PT82784B - Processo para a fusao descontinua de vidro com emprego de um combustivel com um conteudo de cinza - Google Patents

Description

Descrição do objecto do invento que

PPG INDUSTRIES, INC., norte-americana, (Estado de Pensilvânia), industrial, com sede em One PPG Place, Pittsburgh 22, Estado de Pensilvânia, Estados Unidos da América, pretende obter em Portugal, para: PROCESSO PARA A FUSÃO DESCONTINUA DE VIDRO COM EMPREGO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM CONTEÚDO DE CINZA

presente invento refere-se à utilização de combustíveis carbonosos sólidos, por exemplo carvão, como fonte de combustível num processo para a fabricação de vidro ou em processos de fusão análogos e à utilização de misturas de combustíveis sólidos ou líquidos com as matérias primas.

Sabe-se que em regiões onde existe carvão, este é geralmente a fonte de energia mais barata em comparação com outras fontes de energia tradicionais, por exemplo gás natural, fuel e electricidade. Portanto, sugeriu-se que se utilizasse carvão como fonte de combustível para a fusão de vidro e análogos. Podem ver-se exemplos dessas propostas nas Patentes E.^TJ. Nos. 3» 9Ó9.OÓ8 e 4.006.003. No entanto, a utilização de carvão para alimentar fornalhas de processo de fogo directo mostrou ter alguns inconvenientes que desincentivaram a sua ampla utilização. Um inconveniente importante é o conteúdo de cinzas do carvão. Quando se queima carvão com um queimador suspenso numa fornalha de tipo forno aberto , utilizada convencionalmente para a

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fundição de vidro, grandes quantidades de cinza são arrastadas pela corrente de gás de escape que podem entupir os regeneradores e tornam necessário separar a cinza do gás de escape antes de este ser enviado para a atmosfera. Alguma cinza deposita-se nas paredes da câmara de fusão, onde funde e forma uma escória líquida que desce pelas paredes do recipiente para dentro do fundido. 0 escorrimento de escória fundida tem efeito prejudicial nas paredes refractárias da fornalha, e a escória fundida que entra no fundido introduz variações de composição e desomogene idades não desejadas no material produto. A escória tem muitas vezes um elevado conteúdo de ferro relativamente ao vidro, e o escorrimento da escória para dentro do fundido pode formar veios indesejáveis de coloração. Estes problemas desincentivaram a utilização de carvão como combustível directo para produtos fundidos para os quais a uniformidade de composição ê uma consideração importante. Isto sucede em particular com a chapa de vidro, em que variações de composição provocam distorção óptica no vidro produzido.

Uma desvantagem da utilização de carvão ou outro combustível carbonoso em mistura com as matérias primas, particularmente quando se funde vidro límpido, é o facto de 0 carbono em quantidades suficientes para proporcionar energia significativa ao processo de fusão ter também um efeito redutor no fundido, e o ferro e enxofre presentes num vidro reduzido provocarem coloração castanha. Por outro lado, o próprio carvão contribui com ferro e enxofre para o fundido. Incluíram-se pequenas quantidades de carvão pulverizado (geralmente menos de 0,1$ em peso) na fornada de vidro límpido para auxiliar o processo de fusão, mas essas quantidades não são fontes de energia significativas, e quantidades maiores foram consideradas prejudiciais. Mesmo quan do se produz vidro castanho, a quantidade de carbono utilizada não deve ser considerada uma contribuição de combustl35

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vel significativa.

A Patente E.U, No. 3.294.5°5 descreve a fusão de vidro num leito de briquetes e coque de fornada. 0 processo está limitado a um grupo relativamente pequeno de composições de vidro com pouca viscosidade para aplicações de baixa qualidade. Adicionalmente, seria desejável evitar o custo da aglomeração da fornada.

No Pedido de Patente Série No. 624.879, atribuída em comum e copendente, depositado em 27 de Junho de 1984, descreve- se uma técnica para molhar a fornada de vidro com fuel. Apenas uma pequena porção das necessidades de energia do processo de fundição é fornecida pelo fuel.

Outro problema com a utilização de carvão e alguns outros combustíveis conterem fracções hidrocarboneto relativamente voláteis que são extraídas e saem juntamente com o gás de escape se forem aquecidos antes da ignição. Isto é sobretudo um problema se se desejar aquecer previamente matérias primas misturadas com combustível carbonoso. Além disso, fornecer combustíveis carbonosos numa forma não atomizada a uma zona de combustão produz em geral um escape carregado de fumo que é indesejável do ponto de vista do ambiente. Queimar ulteriormente ou tratar de outra forma o gás de escape ou carbonizar 0 combustível numa operação preliminar, são opções caras que são preferivelmente evitadas.

Num aspecto do presente invento, emprega-se combustível que tem um conteúdo de cinza (por exemplo carvão) como fonte de energia substancial para um processo de fusão, mas evitam-se os problemas correntemente ligados com a cinza. 0 combustível de cinza é queimado numa fase de aquecimento prévio de fornada descontínuo do processo de fusão, em que a cinza fica incorporada no material de fornada. Preferivelmente; o material de fornada e 0 combustível são fornecidos à fase de aquecimento prévio misturado um com o

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Case F 8089/90 - GL outro, para promover a distribuição da cinza por toda a fornada e proporcionar contacto íntimo entre a fornada e o combustível durante a combustão. Mantém-se a combustão fornecendo um oxidente (preferivelmente oxigénio substancialmente puro) a uma zona de combustão na fase de aquecimento prévio. Pode proporcionar-se agitação do material na fase de aquecimento prévio para acentuar 0 contacto entre a fornada e o combustível em combustão, para ajudar a misturar a cinza na fornada. A fornada aquecida e a mistura de cinza, preferivelmente ainda num estado pulverulento, passam para uma fase subsequente em que a mistura é liquefeita.

Uma porção significativa da energia total necessária para a fusão pode ser proporcionada por meio de um combustível económico, por exemplo carvão, aquecendo previamente o material de fornada a uma temperatura imediatamente abaixo da temperatura à qual se produz fusão significativa. Fornecendo uma mistura de fornada e cinza quase homogénea à fase de liquefacção, o fundido que subsequentemente se forma pode ser essencialmente uniforme em composição, ainda que se tenham introduzido quantidades substanciais de cinza. Portanto, um dos problemas ligados com a utilização ds um combustível produtor de cinza está até certo ponto substancialmente resolvido.

Queimando o combustível enquanto está em contacto com o material de fornada, e impedindo assim o arrastamento de cinza no gás de escape e a formação de escória nas superfícies interiores do recipiente, evitam-se problemas de ambiente e a deterioração da fornalha, o que é desejável para qualquer processo de fusão. Mas o facto de evitar o escorrimento de escória para o fundido torna o presente invento particularmente interessante para a fusão de vidro e análogos em que a homogeneidade de composição é importante. Mesmo vidro relativamente viscoso, difícil de homo35

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Β 25 genizar, como a chapa de vidro de soda-cal-sílica, para o qual há normas muito rigorosas de qualidade óptica, pode ser produzido com o presente invento. É também uma vantagem não ser necessária qualquer aglomeração da fornada.

