PT84044B

PT84044B - Processo e aparelho para a liquefaccao de material fundivel tal como vidro

Info

Publication number: PT84044B
Application number: PT84044A
Authority: PT
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1986-01-02
Filing date: 1986-12-31
Publication date: 1993-05-31
Also published as: SG87391G; DK633786D0; ATE55761T1; EG17716A; MY101131A; FI82024B; FI82024C; DK633786A; MX164685B; DE3673626D1; EP0230049B1; JPS62176925A; FI865333A; PT84044A; ZA869147B; ES2017627B3; CN86108910A; NZ218514A; AU6678486A; KR900005382B1

Description

PPG INDUSTRIES, INC., norte-america na (Estado de Pensilvania), industrial, com sede em One PPG Place, Pittsburgh 22, Estado de Pensilvãnia, Estados Unidos da América, pre tende obter em Portugal, para:PROCESSO E APARELHO PARA A LIQUEFACÇÂO DE MATERIAL FUNDÍVEL TAL COMO VIDRO 0 presente invento refere-se a um processo para a liquefacção de material termicamente fundível, em particular fornadas de vidro.

Na patente dos Estados Unidos N24.381.934 descreve-se um processo pa ra liquefazer materiais tais como fornadas de vidro ou semelhante, em que um revestimento de material pulverulento tal como o próprio material de fornada actua como isolador para proteger as paredes laterais do recipien te das intensas temperaturas no interior do recipiente.

Em formas de realização preferidas, o revestimento rodeia uma cavida de central do recipiente e mantém-se o revestimento permitindo que o mate rial liquefeito seja feito fluir livremente do recipiente e fornecendo ma terial relativamente frio ao revestimento. Uma vantagem de um tal disposi tivo é que podem proporcionar-se elevadas temperaturas para liquefazer a fornada sem ser necessário prolongado contacto da corrente de produto com materiais refractários de contaminação e sem ser necessária prolongada perda de calor através de arrefecimento forçado das paredes do recipiente.

Exemplos da técnica anterior de recipientes de fusão arrefecidos a água são descritos nas patentes dos E.U.A. N2s 2.834.157 (Bowes), 3.917.479 (Sayce et al.), e 4.061.487 (Kiyonaga). Cada um destes exemplos utiliza arrefecimento por água como o elemento principal para preservar substancialmente todas as zonas de parede lateral do recipiente, tendo co mo resultado que se desperdiça uma grande quantidade de energia através das paredes do recipiente devido ã grande diferença de temperatura estabe lecida entre o fluído de arrefecimento e o material fundido no interior do recipiente.

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processo de liquefacção da patente dos E.U.A.N24.381.934 acima r£ ferido, é capaz de funcionamento contínuo durante largos períodos de tem po sem se utilizar arrefecimento forçado exterior ao mesmo tempo que se evita uma significativa deterioração térmica das paredes laterais do recipiente. Embora o revestimento do material de fornada possa, por vezes, ser irregularmente corroído, o sistema é, em geral de auto-reparação de vido ao abastecimento de material de fornada adicional para o recipiente No entanto, disrupções nas condições de estado fixas no interior do reci piente de liquefaçção podem resultar ocasionalmente na redução em espessura de zonas do revestimento, particularmente na zona superior do recipiente, ao ponto de zonas das paredes laterais do recipiente poderem ser expostas a temperaturas que, se forem mantidas durante um período de tem po suficiente, poderiam conduzir a distorção ou outro tipo de deterioração térmica do recipiente. Pode ocorrer a instabilidade da espessura da parede de fornada, por exemplo, durante o arranque ou quando se altera a taxa de abastecimento de fornada ou a taxa de aquecimento. Do mesmo modo durante o funcionamento normal, o revestimento de fornada numa elevação média pode corroer-se mais rapidamente cortando o revestimento que está por cima e, eventualmente, provocando um súbito colapso do revestimento de uma região superior. Essas anomalias não apresentam um problema signi ficativo se forem de curta duração, mas se forem demorados ou ocorrerem frequentemente, seria desejável proporcionar protecção térmica ao recipiente. A distorção térmica do recipiente é particularmente um problema por causa da instabilidade dinâmica que produz quando o recipiente é fei. to girar de acordo com as formas de realização preferidas de processo de liquefacção.

