PT88268B - Processo e dispositivo de elaboracao de vidro fundido - Google Patents

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Robert Noiret
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Saint Gobain Vitrage
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Description

Com a finalidade de dominar cada uma das referidas fases do processo, o invento propõe meios para melhorar a separação entre as referidas zonas e sobretudo para regular o fluxo de vidro fundido de uma para a outra.
O invento interessa mais especialmente para fornos de cuba com grandes capacidades de produção, quer dizer, da ordem de, por exemplo, 600 t/d e mais para as fabricações de vidro flutuado, ou de 300 t/d e mais para vidro côncavo mas mostra-se também vantajosa para instalações de menor importância e isto tanto mais que a produção considerada apresenta exigências elevadas quanto aos níveis de qualidade de afinação e/ou de homogeneidade química e térmica do vidro a fornecer aos dispositivos de enformação.
As opções habitualmente adoptadas na estrutura das instalações industriais e nas suas formas de utilização dependem da natureza da fabricação mas apresentam em comum visar a independência da condução da fusão pròpriamente dita em relação à do acondicionamento do vidro a fornecer à enfarmação.
Essa independência é obtida, por exemplo, ligando a bacia de fusão à bacia de acondicionamento por uma garganta imersa, encontrando-se assim os dois compartimentos sem nenhuma comunicação com a atmosfera, segundo uma estrutura habitual para as instalações de produção de vidro côncavo e de fibra para o isolamento.
Os fornos que visam a fabricação de vidro plano, com capacidade de produção vulgarmente mais elevada, comportam habitualmente um corset gola, isto é, um canal cuja abobada não está posta em contacto com o banho de vidro, para ligar os compartimentos de fusão e de aquecimento.
Sob certos aspectos, o emprego da garganta apresenta vantagens em relação ao da gola, garantindo a independência das atmosferas dos dois compartimentos e favorecendo a retirada, na bacia consagrada à fusão, de vidro que apresente eventualmente uma qualidade de afinação melhor, e/ou mais frio, porque se situa a um nível mais próximo da soleira do que da superfície do banho; mas este emprego não é actualmente concebível de ser usado senão para fornos cuja tiragem não ultrapasse nitidamente 200 t/d, pelo facto da secção das gargantas se encontrar pràticamente limitada pelas dimensões máximas das peças da abobada que a industria de refractários é susceptível de fabricar presentemente.
Os fornos de bacia da industria de vidro plano cuja capacidade de produção atinja correntemente 600 t/d e mais, não podem portanto utilizar uma garganta e recorrem a uma
daí poderia resultar quanto ã qualidade do ao estágio de enformação, aqueles prevêem alongamento da bacia consagrada e a criação duma corrente de convecção com atingindo por exemplo 5 a 10 vezes a montante ao gola conforme já foi acima indicado. Para remediar o ['inconveniente que •vidro admitindo igeralmente um [acondicionamento jum débito muito grande, tiragem cuja corrente de superfície é dirigida para e chega à zona de extracção depois de sòmente a bacia de acondicionamento mas ter atravessado não anteriormente a gola soleira, de débito pròpriamente dita e cuja corrente de reduzido sõmente da tiragem, segue o trajecto inverso.
Este regime de convecção submete portanto as peças grande, muito que constituem a gola sua duração de vida de energia, visto que a um desgaste e demonstra-se implica vários ciclos vidro, entre as de afinação e de aquecimento, vista à enformação.
antes da sua remediar presente invento propBe-se | inconvenientes de cada uma das estruturas acima descritas,
I igarganta e gola ou, pelo menos, atenuá-los muito substancialmente.
os
Tem primeiramente por objectivo um processo contínuo de elaboração de vidro em forno de cuba segundo o qual o material vitrificável é primeiro levado ao estado de banho em fusão numa zona a montante da cuba afecta mais especialmente à fusão, o referido banho percorrendo gradualmente as zonas a jusante sucessivas da cuba, cada uma das quais em geral mais especialmente afecta a uma das outras fases do processo de elaboração do vidro, tais como afinação e acondicionamento tendo em vista a enformação, através de pelo menos uma porção da cuba comportando uma redução de secção, do tipo usualmente denominado gola e a seguir assim designado, o referido
'processo comportando a realização ao nível superior da [abertura oferecida ao vidro na zona a montante pela referida I ígola, duma corrente de vidro dirigida de jusante para 'montante da referida gola, formando retorno na referida zona [a montante, chamada corrente de retorno de superfície.
I
I
A referida corrente de retorno, segundo o invento, é gerada vantajosamente por um aquecimento regulado do vidro da zona a jusante da referida abertura, o referido aquecimento sendo obtido de preferência por dissipação localizada de .energia por efeito Joule no seio do próprio vidro, por intermédio pelo menos dum electrodo imerso no banho da Jreferida zona jusante.
i | Segundo uma característica vantajosa do processo do invento, comporta uma separação relativamente à atmosfera Je/ou à irradiação entre a referida zona a montante e a jreferida zona a jusante da gola, esta separação situando-se jde preferência na proximidade da referida abertura a montante iou da entrada da gola e atingindo o banho de vidro em fusão |OU pelo menos uma camada de materiais vitrificáveis jsobrenadantes na superfície do referido banho e a referida jcorrente de retorno atingindo pelo menos a zona situada na prumada da referida separação.
De preferência, a referida separação deixa uma passagem livre ao banho de vidro numa altura de pelo menos 80 % da profundidade do banho na prumada da referida separação.
De preferência ainda a extracção do vidro fora da jzona a montante da gola, em particular da zona de fusão, é jefectuada essencialmente numa corrente que se situa a meiaiprofundidade do banho na prumada da referida separação.
i j
i Além disso, o nível da separação entre a corrente de retorno da superfície e a corrente de extracção para jusante
que fornece a tirada, isto é, o nível onde a componente jhorizontal de velocidade do vidro é nula, situa-se de 'preferência, na prumada da referida separação, a pelo menos 90 % da altura da passagem livre aberta ao banho, para minimizar o desgaste das paredes.
