PT85267B - Processo para o controlo de espuma para a refinacao de materiais de vidro sob vacuo - Google Patents

Description

Descrição do objecto do invento que

PPG INDUSTRIES, INC . , norte-americana (Estado de Pensilvãnia), industrial, com sede em One PPG Place, Pittsburgh 22, Estado de Pensilvânia 15272, Estados Unidos da América, pretende obter em Portugal para PROCESSO PARA 0 CONTROLO DE ESPUMA PARA A REFINA· ÇAO DE MATERIAIS DE VIDRO SOE VA· CUO

Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-86 presente invento re£ere-se à utilização de pressão subatmosférica para acelerar a refinação de vidro fundido ou semelhante. Mais particularmente, o invento refere-se a um dispositivo prático para controlar a quantidade de formação de espuma numa tal técnica de refinação.

Na fusão de vidro, produzem-se quantidades substan ciais de gâs, em consequência da decomposição de materiais de fornada . Outros gases são arrastados fisicamente pelos matéria is de fornada ou são introduzidos no vidro em fusão, resultan tes das fontes de aquecimento de combustão. A maioria dos gases liberta-se durante a fase inicial de fusão, mas alguns ficam aprisionados na massa em fusão. Alguns dos gases aprisionados dissolvem-se no vidro, mas outras porções formam diferei tes inclusões gasosas, conhecidas como bolhas ou grãos que serão indesejáveis, se se permitir que permaneçam em concentra ções indevidamente elevadas no vidro de produto. As inclusões de cãs elevar-se-ão até à superfície e libertar-se-ão da massa em fusão se se proporcionar tempo suficiente na fase de uma operação de fusão conhecida como refinação ou clarificação . Convencionalmente proporcionam-se elevadas temperaturas na zona de refinação para acelerar a elevação e liberta-

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Mod. 71 - 10 000 βχ. - 4-86 ção das inclusões gasosas, através da redução da viscosidade da massa em fusão e através do aumento dos diâmetros das bolhas . A energia necessária para as elevadas temperaturas empregues na fase de refinação e o grande recipiente de fusão necessário para proporcionar suficiente tempo de permanência para que as inclusões gasosas se libertem da massa em fusão são as maiores despesas de uma operação de fabrico de vidaro.. Consequentemente, será desejável auxiliar ao processo de refi nação para reduzir estes custos.

Ê sabido que a pressão reduzida poderá auxiliar no processo de refinação através da redução da pressão parcial das espécies gasosas incluídas e através do aumento do volume das bolhas no interior da massa em fusão de maneira a aumenta a velocidade da sua elevação até à superfície . A impraticabilidade de se proporcionar um recipiente impermeável ao gás à escala de uma câmara de refinação convencional, de modo a for mar vácuo no seu interior, tem limitado a utilização de refinação sob vácuo a operação de fornada de escala relativamente pequena, tal como se descreve nas Patentes dos Estados Unidos N°s. 1.564.235; 2.781.411; 2.877.280; 3.338.694 e 3.442.622.

Foram propostos processos de refinação por vácuo em contínuo, mas não tiveram aceitação para a fabricação de vidro em contínuo, em larga escala, devido a vários inconvenien tes . Nos dispositivos de refinação por vácuo em contínuo, des critos nas Patentes dos E .U .A N9s . 805.139; 1.598.308; e 3.519.412, a principal desvantagem é a necessidade de passagens verticais relativamente estreitas que conduzem ao interi or e ã saída da zona de vácuo que se torna necessária devido à diferença de pressão. Estas passagens complicam a construção de um tal recipiente, particularmente tendo em conta a ne cessidade de paredes impermeáveis ao gás, aumentam a exposição de toda a fornada a contacto repractârio de contaminação e comunicam um significativo travamento viscoso ao fluxo de toda a fornada . Deve notar-se que é necessário uma coluna de vidro de cerca de 4,5 metros para compensar um vácuo de meia .339

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-86 atmosfera, f&er variar a saída de um tal sistema é também um problema, particularmente tendo em conta o factor de travamen to viscoso. A possibilidade de variação é importante numa ope ração comercial contínua devido a alterações no produto que está a ser feito e a factores económicos que efectam a taxa de produção pretendida. Em cada uma das três patentes acima referidas, a força de accionamento para aumentar a taxa de flu xo através das passagens da secção de vácuo, pode ser proporcionada aumentando apenas a profundidade da corrente ascenden te de fusão da secção de vácuo em relação ã profundidade da corrente descendente de fusão proveniente da secção de vácuo. A magnitude desta diferença de nível é exacerbada pelo travamento viscoso inerente a estes sistemas. Visto que se verifica numa correção acelerada das paredes laterais na elevação da superfície do produto em fusão , a alteração significativa do nível agrava a corroção que, por sua vez, deteriora a quali dade do produto de vidro.