A patente dos E.U.A. N23.689.679 (Niwa et al.)descreve um processo de fusão de sílica de um tipo algo diferente em que algumas zonas do recipiente são arrefecidas. Conforme descrito na patente, o arrefecimento e proporcionado na maioria da área de parede lateral na região de fusão activa. A patente não envolve a liquefacção na superfície de um revestimento como no presente invento.

No presente invento, os materiais de fornada de vidro ou semelhante são liquefeitos numa superfície de uma cavidade no interior de um recipiente para o qual a protecção térmica principal é proporcionada por um

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revestimento isolador de material pulverulento compatível com o material que está a ser liquefeito, de preferência, o próprio material de fornada. Para proteger as paredes laterais do recipiente contra deformação térmica indevida no caso de a espessura do revestimento ser excessivamente re duzida durante funcionamento irregular, uma zona superior, menor, do recipiente é dotada de arrefecimento forçado e exterior.

calor perdido por este arrefecimento não é substancial por causa da área relativamente pequena do recipiente ao qual á aplicado e porque na maioria das circunstâncias seria de efeito apenas intermitente. Há lu gar a uma significativa transferência de calor apenas naquelas áreas a partir das quais o revestimento foi quase completamente perdido. Isto p£ de ser confinado não apenas numa faixa estreita no topo do recipiente, mas também, algumas vezes, apenas a zonas desta faixa em torno da perife ria. Alem disso, uma vez que a exposição do recipiente vazio ao calor po de verificar-se apenas intermitentemente, permitindo que o material do re cipiente experimente brevemente temperaturas em ou próximo do limite superior das gamas de temperaturas de funcionamento recomendada pode não ser significativamente prejudicial e, deste modo, é apenas necessário aplicar uma quantidade moderada de arrefecimento. 0 arrefecimento pode ser utilizado continuamente para proporcionar segurança contra quaisquer disrupçoes não detectadas na integridade do revestimento. Quando estápr£ sente uma significativa espessura de revestimento, resulta muito pouca perda de calor do emprego de arrefecimento porque o revestimento de fornada é um bom isolador. Em alternativa, o arrefecimento pode ser acciona do apenas quando o revestimento é instável.

desenho é uma vista de secção transversal vertical de uma forma de realização preferida de um recipiente de liquefacção relativo que com preende meios de arrefecimento na zona de parede lateral superior de acordo com o presente invento.

Fazendo referencia à forma de realização específica representada na figura, a estrutura básica do recipiente de liquefacção é um cilindro 10 que pode ser fabricado em aço e que possui uma configuração lateral geral mente cilíndrica, um topo geralmente aberto e uma zona de fundo que é fechada excepto para uma saída de drenagem.

cilindro 10 está montado para rotação em torno de um eixo verti57782

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cal de uma maneira que será descrita a seguir. Uma cavidade substancialmente encerrada é formada no interior do recipiente de liquefacçao por meio de uma estrutura de tampa designada, em geral, como 11 que é dotada de suporte estacionário. A tampa 11 é construída, de preferencia, de material de ceramica refractário e pode tomar uma variedade de formas como será conhecido pelos peritos no ramo de construção de fornos refractários 0 dispositivo preferido descrito na figura é uma construção de cúpula vol tada para cima em forma de abóboda, fabricada de uma pluralidade de blocos refractários 12. Na construção em abóboda típica representada, os blocos de abóboda assentam numa estrutura de suporte periférico 13. Os blocos de placa 14 podem prolongar-se ligeiramente por baixo do bordo su perior do cilindro 10 e são suportados pela placa de suporte estacionário 15. Os blocos de vedação 16 podem ser dotados para fechar o espaço entre os blocos de abóboda 12 e os blocos de placa 14. Compreender-se-á que podem empregar-se desenhos suspensos monolíticos e planos para a tampa.

