PL195774B1

PL195774B1 - Sposób i urządzenie do topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie

Info

Publication number: PL195774B1
Application number: PL99335692A
Authority: PL
Inventors: Pierre Jeanvoine; Tanguy Massart; Cuartas Ramon Rodriguez; Rodriguez Armando Rodriguez; Hernandez Juan-Andrés Nunez
Original assignee: Saint Gobain Vitrage
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2007-10-31
Also published as: AU2061699A; CZ341999A3; PL335692A1; RU2246454C2; FR2774085B3; DE69924189T2; US7565819B2; US20020162358A1; KR100584204B1; CN1255907A; WO1999037591A1; DE69924189D1; ES2241258T3; JP2001518049A; EP0970021A1; CA2284890A1; CO5241332A1; BR9904784A; CN1781862A; EP1528043A3

Abstract

1. Sposób topienia i klarowania materialów podatnych na zeszklenie, w którym cala albo czesc energii cieplnej wymagana do topienia wymienionych materialów podat- nych na zeszklenie dostarcza sie droga spalania paliwa (paliw) kopalnego (kopalnych) za pomoca co najmniej jednej substancji podtrzymujacej palenie, przy czym paliwo (paliwa)/gazy albo produkty gazowe pochodzace ze spala- nia wstrzykuje sie ponizej poziomu masy materialów podat- nych na zeszklenie, zas klarowanie materialów podatnych na zeszklenie po stopieniu prowadzi sie przynajmniej cze- sciowo w postaci „cienkiej warstwy”, znamienny tym, ze klarowanie . . . . . . . . . 16. Urzadzenie do topienia i klarowania materialów po- datnych na zeszklenie, zawierajace co najmniej jedna komore topienia wyposazona w palniki zasilane w paliwo (paliwa) kopalne typu gazu ziemnego i w substancje (sub- stancje) podtrzymujaca palenie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki sa rozmieszczone w taki sposób, ze wstrzykuja wymienione paliwa/substancje podtrzymujace palenie albo gazy pochodzace z ich spalania ponizej po- ziomu masy materialów podatnych na zeszklenie, wprowa- dzonych do komory topienia, oraz srodki do klarowania topionych materialów podatnych na zeszklenie, w postaci „cienkiej warstwy”, co najmniej w jednym przedziale klaro- wania znajdujacym sie za wymieniona komora, znamienne tym, ze przedzial klarowania . . . . . . . . . . . PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie.

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia, w których występuje zasilanie w sposób ciągły w stopione szkło instalacji do formowania szkła, a zwłaszcza instalacji do formowania szkła płaskiego, takich jak zarówno instalacje do szkła flotowego albo walcowanego, jak i instalacje do formowania pojemników szklanych, takich jak butelki i flakony, włókien szklanych typu termoizolacyjnej albo dźwiękochłonnej wełny mineralnej, albo włókien szklanych tekstylnych, tak zwanych włókien wzmacniających.

Wiele prac badawczych dotyczyło tych procesów, obejmujących schematycznie pierwszy etap topienia, a następnie klarowania do termicznego albo chemicznego kondycjonowania stopionego szkła celem usunięcia materiału niestopionego i pęcherzyków, z których każdy powoduje defekty widoczne po formowaniu szkła.

W dziedzinie topienia próbowano na przykład przyspieszyć topienie albo polepszyć sprawność energetyczną. Można również wymienić proces polegający na szybkim ogrzewaniu w sposób jednorodny i kontrolowany materiału podatnego na zeszklenie, stosując intensywne mieszanie mechaniczne umożliwiające ścisły kontakt materiału podatnego na zeszklenie, lecz jeszcze stałego, z fazą już ciekłą. Ten sposób jest przedstawiony szczegółowo we francuskich opisach patentowych nr FR 2423452, FR 2281902, FR 2340911, FR 2551746 i stosuje się w nim na ogół urządzenia do ogrzewania elektrycznego typu zanurzonych elektrod.

Opracowano również inny rodzaj sposobu topienia, na przykład typu znanego z amerykańskich opisów patentowych nr US 3627504, US 3260587 albo US 4539034, polegający na stosowaniu jako urządzeń grzewczych palników imersyjnych, to jest palników zasilanych gazem i powietrzem, umieszczonych na ogół w taki sposób, że wychodzą na powierzchnię trzonu pieca w taki sposób, że płomień wytwarza się nawet wewnątrz masy materiału podatnego na zeszklenie w czasie upłynniania.

W tym i innym przypadku, jeżeli udaje się skutecznie zmniejszyć bardzo znacznie czas przebywania materiału podatnego na zeszklenie w komorze topienia, zwiększyć znacznie wydajność produkcji w stosunku do topienia „klasycznego”, to szkło topione ma postać piany, którą poddaje się ostrożnemu klarowaniu, przy czym jest jednak trudno zagwarantować tę samą jakość szkła końcowego, a zwłaszcza szkła optycznego.

Badania przeprowadzono również w dziedzinie klarowania. Z francuskiego opisu patentowego nr FR-2132028 i amerykańskiego opisu patentowego nr US 4919697 jest znany również sposób klarowania drogą wirowania za pomocą urządzenia, którego ściany wewnętrzne wyznaczają cylindryczną komorę o osi pionowej, którą wprawia się w ruch obrotowy. Topione szkło zasila urządzenie w górnej części i rozdziela się ono w komorze tworząc paraboidalną wnękę ustalającą się oczywiście pod działaniem siły odśrodkowej.

Sposób topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie, w którym całą albo część energii cieplnej wymaganą do topienia wymienionych materiałów podatnych na zeszklenie dostarcza się drogą spalania paliwa (paliw) kopalnego (kopalnych) za pomocą co najmniej jednej substancji podtrzymującej palenie, przy czym paliwo (paliwa)/gazy albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, zaś klarowanie materiałów podatnych na zeszklenie po stopieniu prowadzi się przynajmniej częściowo w postaci „cienkiej warstwy”, według wynalazku charakteryzuje się tym, że klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym przedziale znajdującym się za komorą topienia, i przedział, wyposażony w co najmniej jeden środek do wymuszania klarowania topionych materiałów podatnych na zeszklenie w cienkiej warstwie, wprawiasięw ruch obrotowy, zapewniając klarowanie drogą wirowania.

Jako substancję podtrzymującą palenie stosuje się substancję na bazie powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo tlenu.

Materiały podatne na zeszklenie topi się co najmniej w jednej komorze topienia, za pomocą palników przechodzących przez jej ściany boczne, korzystnie przechodzących także przez jej trzon i korzystnie zawieszonych na sklepieniu lub na konstrukcji górnej, przy czym w masie materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia wytwarza się obszary spalania albo gazy spalinowe.

Materiały podatne na zeszklenie miesza się drogą konwekcji za pomocą obszarów spalania wytworzonych przez spalanie paliwa kopalnego za pomocą gazowej substancji podtrzymującej palenie i ewentualnie za pomocą gazów pochodzących ze spalania.

PL 195 774 B1

Reguluje się wysokość masy materiałów podatnych na zeszklenie w komorze topienia oraz wysokość, na której wytwarzają się obszary spalania/gazy pochodzące ze spalania, przy czym utrzymuje się paliwa/gazy spalinowe w masie wymienionych materiałów podatnych na zeszklenie.

Przed topieniem wstępnie ogrzewa się materiały podatne na zeszklenie do temperatury co najwyżej 900°C.

Stosuje się materiały podatne na zeszklenie zawierające surowce i ewentualnie stłuczkę i ewentualnie odpady podatne na zeszklenie i ewentualnie elementy palne, a zwłaszcza kompozyty szkło/tworzywo sztuczne, kompozyty szkło/metal, materiały organiczne i węgiel.

Klarowanie prowadzi się na topionych materiałach podatnych na zeszklenie typu szkła w stanie ₃ spienienia, mającego zwłaszcza masę właściwą od około 0,5 do 2 g/cm³.

Klarowanie prowadzi się na topionych materiałach podatnych na zeszklenie typu szkła w stanie spienienia, w którym większość pęcherzyków ma średnicę co najmniej 100, a nawet co najmniej 200 mm.

Stosuje się materiały podatne na zeszklenie zawierające dodatki wspomagające klarowanie, a zwłaszcza dodatki redukujące typu koksu, korzystnie o średniej ziarnistości mniejszej niż 200 mm, siarczanów albo dodatków na bazie fluoru albo chloru albo azotanów typu NaNO3.

Topienie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej 1380 albo 1350°C, a klarowanie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1500°C.

Klarowanie prowadzi się w samej komorze topienia albo co najmniej w jednym przedziale znajdującym się za komorą topienia, przy czym topionym materiałom podatnym na zeszklenie nadaje się tor opadający na zasadzie siły ciężkości pomiędzy co najmniej dwiema sąsiednimi ścianami, w zasadzie równoległymi względem siebie, przynajmniej częściowo zanurzonymi w masie topionych materiałów podatnych na zeszklenie i nachylonymi względem płaszczyzny trzonu komory topienia albo wymienionego przedziału znajdującego się za komorą topienia.

Klarowanie prowadzi się pomiędzy ścianami połączonymi w jedną całość co najmniej w jednej rurze o przekroju w przybliżeniu prostokątnym, przegrodzonej wzdłużnie.

Klarowanie prowadzi się w postaci cienkiej warstwy o grubości R1/R0 co najmniej 0,8 albo o grubości bezwzględnej co najwyżej 10 cm.

Całość albo część materiałów podatnych na zeszklenie wprowadza się w czasie topienia do komory topienia poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, przy czym klarowanie prowadzi się w przedziale klarowania zawierającym co najmniej jeden aparat, i ten aparat wprawia się w ruch obrotowy, prowadząc klarowanie drogą wirowania, przy czym stosuje się aparat mający ściany wewnętrzne tworzące wnękę w kształcie zbliżonym do wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.

Urządzenie do topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie, zawierające co najmniej jedną komorę topienia wyposażoną w palniki zasilane w paliwo (paliwa) kopalne typu gazu ziemnego i w substancję (substancje) podtrzymującą palenie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki są rozmieszczone w taki sposób, że wstrzykują wymienione paliwa/substancje podtrzymujące palenie albo gazy pochodzące z ich spalania poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, wprowadzonych do komory topienia, oraz środki do klarowania topionych materiałów podatnych na zeszklenie, w postaci „cienkiej warstwy”, co najmniej w jednym przedziale klarowania znajdującym się za wymienioną komorą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przedział klarowania zawiera co najmniej jeden aparat zamocowany obrotowo, zaś ściany wewnętrzne aparatu wyznaczają wnękę w kształcie zbliżonym do wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.

