SE463512B - Saett och smaeltugn foer framstaellning av glas - Google Patents

Description

463 512 2 nämnda omblandning blir helt beroende på de strömningar som kan åstadkommas i massan. I konventionella smältugnar är de konvektiva flödena av störst betydelse för massans bland- ning och homogenisering fastän även andra faktorer, såsom inmatningen av råmaterial och uttagningen av smält massa, inverkar på de rörelser som uppkommer i massan.

Vid konventionell drift av en med sidomonterade ugnsbrännare utförd smältugn försöker man bibehålla två huvudflöden i glasmassan, nämligen ett i en smältzon, som sträcker sig från inmatningsänden och till den hetaste zonen i ugnen, vilken vanligen ligger på ett avstånd av storleksordningen 2/3 till 3/4 av ugnens längd från inmatningsänden, och ett flöde i en luttringszon mellan den hetaste zonen och uttags- änden.

Dessa strömmar uppkommer till följd av att smält glas alltid tenderar att strömma i riktning mot en punkt med lägre tem- peratur. Varmt glas som stiger mot ytan i smältans hetaste zon rör sig således sedan i en ström mot den kallare inmat- ningsänden i och under smältans ytskikt och därpå flytande råmaterial, som successivt upplöses i smältan. Allt eftersom glaset avkyls, då det närmar sig inmatningsänden, blir tät- heten högre vilket medför en nedåtriktad ström, vilken sedan återgår mot den hetaste zonen utmed ugnens botten.

En annan ström i det övre skiktet av smältan blir riktad från den hetaste zonen och mot uttagsänden som är kallare och där strömmen blir nedåtriktad. Den del som ej utmatas återgår mot den hetaste zonen utmed ugnens botten. Läget för den hetaste zonen kan vid denna ugnstyp styras med hjälp av ugnsbrännarna.

Som fackmannen känner till kan man på väsentligen motsva- rande sätt uppnå önskade strömmar i glasmassan även i en smältugn med vid dennas inloppsände placerade ugnsbrännare. 3 463 512 För att förbättra produktiviteten hos en smältugn med sido- ' monterade ugnsbrännare har man föreslagit, se WO82/04246, att förse ugnen med ett par motstående, högintensiva brän- nare av s.k. syre-bränsletyp, vilka är riktade mot smältans fria vätskeyta för att förstärka och tillföra ytterligare värme i den hetaste zonen i ugnen. Med denna teknik kan endast en begränsad extra uppvärmning uppnås, då temperatu- ren hos tegelinfodringen över glasytan i denna zon vanligen redan tidigare ligger relativt nära den kritiska temperatu- ren för infodringsmaterialet. Vidare medför metoden att tillskottsenergin tillföres relativt sent i processen, vil- ket reducerar nyttan av denna. Ju tidigare tillskottsenergi kan tillföras desto bättre är det för att medge ökad produk- tionshastighet, då man därvid bl.a. erhåller en snabbare smältning och bättre luttring, dvs. fullständigare avgasning av smältan.

I den europeiska patentskriften O 127 513 beskrivs ett för- farande för glassmältning, vid vilket man åstadkommer en intensiv upphettning av råmaterialet vid ugnens inmatnings- ände med hjälp av en syre-bränsle-brännare. Härvid kan stor mängd tillsatsenergi tillföras utan begränsning av valv- temperaturen. Då stor mängd energi tillföres vid ugnens in- loppsände förändras emellertid den önskade temperaturprofi- len i ugnen på ej önskat sätt, vilket medför att man ej er- håller de temperaturgradienter i smältan som erfordras för åstadkommande av för blandning, homogenisering och luttring erforderliga konvektionsströmmar. Vid hög produktionshastig- het föreligger därvid risk för att råmaterial skall passera den hetaste zonen utan att vara tillräckligt smält och homo- geniserat med smältan i övrigt, vilket resulterar i ett glas av låg kvalitet, vilket dessutom kommer att innehålla ett ökat antal bubblor.

Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt vid glasframställning som möjliggör tillfö- rande av extra värmeenergi för att öka produktionsutbytet 463 512 utan att kvaliteten på den uttagna glassmältan försämras.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger insikten om att ett väsentligt tillskott av värmeenergi, för att bl.a. påskynda råmaterialets smältning, kan tillföras råmaterialet vid ugnens inmatningsände förutsatt att även smältan vid dennas hetaste punkt samtidigt tillföres extra värmeenergi för att därigenom bibehålla de för uppnående av önskade konvektionsströmmar i smältan erforderliga temperaturgra- dienterna i denna.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en smältugn för glas- framställning som arbetar i enlighet med detta sätt.

