SE529070C2 - Förfarande för smältning av glas - Google Patents

Description

20 25 30 539 mot ugnens homogeniseringsdel. Homogeniseringen tar lång tid eftersom det runt de osmälta kornpartiklarna bildas skyddande gasbubblor, som måste växa till i storlek för att kunna nå stigförmåga. Tiden för homogenisering för containerglas upp- skattas till cirka 24 timmar och vid floatglastillverkning mer än 60 timmar. På grund av recirkulation blandas emeller- tid glas, med olika uppehållstider, med varandra så att mini- mum uppehàllstid, för en del av glaset, är så lågt som 15-20% av medelvärdet.

Värmebehovet för att smälta returglas (cullet) är inte lika högt som att tillverka glas från kornråvaror. Detta beror på att den kemiska omvandlingen redan är gjord för returglas, vilken motsvarar cirka 23 % av den totalt nyttiga energin, samt att den rena smältan från returglaset inte onödigtvis blandas med smälta från kornråvaror innefattande sandkorn och tillhörande gasbubblor, vilken därför inte måste värmas till den högre homogeniseringstemperaturen.

Det konventionella sättet att värma och smälta glaset är med stràlningsvärme från flammor från naturgas- eller oljebränna- re. Luften till dessa brännare förvärms i rekuperatorer eller regeneratorer med avgasvärmen. Pâ grund av en stor inläckning av luft till ugnen tillförs endast en del av den för förvärm- ningen luften nödvändiga luftförvärmningen. att genom MyCket avgasvärme förloras eller erfordrar återvinnas genom tilläggsinvesteringar i avgaspannor. Försök att minska ener- giåtgången genom att anrika luften med syrgas eller med s.k. oxy-fuelbrännare har inte lett till minskade kostnader på grund av att fördelarna (högre flamtemperaturer och längre uppehàllstid för förbränningsprodukterna i ugnen, och därmed lägre avgastemperaturer) inte har övervägt kostnaderna för 70 15 20 25 30 att framställa syrgas. Med oxy-fuelbrännare måste dyrare tegel med högre kvalitet användas.

På grund av den långa tiden och höga temperaturen som erford- ras för homogenisering måste dagens ugnar innehålla mycket stora mängder glas och därmed uppstår en rad olägenheter.

Tiden för omställning mellan olika färgnyanser är mycket lång eftersom utblandning av den nya nyansen med den gamla måste ske i ugnens stora glasvolym. Detta kan pågå i 60 till 160 timmar, beroende på vilka ändringar i nyans som önskas. Under tiden tappas produktionskapacitet och energi jämfört med när processen går för fullt och producerar returglas.

Ugnskroppen är stor och en stor del av den tillförda värmen leds ut som kylförluster genom ugnsväggarna. Dessa förluster ökar med ugnens ålder och kan slutligen bli så stora som 60 % av tillförd energi. Anledningen till att ugnarna inte byggs om med tätare intervall är den höga kostnaden för att bygga om ugnskroppen med regeneratorer och inte minst produktions- förlusten under reparationstiden.

Föreliggande uppfinning löser de ovan angivna problemen.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfaran- de för smältning av glas, innefattande chargering och smält- ning av material i form av krossat glas och/eller glasrávara i en ugn, där behandling av glasmassa sker genom att smälta glaset, att homogenisera glaset, kyla det smälta glaset till en önskad sluttemperatur, vilken smältning sker med strålningsvärme från förbränning av bräns- att avgasa glaset och att len, varvid varje steg av stegen att smälta glaset, att homo- genisera glaset, att avgasa glaset och att kyla det smälta glaset till en önskad sluttemperatur, sker successivt i sepa- 10 75 20 25 30 529 Ûïfyü rata ugnsutrymmen, och varvid glasmassan transporteras från ett sådant ugnsutrymme till ett efterföljande ugnsutrymme för ett efterföljande steg i kedjan av steg och utmärkes av att den sammanlagda volymen av ett ugnsutrymme per steg är mindre än hälften av volymen av en konventionell smältugn för att smälta glas, och av att för åtminstone vissa av nämnda steg bringas två eller flera ugnsutrymmen att användas parallellt.

Nedan beskrivs uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritningar, visade utföringsexempel, där - figur 1 visar schematiskt en smältkedja innefattande fyra steg A-D i kedjan; - figur 2 visar ett smältkedjan i figur 1 från sidan. - figur 3 visar en matningsskruv; - figur 4 visar schematiskt en smältkedja innefattande en mindre ugn med oxy-fuelbrännare.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för smältning av glas, innefattande chargering och smältning av material i form av krossat glas och/eller glasråvara i en ugn. Behand- ling av glasmassa sker genom att smälta glaset, att homogeni- sera glaset, att avgasa glaset och att kyla det smälta glaset till en önskad sluttemperatur. Smältningen sker med strål- ningsvärme från flammor från gas- och/eller oljebrännare.

