NO830369L - Glass-smelting i et tynt lag i rettet stroem - Google Patents

Description

Denne søknad er en "continuation-in-part" av samtidig patentsøknad Serial Number 270 330, inngitt 4. juni 1 981 .

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt fremstilling av oppløselige og uoppløselige glass. Mer spesielt angår oppfinnelsen en integrert energieffektiv metode for fremstilling av silikatglass ved hjelp av en reaktor eller herd med rettet strøm i form av et tynt lag.

I foreliggende sak vil betegnelsene "glass" eller "uoppløselig glass" bli benyttet på de velkjente uoppløse-lige materialene, mens betegnelsen "oppløselig glass" eller "oppløselig silikatglass" vil bli benyttet på de materialer som består av alkalimetall og silisiumdioksyd og er oppløst for dannelse av den kommersielle klasse av materialer som er kjent som silikater.

Oppløselige og uo<p>pløselige silikatglass dannes ved smelting av glassdannehde materialer i en ovn eller en herd som. vanligvis kalles en glasstank. Råmaterialene tilføres til ovnen oppvarmet til en temperatur over startsmeltepunkt-et for glassats-råmaterialene for dannelse av en smeltet sats. Slike råmaterialer betegnes vanligvis som "sats" og "sats"-bestanddelene som er vanlig for de fleste glasstyper er natriumkarbonat (sodaaske) og en kilde for silisiumdioksyd slik som sand. Andre utbredt benyttede bestanddeler som primært anvendes ved fremstilling av uoppløselig glass innbefatter: kalk, kalksten, boraks, pottaske, aluminiumoksyd og saltkake. "Satsen" tilføres til ovnen og flyter på det smeltede glassbad inntil den smelter og reagerer for å bli en del av satsen som til slutt trekkes fra ovnen som produktet. Denne prosess har blitt praktisert i over 100 år og er fremdeles utbredt benyttet til tross for flere mangler.

De vanlige glassfremstillingsovnene er sterkt energi-intensive og virkelig ineffektive. Disse glassovner er vanligvis store ildfaste konstruksjoner slik at varmen som går tapt til veggene er betydelig. Isolasjonsmuligheter er begrenset fordi drift av ovnen er ved termisk konveksjon i det smeltede bad, idet nevnte konveksjonsstrømmer utvikles av varme og kalde flekker i ovnen. "Satsen" som flyter på det smeltede glass er nesten en perfekt isolator, hvilket hindrer hurtig varmeoverføring til det smeltede glass. Glasset må ha en betydelig oppholdstid i ovnen for å oppnå homogenitet. Denne forøkede oppholdstid krever også mer energi. Disse varmebehov og -tap er virkelig slik at det konvensjonelt antas at bare ca. 1/3 av den energi som for-brukes i en glassovn er rettet mot danneise av glass.

I de senere år har det vært foretatt noen forsøk på å forbedre denne fremgangsmåte og måten på hvilken varme utnyttes. Generelt innebærer disse forsøk agglomerering av "satsen" på en viss måte og deretter forvarming av disse materialer før de tilføres til ovnen. US patenter nr. 3 542 534; 3 607 190; 3 726 697; 3 788 832; 3 800 639 ; 3 953 190; 4 023 976; 4 045 197 og 4 135 904 blant andre beskriver forskjellige anordninger for forsøk på å øke effektiviteten til glassfremstillingsprosessen. Disse tek-nikker kan oppnå en noe forøket varmeutnyttelse fordi ovns-forbrenningsgassene benyttes som en varmekilde. Nytte-virkningene av disse prosesser er imidlertid minimale fordi den konvensjonelle ineffektive glassovn med et smeltet glassbad av vesentlig dybde fremdeles er anordningen for dannelse av et smeltet glass.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny, mer energieffektiv fremgangsmåte for reagering og smelting av en glass-"sats" for dannelse av smeltet glass. Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en reaksjonsprosess med rettet strøm i form av et tynt lag som ikke innebærer en smeltet glassats av betydelig dybde, som ikke krever konveksjonsstrømmer for oppnåelse av akselererte smeltehastigheter og som ikke krever en stor ovn. Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen at fremgangsmåten krever vesentlig mindre brensel for brenning i ovnen og så meget som praktisk mulig av den således produserte varme utnyttes.

Forvarmede eller forvarmet-forreagerte adskilte legemer av glass-"sats" tilføres på en ildfast herd som

i

oppvarmes til en temperatur vesentlig over den temperatur ved hvilken glassproduktet blir flytende; herdens konstruksjon og reaksjonsbetingelsene deri er slik at det smeltede, reagerende materiale strømmer bort fra nedbrytningsområdet i et tynt lag. Det strømmende glasset reagerer videre og strømmer av herden som produkt.

Råmaterialene blandes og agglomereres deretter for

å overkomme mange av de problemer som er forbundet med bruk av løse satsmaterialer. Blanding etablerer kjemisk homogenitet i satsen, mens agglomerering sikrer at homogeniteten opprettholdes gjennom hele prosessen. Agglomereringsmetoden sammenpresser eller kompakterer satsmaterialene hvorved de resulterende adskilte legemer har forøket tetthet og varme-ledningsevne. Disse effekter leder til mer effektiv utnyttelse av varmen når de adskilte legemene oppvarmes før til-førsel til herden. De kan ganske enkelt oppvarmes til en temperatur flere hundre grader (målt i grader Fahrenheit) under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing; eller de kan oppvarmes til en temperatur like under overflateklebe-temperaturen, hvorved det forårsakes en betydelig mengde forreaksjon i fast tilstand, idet omfanget av nevnte forreaksjon er avhengig av den tid legemene be-finner seg ved nevnte temperatur. Oppvarming av de adskilte legemene bør ikke bevirke overflatesmelting som resulterer i klebing.

De forvarmede adskilte legemene innføres på herden og blir i det minste delvis smeltet i nedbrytningsområdet, ved en temperatur som er betydelig over den som forårsaker at produktglasset blir en fluid. Nedbrytingsområdet blir ikke dekket kontinuerlig. De deler av herden som ikke er dekket vil bli oppvarmet ved direkte flammestråling og tilbakestråling fra sideveggene og hvelvet. Når herden oppvarmes på denne måten blir de adskilte legemene oppvarmet ved direkte flammestråling, tilbakestråling og ledning fra herden. De adskilte legemene oppvarmes jevnt fra en flytende fase og mister sin morfologi. Den flytende fasen fukter eventuelle faste ureagerte eller ikke-smeltede materialer, vanligvis silisiumdioksyd, som er tilbake, og etter hvert / som væsken strømmer bort fra nedbrytningssonen medføres disse faste stoffene og dermed opprettholdes den homogenitet som er nødvendig for foreliggende fremgangsmåte.

Etter hvert som det reagerende materiale strømmer inn i og gjennom smelte-reaksjonssonen blir det mer fullstendig reagert og transparent overfor stråleenergi. Varme-overføring til den ildfaste herden er effektiv og området kan dekkes fullstendig med et viskøst glasslag. Temperaturen i denne sonen kan være lavere enn i nedbrytningsområdet. Dette området i herden er av tilstrekkelig lengde til å tillate at fullstendig reagert glass kan fjernes fra ovnen. Den tid som skal til for den fullstendige smeltereaksjon på herden er bare en fraksjon av den tid som skal til i en konvensjonell glassovn med smeltet bad, dvs. minutter i forhold til timer.

De fordeler og forbedringer som oppnås ved utførelse av foreliggende glassfremstillingsprosess er vesentlige. Forvarmingen og forreageringen av de agglomererte adskilte legemene tillater at spillvarmestrømmer kan utnyttes; forbrenningsgassene fra ovnen kan tilveiebringe det meste av eller all den varme som er nødvendig. Homogeniteten til og den hurtige smeltingen av de forvarmede brikettene tillater at meget høye<p>roduksjonshastigheter kan realiseres fra den aktuelle relativt lille energieffektive ovnen. Den rettede strøm i form av et tynt lag krever ikke at konveksjons-strømmer induseres av termiske gradienter slik at herdens struktur effektivt kan isoleres, og dette skaper ytterligere brenselbesparinger. Herden med rettet strøm leder også til innsparinger med hensyn til ildfast materiale. Den totale størrelsen på produksjonsutstyret blir drastisk redusert fordi herdestørrelsen er meget liten. I tillegg er det ildfaste materiale som utsettes for ekstrem varme og meget korroderende ufullstendig reagert smeltet sodaaske, meget begrenset med resulterende ytterligere innsparinger av ildfast erstatningsmateriale og arbeid som er nødvendig for gjenoppbygging. Den mest viktige fordelen som oppnås ved foreliggende fremgangsmåte er sannsynligvis overlegen prosesstyring av ethvert trekk i produksjonen av smeltet glass. Sammensetningen og homogeniteten av satsen styres og opprettholdes ved blanding og brikettering av/nevnte sats. De ensartede brikettene kan karakteriseres matematisk for reaksjons- og oppvarmingshastigheter. Forvarmingen og/eller forreaksjonen av brikettene reguleres av oppvarmingstiden og temperaturen på den benyttede gass. Smelte- eller reåk-sjonshastigheten kan reguleres ved hjelp av graden av forvarming og fyringstemperaturer. Alle disse betingelser kan styres ved hjelp av de til nå kjente mikroprosessorsystemer. Tidligere kjente regenerative glassfremstillingsovner kan ikke styres så effektivt. Andre fordeler, fremskritt innen teknikken og kapitalinnsparinger vil fremgå fra den fullstendige beskrivelsen av oppfinnelsen og fra eksemplene.