ΐ
I Numa forma de realização particularmente vantajosa Ido processo do invento, a mistura vitrificável introduzida na cuba do forno é distribuída pelo conjunto da zona de banho isituada a montante duma primeira separação e a referida zona do banho é submetida a um aquecimento por efeito Joule no próprio seio do vidro, efectuando-se assim uma fusão chamada j”com abobada fria”.
I j Neste caso, é aplicado de preferência ao vidro proveniente a Jusante da referida primeira separação, um jaquecimento que o leva pelo menos à temperatura habitual de ;afinação, completando assim a eliminação das bolhas gasosas 'que aparecem no banho durante a fusão ou que são introduzidas Ineste com a mistura vitrificável pròpriamente dita.
i 0 invento tem igualmente por objectivo um
Idispositivo de elaboração contínua de vidro fundido, particularmente adaptado para a realização do processo descrito precedentemente, compreendendo, num formo de cuba de forma geral alongada, uma pluralidade de compartimentos percorridos em série pelo banho de vidro, cada um mais afecto em especial a uma das fases principais da elaboração do vidro e pelo menos à fusão e ao acondicionamento do vidro fundido com vista à sua enformação, pelo menos uma parte da cuba icomportando uma reducção de secção do tipo vulgarmente I ;chamado gola e a seguir assim designado, entre dois dos Ireferidos compartimentos, este dispositivo comportando ainda, ia jusante da abertura da referida gola no compartimento a montante, meios capazes de gerar no banho de vidro uma corrente de superfície dirigida de Jusante para montante,
I t
r
formando retorno mesmo no referido compartimento a montante da gola, chamada corrente de retorno de superfície.
localizado termosifão arqueando
Essa corrente pode ser gerada por um aquecimento no banho de vidro provocando, segundo um efeito de conhecido em si, uma corrente de convecção sobre si própria, esquemàticamente à maneira duma correia, e preferência, aquecimento o dispositivo segundo o invento comporta nesta perspectiva, a titulo de meios localizado, pelo menos um electrodo imerso banho de vidro a jusante da referida abertura da gola de de no no compartimento a montante.
De preferência, a referida abertura comporta na parte alta, pelo menos, uma parede, de preferência móvel verticalmente, que constitui separação entre o montante e o jusante em relação à atmosfera que reina por cima do banho.
De preferência, o referido electrodo está situado a uma distância da referida parede de no máximo três vezes a profundidade do banho no local do referido electrodo e de preferência compreendida entre metade e duas vezes esta profundidade.
A referida parede é vantajosamente ainda regulável em altura, para se adaptar ao nível do banho de vidro e à espessura da camada de materiais vitrifiçáveis eventualmente presente na sua superfície, e facultativamente, se for esse o caso, garantir a estanquicidade só pelo seu contacto com a referida camada, ou imergii—se no referido banho a uma profundidade que pode atingir 20 % da profundidade do banho.
A homogeneidade da referida corrente de retorno, na largura da passagem oferecida ao vidro, é favorecida pelo emprego duma pluralidade de eléctrodos, de preferência, disposta num mesmo plano transversal. No caso duma gola com pouca largura, os eléctrodos podem eventualmente atravessando dum lado ao ser
horizontais, outro a referida conduta, e em número pelo menos de dois, com vista à autonomia da dissipação de energia a este nível.
Nos dispositivos que utilizam uma pluralidade de eléctrodos verticais alinhados transversalmente, o intervalo entre eléctrodos extremos fica compreendido de preferência entre 0,8 e 1,2 vezes a largura da gola.
Além disso, com o fim de melhorar o nível da qualidade do vidro extraído, e de o livrar da incidência do débito de tirada, o invento prevê dispâr-se vantajosamente os eléctrodos a montante da parede de separação, em posição tal que os arcos conveccionais que eles geram, possam limitar o desenvolvimento dos arcos conveccionais associados aos eléctrodos geradores da referida corrente de retorno, de maneira a equilibrá-la e a contribuir para o seu regulamento, impondo este conjunto uma intensa braçagem (amassadura) ao vidro que chega a este nível.
Segundo uma outra característica execução soleira do dispositivo do invento, a gola com uma altura da ordem de 5 a 15 % vantaj osa comporta a altura de uma do banho, na proximidade da prumada da referida parede de separação, favorecendo a referida braçagem (amassadura) e a regulação do arco conveccional associado à corrente de retorno.
Segundo um modo particularmente vantajoso de execução do dispositivo do invento, este comporta um compartimento de fusão, a montante da referida parede de separação, equipado de eléctrodos susceptíveis de mergulhar no banho de vidro, através da soleira ou das paredes, ou mesmo suspensos por cima do banho, munidos de meios de alimentação de energia eléctrica com potência adaptada à capacidade de fusão prevista para o forno, e comporta ainda meios de repartição de mistura vitrificável no banho em fusão da zona da cuba situada a montante da referida parede de separação.
A parede de separação pode garantir a sua função de estanquicidade particular do banho em si, em relação à atmosfera, nesta aplicação invento, nivelando sõmente a superfície do graças à camada de materiais vitrifiçáveis pulverulentos submetidos referida parede, enquanto pelos eléctrodos a Jusante à fusão que que a corrente também se opõe se vem apoiar na de retorno gerada à passagem directa de infundidos.
