β1 possam continuar a ocorrer num nível limitado entre as porções dos componentes do lote A, B e C que não foram combinadas seletivamente, estas reações são reduzidas proporcionalmente e não reduzem significativamente a eficiência de fusão melhorada, por exemplo, através da formação de fases de viscosidade baixa na fusão que causam a segregação.

Conforme ilustrado no fluxograma na Fig. 5, outra forma de realização da presente invenção está orientada para a restrição do intervalo de ponto de fusão dos constituintes do lote combinando seletivamente uma primeira porção dos componentes do lote, de modo a que a combinação seletiva apresente as propriedades reológicas desejadas (isto é, uma maior viscosidade) na fase fundida formada durante o intervalo de ponto de fusão restringido. Adicionalmente, uma segunda porção dos componentes do lote é combinada seletivamente, de modo a que a combinação seletiva também apresente as propriedades reológicas desejadas (isto é, uma maior viscosidade) na fase fundida formada durante o intervalo de ponto de fusão restringido. A Fig. 5 ilustra que a fórmula do lote exige uma % em peso especificada de formador de vidro D, modificador E e modificador F. Pelo menos, uma porção de formador de vidro D e, pelo menos, uma porção de modificador E são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um primeiro material de combinação DE que terá uma temperatura de fusão TDE que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão residente Tm e uma viscosidade gDE - à viscosidade de fusão interna gm. Igualmente, pelo menos, outra porção de formador de vidro D e, pelo menos, uma porção de modificador F são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um segundo material de combinação DF que terá uma temperatura de fusão TDE que varia entre 60 e 90% da temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade gDF ^ à viscosidade de fusão interna gm· 0 primeiro material de 28 ΕΡ1478601Β1 combinação DE é peletizado, conforme descrito acima, e o segundo material de combinação DF reage previamente. A reação prévia dos componentes do lote combinados seletivamente envolve o aquecimento dos componentes selecionados até uma temperatura próxima de uma temperatura de reação para formar um produto de reação intermediário. Esta temperatura de reação e o produto de reação intermediário formado irão variar dependendo dos componentes do lote selecionados e das proporções escolhidas. 0 produto de reação é arrefecido e triturado numa forma de partículas, que pode depois ser mais processada (isto é, peletizada conforme descrito acima) ou adicionada à mistura do lote em forma de partículas. 0 controlo da distribuição de tamanho de partículas, isto é, a minimização do tamanho de partículas do material intermediário de partículas combinado seletivamente, melhora mais a eficiência de fusão através do aumento da área de superfície efetiva disponível para contribuir para as reações de fusão no momento da introdução no fundidor. Isto é, uma vez que o material de partículas se dispersa e reage com maior velocidade e homogeneidade do que os materiais em bruto de componentes do lote de granulação grosseira tradicionais, a eficiência de fusão pode ser melhorada e qualquer segregação pode ser ainda impedida quando as partículas forem combinadas seletivamente de acordo com a presente invenção. 0 DE peletizado, o DF de partículas que reagiu previamente e quaisquer porções restantes de D, E e/ou F são depois misturados, por exemplo, numa tremonha de mistura e adicionados ao fundidor. Convém referir igualmente que o DE e o DF também podem fundir-se previamente. As reações controladas ocorrem no fundidor a várias temperaturas entre os componentes DE, DF de materiais em bruto do lote combinados seletivamente e a fusão interna, até ser eventualmente alcançada uma fusão 29 ΕΡ1478601Β1 substancialmente homogénea. Embora as reações não controladas tradicionais possam continuar a ocorrer num nivel limitado entre as porções dos componentes do lote D, E e F que não foram combinadas seletivamente, estas reações são reduzidas proporcionalmente e não contrariam significativamente os benefícios da eficiência de fusão melhorada associados à presente invenção nem contribuem para a formação de fases de viscosidade baixa na fusão que podem causar a segregação.

