Przedmiotem wynalazku jest sposób topienia szklanego materialu wsadowego, obejmujacy pierwszy etap w procesie topienia. Rozwiazanie wedlug wynalazku stosuje sie w szczególnosci przy topieniu szkla róznego typu w tym plaskiego, pojemnikowego, wlókien szklanych i krzemianowo-sodowego.Rozwiazania wedlug wynalazku mozna stosowac do innych procesów, które obejmuja cieplne przetwarza¬ nie doprowadzonego materialu, w zasadzie stalego, w stan ciekly. Tymi innymi procesami moga byc operacje to¬ pienia metali w metalurgii oraz stapianie jedno- lub wieloskladnikowych materialów ceramicznych, metalowych lub innych. Spaliny odprowadzane z pieca do topienia szkla, ogrzewanego przez spalanie paliwa, lub tez z innego pieca do topienia zawieraja wielkie ilosci energii cieplnej. Odzyskujac te energie mozna poprawic ogólna spraw¬ nosc procesu. Do odzyskiwania ciepla z procesów topienia stosowano zwyczajowo regeneratory i rekuperatory, lecz ich sprawnosc jest mniejsza od oczekiwanej. Ponadto urzadzenia te sa duze, kosztowne i ulegaja zuzyciu. Za¬ miast podgrzewania powietrza do spalania za pomoca regeneratorów lub rekuperatorów proponowano odzyskiwa¬ nie traconego ciepla za pomoca samego materialu doprowadzanego, co utrudnial fakt, ze niektóre materialy zlo¬ zone z czastek sa porywane przez strumien spalin.Celem unikniecia tego zjawiska proponowano zbrylanie (np. granulowanie) drobnych doprowadzanych ma¬ terialów, a nastepnie wprowadzanie ich w strumien spalin. Jednak stwierdzono,ze koszt zbrylania tych materia¬ lów znacznie zmniejsza korzysci ekonomiczne odzyskiwania ciepla, a w niektórych przypadkach uzycie zbrylo¬ nych materialów wsadowych nie zapobiega w pelni porywaniu czastek. Przy doprowadzaniu materialów wsado¬ wych do konwencjonalnego pieca do topienia problemem jest takze pylenie suchych sproszkowanych materia¬ lów. Srodkiem stosowanym powszechnie, jest zwilzanie materialu (np. woda). Jednakze podgrzewanie materialu w znaczniejszym stopniu wyklucza moznosc utrzymywania go w stanie zwilzonym. Jakkolwiek cieplo tracone w piecach do topienia moze byc czestokroc pobierane w temperaturach, które moglyby wywolac reakcje w ma¬ teriale, to jednak podgrzewanie tego ostatniego jest czesto ograniczone do temperatur nizszych, poniewaz w wyz¬ szych temperaturach rozpoczecie topnienia niektórych materialów moze powodowac zapychanie podgrzewacza.Pozadane jest przetwarzanie materialów weglanowych, uzywanych zwykle przy topieniu szkla przemyslowego, na odpowiednie tlenki na drodze podgrzewania materialu do temperatury kalcynowania materialów. Dotychczas uwazano, ze podgrzewanie powinno byc prowadzone tylko do osiagniecia stosunkowo niskiej temperatury top¬ nienia weglanu sodu zawartego we wsadzie, co wyklucza kalcynowanie weglanu wapnia i weglanu magnezu. 145 9642 145964 W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 381 934 (Kunkle i Matesa) opisano proces in¬ tensywnego topienia wsadu, w którym duze jego ilosci topi sie wydajnie w stosunkowo malej przestrzeni. W tym procesie, zwlaszcza przy uzyciu zródel intensywnego ciepla, wytwarza sie stosunkowo mala objetosc spalin, lecz pozadane byloby odzyskiwanie ciepla od tychze, celem dalszego polepszenia sprawnosci. W szczególnosci pozadane byloby odzyskiwanie ciepla bezposrednio przez strumien doprowadzanego materialu wsadowego.Przy topieniu materialów sproszkowanych, gazy moga byc wchlaniane przez stopiony produkt, ale obecnosc ich moze byc niepozadana, zwlaszcza w przypadku przezroczystego szkla. Usuniecie ze stopionego materialu pew¬ nych gazów moze byc trudniejsze niz innych (np. azotu w przypadku roztopionego szkla). Nader pozadane by¬ loby usuwanie tych gazów z materialu w ramach jego przeróbki wstepnej, azeby nie zostaly one nastepnie wchloniete przez wytop.W opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 508 742 i 3 607 190 przedstawiono bez¬ posrednie podgrzewanie materialów wsadowych do wytwarzania szkla. W obu przypadkach utrzymuje sie tem¬ perature lezaca ponizej temperatury kalcynowania. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nf 3 082 102 opisano wstepna reakcje z granulkami szkla i wskazano, ze nalezy utrzymywac temperature poni¬ zej temperatury, w której zachodzi spiekanie materialów.Ceiem rozwiazania wedlug wynalazku jest odzyskiwanie traconego ciepla z materialów wsadowych przy jednoczesnym uniemozliwieniu porywania czastek wsadu w strumieniu gazu. Sposób topienia szklanego materia¬ lu wsadowego wedlug wynalazku polega na tym, ze ogrzewa sie go w strefie ogrzewania, nastepnie przesuwa sie ogrzany material wsadowy ze strefy ogrzewania do naczynia do topienia, gdzie stapia sie plynac, zasadniczo swobodnie, po stalej i odpowiednio nachylonej warstwie materialu wsadowego, po czym odprowadza sie na ze¬ wnatrz jako stopiony produkt szklanego wsadu, a korzystnie calosc spalin ze spalania w strefie topienia prze¬ mieszcza sie do strefy grzewczej o lekko pochylonej powierzchni nosnej, przy czym material wsadowy miesza sie i potrzasa zwiekszajac kontakt ze spalinami i