Numa estrutura mais simples é descrita na Patente dos E .U .A . NP. 3.429.684 , em que materiais de fornada são abastecidos através de uma passagem de vácuo e fundido no topo de uma câmara de vácuo verticalmente alongada. A variação de todo o abastecimento naquele dispositivo parece requerer a alteração da quantidade de vácuo imposta à câmara, o que’ alte raria desvantajosamente o grau de refinação alcançado. A fusão de materiais em bruto no interior da câmara de vãcuo é ou tra desvantegem daquele dispositivo por três razões. Em primeiro lugar, criar-se-iam grandes volumes de espuma ao efectu ar-se a decomposição inicial dos materiais em bruto sob vácuq o que requeriria um recipiente suficientemente grande para conter a espuma. Em segundo lugar, existe o perigo de que os materiais em bruto possam seguir um pequeno peteurso de circu lação para a corrente de saída, obstante assim a uma adequada fusão e refinação. Em terceiro lugar, efectuar-se as fases ini ciais de fusão e aquecimento do produto em fusão para uma tem peratura de refinação no interior do recipiente de vácuo re .339

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quer que sejam Fornecidas, ao produto em Fusão no interior do recipiente, grandes quantidades de calor. Essa maior entra da de calor para o recipiente induz inerentemente correntes de condução no interior do produto em Fusão que aumentam a erosão das paredes , o que leva à contaminação da corrente de produto reFinado.

A patente dos E .U .A. n2 . 4.195.982 descreve inicialmente a Fusão de vidro sob elevada pressão e, em seguida a reFinação de vidro numa câmara separada, a uma temperatura inFerior . Ambas as câmaras são aquecidas .

Um problema encontrado com a reFinação por vácuo a qualquer escala, tanto em contínuo como por Fornadas é o grar de volume de espuma que algumas vezes produz, particularmente a temperaturas inFeriores. Tem que se proporcionar um grande espaço acima do contentor de líquido para alojar a espuma. Uma vez que este espaço também tem de ser mantido impermeável ao gás, a sua construção pode ser um signiFicativo incon veniente económico, em particular num processo de larga esca la. Consequentemente a espuma actua como um Factor de limita ção ao grau de vácuo que pode ser utilizado. Seria desejável aliviar esta Restrição em processos de reFinação por vácuo sem se incorrer em elevados dispêndios de capital .

A patente dos E.U.A. n° . 3.35C.185 descreve uma téc nica para provocar o desaparecimento de espuma num processo de Fusão de vidro sob pressão atmosFérica em que se veriFicou que uma alteração repentina na condição de oxidação ou de re dução da combustão provoca o desaparecimento da espuma.

No presente invento, o volume de espuma que se acumula numa câmara de reFinação por vácuo é controlado através da aplicação à espuma de agentes qu? alteram condições na es puma, provocando a aderência de bolhas e/ou interrompendo a tensão de superFície nas membranas das bolhas de modo a que estas rebentem. VeriFicou-se que um grupo de agentes eFicazes na espuma de vidro são compostos de metal alcalino, tais como hidróxido de sódio ou carbonato de sódio . VeriFicou-se bo .339

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Mod. 71 - W 000 θχ. - 4-86 que porções de espuma na câmara de vácuo têm um teor ligeiramente menor de alcali, presumivelmente devido à relativa vola tilidade no meio ambiente de pressão reduzida. Como consequên cia, crê-se que a viscosidade da espuma mais elevada do que a da massa de vidro fundido e que, postanto, é mais difícil o desaparecimento da espuma. Através da aplicação de alcali ã espuma, faz-se baixar a sua viscosidade e o rebentamento das bolhas torna-se mais fácil . A adição à espuma de um agente mo dificador de viscosidade parece também alterar as mambranas das bolhas, provocabdo o seu rebentamento. Pode também haver rebentamento devido a efeitos directos. 0 alcali adicionado corresponde, de preferência, a espécies diminuídas em tipo as sim como em quantidade de modo a manter a composição de produ to que se pretende .