De første trinn i foreliggende fremgangsmåte omfatter blanding og agglomerering av råmaterial-"satsen" på

en viss måte. Nevnte "sats" kan inneholde flere komponenter av fin partikkelstørrelse dersom et uoppløselig glass er produktet, eller kan være et enkelt to-komponentsystem dersom et oppløselig silikat er produktet. De oppløselige glass kan f.eks. være sodakalk-, borsilikat-, aluminiumsilikat-eller blyglass. Råmaterialer som vanligvis benyttes ved glassfremstilling innbefatter kalk, soda (natriumkarbonat), sand, silisiumdioksydmel, boraks, feltspat, nefelin-syenit, magnesiumkarbonat, kaliumkarbonat, jernoksyd, dolomitt, natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd, pottaske, flourspar, bariumkarbonat, kalksten, aluminiumoksyd, saltkake (natrium-sulfat), gips og andre ekvivalente materialer.

I det vesentlige et hvilket som helst materiale

som er nødvendig ved fremstilling av glass inkludert glassnettverksdannere, modifiseringsmidler og intermediær-glass-dannere kan med fordel behandles ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Glassnettverksdannere er de materialer som danner glassets ryggradstruktur og utviser kation-til-oksygen-bindingsstyrker større enn 80 kcal/mol. Eksempler på disse materialer inkluderer blant andre:

Modifiseringsmidler er de glassfremstillingsbestand-deler som ikke danner nettverk, men bryter strukturen og forandrer produktets egenskaper. Eksempler på disse materi- ' aler innbefatter blant andre Na20, ~ K^ 0, Li-,0, Rb20, Sn02 , Pb02, MgO, PbO, BaO og CaO. Intermediærmaterialer er de materialer som har en viss nettverksdannende kapasitet eller kan virke som modifiseringsmidler avhengig av forhold inkludert d'e andre bestanddelene, koordinasjonstall og lignende. Eksempler inkluderer blant annet Ti02, ZnO, PbO, A1^<VI>^203(koordinasjonstall på 6) og Zr02. De i foreliggende oppfinnelse benyttede råmaterialer må da inneholde minst en bestanddel som har en kation-til-oksygen-bindingsstyrke på 80 kcal/mol og uansett hvilke modifiseringsmidler og/eller intermediærforbindelser som skal til for å fremstille det ønskede produktglass. Glass og deres fremstilling er beskrevet i forskjellige publikasjoner inkludert: Boyd and Thompson, "Glass", Encyclopedia of Chemical Technology, 3. utgave, Wiley-Interscience (New York: 1980), volum 11, sidene 807-855; Pye, Stevens and LaCourse, Eds., Introduction to Glass Science, Plenum Press (New York: 1972); og Tooley, Ed., The Handbook of Glass Manufacture, Books for Industry, Inc.

(New York: 1974). Disse publikasjoner inkorporeres heri ved henvisning som beskrivende glass som kan fremstilles ifølge foreliggende oppfinnelses lære, deres råmaterialer og sammensetninger .

Et annet råmateriale som kan benyttes i foreliggende fremgangsmåte er glassavfall. Mange glasstyper krever inn-føyelse av glassavfall eller tidligere smeltet glass for tilveiebringelse av bearbeidelsesfordeler. Opptil ca. 60% eller mer glassavfall kan benyttes i foreliggende fremgangsmåte, og dette materiale kan tilsettes på flere måter. Glass-avfallet kan være malt og tilsettes til "satsen" før bland ing og agglomerering. De adskilte legemene av glassavfall kan blandes med adskilte legemer av "sats" og forvarmes før innføring til herden. Adskilte legemer av glassavfall kan også tilsettes til herden i et separat tilførselsystem som kan være forvarmet. De kan også tilsettes uten oppvarming.

Oppløselige alkalimetallsilikatglass dannes ved smelting av en kilde for alkalimetall og silisiumdioksyd, vanligvis et alkalimetallkarbonat og sand. F.eks. blir natriumsilikat vanligvis dannet ved smelting av sand og soda. Sammensetningen for slikt glass er gitt ved molforhold-et Si02/M20 hvor M representerer et alkalimetall, vanligvis natrium og/eller kalium. Slike glasstyper som inneholder 0,9-5,0 mol Si02pr. mol M20 fremstilles ved foreliggende fremgangsmåte. Det er foretrukket å fremstille glass som inneholder 1,5-4,5 mol Si02pr. mol M20.

Selv det enkleste av disse råmaterial-"satsene" består av materialer av forskjellig partikkelstørrelse og tetthet. En rekke bearbeidelsesproblemer har tidligere vært forbundet med disse fysikalske egenskaper. Noen av bestanddelene kan medfølge forbrenningsgassene, hvilket resulterer i pluggdannelse og/eller erodering av forskjellige ovns-strukturer. Mest viktig, homogeniteten har vært vanskelig å opprettholde ved satsfremstilling og reaksjonen. Som et resultat av denne vanskelighet er høye smeltetemperaturer og/eller lange smelte- og raffineringstrinn nødvendig for å tilveiebringe et godt produkt. Følgelig hindrer egenskapene hos løs "sats" fullstendig dens bruk i foreliggende fremgangsmåte .

Foreliggende fremgangsmåte krever at "sats"-materialene er blandet for å tilveiebringe en homogen blanding. Denne blanding må agglomereres for å fastsette og opprettholde homogeniteten og for å tilveiebringe andre egenskaper. I foreliggende fremgangsmåte anses agglomerering ikke for å være en enkel konsolidering av små partikler for dannelse av større partikler. Agglomerering skal her oppfattes til å bety enhver metode for dannelse av "satsen" til kompakterte adskilte legemer av ensartet og varig sammensetning, størrel- se, form og tetthet. Slike adskilte legemer har ensartede egenskaper som kan beskrives matematisk, slik som trykkfall i en kolonne av legemene, massestrømningshastighet, og konveksjons- og strålings-varmeoverføringsegenskaper. Disse ensartede egenskapene og deres matematiske beskrivelse tillater konstruksjon av et meget energieffektivt system. Agglomerering anses her å innbefatte ekstrudering, pelleti-sering, tablettering, brikettering, dannelse av ark ellér bånd som skal skjæres eller brytes, og lignende prosesser.

Fremstillingen og bearbeidelsen av briketter synes

å være meget hensiktsmessig og det foretrekkes her å fremstille og benytte puteformede briketter. Slike briketter har vist gode håndteringsegenskaper og kolonner av slike briketter utviser akseptable trykkfall overfor gasstrømmer. Det her benyttede briketteringstrinn utføres ved å blande råmaterial-"satsen", som deretter blandes med et væskeformig bindemiddel, og kompaktering av blandingen i en egnet form under anvendelse av tilstrekkelig trykk til å gi en kohesiv struktur. Bindemiddelet kan være en hvilken som helst væske som gir eller induserer klebrighet til "satsen" uten tilsetning av uønsket materiale til produktet. En opp-løsning av'en hvilken som helst oppløselig glassfremstil-lingskomponent er vanligvis egnet, hvilket også gjelder oljer og lignende som avbrennes fullstendig ved smelting. Eksempler på nyttige bindemidler innbefatter vann, alkali-metallhydroksydoppløsninger, alkalimetallkarbonatoppløs-ninger og alkalimetallsilikatoppløsninger.