zanim osiagnie sie adhezje pomiedzy czasteczkami materialu wsa¬ dowego w strefie grzewczej przesuwa sie ten material bezposrednio do strefy topienia, gdzie material wsadowy przesuwa sie po znacznie bardziej stromej pochylosci umozliwiajac usuniecie go ze strefy topienia zanim zostanie calkowicie roztopiony, przy czym cieplo do stapiania wsadu dostarcza sie na drodze spalania paliwa z tlenem przy nieznacznej zawartosci azotu, a spalanie odbywa sie na styku z plynnym materialem.Korzystnie w strefie ogrzewania szklany material wsadowy porusza sie wokól zasadniczo poziomej osi z predkoscia nadajaca materialowi wsadowemu sile odsrodkowa niewystarczajaca do przezwyciezenia sily ciez¬ kosci tak, ze material wsadowy stale spada na nizsza powierzchnie nosna wspomnianej strefy. Korzystnie gazy spalinowe przemieszcza sie w kierunku przeciwnym do ruchu szklanego materialu wsadowego ogrzewanego w strefie grzewczej w temperaturze ponizej punktu rosy zawartej w nich pary wodnej.Dzieki rozwiazaniu, wedlug wynalazku, cieplo tracone w procesie topienia, przeprowadzanym przez spala¬ nie paliwa, odzyskuje sie na drodze bezposredniego zetkniecia strumienia spalin z luznym materialem wsadowym doprowadzanym do procesu. Materialy wsadowe zawierajace weglany, podgrzewa sie do temperatury kalcynowa¬ nia celem rozlozenia weglanów na tlenki pod nieobecnosc skladników materialu, które maja stosunkowo niska temperature topnienia i doprowadzane sa do urzadzenia topiacego oddzielnym strumieniem. Przy topieniu szkla sodowo-wapniowego materialami poddawanymi kalcynowaniu sa wapien i/lub dolomit, podczas gdy zródlo so¬ du, np. weglan sodowy i/lub soda kaustyczna, nie sa podgrzewane. Czesc materialu, podgrzewana do temperatu¬ ry kalcynowania, moze równiez zawierac piasek. W korzystnych rozwiazaniach laczenie ze soba czesci wsadu zo¬ staje zakonczone w naczyniu do topienia, gdzie zachodzi czynne mieszanie oddzielnych strumieni doprowadzane¬ go materialu, Rozwiazanie wedlug wynalazku rozwiazuje równiez problem porywania czastek materialu wsadu przez strumien spalin, przy odzyskiwaniu ciepla droga ich bezposredniego zetkniecia. Przez zapewnienie wystarczajace¬ go stykania sie gazu z materialami wsadu w przeciwpradzie temperature gazu mozna obnizyc do punktu rosy wo¬ dy, zawartej w produktach spalania, powodujac w ten sposób nawilzanie w zimnym koncu naczynia do odzyski¬ wania ciepla. Stwierdzono, ze to nawilzanie powoduje porywanie znacznej czesci czastek przez strumien spalin.Sa to czastki pochodzace z naczynia do topienia, jak równiez porwane ze wsadu podczas podgrzewania. W palni¬ ku ogrzewajacym naczynie do topienia wskazane jest zastosowanie wylacznie lub czesciowo tlenu, zamiast po¬ wietrza, co wywoluje zmniejszenie objetosci strumienia spalin. Ta mniejsza objetosc spalin powoduje z kolei zwiekszenie stezenia pary wodnej na jednostke objetosci spalin, zmniejszenie porywania materialu wsadowego wobec mniejszej predkosci strumienia spalin, oraz wieksza skutecznosc zwilzania materialu wskutek podwyzsze¬ nia punktu rosy przy wiekszym natezeniu pary wodnej.W rezultacie zastosowanie w palniku, ogrzewajacym naczynie do topienia tlenu zamiast powietrza znacznie zmniejsza ilosc gazu w spalinach. Poniewaz pecherze azotu sa stosunkowo trudne do usuniecia ze stopionego szkla, wiec wyeliminowanie go z naczynia do topienia jest korzystne. Dodatkowa korzysc zastosowania rozwia¬ zania wedlug wynalazku polega na praktycznym usunieciu azotu ze strumienia spalin, gdyz podgrzewanie ma¬ terialów doprowadzanych przez bezposrednie zetkniecie z tym strumieniem powoduje odebranie z nich powie¬ trza, co zapobiega wprowadzeniu azotu do naczynia do topienia.145964 3 Podgrzewanie materialów wsadowych wedlug niniejszego wynalazku jest szczególnie korzystne w polacze¬ niu z urzadzeniami do topienia wsadu, zwiekszajacymi ablacje, opisanymi we wspomnianym opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 381 934. Podgrzewanie materialu zmniejsza zapotrzebowanie ciepla na je¬ go stopienie, co teoretycznie powinno dac zwiekszenie wydajnosci urzadzenia do topienia. Jednak ta teoretyczna korzysc nie daje sie w pelni osiagnac w konwencjonalnym urzadzeniu tego rodzaju, poniewaz, jak stwierdzono, wazka operacja, ograniczajaca ogólna wydajnosc, jest odplyw stopionego materialu z masy calego wsadu podle¬ gajacego topieniu. Uklady do topienia wsadu wedlug opisu patentowego 4 381 934 sa przystosowane do zwiek¬ szania tego odplywu lub „ablacji" stopionego materialu wsadu przez zastosowanie nachylonej powierzchni to¬ pienia oraz szybkiego spuszczania stopionego materialu, a stad uklady te sa szczególnie przydatnedo wykorzy¬ stania wiekszej wydajnosci, osiaganej dzieki podgrzewaniu materialu. Urzadzenie do topienia materialu wedlug opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 381 934 sa szczególnie korzystne w tych rozwiazaniach niniejszego wynalazku, w których wystepuje spalanie w tlenie. W szczególnosci te rozwiazania, w których war¬ stwa materialu wsadowego otacza zródlo ciepla, dobrze