PL148248B1 - Method of melting glass furnace charges - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób stapiania wsadu szklarskiego przy uzyciu paliw weglowych, (takich jak wegiel oraz stosowania mieszanin sta¬ lych lub cieklych paliw z surowcami dla tych procesów.W regionach wystepowania wegla jest on zwykle najtanszym zródlem energii w porównaniu z in¬ nymi tradycyjnymi zródlami energii, takimi jak gaz ziemny, olej opalowy i elektrycznosc. Byly wiec propozycje zastosowania wegla jako paliwa przy wytapianiu szkla i w podobnych procesach.Przyklady takich propozycji podano w opisach pa¬ tentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 3 969 068 i 4 006 003. Jednak stosowanie wegla ja¬ ko paliwa w piecach o nagrzewaniu bezposrednim ma pewne wady, które zahamowaly rozpowszech¬ nianie tej metody. Glówna z nich jest obecnosc po¬ piolu w weglu. Przy spalaniu wegla w górnym palniku w otwartym piecu trzonowym stosowanym zwykle przy wytapianiu szkla gazy odlotowe pory¬ waja znaczna ilosc popiolu, który moze zatykac re¬ generatory, a wiec niezbedne jest usuwanie popio¬ lu z gazów odlotowych przed ich wypuszczeniem do atmosfery." Czesc popiolu odklada sie na sciankach komory wytapiania oraz stapia sie i splywa z cieklym zu¬ zlem po sciankach zbiornika do stopionego szkla.Splywanie stopionego zuzla niekorzystnie dziala na wykladzine ogniotrwala pieca, a on sam laczy sie ze stopionym szklem zmieniajac jego sklad i po- 10 15 wodujac niejednorodnosc produktu. Zuzel zawiera czesto wiecej zelaza niz szklo i splywanie to po¬ woduje powstanie w szkle zabarwionych smug. Sa to wazne przeszkody w stosowaniu wegla jako pa¬ liwa do bezposredniego grzania w procesach sta¬ piania, w których istotna jest jednorodnosc pro¬ duktu. Dotyczy to w szczególnosci szkla okienne¬ go, w którym wahania skladu wywoluja znieksztal¬ cenia optyczne.Inna wada stosowania wegla lub innych paliw weglowych w mieszaninie z surowcami, zwlaszcza przy wytopie przezroczystego szkla, jest fakt, ze wegiel w ilosciach dostatecznych do wytworzenia potrzebnej energii w procesie stapiania dziala re- dukujaco na stopiony produkt, a zredukowane ze¬ lazo i siarka zabarwiaja szklo na brunatno. Co wiecej, czesc zelaza i siarki z wegla przechodzi do stopionego szkla. Do wsadu na szklo przezroczyste dolaczono niewielkie ilosci sproszkowanego wegla (zwykle mniej niz 0,1% wagowego) w celu ulat¬ wienia wytopu, ale takie ilosci nie mialy znaczenia jako zródlo energii, a dodawanie wiekszych ilosci uwazano za szkodliwe. Nawet przy wytwarzaniu brazowego szkla ilosc stosowanego wegla nie miala znaczenia energetycznego.W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 3 294 505 opasano wytapianie szkla w zlo¬ zu brykietowanego wsadu i koksu. Proces ten 3Q ogranicza sie do waskiej klasy szkla o niskiej lep- 25 148 248148 248 kosci i niskiej jakosci. Wskazane byloby takze unikniecie kosztów aglomerowania wsadu.W równoleglym zgloszeniu patentowym Stanów Z£ej^no<$zonych W.fftl 879 opisano technike zwilza¬ nia wsadu do wytopu* szkla olejem opalowymT Olej dostarcza tylko niewielka czesc energii niezbednej. doowytopu. thiiy problem stwarzaja zawarte w weglu i in-. nych paliwach weglowych stosunkowo lotne frak¬ cje weglowodorowe, które jesH ogrzeje sie je przed rozpaleniem, uchodza z gazami odlotowymi. Pro¬ blem wystepuje w szczególnosci, jesli konieczne"jest wstepne ogrzewanie mieszaniny wsadu z paliwem weglowym. Podawanie paliw weglowych w posta¬ ci nierozdrobnionej do strefy spalania prowadzi do wydzielania dymu niepozadanego ze wzgledu na ochrone srodowiska. Dopalanie lub inne przetrwa- rzanie gazu odlotowego lub tez koksowanie wstep¬ ne paliwa stanowia operacje kosztowne.Sposób wedlug .wynalazku stapiania wsadu szklarskiego lub podobnego, w którym jako zródlo ciepla dla procesu wykorzystuje sie ^spalanie pali¬ wa zawierajacego popiól, polega na tym, ze ciekle lub stale paliwo zawierajace popiól miesza sie w bezposrednim zetknieciu z wsadem szklarskim, do¬ prowadza sie do spalania tego paliwa i ogrzania wsadu, przy czym ilosc paliwa znajdujacego sie w mieszaninie utrzymuje sie na poziomie wystar¬ czajacym do wstepnego ogrzania wsadu do tempe¬ ratury nieco nizszej od temperatury stapiania przed ostatecznym etapem uplynnienia, albo ilosc- paliwa utrzymuje sie na poziomie wystarczajacym do dostarczenia wiekszosci ciepla niezbednego w stanie uplynniania, po tym jak wsad osiagnie tem¬ perature nieco nizsza od jego temperatury stapia¬ nia i pozwala sie na pozostanie popiolu ze spalo¬ nego paliwa w gotowym produkcie szklanym.W sposobie wedlug wynalazku paliwo zawiera¬ jace popiól (np. wegiel) wykorzystuje sie jako za¬ sadnicze zródlo energii dla procesu wytopu, uni¬ kajac jednoczesnie problemów zwiazanych z obec¬ noscia popiolu/Zawierajace popiól paliwo spala sie w periodycznym procesie wstepnego ogrzewa¬ nia wsadu w procesie wytopu, przy czym popiól laczy sie z wsadem, wsad i paliwo nalezy poda¬ wac zmieszane do etapu wstepnego ogrzewania, aby zapewnic równomierne rozprowadzenie popiolu we wsadzie i bliski kontakt paliwa i wsadu w czasie spalania. Proces spalania w etapie wstepnego ogrzewania podtrzymuje sie podajac utleniacz, ko¬ rzystnie zasadniczo czysty tlen do strefy spalania.W etapie tym ewentualnie miesza sie material, aby polepszyc kontakt pomiedzy wsadem i spala¬ jacym sie paliwem.v Ogrzana mieszanina wsadu i popiolu, korzystnie wciaz w postaci sproszkowa¬ nej, przechodzi do nastepnego etapu, w_ którym mieszanina przechodzi w stan ciekly.Znaczna czesc calkowitego zapotrzebowania ener¬ getycznego na proces wytopu mozna zaspokoic ta¬ nim paliwem, takim jak^ wegiel, podgrzewajac wsad do temperatury nieznacznie nizszej od tem¬ peratury, w której zachodzi stapianie. Podajac na etap topnienia prawie homogeniczna mieszanine wsadu i popiolu otrzymuje sie substancje ciekla o jednorodnym skladzie mimo wprowadzenia znacznej ilosci popiolu. W ten sposób rozwiazuje sie jeden z problemów zwiazanych ze stosowaniem paliwa zawierajacego popiól, takiego jak wegiel.Dzieki spalaniu paliwa w kontakcie ze wsadem, 5 przez co unika sie porywania popialu z gazem od¬ lotowym i tworzenia zuzla na wewnetrznych scian¬ kach zbiornika,- unika sie równiez problemów z zanieczyszczeniem srodowiska i uszkodzeniami pie¬ ca, istotnych przy procesach wytopu. Sposób we- 10 dlug wynalazku jest szczególnie korzystny w przy¬ padku procesów wytopu, i im podobnych, w któ¬ rych istotna jest jednorodnosc skladu, dzieki unik¬ nieciu splywu zuzla do stopionej mieszaniny. Spo¬ sobem tym mozna wytwarzac nawet trudne do 15 ujednorodnienia szkla, takie jak szklo okienne so¬ dowo-wapniowo-krzemowe, spelniajace .wysokie normy jakosci optycznej. Zaleta jest takze fakt, ze nie jest konieczne aglomerowanie wsadu.W sposobie wedlug wynalazku mozna kontrolo- 20 wac doplyw i. temperature tlenu na etapie wstep¬ nego ogrzewania w taki sposób, aby jako produkt spalania paMwa wytworzyc znaczne ilosci tlenku wegla. Tlenek wegla przesyla sie do nastepnego etapu, czyli etapu stapiania, gdzie stanowi on 25^ przynajmniej czesc spalanego paliwa. Alternatyw¬ nie spalanie w pierwszym etapie moze byc niecal¬ kowite, na skutek czego pewna ilosc paliwa moze przejsc wraz ze wsadem do nastepnego etapu, w którym stanowi co najmniej czesc potrzebnego tam 30 paliwa.Aby móc stosowac wyzsze temperatury na eta¬ pie wstepnego ogrzewania i zwiekszyc ilosd wy¬ twarzanego tlenku wegla, latwotopliwe skladniki wsadu mozna pominac w pierwszym etapie i wpro- 35 wadzic w drugim lub nastepnym etapie.Usuwajac zródlo sodu (np. weglan sodowy) z wsadu szkla sodowo-wapniowo-krzemowego moz¬ na w pierwszym etapie zastosowac temperatury wystarczajaco wysokie do kalcynacji weglanów, ta- 40 kich jak wapien i dolomit, i do wytworzenia tlen¬ ku wegla. Przetwarzajac w pierwszym etapie wy¬ lacznie zródlo krzemu (piasek) mozna tam stoso¬ wac bardzo wysokie temperatury i otrzymywac wielkie ilosci tlenku wegla. 45 Na etapie przechodzenia fazy stalej w ciekla nastepuje kolejny, trzeci etap, w którym równiez moga zachodzic procesy stapiania. Gdy wsad jest zmieszany z paliwem, mozliwy jest niecalkowity kontakt paliwa z utleniaczem na etapie stapiania w lub tez obecnosc nadmiaru paliwa, wskutek czego stopiona substancja moze opuscic etap drugi w formie zredukowanej. W tym przypadku trzeci etap przewiduje uzycie srodków ponownie utlenia¬ jacych stopiona substancje, na przyklad podpo- 55 wiefzchniowego spalania plomieniem bogatym w tlen lub barbotowania srodka utleniajacego^Cnajle- piej tlenu) przez substancje stopiona. Powtórne utle-, nianie zapobiega w szczególnosci zabarwieniu sie, przezroczystego szkla. Niepozadanego zabarwienia 60 przezroczystego szkla jonami zelaza i siarki mozna uniknac utleniajac jkwtórnie substancje stopiona w trzecim etapie.