Materiais de fornada, de preferencia num estado pulverulento,podem ser abastecidos para o interior da cavidade do recipiente de aquecimento por meio de uma queda de água arrefecida 20.A camada 21 do material de fornada é retida nas paredes interiores do cilindro 10 para actuar como revestimento isolador. À medida que o cilindro é feito rodar, a queda de abastecimento 20 dirige o material de fornada para zonas superiores do revestimento 21. 0 aquecimento para liquefazer o material de fornada pode ser proporcionado por um ou mais queimadores 22 que se prolongam atra vés da tampa 11. De preferência, dispõe-se uma pluralidade de queimadores 22 em torno do perímetro da tampa de modo a dirigirem as suas chamas em direcção a uma vasta área de .revestimento 21. Os queimadores sao de pre ferencia arrefecidos a água para protege-los do ambiente agreste no inte. rior do recipiente. Os gases de exaustão saem do recipiente através da abertura 23 na tampa 11. Ã medida que o material de fornada na superfície do revestimento 21 se liquidifica é feito fluir para baixo pelo revestimento inclinado para uma abertura de drenagem central 25 no fundo do recipiente. A abertura 25 pode ser ligada a uma protecção de ceramica refractária 26. Uma corrente de material liquefeito 27 cai livremente do recipiente para um receptáculo estacionário 28 e pode, em seguida, sersu jeito a tratamento adicional para completar o processo de fusão. Uma vez

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que é permitido que o material liquefeito seja feito fluir livremente da superfície do revestimento 21, está num estado incompletamente fundido quando passa do cilindro 10. A fornada de vidro liquefeito, nesse ponto inclui geralmente uma grande quantidade de produtos gasosos de reacção e pode também incluir algumas partículas não fundidas.

Na interface entre o bordo superior do cilindro rotativo 10 e a tampa estacionária 11 pode ser proporcionada uma vedação de atmosfera composs ta de um cadinho contendo água, circular e estacionário e um elemento de rebordo circular 31 que se prolonga para baixo para o interior do cadinho, proveniente do cilindro rotativo. Um cadinho de água estacionário se melhante 32 e um rebordo 33 que se prolonga para baixo a partir do cilindro rotativo podem ser proporcionados na extremidade inferior do cilindra

Podem ser utilizados outros tipos de dispositivos de vedacção nessas localizações.

Podem utilizar-se vários dispositivos para proporcionar arrefecimento forçado ã zona superior do cilindro 10. 0 refrigerante pode ser líquido (por exemplo,água) ou gasoso (por exemplo, ar).

No exemplo representado, é aspergida uma corrente de água contra o exterior da zona superior do cilindro. A aspersão de água pode ser fornecida por meio de condutas 40 e a aspersão pode ser confinada a um espaço imediatamente contíguo ao cilindro por meio de uma protecção de aspersao 41. A água utilizada pode ser captada num cadinho circular 42 e drenada por meio de condutas 43 que se prolongam para baixo ao longo dos planos inclinados do tambor 10 e que rodam com os mesmos. A descarga da água das condutas 43 pode ser convenientemente aproveitada para o cadinho de água 32 do fundo da vedação de ar atmosférico.

É necessário aplicar arrefecimento exterior apenas ã área limitada da parede lateral mais inclinada em caso de falha do revestimento interior. Na maioria dos casos esta será uma zona superior menor do cilindro que corresponde a menos de metade da altura do cilindro, de preferencia apenas o 1/4 superior. No entanto, o revestimento interior 21 serve normalmente como a principal protecção térmica para a maioria da área das pa redes laterais do cilindro.