Ainda noutro aspecto do presente invento, o fornecimento de oxigénio e a temperatura na fase de aquecimento prévio podem ser controlados, a fim de produzir quantidades substanciais de monóxido de carbono como produto da combustão do combustível. 0 monóxido de carbono passa para uma fase subsequente, por exemplo a fase de liquefacção, na qual serve pelo menos como parte do combustível para queimar naquela fase. Noutra alternativa, a combustão da primeira fase pode ser incompleta, pelo que parte do combustível pode não ficar queimado, a fim de poder ser transferido juntamente com a fornada para a segunda fase, para servir como parte, pelo menos, do combustível naquela fase.

Para permitir o emprego de temperaturas mais altas na fase de aquecimento prévio e para aumentar a quantidade de monóxido de carbono produzida, os constituintes da fornada de vidro que se fundem a temperaturas relativamente baixas podem ser omitidos da primeira fase e introduzidos na segunda fase ou numa fase subsequente. Excluindo a fonte de sódio (por exemplo carbonato de sódio) de uma fornada de vidro de soda-cal-sílica, pode aplicar-se na primeira fase uma temperatura suficientemente alta para calcinar materiais fonte de carbonato, por exemplo pedra calcária e dolomite para produzir monóxido de carbono. 0 tratamento do material fonte de sílica (areia) isolado na primeira fase permite que se trabalhe na primeira fase com temperaturas muito altas que podem proporcionar o escape de grandes quantidades de monóxido de carbono.

A seguir à fase de liquefacção, pode proporcionar-se uma terceira fase subsquente na qual se pode prosseguir o

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processo de fusão. Quando se mistura combustível com a fornada, pode haver contacto incompleto entre o combustível e o oxidente na fase de liquefacção, ou pode haver excesso de combustível presente, e assim o material liquefeito pode sair da segunda fase em estado reduzido. Naquele caso, a terceira fase pode incluir também meios para reoxidar o fundido, por exemplo por meio de combustão submersa com uma chama rica em oxigénio e/ou por meio da passagem de bolhas de um agente oxidante (preferivelmente oxigénio) através do fundido. A reoxidação é particularmente útil para impedir a descoloração de vidro límpido. Pode evitar-se a coloração não desejada de vidro límpido por iões ferro e sulfato, por meio da reoxidação do fundido na terceira fase

Os constituintes químicos da cinza de carvão são geralmente compatíveis com os da maior parte dos vidros, e, portanto, os vidros podem incorporar parte da cinza com pouco ou nenhum efeito prejudicial no produto de vidro, desde que a cinza possa ser completamente homogeneizada no fundido. No entanto, a quantidade de cinza produzida quando 0 carvão constitui a fonte de combustível principal num processo de fusão convencional, dificilmente pode ser homogeneizada de maneira apropriada nalguns tipos de vidro para os quais há exigências ópticas rigorosas. Portanto, uma vantagem do presente invento é o facto de se utilizar carvão como combustível numa fase descontínua do processo de fusão global, de maneira a proporcionar a mistura da fornada com a cinza antes da liquefacção. Além disso, na fase de aquecimento prévio descontínuo, fornece-se menos do que a energia total necessária, para que seja preciso menos carvão e se produza menos cinza. Além disso, verifica-se que a eficiência total do processo de fusão por fases diminui as necessidades de energia total para a fusão de vidro, diminuindo ainda mais as necessidades de combustível. Em consequência disto, o carvão pode constituir uma porção importante ou toda a fonte de energia para 0

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Case F 8089/90 - CL aquecimento prévio mesmo de fornada de chapa de vidro até à temperatura de fusão. Nalguns modos de execução, o carvão pode constituir a maior parte ou o total da fonte de energia para toda a operação de liquefacção.

hS novas composições de combustível do presente invento podem constituir toda a fonte de combustível ou podem completar fontes de calor convencionais. A porção da energia total necessária na fase de aquecimento prévio proporcionada pelas novas disposições é substancial; quer dizer, maior que a proporcionada pela inclusão, de acordo com a técnica anterior, de material carbonoso como um auxiliar de fusão, agente de coloração ou ligante. Presume- se que contribuir com 5 por cento da energia não é carácter 1 st ico destas utilizações de materiais carbonosos num cadinho da técnica anterior. Por razões económicas, prefere-se que a nova utilização de combustível do presente invento seja maximizada, a fim de fornecer uma parte maioritária da energia através da fase de aquecimento prévio, e, optimamente, toda a energia.

Outra característica de formas de realização preferidas do presente invento é a supressão de emissões de escape de produtos de combustão incompleta, por exemplo fumo, fuli gem ou substâncias volatizadas a partir do combustível, à medida que material de fornada em contacto com combustível sólido ou líquido vai sendo deslocado em direcção a uma zona aquecida, a temperatura do combustível aumenta gradualmente e 0 combustível começa a emitir voláteis e a arder sem chama antes de ser completamente inflamado. As emissões inconvenientes resultantes são eliminadas de maneira substancial por este aspecto do presente invento, mantendo-se o fluxo de gás na fase de aquecimento prévio na mesma direcçãc geral da deslocação da mistura fornada-combustível ao longo da fase de aquecimento prévio. Este tipo de fluxo co-corren te transporta as emissões provenientes das primeiras fases

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Case F 8089/90 - GL de aquecimento para a zona de combustão, onde as emissões de combustível são incineradas. Não só se eliminam as emissões inconvenientes, como também a sua combustão contribui para o aquecimento dos materiais de fornada. Os gases de escape provenientes da fase de aquecimento prévio podem ser submetidos a nova combustão fazendo-os passar para uma zona de combustão subsequente, por exemplo na fase de liquefacçác

Outras vantagens relativas ao ambiente resultam também do invento, x abordagem por fases conduz por si própria à utilização de oxigénio em vez de ar para manter a combustão, A eliminação ou diminuição da quantidade de azoto nos gases de combustão diminui a quantidade de óxidos azóticos (NO ) produzidos. Os volumes de gás de escape diminuem consideravelmente se se usar a combustão com oxigénio, reduzindo por este meio a velocidade do gás, o que, por sua vez, provoca menor arrastamento de material de fornada em partículas, A ausência de azoto produz também uma temperatura de chama mais elevada. 0 emprego de oxigénio essencialmente puro e a exclusão de todo 0 ar maximiza estas vantagens, mas as vantagens podem ser parcialmente conseguidas de acor do com o grau em que a concentração de oxigénio excede a do ar.

Outra vantagem para o ambiente é o facto de algumas das emissões sulfurosas geralmente ligadas à combustão de combustíveis que contêm enxofre, por exemplo carvão, poderem ser suprimidas. 0 contacto entre os gases de combustão e o material de fornada (particularmente fornada de vidro que contém pedra calcária ou análogo) pode extrair óxidos de enxofre da corrente de gás.

Muna abordagem alternativa dentro dos aspectos mais amplos do presente invento, 0 combustível que pode ter um conteúdo de cinza é queimado numa fase do processo de fusão destinada a liquefazer inicialmente o material de fornada, para que a escória que se forma a partir do conteúdo

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Case F 8089/90 - GL de cinza do combustível fique integrada no material em liquefacção. Visto que a escória é incorporada na corrente de produto numa fase mais próxima do inicio do processo de fusão, pode ser sujeita a homogeneização naquela fase e nas fases subsequentes do processo de fusão.