^SJcladniki chemiczne popiolu z wegla odpowiada¬ ja w zasadzie skladnikom wiekszosci szkiel, stad 65 szkla moga wchlonac pewne ilosci popiolu bez148 248 szkody dla produktu, jesli tylko popiól zostal roz¬ topiony jednorodnie w roztopionej masie. Jednak w przypadku szkiel o wysokich wymaganiach optycznych moga wystapic trudnosci w jednorod¬ nym rozprowadzaniu w szkle powstajacych ilosci 5 popiolu, gdy wegiel stanowi zasadnicze paliwo w konwencjonalnym procesie stapiania. Zaleta spo¬ sobu wedlug wynalazku jest w tej sytuacji sto¬ sowanie wegla jako paliwa w pierwszym, perio¬ dycznym etapie calego procesu stapiania, dzieki 10 czemu wsad miesza sie z popiolem przed przejs¬ ciem w stan ciekly.W periodycznym etapie wstepnego ogrzewania zapotrzebowanie na energie jest mniejsze od lacz¬ nego zapotrzebowania, a wiec mozna uzyc mniej- 15 szej ilosci wegla i powstanie mniej popiolu. Cal¬ kowita wydajnosc etapowego procesu stapiania jest tajca, ze zapotrzebowanie energetyczne calego pro- osu stapiania jest mniejsze, a wiec znów mniej¬ sze jest zuzycie wegla. Wobec tego wegiel moze 20 stanowic najwazniejsze zródlo energii procesu ogrzewania wsadu szklarskiego prawie do tempe¬ ratury stapiania. W niektórych przypadkach we¬ giel moze stanowic najwazniejsze lub jedyne zród¬ lo energii dla calego procesu stapiania. 25 Nowy sposób stosowania paliwa wedlug wyna¬ lazku moze dotyczyc calej ilosci paliwa lub tez .uzupelniac konwencjonalne zródla ciepla. Czesc calkowitego zapotrzebowania na energie cieplna na etapie wstepnego ogrzewania jest istotna, tj. wiek- 3° sza niz w przypadku dotychczas znanych sposo- ^ bów dodawania substancji weglowych jako top¬ ników, barwników lub srodków wiazacych.Uwaza sie, ze dotychczasowe sposoby dodawania substancji weglowych pokrywaly najwyzej 5°/o za- ?5 potrzebowania energetycznego procesu. Ze wzgle¬ dów ekonomicznych wskazane jest, aby zgodnie z nowymi sposobem stosowania paliwa wedlug wy¬ nalazku dostarczac wiekszosc energii niezbednej na etapie wstepnego ogrzewania, a najlepiej cala 40 te energie.Inna cecha korzystnego wykonania wynalazku jest ograniczenie misji produktów niecalkowitego spalania, takich jak dym, sadza lub substancje utleniajace sie z paliwa. W czasie przemieszcza- 45 nia sie wsadu zmieszanego z cieklym lub stalym paliwem w kierunku ogrzewanej strefy tempera¬ tura paliwa stopniowo rosnie i zaczyna ono wy¬ dzielac skladniki lotne i tlic sie przed zapaleniem.Wydzielane skladniki lotne ulegaja eliminacji w 50 procesie wedlug wynalazku, poniewaz na etapie wstepnego ogrzewania plyna w tym samym kie¬ runku, w jakim przemieszcza sie mieszanina wsad-paliwo. We wyspólpradowym przeplywie skladniki lotne z poczatkowych etapów ogrzewa- 55 nia docieraja do strefy spalania, gdzie czesci palne ulegaja spopieleniu. Nie tylko usuwa sie w ten sposób emitowane zanieczyszczenia, ale i ich cie¬ plo spalania wnosi wklad w ogrzewanie substan¬ cji wsadowych. Gaz wylotowy z etapu wstepnego 60 ogrzewania mozna poddac dalszemu spalaniu prze¬ sylajac do nastepnej strefy spalania, na przyklad w etapie stapiania.Wynalazek daje takze inne korzysci zwiazane z ochrona srodowiska. Etapowe prowadzenie pro- & cesu pozwala na uzycie tlenu zamiast powietrza do podtrzymywania spalania. Eliminacja lub zmniejszenie ilosci azotu w spalinach zmniejsza ilosc wytworzonych tlenków azotu (NOx).Przy stosowaniu tlenu zmniejsza sie znacznie objetosc gazu odlotowego, a co za tym idzie, jego predkosc, dzieki czemu gaz porywa mniej czastek rozdrobnionego wsadu. Nieobecnosc azotu powo¬ duje, ze temperatura plomienia jest wyzsza. Uzycie czystego tlenu i calkowita eliminacja powietrza zwieksza te korzysci, ale mozna je osiagnac czes¬ ciowo, w zaleznosci od tego, na ile stezenie tlenu przewyzsza stezenie powietrza.Inne korzysci dla srodowiska wynikaja ze zmniejszenia emisji siarki pochodzacej ze spalania paliw zawierajacych siarke, takich jak wegiel.Kontakt pomiedzy gazami spalinowymi i wsadem (szczególnie Wsadem szklarskim zawierajacym wa¬ pien i podobne substancje) moze doprowadzic do usuniecia tlenków siarki ze strumienia gazowego.AJternatywnie, w sposobie wedlug wynalazku paliwo zawierajace popiól spala sie w etapie wstep¬ nego stapiania wsadu* a wiec jakiekolwiek szklo trzonowe powstajace w wyniku obecnosci popiolu laczy sie jednorodnie ze stapiana substancja. Po¬ niewaz szklo trzonowe laczy sie z produktem w poczatkowym etapie wytopu, produkt moze ulec ujednorodnianiu na tym i nastepnych etapach wy¬ topu.Korzystne sposoby realizacji etapu stapiania wy¬ magaja uzycia nachylonych powierzchni topienia otaczajacych wglebienie, dzieki czemu znaczna czesc wewnetrznej powierzchni zbiornika stanowi stapiajaca sie substancja, która absorbuje popiól lub zuzel. W miare, jak stopiona masa splywa po nachylonych powierzchniach do wylotu, na po¬ wierzchnie te podaje sie wsad. W nastepnym eta¬ pie kontynuuje sie proces stapiania. Niewielka po¬ wierzchnia wykladziny ogniotrwalej wystawiona na dzialanie zuzla podczas stapiania zmniejsza nie¬ bezpieczenstwo erozji zbiornika i intensywnego splywu zuzla do stopionej masy.Wsadzi wegiel lub inne paliwo stale lub ciekle powinny kontaktowac sie ze soba w czasie spala¬ nia paliwa w etapie stapiania. Paliwo i wsad moz¬ na poddawac oddzielnie, ale lepiej jest zmieszac je przed' zaladowaniem. Gdy strefa stapiania ogrze¬ je sie do temperatury zaplonu paliwa, proces spa¬ lania podtrzymuje sie przez dostarczenie do strefy spalania utleniacza, korzystnie czystego tlenu.Alternatywny sposób realizacji sposobu wedlug wynalazku polega na wykorzystaniu palnika spa¬ lajacego w etapie stapiania sproszkowane paliwa stale, takie jak wegiel. Popiól porywany.z gazami zbiera sie na otaczajacych powierzchniach stapia¬ nia i laczy sie ze stopionym wsadem.Wynalazek pozwalaja pelniej zrozumiec rysunki i ponizszy opis wykonania sposobu.Figura 1 przedstawia korzystne urzadzenie do realizacji sposobu, wedlug wynalazku zlozone z pie¬ ca obrotowego etapu wstepnego ogrzewania, czes¬ ciowo w przekroju, obrotowa komore drugiego etapu stapiania i komore trzeciego etapu oczysz¬ czania, a fig. 2 przedstawia powiekszony przekrój poprzeczny urzadzen etapu drugiego i trzeciego,148^2 7 przy czyni w trzecim etapie wykorzystywane jest urzadzenie do spalania podpowierzchniowego.Ponizej podano szczególowy opis sposobu wedlug wynalazku w odniesieniu do przykladu wytopu szkla, dla którego jest on szczególnie uzyteczny. 5 Sposób wedlug wynalazku mozna wykorzystac do produkcji wszystkich rodzajów szkla, wlacznie z okiennym, butelkowym, wlóknem szklanym i szklem wodnym. Oznacza to, ze wynalazek mozna stosowac przy stapianiu innych, podobnych sub- 10 stancji, a w szczególnosci przy stapianiu substan¬ cji mineralnych. Inne przyklady obejmuja: stapia¬ nie szkliw i substancji ceramicznych, stapianie fry- ty i wytop metali z rud.W pierwszym etapie mozna wykorzystac dowol- 15 ne urzadzenia sluzace do kontaktowania gazów z cialami stalymi^ ale korzystnie stosuje sie piec obrotowy 1 przedstawiony na fig. 1. Alternatywne urzadzenia to fluidalny lub cyklonowy rozdzie- lacz/kontaktor, znany ze stanu techniki. Obroto- 2° wy piec stanowi cylindryczna powloka 2 podparta z mozliwoscia obrotu na rolkach 3 i tworzaca pe¬ wien niewielki kat z poziomem. Odpowiedni mo¬ ze tu byc cylinder metalowy z pojedyncza scian¬ ka, taki jak na rysunku, chociaz lepsza sprawnosc 25 cieplna mozna osiagnac stosujac wykladzine ognio¬ trwala lub cylinder metalowy z podwójnymi scian¬ kami i izolacja pomiedzy sciankami.Stala obudowa wlotu 4 zamyka wlot do pieca obrotowego. Przez scianke obudowy przechodzi ka- 3° nal zasilajacy 5 kierujacy rozdrobniony wsad z urzadzenia dozujacego 6 do pieca obrotowego. Wsad B moze byc zmieszany z paliwem przed zalado¬ waniem do pieca, lub tez paliwo i wsad mozna podawac do pieca obrotowego oddzielnie, a miesza- & nie w takim przypadku bedzie nastepowalo w sa- / mym piecu. Gaz utleniajacy fop. powietrze, a ko¬ rzystnie tlen) dostarcza sie do pieca przewodem 7 przechodzacym przez scianke obudowy wlotu 4.Przewód 7 powinien wchodzic do pieca na taka 40 glebokosc, aby strefa spalania powstawala w pew¬ nej odleglosci od miejsca podawania wsadu. Sub¬ stancje wsadowe zawierajace zwiazki tlenowe, ta¬ kie jak weglany, moga dostarczac czesci tlenu pod¬ trzymujacego spalanie. Jest to korzystne, poniewaz 45 prowadzi do usuniecia dwutlenku wegla przed stopieniem wsadu. Po stopieniu wsadu wydziele¬ nie dwutlenku wegla prowadziloby do powstania w roztopie trudnych do usuniecia pecherzyków.Zgodnie zJkorzystnym sposoljem realizacji pro- so dukty spalania plyna wspólpradowo ze wsadem do urzadzenia stapiajacego 8 drugiego etapu przez zamkniecie wylotowe 9 laczace urzadzenia obu etapów. Urzadzenie stapiajace drugiego etapu 8 sklada sie ze zbiornika 10 zamknietego ogniotrwala 35 pokrywa 11, która ma co najmniej jeden