nadaja sie do uzytku w wysokich temperaturach, wy¬ twarzanych przy spalaniu w tienie. W wyniku takiego spalania powstaje strumien spalin o stosunkowo malej obje¬ tosci i wysokiej temperaturze w porównaniu z konwencjonalnym piecem do topienia szkla, a taki wlasnie stru¬ mien spalin nadaje sie szczególnie dobrze do odzyskiwania ciepla i kontroli emisji wedlug niniejszego wynalazku.Inne zródla ciepla o wysokiej temperaturze, powodujace znaczne zmniejszenie objetosci azotu w strumieniu spa¬ lin, nadaja sie równiez do zastosowania w niniejszym wynalazku. Urzadzenia do topienia materialu wedlug opisu patentowego nr 4 381 934 moga byc zasilane suchymi sproszkowanymi materialami wsadowymi. Dlatego, we¬ dlug niniejszego wynalazku, podgrzany material wsadowy mozna doprowadzac bezposrednio na etap topienia.Wynalazek mozna scharakteryzowac takze jako dwustopniowy proces topienia wsadu. W pierwszej strefie wsad jest przenoszony stosunkowo powoli nagrzewajac sie do temperatury bliskiej poczatkowi topienia, a nastep¬ nie, po przeniesieniu do strefy drugiej, podgrzany wsad zostaje zlozony na nachylonej powierzchnej szybko sto¬ piony przez intensywne nagrzanie. W wyniku tego z drugiej strefy wyplywa material stopiony. W procesie tym operacja topienia wsadu jest podzielona na etap poprzedzajacy topienie i etap topienia. W kazdym etapie sa za¬ pewnione warunki maksymalizacji wydajnosci. W strefie pierwszej nie ma istotnych ograniczen czasowych, jesli Idzie o przekazywanie ciepla materialowi, dopóty, dopóki material plynie swobodnie. Dlatego strefa ta moze miec stosunkowo duze rozmiary, mozna w niej zuzytkowac cieplo stosunkowo gorszej jakosci, oraz pozadane jest zapewnienie poruszania w niej wsadu celem nagrzania go na wskros. Etap drugi jest przystosowany do prze¬ kazywania wsadowi intensywnego ciepla w stosunkowo malej przestrzeni w celu szybkiego przeprowadzenia go w stan ciekly. Podloze podtrzymujace material wsadowy na drugim etapie jest stromo nachylone w celu ula¬ twienia szybkiego splywu i duzej przepustowosci, co powoduje zmniejszenie do minimum rozmiarów tej inten¬ sywnie nagrzewanej strefy. Z drugiej strony w pierwszej strefie pozadane jest stosunkowo powolne przenoszenie wsadu przez te strefe w celu zwiekszenia do maximum przekazywania ciepla ze spalin do materialu. Stosunko¬ wo powolne przenoszenie materialu na pierwszym etapie moze byc utrzymane tylko dopóty, dopóki material wsadowy plynie swobodnie. W okresie, gdy temperatura materialu zbliza sie do punktu topnienia jednego z jego skladników, powstanie fazy cieklej wywoluje kohezje miedzy czastkami materialu. W wyniku tego nastepuje niekorzystne zbrylanie sie wsadu, mogace spowodowac zatkanie pierwszej strefy i nierównomierne topienie w strefie drugiej. Dlatego z chwila zblizania sie do takiego stanu material wsadowy zostaje przeniesiony na stromo nachylone podloze w drugiej strefie i szybko przeprowadzony w stan ciekly.W uprzywilejowanym wykonaniu oba etapy przebiegaja w naczyniach obracajacych sie. Dla etapu drugiego charakterystyczna jest dostatecznie duza predkosc obrotów wywolujaca dosc znaczna sile odsrodkowa dzialaja¬ ca na wsad, dzieki czemu tworzy on wylozenie wnetrza naczynia drugiego etapu. Z drugiej strony predkosc obrotowa naczynia pierwszego etapu jest taka, ze nie wywoluje znacznej sily odsrodkowej dzialajacej na wsad, lecz jedynie powoduje przewracanie go. Dalszymi cechami wyrózniajacymi, przynajmniej w niektórych wykona¬ niach, jest to, ze stopien pierwszy jest ogrzewany przede wszystkim konwekcyjnie, drugi zas przede wszystkim przez promieniowanie.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia dwustopniowe urzadzenie do topienia materialu wsadowego wedlug niniejszego wynalazku, w widoku bocz¬ nym z czesciowym wyrwaniem; fig. 2 — przekrój poprzeczny wzdluz linii 2—2 z fig. 1; fig. 3 — przejscie miedzy pierwszym i drugim stopniem, urzadzenie za fig 1 w powiekszonym przekroju poprzecznym; fig. 4 — urzadzenie z fig. 3 w widoku z góry po usunieciu czesci dla przejrzystosci. Na fig. 1 pokazano piec obrotowy 10, przez który w przeciwpradzie przeplywaja: material wsadowy i spaliny. Podgrzany wsad zostaje doprowadzony do naczynia do topienia 12. Materialy wsadowe doprowadza sie z urzadzenia do ciaglego wazenia i odmierzania 13 przez rure doprowadzajaca 14 do wlotu lub „zimnego" konca pieca 10. Do urzadzenia odmierzajacego 13 mozna do¬ prowadzac jeden strumien zmieszanych juz ze soba materialów wsadowych/albo tez poszczególne skladniki mo¬ ga byc odmierzane oddzielnie i dostarczane do wlotu pieca obrotowego, który sluzy wtedy sam jako mieszarka materialów. Przyklad skladu wsadu, stosowanego przy przemyslowym wytwarzaniu szkla plaskiego, jest naste¬ pujacy: \4 145964 piasek weglan sodowy wapien dolomit róz polerski 1000 czesci wagowych 313,5 84 242 0,75 Innych surowców mineralnych uzywa sie czasem jako alternatywnych lub w charakterze dodatków. Wsad zawiera zazwyczaj równiez znaczna ilosc stluczki (zlomu szklanego) przewaznie rzedu 20 do 40% calkowitego ciezaru