Para o vidro de soda-cal-sílica a depleção mais impo; tante de sódio e, portanto, o agente provocador do desapareci mentode espuma é, de preferência, um composto de sódio. 0 com posto de metal alcali pode ser adicionado como um sólido ou em solução e é dirigido para a espuma na câmara de vácuo tanto de forma contínua como de forma internitente .

agente provocador do desaparecimento de espuma pre ferido de acordo com o presente invento é a âgua. Tal como com o alcali, a âgna pode provocar o rebentamento das 8 membranas das bolhas de espuma , tanto por impacto de gotas como por modificação de viscosidade. Outra teoria é que a aspersão de âgua na espuma arrefece a porção superior da espuma, provo cando uma circulação convectiva no interior da espuma. Pensa-se que o movimento aumentado devido à circulação acelera a coalescência da bolhas para bolhas maiores que rebentam mais rapidamente. Pensa-se que este efeito também se verifica quan do se utilizam soluções alcalinas e mesmo quando se depositam na espuma compostos alcali secos. A utilização da âgua é vantajosa porque a âgua é prontamente dissolvida no vidro fundido com poucos efeitos nas propriedades do vidro de produto e porque o aumento da pressão parcial de vapor de âgua na câma-

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-S6 ra de refinação não afecta a remoção de gases relativamente insolúveis do produto em fusão. É também uma vantagem o factr de a égua ser facilmente manuseada e poder ser aspergida continua ou intermitentemente na espuma a uma taxa prontamente reguiada .

Podem também utilizar-se, como agentes provocadores do desaparecimento de espuma, combustíveis líquidos tais como álcool ou gasóleo. Num tal caso, a combustão do líquido adicjt nará anergia térmica ao sistema , na forma de um benefício ad_i cional .

A figura 1 é uma secção transversal vertical através de três estágios de uma operação de fusão que compreende um estágio de liquefacção, um estágio de dissolução e um est_á gio de refinação por vácuo com uma forma de realização preferida do presente invento .

A descrição pormenorizada será feita em conjugação com um processo e um aparelho especificamente adaptados para a fusão de vidro e materiais vítreos semelhantes, mas deverá compreender-se que o presente invento é, do mesmo modo, aplicável ao processamento de outros materiais .

Embora não limitado a tal, o presente invento é uti lizado vantajosamente em conjugação com um. sistema de refinação por vácuo descrito no pedido de patente portuguesa n? . 84042 depositada em 31 de Dezembro de 1986 para Processo e aparelho para a fusão e refinação de material de vidro nesse pedido descreve-se um dispositivo, através do qual se pode em pregar a refinação sob vácuo num processo contínuo de fusão de vidro à escala comercial de uma maneira que ultrapassa van tajosa e economicamente os inconvenientes da técnica anterior 0 vidro fundido é admitido na câmara de refinação sob vácuo apenas depois de a maioria da energia térmica nece_s sária para a fusão ter sido comunicada ao produto em fusão de modo que é necessário fornecer pouca ou nenhuma energia ao ma terial fundido no interior da câmara de vácuo .

De preferência, não se adiciona mais calor ao está58 .339

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-86 gio de vácuo do que o que é necessário para compensar a perde de calor através das paredes do recipiente . A câmara de vácuc pode, de todo em todo, não ser aquecida a taxas de fornecimento de fornada suficientemente elevadas . Em formas de realização preferidas, os materiais de fornada são primeiramente liquefeitos num estágio especificamente adaptado para aquela fase do processo e o material liquefeito é transferido para um segundo estágio em que a dissolução de partículas sólidas é essencialmente completada e a temperatura do material pode ser feita elevar-se até uma temperatura apropriada para a refinação .

Subsequentemente o material fundido é passado para a câmara de vácuo. Em consequência, uma grande porção dos subprodutos gasosos de fusão são retirados antes de o material ser sujeito a vácuo e a zona de maior evolução de gás é separada da zona de refinação pelo que os materiais que possam pelos primeiros estágios de fusão não podem ficar misturados com porções do produto em fusão cue está a ser refinado. Visto que a maioria ou todos os requisitos térmicos para a fusão foram satisfeitos antes de o material e/itrar no estágio de refinação por vácuo, e, portanto, poder evitar-se substancialmente o aquecimento do estágio de refinação, pode evitar-se excessiva convecção do produto e.n fusão na zona de refinação. Consequentemente é reduzida a erosão do recipientee é também reduzida a probabilidade de porções do produto em fusão incompletamente refinadas se misturarem com porções mais refinadas.