otwór.Przez otwór ten przechodzi co najmniej jeden prze¬ wód 12t Dalsza faza przetwarzania nastepuje w zbiorniku 13, do którego splywa stopiony wsad, aby mogla sie w nim odbyc Tafinacja stopu. «o Zaplon w strefie spalania moze inicjowac po¬ mocnicze urzadzenie ogrzewajace, takie jak palnik wprowadzany na pewien czas do pieca. Gdy pali¬ wo kontaktujace sie ze wsadem ulegnie juz zapa¬ leniu, strefe spalania mozna utrzymac w okreslo- «5 8 nym obszarze pieca obrotowego sterujac nateze¬ niem doplywu tlenu i predkoscia z jaka wsad' i paliwo przemieszczaja sie wzdluz pieca. Substan¬ cje -stale i. gazy przemieszczaja sie wzdluz pieca wspólpradowo, dzieki czemu substancje lotne od¬ pedzane w fazie poczatkowej z paliwa przechodza do strefy spalania i ulegaja spopieleniu. Choc nie jest to korzystne, gaz i wsad w piecu obrotowym lub innym podgrzewaczu wstepnym moga plynac w przeciwpradzie. W tym przypadku konieczne moze byc zastosowanie srodków oczyszczajacych gazy wylotowe w stopniu odpowiadajacym wyma¬ ganiom ochrony srodowiska, na przyklad odpy- laozy workowych. Czesc gazów wylotowych mozna zawrócic do strefy spalania badz do etapu wstep¬ nego ogrzewania lub do etapu stapiania, aby unik¬ nac z niego czesci palne.Innym sposobem obróbki gazów wylotowych, i odzyskania ciepla jest zetkniecie gazów wyloto¬ wych z wsadem w dodatkowym etapie wstepnego ogrzewania. Mieszanina wsadowa zawierajaca we¬ glany (np. wapien) przydatna jest do usuwania tlenków siarki z gazów wylotowych.Szczególnie* korzystny sposób realizacji drugiego etapu przedstawiono na fig. 2 i jest on zgodny z zaleceniami opisu patentowego Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki nr 4 381 934 oraz zgloszenia paten¬ towego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 661 267..W drugim etapie zachodzi ^stapianie wsadu na na¬ chylonych powierzchniach stapiajacych. Umiesz¬ czony na nich wsad ulega stopieniu i jako cienka warstewka splywa szybko z nachylonej powierzchni.Pokazane na figurze 2 urzadzenie stapiajace 8 jest korzystnym urzadzeniem do realizacji sposobu wedlug powyzszych opisów patentowych. W urza¬ dzeniu 8 sa nachylone powierzchnie otaczajace cen¬ tralne wglebienie, a caly zbiornik 10 obraca sie wokól osi pionowej. Obrotowy zbiornik id" daje pewne korzysci z punktu widzenia sposobu wedlug wynalazku, i ogólnej wydajnosci procesów stapia¬ nia, ale nalezy miec na uwadze, ze wynalazek w szerszym rozumieniu nie jest ograniczony do obro¬ towego urzadzenia do stapiania.Oddzielenie etapu stapiania od pozostalych eta¬ pów procesu zapewnia wyzsza sprawnosc energe¬ tyczna kazdego z etapów procesu optymalizujac warunki na kazdym etapie i dostosowujac je do szczególnych wytnogów kazdego z etapów.Dodatkowe korzysci osiaga sie przez otaczanie strefy ogrzewania substancja wsadowa i izolacja cieplna strefy stapiania warstwa izolujaca wsadu lub innej odpowiedniej substancji. Ze wzgledu na sprawnosc energetyczna procesu etapowego i zuzy¬ wanie tylko czesci energii niezbednej dla procesu stapiania na etapie stapiania, ilosc energii zuzywa¬ nej na tym etapie jest wzglednie mala, co pozwala na wydajne zastosowanie róznych zródel ciepla.Zalecane jest ogrzewanie weglem, szczególnie przy uzyciu tlenu, mozna takze wykorzystac ener¬ gie elektryczna w postaci luku elektrycznego lub palnika plazmowego. Wegiel lub inne paliwo stale moze stanowic calosc lub czesc paliwa uzywanego w drugim etapie, przy czym moze to byc czescio¬ wo paliwo niewykorzystane w etapie pierwszym.Jesli w pierwszym etapie wytwarza sie tlenek we-148 248 9 gla, to gazy wylotowe z pierwszego etapu przesyla sie do etapu drugiego, gdzie moga one pokryc istotna czesc zapotrzebowania energetycznego.Zgodnie z fig. 2 urzadzenie stapiajace drugiego etapu 8 obejmuja cylindryczny zbiornik 10, który moze byc stalowym bebnem. Zbiornik 10 jest za¬ wieszony na obrotowej ramie 14, obracanej wokól pionawej osi odpowiadajacej osi symetrii zbiorni¬ ka na licznych walkach podtrzymujacych 15 i na- stawczych 16. Dolna czesc 17 zbiornika stanowi osiowo osadzona pierscieniowa tuleja 18 bedaca glównym wylotem stopionego wsadu 19. Tuleja 18 sklada sie z licznych fragmentów ceramicznych, a dolna czesc 17 jest rozlacznie przymocowana do pozostalej czesci zbiornika 10, co ulatwia wymiane pierscieniowej tulei 18.Pokrywa ogniotrwala 11 korzystnie w postaci kopuly, jest podtrzymywana stala, otaczajaca ja rama 20. Pokrywa 11 ma co najmniej jeden otwór, przez który przechodzi co najmniej jeden przewód 12 dostarczajacy albo ochlodzony gaz, albo stano¬ wi palnik lub moze byc przewodem zasilajacym w tlen lub innym czynnikiem utleniajacym pod¬ trzymujacym spalanie paliwa dostarczanego do komory stapiania. Jesli paliwo dostarcza sie z eta¬ pu pierwszego, to przewód 12 moze sluzyc do do¬ starczania tlenu lub podobnego gazu do zbiornika po osiagnieciu temperatury zaplonu. W uzupelnie¬ niu energii dostarczanej przez paliwo z pierwsze¬ go etapu czesc ciepla do etapu stapiania moze przechodzic ewentualnie z konwencjonalnego pal¬ nika lub innego zródla ciepla. Przewód 12 moze byc, jak to pokazano, umieszczony centralnie, aby zapelniac tlenem caly zbiornik, lub tez moze byc umieszczony pod katem niecentralnie, aby kiero¬ wac tlen i/lub paliwo na stapiana warstwe.Pokrywa 11 ma otwór 21 do podawania wsadu do etapu stapiania, a takze jak to pokazano na fig. 2, koniec pieca obrotowego 1 moze byc wypo¬ sazony w zamkniecie wylotowe z rynna zsypowa kierujaca wsad do etapu stapiania. Regulowany defektor 22 na koncu rynny zsypowej moze kie¬ rowac strumien wsadu na sciany boczne zbiorni¬ ka 10.Wnetrze zbiornika 10 pokrywa stala warstwa rozdrobnionej masy 23 sluzacej za izolacje zbior¬ nika 10 przed wysoka temperatura wnetrza. W tych zastosowaniach, gdzie konieczne jest unikniecie za¬ nieczyszczenia produktu, warstwa 23 powinna miec taki sam sklad, jak wsad. Przed rozpoczeciem pro-*- cesu stapiania warstwe 23 umieszcza sie w piecu przez podawanie / do niego sypkiej sproszkowanej masy, na przyklad substancji wsadowej i obraca¬ nie zbiornika 10. Sypka substancja uklada sie na powierzchni paraboloidalnej, jak to pokazano na fig. 2.Sproszkowana substancje mozna zwilzyc, na-przy¬ klada woda w pierwszym etapie tworzenia wyloze¬ nia, aby ulatwic przywieranie warstwy 23 do scia¬ nek. Gdy warstwa 23 jest masa wsadowa, to nie musi ona zawierac paliwa wprowadzanego pózniej do wsadu. Inne niewielkie róznice pomiedzy wkla¬ dem warstwy 23 i wsadem sa dopuszczalne i za¬ leza od wymagan konkretnego procesu.W czasie operacji stapiania strumien wsadu po- 10 dawany do etapu stapiania 8 jest rozprowadzany na powierzchni trwalego wylozenia 23, ogrzaniu cieplem spalania w zbiorniku 10 i stopieniu, two¬ rzac przejsciowa warstwe 24 splywajaca na dno 5 zbiornika i przeplywajaca przez otwór 19 w tulei 18. Stopiona substancja 25 splywa z urzadzenia stapiajacego drugiego etapu 8 do zbiornika 13, w którym nastepuje dalsze przetwarzanie. W ten spo¬ sób mozna wydajnie prowadzic wstepny etap sta- io piania wsadu, poniewaz wsad natychmiast po sto¬ pieniu odplywa z sasiedztwa zródla ciepla i jest w sposób ciagly uzupelniany swiezym wsadem, dzieki czemu wystepuje duza róznica temperatur i duza szybkosc wymiany ciepla w 2biomiku. Sta- is le uzupelnianie wzglednie chlodnym, swiezym wsa¬ dem, oraz izolujace wlasciwosci wylozenia chronia zbiornik przed uszkodzeniem mitmo braku ze¬ wnetrznego, wymuszonego ochlodzenia zbiornika.Stala warstwa 23 stanowi izolacje cieplna i slu- 20 zy jako nie zanieczyszczajaca powierzchnia kon¬ taktowa dla przejsciowej, stopionej warstwy 24.Najkorzystniej powinna ona zawierac jeden lub wiecej skladników wsadu. Przewodnictwo cieplne wylozenia powinno byc wzglednie niskie, aby na- 25 kladac warstwe racjonalnej grubosci i nie stoso¬ wac nieekonomicznego, wymuszonego chlodzenia zewnetrznej strony zbiornika. Zwykle granulowany lub sproszkowany wsad jest dobrym izolatorem cieplnym, ale w niektórych przypadkach mozliwe 30 bedzie uzycie zwiazków posrednich lub produktów procesu stapiania jako niezanieczyszczajacych, trwalych warstw. Na przyklad, w procesie wytwa¬ rzania szkla sproszkowana stluczka (braki) moze tworzyc trwala warstwe, chociaz grubosc warstwy 38 bedzie musiala byc wieksza ze wzgledu na wyzsze przewodnictwo cieplne szkla w porównaniu z wsa¬ dem szklarskim. Z kolei w procesach metalurgicz¬ nych uzycie metalicznego produktu do tworzenia trwalej warstwy wymagaloby formowania war- 40 stwy o znacznej grubosci dla zapewnienia cieplnej ochrony zbiornika, ale niektóre rudy moga nada¬ wac sie dobrze na warstwy izolacyjne.Opisany powyzej zalecany sposób realizacji eta¬ pu stapiania uwzglednia rotacje wylozenia wokól 45 centralnego otworu, ale nalezy rozumiec, ze spo¬ sób wedlug wynalazku obejmuje takze zastoso¬ wania, w których wylozenie otacza obrotowy, ogrzewany