Zamocowany obrotowo aparat jest wyposażony we wnękę z przegrodami przynajmniej na części swojej wysokości, przy czym topione materiały podatne na zeszklenie są usytuowane pomiędzy ścianami wewnętrznymi aparatu i przegrodami, zaś średnia odległość ściany/przegrody jest równa grubości cienkiej warstwy.

Średnia odległość ściany/przegrody określona stosunkiem ich promieni R1/R0 wynosi co najmniej 0,8.

Ściany aparatu są wypełnione elementami ognioodpornymi typu elementów topionych elektrycznie, zawierających materiał termoizolacyjny.

Aparat jest wyposażony w co najmniej jeden środek do wyłapywania stałych cząstek znajdujących się zwłaszcza w jego strefie dolnej, w postaci żłobków/rowków wykonanych w jego ścianach wewnętrznych.

Komora topienia jest wyposażona w co najmniej jeden środek do wprowadzania materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie,

PL 195 774 B1 a zwłaszcza co najmniej w dwa środki korzystnie w postaci otworu (otworów) związanego ze środkiem do wprowadzania typu ślimaka.

Ściany komory topienia, a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się w czasie topienia zmasą materiałów podatnych na zeszklenie, są wykonane na bazie materiałów ogniotrwałych połączonych z systemem chłodzenia za pomocą płynu typu wody.

Ściany komory topienia, a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia, są wykonane na bazie materiałów ogniotrwałych wyłożonych metalowym wypełnieniem typu molibdenu.

Wymienione wypełnienie jest oddalone od ścian utworzonych z materiałów ogniotrwałych.

Wypełnienie tworzy powierzchnię styku z topionymi materiałami, która jest ciągła albo wyposażona w otwory.

Przynajmniej część palników komory topienia jest połączonych ze źródłem płynu nie biorącego udziału w spalaniu, zamiast substancji podtrzymującej palenie i ewentualnie paliwa, a zwłaszcza gazu obojętnego typu N2 i ewentualnie płynu chłodzącego typu wody.

Wynalazek pozwala na stosowanie instalacji bardziej zwartych, bardziej elastycznych w działaniu i ewentualnie o większej wydajności produkcji. Ponadto wynalazek umożliwia wytwarzanie szkła, które dotychczas było trudne do topienia albo do klarowania, i to przy niższych kosztach energii, bez uzyskiwania tych korzyści przemysłowych kosztem jakości wyprodukowanego szkła.

W sposobie i urządzeniu według wynalazku całą albo część energii cieplnej wymaganej do stopienia materiałów podatnych na zeszklenie doprowadza się drogą spalania paliwa kopalnego lub paliw kopalnych z co najmniej jednym gazem podtrzymującym palenie. Wymienione paliwa/gazy albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, zaś klarowanie materiałów podatnych na zeszklenie po stopieniu odbywa się przynajmniej częściowo w „cienkiej warstwie”.

W sensie niniejszego wynalazku przez klarowanie w cienkiej warstwie rozumie się klarowanie, w którym wymusza się płynięcie materiałów podatnych na zeszklenie na bardzo małej głębokości/grubości, na przykład co najwyżej 15 cm, a nawet co najwyżej 10 cm, i to za pomocą różnych środków. Można na przykład wymusić przepływ topionych materiałów pomiędzy dwiema zbliżonymi do siebie ścianami materialnymi, przy czym rozdzielająca je odległość wyznacza głębokość/grubość cienkiej warstwy (przepływ odbywa się na przykład na zasadzie siły odśrodkowej albo po prostu siły ciążenia). Takie cechy charakterystyczne cienkiej warstwy można uzyskać także innymi środkami, a zwłaszcza drogą doboru wymiarów przedziału albo przedziałów klarowania, doboru środków do ich zasilania na wlocie albo ich odprowadzania na wylocie. Niektóre z tych środków będą wyjaśnione szczegółowo dalej. W rzeczywistości największą korzyść z zastosowania małej grubości do strumienia materiałów podatnych na zeszklenie w czasie klarowania polega na tym, że uzyskuje się w ten sposób znaczne skrócenie drogi pęcherzyków zawartych w tych topionych materiałach w kierunku ich wolnej powierzchni albo w kierunku ścian, wzdłuż których są one zmuszone płynąć, oraz na tym, że ułatwia się pękanie i usuwanie tych pęcherzyków.

Okazało się, że faktycznie istnieje nadzwyczaj korzystny synergizm w płaszczyźnie przemysłowej pomiędzy stosowaniem klarowania, nazywanego tu dla uproszczenia „klarowaniem za pomocą palników immersyjnych”, i stosowaniem klarowania „w cienkiej warstwie”, jak to określono wyżej.

Jednak takie połączenie było dalekie od uznania tego jako dowodu synergizmu i można było się spodziewać, że wszystkie te wyszczególnione dalej zalety uzyskuje się tylko za cenę szkła o miernej jakości, co nie było przypadkiem. W rzeczywistości w wynalazku stosuje się klarowanie bardzo szczególne zmieniając poza tym parametr wielkości, a mianowicie zamiast zasilania strefy klarowania w topione „klasyczne” szkło do klarowania, zasila się tu w rzeczywistości w szkło uzyskane przez topienie palnikami imersyjnymi, to jest w szkło o całkiem szczególnych cechach charakterystycznych wtym sensie, że jest ono całkiem spienione, o gęstości stosunkowo niskiej w porównaniu z gęstością standardowego szkła do klarowania. Nic nie pozwalało przypuszczać, że można by klarować prawidłowo szkło w cienkiej warstwie, stosunkowo pieniste na wyjściu.

Zatem w sposób niespodziewany stwierdzono, że takie szkło spienione pochodzące z topienia za pomocą palników imersyjnych miało również cechę charakterystyczną polegającą na zawieraniu w sobie pęcherzyków o stosunkowo znacznej wielkości. Jeżeli szkło na wyjściu komory topienia według wynalazku występuje w postaci pewnego rodzaju piany, która pozostaje do klarowania, to można regulować wielkość pęcherzyków, jakie ona zawiera, a zwłaszcza usuwać je w pewnych korzystnych konfiguracjach. W przypadku pewnych zestawów materiałów podatnych na zeszklenie można usuwać

PL 195 774 B1 prawie wszystkie najmniejsze pęcherzyki, to jest pęcherzyki o średnicy mniejszej niż około 100 mm, a nawet mniejszej niż 200 m m, dokonując na tym szkle w czasie jego topienia czegoś w rodzaju wstępnego „mikroklarowania” przed właściwym klarowaniem po stopieniu, przy czym takie mikroklarowanie ułatwia koalescencję pęcherzyków i znikanie najmniejszych pęcherzyków na korzyść pęcherzyków największych, ułatwione przez dodanie do materiałów podatnych na zeszklenie środków wspomagających klarowanie typu koksu albo siarczanów. Poza tym to szkło na wyjściu z komory topienia ma na ogół stosunkowo małą zawartość części niestopionych. Połączenie „wielkich” pęcherzyków i niewielkich „części niestopionych” umożliwia zatem stosowanie klarowania w cienkiej warstwie ułatwiając znacznie klarowanie, którego przynajmniej część dokonała się faktycznie w czasie topienia. „Wielkie pęcherzyki” mają większą szybkość wznoszenia, ulegają szybszej koalescencji, a wreszcie szybciej usuwają się.

Należy również nadmienić, że szkło pochodzące z topienia za pomocą palników imersyjnych zawiera tylko niewiele siarczanów, których zawartość resztkowa przed klarowaniem może zmniejszać się do co najmniej 600 ppm, a zwłaszcza mniej niż 200 albo 100 ppm, a nawet mniej niż 50 ppm wagowo wyrażone jako SO3, niezależnie od rodzaju materiałów podatnych na zeszklenie, które mogą zawierać dowolne ilości siarczanów. Wyjaśniałoby się to ciśnieniem cząstkowym wody wytwarzanej przez spalanie imersyjne.

Należy nadmienić, że szkło odsiarczone stwarza mniej problemów ze składnikami lotnymi w kąpieli flotowej, mniejsze ryzyko tworzenia się siarczku cyny, a zatem wreszcie mniejsze ryzyko defektów cynowych na płycie szklanej. Zmniejsza to ilość siarczków (a nawet tłumi je całkowicie) w przypadku szkieł zredukowanych, a zwłaszcza siarczków żelaza nadających mało pożądane resztkowe zabarwienie żółte/bursztynowe, albo inkluzji siarczku niklu, które mogą powodować pękanie szkła w czasie obróbki cieplnej typu hartowania.

Wynalazek umożliwia zatem również otrzymywanie szkieł bardzo ubogich w siarczany, nawet przed operacją klarowania, a więc i szkieł co najmniej tak samo ubogich po klarowaniu i to bez konieczności oczyszczania/selekcjonowania materiałów ulegających zeszkleniu w celu zmniejszenia zawartości siarczanów. I odwrotnie, siarczany można nawet dodawać na wyjściu.

Korzystny efekt uzyskany przez połączenie według wynalazku dotyczy również kosztów energetycznych procesu. Topienie za pomocą palników imersyjnych umożliwia brak konieczności odwoływania się do topienia elektrycznego typu zanurzonych elektrod, którego koszt może być znaczny w zależności od kraju. Poza tym, i jest to punkt najważniejszy, topienie za pomocą palników imersyjnych powoduje mieszanie konwekcyjne wewnątrz materiałów podatnych na zeszklenie w czasie upłynniania, co będzie przedstawione szczegółowo dalej. Takie bardzo intensywne mieszanie pomiędzy materiałami jeszcze nie upłynnionymi i tymi materiałami, które są już stopione, jest nadzwyczaj skuteczne i umożliwia topienie materiałów podatnych na zeszklenie o identycznym składzie chemicznym w temperaturze niższej i ewentualnie o wiele szybciej niż za pomocą tradycyjnych środków grzejnych.

Temperatury występujące przy topieniu mogą być na ogół o wiele niższe niż w przypadku zwykłych procesów, co jest bardzo interesujące z punktu widzenia ekonomicznego w kategoriach kosztów energii, jak również drogą wyboru materiałów typu materiałów ogniotrwałych stosowanych przy montażu instalacji na zasadzie „im mniej ciepła, tym korodują wolniej”.