A aplicação de arrefecimento exterior a uma zona do cilindro que está protegida por um revestimento intacto retirará muito pouca energia tér

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mica ao processo de aquecimento que está a ser efectuado no interior do cilindro. Por esse motivo, a área arrefecida pode ser maior do que o necessário com muito pouca ou nenhuma perda de eficiência térmica, visto que haverá lugar a uma significativa transferencia de calor através da pa rede do cilindro apenas em áreas onde o revestimento tem que ser reduzido abaixo do mínimo para eficaz protecção do cilindro. Verificou-se que uma camada de material de fornada de vidro pulverulento na ordem de, pelo menos, 2 centímetros de espessura é um isolante eficaz e mesmo com espessuras menores se verifica muito pouca transferencia de calor através da camada de fornada.Apenas em alturas que metal praticamente em bruto é exposs to ao calor interior é que se transfere algum calor significativo para o refrigerante. Nessas ocasiões a estabilidade estrutural do recipiente é assegurada pelo arrefecimento, apenas com perda de calor temporária numa área menor. Logo que possível após essa falha do revestimento, a taxa de abastecimento de fornadas e/ou a taxa de aquecimento são ajustadas para repor o isolamento numa espessura isolante eficaz. Nessa altura o arrefecimento pode ser descontínuo, mas pode haver alguma vantagem em continuar o fluxo de refrigerante porque se verifica pouca transferência de calor e mantendo-se o exterior do recipiente ã temperatura de refrigerante podem evitar-se choques térmicos quando o arrefecimento é retomado.

De acordo com o presente invento que é o objecto do pedido de patente em nome da requerente depositado simultaneamente com o presente, na ba se, na qual o cilindro 10 é suportado de maneira rotativa e accionado, é um quadro de suporte 50 o qual, conforme se representa no desenho, pode ser configurado como um anel oco de secção transversal geralmente rectangular. 0 anel de suporte 50 rodeia o cilindro e está afastado do mesmo.Os meios de ligação para unirem o anel de suporte 50 ao cilindro 10, nesta forma de realização, compreendem uma pluralidade de hastes de suporte 51. 0 número e a dimensão das hastes 51 é inversamente proporcional e depen de do peso de um determinado cilindro quando está completamente carregado. Teoricamente tres hastes podem suportar o cilindro, mas a utilização de quatro ou mais (de preferencia oito ou mais) hastes permite que se empregue um dispositivo do tipo de raio de bicicleta pelo que se contraria a rotação do cilindro 10 em relação ao anel 50. Num tal dispositivo as hastes não asentam em planos radiais do cilindro, mas em vez disso prolon

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• 25 gam-se ao longo de planos verticais que não intersectam o eixo vertical do cilindro, passando os planos de hastes contíguas em lados opostos do eixo vertical do cilindro. Em recipientes maiores o número de hastes pode ser aumentado em conformidade para se distribuir a carga e preve-se que o número de hastes possa ser na ordem de vinte e quatro numa forma de reali zação do tipo que se representou no desenho. As hastes são a forma preferida de meios de ligação porque provocam pouca obstrução nos lados do ci lindro, permitindo desse modo o acesso para reparaçao e manutenção, proporcionando livre circulação de ar e evitando a acumulação de quaiquer ma teriais derramados.

As hastes 51 são sustentadas no seu lugar em cada extremidade por porcas terminadas em esfera 52 que, por sua vez, são recebidas em encaixes côncavos nos blocos de suporte superior e inferior 53 e 54, respectivamente. Os blocos de suporte superior 53 estão montados no anel de supor te 50 numa elevação por cima do centro de gravidade C do recipiente car regado, de acordo com um aspecto do presente invento. Os blocos de suporte inferior 54 são fixados a um anel periférico 55 ou semelhante, que está ligado ao cilindro 10 numa elevação substancialmente inferior ã elevação dos blocos suporte superior 53. A extensão em que a elevação ã qual as extremidades superiores das hastes de suporte 51 engatam no anel de suporte 50 excede a elevação do centro de gravidade C é, de preferencia, maximizada para optimizar os efeitos de auto-centragem. No entanto, qualquer diferença de elevação significativa entre os mesmos alcançará algum grau de vantagem de auto-centragem do presente invento. Considerações de ordem prática restringerão, na maioria dos casos, a elevação do nível su perior de engate. Os meios de suporte estruturais para a tampa estacionária 11 e outros acessórios associados ã tampa e à interface da tampa com o cilindro interfeririam tipicamente com qualquer tentativa para prolongar os elementos de suporte do cilindro rotativo acima da elevação mais elevada do cilindro. Visto que o material de revestimento 21 se afunila para uma espessura maior no fundo de um cilindro, conforme se representou no desenho, o centro de gravidade estará habitualmente dentro da metade inferior da altura do cilindro. Consequentemente, a elevação de suporte pode, em alternativa, ser expressa como estando na metade superior da altura do cilindro.