Det speciellt karakteristiska för ett sätt enligt uppfin- ningen av det i beskrivningens inledande stycke angivna slaget är därvid att en extra intensiv upphettning av rå- materialet vid ugnens inmatningsände medelst minst en s.k. syre-bränsle-brännare kombineras med en extra intensiv upp- hettning av det smälta materialet i ugnen väsentligen i den hetaste zonen medelst ytterligare minst en s.k. syre- bränsle-brännare.

Med detta sätt kan således upphettningen av råmaterialet och glasmassan intensifieras för att öka produktionsutbytet under bibehållande av kvaliteten till följd av att de för blandning och homogenisering av glasmassan erforderliga konvektionsströmmarna i denna upprätthålles. övriga kännetecken för sättet enligt uppfinningen och för en enligt detta arbetande smältugn framgår av patentkraven.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hän- visning till några såsom exempel på bifogade ritningar visade utföringsformer. 463 512 Fig. 1 är en längdsektion genom en smältugn enligt uppfin- ningen.

Fig. 2 är en tvärsektion genom ugnen enligt fig. 1.

Fig. 3 är en planvy, delvis i sektion, över ugnen enligt fig. 1 illustrerande brännarpositionerna.

Fig. 4 är en mot fig. 3 svarande vy avseende en ugn med änd- monterade ugnsbrännare.

Den i fig. 1-3 visade smältugnen är av det slag som inne- fattar sidomonterade ugnsbrännare. Ugnen innefattar en bakre ändvägg 1 och en främre änd- och avskiljningsvägg 2, en botten 3, ett valvformat tak 4 samt två sidoväggar 5. Det för glastillverkningen erforderliga råmaterialet 6, vilket kan innefatta krossat glas och önskade mineraler, tillföres genom en inmatningsöppning 7 i den bakre ändväggen 1. Det inmatade råmaterialet kommer därvid att flyta på den rela- tivt högviskösa massan 8 av redan smält glas i ugnen. Allt eftersom råmaterialet 6 förflyttar sig framåt i ugnen under uppvärmning av såväl ugnsbrännarnas flammor som den heta glasmassan 8 kommer det att smälta och uppblandas med glas- massan. Vid massans 8 hetaste zon, betecknad 9, skall allt råmaterial ha smält ned i massan.

De sidomonterade ugnsbrännarna består av munstycken 10 för tillförande av bränsle, som kan vara gas eller olja, samt relativt stora öppningar 11 för förbränningsluft och av- gaser. Båda sidoväggarna är försedda med samma antal brännare och luftöppningarna 11 står lämpligen i förbindelse med ut- med ugnens sidor anordnade regeneratorer 15, endast schema- tiskt visade i fig. 2 och 3. Vid drift av ugnen utnyttjas därvid brännarna i den ena sidoväggen omväxlande med brän- narna i den andra, varvid de heta förbränningsgaserna passe- rar ut genom öppningarna 11 i den sidovägg vars brännare för tillfället ej är aktiva. Förbränningsgaserna uppvärmer 465 512 6 därvid regeneratorerna, som senare avger sin värme för y förvärmning av förbränningsluften när denna sidoväggs brännare aktiveras.

Brännarna regleras så att den hetaste zonen 9 i glasmassan 8 blir belägen vid önskad position, vanligen på ett avstånd motsvarande 2/3 till 3/4 av ugnens längd från inloppsänden 1. Man eftersträvar därvid att åstadkomma av temperatur- gradienter i massan 8 orsakade strömningar i massan längs de med pilarna A resp. B illustrerade banorna. Glasmassa, som i båda banorna återgår mot den hetaste zonen 9 utmed ugnens botten 3, stiger vid nämnda punkt mot badets yta och delas upp i två strömmar, som blir riktade mot de kallare regionerna vid ugnens bakre resp. främre ändvägg, där massan sjunker mot botten och återgår mot den hetaste zonen. Vid detta något förenklade synsätt har bl.a. hänsyn till ström- ningar i sidled ej beaktats. De strömningar som diskuterats ovan representerar emellertid de huvudströmmar som efter- strävas i de flesta smältugnar.

Området från inmatningsöppningen 7 till den hetaste zonen 9 representerar en smältzon, i vilken tillfört råmaterial 6 smältes ned i glasmassan 8. Området mellan den hetaste zonen 9 och den främre ändväggen 2 bildar en luttringszon, i vil- ken en slutlig homogenisering av glasmassan_8 sker och gas- bubblor tillåts lämna massan. Den färdiga, homogeniserade massan uttages via en uttagsöppning 12 och tillföres efter- följande glastillverkningsmaskiner.

För att enligt uppfinningen påskynda och effektivisera smält- ningen av tillfört råmaterial 6 och homogeniseringen av den smälta glasmassan 8 anordnas minst en och vid den visade ut- föringsformen tvâ högeffektiva tillsatsbrännare 13 vid ugnens inmatningsände av typen syre-bränsle-brännare. Dessa brännares flammor är riktade mot det ej smälta råmaterialet 6 för att påskynda upphettningen av detta. Temperaturerna hos flammorna blir mycket höga, då brännarna tillföras en 7 463 512 blandning av ett bränsle och syre, vilket bl.a. innebär att icke brännbara beståndsdelar i vanlig luft ej behöver upphettas i brännarna. Därvid uppnås även en effektivare förbränning.