Czasy przebywania w strefie topienia oraz w strefie klarowania są znacznie krótsze i bardziej zgodne, co jest oczywiście korzystne dla wydajności produkcji i wielkości instalacji jako całości. Jednocześnie wynalazek umożliwia stosowanie instalacji bardzo zwartych. W rzeczywistości topienie za pomocą palników imersyjnych, zawsze dzięki intensywnemu mieszaniu, jakie ono wywołuje, umożliwia znaczne zmniejszenie wielkości komory topienia, a klarowanie w cienkiej warstwie ma takie same skutki dla wielkości przedziału albo przedziałów, w których dokonuje się ta operacja. Zmniejszając zatem głębokość szkła w czasie klarowania usuwa się szybciej pęcherzyki i można zmniejszyć znacznie „długość” (w sensie płynięcia szkła) przedziału albo przedziałów klarowania. Instalacja może więc być na ogół bardzo zwarta z oczywistymi zyskami w kategoriach kosztów konstrukcji, prostoty działania i zmniejszenia zużycia materiałów konstrukcyjnych.

Co się tyczy operacji topienia, to wybrana substancja podtrzymująca palenie może według wynalazku być oparta na powietrzu, powietrzu wzbogaconym w tlen albo nawet w zasadzie tylko na tlenie. Duże stężenie tlenu w substancji podtrzymującej palenie jest w rzeczywistości korzystne z różnych względów. Zmniejsza się więc objętość spalin, co jest korzystne pod względem energetycznym ico pozwala na uniknięcie wszelkiego ryzyka nadmiernej fluidyzacji materiałów podatnych na zeszklenie, która może powodować wyrzucanie ich na górne części i sklepienie komory topienia. Poza

PL 195 774 B1 tym otrzymane „płomienie” są krótsze i bardziej emisyjne, co umożliwia szybsze przechodzenie ich energii do materiałów podatnych na zeszklenie i dodatkowo zmniejszenie, jeżeli jest to pożądane, głębokości kąpieli materiałów podatnych na zeszklenie w czasie upłynniania. Mówi się tu o „płomieniach”, lecz nie są to koniecznie płomienie w sensie zwykłego znaczenia tego określenia. Można mówić ogólniej, jak to będzie występować w dalszym tekście, o „obszarach spalania”. Poza tym każda ewentualna emisja gazowego, zanieczyszczającego NOX jest w ten sposób zmniejszona do minimum.

Co się tyczy wyboru paliwa, to może być ono typu gazowego paliwa kopalnego albo nie, takiego jak gaz ziemny, propan, mazut albo każde inne paliwo węglowodorowe, przy czym może chodzić także i o wodór. Sposób topienia za pomocą palników imersyjnych według wynalazku jest wtedy korzystnym środkiem wykorzystania wodoru, dającego się z trudem wykorzystywać w palnikach „powietrznych” nieimersyjnych, zakładając mało emisyjny charakter płomieni uzyskanych drogą spalania pomiędzy H2i O2.

Połączenie przy topieniu za pomocą palników imersyjnych stosowania tlenowego środka podtrzymującego palenie i paliwa wodorowego jest dobrym środkiem zapewniającym skuteczne przenoszenie energii cieplnej od palników do topionego szkła, co prowadzi zresztą do procesu całkowicie „właściwego”, to jest bez emisji tlenku azotu NOX, ani gazu z efektem zmniejszenia objętości typu CO2 innego niż gaz, który może pochodzić z odwęglania surowców.

Topienie według wynalazku prowadzi się korzystnie co najmniej w jednej komorze topienia, którą wyposaża się w palniki rozmieszczone w taki sposób, że ich obszary spalania albo gazy ze spalania wytwarzają się w masie materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia. W ten sposób można je przepuścić przez ściany boczne, trzon i ewentualnie zawiesić je od góry, przytwierdzając je do sklepienia albo każdej odpowiedniej konstrukcji górnej. Te palniki mogą być tego rodzaju, że ich przewody doprowadzające gazy są na tym samym poziomie, co i ściana, przez którą one przechodzą. Może być także korzystne, gdy te przewody „wchodzą” przynajmniej częściowo w masę materiałów podatnych na zeszklenie w taki sposób, aby unikać zbyt dużej bliskości płomieni od ścian i nie powodować przedwczesnego zużycia materiałów ognioodpornych. Można także dobrać wstrzykiwanie tylko gazów spalinowych, przy czym obszary spalania wytwarzają się poza komorą topienia.

Jak wspomniano wyżej, okazało się, że taki sposób ogrzewania powodował na skutek konwekcji intensywne mieszanie materiałów podatnych na zeszklenie. Pętle konwekcyjne tworzą się w ten sposób po obydwóch tronach obszarów spalania albo „płomieni” albo strumieni gazów spalinowych mieszając w sposób ciągły bardzo skutecznie materiały stopione i jeszcze nie stopione. Rozpoznaje się wten sposób bardzo korzystne cechy charakterystyczne topienia „z mieszaniem” bez uciekania się do mechanicznych środków mieszających, mało niezawodnych i ewentualnie podatnych na szybkie zużycie.

Zatem wysokość masy materiałów podatnych na zeszklenie w komorze topienia, jak również wysokość, na której wytwarzają się obszary spalania albo gazy pochodzące ze spalania, reguluje się w tym celu, aby obszary spalania/gazy pozostawały w masie wymienionych materiałów podatnych na zeszklenie. Umożliwia to ustalenie się cyrkulacyjnych pętli konwekcyjnych w materiale w trakcie upłynniania.

Na ogół ten rodzaj topienia umożliwia znaczne zmniejszanie emisji wszelkiego rodzaju pyłów na poziomie komory topienia oraz gazów typu NOX, ponieważ wymiana ciepła dokonuje się bardzo szybko, unikając szczytów temperaturowych sprzyjających tworzeniu się tych gazów.

Zmniejsza to również znacznie emisję gazów typu CO2, przy czym ogólne zużycie energii w instalacji jest mniejsze niż w przypadku urządzeń konwencjonalnych, w których stosuje się piece płomieniowe działające na przykład na zasadzie inwersji.

Można również przewidzieć poprzedzanie topienia etapem wstępnego ogrzewania materiałów podatnych na zeszklenie, jednak w temperaturze wyraźnie niższej niż temperatura wymagana do ich upłynnienia, na przykład w temperaturze co najwyżej 900°C. Dla przeprowadzenia takiego ogrzewania wstępnego można korzystnie odzyskiwać energię cieplną gazów odlotowych. Przez odbieranie z nich ciepła można na ogół zmniejszyć specyficzne zużycie energii w instalacji.

Materiały podatne na zeszklenie mogą zawierać surowce, lecz także stłuczkę, a nawet odpady przeznaczone do zeszklenia. Mogą one zawierać również elementy palne (organiczne), a zatem można zawracać na przykład włókna mineralne nasycone spoiwem (typu włókien stosowanych w izolacjach cieplnych albo akustycznych albo włókien stosowanych do wzmacniania materiału z tworzywa sztucznego), oszklenie płytowe z foliami polimerycznymi typu poliwinylobutyralu, takie jak przednie szyby pojazdów albo każdy rodzaj materiału „kompozytowego” łączącego szkło i materiały z tworzyw sztucznych, takie jak niektóre butelki. Można także zawracać „kompozyty szkło-metal albo kompozyty

PL 195 774 B1 metalowe”, takie jak oszklenia funkcyjne z powłokami zawierającymi metale, które są trudne do zawracania, ponieważ powoduje to ryzyko ciągłego wzbogacania się komory topienia w metale gromadzące się na powierzchni trzonu. Mieszanie spowodowane przez topienie według wynalazku umożliwia unikanie takiego osiadania, a zatem zawracania na przykład oszklenia pokrytego warstwami emalii, warstwami metalu i ewentualnie różnymi elementami mikropołączeń.

Wynalazek pozwala więc na zawracanie wszystkich tych elementów kompozytowych zawierających szkło dzięki topieniu w piecu szklarskim za pomocą palników imersyjnych. Można przewidzieć zwłaszcza piece z palnikami imersyjnymi, których działanie podstawowe polega na wytwarzaniu stłuczki z takich różnych materiałów do zawracania, przy czym stłuczka może służyć wreszcie zwłaszcza jako surowiec, połączony albo nie ze stłuczką standardową, do tradycyjnych pieców szklarskich.

Można także przewidzieć wprowadzanie całkowicie albo częściowo materiałów podatnych na zeszklenie do komory topienia w czasie topienia poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie. Część tych materiałów można wprowadzać w zwykły sposób powyżej masy w trakcie topienia, a resztę poniżej, na przykład za pomocą urządzeń podających typu ślimaka. Materiały można wprowadzać także bezpośrednio do masy w czasie upłynniania, w jednym punkcie albo w różnych punktach rozmieszczonych w ścianach komory topienia. Takie bezpośrednie wprowadzanie do masy materiałów w czasie topienia (określonej dalej jako „kąpiel szklana”) jest korzystne ponadto z jednego powodu: przede wszystkim zmniejsza ono znacznie całe ryzyko unoszenia się surowców ponad kąpielą szklarską, a zatem zmniejsza do minimum stopień emitowania przez piec stałych pyłów. Wreszcie umożliwia ono lepszą kontrolę minimalnego czasu przebywania wymienionych materiałów przed wyciągnięciem ich w kierunku strefy klarowania i wprowadzania ich selektywnie tam, gdzie mieszanie konwekcyjne jest najbardziej intensywne, zgodnie z rozmieszczeniem palników imersyjnych. Ten albo te punkty wprowadzania do kąpieli szklanej mogą znajdować się zatem w pobliżu powierzchni albo głębiej w kąpieli szklanej, na przykład na wysokości kąpieli szklanej zawartej pomiędzy 1/5 i 4/5 całkowitej głębokości kąpieli licząc od poziomu trzonu, albo pomiędzy 1/3 i 2/3 wymienionej głębokości.

Widać, że sposób według wynalazku umożliwia zawracanie materiałów z tworzyw sztucznych w postaci wyrobów kompozytowych związanych w sposób szczególny ze szkłem, przy czym te tworzywa sztuczne służą w ten sposób jako część paliwa. Możliwe jest również i korzystne wprowadzanie całkowicie albo częściowo paliwa, koniecznego do stopienia za pomocą palników imersyjnych, w postaci paliwa stałego (materiały organiczne typu polimerów, węgiel) albo nawet paliwa ciekłego, przy czym to paliwo zastępuje się przynajmniej częściowo przez paliwa ciekłe (zwłaszcza kopalne) albo gazowe zasilające palniki. Określenie „materiały podatne na zeszklenie albo „surowce” stosowane na ogół w niniejszym tekście obejmuje materiały konieczne do uzyskania osnowy szklanej (albo ceramicznej albo szklano-ceramiczne) oraz również wszystkie dodatki (dodatki do klarowania, itp.), wszystkie paliwa ciekłe albo ewentualnie stałe (tworzywa sztuczne materiałów kompozytowych albo nie, materiały organiczne, węgle, itp.) i wszelkiego rodzaju stłuczki.