Na prática, sobretudo no caso da aplicação do invento a uma instalação de fusão de vidro cora abobada fria”, isto é na qual a zona situada a montante da parede de separação se encontra inteiramente coberta por uma camada de materiais vitrifiçáveis, é cómodo efectuar a regulação da corrente de retorno servindo-se das medidas de temperatura do vidro dum lado e do outro da referida parede, por exemplo, aproximadamente a dez centímetros desta, e da baixa profundidade no banho, por exemplo, da ordem de cinco centímetros : a existência da corrente de retorno traduz-se por temperaturas mais elevadas a Jusante do que a montante da referida parede e, pode ser fàcilmente estabelecida uma correlação entre a diferença entre as referidas temperaturas e as características da referida corrente de retorno.
Instalações antigas podem ser fàcilmente modificadas para a realização do invento. No entanto, quando o invento é tomado em consideração a partir da concepção do projecto dum forno novo, conduz a uma estrutura mais simples e menos custosa, por exemplo, graças à substituição da garganta jimersa, usual nos fornos de bacia, por uma gola munida duma barragem do tipo barreira de vazamento, móvel verticalmente, susceptível de se opôr a uma camada sobrenadante de materiais vitrifiçáveis. Esta fórmula permite secções de passagem muito maiores e, por consequência, o desenvolvimento de fornos com grande capacidade de produção, superior a 400 t/d por exemplo, com vista à elaboração de vidro de alta qualidade, e garante às peças refractárias que limitam o orifício de extracção, uma duração de vida aumentada.
Outras características e vantagens do invento são evidentes na descrição complementar, pormenorizada do invento dada a seguir com referência ao desenho que representa :
a figura 1 : ura corte longitudinal em elevação, segundo I-I da figura 2, dum forno de fusão eléctrica de vidro com abobada fria da técnica conhecida, mostrando esquemàticamente o comportamento das correntes de convecção na proximidade dos electrodos do compartimento de fusão ;
- a figura 2 : um corte horizontal deste mesmo forno, segundo II-II da figura 1, mostrando em particular a disposição dos electrodos ;
- a figura 3 : um corte longitudinal em elevação, segundo III-III da figura 4, apresentando a zona de trasfega dum forno do tipo do das figuras 1 e 2, modificado segundo o invento ao ser—lhe aplicada uma parede suspensa, móvel verticalmente formando retenção da camada sobrenadante de materiais vitrifiçáveis e pela transformação da garganta numa gola ;
- a figura 4 : um corte horizontal desta mesma zona, isegundo IV-IV da figura 3, ilustrando a disposição dos vários electrodos ;
- a figura 5 : um corte longitudinal em elevação, segundo V-V da figura 6, apresentando a zona de trasfega dum «
forno segundo obstruída na o invento contendo uma parte vertlealmente, e que alta por uma forma um nível de gola de extracção, separação, móvel retenção da camada sobrenadante ;
um corte horizontal desta mesma zona,
- a figura 6 :
segundo VI-VI da figura 5, mostrando mais especialmente a forma da separação de retenção e a disposição dos eléctrodos em relação àquela ;
forno de execução e a figura 7 : uma vista esquemática em que é objecto uma funcionamento segundo descrição o invento plano pormenor i zada dum de a figura 8 do vidro, um diagrama representando por duas saídas diferentes, em função altitude no banho de vidro, e no plano longitudinal de velocidade da na prumada da parede de separação simetria da conducta de extracção.
O forno eléctrico de abobada fria do tipo conhecido representado esquemàticamente em corte possui uma cuba de fusão 1 cuja soleira fileiras de três eléctrodos verticais 3, pelas figuras está munida de duas segundo do tipo
073, que implantadas uma distribuição com um entrançamento quadrado descrito pela publicação da patente francesa n° 2 552 comportando ligações eléctricas (não representadas) garantem uma dissipação de energia sensivelmente uniforme dum electrodo para o outro. A temperatura do banho 4 de vidro fundido pode ser assim regulada para um valor pràticamente idêntico duma região para a outra. A camada sobrenadante 5 de materiais correntes que estão vitrifiçáveis encontra-se submetida à acção das de convecção associadas a cada um dos eléctrodos, representados esquemàticamente sob a forma de arcos com setas, As correntes mais rápidas de convecção seguem um cercurso que apresenta, segundo um corte por um plano contendo o eixo dum electrodo, um desenho em forma de guarda
-chuva ; o cabo corresponde às correntes ascendentes 6 que envolvem o electrodo 3 e o véu representa as correntes radiais centrífugas 7, que garantem o essencial das transferências térmicas e de material entre banho fundido 4 e a camada sobrenadante pulverulenta 5.
As correntes centrífugas 7 arrefecem-se ao contacto da referida camada sobrenadante 5 e nesta simultâneamente são carregadas com vidro novo. A medida que se afastam do electrodo 3 que a gerou, a sua velocidade reduz-se, visto que, logo que encontram as correntes 7 associadas a um electrodo próximo ou a uma parede, são desviadas formando correntes descendentes ô. Estas, durante o seu trajecto en direcção à soleira, fazem nascer correntes centripetas 9 que se distribuem por uma altura centrífugas 7 e em consequência correntes ascendentes 6 exercem, um novo percurso do mesmo arco maior do que as correntes do efeito de aspiração que as o material é arrastado conveccional, de forma para geral tórica, análoga à que reina numa máquina de lavar a roupa em funcionamento.
