CN1008437B - 以阶段燃烧和预热法熔化玻璃原料及类似物 - Google Patents

Abstract

原材料，如玻璃配合料，用液体燃料或固体燃料(如燃料油或煤)与配合料混合经燃烧而被预热。在一个具体方案中，将加热的材料和燃烧的气体产物并流流过预热阶段以消除含碳废气。预热的材料和从燃料来的任何灰分均被转入到第二阶段中，并在那里液化。来自预热阶段的一氧化碳可用作为液化阶段的燃料。

Description

本发明涉及到采用固体含碳燃料，例如煤，作为制作玻璃过程或类似的各种熔融过程的燃料源，也涉及到固体或液体燃料与原料的混合物的使用。

众所周知，在可以得到煤的那些地区，相对于其它的传统能源，例如天然气、燃料油和电，来说，煤通常是最便宜的。所以建议把煤作为熔化玻璃及其它类似物的燃料源。这种建议的例子在美国专利 3，969，068和4，006，003中可以看到。然而，已发现煤为燃料的直接火焰操作的熔炉有一定的缺点，因而防碍了它的广泛应用。主要缺点是煤的灰含量。在熔化玻璃时惯用的平炉式熔窑中采用高位燃烧器烧煤时，大量的灰分带入排出气的气流中，它可导致蓄热室堵塞。因此，在废气排出进大气之前必须清除灰分。一些灰分沉积在熔化室的壁上，在壁上沉积的灰分熔成液态溶渣，它顺着容器壁下流到熔体中。熔融态熔渣的流动对熔炉的耐火材料有害，并且进入到熔体中的熔融态熔渣使成品材料产生有害的组成变化和不均匀性。熔渣的铁含量常常高于玻璃，且熔渣流到熔体中可能产生不希望出现的颜色条纹。这些问题已防碍了煤用作熔化制品的直接燃料。对制品来说，组成的均匀性是个重要的问题。特别是对平板玻璃来说，组成的变化将在制品玻璃中造成光性畸变。

特别是在熔化透明玻璃时，煤或其它含碳燃料与原料混合使用的缺点是在数量上足以对熔化过程提供有效的能量，碳对熔体也有还原作用。存在于还原了的玻璃中的铁和硫使玻璃着成棕色。加之煤本身也增加熔体的铁和硫含量。含在透明无色玻璃配合料中的少量煤粉〔一般少于0.1%（重量）〕有助于熔化过程，但是这样的数量不是有效的能量来源，而数量较大又认为是有害的。甚至在制造棕色玻璃时，所用碳量也不应认为是有效的燃料成分。

美国专利3，294，505披露了用配合料坯块和焦炭组成的料床熔化玻璃。这种方法只限于相当窄的一组低粘度、低质量用途的玻璃组成。另外，还希望避免配合料结块的费用。

在公开转让的美国专利4，551，161中披露了用燃料油润湿玻璃配合料的技术。燃料油仅供给一小部分熔化过程所需的能量。

用煤和一些其它含碳燃料的另一个问题是这些燃料含有一定比例的挥发性碳氢馏分。如果在点火之前进行加热，这些碳氢馏分即被分出并随排出气体一起逸出。特别是如果需要把与含碳燃料混合的原料预热时，这更是一个问题。另外，加入未雾化的含碳燃料到燃烧区，一般也产生能污染环境的充满了烟雾的排出气体。燃尽或按另一种方式处理排出气体或在初始操作中碳化燃料是昂贵的方案，最好避免。

本发明一个方面是用含灰分的燃料（例如，煤）作为熔化过程的基本能源，而且避免了通常件随而来的灰分问题。产生灰分的燃料在熔化过程中一个独立的配合料预热阶段处燃烧，这时，灰分结合在配合料中。最好是把配合料和燃料以彼此混合的方式供到预热阶段以使灰分遍及全部配合料中，并为燃烧时在配合料与燃料之间提供密切接触条件。用供入氧化剂（最好是纯氧）到预热阶段的燃烧区的方法维持燃烧。在预热阶段可用搅动材料的方法来促进配合料和燃烧的燃料之间的接触，并有助于灰分混入配合料中。受热的配合料和灰分的混合物最好仍以粉末状通到液化混合物的下一阶段。

熔化所需的全部能量的主要部分可以靠经济的燃料来供给。例如用煤。以这种燃料把配合料预热到正好低于发生显著熔融的温度。把近似均匀的配合料和灰分的混合物加到液化阶段的方法中，尽管引入了大量灰分，但能使最后形成的熔体组成基本上均匀。所以，伴随着应用能产生灰分的燃料（例如煤）出现的一个问题基本上解决了。