Enligt uppfinningen bringas varje steg av stegen A-D att smälta glaset A, att homogenisera glaset B, att avgasa glaset C och att kyla det smälta glaset D till en önskad sluttempe- ratur, ske successivt i separata ugnsutrymmen IA-1D. Glasmäs- san transporteras från ett sådant ugnsutrymme 1A-1D till ett efterföljande ugnsutrymme lA-lD för ett efterföljande steg i kedjan av steg A-D. Vidare är den sammanlagda volymen av ett 10 75 20 25 30 529 säs ugnsutrymme 1A-1D per steg A-D mindre än hälften av volymen av en konventionell smältugn för att smälta glas, se figur l.

Det del första steget är smältningssteget A. Det har en första med ett mycket lågt baddjup, så att ingen recirkulation kan ske i ugnsutrymmet lA. Här tillsätts cirka 80 % av ener- gin till processen med utnyttjande av avgasenergin för för- värmning i så hög grad som möjligt.

Smältning av returglas Paral' (cullet) sker i. ett separat, lellt ugnsutrymme 1A, så att inte denna del behöver värmas till lika hög temperatur och under lika lång tid som råmate- rial, till exempel sand.

Alternativt kan râmaterialet läggas ovanpå det smälta retur- glaset för att enklare smälta ràmaterialet och samtidigt skydda ugnsbotten.

Det andra steget är homogeniseringssteget B, d.v.s. blandning av smälta frán råmaterial- och returglassmältugnarna.

Homogeniseringssteget är relativt litet eftersom det endast nyttjar en underhállsvärmare med relativt låg effekt i jämfö- relse med smältugnsutrymmena lA. Framför allt finns här en omrörning, till exempel medelst inblåsning av luft i ugnens botten för att intensifiera blandningen.

Det tredje steget är avgasningssteget C. med över lOO°C till ungefär l450°C, för att underlätta klar- Temperaturen ökas ning och avdrivningen av gasblåsor i smältan.

Företrädesvis utsätts inte smältan för höga flamtemperaturer i detta processteg eftersom värdefulla delar av glasets sam- 10 75 20 25 30 Efëg di.. Û Ü mansättning kan förgasas vid de höga temperaturerna som det är frågan om i steget C. Elektrisk värmning medelst elektro- der i botten av ugnen är därför att föredra.

Avgasningssteget C är relativt långt för att smältans tjock- lek skall minimeras för att tiden för gasblàsorna att penet- rera smältan skall minimeras.

För att åstadkomma minimal kvalitetsspridning är det viktigt att smältans tjocklek är liten så att ingen recirkulatiOfl äger rum.

För att hela smältan skall ligga över den temperatur vid vilken katalysatorerna för forcerad gasbildning och klarQÖf' ning skall verka bör detta steg också ha en elektrisk ”boost” med bottenelektroder.

Det fjärde steget är kylnings- och ytterligare homogenise- ringsstegen D. där de Kylning med recirkulerande ugnsgaser, kylda gaserna används för värmeåtervinning eller utvinning av elektricitet, ger' bättre reglerbarhet än. dagens fria. luft- tillströmning.

Homogeniseringen görs en sista gång genom omrörning.

Enligt en utföringsform bringas i åtminstone vissa av nämnda steg två eller flera ugnsutrymmen lA-lD att användas.

Enligt en föredragen utföringsform är respektive stegs ugns- utrymme lA-lD förskjutbara relativt övriga ugnsutrymmen 1A- lD. Varje stegs ugnsutrymme 1A-lD kan därmed bytas ut genom att ugnsutrymmena lA-lD är mobila i sidled relativt produk- tionslinan och anordnade så att ett nytt ugnsutrymme 1A-lD 70 15 20 25 30 52 '9 Ü f) omedelbart kan användas i förfarandet från smältning A till kylning D. De förskjutbara ugnsutrymmena lA-lD kan till exem- pel förskjutas med ugnsutrymmena lA-lD förskjutbart placerade på förskjutningsorgan 2, till exempel en räls 2. Om varje funktion utförs i parallella ugnsutrymmen lA-lD kan de lätt bytas ut under drift, utan störning av glasframställningen.