Formas de realização preferidas da fase de liquefacção implicam superfícies de fusão inclinadas à volta de uma cavidade central, através das quais uma grande porção da área de superfície interior do recipiente constitui material em fusão sobre o qual a cinza ou a escória podem ser apanhadas. A fornada é colocada sobre a superfície inclinada à medida que material liquefeito desce pela superfície inclinada para um canal de drenagem. Numa fase subsequente, o processo de fusão pode ser continuado. A quantidade relativamente pequena de material refractário exposta à escória na fase de liquefacção, diminui o potencial para erosão do recipiente e o escorrimento concentrado de escória no fundido.

material de fornada e o carvão ou outro combustível sólido ou líquido estão preferivelmente em contacto um com o outro enquanto o combustível é queimado na fase de liquefacção. 0 combustível e a fornada podem ser fornecidos separadamente, mas prefere-se misturar o combustível com a fornada antes do abastecimento. Assim que a zona de liquefacção está aquecida até ao ponto de ignição do combustível, mantém-se a combustão do combustível por meio do fornecimento de um agente oxidante, preferivelmente oxigénio substancialmente puro, à zona de combustão.

Numa forma de realização alternativa, pode utilizar-se na fase de liquefacção um queimador de tipo conhecido para queimar combustíveis sólidos pulverulentos. Toda a cinza arrastada por gás é colhida sobre as superfícies em fusão circundantes e fica integrada no material de fornada liquefeito.

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O invento será compreendido de maneira mais completa a partir dos desenhos e da descrição que se segue.

a Figura 1 representa uma forma de realização preferida do presente invento, que inclui um forno rotativo de fase de aquecimento prévio, representado parcialmente com uma parte retirada, uma câmara de liquefacção rotativa de segunda fase, e uma câmara de refinação de terceira fase.

A Figura 2 é uma vista ampliada em corte vertical das segunda e terceira fases, em que a terceira fase tem meios de combustão submersa.

a descrição pormenorizada do presente invento é feita com referência a um exemplo de uma operação de fusão de vidro para a qual se verificou que 0 invento é particularmente útil. 0 invento pode ser utilizado com todos os tipos de vidro, incluindo vidro em chapa, vidro para recipientes, fibra de vidro e vidro de silicato de sódio. No entanto,deve entender-se que o presente invento é aplicável à fusão de outros materiais análogos, e, em particular, à passagem de materiais de tipo mineral para estado de fusão. Outros exemplos incluem; fusão de materiais vítreos e cerâmicos, fusão de fritas e fundição de minérios.

A primeira fase pode tomar a forma de diversos dispositivos de contacto gás/sólido, mas a forma de realização preferida é um forno rotativo 1 conforme representado na Figura 1. Dispositivos alternativos incluem um leito fluidificado e um separador/contactador ciclónico conhecidos pelos técnicos da especialidade. 0 forno rotativo compreende um invólucro 2 suportado rotativamente por rolos 3 num pequeno ângulo em relação à horizontal. Pode ser apropriado, um invólucro metálico simples conforme está representado no desenho ou pode obter-se melhor eficiência térmica por meio de um revestimento refractário ou de um invólucro metálico de parede dupla com isolamento entre as paredes.

Um recinto 4 de entrada, estacionário, fecha a extre35

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midade de entrada do forno rotativo. 0 tubo de alimentação 5 passa através da parede do recinto para dirigir material de fornada pulverulento para denrro do forno rotativo a partir de um dispositivo 6 de controlo do débito de entrada. A fornada B pode ser misturada com combustível antes de ser fornecida ao forno rotativo, ou podem fornecer-se separadamente combustível e fornada ao forno rotativo, onde se misturam. Pode fornecer-se gás oxidante (por exemplo ar, mas preferivelmente oxigénio) ao forno rotativo por uma conduta 7 que passa através da parede do recinto 4 de entrada. A conduta 7 pode projectar-se dentro do forno rotati vo numa distância suficiente para criar a zona de combustão a alguma distância para jusante da área de fornecimento de fornada. Materiais de fornada que incluem compostos com conteúdo de oxigénio, por exemplo carbonatos, podem fornecer algum oxigénio para manter a combustão. Isto é conveniente, porque 0 dióxido de carbono é retirado antes de a fornada ser liquefeita. Depois da liquefacção, a libertação do dióxido de carbono produziria no fundido bolhas difíceis de eliminar. Na forma de realização preferida, os produtos de combustão circulam concorrentemente com a fornada através do forno rotativo para o meio 10 de liquefacção da segunda fase, passando por um recinto de saída 36 que une as duas fases.

A ignição pode ser iniciada na zona de combustão por meios de aquecimento auxiliares, por exemplo um queimador inserido temporariamente no forno. Uma vez estabelecida a ignição do combustível em contacto com a fornada, a zona de combustão pode ser mantida numa zona substancialmente fi xa do forno rotativo, equilibrando-se 0 débito de fornecimento de oxigénio com 0 débito da deslocação de fornada e combustível ao longo do forno rotativo. Este último débito é controlado essencialmente pela velocidade de rotação do forno inclinado. Os materiais sólidos e as correntes de gás deslocam-se concorrentemente através do forno rotativo,

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Β de maneira que os materiais voláteis inicialmente extraídos do combustível são deslocados para dentro da zona de combustão, onde são incinerados.

Embora não se prefira isso, o gás e a fornada podem circular em contracorrente, um em relação ao outro, no forno rotativo ou noutro dispositivo de aquecimento prévio. Nesse caso, pode ser necessário proporcionar meios para tornar o escape aceitável do ponto de vista do ambiente, por exemplo um saco para recolha de materiais em partículas. Uma porção do escape pode ser reciclada para uma zona de combustão, quer no dispositivo de aquecimento prévio quer na fase de liquefacção, a fim de eliminar combustíveis. Outra técnica para tratar o gás de escape e recuperar calor desperdiçado é passar o escape em contacto com o material de fornada para uma fase de aquecimento prévio preliminar adicional. Uma mistura de fornada que inclui carbonatos (por exemplo, pedra calcárea) é também útil para separar óxidos de enxofre contidos no escape.

A forma de realização preferida específica da segunda fase 10 está representada na Figura 2 e corresponde à descrição da Patente E.U. No. 4.381.934, de Kunkle et al., e à descrição do Pedido de Patente E.U. No. 661.267, depositado em 16 de Outubro de 1984, também de Kunkle et al., descrições que são incorporadas na presente por referência. A segunda fase é apropriada para liquefazer a fornada e é caracterizada por uma superfície fundente inclinada para receber materiais de fornada que se fundem na forma de uma camada delgada sobre a superfície inclinada e escorrem rapidamente desta uma vez liquefeitas. A fase de liquefacção 10 representadas na presente é uma forma de realização preferida das descrições de Kunkle et al., em que a superfície inclinada rodeia praticamente uma cavidade central e o recipiente roda em torno de um eixo essencialmente vertical, A disposição circular proporciona vantagens nítidas para o

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presente invento e para a eficiência do processo de fusão em geral, mas deve entender-se que o presente invento, nos seus aspectos mais amplos, não está limitado à disposição de liquefacção circular.