otwór. Sposób wedlug wynalazku obej¬ muje dodatkowo zastosowania, w których wyloze- *° nie spoczywa na pochylonych sciankach, ale nie otacza zródla ciepla pie). Przyklady takich procesów sa objasnione w wymienionych powyzej opisach patentowych.Jako utleniacza uzywa sie powietrza, ale ko- M rzystnie stosuje sie tlen (to jest gaz o wyzszym ste¬ zeniu tlenu niz w powietrzu), co* zmniejsza obje¬ tosc gazów w procesie. W rezultacie narzadzenia pierwszego i drugiego etapu moga byc bardziej zwarte, poniewaz strumien gazów wylotowych'ma •° wzglednie male natezenie i wysoka temperature.Usuniecie azotu z ukladu podwyzsza takze emisyj- nosc plomienia, a wiec przyspiesza wymiane cie¬ pla. Intensywny strumien ciepla spalania zwiazany z uzyciem tlenu zgodny Jest z korzystnym sposobem * realizacji drugiego etapu ze wzgledu na ochrone148 248 11 12 termiczna i wydajna wymiane ciepla zwiazana z otaczajacym wylozeniem.Temperatura osiagana w etapie wstepnego ogrze¬ wania zalezy od intensywnosci spalania, która z kolei zalezy od ilosci dostarczonego, paliwa i tlenu.Nawet niezbyt intensywne spalanie jest korzystne ze wzgledu na cieplo przekazywane wsadowi.Korzystnie ilosc ciepla zwiazana ze spalaniem w pierwszym etapie podwyzsza temperature wsadu prawie do temperatury stapiania skladników wsa¬ du, gdy wsad przestaje byc sypki. Na przyklad, typowy wsad do wytopu szkla okiennego zawie¬ rajacy znaczne ilosci weglanu sodowego moze ogrzac do temperatury nieco nizszej od tempera¬ tury topnienia weglanu sodowego (851°C), a ko¬ rzystnie jeszcze nieco nizszej, aby zapobiec zale¬ pianiu sie pieca obrotowego. Jedna z mozliwosci jest pominiecie wzglednie latwo topliwych sklad¬ ników wsadu podawanego do pierwszego etapu i podawanie ich bezposrednio, do etapu drugiego, dzieki czemu w pierwszym etapie dopuszczalne sa wyzsze temperatury. Korzystne jest, zeby w tem¬ peraturach powyzej 870°C weglany wapnia i mag¬ nezu, typowe skladniki wsadu szklarskiego, ulega¬ ly kalcyiiacji, czyli rozkladowi z uwolnieniem dwu¬ tlenku wegla. Usuniecie dwutlenku wegla w cza¬ sie, gdy substancje wsadowe sa jeszcze w stanie starym jest korzystne, poniewaz chroni przed two¬ rzeniem sie pecherzyków dwutlenku wegla w roz¬ topionej masie. We wstepnym ogrzewaczu moga panowac nawet wyzsze temperatury, jesli substan¬ cja ogrzewana w tym etapie sklada sie z najtrud¬ niej topliwych skladników wsadu, . a pozostale skladniki dodaje sie w nastepnym etapie. Na przy¬ klad, ogrzewanie samego piasku pozwala w czasie wstepnego ogrzewania na przekroczenie tempera¬ tury 1000°C. Mozna zapewnic oddzielenie, urzadze¬ nia wstepnego ogrzewania dla kazdego skladnika nie wchodzacego do etapu pierwszego. Niektóre ze skladników wsadu, np. weglan sodowy i wodoro¬ tlenek sodowy," mozna podawac w drugim etapie w postaci stopionej. Moze byc równiez wskazane podawanie' stluczki bezposrednio w drugim etapie, gdy w pierwszym stosuje sie wzglednie wysokie temperatury. W tym przypadku mozna wstepnie ogrzac stluczke gazami wylotowymi.W przypadku wiekszosci temperatur pracy spa¬ lanie w pierwszym etapie prowadzi do powstania pewnej ilosci tlenku wegla, jesli ilosc dostarczane¬ go tlenu nie wystarcza do calkowitego spalania paliwa. Gazy wylotowe z pierwszego etapu mozna wiec przeslac do drugiego etapu, gdzie obecny w nich tlenek wegla, spalany z dodatkowa iloscia tle¬ nu, stanowi czesc lub calosc paliwa potrzebnego w tym tapie. Zawartosc tlenku wegla w produk¬ tach spalania rosnie, a zawartosc dwutlenku wegla maleje ze wzrostem temperatury. Aby wiec wy¬ tworzyc znaczna ilosc tlenku wegla jako paliwa dla drugiego etapu, nalezy w pierwszym etapie stosowac temperatury przekraczajace okolo 9000°C.Jesli w pierwszym etapie wystepuje dostateczna ilosc paliwa i niedostateczna ilosc tlenu, to cale zapotrzebowanie na paliwo w drugim etapie moz¬ na zaspokoic tlenkiem wegla z pierwszego etapu.Spalanie paliwa do tlenku wegla uwalnia okolo jednej trzeciej ciepla spalania, a reszta wydziela sie przy spalaniu tlenku wegla do dwutlenku. Do¬ bierajac wiec ilosc tlenku wegla, który ma byc wytwarzany w pierwszym etapie, nalezy uwzgled- 5 nic wzgledne zapotrzebowanie energetyczne pierw¬ szego i drugiego etapu.Na przyklad wsad szklarski moze w pierwszym etapie wstepnego ogrzewania zuzyc dwukrotnie wiecej energii, niz w etapie stapiania, tak wiec wy¬ twarzanie w pierwszym etapie wylacznie dwutlen¬ ku wegla moze nie byc postepowaniem korzyst¬ nym z energetycznego punktu widzenia. Ogrzewa¬ jac pelny wsad do produkcji szkla okiennego moz¬ na osiagnac odpowiedni rozklad wydajnosci ciepl¬ nej paliwa, wytwarzajac w pierwszym etapie gaz zawierajacy okolo 50% molowych tlenku wegla i 50% molowych dwutlenku wegla.Korzyscia plynaca z zastosowania sposobu we¬ dlug wynalazku jest mozliwosc wykorzystania we¬ gla, wystepujacego w niektórych regionach w du¬ zych ilosciach i majacego wzglednie niska cene.Jednak mozna tu z korzyscia uzyc paliw innych, na przyklad oleju opalowego, mialu koksowego, koksu naftowego, torfu, wegla brunatnego, oleju lupkowego, trocin, bagassy i makulatury. Ciekle produkty naftowe, takie jak olej opalowy, zwil¬ zaja wsad i zapobiegaja pyleniu i porywaniu pylu z gazami wylotowymi.Ze wzgledów ekonomicznych najlepszym pali¬ wem jest wegiel, a w szczególnosci wegiel ka¬ mienny. Wartosc opalowa typowego, pensylwan¬ skiego wegla kamiennego wynosi od 25,5 do 34,8 MJ/kg przy zawartosci popiolu od 3*/» do 9% wa¬ gowych w zaleznosci od zródla. Proces stapiania szkla prowadzony wydajnie, spalajacy w palnikach górnych w piecu regeneracyjnym gaz ziemny lub olej opalowy zuzywa co najmniej od okolo 7 do 8 MJ/kg wytwarzanego szkla. Biorac pod uwage przykladowy wegiel pensylwanski o wartosci opa¬ lowej okolo 32 MJ/kg i zawartosci popiolu okolo 7°/o wagowych mozna obliczyc, ze spalanie takiego wegla w konwencjonalnym piecu szklarskim, w ilosci zaspokajajacej potrzeby energetyczne wyto¬ pu, spowodowaloby powstanie zbyt wielkiej ilosci popiolu. Opisany powyzej proces stapiania zuzywa okolo 2,3 do 3,5 MJ/kg produktu. Przy takim po¬ ziomie zuzycia energii potrzeba znacznie mniejszej ilosci wegla dla zaspokojenia potrzeb energetycz¬ nych, dzieki czemu ilosc popiolu wprowadzanego do roztopu nie przekracza poziomu dopuszczalnego nawet przy produkcji szkla okiennego7wysokiej ja¬ kosci.Ilosc uzytego wegla zalezy od temperatury jaka chce sie osiagnac w etapie wstepnego ogrzewania i od wartosci opalowej danego gatunku wegla, co z kolei zalezy od zawartosci w nim wegla pier¬ wiastkowego. Poniewaz spalanie moze byc niezu¬ pelne, gdyz do czesci wegla moze nie dotrzec tlen, zalecane jest stosowanie niewielkiego nadmiaru wegla w porównaniu z iloscia wymagana teore¬ tycznie. Przykladowo, od okolo 26/o do okolo 3f°/o wagowych opisanego powyzej wegla pensylwan¬ skiego po zmieszaniu z wsadem do produkcji szkla okiennego ogrzewa wstepnie wsad do temperatu¬ ry od okolo 550°C do okolo 650°C przy spalaniu 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60148 248 13 z nadmiarem tlenu. W tym przypadku powstaje niewiele tlenku wegla. Innym przykladem jest wsad do produkcji szkla okiennego, w którym w pierw¬ szym etapie pominieto weglan sodowy (sklada sie wiec glównie z piasku, wapienia i dolomitu), i któ¬ ry po dodaniu od okolo (P/t do okolo 10Vo wago¬ wych wegla ogrzewa sie wstepnie przy spalaniu paliwa do temperatury od okolo 1100°C do okolo 1300°C. Znaczna ilosc wapienia i dolomitu ulega kalcynacji i jesli dostarczano ograniczona ilosc tlenu, strumien gazów spalinowych zawiera wiecej tlenku niz dwutlenku wegla. Wegiel mozna zasta¬ pic innymi paliwami weglowymi w ilosci okres¬ lonej ich wartosciami opalowymi.Nalezy miec na uwadze, ze chociaz paliwo w kontakcie ze wsadem moze dostarczyc wiekszosc, a korzystnie calosc energii niezbednej w etapie wstepnego ogrzewania, to czesciowe korzysci osiaga sie równiez stosujac mniejsze ilosci paliwa poda¬ wane ze wsadem. W takim przypadku czesc ener- gii moze dostarczac w etapie wstepnego ogrzewania konwencjonalny palnik. W instalacjach, w których gaz plynie w przeciwpradzie do wsadu przy wstepnym ogrzewaniu, gazy wylotowe doplywaja¬ ce z etapu stapiania moga dostarczac czesci ener¬ gii do wstepnego ogrzewania.Stale paliwa,"takie jak wegiel, przed zmiesza¬ niem ze wsadem powinny byc dokladnie rozdrob¬ nione. Ziarna wegla powinny przechodzic przez si¬ to o otworach 0,250 mm, a korzystnie przez sito o otworach 0,074 mm. Temperatura zaplonu róznych gatunków wegla jest nieco rózna, ale utlenianie typowego wegla kamiennego moze rozpoczynac sie w temperaturze okolo 170°C, a spalanie, przy za¬ silaniu czystym tlenem, utrzymuje sie samo w temperaturach powyzej 250°C.Typowy sklad popiolu powstalego z 25 czesci wagowych wegla jest nastepujacy: czesci wagowe SiO* 1,2 A120, 0,6 Fe2Oa 0,27 CaO 0,1 Na iK 0,5 Widac, ze skladniki popiolu