Mengden av bindemiddel som er nødvendig varierer

med "sats"-sammensetningen, trykket som benyttes ved kompaktering, den ønskede tetthet og styrke, og bindemiddelet som benyttes. For adskilte legemer som benyttes i foreliggende fremgangsmåte kan 3-18 vektdeler bindemiddel benyttes for 100 vektdeler sats. Trykket som benyttes for frembringelse av de adskilte legemer som skal til i foreliggende fremgangsmåte avhenger av typen av agglomereringsprosess og sam-mensetningsvariable. Det minimum trykk som skal til er det som danner adskilte legemer med tilstrekkelig styrke til å

kunne håndteres. Dette trykk bør ikke være så sterkt at de adskilte legemene viser en "tilbakefjærings"-oppsplitting fra å være for kraftig sammenpresset. Denne blanding kan sammenpresses eller kompakteres ved 35,15-2109 kg/cm<2>for dannelse av adskilte legemer som er nødvendig for foreliggende fremgangsmåte. I alle tilfelle må legemene ha tilstrekkelig styrke til å kunne håndteres, eller en trykkfasthet over ca. 1,41 kg/cm for små legemer på ca. 25 g. Større legemer på 85-90 g bør ha trykkfastheter over ca. 6,33 kg/ cm 2. De adskilte legemene bør være frittstrømmende og sta-bile; de kan benyttes med en gang eller lagres og benyttes en tid senere. Det er foretrukket å benytte briketter fremstilt i en valsebriketteringsanordning, idet det valse-separerende trykk er ca. 35,15-210,9 kg/cm 2 og det faktiske dannelsestrykk er 70,3-703 kg/cm 2.

I foreliggende fremgangsmåte blir den "briketterte" sats tilført til en forvarmer som er beliggende over en del av herden med rettet strøm. Forvarmeren kan være anbragt et annet sted og brikettene overføres til herden ved hjelp av et transportbånd eller lignende, men det er konstruksjons-messige og bearbeidelsesmessige fordeler med den foretrukne beliggenhet. Forvarmeren er laget av varme- og slitasje-bestandige materialer slik at den inneholder en kolonne av briketter og slik at det tilveiebringes en motstrøm av en gass ved forhøyede temperaturer gjennom nevnte brikette-kolonne. Temperaturen på gassen og oppholdstiden i kolonnen bør ikke indusere overflatesmelting og -klebing av brikettestabelen. Brikettene kan oppvarmes til en temperatur hvorved det forekommer overflateklebing, idet brikettene tilføres til herden når de oppnår den ønskede temperatur. Alternativt kan brikettene oppvarmes til en temperatur som er 27,8-55,6°C under den temperatur hvorved det forekommer overflateklebing og deretter holdes ved denne temperatur i et tidsrom som er tilstrekkelig til å oppnå opptil 60% reaksjon av råmaterialene. For noen glasstyper kan reaksjonen utføres fullstendig uten deformering av briketten. Gassen som benyttes for å tilveiebringe denne forhøyede temperatur er vanligvis 27,8- 111,1°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing. Høytemperaturgassen kan oppnås fra en hvilken som helst kilde, men en foretrukken kilde ville være forbrenningsproduktene fra.ovnen, hvilket er hensiktsmessig og gir en økonomisk fordel.

Forvarmeren og/eller forreaktoren må ha flere egenskaper for å kunne være nyttig i foreliggende fremgangsmåte. Brikettene må uttømmes fritt fra forvarmeren og falle vilkårlig på herden med rettet strøm, men dette må oppnås uten å utsette den oppvarmede del av brikettestabelen for stråleenergi fra herden. Ytterligere varme som er trukket fra denne stråling kan bevirke overflatesmelting blant disse brikettene. Størrelsen på forvarmeren bør være tilstrekkelig til å tillate at brikettedybden kan justeres til å trekke alle brukbar varme fra de varme gassene som kommer inn i brikettekolonnen. Temperaturen på forvarmer-avgassene bør imidlertid ikke reduseres under duggpunktet for forbrenningsproduktene.

Herden med rettet strøm i form av et tynt lag må innbefatte flere strukturelle og operasjonsmessige trekk for å kunne benyttes i foreliggende fremgangsmåte. Herden må innbefatte anordninger for å rette strømmen av i det minste delvis smeltede briketter fra herdens startdel som betegnes nedbrytningssonen, gjennom smelte-reaksjonssonen til uttaksåpningen. Den vanligste anordning for retting av nevnte strøm er å gjøre herden skrå nedover fra brikettemottagningsområdet til uttaksåpningen. En mekanisk skyveinnretning kan blant andre anordninger også være nyttig for oppnåelse av den ønskede strøm. Mens hastigheten på nevnte rettede strøm på-virkes av en rekke faktorer, må den være tilstrekkelig til å medføre eventuelle ikke-smeltede, ikke-reagerte faste stoffer. Dersom slike materialer ikke medføres, opprettholdes ikke homogenitet og det ønskede glassprodukt blir ikke fremstilt. I tillegg ville de ikke-reagerte faste stoffene opp-bygges og bryte strømmen på herden.

Det er to soner i den ifølge foreliggende fremgangsmåte benyttede herd med rettet strøm. Brikettenedbrytnings- startsonen og den etterfølgende smelte-reaksjonssone be-høver ikke å være fysisk adskilt selv om hver har spesifikke krav. Begge soner i herden kan oppvarmes på samme måte og enhver hensiktsmessig anordning kan benyttes for å oppnå dette. Som et eksempel kan side- eller hvelvfyrte olje- eller gassbrennere benyttes.

Betingelsene som opprettholdes i brikettenedbrytnings-sonen, som omfatter 10-80% av herdområdet, må opprettholdes for å fremme hurtig oppvarming og i det minste delvis smelting av de friske tilførte brikettene. For å oppnå hurtig oppvarming og tap av morfologi, er direkte oppvarming av den ildfaste herd nødvendig fordi varmeoverføring fra de varme ildfaste materialene til brikettene er effektivt. Brikettene og de delvis ikke-reagerte satsmaterialene er ugjennomtrenge-lige for stråling og overfører ikke varme til herden; derfor er det nødvendig at en del av den ildfaste herden er fri for varmeabsorberende materialer og kan absorbere stråleenergi fra forbrenningen av brennstoff og tilbakestråling fra ovnen og herdens overbygg. Følgelig bør brikettene tilføres vilkårlig til herden og bør ikke danne hauger. Et diskontinu-erlig lag av enkeltbriketter som dekker 40-90% av nedbrytningssonen er foretrukket. Omkring 10-60% av området av nedbrytningssonen bør være fritt for briketter og tilgjengelig til å absorbere strålingsenergi til alle tider under påfyl-ling av herden. Brikettetilførselshastigheten og -mønsteret bør justeres for oppnåelse av dette resultat. Temperaturen i nedbrytningssonen reguleres ved 333,3-555,6°C over den temperatur som er nødvendig for å frembringe et væskeformig, strømmende glassprodukt for derved å fremme den nødvendige hurtige oppvarming og'partielle smelting av brikettene. Brikettene bør tape deres morfologi i løpet av mindre enn ca. 15 minutter.

Det delvis smeltede, delvis reagerte materiale strømmer fra nedbrytningssonen til smelte-reaksjonssonen som omfatter 20-90% av herdområdet. Denne sonen kan oppvarmes ved den samme temperatur som nedbrytningssonen eller temperaturen kan være 222,2-333,3°C over den temperatur som er nødvendig for å gi et væskeformig, strømmende glassprodukt. Den ildfaste herden kan være fullstendig dekket med det strømmende smeltede glass fordi i denne tilstand er det transparent overfor stråling og de ildfaste materialene oppvarmes ved stråling gjennom glasset. I dette området blir smelting og reaksjon av råmaterialene for dannelse av produktglasset fullført eller stort sett fullført. Homogeniteten som holdes gjennom hele reaksjonen tillater at noe smeltet glass kan trekkes fra denne sonen som produkt uten raffinering. Glass som krever lange reaksjonstider og/eller spesiell raffinering kan trekkes inn i en oppholdstank i dette tidsrom.

Hvert glass som er fremstilt ved foreliggende fremgangsmåte krever modifikasjon av temperaturer, størrelse på forskjellige områder i ovnen og andre reaksjonsbetingelser. Til tross for disse forskjeller er det mulig å beskrive det som skjer i fremgangsmåten. Briketten fremstilles fra den blandede og sammenblandede råmaterial-"sats" og tilføres deretter til forvarmeren. Gassen som stiger gjennom brikettestabelen oppvarmer og tørker briketten. Etter hvert som briketten beveger seg nedover kolonnen kommer den progressivt i kontakt med varmere gasser og absorberer varme jevnt gjennom hele det sammenpressede materiale. Ved bunnen av kolonnen kommer briketten i kontakt med gassene med høyest temperatur og det er i dette området at størsteparten av forreaksjonen i fast tilstand finner sted. Den forvarmede eller forreagerte briketten tilføres til høytemperatur-nedbrytningssonen i ovnen og den resulterende væskeformige fase fukter eventuelle resterende ikke-reagerte faste stoffer og etter hvert som materialet strømmer fra nedbrytningssonen til smelte-reaksjonssonen medføres disse faste stoffer. Det forekommer ingen oppbygging av ikke-reagerte materialer i nedbrytningssonen.