Um perito na técnica deve compreender as combinações e as proporções adequadas de cada componente do lote necessário para resultar no produto de reação intermediário desejado de acordo com a presente invenção. Embora a presente invenção se aplique a qualquer composição do lote de vidro, é aqui descrito em baixo um exemplo específico relacionado com uma composição de vidro float de silicato sodo-cálcico. Deste modo, tendo em consideração a presente invenção, um perito na técnica deve concluir quais os vários constituintes do lote de vidro que devem ser combinados para reduzir a formação de fases de intermediário de baixa viscosidade com base na aplicação desejada e nos requisitos de composição específicos para qualquer tipo de vidro (p. ex., fibra de vidro, vidro de embalagem).

Conforme ilustrado no fluxograma na Fig. 6, outra forma de realização da presente invenção está orientada para a combinação seletiva de uma porção dos componentes do lote de materiais em bruto, de modo a que as combinações seletivas tenham um intervalo de temperatura de reação específico, em que seja formado um composto intermediário através de uma reação de estado sólido entre a combinação e a fusão interna. A Fig. 6 ilustra que a fórmula do lote exige uma % em peso especificada de formador de vidro G, modificador H e modificador I. Pelo menos, uma porção de formador de vidro G e, pelo menos, uma porção de 30 ΕΡ1478601Β1 modificador Η são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um primeiro material de combinação GH que terá uma temperatura de reação TGh que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna Tm, de modo a que a homogeneização de fusão ocorra através das reações de estado sólido, em vez de através da fusão do segundo material de combinação GH. Igualmente, pelo menos, outra porção de formador de vidro G e, pelo menos, uma porção de modificador I são combinadas seletivamente numa base de % em peso para formar um segundo material de combinação GI que terá uma temperatura de reação TGI que varia entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna Tm, de modo a que a homogeneização de fusão ocorra através das reações de estado sólido em vez de através da fusão do segundo material de combinação GI. O primeiro material de combinação GH reage previamente, conforme descrito acima, e o segundo material de combinação GI funde-se previamente numa frita. A fusão prévia das combinações seletivas envolve o aquecimento dos componentes do lote selecionados até uma temperatura próxima da temperatura de fusão do sistema, concedendo tempo para a homogeneização e, em seguida, a têmpera do material de combinação fundido para formar uma frita com a composição baseada na combinação selecionada. Novamente, um perito na técnica iria realizar as combinações e as proporções adequadas de cada componente do lote e as temperaturas de fusão necessárias para resultar no material de matéria-prima de frita previamente fundido desejado. O GH de partículas que reagiu previamente, o GI de frita previamente fundido e quaisquer porções restantes de G, H e/ou I são depois misturados, por exemplo, numa tremonha de mistura e adicionados ao fundidor. Convém referir igualmente que o GH e o GI também podem ser peletizados. As reações de estado sólido controladas 31 ΕΡ1478601Β1 ocorrem no fundidor a várias temperaturas entre os componentes GH, GI de materiais em bruto do lote combinados seletivamente e a fusão interna, até ser eventualmente alcançada uma fusão substancialmente homogénea. Embora as reações não controladas tradicionais possam continuar a ocorrer num nivel limitado entre as porções dos componentes do lote G, H e I que não foram combinadas seletivamente, estas reações são reduzidas proporcionalmente e não contrariam significativamente a eficiência de fusão melhorada nem contribuem para a formação de fases de viscosidade baixa na fusão que podem causar a segregação.

Convém referir igualmente que os materiais em bruto a partir dos quais os componentes do lote são selecionados podem ser óxidos, carbonatos, hidróxidos, cloretos, sulfatos, nitratos ou minerais industriais misturados, tais como feldspatos ou argilas. Contudo, para reduzir as possibilidades de emissões nocivas de subprodutos, é desejado que os produtos intermediários formados pelas combinações previamente doseadas de forma seletiva não produzam gases, tais como S0X e N0X, como consequência do processo de fusão e afinação.