A descrição aqui dada associado a cada electrodo esquemática. Nota-se no entanto do banho implica velocidades do arco conveccional tórico é obrigatòriamente pouco que este regime de convecção sensivelmente maiores nas regiSes superiores do banho, é na parte baixa do banho, onde o vidro elaborado se decanta, de certa forma e mais especialmente ao nível das correntes 9, que se efectua ipràticamente a transferência do vidro : passa dum arco conveccional na sua vizinhança por correntes 10 (representadas em traço interrompido curto na figura 1) e 'gradualmente a sua extracção da cuba termina numa corrente ill, por um orifício lateral de extracção 12 acomodado numa Iparede lateral 13, o referido orifício 12 abrindo-se numa garganta de trasfega 14 que desemboca no compartimento de acondicionamento 15.
arcos entre
Esta representação da interacção conveccionais próximos, na sua situação de equilíbrio, ou de apoio mútuo, limitando a possibilidade de transferência dum material dum arco para o outro na parte inferior do banho e submetendo o material transferido para uma nova braçagem (amassadura) em cada arco conveccional atravessado, ajuda a compreender as vantagens trazidas pelo presente invento cujos exemplos de execução vão ser agora descritos em pormenor.
As figuras 3 e 4 representam um forno que constitui uma extrapolação do que acaba de ser descrito com referência às figuras 1 e 2, sendo este forno objecto duma adaptação de acordo com o presente invento.
Esta adaptação comporta a colocação na superior da cuba 21, apoiando-se contra a parede abaixo mergulhando no banho 21a, de paredes suspensas 23 (a, que estão dispostas de maneira a separar a atmosfera da referida cuba 21 e a conter a camada sobrenadante 24 de parte e
b, c) materiais vitrifiçáveis submetidos à fusão. Estas separaçfies intercalam-se no entrançado regular dos electrodos 25, dos quais sòmente quatro módulos de três electrodos foram representados, para constituir um compartimento de homogeneização isento de camada sobrenadante e munido de dois electrodos 25a e 25b, dispostos simètricaraente relação ao plano longitudinal vertical de simetria da gola em de extracção 27, construída em substituição da garganta imersa do forno de origem. Esta operação, efectuada por exemplo a jseguir a uma grave deterioração do céu da referida garganta, íque fica assim suprimida, traduz-se por um grande aumento da secção oferecida ao fluxo de vidro extraído. Os débitos permitidos por essa transformação são muito aumentados tanto mais que o arrefecimento do vidro é menor numa gola do que numa garganta.
Os arcos conveccionais tóricos 28 associados aos eléctrodos 25a e 25b do compartimento 26 são regulados para equilibrar, pelo menos, os arcos conveccionais associados aos eléctrodos 25 do compartimento de fusão 21 pròpriamente dito e para assim se opôrem à passagem directa de vidro novo elaborado pelos eléctrodos limítrofes 25, Juntando as paredes 23 <a, b, c) e impôr-lhe uma braçagem (anassadura) complementar muito eficaz antes de atingir a entrada da gola 27. 0 débito do vidro do arco conveccional associado a cada um dos eléctrodos 25a e 25b é regulado de’ preferência, segundo o invento, para um valor pelo menos igual ao débito dos arcos conveccionais de cada um dos eléctrodos limítrofe a montante 25. Para uma eficácia maior do efeito de travamento resultante dos arcos conveccionais dos eléctrodos inferiores 25a e 25b, opostos aos arcos conveccionais dos eléctrodos a montante 25, foi previsto de preferência colocar as separações suspensas 23 (a, b, c) a uma distância menor dos eléctrodos 25 (a, b) do que dos eléctrodos 25 ; com igualdade de potência eléctrica aplicada nestes eléctrodos diversas, os arcos conveccionais inferiores associados aos eléctrodos 25 (a, b) fornecem então ao pé das referidas separações, assim como está representado na figura 3, fluxos mais intensos, e vidro mais quente do que os dos arcos que lhe estão opostos pelos referidos eléctrodos a montante
25. Ê assim criada ao longo das referidas paredes uma corrente de retorno à superfície e consequentemente é possível tornar a fazer subir as referidas paredes até as fazer sòmente aflorar à superfície do banho de vidro, sem recear os inconvenientes indicados no preâmbulo, tais como a passagem directa de infundidos.
Numa forma vantajosa de execução do invento, estão dispostos eléctrodos complementares 29 abaixo da gola 27, na sua expansão 27a precedendo o compartimento de acondicionamento 30.
Os eléctrodos 29 estão dispostos, no referido compartimento 27a, a uma distância da sua parede a montante 31 de preferência superior à sua distância da parede a jusante 32 do compartimento 27a, constituindo a expansão da gola 27. Assim, os arcos conveccionais associados aos electrodos 29 podem numa certa medida, contribuir para a eficácia dos que estão associados aos electrodos 25 <a, b).
Os electrodos 29 têm ainda por função garantir um aquecimento homogéneo do vidro proveniente do compartimento 27a e eventualmente um complemento da sua afinação regulando de maneira apropriada o nível máximo e a velocidade deste aquecimento, de acordo com as prescrições do pedido de patente francesa n° 2 550 523.
As figuras 5 e 6 representam cortes esquemáticos parciais, respectivamente longitudinal em elevação e horizontal, dum forno com uma estrutura mais especificamente de acordo com a concepção do invento. A cuba de fusSo 40 comunica com o compartimento a jusante 41, visand° ™ acondicionamento do vidro antes da enformação, por uma gola 42 e sua expansão 42a, de abóbada quente 43. A referida gola 42, que tem a sua abertura acomodada na parede lateral a jusante 44 da cuba 40 está munida, na parte em cima, por uma barragem 45 fracamente ou não imersa no banho de vidro 46, visando essencialmente conter a camada sobrenadante 47 de materiais vitrifiçáveis depostos no banho 46 na cuba de fusão 40. 0 aprofundamento da barragem 45 de preferência é regulável de tal maneira que possa ser ajustado até um nível pelo menos suficiente, nas condições de funcionamento do forno, para evitar qualquer passagem directa para a gola 42 de materiais sólidos da camada sobrenadante 47.