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A união dos meios de ligação tais como as hastes 51 ao cilindro está de preferencia, localizada numa região do cilindro que é relativamen te fria e portanto menos susceptível de arqueamento térmico. 0 espessamen to do revestimento 21 em direcção ao fundo do cilindro torna as zonas inferiores do cilindro menos apropriadas para localizações de união. Embora a união na metade superior do cilindro possa ser, algumas vezes, aceitável, é preferível fazer a união na metade inferior.Na forma de realização mais preferida, a união está em ou por baixo da elevação do centro de gra vidade C do recipiente carregado com uma quantidade normal de material incluindo o revestimento.

recipiente 10, em vez da forma geralmente cilíndrica representada pode ser dotado de outras formas tais como uma forma troncocónica convergindo para baixo ou uma forma escalonada conforme representado na patente dos E.U.A. N24.496.387 (Heithoff et al.). Nesses casos o centro de gravidade pode não estar no interior da metade inferior do recipiente, mas a elevação preferida de suporte seria por cima do centro de gravidade e a elevação de união ao recipiente seria na metade inferior.

lado inferior do anel de suporte 50 é dotado com uma ranhura afu nilada 60 que faz contacto de rotação com uma pluralidade de rodas afuniladas 61. As rodas 61 são suportadas rotativamente em mancais 62 que estão fixadas a elementos estruturais estacionários apropriados tais como esferas 63. As rodas 61 suportam a carga vertical do cilindro e do seu conteúdo e o número de rodas deve ser escolhido em conformidade para d is tribuir a carga, sendo consideradas oito rodas apropriadas para uma insta lação típica ã escala comercial, conforme representado no desenho. A superfície de contacto da ranhura 60 afunila-se para baixo em direcção ao cilindro 10, sendo portanto configurada como um segmento de cone.

Aplica-se restrição lateral ao cilindro rotativo 10 e ao anel de suporte 50 por meio de uma pluralidade de rodas 70 que se apoiam contra a periferia do anel de suporte 50. As rodas de restrição lateral 70 podem ser rotativamente suportadas em meios de suporte rígidos 71 que podem ser ajustáveis na direcção radial em relação ao cilindro 10. Proporcionam-se pelo menos tres rodas de restrição lateral 70 e as rodas 70 são, de prefe rência, pneumáticas. Pelo menos uma das rodas 70, é accionada por meio de um motor (não representado) de modo a fazer rodar o quadro de suporte 50

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e, deste modo, o cilindro 10. Em vez de servir como uma restrição absoluta para os elementos de rotação, as rodas 70 servem para amortecer qualquer oscilação ou movimento alternado do eixo de cilindro da sua localização pretendida. As rodas 70 amortecem qualquer movimento horizontal do cilin dro e do anel de suporte enquanto que a interface cónica entre a ranhura 60 e as rodas de suporte vertical 61 proporcionam a principal força de centragem. Do mesmo modo, o enfraquecimento do movimento oscilatório do eixo do cilindro em virtude de o suporte estar numa elevação por cima do centro de gravidade é auxiliado pelo efeito amortecedor das rodas 70.

É evidente que outras variações e modificações que serão conhecidas dos peritos no ramo, podem ser utilizadas sem se sair do âmbito do presen te invento, tal como se define nas reivindicações que se seguem.

invento foi descrito em conexão com a liquefacção de fornada de vidro, para a qual o presente invento é particularmente útil. Isto inclui placa de vidro, fibra de vidro, recipiente de vidro, silicato de sódio e, virtualmente, qualquer tipo de vidro especial.= 0 invento é também aplicá vel à liquefacção de outros materiais tais como minérios de metalurgia ou outros materiais cerâmicos ou vítreos que podem nao ser estrictamente definidos como vidros. Pode também notar-se que enquanto a prática preferida é empregar composições que sejam quimicamente idênticas de maneira substancial para toda a camada e para o revestimento do recipiente de liquefacção, em particular quando se estão a processar placas de vidro, al gumas variações entre as mesmas podem ser consideradas não contaminantes e, portanto, não objeccionáveis nalguns casos.

