ES2972384T3

ES2972384T3 - Recipiente de disipación para fusor de combustión sumergida

Info

Publication number: ES2972384T3
Application number: ES20797252T
Authority: ES
Inventors: Shane T Rashley; David Soley
Original assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Current assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2024-06-12
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: PE20231239A1; RS65233B1; AU2024219406A1; SI4038026T1; EP4286344B1; HUE065485T2; EP4038026B1; CA3144521A1; EP4685119A3; US20240270622A1; MX2025004659A; EP4685119A2; US11939257B2; EP4038026A1; WO2021067351A1; SMT202400043T1; BR112021024796A2; FI4038026T3; LT4038026T; US20220411307A1

Abstract

Un método para producir vidrio incluye extraer vidrio fundido espumoso sin refinar (18) de una masa fundida de vidrio (16) mantenida en un fusor de combustión sumergido (10) e introducir el vidrio fundido espumoso sin refinar (18) en una cámara tranquilizadora (82) de un dispositivo tranquilizante. tanque (70). Un charco intermedio de vidrio fundido (84) se mantiene dentro de la cámara tranquilizadora (82) del tanque tranquilizador (70) y se calienta en el mismo mediante uno o más quemadores no sumergidos (90). El vidrio fundido fluye desde el charco intermedio de vidrio fundido. vidrio (84) a un baño de transferencia de vidrio fundido (114) sostenido en una cámara de pico (112) de un pico de alimentación (72) que está unido al tanque tranquilizador (70). Se puede extraer una alimentación de vidrio fundido (22). desde la piscina de transferencia de vidrio fundido (114) y entregado desde la boquilla de alimentación (72) a una velocidad controlada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Recipiente de disipación para fusor de combustión sumergida

La presente descripción se dirige a la producción de vidrio usando una fusión por combustión sumergida y, más específicamente, a un recipiente de disipación para gestionar el flujo de vidrio fundido espumoso producido en un fusor de combustión sumergida.

Antecedentes

El vidrio es un sólido amorfo rígido que tiene numerosas aplicaciones. El vidrio de sílice-cal-sosa, por ejemplo, se usa ampliamente para fabricar artículos de vidrio planos, que incluyen ventanas, artículos de vidrio huecos, que incluyen recipientes tales como frascos y tarros, y también vajillas y otros artículos especiales. El vidrio de sílice-cal-sosa comprende una red de óxido ternario desordenada y reticulada espacialmente de SiO2-Na2O-CaO. El componente de sílice (SiO2) es el óxido más grande en peso y constituye el principal material formador de red del vidrio de sílice-cal-sosa. El componente de Na2O actúa como un fundente que reduce las temperaturas de fusión, ablandamiento y transición vítrea del vidrio, en comparación con el vidrio de sílice pura, y el componente de CaO actúa como un estabilizador que mejora determinadas propiedades físicas y químicas del vidrio, incluyendo su dureza y resistencia química. La inclusión de Na2O y CaO en la química del vidrio de sílice-cal-sosa hace que la fabricación comercial de artículos de vidrio sea más práctica y consuma menos energía que la del vidrio de sílice pura, generando al mismo tiempo propiedades de vidrio aceptables. El vidrio de sílice-cal-sosa, en general y basándose en el peso total del vidrio, tiene una composición química de vidrio que incluye del 60 % en peso al 80 % en peso de SiO2, del 8 % en peso al 18 % en peso de Na2O y del 5 % en peso al 15 % en peso de CaO.

Además de SiO2, Na2O y CaO, la composición química de vidrio de sílice-cal-sosa puede incluir otros materiales de óxido y no de óxido que actúan como formadores de red, modificadores de red, colorantes, decolorantes, agentes redox u otros agentes que afectan a las propiedades del vidrio final. Algunos ejemplos de estos materiales adicionales incluyen óxido de aluminio (A W 3), óxido de magnesio (MgO), óxido de potasio (K2O), carbono, sulfatos, nitratos, flúor, cloro y/o formas elementales o de óxido de uno o más de hierro, arsénico, antimonio, selenio, cromo, bario, manganeso, cobalto, níquel, azufre, vanadio, titanio, plomo, cobre, niobio, molibdeno, litio, plata, estroncio, cadmio, indio, estaño, oro, cerio, praseodimio, neodimio, europio, gadolinio, erbio y uranio. El óxido de aluminio es uno de los materiales que se incluyen más habitualmente, típicamente presente en una cantidad de hasta el 2 % en peso basándose en el peso total del vidrio, debido a su capacidad para mejorar la durabilidad química del vidrio y reducir la probabilidad de desvitrificación. Independientemente de qué otros materiales de óxido y/o no de óxido estén presentes en el vidrio de sílice-cal-sosa además del SiO2, Na2O y CaO, la suma total de esos materiales adicionales es preferiblemente del 10 % en peso o menos, o más estrechamente del 5 % en peso o menos, basándose en el peso total del vidrio de sílice-cal-sosa.

La fusión por combustión sumergida (CS) es una tecnología de fusión que puede producir vidrio, incluyendo el vidrio de sílice-cal-sosa, y recientemente ha ganado interés como una opción potencialmente viable para la fabricación comercial de vidrio. A diferencia de las prácticas de fusión convencionales, en las que un baño de vidrio fundido se calienta principalmente con calor radiante proveniente de quemadores superiores no sumergidos, la fusión por CS implica inyectar una mezcla de gas combustible que contiene combustible y oxígeno directamente en la masa fundida de vidrio contenida en un fusor de CS, típicamente a través de quemadores sumergidos montados en el suelo o en una porción sumergida de las paredes laterales del fusor. La mezcla de gas combustible se autoinflama y los productos de combustión resultantes provocan una agitación y una turbulencia vigorosas a medida que se descargan a través de la masa fundida de vidrio. Las fuerzas de cizalla intensas experimentadas entre los productos de combustión y la masa fundida de vidrio provocan una rápida transferencia de calor y disolución de partículas en todo el vidrio fundido en comparación con la cinética más lenta de un horno de fusión convencional.

Si bien la tecnología de CS puede fundir e integrar un material de alimentación formador de vidrio en la masa fundida de vidrio de manera relativamente rápida, lo que da como resultado tiempos de residencia del vidrio relativamente cortos en comparación con las prácticas de fusión de vidrio convencionales, la masa fundida de vidrio tiende a ser espumosa y tiene una densidad relativamente baja, a pesar de estar químicamente homogeneizada cuando se descarga del fusor de CS. Además, debido a la naturaleza turbulenta de la masa fundida de vidrio contenida en el fusor de CS, el flujo de vidrio fundido descargado del fusor de CS tiende a fluctuar. Un flujo fluctuante de vidrio fundido descargado puede hacer difícil operar equipos aguas abajo, tales como un clarificador de vidrio, ya que un flujo de entrada impredecible de vidrio fundido puede hacer que ciertas condiciones de funcionamiento del componente aguas abajo tengan que ajustarse con frecuencia. Un flujo fluctuante de vidrio fundido descargado también es difícil de regular con el tiempo para satisfacer los requisitos de producción de vidrio. Para ayudar a implementar el uso de la fusión por CS en un entorno de fabricación comercial de vidrio, las fluctuaciones en el flujo de vidrio fundido descargado del fusor de CS deben gestionarse de una manera u otra.

El documento US2019284076 A1 enseña un método de producción de vidrio sodocálcico que comprende las etapas de preparación de una masa fundida cruda en un horno de combustión sumergido, y descarga de esta masa fundida en un tanque de disipación que tiene quemadores de impacto no sumergidos montados en su techo.

Resumen de la invención

La presente descripción se refiere a un recipiente de disipación que se conecta a un fusor de combustión sumergida. Se establece una comunicación fluida entre el fusor de combustión sumergida y el recipiente de disipación a través de una garganta. El recipiente de disipación incluye un depósito de disipación y una boquilla de alimentación. El tanque de disipación define una cámara de disipación que recibe vidrio fundido espumoso sin refinar del fusor de combustión sumergida a través de la garganta de interconexión. El vidrio fundido espumoso sin refinar recibido desde el fusor de combustión sumergida se mantiene dentro de la cámara de disipación como un baño intermedio de vidrio fundido. El depósito de disipación puede incluir quemadores no sumergidos para calentar el baño intermedio de vidrio fundido de modo que la temperatura del vidrio no disminuya y provoque un aumento no deseado en la viscosidad del vidrio. Algunos de los quemadores no sumergidos pueden incluso impactar el baño intermedio de vidrio fundido con sus productos de combustión para reducir la cantidad de espuma que asciende a la superficie superior del baño de vidrio fundido. La boquilla de alimentación se une al tanque de disipación y define una cámara de boquilla que se comunica con la cámara de disipación. La boquilla de alimentación contiene un baño de transferencia de vidrio fundido y se configura para suministrar una alimentación de vidrio fundido desde el baño de transferencia a un componente aguas abajo, tal como un clarificador de vidrio, a una velocidad controlada.