用燃料与配合料接触燃烧而避免灰分带入排出气体中，也避免了在炉壁的内表面上形成熔渣，用这一方法就能避免污染环境和熔炉的损坏，这些对任何熔化过程来说都是所希望的。尤其是避免熔渣流入熔体中使得本发明对熔化那些组成均匀性很重要的玻璃和类似物来说特别具有吸引力。甚至用本发明的方法能生产相当黏的、难于均化的玻璃，例如钠-钙-硅平板玻璃，对这种玻璃来说，有很高的光学质量标准。另外，要求配合料不结块，这也是一个优点。

本发明的另一方面是供氧和预热阶段的温度可以控制，从而产生相当数量的作为燃料燃烧产物的一氧化碳。一氧化碳通至下一阶段，如液化阶段，在此阶段它至少作为在该阶段燃烧的燃料的一部分。另一种可供选择的方案中，第一阶段燃烧可能是个完全的，从而可允许剩余一些燃料未燃烧，这样可以把这些燃料与配合料一起送到第二阶段，在那里至少作为一部分燃料。

为了在预热阶段可以使用较高的温度以及增加所产生的一氧化碳数量，在相当低的温度下就能熔融的一些玻璃配合料组分可不在第一阶段而在第二阶段或下一阶段加入。把钠的原料（例如苏打灰）从钠-钙-硅玻璃配合料中除去则能允许第一阶段使用足够高的温度以煅烧碳酸盐类的原料，例如石 灰石、白云石，还可以产生一氧化碳。若在第一阶段只处理二氧化硅原料（砂子）就使得第一阶段能在很高温度下操作，因之能产生大量的一氧化碳排出气。

液化阶段之后，接下来的是第三阶段，在该阶段中熔化过程可以继续进行，当燃料与配合料混合时，在液化阶段中燃料和氧化剂之间可能不完全接触，或可能有过剩的燃料存在，因之液化了的材料可能以还原状态离开第二阶段。在这种情况下，第三阶段也可包括熔体再氧化的手段，例如用富氧火焰浸没燃烧法和/或用氧化剂（最好是氧）通过熔体鼓泡的方法。为了避免透明无色玻璃污染变色，再氧化方法是特别有用的。透明无色玻璃因铁和硫离子造成的不希望发生的着色可以通过在第三阶段再氧化熔体的方法来加以避免。

煤灰的化学组成一般与大多数玻璃的化学组成是一致的，因此玻璃中能掺入一些对玻璃制品几乎没有或完全没有有害影响的灰分，只要灰分在熔体中能精确均匀地存在就行。然而，当煤构成一般熔化过程的主要燃料来源时，所产生的灰分量对光性要求高的一些类型的玻璃来说是难于充分均化的。所以在整个熔化过程的一个分立的阶段用煤作燃料以便在液化以前使配合料与灰分混合，这就是本发明的一个优点。另外，在分立的预热阶段中需要的能量少于总能量，所以需要较少的煤，因之产生的灰分也就较少。而且已发现，阶段熔化过程的总效率降低了熔化玻璃总能量的需要量，从而降低了燃料需要量。结果，煤可以构成预热平板玻璃配合料直到熔融温度所需能源的主要部分或全部。在某些操作方法中煤可以构成整个液化操作的主要或全部能源。

本发明的新型燃料结构可构成整个燃料源或者可以补充一般热源。新结构所供给的预热阶段所需全部热能的部分是主要的;即比以前的工艺所能提供的热能更大，以前的工艺包括含碳材料作助熔剂、着色剂或粘合剂。可以相信，供给百分之五那么多的能量不是以前在熔炉中使用含碳材料的那种工艺的特点。为了经济起见，最好是把本发明的新型燃料用量增加到最大值，以便通过预热阶段提供主要能量，并在最佳状态时供应全部能量。

本发明推荐的实施方案的另一特点是抑制了未全部燃烧的产物，例如烟尘、粉尘或由燃料挥发的物质等从排出气中散发出去。当与固体或液体燃料接触的配合料材料向加热区传送时，燃料温度逐渐增加，燃料开始放出挥发物，且在完全点火之前发烟。由此引起的有害的散发物用本发明的这种方式基本上可以消除，其方法是使预热阶段气流的方向与一般通过预热阶段输送的配合料-燃料混合物的方向保持大致相同。此共同流动的气流模式把散发物由加热的早期阶段带到燃烧区，在燃烧区可燃的散发物被烧成灰分。这不仅排除了有害的散发物，而且它们的燃烧也对配合料的加热有利。来自预热阶段的排出气体使之通过下一个燃烧区，例如液化阶段，发生进一步燃烧。