Outros aspectos do dispositivo de refinação por vácuo preferido, relacionam-se com as vantagens do controle de fornecimento total . 0 material liquefeito é medido na extremidade superior da câmara de vácuo através de meios de vál vula e o produto refinado é passado da extremidade inferior da cânara de vácuo através de um outro dispositivo de válvula. A altura de líquido mantido no interior da cânara de vácuo é, de preferência, ligeiramente maior do que a altura ne .339

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-06 cessâria para contrabalançar o vácuo. Assim, a taxa de forne cimento total pode ser controlada por meio de válvulas sem se alterar a pressão de vácuo na câmara e sem se alterar o nível de líquido no interior da câmara. De modo inverso, uma gama de pressões de vácuo pode ser empregue sem se alterar a taxa de fornecimento total. Para além das válvulas, o sistema é dotado de resistência suficientemente baixa para que o material fundido flua através delas.

A configuração preferida para a câmara de refinação por vácuo é um recipiente verticalmente alongado, mais conve nientemente na forma de um cilindro direito. Este dispositivo coloca, vantajosamente, o material que estâ a entrar, carregado de gâs e habitualmente com formação de espuma, no topo em que a pressão é mais baixa e o gâs pode rapidamente elevar-se e libertar-se da fase líquida. A medida que o material fundido progride para baixo em direcção a uma saída no fundo, a pressão que estâ a aumentar devido à profundidade do produto em fusão no recipiente faz com que os gases residuais permaneçam em solução e diminuem o volume de quaisquer pequenos.grãos que possam permanecer. A dissolução é também auxiliada por se permitir que a temperatura desca à medida que o material progride através do recipiente de refinação.

Na fusão convencional de vidro, inclui-se sulfato de sódio ou sulfato de cálcio, ou outras fontes de enxofre nos materiais de fornada para auxiliar o processo de fusão e de refinação. Verificou-se que a presença de compostos de enxofre no produto em fusão é um problema quando da refinação sob vácuo, em consequência dos grandes volumes de espuma induzidos e em virtude de ataque nas paredes repractárias de cerâmica de um recipiente de refinação por vácuo. Mas até à data, tem sido dificil de alcançar uma fusão e refinação de vidro eficazes sem os compostos de enxofre . Ê ainda um outro aspecto vantajoso do dispositivo de clarificação sob vácuo preferido o facto de o vidro poder ser fundido e refinado com um elevado padrão de qualidade com a utilização de pouco

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-S. Jcl. ,

Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-06 ou nenhum enxofre. Isto é praticável com o presente invento porque as fases de fusão e de refinação podem ser efectuadas em estágios diferentes, pelo que cada estágio pode ser levado a cabo através de um processo adaptado para minimizar ou evitar a utilização de auxiliares de refinação.

Fazendo referência à figura, o processo completo dc fusão,de acordo com o presente invento consiste, de preferência, em três estágios: um estágio de liquefacção 10, um est_á gio de dissolição 11 e um estágio de refinação sob vácuo 12. Poderiam empregar-se vários dispositivos para se iniciar a fusão no estágio de liquefacção 10, mas um dispositivo altamente eficaz para o isolamento deste estágio do processo e efectuá-lo de maneira económica é o que se descreve na Patente dos Ξ .U .A. n2 . 4.381.934, a que se pode fazer referência para os pormenores da forma de realização do estágio de lique facção preferido. A estrutura básica do recipiente de liquefacção é um cilindro 15 que pode ser fabricado em aço o que possui uma porção de parede lateral geralmente cilíndrica, um topo geralmente aberto e uma porção de fundo que é fechada excepto quanto a uma salda de drenagem. 0 cilindro 15 é montado para rotação em torno de um eixo substancialmente ver tical, por exemplo, por meio de um anel de suporte envolvente 16, sustentado rotativamente uma pluralidade de rodas de suporte 17 e mantido no seu lugar através de uma pluralidade de rodas de alinhamento 18. Uma cavidade substancialmente fe chada é formada no interior do colindro 15 por meio de uma estrutura de tampa 20 que é dotada de um suporte fixo por meio de uma armação periférica 21, por exemplo. A tampa 20 pode ser construída de material de cerâmica refractária e po de tomar uma variedade de formas como é do conhecimento dos peritos no ramo na técnica de construção de fornos refractários . 0 dispositivo mostrado na figura é uma construção em cúpula voltada para cima, do tipo de abóboda, fabricada a partir de uma pluralidade de blocos refractários. Compreendei -se-á que podem ser empregues para a tampa desenhos monolit_i .339

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cos ου. planos.