La presente descripción abarca varios aspectos que pueden implementarse por separado o en combinación entre sí para proporcionar un método para producir vidrio. Según una realización de la presente descripción, un método para producir vidrio incluye varias etapas. Una etapa implica descargar los productos de combustión desde uno o más quemadores sumergidos directamente en una masa fundida de vidrio contenida dentro de una cámara de reacción interior del fusor de combustión sumergida. Los productos de combustión descargados desde uno o más quemadores sumergidos agitan la masa fundida de vidrio. Otra etapa del método implica extraer el vidrio fundido espumoso sin refinar de la masa fundida de vidrio y descargar el vidrio fundido espumoso sin refinar fuera del fusor de combustión sumergida a través de una salida de vidrio fundido. Otra etapa más del método implica introducir el vidrio fundido espumoso sin refinar en una cámara de disipación de un tanque de disipación conectado de manera fluida al fusor de combustión sumergida. El vidrio fundido espumoso sin refinar se fusiona con un baño intermedio de vidrio fundido que se mantiene dentro de la cámara de disipación del tanque de disipación. Aún otra etapa del método implica calentar el baño intermedia de vidrio fundido con productos de combustión descargados desde uno o más quemadores no sumergidos montados en un alojamiento del tanque de disipación que define la cámara de disipación. Otra etapa del método implica hacer fluir vidrio fundido desde el baño intermedio de vidrio fundido hacia un baño de transferencia de vidrio fundido que se mantiene en una cámara de boquilla de una boquilla de alimentación. Y otra etapa más del método implica suministrar una alimentación de vidrio fundido desde el baño de transferencia de vidrio fundido hacia fuera de la boquilla de alimentación a una velocidad controlada.

Según otro aspecto de la presente descripción, un método para producir vidrio incluye varias etapas. Una etapa del método implica introducir vidrio fundido espumoso sin refinar descargado desde un fusor de combustión sumergida en una cámara de disipación de un tanque de disipación a través de una garganta que proporciona una trayectoria de flujo desde una salida de vidrio fundido del fusor de combustión sumergida hasta una entrada del tanque de disipación. El vidrio fundido esponjoso sin refinar tiene una composición química de vidrio de sílice-cal-sosa y se fusiona con un baño intermedio de vidrio fundido que se mantiene dentro de la cámara de disipación del tanque de disipación. Otra etapa del método implica calentar el baño intermedio de vidrio fundido con productos de combustión descargados desde uno o más quemadores no sumergidos montados en un alojamiento del tanque de disipación que define la cámara de disipación. Aún otra etapa del método implica hacer fluir vidrio fundido desde el baño intermedio de vidrio fundido hasta un baño de transferencia de vidrio fundido mantenido en una cámara de boquilla de una boquilla de alimentación unida al depósito de disipación. La boquilla de alimentación tiene un recipiente de boquilla que define parcialmente la cámara de boquilla y una placa de orificio fijada al recipiente de boquilla a través de la cual se suministra una alimentación de vidrio fundido desde la boquilla de alimentación. Y otra etapa más del método implica introducir la alimentación de vidrio fundido en un baño de vidrio fundido mantenido dentro del clarificador de vidrio. El baño de vidrio fundido fluye hacia una abertura de salida del clarificador de vidrio y produce vidrio fundido refinado que emerge de la abertura de salida del clarificador de vidrio. El vidrio fundido refinado tiene una densidad que es mayor que la densidad del vidrio fundido espumoso sin refinar descargado desde el fusor de combustión sumergida.

Según otro aspecto más de la presente descripción, un sistema para producir vidrio incluye un fusor de combustión sumergida, un recipiente de disipación y una garganta. El fusor de combustión sumergida tiene una carcasa que define una cámara de reacción interior, una entrada de material de alimentación para introducir un material de alimentación formador de vidrio en la cámara de reacción interior, y una salida de vidrio fundido para descargar vidrio fundido sin refinar desde la cámara de reacción interior. El fusor de combustión sumergida comprende además uno o más quemadores sumergidos. El recipiente de disipación incluye un depósito de disipación y una boquilla de alimentación. El tanque de disipación tiene una carcasa que define una cámara de disipación, una entrada y una salida, y la boquilla de alimentación se une al tanque de disipación para cubrir la salida del tanque de disipación. La boquilla de alimentación tiene un recipiente de boquilla y una placa de orificio que define al menos un orificio para suministrar una alimentación de vidrio fundido fuera de la boquilla de alimentación. La garganta interconecta el fusor de combustión sumergida y el recipiente de disipación y establece una comunicación fluida entre la cámara de reacción interior y la cámara de disipación proporcionando una trayectoria de flujo desde la salida de vidrio fundido del fusor de combustión sumergida hasta la entrada del depósito de disipación.

Breve descripción de los dibujos

La descripción, junto con los objetos, características, ventajas y aspectos adicionales de la misma, se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción, las reivindicaciones adjuntas y los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es una representación en sección transversal elevada de un sistema que incluye un fusor de combustión sumergida y un recipiente de afinado unido al fusor de combustión sumergida según una realización de la presente descripción;

la Figura 2 es una vista en planta en sección transversal del suelo del fusor de combustión sumergida ilustrado en la Figura 1, y tomada a lo largo de la línea de sección 2-2;

la Figura 3 es una ilustración en sección transversal de un panel refrigerado por líquido que puede usarse para construir parte o la totalidad de la carcasa del fusor de combustión sumergida según una realización de la presente descripción; La Figura 4 es una ilustración en sección transversal de un clarificador de vidrio que recibe una alimentación de vidrio fundido desde el recipiente de disipación unido al fusor de combustión sumergida, como se representa en la Figura 1, según una realización de la presente descripción;

la Figura 5 es una vista en alzado en sección transversal del recipiente de afinado ilustrado en la Figura 1 según una realización de la presente descripción;

La Figura 6 es una vista en sección transversal del recipiente de disipación mostrado en la Figura 5 tomada a lo largo de la línea de sección 6-6 en la Figura 5;

La Figura 7 es una vista en sección transversal del recipiente de disipación mostrado en la Figura 5 tomada a lo largo de la línea de sección 7-7 en la Figura 5;

La Figura 8 es una vista en sección transversal del recipiente de disipación mostrado en la Figura 5 tomada a lo largo de la línea de sección 8-8 en la Figura 5; y

la Figura 9 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso para formar recipientes de vidrio a partir de vidrio fundido producido en un fusor de combustión sumergida y suministrado a través de un recipiente de afinado aguas abajo según una realización de la presente descripción;

Descripción detallada

En las Figuras 1-2 se muestra un sistema para producir vidrio que incluye un fusor 10 de combustión sumergida (CS) y un recipiente 12 de disipación conectado al fusor 10 de CS según diversas prácticas de la presente descripción. El fusor 10 de CS se alimenta con un material de alimentación 14 formador de vidrio que presenta una formulación de formación de vidrio. El material de alimentación 14 formador de vidrio se hace reaccionar en estado fundido dentro del fusor 10 de CS dentro de una masa fundida 16 de vidrio agitada para producir vidrio fundido. Se extrae vidrio 18 fundido espumoso sin refinar de la masa fundida 16 de vidrio y se descarga del fusor de CS a través de una garganta 20 que interconecta el fusor 10 de CS y el recipiente 12 de disipación y establece una comunicación fluida entre las dos estructuras 10, 12. El recipiente 12 de disipación recibe el vidrio 18 fundido espumoso sin refinar descargado desde el fusor 10 de CS y suministra de manera controlable una alimentación 22 de vidrio fundido a un componente 24 aguas abajo. El componente 24 aguas abajo puede, como se muestra, ser un clarificador de vidrio que aclara y, opcionalmente, acondiciona térmicamente la alimentación 22 de vidrio fundido para las operaciones posteriores de formación de vidrio.