wsadu. Jednakze w opisanym procesie i urzadzeniu mozna uzyc dowolnej ilosci stluczki, nawet 100%.Powyzszy sklad wsadu daje w przyblizeniu szklo o skladzie nastepujacym: SI02 73,10% wagowych Na20 13,75% wagowych CaO 8,85% wagowych MgO 3,85% wagowych Al203 0,10% wagowych Fe203 0,10%wagowych Otwarty wylot obrotowego pieca 10 w jego zimnym koncu jest otoczony dymnica 15, która kieruje spaliny wychodzace z pieca 10 do przewodu 16. Przewód 16 moze prowadzic do wentylatora (nie pokazanego), który wytwarza ciag przeprowadzajac spaliny przez piec i wyrzucajac je do atmosfery przez komin (nie pokazany). Je¬ zeli kalcynowanie ma odbywac sie w piecu obrotowym 10, skladniki wsadu o stosunkowo niskiej temperaturze, np. weglan sodowy i stluczka, nie sa doprowadzane do tego pieca, lecz bezposrednio do naczynia do topienia 12.Wapien i dolomit dostepne w handlu nie sa chemicznie czyste ani jednolite i dlatego ich kalcynowanie odbywa sie w pewnym zakresie temperatur. Jednak, jak stwierdzono, korzystna jest temperatura ponad 870QC, celem uzy¬ skania pelnej kalcynacji. W przypadku przeprowadzania kalcynowanie nie przepuszcza sie przez obrotowy piec weglanu sodowego o temperaturze topnienia 851 °C, aby uniknac jego topnienia, gdyz spowodowaloby to przy¬ wieranie do siebie czastek wsadu. Temperatura topnienia sody kaustycznej, która czasem zastepuje weglan sodo¬ wy jako zródlo sodu przy wytwarzaniu szkla, lezy równiez ponizej uprzywilejowanych temperatur kalcynowa- nia. Dlatego tez wylacza sie ja z materialów przepuszczanych przez obrotowy piec, celem unikniecia powstawa¬ nia fazy cieklej podczas kalcynowanie w goracym koncu pieca. Zaleta kalcynowania jest zmniejszenie cieplnego obciazenia naczynia do topienia. Kalcynowanie jest takze korzystne dzieki temu, ze przed stopieniem wsadu zo¬ staje wyeliminowany z materialów topionych zwiazany chemicznie dwutlenek wegla, co wyklucza powstawanie pecherzy tego dwutlenku w stopionym szkle. Gdy material bedacy zródlem sodu doprowadza sie do naczynia do topienia 12 oddzielnie, to wskazane jest raczej uzycie jako zródla sody kaustycznej wolnej od dwutlenku wegla, niz weglanu sodowego. Stluczka szkla plaskiego zaczyna mieknac w temperaturze okolo 650°C i dlatego równiez nie powinna przechodzic przez proces kalcynowania. Z drugiej strony piasek, glówny skladnik wsród su¬ rowców wsadu, korzystnie moze towarzyszyc wapniowi i dolomitowi przy ich przejsciu przez obrotowy piec w temperaturze kalcynowania. Piasek oprócz samego faktu podgrzania utrzymuje wapien i dolomit w stanie swo¬ bodnego plyniecia. Przy braku sodu wsad szklany mozna nagrzac do okolo 1300°C bez wywolywania jego zbry¬ lania.Obrotowy piec 10 ma konstrukcje typowa i sklada sie glównie z walcowej powloki stalowej 20, ulozysko- wanej w sposób umozliwiajacy obracanie sie dokola osi, nachylonej nieznacznie wzgledem poziomu, celem przenoszenia wsadu od konca zimnego ku goracemu pod wplywem sily ciezkosci i przewracania. Czas przebywa¬ nia materialu w piecu 10 jest zwiazany z podstawowymi parametrami pieca nastepujaca zaleznoscia doswiad¬ czalna: t-2,28L/NDS gdzie: t ¦ czas przebywania w minutach O - srednica w stopach L * dlugosc w stopach N - predkosc obrotowa w obr/min S * nachylenie w calaoh na stope.Czas przebywania w piecu obrotowym 10 zalezy od zadanej przepustowosci w czasie topienia oraz ilosci ciepla, jakie chcemy przekazac ze spalin do materialów stalych. Na podstawie tych rozwazan i powyzszej zalez¬ nosci mozna skonstruowac odpowiedni piec obrotowy.Celem zapobiezenia stratom ciepla piec 10 powinien byc izolowany. Izolacje moze stanowic otulina z welny ogniotrwalej nalozona na powierzchnie zewnetrzna powloki 20, albo tez moze to byc wykladzina cera¬ miczna usytuowana we wnetrzu powloki 20. Odcinek pieca 10 w poblizu goracego konca jest zaopatrzony w wy¬ kladzine ogniotrwala 21, która jest potrzebna z uwagi na trwalosc w wysokiej temperaturze w bardziej goracych obszarach pieca, zwlaszcza w przypadku pracy w temperaturach kalcynowania. Poza tym wskazane jest zastoso¬ wanie warstwy izolacji 22 miedzy zewnetrzna obudowa stalowa 20 i wewnetrzna wykladzina stalowa 23, jak po-145964 5 kazano w srodkowe] czesci pieca z fig. 1. Tam, gdzie wytrzymalosc cieplna nie jest istotna stosuje sie korzystnie przy wytwarzaniu szkla wykladzine stalowa, gdyz powoduje ona mniejsza erozje zanieczyszczonych materialów, dostajacych sie do przeplywajacego strumienia, niz wykladzina ogniotrwala.Na przejmowanie ciepla w piecu obrotowym ma wplyw przesuwanie sie materialów wsadu, co z kolei jest funkcja predkosci obrotowej pieca. Moze ono byc zwiekszone dzieki odpowiedniej budowie wewnetrznej pieca.Osobom obeznanym z piecami obrotowymi znane sa liczne odmiany przegród, które polepszaja przejmowanie ciepla, które moga byc z korzyscia uzyte w niniejszym wynalazku. Kitka przykladów przedstawiono na fig. 1. W poblizu goracego konca pieca 10 znajduje sie duza liczba elementów unoszacych 25, które sa rozlozone srubowo dokola wnetrza pieca 10. Sa to wystepy ceramiczne (lub metalowe