Imediatamente abaixo da referida barragem 45, isto é, à entrada da gola 42 são dispostos, conforme o invento, dois electrodos 48a e 48b, a uma distância de preferência ligeiramente menor da barragem 45 que a dos electrodos 49a e
49b, situados imediatamente acima da referida barragem.
Além disso, as características de dimensões e de forma de escolhidas associados alimentação eléctrica dos para que, pelo menos, os aos eléctrodos dispostos em respectivamente 49a/48a equi1ibrarem fluxos dos eléctrodos serão arcos conveccionais frente dois a dois a montante, acima e abaixo da referida barragem, e 49b/4ôb, possam ser ajustados para se mutuamente, com uma ligeira superioridade dos arcos a jusante em relação ao fluxo dos arcos segundo o princípio acima descrito e para se opâreiu assim à passagem directa de vidro novo elaborado pelos eléctrodos 49a e 49b que se aproxima da barragem 45 imediatamente montante.
a seu
Nestas condições e para a tiragem nominal do a barragem 45 deve ser montada vantajosamente numa tal que a sua base deixe de ficar imersa no banho 46 mas pelo contrário se situe, por exemplo, desde alguns mílimetros a vários centímetros acima da interface com forno, posição a camada sobrenadante de materiais vitrifiçáveis. Desta forma, os arcos conveccionais conjugados acima/abaixo da geral disso,
40. Além barragem encontram-se muito pouco perturbados bem como a homogeneidade da braçagem (amassadura) na cuba de fusão o desgaste da barragem 45 é muito menor em comparação das peças do céu” duma garganta de trasfega habitual, tal como 14 (figuras 1 e 2) que geralmente, esta razão é necessário refrigerar muito vigorosamente, fim, esta forma de operação facilita um controlo equilíbrio entre arcos conveccionais a jusante e a e um ajustamento da com a da técnica visual distribuição.
Logo eventualmente que potência eléctrica injectada por
Por do montante, a sua é diminuída a produção do ”em vigília”, o aprofundamento da barragem 45 será diminuído vantajosamente até ser evitado o forno, posta
contacto do banho e a potência eléctrica aplicada aos electrodos conjugados a nontante/a jusante é reduzida, embora seja sempre mantida a um nível suficiente para evitar a desvitrificação do vidro que permanece nesta zona do forno.
Logo que é reposta a produção do forno ao regime normal, a potência aplicada aos electrodos a jusante 48 (a, b) será aumentada de novo, concedendo-lhes nesta operação uma prioridade no tempo em relação aos electrodos conjuntos a montante 49 (a, b> e em relação aos electrodos da zona de fusão prõpriamente dita 49, e a barragem 45 torna imediatamente a descer até penetrar no banho a uma profundidade pelo menos igual à espessura prevista para a camada sobrenadante.
Segundo uma opção vantajosa de execução dum forno segundo o invento, pode dispôr-se no alargamento 42a, da gola 42, assim como representada pelas figuras 5 e 6, dos electrodos complementares 48, a jusante dos electrodos 48 (a, b) , cujos meios de alimentação eléctrica e posição sejam tais que os seus arcos conveccionais associados possam servir de apoio aos dos electrodos 48 (a, b) : estes electrodos 48 apresentam-se para este efeito, de preferência, alinhados numa ou várias filas transversais, implantadas a uma distância menor do que a parede transversal a jusante 50 do alargamento 42a do que da sua parede transversal a montante 51. Estes electrodos complementares 48 completam a braçagexn (anassadura) do vidro trasfegado e são ainda susceptíveis de permitir um ganho na qualidade de afinação, ao submeter o vidro que chega aos seus arcos conveccionais a um aquecimento apropriado.
Estes electrodos têm também por função isolar os electrodos 48 (a, b) de acções eventualmente aplicadas ao vidro do compartimento 41 afecto ao acondicionamento do vidro e garantir o domínio da sua função de separação entre compartimentos de fusão 40 e de acondicionamento
41, imitando as mudanças de material entre os referidos compartimentos só à corrente de tiragem, sendo esta vantaj osamente proximidade da confinada ao nível médio e eventualmente à soleira, em condições que serão examinadas mais adiante nos comentários relativos à figura 8.
Deve frizar-se que a referida corrente de tiragem drenando a soma das tiragens elementares de cada uma das células de fusão que representam os arcos conveccionais associados a cada eléctrodo 49 do compartimento de fusão, por intermédio da pluralidade de correntes de troca de célula a célula, a temperatura ao nível médio nas referidas correntes de troca é muito uniforme ao longo da extensão da soleira. O mesmo acontece para a corrente de tiragem que franqueia a gola 42, que se encontra assim em condições excelentes para que lhe seja aplicada uma afinação complementar por intermédio dos eléctrodos 48.
Uma outra vantagem dos eléctrodos 48 reside na facilidade que eles apresentam nas reparações a quente sobre a barragem 45 ou mesmo a sua substituição por uma nova peça, se for necessário.
Para essas intervenções, vantajosamente recorre-se a uma barragem auxiliar provisória, por exemplo, formada duma estrutura metálica arrefecida, isolando a atmosfera da gola 42 e do compartimento 41 da da cuba 40. As intervenções na referida barragem 45 são de qualquer maneira sem consequências duráveis sobre a qualidade de vidro extraído, porque a quantidade de materiais da camada sobrenadante susceptível de se escapar para a gola 42 é reduzida logo que os eléctrodos 48 (a, b> forem alimentados convenientemente.