El fusor 10 de CS comprende un alojamiento 26 que tiene un techo 28, un suelo 30 y una pared 32 vertical circundante que conecta el techo 28 y el suelo 30. La pared 32 vertical circundante incluye además una pared 32a de extremo delantero, una pared 32b de extremo trasero que se opone y se separa de la pared 32a de extremo delantero, y dos paredes laterales opuestas 32c, 32d que conectan la pared 32a de extremo delantero y la pared 36b de extremo trasero. Juntos, el techo 28, el suelo 30 y la pared 32 vertical circundante definen una cámara 34 de reacción interior del fusor 10 de CS que contiene la masa 16 fundida de vidrio cuando el fusor 10 está en funcionamiento. Al menos el suelo 30 y la pared vertical 32 del alojamiento 26, así como el techo 28 si se desea, pueden construirse a partir de uno o más paneles 36 refrigerados por líquido como se muestra, por ejemplo, en la Figura 3. Cada uno de los paneles 36 refrigerados por líquido puede incluir una pared interior 36a y una pared exterior 36b que juntas definen un espacio 40 de refrigeración interno a través del cual puede circular un refrigerante, tal como agua. Uno o más deflectores (no mostrados) pueden extenderse total o parcialmente entre las superficies interiores opuestas de las paredes interior y exterior 36a, 36b para dirigir el flujo del refrigerante a lo largo de una trayectoria de flujo deseada. Como resultado de su refrigeración por líquido, una capa 42 de material refractario del lado del vidrio que cubre la pared interior 36a de cada panel 36 refrigerado por líquido soporta, y queda cubierta por, una capa 44 de vidrio congelado que se formain situentre una piel exterior de la masa fundida 16 de vidrio y una superficie de la capa 42 de material refractario del lado del vidrio. Esta capa 44 de vidrio congelado, una vez formada, resguarda y protege eficazmente la pared interior 36a subyacente de la masa fundida 16 de vidrio. La capa 42 de material refractario del lado de vidrio puede estar compuesta de AZS (es decir, alúmina-circona-sílice).

El alojamiento 26 del fusor 10 de CS define una entrada 46 de material de alimentación, una salida 48 de vidrio fundido y un respiradero 50 de escape. Como se muestra en la presente descripción en la Figura 1, la entrada 46 de material de alimentación puede definirse en el techo 28 del alojamiento 26 adyacente a o lejos de la pared 32a de extremo delantero, y la salida 48 de vidrio fundido puede definirse en la pared 32b de extremo trasero del alojamiento 26 adyacente a o lejos por encima del suelo 30, aunque ciertamente son posibles otras ubicaciones para la entrada 46 de material de alimentación y la salida 48 de vidrio fundido. La entrada 46 de material de alimentación proporciona una entrada a la cámara 34 de reacción interior para el suministro del material de alimentación 14 formador de vidrio. Un alimentador 52 por lotes que se configura para introducir una cantidad medida del material de alimentación 14 formador de vidrio en la cámara 34 de reacción interior puede acoplarse al alojamiento 26. El alimentador 52 por lotes puede incluir, por ejemplo, un tornillo giratorio (no mostrado) que gira dentro de un tubo 54 de alimentación de un diámetro ligeramente mayor que se comunica con la entrada 46 de material de alimentación para suministrar el material de alimentación 14 formador de vidrio desde una tolva de alimentación a la cámara 34 de reacción interior a una velocidad controlada. La salida 48 de vidrio fundido proporciona una salida desde la cámara 34 de reacción interior para la descarga del vidrio fundido 18 espumoso sin refinar fuera del fusor 10 de CS.

El respiradero 50 de escape se define preferiblemente en el techo 28 del alojamiento 26 entre la pared 32a de extremo delantero y la pared 32b de extremo trasero en una ubicación aguas abajo desde la entrada 46 de material de alimentación. Un conducto 56 de escape se comunica con el respiradero 50 de escape y se configura para expulsar compuestos gaseosos de la cámara 34 de reacción interior. Los compuestos gaseosos expulsados a través del conducto 56 de escape pueden tratarse, reciclarse o de otro modo gestionarse fuera del fusor 10 de CS según sea necesario. Para ayudar a prevenir o al menos minimizar la pérdida potencial de parte del material de alimentación 14 formador de vidrio a través del respiradero 50 de escape como desecho involuntario de material de alimentación, se puede colocar una pared divisoria 58 que pende del techo 28 del alojamiento 26 entre la entrada 46 de material de alimentación y el respiradero 50 de escape. La pared 58 divisoria puede incluir un extremo 60 libre inferior que se ubica cerca de, pero por encima de, la masa fundida 16 de vidrio, como se ilustra, o puede sumergirse dentro de la masa fundida 16 de vidrio. Preferiblemente, la pared divisoria 58 se construye a partir de un panel refrigerado por líquido similar al representado en la Figura 3.

El fusor 10 de CS incluye uno o más quemadores sumergidos 62. Cada uno del uno o más quemadores sumergidos 62 se monta en un puerto 64 definido en el suelo 30 (como se muestra) y/o la pared 32 vertical circundante en una porción de la pared 32 que queda sumergida por la masa fundida 16 de vidrio. Cada uno del quemador o quemadores sumergidos 62 inyecta a la fuerza una mezcla G de gas combustible en la masa fundida 16 de vidrio a través de una boquilla 66 de salida. La mezcla G de gas combustible comprende combustible y un oxidante. El combustible suministrado al(a los) quemador(es) sumergido(s) 62 es preferiblemente metano o propano, y el oxidante puede ser oxígeno puro o incluir un alto porcentaje (>80 % en volumen) de oxígeno, en cuyo caso el(los) quemador(es) 62 es(son) quemador(es) de oxicombustible, o puede ser aire o cualquier gas enriquecido con oxígeno. Tras inyectarse en la masa fundida 16 de vidrio, la mezcla G de gas combustible se autoinflama inmediatamente para producir productos 68 de combustión, a saber, CO2, CO, H2O y cualquier combustible no quemado, oxígeno y/u otros compuestos gaseosos tales como nitrógeno, que se descargan dentro y a través de la masa fundida 16 de vidrio. Típicamente se instalan entre cinco y treinta quemadores sumergidos 62 en el fusor 10 de CS, aunque ciertamente pueden emplearse más o menos quemadores 62 dependiendo del tamaño y la capacidad de fusión del fusor 10.

El recipiente de disipación 12 se conecta al fusor 10 de SC, y ambas estructuras 10, 12 preferiblemente se unen mecánicamente y se apoyan en un bastidor común de modo que las dos estructuras 10, 12 se balancean y vibran al unísono en respuesta al movimiento activo y la naturaleza generalmente turbulenta de la masa fundida 16 de vidrio. El recipiente 12 de disipación recibe el vidrio fundido 18 espumoso sin refinar descargado del fusor 10 de SC, que tiene una tendencia a tener un caudal fluctuante y suministra la alimentación 22 de vidrio fundido a un caudal controlado al componente 24 aguas abajo. De esta manera, el fusor 10 de CS puede funcionar para producir vidrio fundido, y el procesamiento aguas abajo del vidrio fundido, más notablemente clarificación y acondicionamiento térmico del vidrio, puede practicarse de manera más eficiente y con un mejor control general dado que el flujo de entrada de vidrio fundido al (a los) componente(s) que realiza(n) esas operaciones puede regularse con buena precisión. El recipiente 12 de disipación puede funcionar adicionalmente para clarificar y/o reducir parcialmente el contenido de espuma del baño intermedio de vidrio fundido que se acumula dentro del recipiente 12 de disipación, y al mismo tiempo impedir la pérdida de calor del vidrio antes de suministrar la alimentación 22 de vidrio fundido al componente 24 aguas abajo. El recipiente 12 de disipación ilustrado aquí incluye un tanque 70 de disipación y una boquilla 72 de alimentación unida al tanque 70 de disipación.