I smelte-reaksjonssonen finner reaksjon og oppløsning av resterende faste stoffer sted for dannelse av det ønskede smeltede glass. Dersom produktet ikke krever noen raffinering kan det fjernes direkte fra herden.

Et meget viktig resultat ved utførelse av glass- smelteprosessen ifølge foreliggende fremgangsmåte er at mulighetene for effektiv varmeoverføring til glassfrem-stillingsbestanddelene økes sterkt. I en konvensjonell glassovn eller "glasstank" blir varmeoverføring og -utnyttelse uheldig påvirket av mange faktorer slik som satsens isolerende natur, det lave forhold for overflate-til-volum for det smeltede glassbad samt den ikke-reagerte sats, behovet for å oppvarme og opprettholde massive mengder av ildfaste materialer og operasjon ved betingelser for ikke-stabil tilstand som er nødvendig ved reversering av flammeretning for bruk av varmen som gjenvinnes av regeneratorene. I motsetning til dette er foreliggende fremgangsmåte en stabil-tilstandsopera-sjon som kan styres for oppnåelse av fordelaktige resultater. Den briketterte "sats" har et bestemt og forutsigelig trykkfall for den varme gass som strømmer opp gjennom kolonnen og har et gunstig areal-til-volum-forhold for absorbsjon av varme fra gassen sammenlignet med en stabel av løs "sats"

som ikke viser noen av disse egenskaper. I tillegg oppvarmes-brikettene jevnt før noen reaksjon finner sted, mens i én løs sone absorberer en relativt tynn overflatesone varme og gjennomgår reaksjon før ytterligere varmeoverføring er mulig. I nedbrytningssonen absorberer brikettene varme fra de oppvarmede ildfaste materialer samt de varme gassformige forbrenningsproduktene. I konvensjonelle glassovner har satsen eller den delvis reagerte.sats faktisk ingen mulighet til å absorbere varme ved ledning fra de ildfaste materialene. Det tynne laget av strømmende smeltet materiale i smelte-reaksjonssonen har også et gunstig overflate-til-volum-forhold sammenlignet med et dypt smeltet bad. I tillegg er dette laget transparent overfor strålingsenergi slik at de ildfaste materialene på hvilke glasset strømmer oppvarmes, og varme-overføring fra de ildfaste materialene forøker den fra de varme forbrenningsgassene. Dybden på det smeltede glasslag som strømmer i smelte-reaksjonssonen er avhengig av flere faktorer. Det må være tynt nok for å tillate effektiv over-føring av strålingsenergi til de ildfaste materialene og samtidig tykt nok til å tillate vesentlige produksjonshastig-

heter.

Den mest detaljerte beskrivelse av foreliggende oppfinnelse angår den fremgangsmåte som skal til for å fremstille et oppløselig natriumsilikatglass, men det skal for-stås at mens reaksjonsbetingelsene kan variere for forskjellige glasstyper så er hovedprosesstrinnene og -resultatene de samme for alle slike fremstillinger.

Råmaterialene som benyttes for å fremstille oppløse-lig natriumsilikatglass er vanlig natriumkarbonat og sand. Disse råmaterialer som har liten partikkelstørrelse kombi-neres i mengder som gir 0,9-4,5 mol SiC^ pr. mol Na20. Råmaterialene veies for tilveiebringelse av de korrekte sammensetninger og blandes på en hvilken som helst egnet måte slik som ved hjelp av en dobbeltmantel-, sikk-sakk- eller turbin-blander. Blandingen av råmaterialer sammenblandes med et vandig bindemiddel. En natriumsilikatoppløsning som inneholder 1,0-35 vekt-% silikat-faststoffer (Na20 + Si02) er nyttig for dette formål. Det er foretrukket at silikatopp-løsningen inneholder 1.5-10% silikat-faststoffer. Tilstrekkelig bindemiddel anvendes for tilveiebringelse av en blanding som inneholder 1,0-12% vann og opptil 5% silikat-fast-stof f er. Mengden og sammensetningen av bindemiddelet kan varieres betydelig så lenge som de resulterende briketter har tilstrekkelig utgangsstyrke til å kunne håndteres. Det er foretrukket at blandingen inneholder 3,5-9% vann og 0-2% silikat-faststoffer. Den fuktede blandingen sammenpresses i en valse-briketteringsanordning ved valsesepareringstrykk mellom 35,15 og 84,36 kg/cm 2for tilveiebringelse av de ønskede briketter. Disse valsetrykk omsettes til ca. 140,6-315,5 kg/cm 2 virkelig dannelsestrykk i formhulrommene. Materialene bør sammenpresses innen 3 minutter etter at den fuktede blanding er fremstilt. Dersom mer enn 3 minutter for-løper, blir brikettenes styrke vesentlig minsket. Det er foretrukket å sammenpresse den fuktede satsen umiddelbart (mindre enn ca. 1,5 minutter) for oppnåelse av akseptabel styrke med minimum bindemiddeltilsetning.

Det sammenpressede materiale siktes idet materialet av understørrelse resirkuleres. Briketteproduktet er fritt-strømmende og kan håndteres med den vanlige type av tran-sportørapparat. Det kan lagres, forsendes til andre steder eller benyttes med en gang. For å kunne benyttes blir brikettene tilført til en forvarmer som fortrinnsvis er anordnet over og mater herdens brikette-nedbrytningsområde. Forvarmeren for brikettene er konstruert av ekstra sterk ildfast sten eller lignende konstruksjonsmateriale og er vesentlig en beholder for en kolonne av briketter som progressivt beveger seg fra toppen av konstruksjonen til bunnen. En strøm av høytemperaturgass, vanligvis fortynnede forbrennings-produkter, føres i'motstrøm til brikettestrømmen, og oppvarmer derved brikettene. Mens det er foretrukket å benytte avgassene fra forbrenningen av brennstoff benyttet for oppvarming av ovnen, kan denne gass ikke trekkes direkte fra ovnen fordi temperaturen ville bli for høy og overflatesmelting av brikettene ville resultere. Isteden blir ovns-gassenes temperatur redusert ved forvarming av forbrenningsluften, og/eller fortynning til den ønskede temperatur med luft fra omgivelsene. Temperaturen på gassen som rettes inn i brikettekolonnen og benyttes for å oppvarme brikettene varierer med sammensetningen av det fremstilte glass, men bør være noe under den temperatur som gir overflateklebing. For de oppløselige silikatglasstyper som beskrevet heri er denne temperatur ca. 704 , 4-843 ,3°C. Andre glasstyper har forskjellige krav og de er omtalt der dette er hensiktsmessig. Brikettene oppvarmes til progressivt høyere temperaturer etter hvert som de beveger seg fra toppen av kolonnen til bunnen. Brikettene kan oppvarmes til en hvilken som helst temperatur som skal til for prosessen så lengé den er under punktet for overflateklebing. Gode resultater kan oppnås ved oppvarming av brikettene til en temperatur 27,8-500°C under den temperatur som gir overflateklebing. Det er foretrukket å oppvarme brikettene for oppløselig glassproduksjon til temperaturer mellom 454,4 og 843,3°C. Dersom brikettene opp-holder seg i forvarmeren i bare den tid som er tilstrekkelig for å oppnå den ønskede temperatur, oppnås lite fasttilstands- forreaksjon. Dersom brikettene beholdes i forvarmeren lenger, får man imidlertid mer fasttilstands-reaksjon. Oppløselige glass kan holdes i opptil 5 timer ved ca. 732,2-843,3°C for oppnåelse av en forreaksjon på 35% eller høyere.