w przypadku sekcji pieca z wykladzina meta¬ lowa), wystajace promieniowo w kierunku do wewnatrz z wewnetrznej scianki pieca 10. Sluza do unoszenia ma¬ terialu wsadowego i powoduja jego spadanie przez strumien goracych gazów.Inny przyklad urzadzenia zwiekszajacego powierzchnie styku pokazano w srodkowe] sekcji pieca 10. Duza liczba plyt metalowych 26 jest umieszczona promieniowo miedzy wykladzina metalowa 23 i srodkowa rura 27, jak to widac w przekroju na fig. 2. Wskazane jest zaopatrzenie zimnego konca pieca w girlandy zbudowane z sze¬ regu lancuchów 28, które sluza do rozbijania wszelkich zbrylen wsadu, mogacych powstawac w te] sekcji wsku¬ tek skraplania sie pary wodnej, i do zwiekszenia powierzchni wymiany ciepla, oraz dzialaja jako kolektory po¬ rywania na mokro. Intensywnosc poruszania materialu wskutek dzialania przegród, oraz predkosc obrotowa nie powinny byc tak duze, azeby nie wywolac porwania nadmiernych ilosci wsadu przez strumien spalin. Czynni¬ kiem wplywajacym na zmniejszenie do minimum porywania jest równiez wielkosc srednicy pieca, która powinna byc na tyle wystarczajaca, aby uniknac nadmiernych predkosci przeplywu gazu przy przewidywanym objetos¬ ciowym natezeniu jego przeplywu podczas danej operacji.Urzadzenie do etapu topienia 12 jest znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 381 934. Korzystnie stala warstwa materialu wsadowego obraca sie dokola ogrzewanego zaglebienia srod¬ kowego, przy czym os obrotu jest w zasadzie pionowa. Urzadzenie topiace 12, pokazane tu na rysunkach, stano¬ wi odmiane ulepszona. Naczynie do topienia 12 zawiera beben stalowy 35, który, jak pokazano na fig. 3, moze miec schodkowe sciany boczne, celem zmniejszania obracanej masy. Beben ten móglby mlec takze proste sciany walcowe, albo tez ksztalt stozkowy. Beben 35 oparty jest na kolowej ramie 36, która z kolei jest ulozyskowana obrotowo dokola osi pionowej, pokrywajacej sie z osia geometryczna bebna 35. Ulozyskowanie jest za pomoca duzej liczby walków nosnych 37 i walków prowadzacych 38. Czesc dolna 30 bebna 35 zawiera zespól wyloto¬ wy, który moze byc odlaczony od reszty bebna 35. Obudowa 39 moze byc wylozona pierscieniowa warstwa materialu ogniotrwalego 40, np. odlewalnego cementu ogniotrwalego, w której jest osadzona pierscieniowa tule¬ ja 41 z materialu ogniotrwalego odpornego na erozje. Tuleja 41 moze skladac sie z duzej liczby cietych elemen¬ tów ceramicznych. Otwór srodkowy 42 w tulei 41 stanowi wylot komory topienia. Sklepiona od góry przykrywa ogniotrwala 43 ma stale podparcie w postaci kolowego elementu ramy 44. Przykrywa 43 ma otwór 45 do wlo¬ zenia palnika 46, który korzystnie jest szerokokatnym palnikiem wielootworowym, gdzie wskazane jest uzycie tlenu i paliwa gazowego, takiego jak metan. Celem wyeliminowania z ukladu dwutlenku wegla w palniku 46 mozna uzyc tlenu i wodoru.Spaliny plyna ku górze przez otwór 47 w pokrywie 43 do przewodu wylotowego 48. Materialy wsadowe mozna doprowadzac do naczynia do topienia 12 równiez otworem 47. Do tego celu zastosowano rynne zsypowa 50. Górne i dolne uszczelnienia wodne 51 i 52 izoluja wnetrze komory topienia od wplywów zewnetrznych i wy¬ chwytuja wszelki pyl lub pary, jakie wydostaja sie z naczynia. Wewnatrz naczynia do topienia 12 na sciankach bebna 35 utrzymuje sie stala warstwa niestopionego materialu wsadowego 53, otaczajaca srodkowe zaglebienie, wewnatrz którego odbywa sie spalanie. Warstwe 53 o zadanym ksztalcie paraboloidy tworzy sie doprowadzajac wsad do bebna 35, obracajacego sie bez podgrzewania. Aby ulatwic powstanie stalej warstwy, material ten mozna zwilzyc woda. Podczas topienia ciagle doprowadzanie materialu zsypem 50 powoduje jego rozkladanie na powierzchni wspomnianej stalej warstwy 53 w miare obrotu bebna 35. Cieplo wytwarzane za pomoca palni¬ ka 46 przeprowadza przejsciowa warstwe 54 materialu w stan ciekly, która splywa po warstwie stalej 53 w dól, otworem w dnie 42. Nastepnie ciekly material wyplywa z naczynia do topienia 12 i moze zbierac sie w naczy¬ niu 55 pod komora topienia celem dalszej niezbednej przeróbki.W niektórych przypadkach podgrzany wsad mozna by doprowadzac bezposrednio z wylotu obrotowego pieca 10 do komory topienia 12, lecz uprzywilejowany jest uklad z fig. 3, gdzie piec i komora sa nieco oddalone od siebie. Bezposrednie polaczenie konca pieca 10 z otworem 47 komory 12 powodowalo, jak stwierdzono, spie¬ kanie wsadu w piecu 10, prawdopodobnie wskutek przegrzewania materialów wsadowych w piecu 10 przez energie promieniujaca z komory 13. Problem ten rozwiazano przez umieszczenie miedzy piecem 10 i komora 12 czesci laczacej. Czesc laczaca sklada sie ze zsypu 50 do przenoszenia wsadu oraz wystajacego konca 61 kanalu spalinowego 48. Koniec 61 kieruje spaliny do górnej czesci obrotowego pieca 10, lezacej z dala od wsadu 60, i oslania piec 10 przed promieniowaniem cieplnym z komory topienia 12. W kanale spalinowym 48 czesci laczacej mozna zastosowac przestawna zasuwe 62 do regulacji cisnienia w komorze topienia 12. W przypadku koniecz-6 