sa zgodne ze sklad¬ nikami szkla okiennego sodowo-wapniowo-krzemo- wego, które moze miec nastepujacy sklad: •/o wagowe Si02 72—74 AlgO, 0—2 Na20 12—15 K20 0—1 MgO 3—5 CaO 8—10 v Fe2Ot 0—0,2 SO, -" 0—0,5 Szklo sodowo-wapniowo-krzemowe powyzszego typu ma zwykle lepkosc co najmniej 10 Pa»s w temperaturze 1425°C.Temperatura, w której wsad ulega stopieniu w drugim etapie, zalezy od skladu wsadu, a w szczególnosci od ilosci i temperatury topnienia naj¬ latwiej topliwych skladników. We wsadzie szklar¬ skim najpospolitszym latwo itopliwym skladnikiem 14 jest weglan sodowy o temperaturze topnienia 851°C.W praktyce wiadomo, ze przemyslowe wsady szklarskie stapiaja sie w nieco wyzszej temperatu¬ rze, okolo 1090°C do okolo 1150°C. Cieplo etapu 5 stapiania moze podniesc nieco wyzej temperature roztopu, a wiec wsad stopiony odplywajacy z urza¬ dzenia stapiajacego ma temperature rzedu 1260°C, ale zwykle nie przekracza ona 1320°C. Taka tem¬ peratura i krótki czas przebywania w zbiorniku do 10 stapiania rzadko wystarczaja do tego, aby zakon¬ czyly sie zlozone reakcje chemiczne i przemiany fizyczne procesu stapiania. W zwiazku z tym sto¬ piona substancja przechodzi do trzeciego etapu tzw. rafinacji 13 bedacego dalszym etapem proce- 15 su wytopu.W przypadku szkla obróbka w strefie rafinacji wymaga podniesienia temperatury stopionej sub¬ stancji w celu ulatwienia stopnia pozostalych ziarn piasku i usuniecia inkluzji gazowych z roztopionej 20 masy. Rafinacja szkla okiennego wymaga tempera¬ tury od okolo 1370°C do okolo 1510°C. Inna poza¬ dana operacja, która imozna prowadzic w tym eta¬ pie, jest mieszanie stopionej substancji w celu jej ujednorodnienia. Jesli poza tym wsad ulegl stopie- 25 niu w warunkach redukujacych i przechodzi do etapu rafinacji w stanie zredukowanym, to nie¬ kiedy potrzebne jest powtórne utlenienie roztopio¬ nej masy.Funkcja etapu rafinacji prowadzonego sposobem 80 wedlug wynalazku jest wprowadzenie do roztopio¬ nej masy srodka utleniajacego. Wszystkie wymie¬ nione cele osiaga sie przy zalecanym sposobie rea¬ lizacji pokazanym na fig. 2. Energiczne mieszanie w etapie rafinacji sprzyja nie tylko zmianie stanu 35 utleniania roztopionej masy, ale takze dodawaniu barwników, stluczki lub wzglednie latwo topliwych dodatków zmieniajacych sklad. Mozna dzieki temu wytwarzac róznorodne produkty.Zalecany sposób realizacji etapu rafinacji pokaza- 40 ny na fig. 2 wykorzystuje podpowierzchniowy pro¬ ces spalania w obu komorach. Do niektórych za¬ stosowan wystarcza rafinacja jednokomorowa, ale proces wytwarzania szkla okiennego musi byc pro¬ wadzony w dwóch komorach podpowierzchniowego 45 spalania 26 i 27 ze zbiornikami stopionej substan¬ cji 28 i 29. Komory sa zaopatrzone w rury tlocza¬ ce tlen 30 i 31 oraz chlodzone woda palniki 32 i 33 umieszczone ponizej poziomu stopu. Podpo- wierzchniowy przewezony otwór 34 pozwala sub- 50 stancji przeplywac z komory 26 do komory 27.Otwór 35 w górnej czesci komory 26 umozliwia splywanie stopionej substancji^ z etapu stapiania do komary 26.Gazy wylotowe z etapu stapiania 8 i pierwszego 55 etapu 1 moga wplywac przez otwór 35 do etapu rafinacji. W górnej czesci komory 26 moze znajdo¬ wac sie otwór wylotowy (nie pokazany na fig. 2).Komora 27 ma w górnej czesci otwór wylotowy gazów 36. 60 Paliwo, takie jak gaz ziemny, i utleniacz, ko¬ rzystnie tlen, podaje sie do palników 32 i 33, a spalanie zachodzi przy zetknieciu strumienia ga¬ zów ze zbiornikami roztopionej masy 28 i 29. In¬ nym paliwem, które mozna stosowac w palnikach 85 podpowierzchniowych, jest wodór, poniewaz pro-148 248 15 duktem jego spalania jest woda, dobrze rozpusz¬ czalna w stopionym szkle. Stosowanie tlenu jako utleniacza jest korzystne, poniewaz unika sie w ten sposób wprowadzania do roztopu azotu z po¬ wietrza, zle rozpuszczalnego w stopionym szkle.Uzycie rozcienczonego tlenu polepsza takze kon¬ takt pomiedzy tlenem i zredukowanymi skladni¬ kami roztopionej masy. Do palników mozna podac nadmiar utleniacza, w porównaniu z iloscia paliwa, aby poprawic stopien utleniania stopionej substan¬ cji wchodzacej do etapu rafinacji. Alternatywnie, jesli stopiona substancja wchodzaca dó etapu rafi¬ nacji zawiera dostateczna ilosc niezuzytego wegla, lut* jesli podnoszenie temperatury roztopu nie jest Konieczne, do zbiorników substancji stopionej 28 i 29 mozna tloczyc tylko tlen, jedynie w celu po¬ wtórnego utleniania wsadu.Utleniacz mozna podawac z pominieciem podpo- wierzchniowych palników, na przyklad rurami tlo¬ czacymi 30 i 31. Korzystne jest jednoczesne wy¬ korzystanie barbotazu tlenowego i podpowierzch- niowego spalania. Palniki mozna przystosowac do tloczenia strumienia babelków utleniacza ro roz¬ topu, co wplywa na wzrost powierzchni roztopu z utleniaczem, a energiczne mieszanie spowodowa¬ ne podpowierzchniowym spalaniem sprzyja rozpro¬ wadzeniu pecherzyków utleniacza w roztopionej masie. Podpowierzchniowe, spalanie powoduje takze ujednorodnienia roztopionej masy.Nadmiar utleniacza dostarczanego do etapu ra¬ finacji zalezy od konkretnych warunków, a wiec od stopnia zredukowania substancji wchodzacej do tego etapu i wymaganego stopnia utleniania produktu koncowego. Czynnikami istotnymi w procesie powtórnego utleniania jest intensywnosc mieszania, rozmiary i ksztalt zbiornika, skutecz¬ nosc kontaktu gaz—ciecz i czas przebywania na etapie rafinacji. Aby osiagnac jednorodne utlenia¬ nie Wymagane w przypadku szkla okiennego, wska¬ zane jest prowadzenie powtórnego utleniania w dwu kolejnych komorach, jak to pokazano na ry¬ sunku, aby zagwarantowac poddanie kazdej por¬ cji roztopu procesowi utleniania w odpowiednim czasie przebywania.W przypadku szkla stan zredukowany objawia sie brazowym zabarwieniem dzieki obecnosci siar¬ ki w postaci siarczków i zelaza. Jesli wytwarza sie szklo bezbarwne, to powtórne utlenianie pro¬ wadzi do podniesienia stopnia utleniania barwia¬ cych jonów, wyrazone stosunkiem Fe+a/Fe+2. Do standardowego handlowego, gatunku bezbarwnegov szkla stosunek ten wynosi od okolo 1,5 do 3,0, przy transmitancji wynoszacej co najmniej 70% (korzystnie co najmniej 80%) dla swiatla o dlu¬ gosci fali 380 nm przy grubosci 6 mm. S^zklo to charakteryzuje sie niekiedy 60% transmitancja dla dlugosci fali 1000 nm (6 nim grubosci). Osia¬ gano znacznie wyzsze stosunki Fe+3/Fe+2 barbotu- jac tlen w stopionym szkle zabarwionym po* czatkowo na ciemnobrazowo. Zanik zabarwienia \w czasie utleniania jest latwo dostrzegalny, a wiec latwo ustalic stopien utleniania na podstawie ob¬ serwacji. Chociaz wegiel moze podwyzszyc 'za¬ wartosc zelaza w roztopie, to powtórne utlenianie pozwala na otrzymanie bezbarwnego szkla. Jed- 16 nak precyzyjne pomiary spektroskopowe przez po¬ równanie ze standardowa transmitancja szkla. mo¬ ga wskazac na koniecznosc zmniejszenia ilosci ze¬ laza dodawanego zwykle celowo (w postaci rózu 5 polerskiego) dla uzyskania zabarwienia.Za komorami powtórnego utleniania moze wy¬ stepowac komora kondycjonujaca, w której pro¬ dukt przebywa przez pewien czas, niezbedny dla ucieczki gazowych inkluzji z roztopionej masy M i ochlodzenia roztopu do temperatury wlasciwej dla dalszego przetwarzania. Stopiona substancja wplywa do komory kondycjonujacejv 37 przez pod- powierzchniowy, przewezony otwór 38. W poka¬ zanyrrr ukladzie czas przebywania w komorze 37 15 przedluza dodatkowo podpowierzchniowa przegro¬ da 39 i górna przegroda 40, wymuszajace skom¬ plikowany przeplyw strumienia roztopu. Przetwo¬ rzony roztop moze opuscic etap rafinacji kanalem 41 prowadzacym na etap formowania lub temu 20 podobne, gdzie w przypadku szkla nadaje sie mu znanymi sposobami postac szyb, wlókien, butelek i podobnych.W alternatywnym sposobie realizacji sposobu wedlug wynalazku paliwo zawierajace popiól spa- 25 la sie w etapie stapiania. Nie jest tu potrzebny etap wstepnego ogrzewania. Oddzielajac etap sta¬ piania od pozostalej czesci procesu wytopu stwa¬ rza sie srodowisko, w którym wieksza czesc, a praktycznie calosc , popiolu zawartego w paliwie 30 moze wejsc w sklad produktu nie szkodzac jedno¬ rodnosci produktu. Szybki odplyw stopionej sub¬ stancji z etapu stapiania wplywa na jej dobre wymieszanie, a przetwarzanie w nastepnych Eta¬ pach poddaje sie stopiony wsad i stopiony zuzel 35 dalszej homogenizacji. Co wiecej, poniewaz sta¬ pianie zachodzi w stosunkowo cienkiej warstwie, paliwo zmieszane ze wsadem ma latwy dostep do tlenu, dzieki czemu spalanie jest w zasadzie cal¬ kowite^ 40 Jak w przypadku innych sposobów realizacji, paliwo mozna podawac do strefy spalania oddziel¬ nie, ale wskazane jest raczej podawanie do eta¬ pu stapiania mieszaniny paliwa i wsadu. Wskaza¬ ne jest takze stosowanie zasilania tlenowego. Nie- 45 calkowite spalanie paliwa w etapie stapiania pro¬ wadzi do podawania do etapu rafinacji czescio*wo zredukowanej stopionej substancji, co moze