Exemplo 0 exemplo seguinte está particularmente orientado para um cenário de fusão e composição de vidro float. A FIG. 8 é um fluxograma que ilustra o método de dosagem seletiva de acordo com o exemplo. Os componentes tradicionais do lote de Na2C03, CaC03 e S1O2 são fornecidos. Contudo, em vez da simples mistura de todos estes componentes de materiais em bruto uns com os outros, as combinações especificas destes materiais em bruto são doseadas previamente de forma seletiva.

Isto é, Na2C03 é doseado seletivamente com quartzo nas proporções eutécticas do sistema Na20-Si02 para fornecer um 32 ΕΡ1478601Β1 primeiro material de combinação para minimizar a possibilidade de formação de liquido de baixa viscosidade impedindo a reação eutéctica de Na2C03 com outros materiais em bruto (tal como CaC03) que ocorre habitualmente sem a dosaqem seletiva de acordo com a presente invenção. CaC03 é combinado de forma seletiva e reage previamente com quartzo para formar um segundo material de combinação (isto é, um produto de reação intermediário). Neste caso, o segundo material de combinação é volastonite (Ca0-Si02), que não irá fundir-se depois de ser misturado com o primeiro material de combinação e restantes componentes do lote (p. ex., quartzo livre) e de ser introduzido na fusão. Em vez disso, a volastonite interage com a fusão e os outros componentes do lote através de uma reação de estado sólido.

Cada um destes primeiro e segundo materiais de combinação é peletizado e misturado com a restante quantidade de quartzo (aproximadamente inferior a 20% do lote total) antes de ser introduzido na fusão e de começar o processo de fusão. Conforme ilustrado no diagrama de fases na Fig. 7, a sequência de reação durante o processo de fusão é alterada para impedir a segregação total dos componentes do lote, e são criados produtos de reação intermediários (p. ex., o Na20-Si02 eutéctico e a volastonite sintética). Isto é, Si02, o Na20-Si02 eutéctico e a volastonite sintética (Ca0-Si02) compreendem um subsistema, e a quantidade de quartzo livre que não é combinada seletivamente com outro material é reduzida para menos de 20%. Deste modo, a redução da quantidade de silica adicionada ao forno para vidro como quartzo, ou a adição de uma maioria do quartzo muito bem misturado com uma espécie mais reativa, melhora a eficiência de fusão e reduz igualmente a tendência para o problema de segregação mencionado acima.

Isto é, o ponto de fusão do Na20-Si02 eutéctico corresponde a 785 °C (1058 K) , que varia entre 60 e 90% da 33 ΕΡ1478601Β1 temperatura global da fusão interna (na ordem dos 1400 °C; 1673 K) . A viscosidade do Na20-Si02 eutéctico encontra-se na ordem dos 1000 mPa-s (1000 centipoise), que corresponde aproximadamente a 7% da viscosidade da fusão interna. Uma vez que a volastonite tem um ponto de fusão de 1550 °C, a volastonite não irá fundir-se per se, mesmo a uma temperatura de fusão interna na ordem dos 1400 °C. Em vez disso, o lote é homogeneizado na fusão através de reações de estado sólido a temperaturas entre 60 e 100% da temperatura de fusão interna, o que melhora a eficiência de fusão e impede a formação de fases liquidas de uma viscosidade baixa que provocam a segregação do lote. Contudo, convém referir que as temperaturas no interior do tanque para vidro excedem a temperatura da fusão interna. Por exemplo, não é invulgar que as temperaturas do tanque para vidro variem entre 1300 e 1500 °C para um vidro com um ponto de fusão de 1100 °C.