De forvarmede eller forreagerte brikettene tilføres til nedbrytningsområdet i herden som fyres ved 1204,4-1482,2 °C. Brikettene faller på den ildfaste herden, oppvarmes ved absorbsjon av stråling fra forbrenningsbrennstoffet, tilbakestråling fra det ildfaste overbygg, og ved ledning fra den ildfaste herden, og begynner å smelte nesten umiddelbart. Morfologi tapes i løpet av 3 minutter eller mindre og den smeltede del begynner å strømme. Herden er skrånet nedover fra nedbrytningssonen. Etter hvert som det smeltede materiale strømmer, fukter det og medfører eventuelt ikke-reagert silisiumdioksyd slik at homogeniteten opprettholdes. Dette silisiumdioksyd reagerer etter hvert som strømmen går frem-over og smeiten begynner å bli mer transparent overfor stråling, hvilket tillater at den ildfaste herden kan fort-sette å motta strålevarme. Etter hvert som materialet strøm-mer reagerer eventuelt gjenværende silisiumdioksyd, og det ønskede produkt dannes. Den totale tid fra tilføring av de forvarmede brikettene til herden og fjerning av det smeltede glass avhenger av glassammensetning, temperatur for brikette-forvarming, herdens - temperatur, og herdens skråning. Denne tid må være tilstrekkelig for at minst 98% av råmaterialene (spesielt silisiumdioksyd) i sammensetningen kan reageres.

Det er funnet at denne periode kan være mindre enn ca. 30 minutter for silisiumdioksydrikt glass (mer enn 2,5 mol SiO^pr. mol Na20) og mindre enn ca. 20 minutter for mer alkaliske glass. Noen sammensetninger krever mindre enn 15 minutter, mens andre kan kreve mindre enn 10 minutter.

Dybden på det strømmende glasslag avhenger av flere faktorer slik som temperatur og sammensetning på det strøm-mende glass, herdens skråning og-<p>roduksjonshastigheten. Dybden på det smeltede produkt varierer opptil ca. 5,1 cm.

Fremstilling av uoppløselige glass krever visse for-andringer i den detaljerte prosess som benyttes for fremstil ling av oppløselig natriumsilikat. Satsdannelse, blanding og bindemiddelet må justeres for tilveiebringelse av et større antall bestanddeler, et soda-kalkglass benyttet for vinduer krever f.eks. fire bestanddeler mens et borsilikatglass benyttet for laboratorieutstyr krever ni bestanddeler. Blanding må reguleres slik at sammenblandingen er fullstendig, men slik at skilling ikke oppstår. Bindemiddeloppløs-ningen kan være vann eller silikatoppløsning, og for slike uoppløselige glass er det foretrukket at den fuktede blanding inneholder 3-10% vann og opptil 3% silikat-faststoffer.

Den fuktede satsen bør sammenpresses og briketteres

i løpet av ca. 5 minutter og valsesepareringstrykkene bør tilsvare aktuelle formingstrykk på 140,6-421,8 kg/cm 2. Brikettene tilføres til forvarmeren og oppvarmes med gasser som har en noe høyere temperatur enn for fremstilling av oppløselig silikat, fordi overflateklebing induseres ved noe høyere temperaturer. Gassen kan ha en temperatur på opptil 926,7°C og brikettene kan ha en temperatur på 454,4-898,9°C ved tilføring. Temperaturene som kan benyttes i herden er de samme som de som er nødvendige for de oppløselige glass. Disse uoppløselige silikatglass er relativt rike på

silisiumdioksyd og krever opptil 45 minutter i herden mellom tilføring av brikettene og fjerning av produktet. Glasstyper som krever en betydelig mengde raffinering kan bearbeides på en lengre herd eller mer hensiktsmessig plasseres i en oppvarmet oppholdstank. Selv denne raffineringstid er redusert i forhold til den tidligere teknikk, fordi smeiten er natur-lig homogen. Eksempler på uoppløselige glass som kan bearbeides ifølge det som læres i foreliggende oppfinnelse innbefatter blant andre:

Soda- kalk- eller blyoksyd- glass Borsilikatglass

Mens hovedelementene i foreliggende fremgangsmåte alltid er de samme, krever visse utførelser av oppfinnelsen at reaksjonsbetingelsene etableres på forskjellig måte. F. eks. må forbrenningsgassene behandles forskjellig dersom en vesentlig forreagert brikette skal tilføres til herden istedenfor en på enkel måte forvarmet brikette. De følgende trinn ville være nødvendig dersom bare forvarmede briketter var ønsket. Forbrenningsgasser ville bli trukket fra ovnen ved omtrent ovnstemperaturen. Disse gasser kunne bli fortynnet før inngang, men generelt gå direkte inn, i en metallisk regenerator for forvarming av forbrenningsluften. Om ønsket kan det også benyttes en konvensjonell regenerator. Avgassene fra regeneratoren anvendes deretter for oppvarming av brikettene.

Dersom en betydelig mengde forreaksjon er ønsket, er trinnsekvensen noe forskjellig. Forbrenningsproduktene fjernes fra ovnen og fortynnes for tilveiebringelse av massen av høytemperaturgass som skal til for å forreagere brikettene. Denne varme gass trekkes gjennom brikettene for å oppvarme og forreagere dem og den går ut av brikettekolonnen ved en enda høyere temperatur (bare 166,7-222,2°C mindre enn den innkommende gass) og føres gjennom en stor varmeveksler for å oppvarme forbrenningsluften.

De oppløselige silikatglass oppnådd ved foreliggende fremgangsmåte er i alle henseender sammenlignbare med kommersielt tilgjengelig glass fremstilt på tradisjonell måte. Uoppløselige glass fremstilt ved foreliggende fremgangsmåte er også sammenlignbare med kommersielt tilgjengelig materiale .

Eksempler

Følgende eksempler illustrerer visse utførelser av foreliggende oppfinnelse. Illustrasjoner av konvensjonelle fremstillinger er også inkludert for å tilveiebringe sammen-ligninger. Det anses ikke at disse eksempler-illustrerer hele oppfinnelsens omfang, idet nevnte omfang er fullstendig omtalt i beskrivelsen og de angitte krav. Alle delangivelser er beregnet på vekt, slik som vekt-% (%), med mindre annet er angitt.

Eksemp<e>l_2

Dette eksempel illustrerer fremstilling av natriumsilikatglass (2,40 SiO„/Na„0) ved den tidligere kjente metode. En ovn med et badareal på 34,8 m 2 ble tilført 59 satser sand og sodaaske pr. 8 timer skift. Hver sats inneholdt 372 kg sand og 260 kg sodaaske. Hvelvtemperaturen var ca. 1370°C. Når glasset ble fjernet ble hvite klumper oppdaget i den smeltede glasstrøm. Disse klumpene ble funnet å bestå av ikke-reagert sand og/eller glass med meget høyt Si02/Na20-forhold og var uoppløselige. Ovnsytelsen for denne operasjon ble målt ved 119 kg/m 2/time. Energibehovet var 1307 cal/kg glass. Oppholdstiden i ovnen var ca. 12 timer.

Eksemp_el_2

Eksempelet illustrerer fremstilling av et oppløselig silikatglass (3,22 Si02/Na20) ved en preliminær og primitiv utførelse av foreliggende oppfinnelse. Mens dette eksempel demonstrerer trekkene og fremgangsmåtetrinnene ved foreliggende oppfinnelse, tillot apparatbegrensninger ikke full realisering av alle de fordeler som ligger i foreliggende fremgangsmåte når finere utstyr benyttes.

Råmaterialsatser på 45,36 kg sand og 24,81 kg sodaaske ble blandet i 3 minutter i en 0,56 m 3 skovlblander. Satsen ble ført til en kollergang hvor den ble blandet med tilstrekkelig fortynnet silikatoppløsning til å gi en fuktig blanding inneholdende 7% vann og 0,14% natriumsilikat-fast-stof f er. Etter grundig blanding ble det fuktede materiale ført til en Komark-Greaves-valsebriketteringsanordning innen 3 minutter for tilsetning av silikatoppløsningen. Brikettene ble sammenpresset ved 793,8 kg valsesepareringstrykk. Dette gir puteformede elementer med den omtrentlige dimensjon 4,45 cm x 3,6 cm x 2,24 cm. Brikettene ble siktet (SWECO vibrasjonssikt) for å ekskludere eventuelle materialer mindre enn ca. 1,27 cm. Materialet av understørrelse ble resirku-lert til kollergangen. Brikettene var frittstrømmende og hadde en trykkfasthet på ca. 1,55 kg/cm 2.

Brikettene ble tilført til en forvarmer ved hjelp

av anordninger som minimaliserte inngangen av luft sammen med brikettene. Forvarmeren hadde en høyde på ca. 1,83 m med indre dimensjoner på 61 cm x 30,5 cm og var konstruert av ekstra sterk ildfast sten eller ekvivalent støpbart ildfast materiale. Forvarmerens uttømningsområde eller gjennom-løp var konstruert slik at brikettekolonnens nederste del var utsatt for en minimum mengde stråleenergi fra ovnen. Brikettene ble oppvarmet ved å tvinge varme gasser gjennom

brikettesøylen. Uttømming ble oppnådd ved hjelp av en skyve-stang eller annen anordning for pressing av brikettene fra bunnen av forvarmeren og inn i forvarmerens åpning hvorfra de falt til herden.