本发明也有其它环境方面的优点。突出的有明显效果的方法有可能用氧代替空气维持燃烧。燃烧气体中氮量的消除或减少降低了氧化氮（NOx）的生成量。当用氧燃烧时，排出气体的体积显著减小，从而降低了气体流速，因而也减少了散粒配合料被带走的量。无氮存在也能产生较高的火焰温度。应用基本上纯净的氧并排除所有的空气可使这些优势最大限度地显现出来，但这些优势按照氧浓度超过空气中氧浓度的程度仅可部分实现。

另一个环境优点是：通常伴随含硫燃料，例如煤，燃烧时产生的一些亚硫化物散发物可被抑制。各种燃烧气体和配合料（特别是含石灰石或类似物的玻璃配合料）之间的接触可把氧化硫从气流中排除。

由下面的附图和说明将更充分地了解本发明。

图1示出了本发明推荐的设备，它包括一个局部剖面的预热阶段旋转炉，一个转动的第二阶段的液化室和一个第三阶段澄清室。

图2是第二和第三阶段的放大垂直横截面图，图中第三阶段设有浸没燃烧装置。

现援引一个玻璃熔化操作为例对本发明进行详细描述。已发现，对这种玻璃熔化操作本发明是特别有用的。对所有类型的玻璃包括平板玻璃、容器玻璃、纤维玻璃和钠硅酸盐玻璃来说，本发明都是有用的。

然而，应该了解，对其它类似材料的熔化，特别是对矿物型材料转变成熔融态来说本发明是适用的。其它的例子包括：

玻璃态或陶瓷材料的熔融、玻璃的熔化和矿石的熔炼。

第一阶段可以采取各种各样的气体/固体接触装置，但是优选的设备是图1所示的转炉1。另一个装置如以前工艺中所知道的那样包括液化床和旋风分离器/接触器。转炉包括圆柱形炉壳2，它支撑在与水平面稍有倾角的滚筒3上，并可旋转。如附图中所示，单围墙围住的金属壳是可以满足要求的，但若用耐火材料衬里或用中间带绝缘的两层金属壳壁会获得更好的热效率。

静止的入口盖4封闭转炉的入口端。供料导管5伸经盖壁为的是由供料速率控制装置6把粉末状配合料送到转炉中。配合料B可在加入转炉之前先与燃料混合，或者可以把燃料和配合料分别加到转炉中在炉中进行混合。氧化用的气体（例如空气，但最好是氧）可用通过入口盖4的壁伸入的导管7供到转炉中。导管7顺着配合料供料区域伸到转炉中的距离足以在配合料进料区域下游的一定距离处建立起燃烧区。包括含氧化合物（例如碳酸盐）的配合料也能贡献一些氧以维持燃烧。这是一个有利条件，因为在配合料液化前已除去二氧化碳。否则，液化之后，释放出的二氧化碳将会在熔体中产生难以消除的气泡。在所推荐的设备中，这些燃烧产物与配合料一起同时流经转炉进入第二阶段液化装置10中，借助出口封闭套36将两个阶段连接起来。

点火可用辅助加热装置在燃烧区内开始，辅助加热装置例如可以用临时***炉中的喷嘴。与配合料接触的燃料一旦点燃，用平衡供氧速率与配合料和燃料沿转炉输送速率的方法可使燃烧区维持在转炉的基本固定的区域。转炉输送速率基本上受控于倾斜的炉子转动的速度。固体材料和气流以相同方向流经转炉，从而把燃料开始赶出来的挥发材料带到煅烧它们的燃烧区内。

尽管不是推荐的，但是气体和配合料在转炉或其它预热器中可能彼此以相反的方向流动。在这种情况下，需要提供使排出气体达到环境容许程度的设备，例如一个袋状的悬浮粒子收集器。排出气体的一部分可再循环到预热器或液化阶段燃烧区以便消除可燃物。另一种处理排出气体和回收废热的技术是把排出气体通到附加的初级预热段中去与配合料接触。一种包括碳酸盐（例如，石灰石）在内的配合料对从排出气体中去掉氧化硫也是有用的。