Convém referir igualmente que o segundo material de combinação de acordo com o exemplo também pode ser peletizado e combinado seletivamente sem, na realidade, reagir previamente e não formando assim a volastonite até o intervalo de temperatura de reação ser atingido na fusão. Nessa altura, em vez da fusão, ocorre a reação de estado sólido que forma a volastonite e seguem-se as interações de estado sólido, enquanto a tendência para um liquido de viscosidade baixa continua reduzida.

Conforme ilustrado e descrito acima, uma vez que os materiais de combinação (e os produtos de reação intermediários) reagem mais facilmente em subsistemas especificados do que os componentes do lote de materiais em bruto tradicionais reagem num sistema tradicional, o tempo e os requisitos de energia globais necessários para formar uma fusão homogénea são significativamente reduzidos. Isto mantém as distâncias de difusão curtas, reduz substancialmente o tempo necessário para a fusão e a 34 ΕΡ1478601Β1 homogeneização, reduz os tempos de afinação e pode reduzir a tendência para a segregação de grande escala. Em alternativa, devido ao tempo de reação reduzido, o tempo de afinação adicional pode ser fornecido na configuração atual do forno (partindo do principio de que é mantido um tempo de permanência constante), que elimina ainda as possibilidades de empolas e melhora ainda a homogeneidade global da fusão, resultando em produtos de vidro de qualidade mais elevada.

Enquanto a presente invenção é útil para melhorar a eficiência de fusão através da redução da tendência dos materiais em bruto de componentes do lote para se segregarem na fusão, a metodologia e os benefícios da presente invenção são igualmente aplicáveis em sistemas de vidro que não estejam necessariamente sujeitos a problemas de segregação total. Isto é, a combinação seletiva de componentes do lote de acordo com a presente invenção permite uma eficiência de fusão, uma eficiência de material e uma eficiência de combustível melhores, conforme descrito acima, mesmo na ausência de segregação total.

Embora a presente invenção tenha sido particularmente ilustrada e descrita em relação ao modo preferido conforme ilustrado nas figuras, um perito na técnica compreenderá que é possível efetuar aqui várias alterações pormenorizadamente sem sair do âmbito da invenção conforme definido nas reivindicações. 35 ΕΡ1478601Β1

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • Melting/Fining. F. E. WOOLLEY. Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook. ASM International, 1987, vol. 4, 386-393 [0004] • C. C. TOURNOUR ; J. S. SHELBY. Effect of Diopside and Wollastonite on the Melting of Soda-Lime-Silicate Glasses. Ceramic Engineering and Science Proceedings, 2000, vol. 21 (1), 263-273 [0013] • Office of Industrial Technology. U. S. Department of Energy, 1997 [0016] • Integrated Pollution Prevention Control (IPPC). Reference Document on Best Available Practices in the Glass Manufacturing Industry. European Commission, Institute for Prospective Technological Studies, 2000 [0016] • Glass: A Clear Vision for a Bright Future. U. S. Department of Energy, 1996 [0017]

Lisboa, 17 de Novembro de 2014 36

Claims (17)