Separando a fase de liquefacção do restante do processo de fusão, emprega-se energia mais eficientemente em cada fase do processo se se optimizarem as condições em cada fase de maneira a satisfazer as necessidades particulares da fase que ali se está a realizar. Obtêm-se eficiências adicionais se se rodear a zona aquecida com o material de fornada, e empregando uma camada isoladora do material de fornada ou uma substância compatível para isolar termicamente a zona de liquefacção. Por causa da eficiência de energia total do processo em fases, e visto que apenas uma porção da energia total necessária para a fusão é consumida na zona de liquefacção, verificou-se que a quantidade de energia consumida na fase de liquefacção é relativamente pequena e que se podem utilizar eficientemente diversas fontes de calor. Prefere-se a combustão de combustível, em particular com emprego de oxigénio para a queima, e podem empregar-se fontes eléctricas como 0 arco voltaico ou 0 maçarico de plasma. 0 carvão ou outro combustível sólido podem constituir uma porção ou todo o combustível na segunda fase, podendo uma parte deste ser combustível não queimado proveniente da primeira fase. Quando se produz monóxido de carbono na primeira fase, o escape proveniente da primeira fase pode ser passado para a segunda fase, onde pode fornecer uma parte substancial da energia ali nece ssária.

Com referência à Figura 2, a fase de liquefacção 10 inclui um recipiente essencialmente cilíndrico 12, que pode ser constituído por um tambor de aço. 0 recipiente 12 está assente numa estrutura circular 14, a qual, por sua vez, está montada para rotação em volta de um eixo essenci- 13 -

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almente vertical que corresponde à linha de centro, ou eixo de simetria, do recipiente sobre uma pluralidade de rolos de suporte 16 e rolos de alinhamento 18. Uma secção de fundo 20 do recipiente retém um casquilho anular 22 alinhado axialmente que define uma abertura 24 de escoamento central 0 casquilho 22 pode ser constituído por uma pluralidade de peças cerâmicas, e a secção de fundo 20 pode ser fixada de maneira separável ao restante do recipiente 12, a fim de facilitar a mudança do casquilho 22.

Uma tampa refractária 26, preferivelmente com a configuração de uma cúpula vertical, tem suporte estacionário proporcionado por um elemento de estrutura envolvente 28. A tampa 26 inclui uma abertura, pelo menos, através da qual pode passar pelo menos uma conduta 30 de fornecimento de gás arrefecido. A conduta abastecedora 30 pode constituir um queimador ou ser apenas uma conduta de abastecimento de oxigénio ou outro agente oxidante para manter a queima do combustível fornecido à câmara de liquefacção. 3e se fornecer combustível proveniente da primeira fase, pode utilizar- se a conduta 30 para fornecer oxigénio ou análogo ao recipiente depois de se ter atingido a temperatura de ignição. Como variante, pode fornecer-se uma porção do calor para a fase de liquefacção por meio de um queimador convencional ou outra fonte de calor, além da energia proporcionada por combustível proveniente da primeira fase. A conduta 30 pode estar localizada centralmente, conforme representado, para inundar toda a cavidade com oxigénio, ou pode estar inclinada ou descentrada para dirigir o oxigénio e/ou combustível para a camada em fusão.

Pode haver uma abertura 32 que atravessa a tampa 26 para fornecer a fornada à fase de liquefacção, e, conforme está representado na Figura 2, um recinto de saída 36 na extremidade do forno rotativo 1 pode ter uma porção de calha de escoamento apropriada para dirigir material para o

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interior da fase de liquefacção. Uma divisória ajustável 38 pode ser montada na extremidade da calha de escoamento para dirigir o fluxo de fornada para as paredes laterais do recipiente 12.

Preferivelmente, uma camada estável de material pulverulento 40 reveste o interior do recipiente 12. Esta camada actua como o revestimento isolador para proteger o recipiente 12 do calor no interior do recipiente. Nas apli cações em que se deseja evitar a contaminação do material produzido, a camada 40 é substancialmente da mesma composição que o material de fornada, .antes de se iniciar o processo de fusão, o revestimento estável 40 é colocado no cadinho introduzindo material pulverulento solto, por exemplo o material de fornada, no recipiente 12 enquanto 0 recipiente roda. 0 material solto fica com um contorno essencialmente parabólico, conforme está representado na Figura 2. 0 material pulverulento pode ser molhado com água, por exemplo, durante a fase inicial da formação do revestimento estável, para facilitar a coesão da camada ao longo das paredes laterais. Quando 0 revestimento 40 é constituído por material de fornada, não precisa de incluir o componente combustível que pode ser misturado com a fornada durante a operação. Podem aceitar-se outras pequenas diferenças entre o material de revestimento e o material de passagem, conforme as necessidades de cada processo em particular.

Durante o processo de fusão, o abastecimento contínuo de fornada à fase de liquefacção 10 provoca uma corrente descendente de fornada que fica distribuída sobre a face do revestimento estável 40 e que, devido à acção do calor proveniente da combustão no interior do recipiente 12, se liquefaz numa camada transitória 42 que corre para o fundo do recipiente e passa pelo centro aberto 24 do casquilho 22. 0 material liquefeito 44 cai da primeira fase 10 para a segunda fase 11 para processamento ulterior. Desta

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Β maneira, a fase inicial de liquefacção da fornada pode ser efectuada eficientemente porque o material, uma vez liquefeito, é retirado imediatamente da proximidade da fonte de calor e é continuamente reabastecido com material de fornada novo, pelo que se mantém uma grande diferença de temperatura, e, portanto, uma grande taxa de transferência de calor no recipiente de liquefacção. 0 reabastecimento constante com fornada nova relativamente arrefecida, conjuntamente com o revestimento isolador, serve para manter a integridade estrutural do recipiente de liquefacção sem se usar arrefecimento forçado do recipiente.

material para o revestimento 40 proporciona isolamento térmico e preferivelmente serve também como superfície de contacto não contaminante para a camada de fusão transitória 42, e, o mais preferivelmente, o revestimento estável inclui um ou mais constituintes do material de fornada. E desejável que a condutividade térmica do material utilizado como revestimento seja relativamente pequena, para que se possam empregar espessuras práticas da camada, evitando ao mesmo tempo a necessidade de arrefecimento forçado do recipiente exterior, que constituiria um desperdício. Em geral, matérias primas de origem mineral granulares ou pulverulentas proporcionam bom isolamento térmico, mas, nalguns casos, pode haver possibilidade de utilizar um produto intermédio ou produto final do processo de fusão como camada estável e não contaminante. Por exemplo, num processo de fabricação de vidro, aparas de vidro pulverizadas (sucata de vidro) podem constituir a camada estável, embora possa ser necessária uma camada mais espessa devido à maior condutividade térmica do vidro em comparação com fornada de vidro. Nos processos metalúrgicos, em contrapartida, a utilização de um produto metálico implicaria uma espessura excessivamente grande para proporcionar a protecção térmica do recipiente, mas alguns minérios podem ser satisfatórios como camadas isoladoras.

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A forma de realização preferida da fase de liquefacção atrás descrita implica a rotação do revestimento em volta da cavidade central, mas deve entender-se que o presente in vento é aplicável a formas de realização nas quais o revestimento rodeia a cavidade aquecida mas não roda. Adicionalmente, o presente invento é aplicável a formas de realização nas quais o revestimento é uma superfície inclinada, mas não rodeia a fonte de calor (por exemplo, a fusão efectua-se numa rampa). Há exemplos dessas variações descritos na patente e pedido de patente de Kunkle et al., atrás mencionados.

Poderia empregar-se ar como oxidante, mas prefere-se utilizar oxigénio (isto é, uma concentração de oxigénio maior que no ar) para diminuir o volume de gás em circulação. Como consequência, o equipamento das primeiras e segunda fases pode ser compacto, visto que a corrente de gás de escape tem volume relativamente pequeno e temperatura elevada. Além disso, a eliminação de azoto do sistema aumenta a emissividade da chama, e, portanto, aumenta a transferência de calor, 0 calor intenso de combustão mantida com oxigénio é compatível com as formas de realização preferidas da segunda fase, devido à protecção térmica e à eficiente transferência de calor permitidas pelo revestimento envolvente.