第二阶段10的专门推荐的实施方式示于图2中，并且与Kunkle等人的美国专利4，381，934以及也是Kunkle等人的1984年10月16日提出的申请序列号为661，267的美国专利申请的说法是一致的，这些说法以参考文献的方式列入本文中。采用第二阶段液化配合料，且以其倾斜的熔化表面接收配合料为特征，后者在倾斜的表面上熔成薄层，并于液化时迅速从那里流下。此处所示的液化阶段10是Kunkle等人推荐的设备，其中倾斜的表面基本上环绕一个中心空腔，而容器围绕一个基本垂直的轴转动。环形结构为本发明以及一般熔化过程效率提供了明显的优点。但应该了解，本发明在更宽的范围内是不仅限于环形结构的。

将液化步骤与该熔化方法的其它步骤分开进行，并通过优化每一段条件，以满足在那里正运行着的阶段的特殊需要，从而能更有效地把能量用于过程的每一阶段。用配合料环绕加热区的方法以及使用配合料或合适的物质的绝热层以热绝缘液化区的方法可获得额外增加的热效率。由于有显著效果的这一过程的全部能量效率，并且因为只是熔化所需全部能量的一部分消耗在液化作用区，已发现在液化作用阶段所消耗的能量比较低，并可有效地使用各种各样的热源。燃烧燃料，特别用氧燃烧是比较好的，也可用电作热源，如用电弧或等离子体火焰。煤或其它固体燃料可作为第二阶段中燃料的一部分或全部。它们之中的一些可能是来自第一阶段的未燃烧的燃料。当第一阶段中产生一氧化碳时，来自第一阶段的排出气体可以送入第二阶段，此时它可供给那里所需能量的相当大的一部分。

参考图2，液化阶段10包括一个普通圆筒形容器12，它可由钢筒制成。容器12支撑在环形构架14上，为了围绕相应于容器中心线大体上垂直的轴或容器的对称轴转动，环形构架14又安装在许多支撑滚柱16和调整滚柱18上。容器底托20托住一个轴向校准的环形轴瓦22，用它固定中心***孔24。轴瓦22可由许多陶瓷块组成，且底托20可拆卸地固定在容器12的余边上以便容易更换轴瓦22。

耐火盖26最最好是圆顶朝上的，借助周围的构架28稳定地支撑住。耐火盖26至少包括一个开口，通过开口至少可以***一支供冷却气体的导管30。供给导管30可构成燃烧器或仅作为供给氧或其它氧化剂的导管以便维持正供入液化室内的燃料的燃烧。如果燃料正由第一阶段供给，导管30可用来供氧或供类似物给已达到点火温度的容器中。液化作用阶 的一部分热除来自第一阶段的燃料正在供给的能量以外还可由通常的燃烧器供给或是由其它热源供给。导管30如图所示安放在中央，以便用氧填满整个内腔，或者可以倾斜或偏离中心安放，以便使氧和/或燃料直接达到熔化层上。

通过盖子26的开口32可用来把配合料供到液化作用阶段，另外，如图2中所示，在转炉1尾端的排出口36可装备一个直接把材料加到液化作用阶段的滑槽。一个可调的挡板38装在滑槽的尾端，以便直接使配合料流到容器12的各个边墙上。

最好在容器12的里面衬以粉料稳定衬层40。此衬层起到绝缘衬里的作用以保护容器12免受其内部热量的影响。在使用过程中，希望避免产物在此处污染，所以衬层40与配合料的组成最好基本相同。在熔化过程开始之前先在熔炉内衬稳定衬层40，其方法是在容器12转动条件下往其中加入松散的粉料，如配合料。松散的粉料如图2所示一般呈抛物线形。可润湿粉料，例如在形成稳定衬层的初始阶段用水润湿以易于沿侧壁粘附层。当衬层40以配合料组成时，在操作过程中与配合料混合的燃料组分不必包括进去。在衬层材料与生产材料之间稍有差别是可以的，这取决于特定生产方法的要求。

在熔化过程中，连续向液化阶段10加入配合料，结果形成一个分布在稳定衬层40表面上的下流配合料流，同时，借助容器12中的燃烧热的作用在过渡层42中发生液化并通过轴瓦22中的中心孔24随之流到容器的底部。液化材料44从第一阶段10落入下一工艺过程的第二阶段11中。照这样，可有效地实现配合料的初级阶段液化，材料一经液化，立即从热源附近移开，同时新的配合料继续补充上去，从而保持着大的温度差，因此在液化容器中存在高速度的热传递。不断补充入温度较低的，新的配合料与绝缘衬层相配合，用以保护液化容器结构的完好而不必对容器进行强制冷却。