145964 nosci podwyzszenia temperatury spalin w celu kalcynowania materialów wsadowych w piecu obrotowym 10, w koncu 61 mozna zastosowac otwory 63 (pokazane linia kreskowa na fig. 3) sluzace do wstawienia dodatkowych palników 64 (pokazanych na fig. 4).Zsyp wsadowy 50 moze miec od strony przeplywu strumienia spalin chlodzona plyte czolowa celem za¬ pobiezenia przegrzania wsadu i zapchaniu przezen zsypu 50. Zsyp 50 posiada u swego wylotu przechylna kiero¬ wnice 71, chlodzona woda i sluzaca do kierowania spadajacego wsadu 60 na zadana czesc stalej warstwy wsadu 53 w komorze topienia 12. U wylotu zsypu 50 mozna takze zastosowac ceramiczna plytke 72 kierujaca spadaja¬ cy material dalej od górnego brzegu bebna 35. Na wypadek koniecznosci w przypadku awarii zatrzymania dopro¬ wadzania wsadu do komory topienia 12 przewidziano u wejscia zsypu 50 przechylna klape kierujaca 73, kieruja¬ ca material, naplywajacy z obrotowego pieca 10 do zsypu wylotowego 74. Do uszczelnienia polaczenia pieca obrotowego 10 z czescia laczaca stosuje sie uszczelki 75 z polimeru syntetycznego „Teflon"lub grafitu, oparte na kolnierzu 76, który wystaje promieniowo z powloki 20 pieca 10. Zespól uszczelniajacy moze byc zamkniety w pierscieniowej obudowie 77.Na figurze 4 pokazano dodatkowe urzadzenie podajace 80, które doprowadza do komory 12 materialy nie podgrzane lub podgrzane niezaleznie od wsadu, podgrzewanego w piecu 10. Urzadzenia 80 mozna uzyc np. do doprowadzania do komory weglanu sodu, sody kaustycznej lub stluczki, zwlaszcza, gdy pieca uzywa sie do kal¬ cynowania weglanów wapnia i/lub magnezu. Urzadzenie 80 moze byc konwencjonalnym podajnikiem srubowym, który sklada sie z leja zasypowego 81, silownika 82 i obudowy sruby 83. Doprowadza materialy otworem 47 w przykrywie 43 komory topienia 12 na górny brzeg stalej warstwy wsadu 53. Jesli zamierza sie do komory topie¬ nia 12 doprowadzic oddzielnie szereg róznych materialów, to mozna uzyc wiekszej liczby pomocniczych podaj¬ ników podobnych do urzadzenia 80. Nachylenie pieca obrotowego 10 mozna dobrac odpowiednio do zadanego czasu przebywania materialu wsadowego 60, a stosujac odpowiednie podparcie mozna uczynic ten kat zmien¬ nym. Wskazane jest jednakze zastosowanie stalego nachylenia pod katem okolo 2° (1° do 5°) w stosunku do po¬ ziomu i regulowanie czasu przebywania wsadu 60 przez zmiane predkosci obrotowej pieca 10. Predkosc ta po¬ winna lezec w takich granicach, aby material wsadu 60 byl przewracany w dolnej czesci pieca 10 bez unoszenia wiekszej ilosci w góre przy sciankach pieca na skutek dzialania sily odsrodkowej.Po podgrzaniu do okolo 480°C wsad 60 w goracym koncu pieca 10 przybiera stan pól-kleisty, w którym jest odporny na pylenie. Az do temperatury okolo 760°C stan ten nie powoduje niepozadanego zbrylania lub za¬ pychania. Wsady bez weglanu sodu lub równowaznego zródla sodu przechodza w podobny stan po ogrzaniu do temperatury, lezacej blisko temperatury kalcynowania wapnia i dolomitu. Ta kleistosc jest korzystna z uwagi na znaczne ograniczenie pylenia przy doprowadzaniu wsadu 60 do komory topienia 12. Korzystna jest takze oko¬ licznosc, ze pojawienie sie tej kleistosci zbiega sie z przejsciem wsadu z zasadniczo poziomego podloza w piecu obrotowym 10 w ulozenie niemal pionowe w komorze topienia 12, co zapewnia ciagly i jednostajny przeplyw materialu przez caly uklad.Przynajmniej w górnych czesciach komory topienia 12 przejsciowa warstwa 54 topiacego sie materialu jest utrzymywana pod ostrym katem wzgledem pionu. Przy zsuwaniu sie po pochylosci, zlozony z czastek material wsadowy 53 wykazuje opór cierny. Gdy tylko pod wplywem energii cieplnej materialy przejda w stan ciekly, opór ten zmniejsza sie znacznie i ciekly material 54 splywa natychmiast w dól, zas swiezo doprowadzony ma¬ terial wsadowy 53 zajmuje jego miejsce w warstwie przejsciowej 54. Wirowanie naczynia do topienia 12 ulatwia utrzymywanie nachylonej powierzchni topienia.Z nastepujacej teoretycznej zaleznosci miedzy predkoscia wirowania i ksztaltem przybieranym przez luzny suchy material mozna wyznaczyc zarys powierzchni warstwy 53: H=MR + (27T2ft2R2)/g gdzie: H s wysokosc polozenia punktu na powierzchni materialu w kierunku równoleglym do osi obrotu; R = odleglosc promieniowa tego punktu od osi obrotu; M = wspólczynnik tarcia; SI = predkosc katowa; g = przyspieszenie grawitacyjne Jako wspólczynnik tarcia mozna przyjac tangens kata zsypu, który w przypadku suchego materialu wsado¬ wego dla szkla wynosi przewaznie okolo 35°. Powyzsze równanie mozna stosowac przy wyborze odpowiednich rozmiarów wirujacego naczynia przy danej predkosci obrotowej, lub tez odwrotnie — do wyznaczania odpowied¬ niej predkosci obrotowej dla danego naczynia. Ciekly material z warstwy przejsciowej 54 splywa po powierzchni utworzonej tylko z dodatkowego materialu wsadowego 53, a wiec nie styka sie z materialem ogniotrwalym, co groziloby zanieczyszczeniem. Ponadto, poniewaz material wsadowy dla szkla jest dobrym izolatorem cieplnym, zastosowanie stalej warstwy 