Można zawracać także szkła pokryte foliami typu poliwinylobutyralu, takie jak przednie szyby pojazdów, albo innego rodzaju materiały kompozytowe łączące szkło i materiały tworzyw sztucznych, takie jak na przykład niektóre butelki.

Zawracać można także szkła funkcyjne z powłokami zawierającymi metale, trudne dotychczas do zawracania, ponieważ pociąga to za sobą postępujące wzbogacanie się komory topienia w metale gromadzące się na powierzchni trzonu. Mieszanie spowodowane przez topienie według wynalazku pozwala na uniknięcie takiego osiadania, a zatem na zawracanie na przykład szkieł pokrytych warstwami emalii, warstwą metalu i różnymi elementami mikrołącznikowymi.

Sposób według wynalazku można stosować przy podwyższonej zawartości stłuczki.

Jak wspomniano wyżej, klarowanie według wynalazku opiera się na pracy ma topionych materiałach podatnych na zeszklenie typu szkła w stanie stosunkowo spienionym. Taka „piana” ma typowo masę właściwą od około 0,5 do 2 g/cm³, a zwłaszcza od 1 do 2 g/cm³, na przykład w porównaniu zmasą właściwą rzędu 2,3 albo 2,4 g/cm³ szkła niespienionego, może mieć zawartość siarczanów co najwyżej 600, a nawet co najwyżej 100 ppm, wyrażoną w ciężarze SO3, a przede wszystkim zawierać większość pęcherzyków o średnicy co najmniej 100 albo 200 mm.

W celu poprawy wyników klarowania dodaje się do materiałów podatnych na zeszklenie różne dodatki wspomagające klarowanie, przy czym celem jest spowodowanie zniknięcia ze szkła pęcherzyków o średnicy mniejszej niż 100, a nawet mniejszej niż 200 mm, począwszy od etapu topienia, jak wspomniano wyżej. Może przy tym chodzić o dodatki redukujące, takie jak koks (który umożliwia także nastawienie wskaźnika redoks szkła). W tym przypadku korzystne jest dobranie pyłu koksowego

PL 195 774 B1 o średniej ziarnistości mniejszej niż 200 mm, przy czym może chodzić również o siarczany. Inne dodatki wspomagające klarowanie będą prawdę mówiąc skuteczne raczej w stadium klarowania, po stadium topienia. Umożliwiają one zwłaszcza „destabilizację” piany, przy czym chodzi tu na przykład o fluor albo związek fluorowany albo chlorowany, najogólniej o halogenki, albo o azotany typu NaNO3. Fluor (chlorowiec) wydaje się obniżać lepkość szkła i ułatwia zatem drenaż błonek, które tworzą się pomiędzy pęcherzykami, przy czym drenaż sprzyja opadaniu piany. Obniża on również napięcie powierzchniowe szkła.

Sposób według wynalazku umożliwia prowadzenie topienia w temperaturach nie przekraczających 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej 1380 albo 1350°C, i klarowanie w temperaturach nie przekraczających 1500°C.

Okazało się, że wielką korzyść związaną z przepływem w cienkiej warstwie osiągano wtedy, gdy można było stłumić cały strumień powrotny, mając w przedziale klarowania przepływ typu przepływu tłokowego. Przy przepływie tłokowym topione materiały nie mają już składowej prędkości skierowanej do dołu, a pęcherzyki mające skłonność do wznoszenia się do góry w kierunku powierzchni szkła nie mogą już być zmuszone do „ponownego zanurzania się” w kąpieli na skutek porywania przez stłumione w ten sposób konwekcyjne strumienie recyrkulacyjne.

Klarowanie w cienkiej warstwie prowadzi się albo w samej komorze topienia albo co najmniej w jednym przedziale statycznym usytuowanym za nią, nadając topionym materiałom podatnym na zeszklenie tor opadający na zasadzie siły ciężkości pomiędzy co najmniej dwiema sąsiadującymi ścianami, w zasadzie równoległymi do siebie, przynajmniej częściowo zanurzonymi w topionej masie i nachylonymi względem płaszczyzny trzonu komory albo przedziału w czasie topienia (albo mówiąc inaczej nachylonymi zgodnie z płaszczyznami w zasadzie równoległymi względem siebie i nachylonymi względem wzdłużnej osi komory topienia albo przedziału znajdującego się za nią). Te ściany mogą być zintegrowane w jednym albo kilku elementach konstrukcyjnych, takich jak elementy rurowe, zwłaszcza o przekroju w przybliżeniu prostokątnym, przegrodzone wzdłużnie (kilkoma ścianami działowymi). W ten sposób klarowanie uzyskuje się tworząc pewną liczbę cienkich warstw szkła do klarowania płynącego wzdłuż „lameli” utworzonych przez wymienione wyżej ściany, przy czym sposób klarowania będzie przedstawiony szczegółowo w dalszym tekście za pomocą figur.

Klarowanie można też prowadzić za komorą topienia, w przedziale podatnym na wprowadzanie go w ruch obrotowy w celu przeprowadzenia klarowania drogą wirowania, przy czym ten przedział jest wyposażony ponadto w środki do wymuszania klarowania materiałów podatnych na zeszklenie w cienkiej warstwie o grubości względnej R1/R0 co najmniej 0,8 albo w wartościach bezwzględnych o „grubości bezwzględnej” co najwyżej 10 cm. Klarowanie można także przeprowadzić najpierw w pierwszym przedziale statycznym, a następnie w drugim przedziale obrotowym.

W sensie wynalazku stosunek R1/R0 rozumie się następująco: R0 jest średnim promieniem prawie cylindrycznej wnęki, która wyznacza przedział i w której płynie topiony materiał, a R1 oznacza średni promień środków przegradzających, które wprowadza się do wnęki w celu nadania topionym materiałom toru pomiędzy wewnętrznymi ścianami wnęki i środkami przegradzającymi.

Określenia „przed” i „za” odnoszą się tu do kierunku przepływu szkła w instalacji od załadowania pieca materiałami podatnymi na zeszklenie w komorze topienia aż do ściągania sklarowanego szkła.

Proces topienia/klarowania według wynalazku umożliwia produkcję szkieł o składach i właściwościach bardzo różnych. Dzięki swojej małej bezwładności umożliwia on zresztą przechodzenie od jednego do drugiego składu z bardzo krótkimi czasami przejścia. Umożliwia on również zasilanie w sklarowane stopione szkło instalacji do formowania szkła płaskiego, szkła butelkowego, waty szklanej albo wzmacniających włókien szklanych.

Sposób umożliwia zatem produkcje szkieł względnie zredukowanych, mających zwłaszcza wskaźnik redoks większy albo równy 0,3 (wskaźnik redoks określa się jako stosunek procentowej zawartości wagowo żelaza żelazawego FeO do całkowitej zawartości żelaza wagowo w zestawie wyrażonej jako Fe2O3).

Sposób umożliwia również produkcję szkieł o zwiększonej zawartości SiO2, na przykład co najmniej 72 albo nawet co najmniej 75% wagowo, to jest szkieł na ogół trudnych do topienia, lecz interesujących zwłaszcza w kategoriach kosztów surowców, z uwagi na fakt, że mają one niską gęstość i bardzo dobrą zgodność z materiałami z tworzyw sztucznych. Sposób umożliwia również produkcję szkieł o dość szczególnych właściwościach, o dużej zawartości tlenku metali ziem alkalicznych, na przykład zawierających co najmniej 18% wagowo CaO, i zresztą dość korozyjnych w przypadku tradycyjnych procesów topienia w temperaturze wyższej niż w wynalazku, jak również szkieł o niskiej

PL 195 774 B1 zawartości tlenku sodowego, co najwyżej 11% wagowo, albo szkieł o niskiej zawartości siarczanów, na przykład co najwyżej 600 ppm. Szkła zawierające żelazo, o podwyższonym wskaźniku redoks, lecz o niskiej zawartości siarczanów, umożliwiają również uzyskanie szkieł o błękitnej barwie resztkowej, szczególnie estetycznej i poszukiwanej w dziedzinie szkła płaskiego do pojazdów samochodowych i na przykład do stosowania w budownictwie. Można otrzymywać zatem bardzo selektywne szkła przeciwsłoneczne, na które można nakładać warstwy przeciwsłoneczne celem zwiększenia ich osiągów cieplnych, na przykład typu TiN.

Urządzenie do topienia i klarowania według wynalazku zawiera co najmniej jedną komorę topienia wyposażoną w palniki zasilane paliwami kopalnymi typu gazu (ziemnego) i w substancje podtrzymujące palenie, typu powietrza albo tlenu. Palniki są rozmieszczone w taki sposób, że wstrzykują te gazy albo gazy pochodzące ze spalania poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie wprowadzanej do komory topienia. Środki wymuszające topienie się materiałów podatnych na zeszklenie w „cienkiej warstwie” są zawarte w samej komorze topienia albo co najmniej w jednym, znajdującym się za nią przedziale klarowania.

Komora topienia może być wyposażona w co najmniej jeden środek do wprowadzania materiałów podatnych na zeszklenie poniżej poziomu kąpieli szklanej, a zwłaszcza co najmniej w dwa środki, korzystnie w postaci otworów w ścianie połączonych ze środkiem doprowadzającym typu ślimaka. Wten sposób minimalizuje się ryzyko porywania pyłów, przewidując ewentualnie także wprowadzanie nad kąpielą szklarską w przypadku takich materiałów podatnych na zeszklenie, jak krzemionka, na których można prowadzić operację ogrzewania wstępnego bez ryzyka wchłaniania ciepła do masy.

Wynalazek dotyczy również ulepszeń ścian komory topienia przeznaczonych do stykania się z kąpielą szklaną, przy czym możliwy jest szereg wariantów. W niektórych przypadkach można stosować po prostu znane materiały ogniotrwałe na bazie tlenków, takich jak tlenek glinowy, cyrkon, tlenek chromu, materiały ogniotrwałe, tak zwane materiały AZS (glin-cyrkon-krzem). Preferuje się na ogół łączenie ich z systemem chłodzenia drogą cyrkulacji płynu typu wody („płaszcz wodny” albo po francusku chłodzenie za pomocą skrzyni wodnej). Umieszczenie płaszcza wodnego można przewidywać po stronie zewnętrznej, przy czym materiały ognioodporne znajdują się wtedy w kontakcie ze szkłem albo po stronie wewnętrznej. Płaszcz wodny ma wtedy zadanie wytworzenia strumienia szkła chłodniejszego w pobliżu materiałów ognioodpornych, ponieważ kąpiel szklarska wytwarzana przez palniki imersyjne powoduje napór na ściany silnych prądów konwekcyjnych.