1. ΕΡ1478601Β1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método de controlo dos caminhos de reação de componentes do lote de vidro adicionados a uma fusão de vidro existente num fundidor de vidro, a referida fusão de vidro com uma viscosidade de fusão r)m numa temperatura de fusão interna Tm (K) , compreendendo as etapas de: fornecimento de uma diversidade de componentes do lote de materiais em bruto em quantidades de acordo com uma fórmula do lote, a referida diversidade de componentes do lote de materiais em bruto compreendendo, pelo menos, um material formador de vidro e um primeiro material modificador e um segundo material modificador; combinação seletiva de uma primeira porção da referida diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um primeiro material de combinação com uma temperatura de fusão que varia entre 60 e 90% da referida temperatura de fusão interna Tm e uma viscosidade na referida temperatura de fusão igual ou superior à referida viscosidade de fusão qm/100; combinação seletiva de uma segunda porção da referida diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para fornecer um segundo material de combinação, que reage para formar um composto intermédio que varia entre 60 e 100% da referida temperatura de fusão interna; mistura do referido primeiro material de combinação, o referido segundo material de combinação e qualquer porção restante da referida diversidade de componentes do lote de materiais em bruto para formar uma mistura do lote; e introdução da referida mistura do lote no fundidor de vidro, em que a segunda combinação é livre do referido primeiro 1 ΕΡ1478601Β1 material modificador.
2. 2. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta formados através da peletização do referido primeiro material de combinação para formar uma diversidade de membros de reação distinta antes da referida etapa de mistura, cada referido membro de reação com uma composição baseada no referido primeiro material de combinação.
3. 3. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido segundo material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta formados através da peletização do referido segundo material de combinação para formar uma diversidade de membros de reação distinta antes da referida etapa de mistura, cada referido membro de reação com uma composição baseada no referido segundo material de combinação.
4. 4. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende um material que reagiu previamente formado através da reação prévia do referido primeiro material de combinação, do arrefecimento do referido primeiro material de combinação que reagiu previamente, e da trituração do referido primeiro material de combinação que reagiu previamente para formar uma diversidade de partículas que reagiram previamente antes da referida etapa de mistura, cada referida diversidade de partículas que reagiram previamente tendo uma composição baseada no referido primeiro material de combinação.
5. 5. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido segundo material de combinação compreende um 2 ΕΡ1478601Β1 material que reagiu previamente formado através da reação prévia do referido segundo material de combinação, do arrefecimento do referido segundo material de combinação que reagiu previamente, e da trituração do referido segundo material de combinação que reagiu previamente para formar uma diversidade de partículas que reagiram previamente antes da referida etapa de mistura, cada referida diversidade de partículas que reagiram previamente tendo uma composição baseada no referido segundo material de combinação.
6. 6. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende uma frita formada através do aquecimento do referido primeiro material de combinação até uma temperatura próxima de uma temperatura de fusão do referido primeiro material de combinação, da fusão do referido primeiro material de combinação e da têmpera do referido primeiro material de combinação para formar a referida frita antes da referida etapa de mistura, a referida frita com uma composição de acordo com o referido primeiro material de combinação.
7. 7. O método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido segundo material de combinação compreende uma frita formada através do aquecimento do referido segundo material de combinação até uma temperatura próxima de uma temperatura de fusão do referido segundo material de combinação, da fusão do referido segundo material de combinação e da têmpera do referido segundo material de combinação para formar a referida frita antes da referida etapa de mistura, a referida frita tendo uma composição de acordo com o referido segundo material de combinação.
8. 8. O método de acordo com a reivindicação 1, em que a referida diversidade de componentes do lote de materiais em 3 ΕΡ1478601Β1 bruto compreende ainda um material intermediário.
9. 9. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro material de combinação compreende, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais modificadores.
10. 10. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o segundo material de combinação compreende, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de outro dos referidos materiais modificadores.
11. 11. 0 método de acordo com a reivindicação 8, em que o primeiro material de combinação compreende, pelo menos, uma porção do referido material intermediário e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais modificadores.
12. 12. 0 método de acordo com a reivindicação 11, em que o segundo material de combinação compreende, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais formadores de vidro e, pelo menos, uma porção de, pelo menos, um dos referidos materiais modificadores.
13. 13. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta e o referido segundo material de combinação compreende um material que reagiu previamente.
14. 14. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende uma diversidade de membros de reação distinta e o referido 4 ΕΡ1478601Β1 segundo material de combinação compreende uma frita.
15. 15. O método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido primeiro material de combinação compreende um material que reagiu previamente e o referido segundo material de combinação compreende um material que reagiu previamente.
16. 16. 0 método de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, em que o referido primeiro modificador é carbonato de sódio.
17. 17. 0 método de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, em que o referido segundo modificador é carbonato de cálcio. Lisboa, 17 de Novembro de 2014 5