wy¬ magac poprawki. Tak wiec w tym sposobie reali¬ zacji funkcja etapu rafinacji jest wprowadzanie w do roztopionej masy srodka utleniajacego.Ilosc wegla zuzywanego w strefie^stapiania zalezy oczywiscie od wartosci opalowej danego gatunku wegla, co z kolei zalezy od zawartosci w nim pierwiastkowego wegla. Przy stosowaniu wspom- 55 nianego powyzej wegla pensylwanskiego dodawa¬ nie wegla w ilosci okolo 0% wagowych w stosun¬ ku do wsadu zapewnia teoretycznie cala energie niezbedna w etapie stapiania wsadu do produkcji szkla okiennego. Jednak ze wzgledu na niecalko- m witosc spalania, wynikajaca z braku dostepu tle¬ nu do czesci wegla, wskazane jest stosowanie nie¬ co wiekszej niz teoretycznie wymagana ilosc we¬ gla w przypadku, jesli wegiel ma zapewnic cala energie dla etapu stapiania. Przykladowo, wska- • zane jest dodawanie wegla w ilosci okolo 10%17 148 248 18 wagowych w stosunku do wsadu. Inne niz wegiel paliwa weglowe mozna dodawac w ilosciach okres¬ lanych ich wartosciami opalowymi.Sposób wedlug wynalazku pozwala taze na nie¬ pelne zaspokajanie zapotrzebowania energetyczne¬ go etapu stapiania przez wegiel zawarty we wsa¬ dzie. W takim przypadku czesci energii dostarcza wegiel ze wsadu, a pozostala czesc konwencjonal¬ ny palnik lub inne urzadzenie ogrzewcze w komo¬ rze stapiania.W przykladzie wlasciwym dla alternatywnego sposobu realizacji w ukladzie z fig. 2 bez etapu wstepnego ogrzewania, standardowy, przemyslowy wsad szklarski (bez topników zawierajacych siar¬ ke, takich jak siarczan sodowy techniczny lub gips) zmieszano z 5% do 6% wagowymi wegla i stopiono z Wydajnoscia okolo 6,8 kg na godzine.Wegiel byl jedynym zródlem energii dla etapu stapiania, a stopiony wsad na wejsciu na etap ra¬ finacji byl spieniony i mial kolor brazowy. Kaz¬ da z komór powtórnego utleniania zaopatrzono w pojedynczy palnik podpowierzchniowy i rure tlo¬ czaca. Kazdy z podpowierzchriiowych palników za¬ silano 7 m3 na godzine wodoru i 3,6 m* na go¬ dzine tlenu. Kazda z rur tloczacych zasilano 0,56 m3 na godzine tlenu. Objetosc stopionej substan¬ cji w kazdej z komór wynosila od 0,28 do 0,56 m3, a sredni czas przybywania porcji roztopionej ma¬ sy w etapie rafinacji oceniono na okolo 30 minut.W pierwszej komorze panowala temperatura oko¬ lo 1290°C, a w drugiej okolo 1370°C. Dodatkowy palnik (nie pokazany na fig. 2) w górnej czesci komory 47 sluzyl do gaszenia piany. Szklo odply¬ wajace z etapu rafinacji bylo bezbarwne, niemal pozbawione pecherzyków i utlenione bardziej niz szklo handlowe. Uzyty wsad powinien konwen¬ cjonalnie dac szklo o zawartosci zelaza, w przeli¬ czeniu na Fe203, okolo 0,ll°/o wagowych. Dzieki przeniesieniu pewnej ilosci zelaza z wegla szklo w przykladzie zawieralo 0,16% wagowych wegla.Siarka pochodzaca z wegla powodowala, ze szklo zawieralo 0,063% wagowych S03 bez przeprowa¬ dzenia powtórnego utleniania i mniej niz 0,01% S03 przy powtórnym utlenianiu.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób stapiania wsadu szklarskiego lub po¬ dobnego, w którym jako zródlo ciepla dla proce¬ su wykorzystuje sie spalanie paliwa zawierajace¬ go popiól, znamienny tym, ze ciekle lub stale pa¬ liwo zawierajace popiól miesza sie w bezposred¬ nim zetknieciu z wsadem szklarskim, doprowadza sie do spalenia tego paliwa i ogrzania wsadu, przy czym ilosc paliwa znajdujacego sie w mieszaninie utrzymuje sie na poziomie wystarczajacym do wstepnego ogrzania wsadu do temperatury nieco inizszej od temperatury stapiania przed ostatecz¬ nym etapem uplynnienia, albo ilosc paliwa utrzy¬ muje sie na poziomie ¦ wystarczajacym do dostar¬ czenia wiekszosci ciepla niezbednego w stanie uplynniania, po tym jak wsad osiagnie tempera¬ ture nieco nizsza od jego temperatury stapiania i pozostawia sie popiól ze spalonego paliwa w go¬ towym produkcie szklanym. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze paliwo zawierajace popiól spala sie w etapie 5 wstepnego ogrzewania, w którym substancje wsa¬ dowa ogrzewa sie do temperatury nieco nizszej od temperatury stapiania, a w etapie stapiania substancje wsadowa przeprowadza sie w stan cie¬ kly, przy czym paliwo miesza sie ze wsadem przed 10 dostarczeniem go do etapu wstepnego ogrzewania. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze cala energie potrzebna w etapie wstepnego ogrze¬ wania dostarcza sie z paliwem zawierajacym po¬ piól. 15 4. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze w etapie wstepnego ogrzewania substan¬ cje wsadowe miesza sie w zbiorniku obrotowym, w miare jak substancje wsadowe przemieszczaja sie z jednego konca zbiornika obrotowego do dru- 20 giego. 5. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze dla podtrzymania spalania do etapu wstep¬ nego ogrzewania doprowadza sia gaz o stezeniu tlenu wyzszym niz w powietrzu. 25 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako zródlo tlenu stosuje sie tlen. 7. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 6, znamienny tym,' ze czesc tlenu do spalania paliwa w etapie wstepnego ogrzewania dostarcza sie w zwiazkach 30 wsadowych zawierajacych tlen. 8. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze w etapie wstepnego ogrzewania substancje wsa¬ dowa transportuje sie we wspólpradzie, a gazy spalinowe w tym etapie przepuszcza sie w kie- 35 runku przeciwnym. 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze produkty spalania z etapu wstepnego ogrzewania przepuszcza sie do etapu stapiania. 10. Sposób wedlug zastrz. 8 albo 9, znamienny 40 tym, ze gazowe zródlo tlenu wprowadza sie do zbiornika wstepnego ogrzewania w miejscu po¬ srednim, oddalonym zarówno od wlotu, jak i od wylotu. ' 11. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze 45 substancje wsadowa doprowadza sie^ etapu wstep¬ nego ogrzewania w postaci sypkiej i sproszkowa¬ nej. 12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperature strefy spalania w etapie wstepnego 50 ogrzewania utrzymuje sie na poziomie co najmniej '. 900°C. 13. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 12, znamienny tym, ze do etapu wstepnego ogrzewania wprowa¬ dza sie substancje wsadowa, która zawiera we- 55 glany metali ziem alkalicznych i utrzymuje sie w tym etapie temperature dostateczna do kalcynacji znacznej czesci weglanów. 14. Sposób wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze do etapu wstepnego ogrzewania wprowadza sie 60 substancje, która nie zawiera skladników topnie¬ jacych w temperaturach nizszych od temperatury kalcynacji, a do etapu uplynniania wprowadza sie substancje wsadowa topniejaca w temperaturach nizszych od temperatury kalcynacji, taka jak soda 65 kalcynowana. (148 248 19 15. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze glówna czesc energii niezbedna do stopienia sub¬ stancji wsadowej dostarcza sie przez spalenie pa¬ liwa zawierajacego popiól w strefie uplynniania. 16. Sposób wedlug zastrz. 15, znamienny tym, ze stopiona substancje odbiera sie z drugiej stre¬ fy w stanie zredukowanym i przeprowadza do nastepnej strefy, gdzie panuja warunki dla po¬ wtórnego utleniania. 17. Sposób wedlug zastrz. 16, znamienny tym, ze utrzymuje^ sie warunki utleniajace w nastepnej strefie przez wprowadzenie gazowego tlenu do wnetrza stopionej substancji. 18. Sposób wedlug zastrz. 17, znamienny tym, ze material w nastepnej strefie miesza sie przez wprowadzanie gazów spalinowych do wnetrza sto¬ pionej substancji. 19. Sposób wedlug zastrz. 17, znamienny tym, ze w nastepnej strefie podzielonej na dwie komory stopiona substancje przemieszcza sie z jednej ko¬ mory do drugiej, przy czym w kazdej komorze zachodzi spalanie podpowierzchniowe. 20. Sposób wedlug zastrz. 15, znamienny tym, ze calkowita ilosc energii niezbednej do stopienia sub- 20 stancji wsadowej dostarcza sie przez spalenie pa¬ liwa zawierajacego popiól w strefie uplynniania. 21. Sposób wedlug zastrz. 15 albo 20, znamienny tym, ze stapiana substancje odprowadza sie z dru- 5 giej strefy w stanie czesciowo niestopionym. 22. Sposób wedlug zastrz. 21, znamienny tym, ze paliwo miesza sie z wsadem tuz przed podaniem wsadu do strefy uplynniania. 23. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze 10 substancje wsadowa w strefie uplynniania stapia sie na nachylonej powierzchni, z której swobodnie splywa. 24. Sposób wedlug zastrz. 23, znamienny tym, ze substancje wsadowa wchodzaca do strefy uplyn- 15 niania osadza sie na nachylonej powierzchni ota¬ czajacej centralne wglebienie. 25. Sposób wedlug zastrz. 24, znamienny tym, ze substancje wsadowa znajdujaca sie na powierzch¬ ni obraca sie wokól centralnego wglebienia. w 26. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako paliwo stosuje sie wegiel. 27. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jaka paliwo stosuje sie ciekly produkt ropy naf¬ towej.148 248 ¦P/K 32 34 31 33 38 39 40 Fig. 2 PL PL PL PL