Como se muestra en las Figuras 5-8, el tanque 70 de disipación incluye un alojamiento 74 que incluye un suelo 76, un techo 78 y una pared vertical 80 que conecta el suelo 76 y el techo 78. La pared 80 vertical circundante incluye además una pared 80a de extremo delantero, una pared 80b de extremo trasero que se opone y se separa de la pared 80a de extremo delantero, y dos paredes laterales opuestas 80c, 80d que conectan la pared 80a de extremo delantero y la pared 80b de extremo trasero. En algunas implementaciones, y dependiendo del tamaño de la boquilla 72 de alimentación, la pared vertical 80 puede no incluir una pared de extremo trasero. Juntos, el suelo 76, el techo 78 y la pared vertical 80 del alojamiento 74 del tanque 70 de disipación definen una cámara 82 de disipación que es más pequeña en volumen que la cámara 34 de reacción interior del fusor 10 de CS. La cámara 82 de disipación contiene un baño 84 intermedio de vidrio fundido que fluye en una dirección de flujo F cuando el fusor 10 de CS y el recipiente 12 de disipación están funcionando. El alojamiento 74 del tanque 70 de disipación define una entrada 86 y una salida 88 para permitir el flujo de vidrio dentro y fuera del baño 84 intermedio de vidrio fundido, respectivamente, a lo largo de la dirección de flujo F. La entrada 86 puede definirse en la pared 80a de extremo delantero del alojamiento 74 y la salida 88 puede definirse en la pared 80b de extremo trasero, aunque otras ubicaciones son ciertamente posibles.

El baño 84 intermedio de vidrio fundido es alimentado por el vidrio fundido 18 espumoso sin refinar descargado del fusor 10 de CS por medio de la garganta 20. En ese sentido, el baño 84 intermedio de vidrio fundido es una colección acumulada del vidrio fundido 18 espumoso sin refinar descargado que modera el caudal impredecible y frecuentemente fluctuante del vidrio fundido 18 espumoso sin refinar descargado. El baño 84 intermedio de vidrio fundido es menos turbulento que la masa fundida 16 agitada contenida en el fusor 10 de CS. Esto se debe a que el alojamiento 74 del tanque 70 de disipación no incluye quemadores sumergidos y, por lo tanto, el baño 84 intermedio de vidrio fundido no es agitado por el disparo directo de los productos de combustión en y a través del baño 84 de vidrio fundido desde una ubicación de quemador sumergido. Al infundir calma en el baño 84 intermedio de vidrio fundido, en comparación con la turbulencia de la masa fundida 16 de vidrio contenida en el fusor 10 de CS, la distribución homogénea de burbujas de gas arrastradas contenidas en el vidrio fundido 18 espumoso sin refinar puede comenzar a sedimentarse y ascender a través del baño 84 de vidrio fundido, comenzando de este modo las fases iniciales de clarificación del vidrio fundido.

Cuando el baño 84 intermedio de vidrio fundido, más calmado, se acumula y se mantiene en el tanque 70 de disipación, preferiblemente se reduce tanto como sea posible la pérdida neta de calor del baño 84 de vidrio fundido para evitar un aumento en la viscosidad del vidrio fundido. Para ese fin, y a diferencia del alojamiento 26 del fusor 10 de CS, el alojamiento 74 del tanque 70 de disipación no se refrigera por líquido. El alojamiento 74 del tanque 70 de disipación se construye a partir de un material refractario. Por ejemplo, el suelo 76 y las porciones de la pared vertical 80 que entran en contacto con el vidrio pueden formarse a partir de materiales refractarios de tipo de AZS fundido, de AZS adherido, de AZS moldeable, de alto contenido de alúmina, de alúmina-cromo o de alúmina-sílice. Detrás de estas porciones del alojamiento 74 se pueden disponer ladrillos refractarios aislantes y placas refractarias cerámicas. La estructura superior (es decir, la porción de la pared vertical 80 que no está en contacto con el vidrio) y el techo 78 del alojamiento 74 pueden formarse a partir de un material refractario de alúmina-sílice tal como mullita. La estructura superior también puede aislarse con placas de fibra cerámica. Además, el alojamiento 74 del tanque 70 de disipación puede soportar uno o más quemadores no sumergidos 90. Cada uno de(de los) quemador(es) 90 quema una mezcla de combustible y oxidante y se dirige a la cámara 82 de disipación de modo que los productos de combustión 92 emitidos desde el quemador 90 transfieren calor al baño 84 intermedio de vidrio fundido.

El uno o más quemadores no sumergidos 90 pueden incluir una pluralidad de quemadores 90a de pared lateral montados en la pared vertical 80 y, en particular, la estructura superior de la pared vertical 80. Por ejemplo, los quemadores 90a de pared lateral pueden incluir una primera serie de quemadores 90a1 montados en una de las paredes laterales 80c y una segunda serie de quemadores 90a2 montados en la otra pared lateral 80d. Las dos series de quemadores 90a1, 90a2 dirigen sus productos de combustión 92a1, 92a2 (Figura 8 solamente) uno hacia el otro, pero no necesariamente se montan en alineación diametral, de modo que el calor puede distribuirse uniformemente en el baño 84 intermedio de vidrio fundido. Cada uno de los quemadores 90a1, 90a2 puede montarse de manera pivotante o montarse de forma fija dentro de un bloque de quemador de modo que los productos de combustión 92a1, 92a2 emitidos desde cada quemador 90a1, 90a2 se dirigen a la atmósfera de la cámara de disipación 82 por encima del baño 84 intermedio de vidrio fundido, y por lo tanto no inciden directamente en el baño 84 de vidrio fundido, ni pretenden incidir directamente en el baño 84 intermedio de vidrio fundido. El direccionamiento de los productos de combustión 92a1, 92a2 a la atmósfera por encima del baño 84 de vidrio fundido transfiere calor de forma radiante al baño 84 de vidrio fundido mientras que el impacto directo entre los productos de combustión 92a1, 92ab y el baño 84 de vidrio fundido transfiere calor mediante diversos mecanismos, que incluyen la conducción y la convección. El impacto directo entre los productos de combustión 92a1, 92a2 y el baño 84 intermedio de vidrio fundido también puede reducir el volumen de espuma que puede acumularse, ya sea en una capa de espuma o no, en la superficie superior 84’ del baño 84 intermedio de vidrio fundido, lo que puede ayudar a mejorar la eficiencia de transferencia de calor hacia el baño 84 de vidrio fundido ya que la espuma tiende a actuar como una barrera térmica aislante. Los quemadores 90a de pared lateral pueden ser quemadores de lápiz o alguna otra construcción de quemador adecuada.

Además de los quemadores 90a de pared lateral, se puede montar al menos un quemador 90b de techo en el techo 78 del alojamiento 74. El(los) quemador(es) 90b de techo puede(n) montarse de forma pivotante o fija dentro de un bloque de quemador y ser un quemador de alta velocidad cuyos productos de combustión 92b están destinados a incidir directamente en el baño 84 intermedio de vidrio fundido. Dicho quemador de alta velocidad tiene una velocidad mínima de gas de 3000 pies por segundo (fps) a una salida del quemador. Al hacer incidir el baño 84 intermedio de vidrio fundido con los productos de combustión 92b del quemador 90b de techo, particularmente a alta velocidad, cualquier cantidad de espuma que pueda estar presente en la superficie superior 84’ del baño 84 intermedio de vidrio fundido puede reducirse. El quemador 90b de techo puede incluso estar en ángulo lejos de una línea central C de una ubicación de centro de giro del quemador 90b hacia la pared 80a de extremo delantero para empujar la espuma de superficie hacia la pared 80a de extremo delantero opuesta a la dirección F de flujo de vidrio a través del baño 84 intermedio de vidrio fundido. Para maximizar el calentamiento y el efecto de empuje de espuma del(de los) quemador(es) 90b de techo, y como se muestra mejor en la Figura 7, una pluralidad de quemadores 90b de techo pueden espaciarse a través del techo 78 (y preferiblemente en ángulo como se ha descrito anteriormente) entre las paredes 80c, 80d laterales opuestas para crear una cortina 94 de llamas que incide en el baño 84 intermedio de vidrio fundido y extenderse entre las paredes 80c, 80d laterales transversales a la dirección F de flujo del vidrio dentro del tanque 70 de disipación.

El tanque 70 de disipación puede incluir un medidor 96 de nivel para medir una profundidad D del baño 84 intermedio de vidrio fundido dentro de la cámara 82 de disipación, como se muestra en la Figura 5. El medidor 96 de nivel puede ser cualquier instrumento de medición de nivel adecuado para usar con vidrio fundido que incluye, por ejemplo, un medidor de radar, una sonda de inmersión o una cámara. El medidor 96 de nivel puede apoyarse en el techo 78, como se muestra, o puede apoyarse en otra parte del alojamiento 74. La capacidad de medir con precisión la profundidad D o el nivel del baño 84 intermedio de vidrio fundido puede ayudar con el control general del fusor 10 de CS y el recipiente 12 de disipación. Además, la profundidad D del baño 84 de vidrio fundido intermedio puede usarse para medir, indirectamente, la profundidad nominal D<n>de la masa fundida 16 de vidrio contenida dentro de la cámara 34 de reacción interior del fusor 10 de CS ya que la cámara 34 de reacción interior y la cámara 82 de disipación se mantienen a la misma presión. Por consiguiente, como resultado de la presión estática ecualizada que actúa sobre la masa fundida 16 de vidrio y el baño 84 intermedio de vidrio fundido, los niveles de los dos cuerpos de vidrio fundido incompresibles tienden a alinearse horizontalmente con respecto a la gravedad. Y dado que el baño 84 intermedio de vidrio fundido está relativamente calmo, su profundidad D proporciona una buena indicación de la profundidad nominal D<n>, que es la profundidad que la masa fundida tendría si no se agitara y se dejara sedimentar, de la masa fundida 16 de vidrio en el fusor 10 de CS.