A temperatura atingida na fase de aquecimento prévio depende da quantidade de combustão, a qual, por sua vez, depende das quantidades de combustível e oxigénio proporcionadas. Mesmo uma pequena quantidade de combustão é útil por causa do calor que transfere para os materiais de forna da. Preferivelmente, a quantidade de calor gerada pela combustão na primeira fase é suficiente para produzir um aumento máximo de temperatura da fornada sem fundir ingredientes de fornada até ao ponto de a fornada deixar de correr livremente. Per exemplo, uma mistura típica de fornada de vidro em chapa que contém quantidades substanciais de car35

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Case F 8089/90 - GL bonato de sódio estaria essencialmente limitada a temperaturas inferiores ao ponto de fusão do carbonato de sódio (851°C), preferivelmente menores, para evitar a obstrução do forno rotativo. Numa variante, os ingredientes da fornada que fundem a uma temperatura relativamente baixa podem ser omitidos da fornada fornecida à primeira fase, mas podem ser fornecidos directamente à segunda fase, permitindo por este meio que se atinjam temperaturas superiores na primeira fase. Convenientemente, o carbonato de cálcio e o carbonato de magnésio, ingredientes típicos de fornada de vidro, calcinam a temperaturas acima de cerca de 87O°C, isto é, decompõem-se e libertam dióxido de carbono. A eliminação do dióxido de carbono enquanto os materiais ainda estão no estado sólido é vantajosa, porque evita a produção de bolhas de dióxido de carbono no fundido. Podem permitir- se temperaturas ainda mais elevadas no aquecimento preliminar, se o material aquecido nessa fase for limitado às porções da fornada que fundem a temperatura mais alta e o reste dos ingredientes for fornecido directamente a uma fase a jusante. Por exemplo, o aquecimento de areia apenas no forno rotativo permitiria atingir temperaturas de aquecimento prévio acima de 1000°C. Podem proporcionar-se instalações de aquecimento prévio separadas para qualquer dos materiais que sejam desviados da primeira fase · Alguns dos ingredientes da fornada de vidro, por exemplo carbonato de sódio ou soda cáustica, podem ser fornecidos à segunda fase em forma fundida. Também se pode preferir fornecer aparas de vidro directamente à segunca fase, quando a primeira fase funciona a temperaturas relativamente altas, caso em que as aparas de vidro podem ser aquecidas previamente por meio de contacto com gás de escape,

Às temperaturas mais operacionais, a combustão na primeira fase pode produzir algum monóxido de carbono, se for fornecido oxigénio insuficiente para completar a combustão do combustível. Assim, o escape da primeira fase pode ser

- 18 57272

Case F 8089/90 - GL transferido para a segunda fase, onde o conteúdo de monóxido de carbono serve como parte ou todo o combustível para a segunda fase, quando é queimado com oxigénio adicional. A proporção de monóxido de carbono nos produtos de combustão aumenta e a proporção de dióxido de carbono diminui a temperaturasmais altas. Portanto, para produzir proporções predominantes de monóxido de carbono para alimentar a segun da fase, prefere-se que a primeira fase seja realizada a uma temperatura máxima maior que cerca de 90G°C. Quando é abastecido com combustível suficiente e uma deficiência de oxigénio, todo o combustível necessário para a segunda fase pode ser proporcionado por monóxido de carbono proveniente da primeira fase, a queima do combustível para monóxido de carbono liberta aproximadamente um terço do conteúdo de calor do combustível, sendo o restante liberto quando se faz a queima do monóxido de carbono para dióxido de carbono. Portanto, as necessidades de energia relativas das primeira e segunda fases devem ser tidas em conta quando se escolhe a quantidade de monóxido de carbono a produzir na primeira fase. Por exemplo, a fornada de vidro pode utilizar na fase de aquecimento prévio o dobro da energia utilizada na fase de liquefacção, pelo que produzir apenas dióxido de carbono na primeira fase pode não ser o uso mais eficiente da energia, guando se faz o aquecimento prévio de uma mistura de fornada completa de chapa de vidro, pode obter-se uma distribuição preferida do conteúdo de calor do combustível com uma produção a partir da primeira fase de aproximadamente 50$ Ge monóxido de carbono e de dióxido de carbono (base molar).

A possibilidade de empregar carvão é uma vantagem do presente invento, devido à abundância e relativamente baixo custo do carvão nalgumas regiões. Mas podem utilizar-se outros materiais combustíveis sólidos ou líquidos carbonosos com vantagem no presente invento, por exemplo fuel, coque em pó, coque de petróleo, turfa e lignite, xisto betu- 19 -

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B ²⁵ minoso, serradura, bagaço e aparas de papel. Os produtos de petróleo líquidos como o fuel têm também a vantagem de molhar a fornada para suprimir a formação e arrastamento de pó na corrente de gás de escape.

Por razões económicas, o carvão é o combustível preferido, em particular o carvão betuminoso. 0 valor calorífico de um típico carvão betuminoso da Pensilvânia está na gama de 25,5 milhões a 34,8 milhões de joules por quilograma (11. COO a 1^.000 BTU por libra) com um conteúdo de cinza que vai desde cerca de 3 por cento até 9 por cento em peso conforme a origem. 0 vidro fundido num forno regenerador convencional, operado de maneira eficiente e alimentado pela parte superior com gás natural ou fuel, consome, segundo cálculo geralmente aceite, pele menos 7 milhões a 8 milhões de joules por quilograma (6 milhões a 7 milhões de BTU por tonelada) de vidro produzido. Tomando como exemplo um típico carvão da Pensilvânia, com um valor calorífico de cerca de 32 milhões de joules por quilc-grama (13.800 BTU por libra) e um conteúdo de cinza de cerca de 7 por cento em peso, a combustão desse carvão num forno de fusão de vidro convencional, para satisfazer todas as necessidades de energia da fusão, produziria uma quantidade de cinza inaceitavelmente grande. 0 processo de liquefacção atrás descrito consumiu entre cerca de 2,3 milhões e 3,5 milhões de joules por quilograma (2 a 3 milhões ae BTU por tonelada) de produto. Nesse nível de consumo de energia, necessita-se de muito menos carvão para satisfazer as necessidades de energia, e, portanto, a cinza intreduzida no fundido proveniente do carvão está em níveis aceitáveis mesmo para a produção de vidro do alto nível de qualidade exigido para a chapa de vidro. quantidade de carvão a utilizar dependerá da temperatura a atingir na fase ae aquecimento prévio e do conteúdo de calor de cada carvão em particular, o qual, por sua vez, é função do seu conteúdo de carbono fixo. Visto que a combustão pode não ser completa, devido à inacessibilidade

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Case F 8089/90 - GL

B do oxigénio a todas as partes do carvão, pode ser preferido adicionar um pouco mais de carvão do que 0 teoricamente necessário. Como exemplo, necessitou-se de cerca de 2% a 3$ ^em p©so do carvão da Pensilvânia atrás descrito, misturado com uma mistura de fornada de vidro em chapa para o aquecimento prévio da fornada a cerca de 55^°Ο a 65O°C, quando a combustão foi efectuada com excesso de oxigénio, a quantidade de monóxido de carbono produzida naquele caso é pequena. Noutro exemplo, uma fornada de vidro em chapa com a fonte de sódio (por exemplo, carbonato de sódio) omitida da primeira fase (sendo assim constituída principalmente por areia, pedra calcárea e dolomite), que tinha aproximadamente 6$ a 10/ò em peso de carvão misturado com a fornada, é aquecida previamente até cerca de 1100°C a 1300°C quando queimada. Uma quantidade substancial da pedra calcárea e da dolomite são calcinadas, e, se for fornecida uma quantidade limitada de oxigénio à zona de combustão, o monóxido de carbono predominará em relação ao dióxido de carbono na corrente do produto da combustão. Outros materiais combustíveis carbonosos podem substituir carvão em quantidades determinadas pelos seus respectivos conteúdos térmicos.