Herden hadde en lengde på 322,6 cm og en bredde på 15,2 cm med unntagelse for brikette-nedbrytningssonen. Dette området som var beliggende direkte under forvarmeråpningen hadde en lengde på 61 cm og en bredde på 50 x 8 cm. Herden avsmalnet fra nedbrytningssonens bredde på 50,8 cm til smelte-reaksjonssonens bredde på 15,2 cm innen 20,3 cm slik at smelte-reaksjonssonens dimensjoner var 241,3 cm x 15,2 cm. Herden skrånet med 0,05 cm pr. cm for de første 254 cm, inkludert nedbrytningssonen. De siste 68,6 cm av herden hadde ingen skråning. Denne skråning og form på herden var helt tilfredsstillende og det smeltede og nesten smeltede materiale strømmet fra nedbrytningsområdet til uttømmingsenden uten problem.

Herden ble fyrt med forskjellige kombinasjoner av gassfyrte brennere gjennom sideveggen for å oppnå den ønskede temperatur. Termoelementer og prøvetagningsåpninger var anordnet på forskjellige steder i forvarmeren og over herden, og en inspeksjonsåpning var anordnet ved ovnens uttømmings-ende.

Brikettene ble innført i forvarmeren og fortynnede motstrømmende ovnsgasser ble benyttet for å oppvarme dem. Brikettene ble tilført ved forskjellige hastigheter avhengig av ønskede produktglass-trekkhastigheter. Brikettene ble oppvarmet og betingelsene var slik at de hadde en oppholdstid på 2j time ved temperaturer på ca. 593,3-732,2°C. Ved disse temperaturer var det 3-5% forreaksjon av silisiumdioksydet før uttømming.

Ovnen ble fyrt ved ca. 1426,7°C. Brikettene falt på vilkårlig måte på brikette-nedbrytningssonen. Ingen stabler av briketter ble observert ved trekkhastigheter mindre enn 151,5 kg/time. Tilstrekkelig areal av herden var udekket for å motta stråling og brikettene mistet sin morfologi og strøm-met fra sonen i løpet av 3 minutter. Et kontinuerlig lag av smeltet materiale dekket den 15,2 cm brede smelte-reaksjonssonen. Dette lag var proporsjonalt med den beregnede trekk-hastighet som var 1,02 cm ved 58,5 kg/time, 1,12 cm ved 85,3 kg/time, bestemt ved å anbringe et sporstoff i det smeltede glass og observere det ved trekking av produktet. Den totale oppholdstid på herden var ca. 13 minutter. Glassproduktet ble utført ved temperaturer mellom 1187,8 og 1218,3°C. Faktiske trekkhastigheter på 52,6-151,5 kg/time ble oppnådd under anvendelse av denne apparatur, slik at produksjon av 3,22 SiO~/ Na20-glass av kommersiell kvalitet var 70,8-205,1 kg/m /time. Mens disse hastigheter ikke fullstendig angir de sterkt for-bedrede produksjonshastigheter i forhold til resultatene fra den tidligere teknikk som illustrert i eksempel 1, er de opp-muntrende på grunn av det benyttede utstyrs primitive natur.

Eksemp_el_3

En uoppløselig soda-kalkglasssats ble bearbeidet på samme måte som beskrevet i eksempel 2. Sammensetningen for dette materiale var som følger:

Glassproduktet ble utført fra herden ved en gjennom-snittlig stabil hastighet på 85,7 kg/time i 4 timer.

Eksemp_el_4

En regnemaskinsimulering av glassfremstillingsprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse ble utført for et opp-løselig natriumsilikatglass. Sand- og sodaaskesatsen var beregnet til å gi glass med 1,8 eller 2,0 mol Si02 pr. mol Na20 og briketteringen ble foretatt som beskrevet i eksempel 2. Brikettene ble tilført til en dobbeltsidig forvarmer hvor hver side er 61 cm x 61 cm og inneholder en jevnt pakket kolonne av briketter. Brikettene hviler på den ildfaste bunnen til forvarmerkonstruksjonen med tuppen av kolonnen dannende en vinkel på 35° vendende mot forvarmeråpningen. Hydrauliske skyvanordninger fester brikettene inn i forvarmeråpningen og de faller under innvirkning av tyngde-kraften på herden med rettet strøm. De hydrauliske skyv-anordningers slag veksler mellom forvarmerens to sider hvorved det hjelpes til å oppnå de ensartede, men diskontinuer-lige lag av briketter som er nødvendig i brikette-nedbrytningsområdet som er de første 1,2 m av den 3,7 m lange herden. Herden er 9,3 m med en skråning på 2° fra nedbrytningsområdet til trekkhullet. Forvarmeråpningen er 61 cm på inn-siden av herdens endevegg slik at brikettene ikke kommer i kontakt med de ildfaste materialene når de'faller til herden. Fyring utføres under anvendelse av naturgassbrennere anordnet i endeveggen ved tilførselsenden; temperaturen på forbrenningsproduktene er 1371,1°C. Glassproduktet trekkes fra herden ved 1814,4 kg/time ved 1093,3°C. Forbrenningsproduktene trekkes fra herdens uttaksende ved 1371,1°C og dirigeres gjennom en metallisk regenerator slik at noe varme kan anvendes til å forvarme forbrenningsluften til brenneren. Forbrenningsluften oppvarmes til ca. 537,8°C. De varme avgassene fra den metalliske regeneratoren fortynnes ytterligere til 815,6 - 27,8°C med luft fra omgivelsene. Denne varme gass-strøm føres gjennom brikettekolonnene og brikettene oppvarmes til ca. 787,8°C før de tilføres til herden. Brikettene krever 30 minutter til å passere gjennom forvarmeren. Passasjen gjennom herden krever ca. 10 minutter. Etter fullføring av regnemaskinsimuleringen ble det funnet at produksjon av produktet krever ca. 722,8 kcal/kg glass. Regnemaskinmodellen er basert på et fullstendig reagert glass uten noen uoppløse-lige stoffer.

Eksempel_5

Forsøket som er illustrert i dette eksempel indikerte først at ikke-reagerte gjenværende silisiumdioksydmaterialer fra brikettene fuktes av den væskeformige fasen som dannes ved brikettenes tap av morfologi. Briketter av sand og sodaaske med 3,22 vektdeler Si02pr. vektdel Na20 ble fremstilt som beskrevet i eksempel 2. Disse brikettene ble oppvarmet i en gasstrøm med en temperatur på 871,1°C til mellom 787,8 og 815,6°C i løpet av ca. 1 time. Denne temperatur ble opp-rettholdt i 2 timer. Brikettene ble anbragt i en ovn ved 1260°C. I løpet av 3,5 minutter hadde brikettene mistet sin morfologi og ble fjernet fra ovnen og fikk avkjøles. Ved bryting av glasset ble det funnet at de ikke-reagerte restene var adskilt av og fullstendig omgitt av glass. Denne struktur, en grunnmasse av glass med sand, indikerte at det ikke-reagerte materiale er fuktet av det smeltede glass.

Eksemp_el_6

Dette eksempel illustrerer også at det ikke-reagerte materiale blir fuktet av den smeltede væskeformige fasen og at slikt fuktet materiale strømmer med den væskeformige fasen. Briketter av sand og sodaaske inneholdende 2,5 vektdeler SiC^pr. vektdel Na20 ble fremstilt som beskrevet i eksempel 2 og forvarmes som beskrevet i eksempel 5. Brikettene ble deretter anbragt i en ovn på en slik måte at de dannede væsker ville strømme. Det ble observert at brikettene glødet og overflat-ene kokte og boblet på grunn av avgassing. I løpet av 3 minutter falt brikettene sammen (mistet morfologi) og den nydannede væsken strømmet bort. Ved avkjøling av ovnen ble det ikke funnet noen avsetninger av ikke-reagert sand der brikettene hadde blitt anbragt, og dette indikerer at det ikke-reagerte materiale hadde blitt ført bort i den væskeformige fasen.