Företrädesvis finns i åtminstone ett läge för respektive förskjutbara ugnsutrymme lA-lD brännare 3 placerade för att ifrågavarande ugnsutrymme 1A-lD ska bringas att uppvärmas.

Föruppvärmningen av respektive ugnsutrymme 1A-lD sker för att nämnda ugnsutrymme med optimala förutsättningar ska kunna nyttjas i drift.

Figur 2 visar schematiskt de olika stegen. A-D från sidan.

Ugnsutrymmena lA för smältningssteget A bringas att vara placerade på en högre nivå än de resterande ugnsutrymmena lB- 1D. Ugnsutrymmena lB vid homogeniseringssteget B bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena 1A. vid smältningssteget A. Ugnsutrymmena lC vid avgasningssteget C bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena 1A-lB vid smältnings- A och homogeniseringssteget B. Ugnsut- rymmena 1D vid det slutliga homogeniseringssteget D bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena vid smältnings- A, homogeniserings- B och avgasningssteget C.

Varje ugnsutrymme 1A-lD bringas att tippas för att tappa ur glasmassa ur ifrågavarande ugnsutrymme lA-lD. Det kan också ske för att ugnsutrymmena 1A-lD kan fyllas över sin normalni- vå. Tippningen kan ske med hjälp av ett tippningsorgan 5, till exempel hydraulcylindrar. Fyllning över normalnivàn sker när modulen före skall bytas ut, och tömning sker när modulen skall bytas ut, eller tillverkningen stoppas. Glasmassa över- 70 15 20 25 30 5229 (šïfšfiä föres mellan stegen A-D med ett organ 4 utformat så att glas- massan successivt förflyttas mellan stegen A-D.

Enligt en föredragen utföringsform bringas smältningssteget A av glas att föregås av värmning av glas i en matningsskruv, se figur 3, för chargering och smältning av material i form av krossat glas och/eller glasràvara. Enligt detta förfarande bringas glasmaterialet eller ràvaran att förvärmas medelst en matningsskruv 13 för inmatning av krossat glas eller glasrå- vara i ugnen ll. Matningsskruven 13 bringas att uppvärmas medelst termisk olja strömmande i matningsskruven 13, vilken olja bringas att uppvärmas genom: att värmeväxlas mot från ugnen ll utgående avgaser.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform bringas smält- ning i smältningssteget A, men även homogeniserings- B och avgasningssteget C, att ske med oxy-fuelbrännare med s.k. direct flame impingement. s.k. flame impingement, Materialet 19 bringas härvid att smältas ll med S.k. medelst oxy-fuelbrännare direct där ett antal av nämnda oxy-fuelbrännare 11 är inbördes placerade på avstånd från varandra, och där materialet 19 bringas att smältas i en ugn 13 med ett till- räckligt làgt baddjup X för att väsentligen förhindra recir- kulation av materialet 19.

Fördelar med uppfinningen När uppfinningen används för industriell glasframställning uppstår stora kostnadsbesparingar på grund av lägre drifts- kostnader. 10 15 20 25 30 Recirkulation av osmälta sandpartiklar när processen är modu- lariserad förhindras. Smältan får en avsevärt mindre uppe- hållstidsspridning i ugnsutrymmena 1A-1D, i synnerhet när stegen är optimerade för sitt ändamål. Detta leder till att processtiden kan förkortas till ungefär mindre än 20% av den idag normala processtiden.

En förkortad processtid betyder att produktionen kan ökas fem gånger mot idag. Detta leder till besparingar i anläggnings- kostnader. Det leder också till lägre energikostnader efter- som varje steg A-D kan specialiseras för sin uppgift. Möjlig- het till en effektiv styrning av kvaliteten ökar eftersom inte oväntad recirkulation kan uppkomma.

Med en kortare uppehållstid, och med en modulariserad smält- ningsprocess, kommer mängden glas i varje steg A-D att vara liten. Processteget som tar den längsta tiden är avgasningen, vilken motsvarar cirka 50% av den totalt erforderliga tiden för samtliga steg. Tiden det tar för att byta färgnyans mins- kar således till 10% jämfört med idag (20% * 50%).

Den förkortade tiden för ett litet nyansbyte förkortas från 60 timmar till sex timmar, och ett stort nyansbyte kan genom- föras på sex timmar i stället för 160 timmar. Om ett litet nyansskifte äger rum varje månad och ett stort varje kvartal kommer produktiviteten att öka med ungefär l4,5% och den specifika energiförbrukningen sjunker lika mycket.

Dagens smältningsugnar har en livstid på cirka 10 - 20 år.