Inny wariant polega na niestosowaniu materiałów ogniotrwałych w strefie kąpieli szklarskiej, lecz tylko wspomnianego wyżej płaszcza wodnego.

Inny wariant polega na stosowaniu materiałów ogniotrwałych (ewentualnie połączonych z systemem chłodzącym typu płaszcza wodnego) i wyłożeniu ich wypełnieniem z metalu silnie żaroodpornego, takiego jak molibden (albo stop molibdenu). To wypełnienie może być korzystnie utrzymywane w pewnej odległości (na przykład 1 do kilku milimetrów) od ścian z materiałów ogniotrwałych i może nadawać kąpieli szklarskiej ciągłą powierzchnię styku (płyta (płyty) pełna z molibdenu) albo nieciągłą (płyta (płyty) perforowana z Mo). To wypełnienie ma na celu unikanie w sposób mechaniczny konwekcji skierowanej od szkła do materiałów ogniotrwałych, wytwarzając „uspokojoną” warstwę szkła wzdłuż materiałów ogniotrwałych, a nawet powodując brak wszelkiego kontaktu szkła z nimi.

W komorze topienia przewidziano korzystnie całość albo część palników zanurzonych w taki sposób, że mogą one wstrzykiwać do kąpieli szklarskiej płyn nie biorący udziału w spalaniu, zastępujący (czasowo) substancję podtrzymującą palenie i ewentualnie paliwo. Ten płyn może być gazem obojętnym typu N2 albo płynem chłodzącym typu ciekłej wody odparowującej natychmiast w kąpieli szklarskiej. Fakt wstrzymania w ten sposób czasowo spalania z jednoczesną kontynuacją wstrzykiwania płynu na poziomie palnika ma na ogół dwa cele: albo zatrzymanie działania palnika, a ponadto na ogół całej komory topienia, przy czym gaz obojętny typu N2 umożliwia zabezpieczenie komory na poziomie palników, albo wymianę palnika na inny, gdy pozostałe palniki działają, wciąż w obecności topionej kąpieli szklarskiej. W tym przypadku, jak będzie przedstawione szczegółowo dalej, rzucanie we właściwy sposób wody poprzez palniki umożliwia czasowe krzepnięcie szkła na palnikiem wytwarzając rodzaj dzwonu, co pozostawia czas wystarczający do przystąpienia do wymiany bez pokrywania się palnika szkłem.

Przedział klarowania zawiera kanał przepływowy, składający się z kanału właściwego i sklepienia. Środki do wymuszania klarowania się materiałów podatnych na zeszklenie w cienkiej warstwie, a zwłaszcza na głębokości mniejszej niż 15 cm, wytwarzając w ten sposób przepływ typu przepływu

PL 195 774 B1 tłokowego, są rzędu na przykład strukturalnego i mają odpowiednio dobrany stosunek średniej wysokości do średniej szerokości kanału, stosunek mniejszy niż 1, a nawet mniejszy niż 0,5.

Ten kanał może zawierać, łącznie albo alternatywnie z poprzednimi środkami, środki do wymuszania klarowania się materiałów podatnych na zeszklenie w cienkiej warstwie w postaci środków regulujących przepustowość materiałów na wejściu i ewentualnie na wyjściu kanału, albo bezpośrednio przed tym ostatnim.

Ten kanał może zawierać, łącznie albo alternatywnie z poprzednimi środkami, inne środki do uzyskania klarowania w cienkiej warstwie z przepływem tłokowym. W rzeczywistości te środki polegają na uwzględnieniu przepustowości materiałów w przedziale klarowania oraz powierzchni rozwiniętej przez kąpiel topionych materiałów w przedziale topienia, w sposób wyznaczający głębokość wystarczająco niską do uzyskania cienkiej warstwy z przepływem tłokowym. Kanał może być zresztą wyposażony w środki grzejne, zwłaszcza typu konwencjonalnych palników umieszczonych nad materiałami podatnymi na zeszklenie, korzystnie palników tlenowych.

Kanał może być wyposażony również w środki do homogenizacji materiałów podatnych na zeszklenie, na przykład typu mieszadeł mechanicznych.

Komora topienia albo znajdujący się za nią przedział klarowania korzystnie zawierają co najmniej jeden strukturalny środek do klarowania w cienkiej warstwie, w postaci co najmniej dwóch sąsiednich, prawie równoległych ścian, przeznaczonych do pogrążenia przynajmniej częściowo w masie przeznaczonej do klarowania i nachylonych względem trzonu komory albo przedziału. Te ściany są korzystnie zintegrowane w opisanym wyżej elemencie rurowym albo elementach rurowych. Są one rozmieszczone korzystnie w samej komorze topienia i kończą się w otworze spustowym za wymienioną komorą.

Przedział klarowania zawiera korzystnie co najmniej jedno urządzenie nadające się do wprawienia w ruch obrotowy w celu zapewnienia klarowania przez wirowanie, przy czym ściany wewnętrzne wymienionego urządzenia wyznaczają kształt prawie wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.

W celu spowodowania krążenia materiałów podatnych na zeszklenie w tym urządzeniu odśrodkowym w cienkiej warstwie można wyposażyć wnękę tego ostatniego w przegrodę (przegrody) przynajmniej na części jej wysokości, zmuszając topione materiały do płynięcia pomiędzy wewnętrznymi ścianami urządzenia i jego przegrodami, przy czym średnia odległość ściany/przegrody wyznacza grubość cienkiej warstwy. W rzeczywistości zgodnie z wynalazkiem zapobiega się tworzeniu profilu w kształcie paraboli, który topione szkło przyjmuje w sposób naturalny, gdy jest wirowane „swobodnie”, to jest rozdzielone tylko przez ściany zewnętrzne typu cylindrycznego. I odwrotnie, zgodnie zwynalazkiem zmusza się je do rozciągania się wzdłuż ścian urządzenia i przegród, które zainstalowano w korpusie wirówki, o grubości względnie stałej na wysokości wirówki i o wiele cieńszej niż gdyby pozwolono ustabilizować się wspomnianemu wyżej profilowi paraboidalnemu szkła. W ten sposób zyskuje się znacznie na wydajności, pęcherzyki pękają pod działaniem siły dośrodkowej o wiele szybciej na przegrodach, a droga pęcherzyków jest o wiele krótsza. Można mówić wtedy o przepływie tłokowym. Pozwala to zmniejszyć wysokość wirówki, przy czym jej wielkość zabezpiecza te same osiągi. Odległość przegrody/ściany wynosi korzystnie co najwyżej kilka centymetrów albo jest wyznaczona przez stosunek R1/R0 co najmniej 0,8, przy czym stosunek wyjaśniono wyżej.

Zgodnie z korzystną koncepcją urządzenie zasila się w części górnej w topione materiały podatne na zeszklenie w przypadku statycznego środka doprowadzającego typu kanału przepływowego. Te środki doprowadzające mogą zawierać co najmniej jeden przedział pod zmniejszonym ciśnieniem w celu umożliwienia zasilania urządzenia i ewentualnie prowadzenia pierwszego klarowania.

Urządzenie może być wyposażone korzystnie w środki do wyłapywania cząstek stałych o gęstości większej niż gęstość szkła, przy czym środki są zlokalizowane zwłaszcza w jego strefie dolnej w postaci rowków/żłobków wykonanych w jego ścianach wewnętrznych. Szybkość obracania się urządzenia dobiera się korzystnie od 100 do 1500 obrotów na minutę.

Urządzenie może być wyposażone również w środki mechaniczne stałe albo nadążające za jego obracaniem się i zdolne do ścinania piany i ściągania jej od góry do dołu, w kierunku strefy dolnej urządzenia, skąd ściąga się sklarowane szkło. Takie środki mają zwłaszcza postać perforowanych deflektorów i skrzydełek rozmieszczonych w górnej strefie wymienionego urządzenia.

Urządzenie według wynalazku jest przystosowane do topienia i klarowania szkieł o bardzo różnych zestawach, zarówno szkieł przeznaczonych do zasilania instalacji flotowej do wytwarzania szkła

PL 195 774 B1 płaskiego, jak i zasilających oprzyrządowanie do formowania szkła butelkowego albo oprzyrządowania do przędzenia włókien, typu urządzenia z wirowaniem wewnętrznym.

Pozą tym do produkcji za pomocą urządzeń według wynalazku są oczywiście szczególnie interesujące wszystkie szkła standardowe typu szkieł krzemowo-sodowo-wapniowych i różne typy szkieł specjalnych, a zwłaszcza szkieł uważanych dotychczas za trudne do topienia.

Przykładowo, szkła o niskiej zawartości Na2O i stosunkowo wysokiej zawartości tlenków metali ziem alkalicznych, a zwłaszcza CaO, są korzystne pod względem ekonomicznym w kategoriach kosztów surowców, lecz dość korozyjne w konwencjonalnych temperaturach topienia i stosunkowo trudne do topienia drogą procesów klasycznych. Może przy tym chodzić o zestawy szkła znane na przykład z francuskiego opisu patentowego nr FR 97/08261 z dnia 1 lipca 1997, takie jak (% wagowo):

SiO2 72-74,3%

Al2O3 0-1,6%

Na2O 11,1-13,3%

K2O 0-1,5%

CaO 7,5-10%

MgO 3,5-4,5%

Fe2O3 0,1-1% albo ponadto zestawy typu (wyrażone w procentach wagowo):

SiO2 66-72, a zwłaszcza 68-70%

Al2O3 0-2%

Fe2O3 0-1%

CaO 15-22%

MgO 0-6, a zwłaszcza 3-6%

Na2O 4-9, a zwłaszcza 5-6%

K2O 0-2, a zwłaszcza 0-1%

SO3 ślady

Następujący przykład ilustruje tę rodzinę zestawów:

SiO2 69%

Al2O3 1%

Fe2O3 0,1%

CaO 18,9%

MgO 5%

Na2O 5,6%

K2O 0-3%

SO3 ślady

To szkło ma dolną temperaturę odprężania, nazywaną również „temperaturą zanikania naprężeń”, 590°C (temperatura, w której szkło ma lepkość 1014,5 puazów). Szkło ma również temperaturę likwidusa 1225°C, temperaturę T(log2) 1431°C i temperaturę T(log3,5) 1140°C [Tlog(2) i Tlog(3,5) odpowiadają temperaturom, które ma szkło, gdy w osiąga w puazach lepkość odpowiednio Iog2 i Iog3,5]. Ma ono przy tym właściwości szkła ogniochronnego, wynikające z jego podwyższonej temperatury mięknienia, wyższej niż 800°C, i odpowiednich właściwości dla stosowania w osłonach plazmowych dzięki jego wyższej „temperaturze zanikania naprężeń”.