A realização do invento aplica-se de maneira muito geral, mas demonstra-se especialmente vantajosa para os
fornos com abobada fria, sendo a fusão da carga obtida por intermédio de eléctrodos que atravessam a soleira ou as paredes, ou mesmo de eléctrodos chamados suspensos, isto é, penetram no banho em fusão pelo alto, atravessando a camada sobrenadante de matérias vitrifiçáveis. Prevê-se de preferência nesta última hipótese, recorrer igualmente a eléctrodos suspensos, mas especialmente protegidos em relação à atmosfera oxidante, se eles forem destinados a situai—se a jusante da barragem 45, quer a eléctrodos que atravessem a soleira, quer ainda para os eléctrodos a jusante 48 (a, b) bem como para eléctrodos a montante conjugados 49 (a, b) dispostos imediatamente a montante da barragem 45, afim de poder garantir uma certa simetria em relação à barragem 45 entre os arcos conveccionais a montante e a jusante, conjugados. Esta última variante simplifica a estrutura da abobada quente 43 da gola 42, onde a manutenção e a ligação eléctrica dos eléctrodos suspensos são mais complexas de realizar do que no compartimento com abodada fria.
O invento aplica-se evidentemente com mais vantagens quanto maior for a capacidade de fusão do forno, devido ao facto da limitação da secção das gargantas de trasfega clássicas, mencionadas mais acima, resultante das dificuldades de fabricação de peças refractárias de grandes dimensões que apresentem um nível suficiente de resistência mecânica a quente, especialmente para os elementos do céu da garganta, isto é, que forma a abobada.
A construção duma gola, pelo contrário, não conhece as mesmas dificuldades, porque uma barragem suspensa 45 pode ser constituída por uma montagem em conjunto de peças de formas relativamente simples, pouco espessas, que resistem bem, por consequência, às variações de temperatura e que, trabalhando em geral de canto encontram-se pouco solicitadas do ponto de vista mecânico, o que leva a adoptar larguras de gola da ordem de 1,2 a 3 ra para fornos de 400 t/d a 800 t/d.
A escolha das dimensões da gola 42 não está de resto ligada sòmente à capacidade máxima de produção do forno e à duração de vida desejada para a barragem 45, mas também às propriedades do vidro a fabricar, ao tipo de funcionamento previsto para o forno (importância das variações de tiragem
Quanto à escolha dos materiais a utilizar para a construção da alguns destes transparentes gola, como da barragem elementos. Por exemplo, obrigará geralmente a em si, depende também de a fabricação de vidros abolir os refractários ricos em CrgOg que têm melhor resistência efeitos desta restrição sobre a barragem à corrosão. Os são minimizados limitando tanto quanto possível a potência eléctrica aplicada aos eléctrodos a jusante 48 (a, b) visando a obtenção de travamento hidrodinâmico, afim de serem mantidos os valores estrictamente suficientes do débito da corrente de retorno do vidro à superfície, ao nível da aresta inferior da barragem e sobretudo a sua temperatura e a sua velocidade, parâmetros determinantes para a duração da referida barragem. O jogo dos eléctrodos complementares 48 dispostos a jusante dos eléctrodos que formam o travamento justifica-se muito especialmente porque permite a regulação independente do efeito de travamento e de afinação complementar.
A título ilustrativo, indica-se agora, com referência à vista esquemática em plano da figura 7, as características dum forno segundo o invento com uma capacidade nominal de produção de 150 t/d de vidro destinado à produção de vidro flotté (flutuado).
A cuba de fusão 61, de forma geral rectangular, oferece uma superfície de soleira de aproximadamente 45 m2, a gola 62 de extracção de vidro fundido abrindo-se no lado maior da cuba de fusão e apresentando um plano de simetria vertical longitudinal confundido com o da referida cuba.
Quatro módulos de três eléctrodos 63 equipam a cuba de fusão 61. Os referidos eléctrodos são constituídos de barras cilindricas de molibdénio dispostas verticalmente na soleira. Em fileiras segundo uma malha de forma quadrada de 1,8 ra de lado, são postas em contacto com o banho ao longo dum comprimento da ordem de 0,6 a 1 m, para uma profundidade de banho que pode variar de la 1,5 m conforme a natureza da composição vidreira e a forma de canalização do forno.
Os eléctrodos são alimentados com corrente eléctrica trifásica, sendo a tensão regulável de preferencia em contínuo, e podendo atingir 300 volts entre fases. A forma de ligação às fases <R, S, T) é escolhida de forma a constituir dois conjuntos de 6 eléctrodos cuja ordem das fases é inversa <R,S,T ; T,S,R) com uma simetria entre conjuntos vizinhos, segundo uma disposição já conhecida pela patente citada mais acima.
A gola 62, com uma largura interior de 1,5 m, está munida na sua abertura na cuba de fusão 61 com uma barragem 64 constituída dum conjunto de peças refractárias que se encastram pelas suas duas bordas laterais, numa fracção da sua espessura, na parede da cuba 61, garantindo assim o guiar da barragem durante a sua regulação em altura, visando a retenção de materiais vitrifiçáveis da camada sobrenadante ao mesmo tempo que a separação da atmosfera entre a cuba de fusão e a gola.
Aproximadamente a 0,ô ma jusante da barragem 64, isto é, sensivelmente a meio-comprimento da gola 62 e em posição simétrica em relação ao eixo do forno, estão destinados dois eléctrodos 65 do mesmo tipo que os eléctrodos 63 para garantir o efeito de travamento hidráulico para o vidro que se apresenta ao nível superior do canal 62, na prumada da barragem 64.
Estão instalados no alargamento 62a da gola 62 que precede o compartimento de acondicionamento 68, três eléctrodos verticais 66, que atravessam a soleira, numa posição análoga à dos eléctrodos 48 do forno representado pelas figuras 5 e 6. A potência dissipada por estes eléctrodos 66 é assim fàcilmente regulada independentemente da dos eléctrodos 65.