På grund av slitaget av ugnsväggar kommer energiförbrukningen att öka med cirka 1% per år, med accelererande energiförbruk- ning med ugnens livslängd genom applicerande av forcerad kylning. 10 75 20 25 UH ïk-“J vf"- (3 *J CJ 10 Uppfinningen med modulariserade, utbytbara, ugnsdelar Sänker den specifika energiförbrukningen på flera sätt. Totalt kan förluster genom ugnsväggar och regeneratorväggar minskas från 50% till mindre än 20% av den specifika energiförbrukningen.

Förlusterna genom ugnsväggar är konstanta, oberoende av flö- det av glas genom ugnen. Detta faktum gör att dessa förluster minskar till 20% per producerad glasmängd. Dessutom begränsas förlusterna eftersom varje steg är specialanpassat för sitt ändamål och därmed inte har högre ugnstemperatur än nödvän- digt.

Slutligen kan de steg som slits mest, till exempel smält- ningssteget A, bytas oftare så att infodringen hålls i gott skick.

Ovan har ett antal utföringsformer och användningar beskri- vits. Emellertid kan ugnsutrymmena lA-1D i de olika stegen A- D innefattande förskjutningsorgan 2 och brännare 3 vara ut- formade pà annat lämpligt sätt utan att uppfinningens grund- tanke frångås.

Föreliggande uppfinning är således inte begränsad till ovan angivna utföringsformer utan kan varieras inom dess av bifo- gade patentkrav angivna ram.

Claims (10)

70 75 20 25 30 35 5229 GÉFÜ 11 Patentkrav

1. l. Förfarande för smältning av glas, innefattande chargering och smältning av material i form av krossat glas och/eller glasràvara i en ugn, där behandling av glasmassa sker genom att smälta glaset, att homogenisera glaset, att avgasa glaset och att kyla det smälta glaset till en önskad sluttemperatur, vilken smältning sker med strålningsvärme från förbränning av bränslen, varvid varje steg av stegen (A-D) att smälta glaset (A), (B), att kyla det smälta glaset (D) till en önskad sluttemperatur, (lA-lD), glasmassan transporteras från ett sådant ugnsutrymme att homogenisera glaset att avgasa glaset (C) och och varvid (lA-lD) efterföl- sker successivt i separata ugnsutrymmen till ett efterföljande ugnsutrymme (1A-lD) för ett jande steg i kedjan av steg (A-D), k ä n n e t e c k n a t a v, (lA-lD) att den sammanlagda volymen av ett ugnsutrymme per steg (A-D) är mindre än hälften av volymen av en konven- tionell smältugn för att smälta glas, och av att för åtmin- stone vissa av nämnda steg bringas två eller flera ugnsutrym- men (1A-lD) att användas parallellt.

2. Förfarande enligt krav l, att k ä n n e t e c k n a t (lA-1D) är aV, respektive stegs ugnsutrymme förskjutbara relativt övriga ugnsutrymmen (lA-lD).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att i åtminstone ett läge för respektive förskjutbara ugnsutrymme (lA-1D) finns brännare (3) placerade för att ifrågavarande ugnsutrymme (lA-lD) ska bringas att uppvärmas.

4. Förfarande enligt krav l, 2 eller 3, (IÄ) bringas att vara placerade på en högre nivå än de resterande k ä n n e t e c k - n a t a v, att ugnsutrymmena för smältningssteget (A) ugnsutrymmena (lB-lD). 10 75 20 25 30 5239 0328 12

5. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c k n a t a v, att ugnsutrymmena (lB) vid homogeni- seringssteget (B) bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena (lA) vid smältningssteget (A).

6. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c }< n a t a v, att ugnsutrymmena (lC) Vid êVgaS' ningssteget (C) bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena (lA-1B) vid smältnings- (A) och homogenise- ringssteget (B).

7. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c k n a t a v, (lD) vid det slut- att ugnsutrymmena liga homogeniseringssteget (D) bringas att vara placerade på en lägre nivå än ugnsutrymmena (lA-1C) vid smältnings- (A), homogeniserings- (B) och avgasningssteget (C).

8. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c k n a t a v, att varje ugnsutrymme (lA-1D) bringas att tippas för att tappa ur glasmassa ur ifrågavarande ugns- utrymme (lA-1D).

9. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c: k n a t a v, att smältningssteget (A) av glas bringas att föregås av värmning av glasmassan i en matnings- skruv (13).

10. Förfarande enligt något av de ovanstående kraven, k ä n - n e t e c k n a t a v, smältning i smältningssteget (A) av glas bringas ske att med oxy-fuelbrännare (ll) med s.k. di- rect flame impingement.