Claims (33)

1. Fremgangsmåte for smelting av glass i et tynt sjikt i rettet strøm, karakterisert ved følgende trinn: (a) blanding av partikkelformige råmaterialer for glassfremstilling for dannelse av en homogen blanding, hvor minst ett av nevnte råmaterialer har en kation-til-oksygen-bindingsstyrke på over 80 kcal/mol; (b) dannelse av nevnte blanding til adskilte sammenpressede legemer med varig homogen karakter; (c) oppvarming av nevnte legemer ved en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å heve deres temperatur betydelig mens overflatesmelting eller -klebing unngås; (d) tilføring av de adskilte oppvarmede legemer til et nedbrytningsområde i en ildfast herd i en ovn, hvor nevnte herd oppvarmes av en kilde for stråleenergi, nevnte legemer hviler på de ildfaste materialene omfattende herden, temperaturen i ovnen er tilstrekkelig til å bevirke at de adskilte legemene mister morfologi i løpet av mindre enn 15 minutter ved dannelse av en smeltet fase, herden og nedbrytningsområdet er konstruert slik at det smeltede materiale danner et tynt lag som strømmer i en retning bort fra nedbrytningsområdet til et smelte-reaksjonsområde, og hvor den smeltede fasen fukter eventuelt ikke-smeltet, ikke-reagert råmateriale slik at det medføres av nevnte strøm, for derved å bi-beholde homogenitet; (e) oppvarming av smelte-reaksjonsområdet i herden med en kilde for stråleenergi, og opprettholdelse av betingelsene slik at en del av strålingsenergien overføres gjennom det strømmende, smeltede,tynne lag for å oppvarme den underliggende ildfaste herden, slik at nevnte tynne lag absorberer varme fra herdens ildfaste materialer i tillegg til å absorbere stråleenergi for fullstendig smelting og reaksjon, hvorved det dannes et smeltet glass' ; og (f) utvinning av det smeltede glass ved å trekke det fra herden, idet oppholdsperioden i herden er tilstrekkelig til å oppnå vesentlig fullstendig reaksjon av råmateri alene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at råmaterialene for glassfremstilling er alkalimetallkarbonat og silisiumdioksydsand i et slikt mengdeforhold at det dannede glass inneholder 0,9-5,0 mol SiC>2 pr. mol M2 0, hvor M er et alkalimetall.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at alkalimetallkarbonatet er sodaaske og at glasset inneholder 1,5-4,5 mol SiC^ pr. mol Na2 0.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at råmaterialblandingen sammenblandes med et væskeformig bindemiddel og sammenpresses eller kompakteres ved 35,15-210,9 kg/cm 2for dannelse av adskilte legemer.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at de adskilte legemene bringes i kontakt med gass som er 27,8-111,1°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing for å heve temperaturen på de adskilte legemene til 27,8-333,3°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at de adskilte legemene holdes ved en høy temperatur i en periode som er tilstrekkelig til å oppnå opptil 60% reaksjon av råmaterialene.

7. Fremgangsmåte for smelting av glass i et tynt lag i rettet strøm, karakterisert ved følgende trinn: (a) blanding av partikkelformige råmaterialer for glassfremstilling til en homogen blanding, idet minst ett av nevnte råmaterialer er forbindelser som har en kation-til-oksygen-bindingsstyrke over 8 kcal/mol; (b) blanding av nevnte homogene blanding med 3-18 vektdeler av et væskeformig bindemiddel for hver 100 vektdel av råmaterialblanding, for derved å danne en fuktet blanding; (c) sammenpressing eller kompaktering av nevnte fuktede blanding ved 70,3-703 kg/cm 2 virkelig formingstrykk for dannelse av adskilte briketter med varig homogen karakter ; (d) oppvarming av brikettene ved kontakt med en gass ved 27,8-111,1°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing i et tidsrom som er tilstrekkelig til å heve brikettene til en temperatur som er 27,8-333,3°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing, mens overflatesmelting eller -klebing av brikettene unngås; (e) tilførsel av de adskilte oppvarmede brikettene til en nedbrytningssone i en ildfast herd oppvarmet med en kilde for strålingsenergi til en temperatur som er 333,3-555,6°C over den temperatur som er nødvendig for å danne et væskeformig, strømmende glassprodukt, idet nevnte briketter hviler direkte på de ildfaste materialene som danner herden og absorberer varme fra nevnte ildfaste materialer ved ledning i tillegg til absorbsjon av strålingsenergi, slik at brikettene mister morfologi i løpet av mindre enn 15 minutter ved dannelse av en smeltet fase, idet herden og nedbrytningsområdet er slik konstruert at det smeltede materiale danner et tynt lag som strømmer bort fra nedbrytningssonen til en smelte-reaksjonssone, idet nevnte smeltede fase fukter eventuelt ikke-smeltet, ikke-reagert råmateriale slik at det med-føres av nevnte strøm, hvorved homogenitet bibeholdes; (f) oppvarming av smelte-reaksjonssonen i herden med en kilde for strålingsenergi og opprettholdelse av betingelsene slik at en del av strålingsenergien overføres gjennom det strømmende smeltede, tynne lag for oppvarming av den ildfaste herden, slik at nevnte tynne lag absorberer varme fra herdens ildfaste materialer og strålingsenergikilden for å fullføre smeltingen og reaksjonen, hvorved det dannes et smeltet glass; og (g) utvinning av det smeltede glass ved å trekke det fra herden, idet nevnte utvinning foretas 30 minutter eller mindre fra det tidspunkt brikettene ble tilført til herden.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakter!- sert ved at råmaterialene for glassfremstilling er alkalimetallkarbonat og silisiumdioksydsand i slike mengdeforhold at det dannede glass har 0,9-5,0 mol Si02 pr. mol M2 0, hvor M er et alkalimetall.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at alkalimetallkarbonatet er sodaaske og det dannede glass har 1,5-4,5 mol Si02 pr. mol Na2 0.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det væskeformige bindemiddel er vann eller en vandig oppløsning av et råmateriale.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det væskeformige bindemiddel er en vandig oppløsning av et alkalimetallhydroksyd, et alkalimetallkarbonat eller et alkalimetallsilikat.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 9, karakterisert ved at den temperatur til hvilken brikettene oppvarmes er 27,8-55,6°C under, den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing, og at de oppvarmes i en tilstrekkelig tid til å oppnå opptil en 60% reaksjon av råmaterialene.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 9, karakterisert ved at brikette-nedbrytningssonen omfatter 10-60% av herdområdet, 10-80% av brikette-nedbrytningssonen holdes fri for briketter, og at smelte-reaksjonssonen omfatter 20-90% av herdområdet og at hele området er dekket med et strømmende tynt lag av smeltet materiale.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det dannede glass inneholder mindre enn 2,5 mol Si02 pr. mol M2 0 og at oppholdstiden i herden er mindre enn 20 minutter.

15. Fremgangsmåte med tynt lag i rettet strøm for fremstilling av oppløselig alkalimetallsilikatglass, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: (a) blanding av alkalimetallkarbonat og silisiumdioksydsand for dannelse av en homogen blanding, idet mengdeforholdene er slik at det dannede glass har 0,9-5,0 mol Si02 pr. mol M2 0, hvor M er et alkalimetall; (b) blanding av nevnte homogene blanding med 3-.18 vektdeler vann eller vandige oppløsninger av alkalimetall-hydroksyder, alkalimetallkarbonater eller alkalimetall-silikater for hver 100 vektdeler av den homogene blanding; (c) sammenpressing eller kompaktering av nevnte fuktede blanding ved 70,3-703 kg/cm 2 virkelig formingstrykk for dannelse av adskilte briketter med varig homogen karakter; (d) oppvarming av brikettene ved kontakt med en gass som er 27,8-111,1°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing i et tidsrom som er tilstrekkelig til å heve brikettene til en temperatur som er 27,8-333,3°C under den temperatur ved hvilken det forekommer overflateklebing; (e) tilførsel av de oppvarmede adskilte brikettene til nedbrytningssonen i en ildfast herd oppvarmet til en temperatur som er 333,3-555,6°C over den temperatur ved hvilken et strømmende væskeformig glassprodukt dannes av en kilde for strålingsenergi, idet tilførselen styres slik at 10-60% av herdområdet i nedbrytningssonen holdes fri for briketter, idet brikettene hviler på herdens ildfaste materialer slik at de absorberer varme fra de ildfaste materialene i tillegg til å absorbere strålingsenergi slik at brikettene mister morfologi i løpet av mindre enn 15 minutter ved dannelse av en smeltet fase, idet nevnte herd og nedbrytningsområde er konstruert slik at det smeltede materiale danner et tynt lag som strømmer bort fra nedbrytningssonen til en smelte-reaksjonssone, idet nevnte smeltede fase fukter eventuelt ikke-smeltet, ikke-reagert råmateriale slik at det medføres av nevnte strøm, hvorved homogenitet opprettholdes; (f) oppvarming av smelte-reaksjonssonen som omfatter 20-90% av herdområdet med en kilde for strålingsenergi og opprettholdelse av betingelsene slik at en del av strålingsenergien overføres gjennom det strømmende smeltede, tynne lag for oppvarming av den ildfaste herden, slik at nevnte tynne lag absorberer varme fra herdens ildfaste materialer og strålingsenergikilden for å fullføre smeltingen og reaksjonen, hvorved det dannes et smeltet glass; og (g) utvinning av det smeltede glass ved trekking av dette fra herden.