O aquecimento para liquefazer o material de forna da pode ser proporcionado por um ou mais queimadores 22 que se prolongam através da tampa 20. De preferência, disp5e-se uma pluralidade de queimadores em torno do perímetro da tampa de modo a dirigir as suas chamas para uma vasta érea do material no interior do cilindro. De preferência os queimadores são arrafecidos a âgua para protegê-los do meio ambiente agreste do recipiente. Os gases de escape podem libertar-se do interior do recipiente de liquefacção através de uma abertura 23 ne tampa. Vantajosamente, o calor desperdiçado nos gases de escape podem ser utilizados para pré-aquecer o material de fornada um estágio de pré-aquecimento (não representado) tal como se descreve na patente dos E.U.A. 4.519.814.

Os materiais de fornada, de preferência um estado pulverulento, podem ser fornecidos para o interior da cavidade do recipiente de liquefacção por meio de uma rampa 24, a qual, na forma de realização referida, se prolonga através da abertura de escape 23. Na patente dos E.U.A. n? . 4.529.428 podem observar-se pormenores do dispositivo de rampa de fornecimento 24 térmica imediatamente contígua às paredes laterais do cilindro 10, pelo que o material de fornada é depositado na zona de parede lateral interior de cilindro. Retem-se uma camada de material de fornada 25 nas paredes interiores do cilindro 10, auxiliada pela rotação do cilindro e que funciona como um revestimento isolador. Como o material de forne da na superfície do revestimento 25 é exposto ao calor no interior da cavidade, forma uma camada liquefeita 26 que é feita fluir para baixo no revestimento inclinado para uma abertv ra de drenagem central no fundo do recipiente. A saída pode ser ajustada com um manual refractârio de cerâmica 27 . Uma corrente de material liquefeito 28 cai livremente do recipiente de liquefacção atraveS de uma abertura 29 que conduz ao segundo estágio 11.

segundo estágio pode ser denominado recipiente .339

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-8β de dissolução porque uma das suas funções é completar a dissolução de quaisquer grãos não fundidos de material de fornada que permaneçam na corrente liquefeita 28 que está a qair do re cipiente de liquefacção 10. 0 material liquefeito naquele ponto está, tipicamente, apenas parcialmente fundido, incluindo grãos de areia não fundidos e uma fase substancialmente gasosa, 0 recipiente de dissolução 11, tem a função de completar a dissolução de partículas não fundidas no material liquefeito que vem do primeiro estágio, proporcionando tempo de permanência numa localização isolada do estágio de refinação de corrente descendente . A fornada de vidro de soda-cal-sílica liquefaz-se tipicamente a uma temperatura de cerca de

1.15O2C (2.1OO2F) a 12002C (22OO2F) e entra no recipiente de dissoluçaõ 11 a uma temperatura de cerca de 12OO2C (22002F) a cerca de 132O2C (24002F), temperatura à qual as partículas re· síduais não fundidas ss tornam habitualmente dissolvidas quando dotadas de tempo de permanência suficiente . O recipiente de dissolução 11, representado na forma de uma bacia refrec tária horizontalmente alongada 30, com um topo Tefractário 31, com a entrada e saida em extremidades opostas de modo a assegurar o tempo de permanência adequado. A profundidade do material fundido no recipiente de dissolução pode ser relativamente pouco profunda para não permitir a recirculação do material

Embora a adição de substancial energia térmica não seja necessária para efectuar a fase de dissolução , o aquecimento pode acelerar o processo e, deste modo, reduzir-se a dimensão do recipiente de dissoluçaõ 11. No entanto,prefere-se, mais significativamente, aquecer o material no estágio de dissolução de modo a fazer elevar a sua temperatura em preparação para a fase de refinação que se segue. Ê vantajoso maximizar a temperatura para refinação para garantir a redução de viscosidade do vidro e aumentar a pressão de vapor dos gases inclu:. dos . Tipicamente considera-se desejável uma temperatura de 15205C ( 28002 F ) para refinar vidro de soda-cal-silica, mas quando se emprega vácuo para auxiliar a refinação, podem ser

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-86 utilizadas temperaturas de refinação com valores máximos infe riores, sem que se sacrifique a qualidade do produto. A quantidade em que as temperaturas podem ser reduzidas depende do grau de vácuo. Portanto, quando a refinação se destina a ser efectuada sob vácuo de acordo com o presente invento, a tempe ratura do vidro não necessita de ser mais elevada do que 148?C (27OO2F), por exemplo, de preferência não superior a 14309C (26009F) e, opcionalmente, não mais do que 14302C (26OO2F) antes da refinação. As reduções nas temperaturas máximas desta ordem têm como consequência uma vida substancialmente mais prolongada para os recipientes refractários assim como poupanças de energia. Deste modo, o material liquefeito que entra para o recipiente de dissolução tem de ser aquecido apenas ligeiramente para se preparar o material fundido para a refinação. As fontes de calor de combustão poderiam ser ut_i lizadas no estágio de dissolução 11, mas verificou-se que este estágio se adapta a aquecimento eléctrico, pelo que se pode proporcionar uma pluralidade de elêctrodos 32, conforme se representou na figura e que se prolongam horizontalmente atra vés das paredes laterais. 0 calor é gerado pela resistência do próprio produto em fusão à corrente eléctrica que possa en tre os elêctrodos na técnica convencionalmente empregue para fundir o vidro electricamente. Os elêctrodos 32 podem ser de carbono ou de molibdénio de um tipo bem conhecido para os peritos no ramo.