53 o dostatecznej grubosci chroni konstrukcje nosna, znajdujaca sie pod spodem, od zniszczenia wskutek dzialania ciepla. Poniewaz tym sposobem naczynie jest chronione zarówno przed dziala¬ niem ciepla, jak i przed stycznoscia z wywolujacymi korozje roztopionymi materialami, wiec umozliwia to znaczne zlagodzenie wymagan stawianych materialom konstrukcyjnym, wlacznie z dopuszczeniem stosowania145964 7 miekkiej stali na beben 35. Oszczednosci uzyskane dzieki temu przy budowie pieca moga byc znaczne. Ponadto, wobec ochrony bebna 35 dzieki izolacyjnemu dzialaniu stalej warstwy materialu, nie jest wymagane chlodzenie powierzchni zewnetrznych, dzieki czemu unika sie odbierania ciepla uzytecznego z procesu topienia. Dodatko¬ wo, poniewaz warstwa izolujacego i nie zanieczyszczajacego materialu wsadowego otacza ogrzewane zaglebienie, wiec mozna tu zastosowac zródla ciepla pracujace przy znacznie wyzszych temperaturach, niz to ma miejsce w konwencjonalnych piecach do topienia z wykladzina ogniotrwala. Moga to byc np. palniki zasilane tlenem, pal¬ niki plazmowe lub luk elektryczny.Temperatura, w której wsad zaczyna plynac, zalezy od jego skladu, a zwlaszcza od ilosci i od najnizszej temperatury topienia skladników. Stwierdzono, ze konwencjonalny wsad dla szkla plaskiego , zawierajacy we¬ glan sodowy, przechodzi w stan ciekly w temperaturze okolo 1090°Cdo 1150°C. Material wyplywa z naczynia do topienia 12, gdy tylko przejdzie w stan ciekly. Dlatego tez ciecz wyplywajaca ze strefy topienia ma niemal jednostajna temperature, bliska temperatury, w której wsad o danym skladzie przechodzi w stan ciekly. Podczas wyplywu cieklego materialu z naczynia zwykle otrzymuje on nieco dodatkowego ciepla. Dlatego stwierdza sie, ze konwencjonalny wsad na szklo plaskie wyplywa z naczynia w temperaturze od okolo 1150°C do okolo 1260°C. Poniewaz cieplo jest usuwane z naczynia do topienia w temperaturze, odpowiadajacej przechodzeniu wsadu w stan ciekly, która jest znacznie nizsza od temperatur osiaganych w konwencjonalnym urzadzeniu do to¬ pienia szkla, wiec moze byc utrzymywana stosunkowo niska temperatura tego naczynia, niezaleznie od tempera¬ tury zródla ciepla. Stosownie do tego mozna tu korzystnie stosowac przeplyw ciepla o wiekszym natezeniu, które zapewnia zródlo ciepla o wyzszej temperaturze, bez stosowania nadzwyczajnych srodków. Uzycie wspom¬ nianych zródel ciepla o wysokiej temperaturze jest równiez korzystne z uwagi na zmniejszenie objetosci spalin, dzieki wyeliminowaniu azotu pochodzacego z powietrza. Brak azotu jest takze korzystny z uwagi na zapobieze¬ nie powstawaniu pecherzy azotu w szkle. Alternatywne uzycie palnika plazmowego z odpowiednim gazem nos¬ nym moze zapewnic atmosfere pozbawiona dwutlenku wegla w komorze topienia, zwlaszcza w polaczeniu z za¬ stosowaniem wsadu kalcynowego.Zastosowanie palnika plazmowego jest przedmiotem zgloszenia patentowego Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 500.542, zlozonego 2 czerwca 1983 przez J. M. Natesa. Atmosfere wolna od dwutlenku wegla mozna równiez zapewnic spalajac wodór z tlenem. Dalsza zaleta wyeliminowania azotu jest to, ze emisyjnosc azotu, (tj. sprawnosc wypromieniowywania energii cieplnej przez gaz) jest znacznie mniejsza od emlsyjnosci dwutlenku wegla i wody. Dlatego wykluczenie azotu pozwala uniknac rozcienczenia dwutlenku wegla i/lub wody, wytwo¬ rzonych w procesie spalania, oraz intensyfikuje wyzwalanie energii. Korzysci plynace z wykluczenia azotu moga byc osiagane stopniowo, a wykluczenie czesciowe moze zapewnic polepszenie uzyteczne rozwiazania.Pozadane jest, aby przewodnosc cieplna materialu stalej warstwy 53 byla stosunkowo mala. Wówczas mozna stosowac praktyczne grubosci tej warstwy unikajac koniecznosci przymusowego chlodzenia zewnetrz¬ nych powierzchni naczynia powodujacego straty. Ogólnie biorac, surowce mineralne granulowane lub sproszko¬ wane zapewniaja dobra izolacje cieplna. W pewnych przypadkach mozna uzyc jako nie zanieczyszczajaca war¬ stwe stala posredni lub koncowy produkt procesu topienia, np. w procesie wytwarzania szkla mozna utworzyc warstwe stala ze sproszkowanej stluczki szklanej, chociaz potrzebna bedzie wówczas warstwa grubsza, gdyz prze¬ wodnosc szkla Jest wieksza niz wsadu do wyrobu szkla. Z drugiej strony w procesach metalurgicznych zastoso¬ wanie produktu metalowego na warstwe stala wymagaloby nadmiernie duzych grubosci celem zapewnienia ochrony cieplnej naczynia, jakkolwiek pewne rudy moga byc zadowalajace w roli materialów na warstwe izola¬ cyjna. Wskazane jest, aby warstwa stala miala w zasadzie ten sam sklad, co material przerabiany. Trzeba jednak wiedziec, ze w tym kontekscie uwaza sie, iz materialy wyjsciowe lub pochodne maja „w zasadzie ten sam sklad".Inaczej mówiac warstwa stala moze byc utworzona z surowca, z produktu koncowego, produktu posredniego lub tez ich odmiennych postaci albo mieszaniny, o ile tylko topi sie lub reaguje tworzac substancje, nie wprowadzaja¬ ca znaczacych ilosci obcych skladników do strumienia przerabianego