衬层40的材料起着热绝缘的作用，更可取的是也可作为过渡熔融层42的无污染接触表面，最好是稳定衬层中包括一个或更多的配合料组分。希望衬层材料的热传导性相对较低，以致仅凭衬层的实际厚度即可免去容器外部不经济的强制冷却。一般地说，粒状或粉状矿物原料有很好的热绝缘性，然而有时也可采用熔化过程的产物或中间产物作为无污染稳定层。例如，在制造玻璃过程中，粉碎的玻璃（废料玻璃）可构成稳定层，尽管由于玻璃比玻璃配合料的热传导性较高，所以需要衬层较厚。另一方面，在冶金过程中采用金属产物作为稳定层时，需要很大厚度的衬层才能对容器起到热保护作用，然而有些矿物材料也可满意地作为绝缘层。

如上述所推荐的液化作用阶段实施方式需要让衬里围绕中心内腔旋转，然而必须了解到本发明也适用于衬里环绕加热内腔但不转动的实施形式。另外，本发明也适用于衬层表面倾斜，然而并不环绕热源（例如，在坡道上发生熔融）的实施形式。此种改型的举例已在以前的Kunkle等人的专利和申请书中叙述过。

空气能用作氧化剂，然而最好是用氧（即比空气的氧浓度更高），以便减少气态产物的体积。结果，由于排出气流容积比较小而温度高，所以第一和第二阶段的两个设备可造得比较紧凑。从***中消除氮也增加火焰的发射能力，因而增加热传递。由于周围衬层所给予的热保护和有效的热传递，才能使氧火焰维持燃烧的强大热量与第二阶段所推荐的实施方式相配合。

预热阶段所达到的温度决定于燃烧量，而燃烧量又决定于所供燃料和氧量。既使少量的燃烧对于传递到配合料中的热量来说也是有益的。较好的情况是，在第一阶段燃烧所发生的热量足以使配合料能产生最大温升而又没有把配合料各组分熔融成不再自由流动的程度。例如，一个典型的含有相当数量苏打灰的平板玻璃配合料的混合物要把温度基本限制在低于苏打灰熔点（851℃）的温度，再低一些更好，以避免转炉的阻塞。另一种选择是，把加入第一阶段的配合料中在较低稳定下就能熔化的组分先不要加入，而可直接加到第二阶段中，这样可以允许第一阶段达到较高的温度。有利地是，在高于870℃左右的温度时，碳酸钙和碳酸镁这些玻璃配合料的典型组分都能被煅烧，即发生分解并释放出二氧化碳。当材料仍为固态时就清除二氧化碳是有利的，因为这样可以避免在熔体中产生二氧化碳气泡。如果在该阶段受热的材料只限于高温度下熔化的配合料组分，而其余的组分直接加入到后一阶段，那么，在预热区中就可允许更高的温度。例如，在转炉中只加热砂子，那么允许预热温度超过所要达到的1000℃。可为越过第一阶段的任何材料提供独立的预热设施。这些玻璃配合料的组分，如苏打灰 或烧碱可以熔融态加入到第二阶段中。当第一阶段在较高的温度下操作时也可把碎玻璃直接加入第二阶段，在高温情况下碎玻璃可与排出气体接触而加以预热。

如果供给的氧对燃料的完全燃料不足的话，在大多数操作温度下第一阶段燃烧能产生一些一氧化碳。于是从第一阶段来的排出气体能通到第二阶段，在那里一氧化碳与附加氧燃烧作为第二阶段部分或全部的燃料。在较高温度下燃烧产物中二氧化碳的比例降低，而一氧化碳的比例增加。所以，为了得到较大比例的一氧化碳作为第二阶段的燃料，第一阶段在高于900℃左右的峰值温度下操作更有利。当所供的燃料充足而缺氧时，则第二阶段所需的全部燃料可由来自第一阶段的一氧化碳供给。燃料燃烧成一氧化碳大约释放出燃料热含量的三分之一，其余的热量将在一氧化碳燃烧而成二氧化碳时释放出来。所以，对第一阶段和第二阶段的相对能量的需要上，应该重视选择在第一阶段中所要产生的一氧化碳的数量。例如，玻璃配合料在预热阶段利用的能量是液化阶段的两倍，所以在第一阶段只产生二氧化碳，对于能量的利用来说它可能不是最有效的。当预热一整份平板玻璃配合料混合物时，燃料热含量的最佳分配可在来自第一阶段的输出物中含大约50%的一氧化碳和50%的二氧化碳（以克分子计）的情况下达到。

以煤为能源是本发明的优点，这是由于有些地区煤源丰富并相当价廉。然而其它一些固体或液体含碳燃料，例如燃料油、焦碳粉、石油焦炭、泥煤、褐煤、油页岩、木屑、甘蔗渣、废纸等在本发明中也都能很好地利用。液态石油产物，如燃料油，对润湿配合料来说也是有利的，这样能防止形成粉尘并带入排出的气流中。