Om emellertid ytterligare värmeenergi endast skulle till- föras vid ugnens inmatningsände skulle temperaturgradien- terna i massan och därmed strömningsförutsättningarna för- ändras, vilket kan leda till en sämre homogenisering och vid ökat uttag av glasmassa risk för att ej smält råmaterial skall passera genom smältzonen och in i luttringszonen.

Tiden för fullständig avgasning i luttringszonen kan där- vid även bli för kort.

För att lösa dessa problem kombineras enligt uppfinningen tillsatsbrännarna 13 med ytterligare minst en och i den visade utföringsformen två motstående, i ugnens sidoväggar 5 monterade tillsatsbrännare 14 av s.k. syre-bränsletyp.

Dessa brännares flammor är lämpligen riktade snett ned mot smältbadets yta vid den position som motsvarar den hetaste zonen 9 i badet. Med hjälp av dessa brännare höjs tempera- turen i den hetaste zonen, varvid ugnens temperaturprofil och temperaturgradienterna i badet kan optimeras på väsent- ligen samma sätt som vid en ugn utan tillsatsbrännare.

Av fig. 2 framgår att tillsatsbrännarna 14 är riktade något nedåt mot badets yta. Lämpliga lutningsvinklar kan vara O-300, företrädesvis 10-200. Brännarna kan lämpligen även vara riktade något snett mot ugnens inloppsände.

Av fig. 3 framgår att de vid inmatningsänden belägna till- satsbrännarna 13 är riktade snett framåt och inåt i för- hållande till râmaterialets 6 matningsriktning. Den exakta placeringen och inriktningen av såväl brännarna 13 som brännarna 14 får emellertid bestämmas i beroende av aktuell ugnstyp och aktuella driftsförhållanden. Antalet brännare kan även varieras enligt önskan, varvid dock det centrala 463 512 8 vid uppfinningen är att extra värmeenergi skall tillföras såväl vid inmatningsänden som väsentligen i ugnens hetaste zon. De beskrivna tillsatsbrännarna av typen syre-bränsle- brännare kan även ersätta en eller flera av de konventio- nella ugnsbrännarna.

Vid drift av ugnen kan samtliga tillsatsbrännare vara akti- verade samtidigt eller endast de brännare som är belägna på samma sida som de ugnsbrännare som för tillfället är aktive- rade.

De använda syre-bränsle-brännarna kan vara av vilket som helst utförande och exempelvis utgöras av brännare av det slag som säljs av AGA AB under benämningen “Oxy-fuel-burnersfl Lämpligt effektområde är från 0,1-4 MW per brännare. Som brännbar gas används lämpligen naturgas men även andra gaser är givetvis möjliga att använda.

I fig. 4 visas schematiskt uppfinningen tillämpad vid en smältugn av det slag, vid vilket den ordinarie ugnsflamman 16 har hästskoform och utgår från en brännare 17 resp. 18 vid den ena sidan av ugnens bakre ändvägg 21, varvid av- gaserna sugs ut genom en öppning 19 resp. 20 vid ändväggens motsatta sida. Luftöppningarna 19, 20 står även här i för- bindelse med var sin regenerator 22 resp. 23, varför för- värmning av förbränningsluften kan uppnås genom att man växlar mellan de båda brännarna för att reversera ltftström- ningarna genom nämnda öppningar. Med 24 betecknas en inlopps- öppning för inmatning av råmaterial medan den färdiga glas- massan uttages vid utmatningsöppningen 25.

Vid det visade utförandet sker en extra intensiv upphettning av råmaterialet med hjälp av en mellan luftöppningarna 19, P 20 placerad högintensiv brännare 26 av s.k. syre-bränsle- typ. För att bibehålla önskad temperaturprofil i ugnen innefattar denna enligt uppfinningen därvid även två ytter- ligare tillsatsbrännare 27, 28 av s.k. syre-bränsletyp, 9 463 512 vilkas flammor medför en extra upphettning av den smälta glasmassan i den hetaste zonen, på samma sätt som vid den tidigare beskrivna utföringsformen.

I beroende av behov eller driftsförhâllanden kan man även här välja att aktivera den ena eller båda av de motstående tillsatsbrännarna 27, 28. Den enda brännaren 26 vid den bakre ändväggen 21 kan kompletteras med ytterligare till- satsbrännare med valfri placering för uppnående av önskad upphettning av inmatat råmaterial.