La boquilla 72 de alimentación se anexa al tanque 70 de disipación y cubre la salida 88 del alojamiento 74 del tanque 70 de disipación. La boquilla 72 de alimentación incluye un recipiente 98 de boquilla, una placa 100 de orificio, uno o más bloques 102 de cubierta y un émbolo alternativo 104. El recipiente 98 de boquilla define una entrada 106 que se comunica de manera fluida con la salida 88 del alojamiento 74 del tanque 70 de disipación y tiene un extremo inferior 108, al que se fija la placa 100 de orificio, y un extremo superior 110, que soporta el uno o más bloques 102 de cubierta. El recipiente 98 de boquilla puede formarse a partir de un material refractario, que incluye cualquiera de los mencionados anteriormente, en conexión con el suelo 76 y las porciones de contacto con el vidrio de la pared vertical 80 del alojamiento 74 del tanque 70 de disipación. Juntos, el recipiente 98 de boquilla, la placa 100 de orificio y el(los) bloque(s) 102 de cubierta definen una cámara 112 de boquilla que contiene un baño 114 de transferencia de vidrio fundido. Uno o más quemadores no sumergidos 116, tales como uno o más quemadores de lápiz, pueden montarse en el recipiente 98 de boquilla. Cada uno de los quemadores 116, como antes, quema una mezcla de combustible y oxidante, donde cada uno de los quemadores 116 se dirige a la cámara 112 de boquilla para transferir calor al baño 114 de transferencia de vidrio fundido ya sea por radiación o por impacto directo con una superficie superior 114’ del baño 114 de transferencia de vidrio fundido.

La placa 100 de orificio de la boquilla 72 de alimentación define al menos un orificio 118 y, típicamente, de uno a cuatro, aunque más de cuatro son ciertamente posibles, a través del cual la alimentación 22 de vidrio fundido puede suministrarse desde el baño 114 de transferencia de vidrio fundido a una velocidad controlada que satisfaga las necesidades de entrada específicas del componente 24 aguas abajo. La placa 100 de orificio también puede construirse a partir de un material refractario. Para controlar el caudal de la alimentación 22 de vidrio fundido desde la boquilla 72 de alimentación, el movimiento alternativo del émbolo alternativo 104, que en algunas realizaciones puede ser una varilla sólida con o sin un cabezal cónico o un tubo cilindrico hueco, se controla a lo largo de una línea 120 central axial orientada transversalmente a un plano 122 de salida del orificio 118 para regular el caudal (ya sea en masa o volumen) a través del orificio 118. Por ejemplo, se permite un flujo máximo a través del orificio 118 cuando el émbolo alternativo 104 se retrae completamente del orificio 118, no se permite ningún flujo cuando el émbolo alternativo 104 se extiende completamente hacia el orificio 118 para bloquear el orificio 118, y se permiten grados variables de flujo entre un flujo máximo y ningún flujo en varias ubicaciones del émbolo 104 entre su posición completamente retraída y su posición completamente extendida. Si la placa 100 de orificio incluye más de un orificio 118, se asocia un émbolo 104 retráctil separado con cada uno de los orificios 118.

La garganta 20 que interconecta el fusor 10 de CS y el recipiente 12 de disipación y establece una comunicación fluida entre la cámara 34 de reacción interior y la cámara 82 de disipación es un conducto que define una trayectoria 124 de flujo desde la salida 48 de vidrio fundido del fusor 10 de CS hasta la entrada 86 del tanque 70 de disipación del recipiente 12 de disipación, tal como se muestra en la Figura 5. La garganta 20 incluye una pared inferior 20a, una pared superior 20b y un par de paredes laterales 20c, 20d separadas lateralmente (Figura 8) que conectan la pared inferior 20a y la pared superior 20b para definir la trayectoria 124 de flujo. En una implementación, como se muestra aquí, una primera porción 126 de la garganta 20 que se extiende desde el alojamiento 26 y, más específicamente, la pared 32b de extremo trasero del alojamiento 26, del fusor 10 de CS puede formarse como parte de un panel refrigerado por líquido del alojamiento 26, mientras que una segunda porción 128 de la garganta 20 que se extiende desde el alojamiento 74 y, más específicamente, la pared 80a de extremo delantero del alojamiento 74, del tanque 70 de disipación puede formarse a partir de un material refractario que no se refrigera por fluido. Además, para ayudar a extender la vida de la garganta 20, la pared superior 20b puede tener una superficie 130 en ángulo ascendente para desviar los gases de escape que pueden escapar del vidrio fundido 18 espumoso sin refinar que fluye a través de la garganta 20. Cada una de las otras paredes 20a, 20c, 20d puede configurarse en cualquiera de una variedad de formas para conformar la trayectoria 124 de flujo de la garganta 20 según se desee (p. ej., convergiendo hacia la cámara de disipación 82, divergiendo hacia la cámara de disipación 82, área de sección transversal constante, etc.).

Durante el funcionamiento del fusor 10 de CS y su recipiente 12 de disipación asociado, y haciendo referencia ahora específicamente a la Figura 1, cada uno del uno o más quemadores sumergidos 62 descarga individualmente los productos de combustión 68 directamente en y a través de la masa fundida 16 de vidrio contenida en el fusor 10 de CS. La masa fundida 16 de vidrio es un volumen de vidrio fundido que frecuentemente pesa entre 1 tonelada estadounidense (1 tonelada estadounidense = 2000 libras) y 20 toneladas estadounidenses, y generalmente se mantiene a un volumen constante durante el funcionamiento en estado estacionario del fusor 10 de CS. A medida que los productos de combustión 68 son empujados dentro y a través de la masa fundida 16 de vidrio, lo que crea patrones de flujo complejos y turbulencias severas, la masa fundida 16 de vidrio se agita vigorosamente y experimenta una transferencia de calor rápida y fuerzas de cizalla intensas. Los productos de combustión 68 en última instancia escapan de la masa fundida 16 de vidrio y se retiran de la cámara 34 de reacción interior a través del respiradero 50 de escape junto con cualquier otro compuesto gaseoso que pueda volatilizarse fuera de la masa fundida 16 de vidrio. De forma adicional, en algunas circunstancias, se pueden montar uno o más quemadores no sumergidos (no mostrados) en el techo 28 y/o en la pared 32 vertical circundante en una ubicación por encima de la masa fundida 16 de vidrio para proporcionar calor a la masa fundida 16 de vidrio, ya sea directamente por impacto de llama o indirectamente a través de transferencia de calor radiante, y también para facilitar la supresión y/o destrucción de la espuma.

Mientras el uno o más quemadores sumergidos 62 se encienden en la masa fundida 16 de vidrio, el material de alimentación 14 formador de vidrio se introduce de forma controlable en la cámara 34 de reacción interior a través de la entrada 46 de material de alimentación. El material de alimentación 14 formador de vidrio no forma una capa discontinua que descansa sobre la masa fundida 16 de vidrio, como es habitual en un horno de fusión continua convencional, sino que, más bien, se disuelve rápidamente y es consumida por la masa fundida 16 de vidrio agitada. Debido a la vigorosa agitación de la masa fundida y a las fuerzas de cizalla causadas por el(los) quemador(es) sumergido(s) 62, el material de alimentación 14 formador de vidrio disperso se somete a una intensa transferencia de calor y a una rápida disolución de las partículas en toda la masa fundida 16 de vidrio. Esto hace que el material de alimentación 14 formador de vidrio se mezcle rápidamente, reaccione y se integre químicamente en la masa fundida 16 de vidrio. Sin embargo, agitar y remover la masa fundida 16 de vidrio mediante la descarga de los productos de combustión 68 desde el(los) quemador(es) sumergido(s) 62 también promueve la formación de burbujas dentro de la masa fundida 16 de vidrio. Por consiguiente, la masa fundida 16 de vidrio es de naturaleza espumosa e incluye una distribución homogénea de burbujas de gas atrapadas. Las burbujas de gas atrapadas pueden representar del 30 % en volumen al 60 % en volumen de la masa fundida 16 de vidrio, lo que hace que la densidad de la masa fundida 16 de vidrio sea relativamente baja, que varía típicamente de 0,75 g/cm<3>a 1,5 g/cm<3>, o más estrechamente de 0,99 g/cm<3>a 1,3 g/cm<3>, para vidrio de sílice-cal-sosa. Las inclusiones de gas atrapadas dentro de la masa fundida 16 de vidrio varían en tamaño y pueden contener cualquiera de varios gases, que incluyen CO<2>, H<2>O (vapor), N<2>, SO<2>, CH<4>, CO y compuestos orgánicos volátiles (COV).