A potência total disponível é aproximadamente de
000 KVA no forno pròpriamente dito e respectivamente 300 e 700 KVA nos dois grupos de eléctrodos 65 e 66, Na regime de produção de 150 t/d, o consumo global é de aproximadamente 0,9 kVh/kg de vidro, o que é muito moderado para os níveis muito bons de afinação e de homogeneidade necessários para a fabricação de vidro flutuado e para uma produção especifica de aproximadamente 3,3 toneladas de vidro por m^ de soleira de fusão e por dia.
A este nível fundido à saída do de tiragem, a temperatura do vidro forno de fusáo 61 estabelece—se aproximadamente a 1450DC. E mantida sensivelmente ao nível durante a transposição da gola de extracçSo 62, elevada até 1530°C pelos eléctrodos 66 para afinação de vidro a ser fornecido à flutuação.
mesmo depois uraa sobreEssa forma de funcionamento é muito favorável à longevidade da gola ' com débito comparável, tradicional dum forno com a mesma capacidade seria com uma secção de passagem 10 vezes inferior, o que o aumento da erosão física e corrosão química. Além disso, [devido ao facto do arrefecimento habitualmente imposto, 'encontra-se submetida a temperaturas muito heterogéneas que complicam tensões mecânicas igualmente muito prejudiciais à sua eficácia e à sua longevidade.
garganta concebido acarreta
Para mais, enquanto que a fórmula da garganta é
considerada como no limite das suas possibilidades de utilização para fornos de capacidade de produção da ordem de 300 a 400 t/d, a solução segundo o invento, propondo uma gola combinada com uma barreira de desnatação para conter a carga sobrenadante e munida pelo menos dum electrodo com arco conveccional que cria sob a barragem uma corrente de retorno de superfície, demonstra-se fàcilmente extrapolavel a capacidades muito superiores por aumento da sua largura.
Na figura 8, está representada para dois regimes de funcionamento, a variação de velocidade de circulação do vidro em função da distância à soleira 71, numa configuração usual, dada, dum forno segundo o invento do tipo descrito na figura 7, segundo a qual a barragem 64 se encontra Justamente a aflorar a superfície livre 72 do banho, sendo esta velocidade medida na prumada da aresta inferior a jusante 73 da referida barragem 64, no plano longitudinal vertical de simetria da gola.
A curva A corresponde à tiragem nominal do forno e a curva B a um regime de tiragem fraca, próxima da simples manutenção em vigilância : a parte do diagrama situada à esquerda da prumada da aresta inferior 73 a jusante da barragem, considerada como limite para a camada sobrenadante 74, corresponde a uma circulação para montante (débito negativo) e a sua direita a uma circulação para jusante (débito positivo). A tiragem do forno, para um regime determinado de funcionamento, sendo igual à soma algébrica dos débitos, positivos e negativos, está representada pela diferença aritmética das áreas, positivas por um lado e negativas por outro, compreendidas entre a curva correspondente e o eixo das ordenadas, de abscissa nula.
Na prática, a regulação das correntes de de retorno (para montante) de superfície essencialmente para uma estrutura dada de forno e circulação efectua-se condiçóes dimensões determinadas de produção (dimensões do forno, disposições dos eléctrodos, nível do banho, . , . ) tomando em consideração a potência aplicada aos eléctrodos situados a jusante da barragem, e mais especialmente à relação desta potência para com a que é fornecida à fusão, graças ao seguimento das temperaturas medidas dum lado e do outro da barragem, aos níveis tomados em consideração, quer dizer, em particular nas regiões superior e inferior do banho.
Nos exemplos de execução do dispositivo do invento dados mais acima, recorreu-se a eléctrodos verticais para criar arcos conveccionais a jusante procurando o efeito de travamento hidráulico, mas o invento não se limita apenas a esta disposição de eléctrodos.
No caso de instalações com pouca tonelagem, que não exigem gola com grande largura, poderá utilizar-se vantajosamente eléctrodos introduzidos horizontalmente através das paredes, sobretudo para criar os referidos arcos conveccionais a jusante : o efeito de travamento hidráulico pretendido pelos eléctrodos que atravessam a gola de lado a lado, no sentido da largura da referida gola, é de potência dissipada comparável, semelhante à dos eléctrodos verticais.
I
RESUMO
A invenção refere-se à elaboração de vidro fundido em fornos de cuba para fabricação contínua.
De acordo com o processo da invenção, o material vitrificável é primeiramente transformado no estado de banho de fusão numa zona a montante da dita cuba, e o dito banho acede era seguida a zonas a jusante sucessivas afectas às outras fases do processo de elaboração do vidro através de pelo menos uma porção da cuba comportando uma redução de secção do tipo usualmente denominado corset (gola), gera-se ao nível superior da abertura oferecida ao vidro pelo dito corset (gola) uma corrente de vidro dirigida de jusante para montante do dito corset (gola).
A invenção revela-se especialmente vantajosa para os fornos de fusão eléctrica de grande capacidade de produção.

Claims (18)

  1. REIVINDICAÇÕES
    Ia - Processo contínuo de elaboração de vidro em forno de cuba de acordo com o qual o material vitrificável é primeiramente transformado no estado de banho em fusão numa zona a montante da cuba, mais especialmente afecta à fusão, o dito banho percorrendo gradualmente as zonas a jusante sucessivas da cuba, cada uma em geral mais especialmente afectada a uma das outras fases do processo de elaboração do vidro, tais como a afinação e o acondicionamento tendo em vista a enformação, através de pelo menos uma porção da cuba comportando uma redução de secção, do tipo usualmente denominado corset (gola) e no que se segue assim designada, caracterizado pelo facto de permitir gerar ao nível da abertura oferecida ao vidro na zona a montante superior do dito corset” (gola), uma corrente de vidro dirigida de montante para jusante do dito corset” (gola), formando retorno na zona superior, dita corrente de retorno de superfície.