Med tillämpning av föreliggande uppfinning uppnås således att mer energi för snabb smältning av râmaterialet kan tillföras ugnen utan att den kritiska valvtemperaturen överstiges, då en stor del av nämnda tillskottsenergi kan tillföras vid början av smältzonen där valvtemperaturen är förhållandevis låg. Försök har därvid visat, att detta även medfört ett högre utbyte, dvs. att en större mängd glasmassa har kunnat uttagas per tillförd energienhet med bibehållen hög kvalitet. Detta uppnås bl.a. till följd av att råmaterialet smältes på ett tidigt stadium i ugnen och att erforderliga temperaturgradienter för uppnående av en effektiv omblandning och homogenisering av glasmassan upp- rätthålles samtidigt som glastemperaturen i såväl smält- zonen som luttringszonen höjs. Den höjda temperaturen i luttringszonen underlättar bl.a. för gasbubblor att lämna maSSan.

Claims (10)

463 512 10 PATENTKRAV

1. Sätt vid framställning av glas i en smältugn , varvid ràmaterial inmatas i ugnen vid dennas ena ände, vilket material bildar ett skikt pà i ugnen befintlig smälta och . upphettas av smältan och flamman fràn minst en ugns- S brännare, sà att det under rörelse mot ugnens andra ände smälter och blandas med nämnda smälta, varvid smält glas uttages vid nämnda andra ände av ugnen, och enligt vilket sätt en extra intensiv upphettning av materialet i ugnen sker med utnyttjande av minst en s.k. syre-bränsle-brännare dels vid ugnens inmatningsände, dels nedströms därom, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda nedströms om ugnens inmatningsände belägna syre-bränsle-brännaren àstadkommer en extra intensiv upphettning av det smälta materialet i ugnen väsentligen i den hetaste zonen däri.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den extra intensiva upphettningen av det smälta materialet i ugnen i den hetaste zonen sker med hjälp av tvá mittför varandra belägna s.k. syre-bränsle-brännare, vilka är riktade snett nedåt mot smältans yta.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den extra intensiva upphettningen av ràmaterialet vid ugnens inmatningsände sker med utnyttjande av tva s.k. syre-bränsle-brännare, vilka är riktade frán ugnens sidor snett inåt och framàt mot en längsgående centrumlinje hos ugnen.

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att de utmed ugnens ena sida belägna syre-bränsle-brännarna aktiveras omväxlande med de utmed ugnens andra sida belägna syre-bränsle-brännarna. 463 512 11

5. Sätt enligt nàgot av krav 1-4 tillämpat vid en ugn med tvà vid dennas bakre ändvägg belägna ugnsbrännare, k ä n - n e t e c k n a t av att den extra intensiva upphettningen av ràmaterialet vid ugnens inmatningsände sker medelst en s.k. syre-bränsle-brännare anordnad mellan de báda befint- liga ugnsbrännarna.

6. Smältugn för glasframställning, vilken vid sin ena ände (1) är utförd med en inmatningsöppning (7) för råmaterial (6), och som innefattar minst en ugnsbrännare (10, 11). vilkens flamma tillsammans med i ugnen befintlig smälta (B) är inrättad att upphetta och smälta det i form av ett skikt pà smältan inmatade ramaterialet under dettas rörelse mot ugnens andra ände (2), sä att det blandas med nämnda smälta, samt i nämnda andra ände av ugnen anordnade uttags- organ (12) för smält gas, och vilken ugn innefattar minst en brännare (13) av s.k. syre~bränsletyp vid ugnens inmat- ningsände (1) i kombination med ytterligare minst en brännare (14) av s.k. syre-bränsletyp nedströms därom, k ä n n t e c k n a d av att nämnda nedströms om ugnens inmatningsände belägna syre-bränsle-brännaren (14) är anordnad för àstadkommande av extra intensiv upphettning av det smälta materialet (8) i ugnen väsentligen i den hetaste zonen (9) hos smältan.

7. Smältugn enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar tva motstàende s.k. syre-bräns1e~brännare (14) vid positionen för den hetaste zonen (9) i ugnen.

8. Smältugn enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att den vid sin inmatningsände (1) innefattar tvà, pá var sin sida om en längsgående centrumlinie nos ugnen belägna s.k. syre-bränsle-brännare (13), vilka är riktade snett inàt och framàt mot nämnda centrumlinie. 46 3 512 12

9. Smältugn enligt krav 6, av den typ som är utförd med tvá ugnsbrännare (17, 18) i ugnens bakre ändvägg (21), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en brännare (26) av s.k. syre-bränsletyp anordnad mellan de bàda ugns- brännarna (17, 18).

10. Smältugn enligt nagot av krav 6-9, k ä n n e t e c k- n a d av att syre-bränsle-brännarna (13, 14; 26, 27, 28) bildar en vinkel med horisontalplanet pà mellan 0-30“, företrädesvis 10-20”.