16. Fremgangsmåte med rettet strøm i et tynt lag for fremstilling av natriumsilikatglass, karakterisert ved følgende trinn: (a) blanding av sand og sodaaske for dannelse av en homogen blanding, idet mengdeforholdene er slik at det dannede glass har 0,9-5,0 mol SiC^ pr. mol Na2 0; (b) blanding av nevnte homogene blanding med 3-18 vektdeler vann eller vandig natriumsilikatoppløsning for hver 100 vektdeler av den homogene blanding; (c) sammenpressing eller kompaktering av nevnte fuktede blanding ved 70,3-703 kg/cm 2 virkelig formingstrykk innen 3 minutter for dannelse av den fuktede blanding i former for forming av adskilte briketter med varig homogen karakter; (d) oppvarming av brikettene ved kontakt med en gass ved en temperatur på 704,4-843,3°C i et tidsrom som er tilstrekkelig til å heve brikettenes temperatur til 448,9-787,8°C mens overflatesmelting eller klebing av brikettene unngås; (e) tilføring av de adskilte, oppvarmede brikettene til nedbrytningssonen i en ildfast herd i en ovn oppvarmet til 1204,4-1482,2°C med en kilde for strålingsenergi, idet tilførselen styres slik at 10-60% av herdområdet i nedbrytningssonen opprettholdes fri for briketter, idet nevnte briketter hviler på herdens ildfaste materialer slik at de absorberer varme fra de ildfaste materialene ved ledning i tillegg til absorbsjon av strålingsenergi slik at brikettene mister morfologi i løpet av mindre enn 15 minutter ved dannelse av en smeltet fase, idet herden og nedbrytningssonen er skråttstilt slik at det smeltede materiale danner et tynt lag som strømmer bort fra nedbrytningssonen til en smelte-reaks jonssone , idet nevnte smeltede fase fukter eventuelt ikke-smeltet, ikke-reagert råmateriale slik at det inklu- deres i nevnte strøm, hvorved homogenitet opprettholdes; (f) oppvarming av smelte-reaksjonssonen som omfatter 20-90% av herdområdet med en kilde for strålingsenergi og opprettholdelse av betingelsene slik at en del av strålingsenergien overføres "gjennom det strømmende smeltede, tynne lag for oppvarming av den underliggende ildfaste herd, slik at nevnte tynne lag absorberer varme fra herdens ildfaste materialer ved ledning, og fra strålingsenergikilden for å fullføre smelting og reaksjonen, hvorved det dannes et smeltet glass; og (g) utvinning av det smeltede glass ved å trekke det fra herden, idet utvinningstiden er mindre enn 30 minutter fra det tidspunkt brikettene ble tilført til herden.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at den fuktede råmaterialblanding inneholder 1,0-12% vann og opptil 5% silikat-faststoffer avledet fra natriumsilikatoppløsningen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved - at den fuktede blanding inneholder 3,5-9% vann og opptil 2% silikat-faststoffer fra natriumsilikat-oppløsningen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at den fuktede råmaterialblandingen kompakteres under anvendelse av en valsepresse-briketteringsanordning med 35,15-84,36 kg/cm 2valsesepareringstrykk som omsettes til ca. 140,6-351,5 kg/cm 2 virkelig formingstrykk, idet nevnte kompaktering finner sted innen 1,5 minutter for fremstillingen av den fuktede blanding.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at strålingsenergikilden er forbrenningen av naturgass eller olje, og at fortynnede produkter fra denne forbrenning anvendes til å oppvarme brikettene.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at brikettene oppvarmes i en tilstrekkelig tid til å oppnå reaksjon av opptil 60% av råmaterialene før tilførsel til herden.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakteri sert ved at brikettene mister sin morfologi innen 3 minutter.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at det tynne laget i rettet strøm etableres ved å konstruere herden slik at den skråner fra brikette-nedbrytningssonen gjennom smelte-reaksjonssonen til trekkåpningen.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at tiden mellom tilførselen av brikettene til herden og trekking av glasset er mindre enn 15 minutter.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved at tiden er mindre enn 10 minutter.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at det dannede glass inneholder 1,5-4,5 mol Si07 pr. mol Na2 0.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at det dannede glass inneholder mindre enn 2,5 mol Si02 pr. mol Na2 0 og at oppholdstiden i herden er mindre enn 20 minutter.

28. Fremgangsmåte for smelting av glass i et tynt lag i rettet strøm, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: (a) blanding av partikkelformige råmaterialer for glassfremstilling for dannelse av en homogen blanding, idet minst ett av nevnte råmaterialer er en glassnettverksdanner og har en kation-til-oksygen-bindingsstyrke over 80 kcal/mol, idet de resterende råmaterialene er modifiseringsmidler og intermediærmaterialer; (b) foring av nevnte blanding til briketter med varig homogen karakter; (c) oppvarming av nevnte briketter ved en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å heve deres temperatur betydelig mens overflatesmelting eller -klebing unngås; (d) tilførsel av de oppvarmede briketter til et nedbrytningsområde i en ildfast herd i en ovn, idet herden oppvarmes av en kilde for strålingsenergi, idet legemene hviler på de ildfaste materialene som omfatter herden, idet temperaturen i ovnen er tilstrekkelig til å bevirke at brikettene mister morfologi i løpet av mindre enn 15 minutter ved dannelse av en smeltet fase, idet herden og nedbrytningsområdet er konstruert slik at det smeltede materiale danner et tynt lag som strømmer i en retning bort fra nedbrytningsområdet til et smelte-reaksjonsområde, idet den smeltede fase fukter eventuelt ikke-smeltet, ikke-reagert råmateriale slik at det medføres av nevnte strøm, hvorved homogenitet opprettholdes ; (e) oppvarming av smelte-reaksjonsområdet i herden med en kilde for strålingsenergi, og opprettholdelse av betingelsene slik at en del av strålingsenergien overføres gjennom det strømmende smeltede, tynne lag for oppvarming av den underliggende ildfaste herd, slik at nevnte tynne lag absorberer varme fra herdens ildfaste materialer i tillegg til absorbsjon av strålingsenergi for å fullføre smelting og reaksjon, hvorved det dannes et smeltet glass; og (f) utvinning av det smeltede glass ved trekking derav fra herden, idet oppholdsperioden i herden er tilstrekkelig til å oppnå vesentlig fullstendig reaksjon av råmaterialene.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 28, karakterisert ved at glassnettverksdanneren kan være:

eller blandinger derav; at modifiseringsmidlene er Na2 0, K„0, Lio 0, Rb~ 0, Sn00 , PbO„, MgO, PbO, BaO og CaO, og at de (VI) intermediære midler er Ri02 , ZnO, PbO, Al2 03 og Zr02 .

30. Fremgangsmåte ifølge krav 28 eller 29, karakterisert ved at råmaterialet blandes med tilstrekkelig bindemiddel for tilveiebringelse av en fuktet blanding inneholdende 3-5% vann og opptil 3% silikat-faststoffer og sammenpresses ved 140,6-210,9 kg/cm 2for dannelse av briketter.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 29 eller 30, karakterisert ved at brikettene oppvarmes i trinn (c) med en gass ved en temperatur opptil 926,7°C i en periode som er tilstrekkelig til å oppvarme nevnte briketter til 448,9-898,9°C.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 29 eller 30, karakterisert ved at brikette-nedbrytningssonen oppvarmes ved 1204,4-1482,2°C og at tilførselen av nevnte briketter styres for å holde 10-60% av sonen fri for briketter.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 29 eller 30, karakterisert ved at det smeltede glassprodukt trekkes inn i en oppvarmet raffineringstank. Tilføyelse til PCT internasjonal søknad Oversendelsesbrev (5., B., 2) Innholdsinformasjon Det ytterligere materiale i den internasjonale søknad fremgår på sidene og linjene: (I PCT-versjonen på engelsk)