Deve observar-se que embora o combustível em contacto com a fornada proporciona vantajosamente a maior parte da energia, pelo menos, e preferivelmente toda a energia necessária para a fase de aquecimento prévio, podem obter-se gradualmente as vantagens do presente invento com quantidades menores de combustível fornecidas com a fornada. Nesse caso, parte da energia pode ser proporcionada por meios queimadores convencionais que aquecem a fase de aquecimento prévio. Em formas de realização nas quais o fluxo de gás está em contracorrente com o fluxo de fornada no aquecimento prévio, gás de escape transferido da fase de liquefacção para o aquecimento prévio pode proporcionar alguma ener gia para o aquecimento prévio.

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Case F 8o89/9O - GL

Os combustíveis sólidos como carvão, a misturar com a de preferência finamente divididos. 0 carvão, é preferivelmente não mais grosso que malha 60 crivo normal dos EU) e verificou-se que carvão é particularmente satisfatório. 0 ponto de igni mas a oxidação de um carvão , e a combusacima de »

fornada, são por exemplo, (dimensão de de malha 200 ção do carvão varia um pouco, betuminoso típico pode começar a cerca de 170°C tão q geralmente auto-sustentada a temperaturas 250°C quando é abastecida com oxigénio puro.

Segue-se um conteúdo de cinza típico de 25 peso d*= carvão:

Si02	1.2
	0.6
Fe2°3	0.27
CaO	0.1
Na e K	0^

parte s

Pode observar-se que estes constituintes de patíveis com a composição de chapa de vidro que pode ter a seguinte composição:

Si02	72-74
Á12°3	0-2
Na 0	12-15
k2o	0-1
MgO	3-5
CaO	8-10
Fe203	0-0.2
S0_	0-0.5

% partes em em peso cinza são comsoda-cal-sílica em pe so vidro de soda-cal-sílica do tipo atrás indicado tem geralmente uma viscosidade de 100 poises, pelo menos, à temperatura de 1425°C.

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Case F 8θ89/9Ο - GL »

• ²⁵

A temperatura à qual a fornada se liquefaz na segunda fase dependerá dos materiais de cada fornada em particular, especialmente a quantidade de temperatura de fusão dos seus ingredientes que têm os pontos de fusão mais baixos. Com fornada de vidro, o ingrediente de baixo ponto de fusão mais corrente é carbonato de sódio, que funde a 851°C (15ó4°F). Na prática, observou-se que as fórmulas comerciais de fornada de chapa de vidro se liquefazem a uma temperatura um pouco mais alta, cerca de 1090°C a cerca de 1150°C (2.000°F a 2100°F). 0 calor no interior da fase de liquefacção pode elevar um pouco a temperatura do material liquefeito antes de este ser drenado da fase, e, desta maneira, uma fornada de vidro liquefeita que corre da fase de liquefacção 10 pode ter tipicamente uma temperatura na ordem de cerca de 12óO°C (2300°F), mas geralmente não acima de 1320°C (2400°F). Essa temperatura e o curto tempo de permanência no recipiente de liquefacção raramente são apropriados para completar inteiramente as complexas reacções químicas e físicas envolvidas no processo de fusão. Por conseguinte, o material liquefeito é transferido para uma terceira fase 11, ou fase de refinação, na qual o processo de fusão continua.

Para vidro, o tratamento na zona de refinação implica em geral a subida da temperatura do material liquefeito para facilitar a fusão de grãos de areia residuais e movimentar inclusões gasosas a partir do fundido. Uma temperatura máxima de cerca de 137θ°Ο a cerca de 1510°C (25OO°F a 2800°F) é considerada desejável para a refinação de chapa de vidro. Outra operação desejável que pode ser efectuada nesta fase é homogeneizar o material fundido por meio de agitação. Além disso, quando é liquefeita a fornada em condições redutoras, 0 que faz com que o material fundido entre na fase de refinação em estado reduzido, pode ser necessária reoxidação do fundido para certas aplicações finais. Portanto, uma função cia fase de refinação no

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Case F 8θ89/9Ο - GL

Β

Β ²⁵ presente invento pode ser a introdução de um agente oxidante no fundido. Todos estes objectivos são atingidos pela forma de realização preferida representada na Figura 2. a fase de refinação com agitação forte é apropriada não só para ajustar o estado de oxidação do fundido, mas também para adicionar corantes, aparas de vidro, ou modificadores de composição que fundem com relativa facilidade. Proporciona-se assim uma grande flexibilidade para fabricar uma grande variedade de produtos.

A forma de realização preferida da fase de refinação representada na Figura 2 utiliza combustão submersa em duas câmaras. Uma fase de refinação com uma só câmara pode bastar para algumas aplicações, mas, para chapa de vidro, a forma de realização preferida implica duas câmaras de combustão submersas 5θ θ 52, cada uma das quais retém um depósito 53 ® 54, re spect ivamente, do material fundido, as câmaras podem ter tubos 55 ® 56 para entrada de bolhas de oxigénio e queimadores 57 θ 5θ, arrefecidos com água, abaixo do nível do material fundido. Uma garganta submersa 59 permite que circule material da câmara 5° para a câmara 52. Uma abertura 60 no cimo da câmara 5θ permite que o material fundido 44 caia da fase d© liquefacção 10 para a câmara 50. Escape do liquefactor 10 e da primeira fase 1 podem entrar no refinador pela abertura 60. Pode haver uma abertura de escape (não representada) na porção superior da câmara 50. Na câmara 52, há uma abertura o2 na porção da câmara para saída dos gases de escape.

Fornecem-se combustível, por exemplo gás natural, e um oxidante, preferivelmente oxigénio, aos queimadores 57 e 58, e a combustão produz-se à medida que as correntes de gás entram nos depósitos de fundido 53 θ 54. Outro combustível que pode ser utilizado com vantagem nos queimadores de combustão submersa é hidrogénio, porque o seu produto de combustão é água, que é muito solúvel no vidro em fusão.