为了经济起见，煤是推荐的燃料，特别是沥青煤。典型的宾夕法尼亚沥青煤其热值一般由11，000到15，000BTU/磅（25.5到34.8百分焦耳/公斤），灰分含量由于其来源不同而大约为3%到9%（重量）。为了在常规的有效操作的架空火焰的蓄热式窑炉中熔化玻璃，一般认为燃烧天然气或燃料油至少消耗约6百万到7百万BTU/吨所得玻璃（7到8百万焦耳/公斤）。以典型的宾夕法尼亚煤为例，热值约为13.800BTU/磅（32百万焦耳/公斤），灰分含量约为7%（重量），像这样的煤在一个普通的玻璃熔炉中燃烧时，为了供给熔化所需的全部能量，将产生无法接受的大量的灰分。已发现，上述的液化作用过程消耗大约2到3百万BTU/吨产量（2.3到3.5百万焦耳/公斤产量））。这种能量消耗水平只要很少的煤就能满足供给能量的需要，因而由煤中引入到熔体中的灰分甚至对生产高质量水平的平板玻璃来说也在可以接受的范围内。

所要用的煤量决定于预热阶段所要达到的温度以及特定煤种的热值，热值又是煤中固定碳含量的函数。因而氧很难接近煤的各个部分，因之燃烧可能是不完全的，优选的是所加的煤比理论所需的量稍多一些。作为例子，大约用2%到3%（重量）的上述宾夕法尼亚煤与平板玻璃配合料相混合，当在过剩氧的条件下燃烧时，预热的配合料大约可达550℃到650℃。在此种情况下，产生的一氧化碳量是很小的。在另一个例子中，在第一阶段没有加入含苏打原料（例如，苏打灰）的平板玻璃配合料（因此，主要含砂子、石灰石和白云石），另外其中混入大约6%到10%（重量）的煤，燃烧时预热温度可达1100到1300℃。相当数量的石灰石及白云石被煅烧，如果把有限数量的氧供到燃烧区，那么在燃烧产物气流中一氧化碳将大大超过二氧化碳的数量。其它含碳燃料均可代替煤使用，其用量决定于各自的热值。

必须了解，当燃料与配合料接触时，有利地提供了至少大部分预热阶段所需能量，最好情况下是全部。本发明的优点是通过与配合料一起逐渐地加入较小数量的燃料而得以实现的。在这种情况下，一些能量可用普通燃烧器加热预热阶段的方法提供。在预热器中的气流与配合料流方向相反的实施方案中，由液化作用阶段通到预热器的排出气体可为预热提供一些能量。

要与配合料混合的固体燃料，如煤，最好是先粉碎。例如煤，最好不要大于60目（美国标准筛尺寸），已发现200目的煤特别令人满意。煤的发火点稍有不同，然而典型的沥青煤其氧化过程开始于约170℃，当有纯氧供给时其自燃温度一般在250℃以上。

下面列出来自25分（重量）煤的典型的灰分含量：

SiO₂1.2份（重量）

Al₂O₃0.6

Fe₂O₃0.27

CaO    0.1

Na和K    0.5

可以看出，这些灰分的组成与下述钠-钙-硅平板玻璃的组成是相似的：

SiO₂72～74%（重量）

Al₂O₃0～2

Na₂O 12～15

K₂O 0～1

MgO    3～5

CaO    8～10

Fe₂O₃0～0.2

SO₃0～0.5

上述类型钠-钙-硅玻璃的粘度在1425℃时至少是100泊。

配合料在第二阶段中液化的温度将决定于特定的配合料，特别是其具有最低温度成分的数量和熔化温度。对于玻璃配合料来说，最普通的低熔成分是苏打灰，它在1564°F（851℃）熔化。实际上，已发现商业平板玻璃配合料的液化温度稍高一些，大约在2000°F（1090℃）到2100°F（1150℃）。在液化阶段的热量将使液化材料由该阶段流走之前稍稍提高它的温度，因此，从液化阶段10流走的液化玻璃配合料其典型温度大约为2300°F（1260℃），但通常不高于2400°F（1320℃），在液化作用容器中这样的温度以及短暂的滞留时间难于完全地完成熔化过程中所包含的复杂的化学和物理反应。于是，液化的材料转换到第三或“澄清”阶段”11，在此阶段中熔化过程继续进行。