  2. 2a - Processo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo facto de a dita corrente de retorno ser gerada por um aquecimento regulado do vidro da zona a jusante da dita abertura, o dito aquecimento sendo obtido de preferência pela dissipação localizada de energia por efeito Joule mesmo no seio do vidro, com a ajuda de pelo menos um electrodo imergido no banho da dita zona jusante.
  3. 3a - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo facto de comportar uma separação relativamente à atmosfera e/ou à irradiação entre a dita zona a montante e a dita zona a jusante do dito corset” (gola), esta separação situando-se de preferência na proximidade da abertura a montante ou da entrada do dito corset” (gola), e atingindo a superfície do banho de vidro em fusSo ou pelo menos uma camada de matérias vitrifiçáveis subsistindo na superfície do dito banho, e a dita corrente de retorno atingindo pelo menos a zona situada na prumada da dita separação.
  4. 4a
    Processo de acordo com reivindicação precedente, caracterizado pelo facto da dita separação deixar uma passagem livre ao banho de vidro numa altura de pelo menos 80 % da profundidade do banho na prumada da dita separação.
  5. 5a - Processo de acordo com uma das reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo facto de que a extracção do vidro fora da zona a montante do corset <gola>, em particular da zona de fusão, ser efectuada essencialmente numa corrente situando-se a meia-profundidade do banho na prumada da dita separação.
  6. 6a - Processo de acordo com as reivindicações 4 e 5, caracterizado pelo facto de que a separação entre a corrente de retorno de superfície e a corrente de extracção de situar a pelo menos 90 % da altura da dita livre passagem do vidro na prumada da dita separação.
  7. 7a - Processo de acordo com uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo facto de a mistura vitrificável introduzida na cuba do forno ser distribuída no conjunto da zona do banho situado a jusante duma primeira separação, e a dita zona do banho ser submetida a um aquecimento por efeito Joule mesmo no seio do vidro.
  8. 8a - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto do vidro vindo da parte inferior da dita primeira separação ser submetido a um aquecimento que leva pelo menos à temperatura usual de afinação.
  9. 9a - Dispositivo de elaboração contínua do vidro fundido compreendendo, num forno de cuba de forma geralmente alongada, uma pluralidade de compartimentos percorridos em série pelo banho de vidro, cada um mais especialmente afectado à fusão <21, 40, 61) e ao acondicionamento <30, 41, 68) do vidro fundido tendo em vista a sua enformação, pelo menos uma porção da cuba comportando uma redução de secção do tipo usualmente denominado corset <gola) <42, 62), e de seguida assim designado, entre dois dos ditos compartimentos, caracterizado pelo facto de comportar por outro lado, na parte a jusante do dito corset” <gola) sobre um compartimento a montante, meios <48 a/b, 65) capazes de gerar num banho de vidro uma corrente de superfície dirigida de jusante para montante, formando retorno até no dito compartimento a montante do corset <gola), dita corrente de retorno de superfície.
  10. 10a - Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de os ditos meios compreenderem meios de aquecimento <48 a/b, 65) permitindo um aquecimento localizado do banho, estes meios de aquecimento localizados comportando de preferência pelo menos um electrodo imergido no banho de vidro a jusante da dita abertura do corset” <gola) sobre o compartimento a montante.
  11. 11a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo facto de a dita abertura comportar na parte alta uma parede <45, 64) de preferência móvel verticalmente, constituindo uma separação entre montante e jusante em relação à atmosfera existente por cima do banho <46, 72).
  12. 12a — Dispositivo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo facto de o dito electrodo <48 a/b, 65) estar situado a uma distância da dita parede <45, 54) de pelo menos três vezes a profundidade do banho no local do dito electrodo e de preferência compreendido entre a metade e duas vezes aquela profundidade.
  13. 13a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo facto de a dita parede de separação (45, 64) comportar meios de regulaçao em altura permitindo-a imergir no banho sobre uma profundidade que pode atingir 20 % da profundidade do banho.
  14. 14a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo facto de os meios de aquecimento localizado compreenderem uma pluralidade de electrodos, dispostos num mesmo plano vertical transversal.
  15. 15a - Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto dos ditos electrodos estarem dispostos verticalmente, o intervalo entre electrodos extremos estar compreendido entre 0,8 e 1,2 vezes a largura do corset (gola).
  16. 16a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo facto de comportar na parte a montante da dita parede de separação (45, 64), e sensivelmente em simetria do dito electrodo ou pluralidade de electrodos (48 a/b, 65), um ou mais electrodos (49 a/b) susceptíveis de gerar arcos conveccionais limitando o desenvolvimento dos arcos conveccionais associados aos ditos primeiros electrodos.
  17. 17a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo facto de comportar meios de repartição da mistura vitrificável (47, 74) sobre a zona (40, separação no banho
    61) da cuba situada a montante da dita parede de (45, 64) assim como electrodos (49) que mergulhem contido na dita zona e meios de alimentação em energia eléctrica com força adaptada ã capacidade pretendida de fusão prevista para o forno.
  18. 18a - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo facto do dito corset” (gola) comportar uma soleira duma altura, de 5 a 15 % da profundidade do banho, na vizinhança da prumada da dita parede de separação (45, 64) .
    Correspondente pedido foi depositado em França, sob
    o n° FR 87 11666, reivindica. em 18 de Agosto de 1987 , cuj a prioridade Foram inventores: Michel Zortea, francês, domiciliado em 7, rue Just-de-Bretenières, 71100 Chalon-sur- -Saone, França ;
    Robert Noiret, francês, domiciliado em 9, rue de la Dives, 78200 Mantes—La—Jolie, França ; e
    Gérard Dossier, francês, domiciliado em 2, allée des Bouvreuils, 77330 Lesigny, França.
    Lisboa, 12 de Agosto de 1988
    4 FOLHAS - FOLHA 1
    FIG-1
    FIG-2
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