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O emprego de oxigénio como oxidante é vantajoso porque evita introduzir no fundido 0 mais importante componente do ar, 0 azoto, que tem pouca solubilidade no vidro fundido. 0 emprego de oxigénio não diluído também melhora o contacto entre as espécies reduzidas no fundido. Pode fornecer-se aos queimadores um excesso do oxidante, para além do necessário para a queima do combustível, a fim de corrigir o estado de redução do material liquefeito que entra na fase de refinação. Como variante, se o material liquefeito que entra na fase de refinação incluir uma quantidade suficiente de carbono não queimado, ou se a temperatura do fundido não for aumentada, poderá injectar-se apenas oxidante nos depósitos de fundido 53 ^e $4, a fim de proporcionar apenas a função de reoxidação. 0 oxidante pode ser introduzido separadamete a partir dos queimadores de combustão submersa, por exemplo através dos tubos 55 θ 58 para a entrada de bolhas. Verificou-se que é vantajoso utilizar borbulhadores conjuntamente com combustão submersa. Os borbolhadores podem ser apropriados para injectar uma corrente de pequenas bolhas de oxidante no fundido, o que aumenta a área da superfície de contacto entre o fundido e 0 gás oxidante, e a combustão submersa proporciona agitação forte para misturar as bolhas oxidantes em toda a massa fundida, a combustão submersa proporciona também uma homogeneização muito eficaz do fundido.

A quantidade de excesso de oxidante a fornecer à fase de refinação variará conforme as condições particulares encontradas e dependerá do grau de redução do material que entra na fase do estado de oxidação desejado para 0 produto final. 0 grau de agitação, a dimensão e configuração do recipiente, a eficácia do contacto gás-líquido, e o tempo de permanência no interior da fase de refinação, são factores na obtenção da reoxidação. Para se obter uma reoxidação homogénea de acordo com as normas para chapa de vidro, verificou-se que é preferível efectuar a reoxidação em duas câmaras consecutivas, conforme está representado no de35

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Case F 8089/90 - GL senho, proporcionando por este meio maior garantia de que cada porção do produto é submetida a condições de oxidação durante um tempo de permanência apropriado. Sm vidro, uma condição de redução dá um vidro de cor castanha devida à presença de enxofre no estado de sulfureto e ferro. Se se pretender vidro límpido, efectua-se a reoxidação de maneira a aumentar suficientemente 0 estado de oxidação dos iões corantes, expresso geralmente pelo coeficiente +3 +2

Fe ~vFe . Para uma qualidade comercial normal de vidro flutuante límpido, o coeficiente Fe ^J/Fe situa-se na gama de cerca de 1,5 a 3,0, com uma transmissão de 70$, pelo menos,(preferivelmente 80$, pelo menos) de luz com um comprimento de onda de 3θθ nanómetros e com uma espessura de 6 milímetros. 0 vidro flutuante límpido também pode ser caracterizado algumas vezes por 60$, pelo menos, de transmissão de luz a 1000 nanómetros (espessura de 6 milímetros) Obtêm-se coeficientes Fe “'/Fe bastante maiores que os atrás indicados, fazendo borbulhar oxigénio em vidro fundido que foi inicialmente castanho escuro. A mudança de coloração de castanho para límpido depois da oxidação é facilmente observável, pelo que 0 grau de oxidação apropriado pode ser facilmente estimado por observação visual. Embora 0 carvão possa introduzir no fundido excesso de ferro, pode obter-se um vidro límpido por meio de reoxidação. Mas uma equivalência espectral rigorosa da transmissão de luz por vidro flutuante normal pode exigir a quantidade de ferro que geralmente é incluída intencionalmente na fornada (geralmente como sesquióxido) para coloração.

À jusante das câmeras de reoxidação, pode haver uma câmera de condicionamento 64 conforme está representado no desenho, na qual se pode proporcionar tempo de permanência adicional para 0 escape de inclusões gasosas a partir do fundido e para o fundido arrefecer para uma temperatura apropriada ao tratamento subsequente. 0 material fundido pode entrar na câmara de condicionamento 64 por uma gargan- 26 -

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Case F 8089/90 - GL ta submersa 66. Ma disposição representada, o tempo de permanência na câmara 64 é prolongado por meio de uma barragem submersa 67 e uma barreira de desnatação 68 que estabelece um percurso sinuoso para a corrente de fundido, 0 material fundido tratado pode ser extraído da fase de refinação 11 por um canal 7θ que pode conduzir para um processo de formação ou análogo, o qual, no caso de vidro, pode dar ao vidro a forma de uma folha, fibras, garrafas, etc., por meios conhecidos.

Numa forma de realização variante, queima-se combustível que contém cinza na fase de liquefacção. Não há necessidade de fase de aquecimento prévio nesta forma de realização. Separando a fase de liquefacção do restante do processo de fusão, cria-se um meio ambiente no qual uma porção grande (substancialmente todo) do conteúdo de cinza do combustível pode ser incorporada no material produzido sem prejudicar a homogeneidade do produto, 0 fluxo rápido de material liquefeito proveniente da fase de liquefacção tem um efeito misturador substancial, e o tratamento em fases subsequentes sujeita a fornada liquefeita e a escória a homogeneização ulterior. Por outro lado, visto que a fusão se efectue numa camada relatívamente delgada, o combustível misturado com o material de fornada tem bom acesso ao oxigénio, pelo que a combustão é relativamente completa. Como nas outras formas de realização, o combustível pode ser fornecido à zona de combustão separadamente em relação à fornada, mas prefere-se fornecer uma mistura de combustível e fornada à fase de liquefacção. A utilização de acendimento enriquecido com oxigénio é também preferida, a combustão incompleta de combustível na fase de liquefacção faz com que o material fundido entre na fase de refinação em estado de redução, que pode precisar de ser corrigido. Portanto, uma função da fase de refinação nesta forma de realização é introduzir um agente oxidante no fundido.

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I

A quantidade de carvão a utilizar na zona de liquefacção dependerá, evidentemente, do conteúdo térmico do carvão em cada caso, o qual, por sua vez, é função do seu conteúdo de carbono fixo. Com o carvão da Pensilvânia atrás descrito, a adição de carvão em quantidade igual a cerca de 6 por cento em peso da fornada deveria teoricamente proporcionar a energia total necessária para a liquefacção da fornada de chapa de vidro. Mas como a combustão não é completa, devido ao facto de o oxigénio não ter acesso a todas as partes do carvão, prefere-se adicionar um pouco mais de carvão do que o teoricamente necessário, se todas as necessidades de energia da fase de liquefacção forem satisfeitas com carvão. Portanto, como exemplo, prefere-se adicionar carvão na quantidade de cerca de 10 por cento do peso da fornada. Podem adicionar-se materiais combustíveis carbonosos que não carvão, em quantidades determinadas pelos seus conteúdos térmicos respectivos. 0 presente invento abrange também o fornecimento de menos que a energia total necessária à fase de liquefacção por meio do conteúdo de carbono da fornada. Nesse caso, parte da energia pode ser proporcionada por carbono da fornada, e o restante pode ser fornecido por um queimador de combustível convencional ou outro meio de aquecimento na câmara de liquefacção.