对于玻璃来说，澄清区中的加工，一般需要将液化的材料升温到使残余的砂粒易于熔化以及由熔体中除去气态夹杂物。为了澄清平板玻璃其最高澄清温度认为大约需在2500°F（1370℃）到2800°F（1510℃）。在此阶段另一个合乎需要的操作是用搅拌的方法实现熔融物的均化。配合料在还原条件下液化时所得到的熔化了的材料也是在还原条件下进入澄清阶段，对于某些最后的用途来说有时也需要熔体的再氧化。所以，本发明中澄清阶段的作用可能是往熔体中引入氧化剂。所有这些目的均可采用图2中所示的推荐的设备达到。强烈搅拌的澄清阶段不仅很好地适宜于熔体调节熔体的氧化状态，而且也适宜于加入较易熔化的着色剂、碎玻璃或组成修饰剂。因之，也为制作多种多样产品提供很大的灵活性。

澄清阶段推荐的设备示于图2，它是在两个炉室中采用浸没燃烧法。对于某些应用场合，单室的澄清阶段就足够用了。然而，对于平板玻璃来说，推荐的设备需要两个浸没燃烧室50和52，每个室分别持有一个熔化了的材料的槽子53和54。在这些炉室中设有氧气鼓泡管55和56以及设置在熔化了的材料下面的水冷却喷嘴57共58。材料通过浸没的流液洞59可由炉室50流入炉室52中。炉室50顶上的开孔60容许熔化了的材料44从液化作用阶段10落入到炉室50中。来自液化器10及第一阶段1的排出气可以通过开孔60进入澄清室。在炉室50的上部开有排气孔（未示出）。在炉室52上部有开孔62以使废气排出。

燃料，如天然气，和其一种氧化剂，最好是氧，加入喷嘴57和58中，当气流进入到熔化槽53和54时即发生燃烧。其它的在浸没燃烧喷嘴中有优越的燃料是氢，因为它的燃烧产物是水，而水在熔融的玻璃中有大的溶解度。采用氧作为氧化剂是有益的，因为它避免将大量的空气中的氮引入到熔体中，这些氮在熔化了的玻璃中的溶解度很低。采用纯氧还能改善氧与熔体中还原性物质之间的接触。可以向喷嘴供过量的氧化剂，即超过燃料燃烧所需的数量，以便调整进入澄清阶段的液化材料的还原状态。另一方面，如果进入澄清阶段的液化材料包含有相当数量的未燃烧的碳，或者如果熔体的温度不需要提高，那么，氧化剂只可单独地喷入到熔槽53和54中，以便只提供再氧化作用。氧化剂也可以分别地由浸没燃烧喷嘴引入，如通过鼓泡管55和56。已经发现，采用鼓泡器与浸没燃烧相结合的方法是有利的。鼓泡器可适用于向熔体中喷射小的氧化剂气泡流，此气泡流能增加熔体与氧化剂气体之间的接触表面积，而浸没燃烧提供激烈地搅动，以便把氧化剂气泡彻底地混入熔体中。浸没燃烧也能对熔体提供非常有效的均化作用。

加入澄清阶段的氧化剂的过剩数量将随着所遇到的特定条件而变化，也随着进入该阶段材料的还原程度以及最后产物所需的氧化状态而变化。搅拌的程度，容器大小及形状，气-液接触的效率以及在澄清阶段停留的时间都是达到再氧化的因素。为了得到均匀的再氧化以便满足平板玻璃标准，已发现，最好在如附图所示的两个连续的炉室中进行再氧化。从而经适当的停滞时间，能有较大把握使产物的每一部分均处于再氧化的状态。在玻璃中，由 于存在硫化物状态的硫以及存在铁，还原条件下能得到棕色玻璃。如果希望得到无色透明的玻璃，那么就进行再氧化以便充分地增加着色离子的氧化状态，一般的可用Fe⁺³/Fe⁺²比来表示。对于标准的商业级无色透明的浮法玻璃来说，Fe⁺³/Fe⁺²比值大约在1.5到3.0的范围内，玻璃的厚度为6毫米时，对波长380纳米的光线，透过率至少为70%（最好不低于80%）。无色透明浮法玻璃有时也用波长为1000纳米光线的透过率来表征，其值应不低于60%（厚6毫米）。Fe⁺³/Fe⁺²比值要比上面用氧气鼓泡到最初是暗棕色的熔融玻璃中达到的比值大得多。在氧化条件下颜色由棕色变成无色透明是容易看到的，所以用肉眼观察能很容易地估计近似的氧化程度。虽然煤对熔体能引入过多的铁，但可以用再氧化的方法得到无色透明玻璃。然而，标准的浮法玻璃透过率的精确配比会要求降低为了着色故意加到配合料中的铁（通常是红铁粉）的量。