Pod względem ekonomicznym równie interesujące są szkła o wysokiej zawartości krzemu, o stosunkowo niskiej gęstości, których zakres zestawów, wyrażany zawsze w procentach wagowo, jest następujący:

SiO2 72do80%

CaO + MgO + BaO 0,3 do 14%

Na2O 11do17% tlenki metali alkalicznych 11 do 18,5%

Al2O3 0,2do2%

B2O3 0do2%

Fe2O3 0do3%

SO3 ewentualnie ślady koks 0-600 ppm oraz ewentualnie barwne tlenki metali, takie jak tlenek Ni, Cr, Co, itp.).

(Te szkła mają właściwość szczególnej lepkości).

PL 195 774 B1

Następujący przykład ilustruje tę rodzinę zestawów:
SiO₂	76,4%
^Fe2^O3	0,1%
Al2O3	0,1%
CaO	7,6%
MgO	5%
Na2O	10%
K2O	0,3
Ma ono gęstość około 2,46 (w porównaniu z gęstościami 2,52 standardowego szkła krzemowo-

-sodowo-wapniowego typu „Planilux”, wprowadzonego do handlu przez firmę Saint-Gobain Vitrage).

Z powyższego widać również, że za pomocą sposobu według wynalazku można było otrzymać szkła zredukowane, których wysoki wskaźnik redoks, zawartość żelaza i niska zawartość siarczanów umożliwiają otrzymanie szkieł o niebieskiej barwie resztkowej.

Za pomocą sposobu według wynalazku można produkować także szkła o zerowej albo prawie zerowej zawartości tlenków alkalicznych typu Na2O, a zwłaszcza pod względem ich zastosowania do oszklenia przeciwogniowego albo na podłoża stosowane w przemyśle elektronicznym. W przypadku takich zestawów można odnieść się zwłaszcza do europejskich opisów patentowych nr EP-526272 i EP-576362.

Sposobem według wynalazku można produkować również i inne szkła, a zwłaszcza szkła o niskiej zawartości MgO typu szkieł znanych z europejskiego opisu patentowego nr EP-688741 i zgłoszenia patentowego nr WO 96/00194.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji topienia/klarowania, fig. 2 - schemat instalacji topienia/klarowania, w której stosuje się urządzenie do klarowania drogą wirowania, fig. 3 - urządzenie do klarowania instalacji przedstawionej na fig. 2, w widoku w powiększeniu, fig. 4 - schemat instalacji topienia/klarowania, w której stosuje się klarowanie za pomocą lameli w samej komorze topienia, fig. 5 schematycznie, w przekroju poprzecznym, palnik imersyjny, w który jest wyposażona komora topienia instalacji przedstawionych na poprzednich figurach.

Te figury nie muszą być konieczne przedstawione w skali i dla większej jasności są nadzwyczaj uproszczone.

Przedstawiony na fig. 1 kanał 1 umożliwia jednocześnie wprowadzanie do komory topienia 2 przez sklepienie 3 materiałów podatnych na zeszklenie i odprowadzanie gazów spalinowych. Te gazy spalinowe ogrzewają wstępnie materiały podatne na zeszklenie, przez co odzyskuje się ich energię cieplną.

Do surowców nadających się do takiego wprowadzania nad kąpielą szklarską 7 należy zwłaszcza krzemionka, podatna na wstępne ogrzewanie bez wchłaniania do masy. Resztę surowców wstrzykuje się co najmniej w jednym punkcie 1 usytuowanym poniżej poziomu kąpieli szklarskiej 7, zwłaszcza przez otwór zasilany ślimakiem. Przedstawiono tu tylko jeden taki punkt wstrzykiwania, znajdujący się poza tym raczej na wysokości, w stosunku do całkowitej wysokości kąpieli szklanej B, około 2/3 tej wysokości i na ścianie czołowej komory.

W rzeczywistości można przewidzieć kilka punktów wstrzykiwania w ścianach (ściany czołowe albo ściany boczne) na tej samej wysokości albo na innej, a zwłaszcza albo w górnej połowie albo w dolnej połowie tej wysokości B, na przykład pomiędzy 1/3 i 2/3 tej wysokości. W istocie takie bezpośrednie wstrzykiwanie do kąpieli szklarskiej pozwala na znaczne zmniejszenie stopnia unoszenia się (emisja stałych pyłów) nad kąpielą. Poza tym, zgodnie ze swoją konfiguracją, umożliwia ono skierowanie materiałów do tego miejsca, w którym mieszanie konwekcyjne jest najsilniejsze i ewentualnie wzięcie pod uwagę, aby te materiały pozostawały w ciągu co najmniej pewnego minimalnego okresu czasu w komorze 2 zanim przejdą do strefy klarowania.

Trzon 4 komory jest wyposażony w rzędy palników 5, które przechodzą przez niego i wchodzą do komory topienia na niższej wysokości. Palniki 5 są wyposażone korzystnie w środki chłodzące (nie pokazane) typu płaszcza wodnego. Palniki 5 tworzą w czasie pracy obszary spalania w strefach 6, wytwarzając w swoim pobliżu w czasie upłynniania prądy konwekcyjne wewnątrz materiałów podatnych na zeszklenie. Takie mieszanie konwekcyjne powoduje tworzenie się piany, która przenosi energię cieplną do całości kąpieli 7. Topienie odbywa się korzystnie w temperaturze około 1350°C, na przykład w przypadku szkła standardowego z rodziny szkieł krzemowo-sodowo-wapniowych.

Ściany komory 2, które stykają się z kąpielą szklarską 7, są tu wykonane ze strony zewnętrznej z materiałów ogniotrwałych chłodzonych poprzez system chłodzenia typu płaszcza wodnego

PL 195 774 B1 (nie pokazanego). Jeden z wariantów polega na tym, że ten system chłodzenia ze ścianami metalowymi znajduje się naprzeciwko materiałów ogniotrwałych, lecz po stronie wewnętrznej, a zatem styka się ze stopionym szkłem. Te dwa warianty umożliwiają spowolnienie zużywania się materiałów ogniotrwałych chłodząc powierzchniowo szkło w pobliżu ścian z materiałów ogniotrwałych.

Działanie palników 5 przystosowano do imersyjnego topienia w sposób przedstawiony schematycznie na fig. 5. Na fig. 5a palnik 5 przedstawiono w przekroju podłużnym, natomiast na fig. 5b w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie rysunku AA' pokazanej na fig. 5a. Palnik jest wyposażony w system chłodzenia 60 typu płaszcza wodnego i centralny przewód 61, dookoła którego jest rozmieszczona koncentrycznie pewna liczba przewodów 62, przy czym każdy z tych przewodów o przekroju cylindrycznym kończy się w dyszy palnika 63.

W czasie normalnego działania [a] przewód 61 jest zasilany w paliwo gazowe typu gazu ziemnego (albo inne paliwo gazowe albo mazut), natomiast przewody 62 są zasilane w substancję podtrzymującą palenie, w tym przypadku na przykład w tlen, przy czym oddziaływanie CH4/O2 daje spalanie w kąpieli szklarskiej.

W czasie działania bezpieczeństwa (działanie [b]), to jest gdy przewiduje się zatrzymanie spalania na poziomie palnika bez ryzyka całkowitego zalania szkłem, wstrzykuje się przez przewód 61 i ewentualnie przez przewody 62 azot.

W czasie działania mającego na celu umożliwienie wymiany palnika na inny palnik (działanie [c]), przez przewód 61 wtryskuje się wodę, która odparowuje natychmiast w samym palniku albo na wylocie palnika, przy czym para wytwarza nad palnikiem rodzaj sklepienia z ochłodzonego szkła. Wtedy wstrzymuje się pracę palnika i jest dostatecznie dużo czasu dla przeprowadzenia wymiany palników zanim „sklepienie” nie zapadnie się. Woda wtryśnięta jest przynajmniej częściowo przyjmowana w palników przez przewody 62 (w tym sposobie działania role przewodów 61 i 62 można również odwrócić). Wodę można również zastąpić każdym innym płynem chłodzącym zdolnym do powodowania krzepnięcia szkła.

Stopione spienione szkło pochodzące z topienia za pomocą palników imersyjnych ściąga się na koniec w dolnej części przez kanał 8 wyposażony ewentualnie w środek do regulacji przepustowości typu tłoka (nie pokazanego). Można także regulować przepustowość spienionego szkła wchodzącego do statycznego przedziału klarowania. Ten przedział ma postać kanału 9 wyznaczonego przez koryto 10 i sklepienie 11. Jest on wyposażony w palniki tlenowe 12. Materiały podatne na zeszklenie przepływają przez kanał bez strumienia zwrotnego, na wysokości H około 5 do 10 cm. Tę wysokość reguluje się w taki sposób, aby w kanale 9 zapewnić pożądany przepływ tłokowy mając na uwadze masy właściwe topionych materiałów w komorze topienia 2 i w kanale 9 oraz wysokości kąpieli 11 i 12 wtych dwóch strefach. W celu uzyskania poszukiwanej cienkiej warstwy jest w tym przypadku konieczne ponowne podniesienie poziomu trzonu 10 kanału 9 w stosunku do poziomu trzonu 4 komory 2.

Na wyjściu kanału 9 regulowanie przepustowości umożliwia imersyjna zapora 13 zanurzająca się na regulowanej głębokości w kąpieli topionych materiałów. Sklarowane szkło przelewa się na końcu kanału 9 w celu zasilania instalacji do formowania szkła, w tym przypadku na przykład komory kąpieli flotowej. Klarowanie prowadzi się więc na bardzo małej głębokości szkła, co skraca drogę pęcherzyków w kierunku powierzchni (ich prędkość unoszenia się jest jeszcze bardziej ułatwiona, gdy większość z nich ma wielkość co najmniej 200 mm) i przeszkadza im przez uzyskany przepływ tłokowy, zanurzając się ponownie w czasie wznoszenia się w kąpieli.