Depósito do primeiro pedido para o invento acima descrito, foi efectuado nos Estados Unidos da América, em 2 de Janeiro de 1986 sob o N2815.700.

Claims

REIVINDICAÇÕES lê- Processo para a liquefacção de material termicamente fundível caracterizado pelo facto de compreender as fases de:

- abastecer material de fornadas pulverulentas para uma cavidade rodeada por um revestimento de material pulverulento nas zonas de pa

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- proporcionar aquecimento à cavidade para liquefazer as porçoes expostas do material pulverulento e permitir que o material li quefeito seja feito fluir do recipiente; e

- proteger a maior parte da parede lateral do recipiente contra deterioração térmica indevida substancialmente apenas pela ma nutenção de suficiente espessura de revestimento para isolar aquela zona do recipiente do calor no interior da cavidade,sen do a espessura de revestimento mantida pelo abastecimento adicional de material pulverulento e permitindo que o material li quefeito seja drenado do revestimento;

em que uma zona menor da parede lateral do recipiente onde a espessura de revestimento não é suficiente para isolar adequa damente o recipiente, se preserva a zona menor do recipiente por meio de arrefecimento forçado das zonas de parede lateral.

22- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o arrefecimento das zonas de parede lateral incluir a direcção de uma corrente de fluído de arrefecimento em direcção ã superfície exterior da parede lateral.

32- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de uma pluralidade de corrente de fluído de arrefecimento serem diri gidas para o recipiente em localizações espaçadas em torno da periferia do recipiente.

42- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, cara£ terizado pelo facto de o arrefecimento das zonas de parede lateral incluir a direcção de água para contacto com a superfície exterior das zo nas de parede lateral.

52- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, cara£ terizado pelo facto de as zonas de parede lateral que sao arrefecidas serem menos de metade da parede lateral.

62- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, carac terizado pelo facto de as zonas de parede lateral que são arrefecidas serem contíguas à extremidade do recipiente em que o material pulveru lento é abastecido para o interior do recipiente.

72- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,carac- 10 57782

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83- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o recipiente ser feito girar em torno de um eixo substancialmente vertical, de o material pulverulento ser abast£ eido na extremidade superior do recipiente, de o material liquefeito ser drenado na zona de fundo do recipiente e de o revestimento convergir para uma zona relativamente estreita na extremidade superior do recipiente. 93- Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o arrefecimento forçado ser efectuado in termitentemente.

103- Aparelho para a liquefaeção de material termicamente fundível, em particular fornadas de vidro, caracetrizado pelo facto de compreender um recipiente que possui paredes laterais e um fundo montado para poder girar em torno de um eixo substancialmente vertical, meios para abastecer material pulverulento para o interior do recipiente, meios de saída para a drenagem do material liquefeito do recipiente e meios para arrefecer as zonas superiores de parede lateral do recipiente por meio de circulação de fluído de arrefecimento estando os meios de arrefecimen to limitados a não mais do que metade da altura das paredes laterais. 113- Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de os meios de arrefecimento estarem adaptados para aspergir líquido de arrefecimento contra as zonas de superfície exterior das paredes laterais.

123- Aparelho de acordo com a reivindicação 11 em que os meios de arrefe cimento compreendem uma pluralidade de bocais de aspersão.

133- Aparelho de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado pe lo facto de compreender meios de protecção de aspersão que definem um espaço anular em torno do exterior das zonas de parede lateral no interior das quais está confinada a aspersão.

143- Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de os meios de protecção e os meios de aspersão serem suportados por um suporte estacionário.

153- Aparelho de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pe

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Case F8203/GL lo facto de compreender meios de drenagem de líquido de arrefecimen to praticados no recipiente.

16â- Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 10-15, caracteri zado pelo facto de os meios de arrefecimento estarem associados ape nas ã metade superior do recipiente.