来自再氧化室的下降料流处可有调节室64（如附图中所示），在该室中再停滞一段时间，以便气态夹杂物从熔体中逸出，然后将熔体继续冷却到适于最后加工的温度。熔化了的材料通过浸没流液洞66流入调节室64中。如图所示的布置，在调节室64中停滞的时间可借助使熔体流形成曲折的路线的浸没闸板67和料皮阻挡器68的设备来延长，加工过的熔融材料可由澄清阶段11通过再导至成型工序或其它类似工序的流料道70引出。在玻璃的情况下，可用已知的设备将其成形成板、纤维、瓶子等制品。

本发明的详细说明已与最好方法一起作了陈述，但必须了解对那些对本技术领域的普通技术人员来说是明显的变化和改进均属于下面的本发明的构思和范围内。

Claims (26)

1、熔化玻璃或类似物的方法，其特征是其中包括将配合料和固态或者液态燃料送入预热阶段以将配合物与燃料混合，在与配合料混合的过程中让燃料燃烧以便将配合料加热到低于其熔融温度的温度，在燃料进行燃烧的同时搅拌燃料和配合料混合物以使燃烧燃料留下来的灰分与预热配合料混合，配合料预热之后加热到更高温度以使玻璃液化或熔化，并且必要时将玻璃进一步加热而使玻璃澄清。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，燃料在加入预热段前先与配合料混合。

3、根据权利要求1所述的方法，其中，燃料与配合料相接触，基本上提供了预热阶段所需要的全部能量。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，燃料包括煤。

5、根据权利要求1所述的方法，其中，燃料包括液体石油产物。

6、根据权利要求1所述的方法，其中，液化阶段用燃烧法加热，而且排出气体从液化阶段进入预热阶段。

7、根据权利要求1所述的方法，其中，预热阶段包括在旋转的容器中搅动配合料，搅动是在配合料由旋转容器的一端输送到另一端时进行的。

8、根据权利要求1所述的方法，其中，配合料于液化阶段中在一个斜面上液化，随后从那里自由地流下。

9、根据权利要求1所述的方法，其中，一个比空气有更高的氧浓度的氧源，通到预热阶段，以维持燃烧。

10、根据权利要求9所述的方法，其中，氧源基本上由纯氧组成。

11、根据权利要求1所述的方法，其中，配合料通过预热阶段由入口端输送到出口端，在预热阶段中的燃烧的气流一般保持在出口端的方向。

12、根据权利要求11所述的方法，其中，来自预热阶段的燃烧产物进入液化阶段。

13、根据权利要求12所述的方法，其中，燃烧产物包括一氧化碳。

14、根据权利要求1所述的方法，其中，加入到预热阶段的配合料包括碱土碳酸盐，并且预热阶段的温度足够煅烧相当部分的碳酸盐。

15、根据权利要求14所述的方法，其中，加入到第一阶段的材料基本上没有在低于煅烧温度下熔化的组分，而将低于煅烧温度下熔化的组分加入液化阶段。

16、根据权利要求1所述的方法，其中，配合料包括钠-钙-硅玻璃配合料的混合物。

17、根据权利要求13所述的方法，其中，第一阶段的燃烧区的温度至少是900℃。

18、根据权利要求13所述的方法，其中，来自第一阶段的一氧化碳构成加热第二阶段的大部分能源。

19、根据权利要求9所述的方法，其中，氧源基本上不含氮。

20、根据权利要求17所述的方法，其中，加入到第一阶段的配合料不存在900℃以下熔化的组分，而包括低于900℃以下熔化的组分的第二个配合料部分加到第二阶段中。

21、根据权利要求8所述的方法，其中，加入到第二阶段中的配合料被沉积在面向中心加热内腔的斜面上。

22、根据权利要求1所述的方法，其中，配合料呈粉末状态，基本上以自由流动经过预热阶段。

23、根据权利要求7所述的方法，其中，氧源引入到位于进口端和出口端的中间位置的预热阶段的容器中。

24、根据权利要求8所述的方法，其中，配合料刚从第二阶段排出就立即液化，随之进入进行澄清处理的第三阶段。

25、根据权利要求24所述的方法，其中，澄清处理包括提高已液化材料的氧化态。

26、根据权利要求1所述的方法，其中，在预热阶段中为了燃料的燃烧所需氧的一部分可由配合料中含氧的化合物供给。

Images