Num exemplo específico da forma de realização alternativa, utilizando a disposição representada na Figura 2 sem aquecimento preliminar, misturou-se uma fornada de vidro flutuante comercial normal (mas omitindo auxiliares de fusão com conteúdo de enxofre, por exemplo sal amassado £sulfato de sódio amidro (Na^SO^) ou gipsoj com 5λ> a 6$ em peso de carvão e fundiu-se num débito de cerca de 6,8Kg (15 libras) por hora. 0 carvão foi a única fonte de combustível na fase de liquefacção, e a fornada liquefeita era castanha e espumosa quando entrou na fase de refinação. Cada uma das duas câmaras de reoxidação tinha um só

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queimador de combustão submersa e um só tubo de introdução de bolhas. Cada um dos queimadores de combustão submersa foi abastecido com 7 metros cúbicos por hora (250 pés cúbicos por hora) de hidrogénio e 3,6 metros cúbicos por hora (130 pés cúbicos por hora) de oxigénio. Cada um dos borbulhadores foi abastecido com 0,56 metros cúbicos por hora (20 pés cúbicos por hora) de oxigénio. 0 volume de material fundido em cada câmara foi 0,28 a 0,56 uP (1 a 2 pés cúbicos), e o tempo de permanência médio para um aumento do fundido passar pelas duas câmaras foi estimado em cerca de 30 minutos. A temperatura na primeira câmara foi de cerca de 1290°C (235O°F), e a temperatura na segunda câmara foi de cerca de 1370°C (25OO°F). Um queimador auxiliar (não representado) foi instalado no espaço superior da câmara 64 para contribuir para a eliminação da espuma. 0 vidro que saiu da fase de refinação era límpido, quase isento de bolhas, e era mais oxidado que o vidro flutuante comercial, á mistura de fornada utilizada daria convencionalmente um vidro com um conteúdo de ferro (ex presso como ί^θβ) de cerca de 0,11$ em peso. Devido a haver ferro introduzido pelo carvão, o vidro do exemple tinha 0,16$ em peso de ferro. Verificou-se que o enxofre proveniente do carvão produziu vidro com 0,063$ peso de SO^ sem reoxidação, e menos de 0,01 30^ com reoxidação.

depósito do primeiro pedido para o invento acima descrito foi efectuado nos Estados Unidos da América em 25 de Junho de 1985 ^s°b ^os números 748.639 θ 748.640.

Claims (31)

1. -REIVINDICAÇÕES10

   - Processo para a fusão descontínua de vidro ou análogo no qual se emprega a combustão de um combustível com conteúdo de cinza como fonte de calor para utilização no processo, caracterizado pelo facto de compreender a utilização da combustão do combustível com conteúdo de cinza directamente para aquecer o material de cada fornada de vidro numa primeira zona, enquanto se retém cinza proveniente do combustível queimado no material da fornada, a mistura da cinza com o material da fornada à medida que este passa para uma segunda zona, e o aquecimento do material novamente na segunda zona a fim de fazer progredir o material para um estado de fusão.
2. 2^e - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a combustão do combustível com conteúdo de cinza ser efectuada numa fase de préaquecimento na qual o material da fornada é aquecido até uma temperatura abaixo da sua temperatura de fusão, e a segunda zona compreender uma fase de liquefacção na qual o material da fornada é liquefeito
3. 3* - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o combustível ser misturado com o material da fornada antes de ser transferido para a fase de pré aquecimento.
4. 4& - Processo de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo facto de o combustível com conteúdo de cinza proporcionar substancialmente toda a energia necessária para a fase de préaquecimento
5. 5^e - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo facto de a fase de préaquecimento incluir a agitação dos materiais da fornada num recipiente rotativo à medida que os materiais da fornada

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   • 25 são transportados de uma extremidade do recipiente rotativo para a outra extremidade.
6. 6® - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo facto de uma fonte de oxigénio com concentração de oxigénio superior à do ar ser fornecida à fase de préaquecimento para apoiar a combustão
7. 7® - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a fonte de oxigénio ser constituída essencialmente por oxigénio.
8. 8® - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a fonte de oxigénio ser substancialmente isenta de azoto.
9. 9® - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo facto de uma porção do oxigénio para combustão do combustível na fase de préaquecimento ser proporcionada por compostos com conteúdo de oxigénio no material da fornada,
10. 10® - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 9, caracterizado pelo facto de o material da fornada ser transportado através da fase de préaquecimento a partir de uma extremidade de entrada em direcção a uma extremidade de saída, e 0 fluxo de gases de combustão na fase de préaquecimento ser mantido geralmente na direcção da extremidade de saíca.
11. 11® - Processo de acordo ccm a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de produtos de combustão provenientes da fase de préaquecimento passarem a fase de liquefacção.
12. 12® - Processo de acorde cera a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de os produtos de combustão incluírem monóxido de carbono, que é queimado na fase de liquefacção.

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    Β

    Β 25
13. 13^δ - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo facto de a fonte gasosa de oxigénio ser introduzida no recipiente de préaquecimento numa localização intermédia afastada da extremidade de entrada e da extremidade de saída.
14. 14& _ processo de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 13, caracterizado pelo facto de o material da fornada ser descarregado da fase de pré aquecimento num estado pulverulento em que pode escorrer de maneira substancialmente livre.
15. 15^e - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de o material da fornada da segunda zona ser liquefeito numa superfície inclinada e escoar-se livremente a partir desta.
16. 16^s - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de o material d*⁵ fornada que entra na segunda zona ser depositado sobre uma superfície inclinada que está diante de uma cavidade aquecida central.
17. 17^e - Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo facto de a superfície inclinada rodar em volta da cavidade central,
18. 18⁶ - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de o material da fornada ser liquefeito na segunda zona, e a combustão do combustível com conteúdo de cinza na segunda zona fornecer uma parte importante da energia necessária para liquefazer o material da fornada,

    I92 - Processo de acordo com a reivinuicação 18, caracterizado pelo facto de o material liquefeito ser drenado da segunda zona num estado reauzido e ser transferido para uma zona a jusante onde é submetido a condições de reoxidação.

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    Β 25
19. 20^a - Processo de acordo cora a reivindicação 19, caracterizado pelo facto de o estado oxidante na zona a jusante ser proporcionado por meio da injecção de oxigénio gasoso num corpo do material liquefeito.
20. 21^a - Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo facto de a agitação do material na zona a jusante ser proporcionada por meio da injecção de gases de combustão no corpo de material liquefeito.
21. 22^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 19 a 21, caracterizado pelo facto de a zona a jusante ser dividida em duas câmaras e o material liquefeito passar de uma câmara para a outra, sendo proporcionada combustão submersa em cada uma das câmaras.
22. 23^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 18 a 22, caracterizado pelo facto de o combustível em contacto com o material da fornada constituir substancialmente toda a fonte de energia para a liquefacção da fornada.
23. 24^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 18 a 23, caracterizado pelo facto de o material liquefeito ser retirado da segunda zona num estado parcialmente não fundido.
24. 25^a - Processo de acordo cora qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pele facto de o combustível ser misturado com a fornada antes de ser fornecido à zona na qual se efectua a combustão.
25. 26^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de a temperatura na zona de combustão da primeira fase ser de 9GG°C, pelo menos.
26. 27^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, pelo facto de 0 material da fornada fornecido à fase de préaquecimento incluir carbonatos alcalino-terrosos, e de a tempertitura na fase de préaquecimento

    - 33 57272

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    I ser suficiente para calcinar uma porção substancial dos carbonatos.
27. 28^a - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pele facto de o material fornecido à primeira fase ser substancialmente livre de constituintes que se fun dem a temperaturas abaixo da temperatura de calcinação e pelo facto de incluir o fornecimento à segunda fase material de fornada que se funde a temperaturas abaixo da temperatura de calcinação.
28. 29^a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de a fornada ser uma fornada de vidro soda-cal-sílica.
29. 30^ê - Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo facto de a fornada ser formulada de maneira a produzir um vidro que tem uma viscosidade de, pelo menos, 100 poises a 1425°C.
30. 31^a _ Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de o combustível incluir carvão.
31. 32⁸ - Processo de acordo com qualquer aas reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de o combustível incluir um produto de petróleo líquido.