Claims (27)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób stapiania wsadu szklarskiego lub po¬ dobnego, w którym jako zródlo ciepla dla proce¬ su wykorzystuje sie spalanie paliwa zawierajace¬ go popiól, znamienny tym, ze ciekle lub stale pa¬ liwo zawierajace popiól miesza sie w bezposred¬ nim zetknieciu z wsadem szklarskim, doprowadza sie do spalenia tego paliwa i ogrzania wsadu, przy czym ilosc paliwa znajdujacego sie w mieszaninie utrzymuje sie na poziomie wystarczajacym do wstepnego ogrzania wsadu do temperatury nieco inizszej od temperatury stapiania przed ostatecz¬ nym etapem uplynnienia, albo ilosc paliwa utrzy¬ muje sie na poziomie ¦ wystarczajacym do dostar¬ czenia wiekszosci ciepla niezbednego w stanie uplynniania, po tym jak wsad osiagnie tempera¬ ture nieco nizsza od jego temperatury stapiania i pozostawia sie popiól ze spalonego paliwa w go¬ towym produkcie szklanym.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze paliwo zawierajace popiól spala sie w etapie 5 wstepnego ogrzewania, w którym substancje wsa¬ dowa ogrzewa sie do temperatury nieco nizszej od temperatury stapiania, a w etapie stapiania substancje wsadowa przeprowadza sie w stan cie¬ kly, przy czym paliwo miesza sie ze wsadem przed 10 dostarczeniem go do etapu wstepnego ogrzewania.