Przedstawiona na fig. 2 i 3 instalacja topienia/klarowania różni się w stosunku do instalacji z fig. 1 sposobem, w jaki chroni się ściany z materiałów ogniotrwałych komory 2. Wtym przypadku zanurza się w kąpieli szklarskiej 7 wyłożenie z metalu ogniotrwałego utworzone przez cienką ścianę z molibdenu 40, przybierające kształt komory topienia, utrzymywane w pewnej odległości od jednego do kilku milimetrów od ścian z materiałów ogniotrwałych za pomocą odpowiednich odstępników i ewentualnie zawieszone w kąpieli szklarskiej za pomocą ścian z materiałów ogniotrwałych usytuowanych nad kąpielą albo za pomocą sklepienia.

Ta płyta 40 jest wyposażona w otwory, przede wszystkim w swojej strefie poziomej tworzącej wyłożenie trzonu 4, wcelu umożliwienia przechodzenia przez nie palników 5, oraz we wszystkich innych jej ścianach z równomiernym rozdzieleniem w otworach. Taka perforacja nie przeszkadza zatem stykowi materiały ogniotrwałe/stopione szkło, a przeciwnie osłabia mechanicznie ruchy konwekcyjne szkła w pobliżu materiałów ogniotrwałych i spowalnia w ten sposób ich zużywanie się. Otwory 41 w ścianach wyłożenia 40, z wyjątkiem tych ścian, które stanowią wyłożenie trzonu, są korzystnie cylindryczne i mają różne wielkości, przy czym te otwory w ścianie znajdującej się od strony trzonu po14

PL 195 774 B1 winny zawierać co najmniej otwory 42 o wielkości wystarczającej do umożliwienia przechodzenia palników 5. Wyłożenie 40 powinno być także w znacznym stopniu perforowane 43 w swojej ścianie stanowiącej wyłożenie ściany poprzecznej za komorą w tym celu, aby szkło mogło być usuwane przez kanał 20a. To samo dotyczy strefy 1' wprowadzania surowców. Istnieje koniecznie komplementarność pomiędzy otworami wykonanymi w ścianach z materiałów ogniotrwałych i w wyłożeniu z molibdenu.

To wyłożenie z Mo (oznaczone określeniem anglosaskim jako „wyłożenie Mo”) jest samo w sobie wynalazkiem, nadającym się zwłaszcza w połączeniu z komorą topienia za pomocą palników imersyjnych, niezależnie od sposobu, w jaki można prowadzić ewentualne ostateczne klarowanie (tak samo jest w przypadku chłodzenia po stronie zewnętrznej albo po stronie szkła materiałów ogniotrwałych, przedstawionego na poprzedniej figurze).

Inna różnica w porównaniu z fig. 1 polega na sposobie, w jaki ściąga się szkło z komory topienia. W przypadku fig. 2 szkło ściąga się trochę „wyżej”, za pomocą przewodu doprowadzającego 20 składającego się z pierwszej części poziomej 20 (a), drugiej części pionowej 20 (b) i trzeciej części poziomej 20(c) zasilającej urządzenie do wirowania 21. Inny wariant polega na tym, że topione szkło ściąga się z komory topienia w części górnej, na przykład za pomocą zanurzonego przewężenia, jak jest to dobrze znane w dziedzinie szklarstwa.

Na figurze 3 skupiono się na strefie poziomej 20(c) kanału doprowadzającego topione spienione szkło 20 ściągnięte z komory topienia 2, która zasila w szkło korpus wirówki 21 przewodem 20'. Wirówka 21 ma część górną 22 zawartą pomiędzy kołnierzem 35 zasilanym w szkło do klarowania i płytą metalową 24, oraz część dolną 30 znajdującą się pod płytą metalową 24. Można przewidzieć także środki (nie pokazane) przeznaczone do regulowania przepustowości szkła wchodzącego do wirówki.

Szkło opadające przez kołnierz 35 do wirówki jest zatrzymywane w czasie swojego spadania przez płytę metalową 24, która łącząc się z górną częścią opisanej dalej przegrody 34 tworzy rodzaj „kosza” zbiorczego. Szkło pod działaniem siły odśrodkowej ma skłonność do podnoszenia się w strefie 26, a następnie do przechodzenia nad przegrodą 34. W ten sposób przepływa ono ze strefy 26 do strefy 30 w postaci cienkiej warstwy oddzielonej z jednej strony ścianą wewnętrzną 33 od wirówki, a z drugiej strony ścianą 34 znajdującą się we wnęce wirówki. Ściana wewnętrzna 33 ma prawie cylindryczny kształt o promieniu R0, przegroda 34 zawiera strefę cylindryczną 34(a) o promieniu R1, zamkniętą w dolnej części w strefie 34(b). Tak, jak i cała płyta 24, przegroda 34 jest wyposażona w środki centrujące (nie pokazane). Linią punktową przedstawiono schematycznie profil w kształcie paraboli, jaką miałoby szkło pod działaniem siły odśrodkowej, gdyby nie było przegrody 34.

Przegroda 34 i płyta 24, przynajmniej w przypadku części całkowicie zanurzonych w szkle, mogą być wykonane korzystnie z molibdenu.

Wypełnienie zewnętrzne ściany wewnętrznej 33 korpusu wirówki 21 może być wykonane z topionych elektrycznie elementów ogniotrwałych 32 zawierających izolację cieplną 31 wprowadzoną wtaki sposób, że nie może być ona zmiażdżona siłą odśrodkową. Przewidziany jest również rowek/żłobek 28 biegnący w sposób ciągły wokół ściany wewnętrznej 30 (albo w sposób nieciągły), który umożliwia wyłapanie wszystkich stałych cząstek o gęstości większej niż gęstość szkła, typu wtrąceń materiałów ognioodpornych. W czasie klarowania drogą wirowania stałe cząstki o gęstości większej niż gęstość szkła są rzucane na ściany i wyłapywane w rowkach 28, skąd nie mogą się już wydostać. I odwrotnie, pęcherzyki pod działaniem siły dośrodkowej rozbijają się o przegrodę 34 w kierunku wnętrza korpusu wirówki. Na koniec sklarowane szkło ściąga się w najniższej części 30 kanałem przez głowicę przyjmującą w przybliżeniu w kształcie leja 29. W standardowych warunkach działania nie ma potrzeby przewidywania środków do ponownego ogrzewania szkła, prędkość obracania się może być rzędu 700 obrotów na minutę, a wysokość h wirówki może wynosić na przykład od 1do 3 metrów.

Przedstawiona na fig. 4 komora topienia 2 jest identyczna z komorą przedstawioną na fig. 1, lecz bardziej schematyczna, i zawiera system klarowania w wielu cienkich warstwach. Chodzi tu zatem o prowadzenie topienia i klarowania w tej samej komorze topienia, przy czym szkło ściąga się w dolnej części przez otwór odprowadzający 8' w kierunku kanału 8 w celu zasilania bezpośrednio urządzeń formujących szkło, a zwłaszcza przędzenia włókien wełny mineralnej albo do formowania butelek i flakonów (ten system klarowania mógłby znajdować się również w przedziale za komorą).

Zasada takiego klarowania jest następująca: stosuje się elementy rurowe 50 wykonane z molibdenu (albo platyny), które w przekroju prostokątnym są przedstawione na fig. 4d. Takie rury są przedzielone wzdłużnie ścianami 51, co tworzy „lamele” 52 o małej grubości, otwarte na końcach rury (na przykład od 5 do 30 lameli). Te rury 50 zanurza się w czasie topienia w kąpieli z materiałów podatnych na zeszklenie (określanej dalej jako „kąpiel szklana”), jak przedstawiono na fig. 4a (widok komory topienia

PL 195 774 B1 w przekroju wzdłużnym) i na fig. 4b (widok wymienionej komory w rzucie pionowym). Obydwie rury 50 są połączone z bocznymi ścianami komory, na przykład przytwierdzone do ścian spoczywając na skosach z materiałów ogniotrwałych w taki sposób, że są nachylone pod kątem a w stosunku do płaszczyzny trzonu 4, albo ponadto względem osi Y zbieżnych z osią wzdłużną X pieca pod wymienionym kątem a.

Te rury 50 są umieszczone w taki sposób, ponieważ można je łatwo przytwierdzać do ścian pieca i znajdują się w znacznej odległości od palników. Taka konfiguracja umożliwia ochronę molibdenu przed intensywnym nagrzewaniem panującym w pobliżu palników. Podobnie korzystne jest, aby te rury były całkowicie zanurzone w celu uniknięcia ich utleniania przez powietrze, przy czym alternatywa polega na zabezpieczeniu atmosfery nieutleniającej chociaż nad kąpielą szklaną (zwłaszcza atmosfery N2). Obydwie rury kończą się w rurze zbiorczej 55, która zasila otwór spustowy 8 komory.

Klarowanie odbywa się w sposób następujący: szkło do klarowania wchodzi do sekcji rury 50 w górnej części 53, a następnie płynie w lamelach 52 torem opadającym na zasadzie prostej siły ciężkości, jak przedstawiono na fig. 4c pokazującej jeden rodzaj lameli 52. Prędkość szkła w tych lamelach 52 jest największa w środku lamel i o wiele mniejsza na poziomie ścian 53, 53', które je rozdzielają. Co się tyczy pęcherzyków 60, to unosząc się dochodzą one bardzo szybko do górnej ściany 53 lameli 52 oddzielając się w ten sposób od opadającego strumienia szkła przedstawionego strzałką na fig. 4c. Kierują się one zawsze przy unoszeniu w kierunku wlotu 66 rury 50, w przeciwprądzie do strumienia szkła, podczas gdy szkło pozbawione pęcherzyków dochodzi do dolnej części 56 wymienionej lameli 52 i jest bezpośrednio odprowadzane przez kolektor 55 poza komorę topienia.

System jest tym bardziej skuteczny, że wysokość h każdej lameli 52 jest mała oraz że ich powierzchnia jest duża. Nadaje się on szczególnie do stosowania przy topieniu za pomocą palników imersyjnych, w którym istnieje skłonność do wytwarzania pęcherzyków o stosunkowo dużej średnicy, które można zatem szybko usunąć. Można obliczyć liczbę, wysokość i powierzchnię czynną tych lameli w zależności od wielkości usuwanych pęcherzyków, wielkości komory topienia, lepkości szkła, a zwłaszcza dobierając również w odpowiedni sposób ich długości i kąt nachylenia w zależności od długości komory topienia (albo znajdującego się za nią przedziału, w którym się one znajdują). Tytułem przykładu, w przypadku każdej komory topienia produkującej 200 ton szkła dziennie i długości pieca rzędu 6000 mm, w celu usunięcia wszelkich pęcherzyków o średnicy większej niż 250 mikronów ₃ rury 50 mogą mieć wymiary 400 x 520 x 6550 mm³ i każda z nich może zawierać 20 lamel.