Uma válvula que controla o fluxo de material proveni ente do estágio de dissolução 11, para o estágio de refinação 12 é constituído por um pistão 35 alinhado axialmente com um tubo de dranagem 36. 0 veio 37 do pistão prolonga-se através da parte de topo 31, do recipiente de dissolução de maneira a permitir o controlo sobre o espaço entre o pistão 35 e o tu bo 36 para desse modo modular a taxa de fluxo de material para o estágio de refinação. 0 tubo de válvula 36 pode ser fabricado de um metal refractário, tal como platina e é ajusta do de modo estanque num orifício 44 na extremidade superior

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-88 do recipiente de refinação.

estágio de refinação 12 consiste , de preferência, num recipiente verticalmente direito que pode ser de configura ção ceralmente cilíndrica e que possui um revestimento interior refractário de cêramica 40, alojado num invólucro impermeável ao gás e arrefecido a água. 0 invólucro pode compreender um elemento cilíndrico de parede lateral 41 de face dupla que possui entre elas uma passagem de água anular e dispositivos de arrefecimento circulares 42 e 43. Pode empregar-se qualquei dispositivo de arrefecimento apropriado. Pode proporcionar-se uma camada de isolamento (não representada) entre o revestimento 40 e a capa 41.

Quando o material fundido passa através do tubo 36 e encontra a pressão reduzida no interior do recipiente de refinação, os gases incluídos no produto em fusão expandem-se em volume, criando uma camada de espuma 50 que permanece na massa de líquido 51. Quando a espuma começa a cair é incorporada uma massa de líquido 51 . Pode estabelecer-se uma pressão subatmosférica no interior do recipiente de refinação através de uma conduta de vácuo 52 que se prolonga através da zona superior do recipiente . Opcionalmente , pode proporeionar-se um queimador 53 para aquecer a zona superior do interior do recipiente .

material fundido refinado é drenado do fundo do recipiente de refinação 12 por meio de um trubo de drenagem 55 de um metal refractário tal como platina. 0 tubo de drenagem 55, de preferência prolonga-se por cima da superfície da secção de fundo refractário 56 no interior da qual é montado, p_a ra evitar que quaisquer detritos entrem na corrente de saída. A secção de fundo 56 pode ser dotada de espessura reduzida contígua ao tubo 55 de modo a reduzir o efeito de isolamento no tubo, permitindo desse modo que a temperatura do tubo seja elevada para evitar a congelação do material no interior do tubo. 0 escoamento em torno do tubo é evitado por meio de um dispositivo de arrefecimento 57 sob a secção 56. A taxa de .339

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Mod. 71 · 10 000 βχ.

fluxo de material fundido proveniente do tubo de drenagem 55 é controlada por um elemento de válvula cónico 58 existente na extremidade de uma haste 59. A haste 59 está associada a meios macânicos (não representados) para ajustar a elevação do elemento de válvula 58 e, desse modo, ajustar o espaço entre o elemento de válvula e o tubo 55, de maneira a controlar a taxa de fluxo proveniente do mesmo. Uma corrente de material fundido 60 de material refinado cai livremente a partir do fundo do recipiente de refinação e pode ser feito passar para uma estação de formação (não representada) onde pode ser configurada para o produto desejado. 0 vidro refinado, por exemp lo , pode ser feito passar para uma câmara de formação de vidro de flutuação em que o vidro fundido flutua uma superfície de metal fundido para formar uma placa lisa de vidro.

Embora possam empregar-se várias formas, o recipiente de refinação 12 é, de preferência, de configuração cilíndrica. A forma cilíndrica é vantajosa para a construção segura de um recipiente estanque ao gás. A proporção de área de contacto de superfície interior para o volume é também minimizada com uma secção transversal circular. Comparado com um re finador de recirculação convencional do tipo de cadinho aberto, apenas -ama parte da área de contacto refractária é imposta pelo dispositivo de refinação cilíndrico, por vácuo, co presente invento.