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze cala energie potrzebna w etapie wstepnego ogrze¬ wania dostarcza sie z paliwem zawierajacym po¬ piól. 15

4. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze w etapie wstepnego ogrzewania substan¬ cje wsadowe miesza sie w zbiorniku obrotowym, w miare jak substancje wsadowe przemieszczaja sie z jednego konca zbiornika obrotowego do dru- 20 giego.

5. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze dla podtrzymania spalania do etapu wstep¬ nego ogrzewania doprowadza sia gaz o stezeniu tlenu wyzszym niz w powietrzu. 25

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako zródlo tlenu stosuje sie tlen.

7. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 6, znamienny tym,' ze czesc tlenu do spalania paliwa w etapie wstepnego ogrzewania dostarcza sie w zwiazkach 30 wsadowych zawierajacych tlen.

8. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze w etapie wstepnego ogrzewania substancje wsa¬ dowa transportuje sie we wspólpradzie, a gazy spalinowe w tym etapie przepuszcza sie w kie- 35 runku przeciwnym.

9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze produkty spalania z etapu wstepnego ogrzewania przepuszcza sie do etapu stapiania.

10. Sposób wedlug zastrz. 8 albo 9, znamienny 40 tym, ze gazowe zródlo tlenu wprowadza sie do zbiornika wstepnego ogrzewania w miejscu po¬ srednim, oddalonym zarówno od wlotu, jak i od wylotu. '

11. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze 45 substancje wsadowa doprowadza sie^ etapu wstep¬ nego ogrzewania w postaci sypkiej i sproszkowa¬ nej.

12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperature strefy spalania w etapie wstepnego 50 ogrzewania utrzymuje sie na poziomie co najmniej '. 900°C.

13. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 12, znamienny tym, ze do etapu wstepnego ogrzewania wprowa¬ dza sie substancje wsadowa, która zawiera we- 55 glany metali ziem alkalicznych i utrzymuje sie w tym etapie temperature dostateczna do kalcynacji znacznej czesci weglanów.

14. Sposób wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze do etapu wstepnego ogrzewania wprowadza sie 60 substancje, która nie zawiera skladników topnie¬ jacych w temperaturach nizszych od temperatury kalcynacji, a do etapu uplynniania wprowadza sie substancje wsadowa topniejaca w temperaturach nizszych od temperatury kalcynacji, taka jak soda 65 kalcynowana. (148 248 19

15. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze glówna czesc energii niezbedna do stopienia sub¬ stancji wsadowej dostarcza sie przez spalenie pa¬ liwa zawierajacego popiól w strefie uplynniania.

16. Sposób wedlug zastrz. 15, znamienny tym, ze stopiona substancje odbiera sie z drugiej stre¬ fy w stanie zredukowanym i przeprowadza do nastepnej strefy, gdzie panuja warunki dla po¬ wtórnego utleniania.

17. Sposób wedlug zastrz. 16, znamienny tym, ze utrzymuje^ sie warunki utleniajace w nastepnej strefie przez wprowadzenie gazowego tlenu do wnetrza stopionej substancji.

18. Sposób wedlug zastrz. 17, znamienny tym, ze material w nastepnej strefie miesza sie przez wprowadzanie gazów spalinowych do wnetrza sto¬ pionej substancji.

19. Sposób wedlug zastrz. 17, znamienny tym, ze w nastepnej strefie podzielonej na dwie komory stopiona substancje przemieszcza sie z jednej ko¬ mory do drugiej, przy czym w kazdej komorze zachodzi spalanie podpowierzchniowe.

20. Sposób wedlug zastrz. 15, znamienny tym, ze calkowita ilosc energii niezbednej do stopienia sub- 20 stancji wsadowej dostarcza sie przez spalenie pa¬ liwa zawierajacego popiól w strefie uplynniania.

21. Sposób wedlug zastrz. 15 albo 20, znamienny tym, ze stapiana substancje odprowadza sie z dru- 5 giej strefy w stanie czesciowo niestopionym.

22. Sposób wedlug zastrz. 21, znamienny tym, ze paliwo miesza sie z wsadem tuz przed podaniem wsadu do strefy uplynniania.

23. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze 10 substancje wsadowa w strefie uplynniania stapia sie na nachylonej powierzchni, z której swobodnie splywa.

24. Sposób wedlug zastrz. 23, znamienny tym, ze substancje wsadowa wchodzaca do strefy uplyn- 15 niania osadza sie na nachylonej powierzchni ota¬ czajacej centralne wglebienie.

25. Sposób wedlug zastrz. 24, znamienny tym, ze substancje wsadowa znajdujaca sie na powierzch¬ ni obraca sie wokól centralnego wglebienia. w

26. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako paliwo stosuje sie wegiel.

27. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jaka paliwo stosuje sie ciekly produkt ropy naf¬ towej.148 248 ¦P/K 32 34 31 33 38 39 40 Fig. 2 PL PL PL PL