Jeden z wariantów tego sposobu realizacji polega na umieszczeniu elementów z podobnymi lamelami w przedziale za komorą topienia.

W każdym przypadku (statyczne albo odśrodkowe urządzenie do klarowania) widać, że można znacznie zmniejszyć wielkość będących aktualnie w dyspozycji urządzeń do topienia/klarowania. Interesujące jest również dodawanie do materiałów podatnych na zeszklenie środków wspomagających klarowanie, których rolę opisano wyżej, a zwłaszcza koksu o niskiej ziarnistości, siarczanów, azotanów, fluoru albo chloru.

Zarówno w przypadku przedziału topienia, jak i przedziału klarowania, molibden można zastąpić platyną.

Warto podkreślić, że nawet jeżeli połączenie topienia za pomocą palników imersyjnych z klarowaniem w cienkiej warstwie jest nadzwyczaj korzystne, to wynalazek dotyczy również obydwu tych aspektów wziętych oddzielnie. W ten sposób można stosować korzystnie sposób topienia za pomocą palników imersyjnych z klarowaniem standardowym i odwrotnie stosować klarowanie w cienkiej warstwie po stopieniu za pomocą konwencjonalnych środków grzejnych, wciąż pozostając w ramach wynalazku, nawet jeżeli nie uzyskuje się już podkreślonej wyżej synergii.

Należy również nadmienić, że można stosować korzystnie sposób topienia za pomocą palników imersyjnych bez konieczności odwoływania się do klarowania w zwykłym znaczeniu tego określenia. Tak może być w przypadku przędzenia włókien, gdzie można mieć na uwadze zasilanie maszyny przędzalniczej drogą wirowania wewnętrznego bezpośrednio w spienionym szkle uzyskanym drogą topienia za pomocą palników imersyjnych, przy czym wirowanie stosowane przy tej technice przędzenia oznacza w rzeczywistości klarowanie szkła. Można mieć na uwadze także flotację, laminowanie albo kształtowanie bezpośrednio szkła spienionego pochodzącego z topienia z punktu widzenia produkcji szkła piankowego stosowanego na przykład jako materiał izolacyjny w budownictwie.

Ten sposób topienia można stosować, jak wspomniano wyżej, do zawracania wyrobów kompozytowych szkło/tworzywo sztuczne, albo do wytwarzania szkła użytkowego albo do wytwarzania stłuczki do zasilania tradycyjnego pieca szklarskiego, zwłaszcza zgodnie z proporcją tych wyrobów kompozytowych względem reszty bardziej tradycyjnych materiałów podatnych na zeszklenie.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie, w którym całą albo część energii cieplnej wymaganą do topienia wymienionych materiałów podatnych na zeszklenie dostarcza się drogą spalania paliwa (paliw) kopalnego (kopalnych) za pomocą co najmniej jednej substancji podtrzymującej palenie, przy czym paliwo (paliwa)/gazy albo produkty gazowe pochodzące ze spalania wstrzykuje się poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, zaś klarowanie materiałów podatnych na zeszklenie po stopieniu prowadzi się przynajmniej częściowo w postaci „cienkiej warstwy”, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się co najmniej w jednym przedziale (21) znajdującym się za komorą topienia (2), i przedział (21), wyposażony w co najmniej jeden środek do wymuszania klarowania topionych materiałów podatnych na zeszklenie w cienkiej warstwie, wprawia się wruch obrotowy, zapewniając klarowanie drogą wirowania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję podtrzymującą palenie stosuje się substancję na bazie powietrza, powietrza wzbogaconego w tlen albo tlenu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiały podatne na zeszklenie topi się co najmniej w jednej komorze topienia (2), za pomocą palników (5) przechodzących przez jej ściany boczne, korzystnie przechodzących także przez jej trzon (4) i korzystnie zawieszonych na sklepieniu (3) lub na konstrukcji górnej, przy czym w masie materiałów (7) podatnych na zeszklenie w czasie topienia wytwarza się obszary spalania (6) albo gazy spalinowe.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiały (7) podatne na zeszklenie miesza się drogą konwekcji za pomocą obszarów spalania (6) wytworzonych przez spalanie paliwa kopalnego za pomocą gazowej substancji podtrzymującej palenie i ewentualnie za pomocą gazów pochodzących ze spalania.
5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że reguluje się wysokość masy materiałów (7) podatnych na zeszklenie w komorze topienia (2) oraz wysokość, na której wytwarzają się obszary spalania (6)/gazy pochodzące ze spalania, przy czym utrzymuje się paliwa/gazy spalinowe w masie wymienionych materiałów (7) podatnych na zeszklenie.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed topieniem wstępnie ogrzewa się materiały podatne na zeszklenie do temperatury co najwyżej 900°C.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiały podatne na zeszklenie zawierające surowce i ewentualnie stłuczkę i ewentualnie odpady podatne na zeszklenie i ewentualnie elementy palne, a zwłaszcza kompozyty szkło/tworzywo sztuczne, kompozyty szkło/metal, materiały organiczne i węgiel.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się na topionych materiałach podatnych na zeszklenie typu szkła w stanie spienienia, mającego zwłaszcza masę właściwą odokoło0,5do2 g/cm³.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się na topionych materiałach podatnych na zeszklenie typu szkła w stanie spienienia, w którym większość pęcherzyków ma średnicę co najmniej 100, a nawet co najmniej 200 mm.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiały podatne na zeszklenie zawierające dodatki wspomagające klarowanie, a zwłaszcza dodatki redukujące typu koksu, korzystnieo średniej ziarnistości mniejszej niż 200 mm, siarczanów albo dodatków na bazie fluoru albo chloru albo azotanów typu NaNO3.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że topienie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1400°C, a zwłaszcza co najwyżej 1380 albo 1350°C, a klarowanie prowadzi się w temperaturze co najwyżej 1500°C.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się w samej komorze topienia (2) albo co najmniej w jednym przedziale znajdującym się za komorą topienia, przy czym topionym materiałom podatnym na zeszklenie nadaje się tor opadający na zasadzie siły ciężkości pomiędzy co najmniej dwiema sąsiednimi ścianami (53, 53'), w zasadzie równoległymi względem siebie, przynajmniej częściowo zanurzonymi w masie topionych materiałów podatnych na zeszklenie i nachylonymi względem płaszczyzny trzonu komory topienia albo wymienionego przedziału znajdującego się za komorą topienia.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się pomiędzy ścianami (53, 53') połączonymi w jedną całość co najmniej w jednej rurze (50) o przekroju w przybliżeniu prostokątnym, przegrodzonej wzdłużnie.

PL 195 774 B1
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że klarowanie prowadzi się w postaci cienkiej warstwy o grubości R1/R0 co najmniej 0,8 albo o grubości bezwzględnej co najwyżej 10 cm.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że całość albo część materiałów podatnych na zeszklenie wprowadza się w czasie topienia do komory topienia (2) poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, przy czym klarowanie prowadzi się w przedziale klarowania zawierającym co najmniej jeden aparat (21), i ten aparat (21) wprawia się w ruch obrotowy, prowadząc klarowanie drogą wirowania, przy czym stosuje się aparat (21) mający ściany wewnętrzne (33) tworzące wnękę w kształcie zbliżonym do wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.
16. Urządzenie do topienia i klarowania materiałów podatnych na zeszklenie, zawierające co najmniej jedną komorę topienia wyposażoną w palniki zasilane w paliwo (paliwa) kopalne typu gazu ziemnego i w substancję (substancje) podtrzymującą palenie typu powietrza albo tlenu, przy czym palniki są rozmieszczone w taki sposób, że wstrzykują wymienione paliwa/substancje podtrzymujące palenie albo gazy pochodzące z ich spalania poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, wprowadzonych do komory topienia, oraz środki do klarowania topionych materiałów podatnych na zeszklenie, w postaci „cienkiej warstwy”, co najmniej w jednym przedziale klarowania znajdującym się za wymienioną komorą, znamienne tym, że przedział klarowania zawiera co najmniej jeden aparat (21) zamocowany obrotowo, zaś ściany wewnętrzne (33) aparatu (21) wyznaczają wnękę w kształcie zbliżonym do wydrążonego cylindra, pionowego w swojej części środkowej.
17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zamocowany obrotowo aparat (21) jest wyposażony we wnękę z przegrodami (34) przynajmniej na części swojej wysokości, przy czym topione materiały podatne na zeszklenie są usytuowane pomiędzy ścianami wewnętrznymi (33) aparatu i przegrodami (34), zaś średnia odległość ściany/przegrody jest równa grubości cienkiej warstwy.
18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że średnia odległość ściany/przegrody określona stosunkiem ich promieni R1/R0 wynosi co najmniej 0,8.
19. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że ściany aparatu (21) są wypełnione elementami ognioodpornymi (32) typu elementów topionych elektrycznie, zawierających materiał termoizolacyjny (31).
20. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że aparat (21) jest wyposażony w co najmniej jeden środek do wyłapywania stałych cząstek znajdujących się zwłaszcza w jego strefie dolnej (23), w postaci żłobków/rowków (28) wykonanych w jego ścianach wewnętrznych (33).
21. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że komora topienia (2) jest wyposażona wco najmniej jeden środek do wprowadzania materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia poniżej poziomu masy materiałów podatnych na zeszklenie, a zwłaszcza co najmniej w dwa środki korzystnie w postaci otworu (otworów) związanego ze środkiem do wprowadzania typu ślimaka.
22. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że ściany komory topienia (2), a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się w czasie topienia z masą materiałów podatnych na zeszklenie, są wykonane na bazie materiałów ogniotrwałych połączonych z systemem chłodzenia za pomocą płynu typu wody.
23. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że ściany komory topienia (2), a zwłaszcza ściany przeznaczone do stykania się z masą materiałów podatnych na zeszklenie w czasie topienia, są wykonane na bazie materiałów ogniotrwałych wyłożonych metalowym wypełnieniem (40) typu molibdenu.
24. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że wymienione wypełnienie (40) jest oddalone od ścian utworzonych z materiałów ogniotrwałych.
25. Urządzenie według zastrz. 23 albo 24, znamienne tym, że wypełnienie (40) tworzy powierzchnię styku z topionymi materiałami, która jest ciągła albo wyposażona w otwory (41).
26. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że przynajmniej część palników (5) komory topienia (2) jest połączonych ze źródłem płynu nie biorącego udziału w spalaniu, zamiast substancji podtrzymującej palenie i ewentualnie paliwa, a zwłaszcza gazu obojętnego typu N2 i ewentualnie płynu chłodzącego typu wody.