materialu. Powinno tez byc oczywiste, ze te wymagania, stawiane stalej warstwie pod wzgledem skladu, odnosza sie tylko do czesci powierzchniowych, stykajacych sie faktycznie ze strumieniem materialu, oraz do czesci lezacych tuz pod powierzchnia, mogacych czasem ulegac erozji pod wplywem tego strumienia. Dlatego w równowaznym urzadzeniu moze byc uzyty inny material w tej czesci stalej warstwy, która lezy ponizej poziomu, na którym moze wystepowac erozja. Poniewaz ta czesc podpowierzchniowa mialaby sluzyc przede wszystkim jako izolacja chroniaca naczynie, to moglaby byc utworzona z materialu dobranego z uwagi na wlasciwosci izolacyjne (np. piasek lub czastki materialów ce¬ ramicznych), jakkolwiek powinien on byc na tyle zgodny pod wzgledem skladu, aby nie zanieczyszczal warstwy powierzchniowej w wystepujacych temperaturach.Okreslenia „przejsciowa" i „stala" sa wzgledne i nie zawsze udaje sie ustalic wyrazne rozgraniczenie fi¬ zyczne miedzy warstwami: przejsciowa i stala. Uzywajac okreslen „przejsciowa" i „stala", nie mozna wykluczyc mozliwosci wystepowania drobnych fluktuacji ich pogranicza. Podstawowa róznica polega na tym, ze obszar okreslany jako warstwa przejsciowa charakteryzuje sie topieniem i plynieciem, natomiast obszar nazywany war¬ stwa stala, przynajmniej w swej wiekszej czesci, nie bierze udzialu w topieniu i plynieciu strumienia przerabiane¬ go materialu. Choc mówi sie, ze warstwa przejsciowa znajduje sie na stalej, to teoretycznie mozna by okreslic8 145964 warstwe posrednia lezaca miedzy nimi. Zamiarem zglaszajacego jest uwzglednienie takiej mozliwosci.Ponizej podajemy przyklad ukladu w zasadzie odpowiadajacego przedstawionemu na rysunkach i opisane¬ mu wyzej, w którym przerabiano normalny wsad dla szkla plaskiego, zawierajacy weglan sodu, w ilosci 30 ton dziennie (27 ton metrycznych dziennie). Dlugosc pieca obrotowego wynosila 15 metrów, a srednica wewnetrzna 76 centymetrów. Powierzchnia wewnetrzna pieca wynosila 46,6 m2. Piec obracal sie z predkoscia okolo3 obr/min i byl nachylony pod katem 2°. Naczynie do topienia o srednicy wewnetrzne] 130 cm obracalo sie z pred¬ koscia okolo 32 obr/min. Komora topienia byla ogrzewana palnikiem zasilanym metanem i tlenem, wytwarzaja¬ cym cieplo w ilosci okolo 0,878 miliona watów, co dawalo spaliny o objetosci 957 m3/h w normalnych warun¬ kach temperatury i cisnienia. Spaliny wchodzily do pieca obrotowego przy temperaturze 888°C, a opuszczaly go w temperaturze 246°C. Wsad dla szkla doprowadzano do pieca w temperaturze 16°C i nagrzewano w nim do 593°C. Temperatura wsadu stopionego, wyplywajacego z komory topienia, wynosila 1236°C.Nalezy podkreslic, ze idea niniejszego wynalazku nie jest ograniczona do konkretnego opisanego urzadze¬ nia, ale moga byc równiez stosowane inne urzadzenia podgrzewajace i topiace. Ponadto, choc niniejszy wynala¬ zek okazal sie szczególnie korzystny przy topieniu szkla i szczególowy opis dotyczy tego wlasnie tematu, to moze on byc stosowany do innych materialów, otrzymywanych przez topienie doprowadzanego sproszkowanego materialu przy uzyciu ciepla. Inne modyfikacje i zmiany, oczywiste dla osób obeznanych z dana dziedzina tech¬ niki, moga byc stosowane bez odbiegania od zakresu wynalazku.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób topienia szklanego materialu wsadowego polegajacy na tym, ze ogrzewa sie go w strefie ogrzewa¬ nia, nastepnie przesuwa sie ogrzany material wsadowy ze strefy ogrzewania do naczynia do topienia, gdzie stapiasie plynac, zasadniczo swobodnie, po stalej i odpowiednio nachylonej warstwie materialu wsadowego, po czym od¬ prowadza sie na zewnatrz stopiony produkt szklanego wsadu, znamienny tym, ze zasadniczo calosc spalin ze spalania w strefie topienia przemieszcza sie do strefy grzewczej o lekko pochylonej powierzchni nosnej, przy czym material wsadowy miesza sie i potrzasa zwiekszajac kontakt ze spalinami i zanim osiagnie sie adhezje pomiedzy czasteczkami materialu wsadowego w strefie grzewczej przesuwa sie ten material bezposrednio do strefy topienia, gdzie material wsadowy przesuwa sie po znacznie bardziej stromej pochylosci umozliwiajac usu¬ niecie go ze strefy topienia zanim zostanie calkowicie roztopiony, przy czym cieplo do stapiania wsadu dostar¬ cza sie na drodze spalania paliwa z tlenem przy nieznacznej zawartosci azotu, a spalanie odbywa sie na styku z plynnym materialem. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w strefie ogrzewania szklany material wsadowy porusza *ie wokól zasadniczo poziomej osi z predkoscia nadajaca materialowi wsadowemu sile odsrodkowa nie¬ wystarczajaca do przezwyciezenia sily ciezkosci tak, ze material wsadowy stale spada na nizsza powierzchnie nosna wspomnianej strefy. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gazy spalinowe przemieszcza sie w kierunku prze¬ ciwnym do ruchu szklanego materialu wsadowego ogrzewanego w strefie grzewczej w temperaturze ponizej punktu rosy zawartej w nich pary wodnej.145 964 v9 S CVJ FIG. fn to145 964145 964 FIG. 4 PL PL PL PL PL PL PL PL