El material de alimentación 14 formador de vidrio introducido en la cámara 34 de reacción interior tiene una composición que se formula para proporcionar a la masa fundida 16 de vidrio, particularmente en la salida 48 de vidrio fundido, una composición química de vidrio predeterminada al fundirse. Por ejemplo, la composición química del vidrio de la masa fundida 16 de vidrio puede ser una composición química de vidrio de sílice-cal-sosa, en cuyo caso el material de alimentación 14 formador de vidrio pueden ser una mezcla física de materias primas vírgenes y opcionalmente vidrio de desecho (es decir, vidrio reciclado) y/o precursores de vidrio que proporciona una fuente de SiO<2>, Na<2>O y CaO en las proporciones correctas junto con cualquiera de los otros materiales que se enumeran a continuación en la Tabla 1 que incluyen, más comúnmente, Al<2>O<3>. Los materiales constituyentes exactos que constituyen el material de alimentación 14 formador de vidrio están sujetos a mucha variación y al mismo tiempo son capaces de lograr la composición química de vidrio de sílice-cal-sosa que es generalmente bien conocida en la industria de fabricación de vidrio.

Tabla 1: Composición química de vidrio del vidrio de sílice-cal-sosa

Componente en pes Fuentes de materias primas

SiO2 60-80 Arena de cuarzo

Na2O 8-18 Ceniza de sosa

CaO 5-15 Piedra caliza

Al2O3 0-2 Nefelina Sienita, Feldespato

MgO 0-5 Magnesita

K2O 0-3 Potasa

Fe2O3 Fe O 0-0,08 El hierro es un contaminante

MnO2 0-0,3 Dióxido de manganeso

SO3 0-0,5 Torta de sal, Escoria

Se 0-0,0005 Selenio

F 0-0,5 os flúores son un contaminante

Por ejemplo, para conseguir una composición química de vidrio de sílice-cal-sosa en la masa fundida 16 de vidrio, los materiales de alimentación 14 pueden incluir materias primas vírgenes primarias tales como arena de cuarzo (SiO2 cristalino), ceniza de sosa (Na2COs) y piedra caliza (CaCO3) en las cantidades necesarias para proporcionar las proporciones requeridas de SiO2, Na2O y CaO, respectivamente. También se pueden incluir otras materias primas vírgenes en el material de alimentación 14 formador de vidrio para proporcionar uno o más de SiO2, Na2O, CaO y posiblemente otros materiales de óxido y/o no de óxido en la masa fundida 16 de vidrio dependiendo de la química deseada de la composición química de vidrio de sílice-cal-sosa y del color de los artículos de vidrio que se formarán. Estas otras materias primas vírgenes pueden incluir feldespato, dolomita y escoria de calumita. Los materiales de alimentación 14 formadores de vidrio pueden incluso incluir hasta el 80 % en peso de vidrio de desecho dependiendo de una diversidad de factores. Además, el material de alimentación 14 formador de vidrio puede incluir materias primas vírgenes secundarias o menores que proporcionan la composición química de sílice-cal-sosa con colorantes, decolorantes y/o agentes de oxidación-reducción que pueden ser necesarios, y pueden proporcionar además una fuente de agentes químicos de clarificación para ayudar a la extracción de burbujas aguas abajo.

Aún con relación a la Figura 1, el vidrio fundido 18 espumoso sin refinar descargado del fusor 10 de CS a través de la salida 48 de vidrio fundido se extrae de la masa fundida 16 de vidrio y se homogeneiza químicamente a la composición química de vidrio deseada, p. ej., una composición química de vidrio de sílice-cal-sosa, pero con la misma densidad relativamente baja y el mismo volumen de burbujas de gas arrastradas que el de la masa fundida 16 de vidrio. El vidrio 18 fundido espumoso sin refinar fluye directamente a través de la trayectoria 124 de flujo de la garganta 20 y hacia la cámara 82 de disipación del tanque 70 de disipación donde se fusiona con el baño 84 intermedio de vidrio fundido. El vidrio fundido del baño 84 intermedio de vidrio fundido, a su vez, fluye a lo largo de la dirección F de flujo y hacia la cámara 112 de boquilla de la boquilla 72 de alimentación para suministrar el baño 114 de transferencia de vidrio fundido. Debido a la sedimentación del baño 84 intermedio de vidrio fundido y, opcionalmente, al impacto del baño con los productos de combustión, que incluyen los del quemador 90b de techo de alta velocidad, el baño 114 de transferencia de vidrio fundido puede tener una mayor densidad que la de la masa fundida 16 de vidrio contenida en el fusor 10 de CS, lo que puede ayudar a reducir los esfuerzos de clarificación de vidrio aguas abajo. La alimentación 22 de vidrio fundido suministrada desde la boquilla 72 de alimentación se extrae del baño 114 de transferencia de vidrio fundido y se suministra a través de la placa 100 de orificio a una velocidad controlada gobernada por el movimiento alternativo controlado del émbolo alternativo 104.

La alimentación 22 de vidrio fundido puede procesarse adicionalmente para dar un artículo de vidrio que incluye, por ejemplo, un artículo de vidrio plano o de vidrio para recipientes, entre otras opciones. Para ese fin, la alimentación 22 de vidrio fundido suministrada desde la boquilla 72 de alimentación puede tener una composición química de vidrio de sílice-cal-sosa según lo dicte la formulación del material 14 de alimentación formador de vidrio. El componente 24 aguas abajo al que se suministra la alimentación 22 de vidrio fundido puede ser un clarificador de vidrio 132 que incluye un alojamiento 134 que define una cámara de clarificación 136. Un baño 138 de vidrio fundido se mantiene dentro de la cámara 136 de clarificación y fluye desde una abertura 140 de entrada definida en un extremo del alojamiento 134 hacia una abertura 142 de salida definida en un extremo opuesto del alojamiento 134. Se monta una pluralidad de quemadores no sumergidos 144 en el alojamiento 134 del clarificador de vidrio 132 por encima del baño 138 de vidrio fundido y queman la mezcla de combustible y oxidante. Los productos de combustión emitidos desde los quemadores 144 transfieren calor al baño 138 de vidrio fundido para ayudar a promover la ascensión y colapso de las burbujas de gas arrastradas y los gases disueltos. En funcionamiento, la alimentación 22 de vidrio fundido se recibe en la cámara 136 de clarificación a través de la abertura 140 de entrada y se combina con el baño 138 de vidrio fundido contenido en la cámara 136 de clarificación. El baño 138 de vidrio fundido suministra a su vez vidrio fundido 146 refinado desde la abertura 142 de salida del alojamiento 134.

En la Figura 9 se establece un proceso preferido para formar recipientes de vidrio a partir de la alimentación 22 de vidrio fundido extraído del recipiente 12 de disipación. En ese proceso, la alimentación 22 de vidrio fundido se suministra desde el recipiente 12 de disipación en la etapa 150 como se ha explicado anteriormente. Es decir, el material de alimentación 14 formador de vidrio se introduce en la cámara 34 de reacción interior del fusor 10 de CS y es consumida por la masa fundida 16 de vidrio agitada. El material 14 de alimentación formador de vidrio se funde y se incorpora en la masa fundida 16 de vidrio a medida que cada uno de los quemadores sumergidos 62 descarga los productos de combustión 68 dentro y a través de la masa fundida 16 de vidrio. El vidrio fundido 18 espumoso sin refinar se descarga desde el fusor 10 de CS y fluye a través de la garganta 20 y hacia la cámara de disipación 82 del tanque 70 de disipación. El vidrio fundido 18 espumoso sin refinar se combina con el baño 84 intermedio de vidrio fundido que, a su vez, alimenta el baño 114 de transferencia de vidrio fundido. La alimentación 22 de vidrio fundido se extrae del baño 114 de transferencia de vidrio fundido a través de la boquilla 72 de alimentación. A continuación, en la etapa 152, la alimentación 22 de vidrio fundido se transforma en al menos uno, y preferiblemente una pluralidad de recipientes de vidrio. La etapa de formación 152 incluye una etapa 152a de refinado, una etapa 152b de acondicionamiento térmico y una etapa 152c de formación. Estas diversas subetapas 152a, 152b, 152c de la etapa de formación 152 pueden llevarse a cabo mediante cualquier práctica adecuada, incluido el uso de equipos y técnicas convencionales.