A altura do material fundido 51, retido no dispositi vo de refinação 12 é ditada pelo nível de vácuo imposto na câ mara . A pressão máxima devida à altura do liquido deve ser suficiente para estabelecer uma pressão igual ou superior à pressão atmosférica na saída, para permitir que o material se ja livremente drenado do recipiente. A altura dependerá da gravidade específica do material fundido que , para vidro de soda-cal-sílica às temperaturas em questão ê de cerca de 2,3. Pode ser desejável uma altura para além do mínimo requerido para compensar o vácuo para se ter em conta as flutuações na pressão atmosférica, com vista a permitir a variação de vácuo

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Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-88 e para se assegurar um fluxo estável através da saída. Na for ma de realização preferida de acordo com o presente invento, proporciona-se um substancial excesso de altura de maneira que a taxa de fluxo de saída não é determinada pela pressão de vácuo, mas antes pelos meios de válvula mecânicos. Um tal dispositivo permite que se faça variar a taxa de fornecimento total e a pressão de vácuo, independentemente uma da outra. Em alternativa, a pressão na saída poderia ser abaixo da pres são atmosférica se a saída for dotada de maios de bomba para ultrapassar o diferencial de pressão. Como exemplo de uma bom ba que se pretende utilizar com o vidro fundido é a cue se descreve na Patente dos Ξ .U .A. n9 . 4.083.711.

As vantagens do vácuo no processo da refinação são al cançadas por crans: quanto mais baixa for a pressão, maiores serão as vantagens. Pequenas reduções na pressão, abaixo da pressão atmosférica podem resultar em melhoramentos apreciáveis, mas para justificar economicamente a câmara de vácuo, prefere-se a utilização de pressões substancialmente reduzidas. Deste modo, uma pressão não superior a meia atmosfera é preferida para os aperceiçoamentos de refinação apreciáveis ♦

que se comunicam ao vidro de soda-cal-sílica. Alcançam-se ain da melhores resultados a um terço de atmosfera ou menos. Pre_s sões absolutas inferiores a 100 torr (por exemplo 20 a 50 torr) são preferidas para se produzir uma qualidade de vidro comercial de flutuação de cerca de um grão por 1.000 a 10.000 centímetros cúbicos. Concideram-se imperceptiveis grãos com um diâmetro inferior a 0,01 milímetro e não se incluem na con taqem de grãos.

Os agentes de quebra de espuma, se acordo com o presente invento podem ser infectados no recipiente de refinação por meio de um tubo 54 que se prolonga para a zona superior do espaço de vácuo principal, por exemplo, através do dispos_i tivo de arrefecimento de topo 42, tal como se representou nos desenhos . 0 tubo pode ser dotado de uma camisa arrefecida a água (não representada) tendo em vista uma maior duração. Po15 -

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Mod. 71 - 10 000 βχ. - 4-86 dem aspergir-se para o recipiente, liquidos tais comi água, zontínua ou intermitentemente, através do tubo 54. Num exemplo o nivel de espuma foi controlado satisfatoricamente enquanto se refinava vidro de soda-cal-sílica a uma pressão de um quarto de atmosfera, por meio de injecção de âgua a uma taxa de cerca de 11,4 1. (3 galões) por tonelada de vidro produzido. A uma pressão de 40 torr, foi satisfatória uma taxa de 1,9 1. (1/2 galões) por tonelada. Para se introduzirem materiais sóli dos que provocam a queda de espuma, no espaço principal do recipiente de refinação, pode proporcionar-se um tubo direito, arrefecido a água e com uma passagem de ar, no dispositivo de arrefecimento superior 42. A quantidade de material provocador da queda de espuma a ser utilizado, depende de um número de factores e das circunstâncias de cada caso particular. A taxa de formação de espuma e o volume do espaço princinpal disponível para conter a espuma são obviamente, factores a levar em conta. A taxa de formação de espuma, por sua vez, depende da taxa de fornacimento total, do nivel de vácuo, da temperatura e do teor de gás da massa em fusão, e da quantidade de auxilia res de refinação com produção de gás presente na massa em fusão. Não é necessário suprimir totalmente a espuma, mas, pelo contrário, é preferível empregar a minima quantidade de agente provocador da queda de espuma para evitar um volume inaceitávelmente grande de acumulação de espuma. A utilização de quantidades desnecessariamente grandes de material provocador de queda de espuma seria indesejável devido ao seu efeito de arrefecimento no produto em fusão. Com a ordem de grandeza dos exemplos dados acima, verificou-se que a quantidade de água injectada tem um efeito insignificante na eficácia de energia do sistema. Como exemplo de um volume indesejavelmente grande de espuma seria aquele que faz com que a espuma entre em conduta de vácuo 52 na forma de realização representada no desenho.