La etapa 152a de refinado implica eliminar burbujas de gas arrastradas de la alimentación 22 de vidrio fundido de modo que los recipientes de vidrio formados a partir del mismo no contengan más de una cantidad comercialmente aceptable de imperfecciones visuales de vidrio. Para llevar a cabo dicho refinado, la alimentación 22 de vidrio fundido se vierte a través de la abertura 140 de entrada del tanque 132 de clarificación y hacia el baño 138 de vidrio fundido contenido dentro de la cámara 136 de clarificación de un tanque 132 de clarificación. El baño 138 de vidrio fundido fluye lejos de la abertura 140 de entrada del clarificador 132 de vidrio y hacia la abertura 142 de salida y se calienta a lo largo de esa trayectoria mediante los quemadores no sumergidos 144, siendo los quemadores quemadores de techo de llama plana, quemadores de lápiz de pared lateral, quemadores de impacto de techo, alguna combinación de los mismos, para disminuir o mantener la viscosidad del baño 138 de vidrio fundido aumentando o al menos manteniendo la temperatura del baño 138 de vidrio fundido que, a su vez, promueve la ascensión y colapso de las burbujas de gas arrastradas. En muchos casos, el baño 138 de vidrio fundido en la cámara 136 de clarificación se calienta a una temperatura entre 1200 0C y 1500 °C. Además, cualquier agente químico de clarificación incluido en el material 14 de alimentación formador de vidrio puede facilitar además la extracción de burbujas del baño 138 de vidrio fundido al descomponerse en gases, tales como SO2 y O 2, que ascienden fácilmente a través del baño 138 de vidrio fundido mientras se recolectan burbujas de gas arrastradas más pequeñas a lo largo del camino. Como resultado del proceso de refinado, el baño 138 de vidrio fundido es más denso y tiene menos burbujas de gas arrastradas en el extremo del alojamiento 134 donde la abertura 142 de salida se define en comparación con el extremo del alojamiento 134 donde se define la abertura 140 de entrada. En particular, el vidrio fundido 146 refinado que sale de la abertura 142 de salida del clarificador 132 de vidrio tiene típicamente una densidad que varía de 2,3 g/cm3 a 2,5 g/cm3 para vidrio de sílicecal-sosa.

El vidrio fundido 146 refinado obtenido en el clarificador de vidrio 132 se acondiciona térmicamente en la etapa 156b de acondicionamiento térmico. Esto implica enfriar el vidrio 146 fundido refinado a una velocidad controlada para conseguir una viscosidad de vidrio adecuada para las operaciones de formación de vidrio y al mismo tiempo conseguir un perfil de temperatura más uniforme dentro del vidrio fundido 146 refinado. El vidrio fundido 146 refinado se enfría preferiblemente a una temperatura entre aproximadamente 1000 0C y 1200 °C para proporcionar vidrio fundido acondicionado. El acondicionamiento térmico del vidrio fundido 146 refinado puede realizarse en un antecrisol separado que recibe el vidrio fundido 146 refinado desde la abertura 142 de salida del clarificador de vidrio 132. Un antecrisol es una estructura alargada que define un canal extendido a lo largo del cual los quemadores montados en la parte superior y/o en la pared lateral pueden reducir de manera uniforme y constante la temperatura del vidrio fundido refinado que fluye. En otra realización, sin embargo, las etapas 156a, 156b de clarificación y acondicionamiento térmico pueden realizarse en una sola estructura, tal como una estructura combinada de clarificador de vidrio y antecrisol, que puede acomodar tanto el clarificador de la alimentación 22 de vidrio fundido como el acondicionamiento térmico del vidrio fundido 146 refinado.

A continuación, se forman recipientes de vidrio a partir del vidrio fundido acondicionado en la etapa 156c de formación. En algunos procesos estándar de formación de recipientes, el vidrio fundido acondicionado se descarga de un alimentador de vidrio al final del clarificador/antecrisol como corrientes o canales de vidrio fundido. Después, los canales de vidrio fundido se cortan en gotas individuales de un peso predeterminado. Cada gota se suministra a través de un sistema de suministro de gotas en un molde preliminar de una máquina formadora de recipientes de vidrio. Sin embargo, en otros procesos de formación de recipientes de vidrio el vidrio fundido se vierte directamente en el molde preliminar para llenar el molde con vidrio. Una vez en el molde preliminar, y con su temperatura todavía entre 1000 °C y 1200 °C, la gota de vidrio fundido se prensa o se sopla hasta formar un parisón o preforma que incluye una pared tubular. Después, el parisón se transfiere desde el molde en blanco a un molde de soplado de la máquina formadora de recipientes de vidrio para darle la forma final a un recipiente. Una vez que el parisón se recibe en el molde de soplado, el molde de soplado se cierra y el parisón se sopla rápidamente hacia afuera hasta darle la forma final del recipiente que coincide con el contorno de la cavidad del molde usando un gas comprimido tal como aire comprimido. Por supuesto, pueden implementarse otros enfoques para formar los recipientes de vidrio además de las técnicas de formación de prensado-soplado y de soplado-soplado que incluyen, por ejemplo, compresión u otras técnicas de moldeo.

El recipiente de vidrio formado dentro del molde de soplado tiene una base cerrada axialmente y una pared circunferencial. La pared circunferencial se extiende desde la base cerrada axialmente hasta una boca que define una abertura hacia un espacio de contención definido por la base cerrada axialmente y la pared circunferencial. El recipiente de vidrio se deja enfriar mientras está en contacto con las paredes del molde de soplado y después se retira del molde de soplado y se coloca sobre un transportador mecánico u otro dispositivo de transporte. Después, el recipiente de vidrio se recalienta y se enfría a una velocidad controlada en un horno de recocido para relajar la tensión inducida térmicamente y eliminar los puntos de tensión internos. El recocido del recipiente de vidrio implica calentar el recipiente de vidrio a una temperatura superior al punto de recocido de la composición química de vidrio de sílice-cal-sosa, que usualmente se encuentra dentro del intervalo de 510 °C a 550 °C, seguido del enfriamiento lento del recipiente a una velocidad de 1 °C/min a 10 °C/min hasta una temperatura inferior al punto de deformación de la composición química de vidrio de sílice-cal-sosa, que típicamente se encuentra dentro del intervalo de 470 °C a 500 °C. El recipiente de vidrio puede enfriarse rápidamente después de haberlo refrigerado a una temperatura inferior al punto de deformación. Por diversas razones, se puede aplicar cualquiera de una diversidad de recubrimientos a la superficie del recipiente de vidrio antes (recubrimientos del extremo caliente) o después (recubrimientos del extremo frío) del recocido.

Por lo tanto, se ha descrito un método para producir vidrio usando tecnología de fusión por combustión sumergida que satisface uno o más de los fines y objetivos expuestos anteriormente. El vidrio fundido puede procesarse adicionalmente en artículos de vidrio que incluyen, por ejemplo, recipientes de vidrio. La descripción se ha presentado junto con varias realizaciones ilustrativas, y se han expuesto modificaciones y variaciones adicionales. Otras modificaciones y variaciones se les ocurrirán fácilmente a los expertos en la técnica en vista de la exposición anterior.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir vidrio, comprendiendo el método:

descargar productos de combustión (68) de uno o más quemadores sumergidos (62) directamente en la masa fundida (16) de vidrio contenida dentro de una cámara (34) de reacción interior de un fusor (10) de combustión sumergida; los productos de combustión (68) descargados del uno o más quemadores sumergidos (62) agitan la masa fundida (16) de vidrio.

extraer vidrio fundido (18) espumoso sin refinar de la masa fundida (16) de vidrio y descargar el vidrio fundido (18) espumoso sin refinar fuera del fusor (10) de combustión sumergida a través de una salida (48) de vidrio fundido;

introducir el vidrio fundido (18) espumoso sin refinar en una cámara (82) de disipación de un tanque (70) de disipación que se comunica fluidamente con el fusor (10) de combustión sumergida, fusionándose el vidrio fundido (18) espumoso sin refinar con un baño (84) intermedio de vidrio fundido que se mantiene dentro de la cámara (82) de disipación del tanque (70) de disipación;

calentar el baño (84) intermedio de vidrio fundido con los productos de combustión (92) descargados de uno o más quemadores (90) no sumergidos montados en un alojamiento (74) del tanque (70) de disipación que define la cámara (82) de disipación;

hacer fluir vidrio fundido desde el baño (84) intermedio de vidrio fundido en un baño (114) de transferencia de vidrio fundido que se mantiene en una cámara (112) de boquilla de una boquilla (72) de alimentación; y

suministrar una alimentación (22) de vidrio fundido fuera de la boquilla (72) de alimentación desde el baño (114) de transferencia de vidrio fundido a una velocidad controlada.

2. El método de la reivindicación 1, en donde calentar el baño intermedio de vidrio fundido comprende hacer incidir directamente el baño intermedio de vidrio fundido con los productos de combustión descargados desde el uno o más quemadores no sumergidos.

3. El método de la reivindicación 1, en donde suministrar la alimentación de vidrio fundido fuera de la boquilla de alimentación comprende controlar un caudal de vidrio fundido desde el baño de transferencia de vidrio fundido a través de un orificio (118) de una placa (100) de orificio fijada a un recipiente (98) de boquilla de la boquilla de alimentación controlando el movimiento alternativo de un émbolo alternativo (104) alineado con el orificio (118) de la placa (100) de orificio.

4. El método de la reivindicación 1, que comprende, además:

introducir la alimentación de vidrio fundido en un baño (138) de vidrio fundido mantenido dentro de un clarificador (132) de vidrio a una temperatura entre 1200 °C y 1500 °C, haciendo fluir el baño (138) de vidrio fundido hacia una abertura (142) de salida del clarificador (132) de vidrio y produciendo vidrio fundido (146) refinado, teniendo el vidrio fundido (146) refinado una densidad que es mayor que una densidad del vidrio fundido espumoso sin refinar descargado desde el fusor de combustión sumergida; acondicionar térmicamente el vidrio fundido (146) refinado para obtener un vidrio fundido acondicionado que tenga una temperatura entre 1000 °C y 1200 °C; y

suministrar una gota del vidrio fundido acondicionado en una máquina de formación I. S. y formar un recipiente de vidrio a partir del vidrio fundido acondicionado.

5. El método de la reivindicación 4, en donde el vidrio fundido espumoso sin refinar contiene entre el 30 % en volumen y el 60 % en volumen de burbujas de gas arrastradas y tiene una densidad que varía de 0,75 g/cm3 a 1,5 g/cm3, y en donde el vidrio fundido refinado producido en el clarificador de vidrio tiene una densidad que varía de 2,3 g/cm3 a 2,5 g/cm3.

6. El método de la reivindicación 1, en donde la masa fundida de vidrio tiene una composición química de vidrio de sosa-cal-sílice que comprende del 60 % en peso al 80 % en peso de SiÜ2, del 8 % en peso al 18 % en peso de Na2Ü, y del 5 % en peso al 15 % en peso de CaO en la salida de vidrio fundido del fusor de combustión sumergida.

7. Un método para producir vidrio, comprendiendo el método:

introducir vidrio fundido (18) espumoso sin refinar descargado desde un fusor (10) de combustión sumergida en una cámara (82) de disipación de un tanque (70) de disipación a través de una garganta (20) que proporciona una trayectoria (124) de flujo desde una salida (48) de vidrio fundido del fusor (10) de combustión sumergida a una entrada (86) del tanque (70) de disipación, teniendo el vidrio fundido (18) espumoso sin refinar una composición química de vidrio de sosa-cal-sílice y fusionándose con un baño (84) intermedio de vidrio fundido que se mantiene dentro de la cámara (82) de disipación del depósito (70) de disipación;

hacer fluir vidrio fundido desde el baño (84) intermedio de vidrio fundido a un baño (114) de transferencia de vidrio fundido mantenido en una cámara (112) de boquilla de una boquilla (72) de alimentación unida al tanque (70) de disipación, teniendo la boquilla (72) de alimentación un recipiente (98) de boquilla que define parcialmente la cámara (112) de boquilla y una placa (100) de orificio fijada al recipiente (98) de boquilla a través de la cual se suministra una alimentación (22) de vidrio fundido desde la boquilla (72) de alimentación; y

introducir la alimentación (22) de vidrio fundido en un baño (138) de vidrio fundido mantenido dentro del clarificador (132) de vidrio, haciendo fluir el baño (138) de vidrio fundido hacia una abertura (142) de salida del clarificador (132) de vidrio y produciendo vidrio (146) fundido refinado que sale de la abertura (142) de salida del clarificador (132) de vidrio; teniendo el vidrio (146) fundido refinado una densidad mayor que una densidad del vidrio fundido (18) espumoso sin refinar descargado del fusor (10) de combustión sumergida.

8. El método de la reivindicación 7, en donde el vidrio fundido espumoso sin refinar descargado del fusor de combustión sumergida contiene entre el 30 % en volumen y el 60 % en volumen de burbujas de gas arrastradas y tiene una densidad que varía de 0,75 g/cm3 a 1,5 g/cm3, y en donde el vidrio fundido refinado que sale de la abertura de salida del clarificador de vidrio tiene una densidad que varía de 2,3 g/cm3 a 2,5 g/cm3.

9. El método de la reivindicación 7, que comprende, además:

controlar el movimiento alternativo de un émbolo alternativo (104) alineado con un orificio (118) de la placa de orificio para controlar un caudal de vidrio fundido del baño de transferencia de vidrio fundido a través del orificio (118) definido en la placa de orificio para suministrar de este modo la alimentación de vidrio fundido desde la boquilla de alimentación a una velocidad controlada.

10. Un sistema para producir vidrio, comprendiendo el sistema:

un fusor (10) de combustión sumergida que tiene un alojamiento (26) que define una cámara (34) de reacción interior, una entrada (46) de material de alimentación para introducir un material (14) de alimentación formador de vidrio en la cámara (34) de reacción interior, y una salida (48) de vidrio fundido para descargar vidrio fundido sin refinar desde la cámara (34) de reacción interior, comprendiendo además el fusor (10) de combustión sumergida uno o más quemadores (62) sumergidos;

un recipiente (12) de disipación que incluye un tanque (70) de disipación y una boquilla (72) de alimentación, teniendo el tanque (70) de disipación un alojamiento (74) que define una cámara (82) de disipación, una entrada (86) y una salida (88), y la boquilla (72) de alimentación que se une al tanque (70) de disipación para cubrir la salida (88) del tanque (70) de disipación, teniendo la boquilla (72) de alimentación un recipiente (98) de boquilla y una placa (100) de orificio que define al menos un orificio (118) para suministrar una alimentación de vidrio fundido fuera de la boquilla (72) de alimentación; y una garganta (20) que interconecta el fusor (10) de combustión sumergida y el recipiente (12) de disipación y establece una comunicación fluida entre la cámara (34) de reacción interior y la cámara (82) de disipación proporcionando una trayectoria (124) de flujo desde la salida (48) de vidrio fundido del fusor (10) de combustión sumergida hasta la entrada (86) del tanque (70) de disipación.

11. El sistema de la reivindicación 10, en donde el tanque de disipación incluye uno o más quemadores no sumergidos (90) destinados a descargar los productos de combustión (92) en la cámara de disipación.

12. El sistema de la reivindicación 11, en donde el uno o más quemadores no sumergidos incluye una pluralidad de quemadores (90b) de techo montados en un techo (78) del alojamiento del tanque de disipación.

13. El sistema de la reivindicación 12, en donde la pluralidad de quemadores de techo se montan en el techo del alojamiento, y se espacian entre sí a través del techo desde una pared lateral (80c) del alojamiento a una pared lateral opuesta (80d) del alojamiento.

14. El sistema de la reivindicación 10, en donde el uno o más quemadores sumergidos se montan en un suelo (30) del alojamiento del fusor de combustión sumergida.

15. El sistema de la reivindicación 10, en donde el alojamiento del tanque de disipación se construye a partir de un material refractario que no se enfría por líquido.