Os auxiliares de fusão e de clarificação tais como compostos de enxofre ou de flúor são convencionalmente incluí .339

Case F/8 28 9/GL . -6.jUL.iy8/

Mod. 71 - 10 000 ex. - 4-86 dos em camadas de vidro mas produzem uma porção substancial de emissões indesejáveis nos gases de escape das formas de fu são de vidro. Seria desejável a sua eliminação, mas para atin gir os mais elevados níveis de qualidade, em particular para padrões de vidro plano, a utilização de auxiliares tem sido considerada necessária. Além disso, verificou-se que as fontes de enxofre (por exemplo, sulfato de sódio e sulfato de cálcio) provocam excessiva formação de espuma sob vácuo. Tipicamente , a fornada de vidro plano inclui sulfato de sódio em quantidades de cerca de 5 a 15 partes por peso por 100 par tes por peso do material de fonte de sílica ( areia) , sendo cerca de 100 partes por peso considerado desejável para assegurar a refinação adequada. Quando se funciona de acordo com o presente invento, no entanto, verificou-se ser preferível restringir o sulfato de sódio para duas partes por peso para se manter um nível manuscâvel de formação de espuma e verificou-se ainda que a refinação não é prejudicialmente afectada. Mais preferivelmente, o sulfato de sódio é utilizado a não mais do que uma parte por 1.000 partes de areia, senco meia parte um. exemplo particularmente vantajoso. Estas proporções de peso foram dadas para sulfato de sódio, mas serã evidente que podem ser normalizadas para outras fontes de enxofre por meio de proporções de peso molecular. A omissão de qualquer adição deliberada de auxiliares de refinação é também praticável, mas determinar quantidades de enxofre em alguns materiais de fornada mineral faz com que algumas vezes, estejam presentes menores quantidades de enxofre.

Podem efectuar-se outras variações, tal como será do conhecimento dos peritos do ramo, dentro do escopo do pre sente invento, tal como é definido pelas reivindicações que se seguem .

Claims (3)

1. -REIVINDICAÇ 0 Ξ S -

   Mod. 71 . 10 000 ex. - 4-86

   1? . - Processo para a refinação de materiais de vidro ou análogos caracterizado por se reter, num recipiente, um volume do material num estado Fundido e por se manter uma pressão subatmosFerica acima do material Fundido de modo a au xiliar a reFinação do material, pelo que a espuma está presen te, por cima do material fundido no recipiente, o que dá origem à disposição na espuma de uma substância que acelera o de saparecimento da espuma.

   25. - Processo , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a substância que piovoca o desaparecimento de espuma ser água, um composto de metal alcalino ou uma solu ção deste último.
2. 3^.- Processo, de acordo com a reivindicação 2, ca racterizado por o composto de metal alcalino ser um composto de sódio .

   45. - Processo, de acordo com a reivindicação 3, ca racterizado por a substância que provoca o desaparecimento de espuma ser hidróxido de sódio ou carbonctode sódio.

   55 . - Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o desaparecimanto de espuma ser acelerado por aspersão de água em direcçâo à espuma.
3. 6^. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a substância que provoca o desaparecimento de espuma ser um líquido.

   75. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o líquido ser combustível .

   85 . - Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a pressão no recipiente não ser superior a metade da pressão atmosFérica.

   95 . - Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a pressão não ser superior a 1002 torr .

   105 . - Processo de acordo com qualquer das reivindi

   58 .339

   Case F/8 289/GL

   Μοβ. 71 - 10 000 βχ. - 4-86 cações anteriores caracterizado por a substância que provoca o desaparecimento de espuma ser fornecida continuamente à espuma

   113 . - Processo de acordo com qualquer das reivindica ções 1 a 9, caracterizado por a substância que provoca o desaparecimento de espuma ser fornecida intermitentemente à espuma

   123 . - Processo de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por o material ser liquefeito antes de entrar no recipiente.

   13? . - Processo de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por o material que está a ser refinado ser vidro de soda-cal-sílica, sendo o referido vidro inicialmente dotado de uma fonte de enxofre como auxiliar de refinação numa quantidade não superior a uma quantidade equiva lente de 2 partes em peso de sulfato de sódio por 1000 partes em peso de material de fonte de sílica.

   143. - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o material, não incluir deliberadamente um auxiliar de refinação contendo enxofre.