Способ варки стекла

(51) 4 С 03 В 5/ ЕТЕНИЯ ПАТЕНТ 12 72 И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ(прототип),(54)(57) СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА путемподачи шихты в печь, плавления,осветления полученной стекломассыи пропускания потока ее в зоне кондиционирования под горизонтальнойохлаждаемой перегородкой, располо-.женной в верхней зоне расплава, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения оптических харак"теристик стекла, верхние слои стекломассы подвергают горизонтальномувытягиванию мешалками в продольноми поперечном направлениях в зоне,лежащей непосредственно за перего"родкой, по потоку с сохранением нижнего конвекционного потока,90984 г .тем самым регулировать количество тепла, передаваемого между двумя зо 1 11Изобретение относится к.стекольной промьипленности, а именно. к технологии получения высококачественного стекла.Цель изобретения - повышение оптических характеристик стекла.Образующие стекло материалы подают в загрузочный карман в печи. Повышение температуры контролируется при помощи регулирования нагрева в плавильной части печи. По выходе за пределы правильной зоны градиент температуры .падает, когда стекло подвергают осветлению. Периоды времени плавления и осветления регулируют.так, чтобы они удовлетворяли конкретной нагрузке печи при помощи изменения этих температурных градиентов,Температурные градиенты, установленные в печи, обуславливают конвекционные потоки в массе стекла. В зонах осветления кондиционирователя поток обычно направлен к и от боковых стенок в верхних слоях стекла и обычно вперед и назад относительно центра ванны в нижних слоях. Глубина как вперед, так и обратно направленных потоков зависит от условий нагрузки и температуры. 5 10 15 20 25 30 нами. Для достижения удовлетворительной работы при различных режимах нагрузки печи желательно, чтобы перегородка была регулируемой в вертикальной плоскости так, чтобы можно было изменять глубину ее погружения в стекло.Установлено, что при помощи установкикакого-либо вида. экрана или перегородки, например, системы водяйых трубок, в направленном потоке в верхних слоях стекла эти слои замедляются и вторичные системы обратного потока образуются вверх и вниз по потоку от перегородки, так что в течение более продолжительного времени пребывания стекла в поверхностных слоях вверх по .потоку от перегородки в его массу поступает больше тепла и большая часть этого тепла остается в зоне осветления благодаря его передаче в увеличенном обратном потоке из зо" ны перегородки, В то же время меньшее количество тепла. передается из зоны осветления в зону кондиционирования. С помощью регулировки глубины погружения и конструкции перегородки возможна регулировка потока для удовПри помощи использования перегородки, охлаждаемой водой, возможна регулировка количества тепла, передаваемого расплавом стекла в зону кондиционирования, Такая регулировка выполняется обычно так, чтобы увеличить количество тепла в массе стекла для плавления и ос- ветления и, таким образом, ограничить приток тепла в зону кондиционирования. Такая перемена означает последующее снижение необходимого охлаждения для приведения стекла в зоне кондиционирования к температуре, при которой оно должно вырабатываться. Регулировка передачи тепла между зоной осветления и зоной кондиционирования может быть осуществлена при помощи варьирования глубины погружения в стекло перегородки на или около границы между двумя зонами. Перегородку устанавливают так, чтобы предотвратить перетекание стекла поверх нее, а положение ее нижней кромки в потоке стекла выбирают так, чтобы управлять нижней частью потока и 35 40 45 50 55 летворения различных ограничений, налагаемых нагрузкой и температурой.На фиг.1 представлена печь, вид в плане (предпочтительное расположение перегородки и системы мешалок), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 ф на фиг.З - .схематическое изображение одного из вариантов устройства для направления вращения мешалок, на фиг.4 - сечение одной мешалки, на фиг.5 - вариант мешалки, на фиг.б - вариант устройства водоохлаждаемой перегородки; на фиг.7 вариант устройства для направления вращения мешалок; на фиг.8 - различные пары мешалок, вид сверху,на фиг,9 - результаты модельных испытаний перемешивающего устройства по фиг.7, на фиг, 10 - эквивалентные результаты модельных испытаний с другим перемешивающим устройством, на фиг. 11 - график сравнительных результатов испытаний по фиг, 9 и 10, на фиг.12 - изображение негомогенности в листе стекла, полученном без перемешивания; на фиг.13 - ана1190984 логичное изображение внутри листа стекла после перемешивания.Печь (фиг.1 и 2) содержит удлиненную ванну 1 для стекломассы 2, а также свод 3, боковые стенки 4, торцовые стенки 5 и дно 6, которые .изготовлены из тугоплавкого материала. Шихту, из которой должно образоваться стекло, подают при помощи специального устройства (не показа но) в плавильный конец через загрузочный карман 7 и плавят в зоне 8.Затем расплав осветляют в зоне 9 и он проходит через сужение 10 в зону 11 кондиционирования в рабочем конце 15 ванны в непрерывном процессе. Затем стекло вырабатывают. Шихта, подаваемая в ванну 1,.плавает настекломассе 2 и таким образом перемещается через зону 8 плавления.Тепло для превращения шихты в стекломассу в пределах зоны 8 плавления обеспечивается горелками, установленными в или вблизи отверстий 12, открывающихся в зоны плавления и 25 осветления и выше уровня стекломассы на противоположных сторонах печи. Охлаждаемая водой перегородка13 предусмотрена на входе в сужение10. Обычно эта перегородка имеет форму пары охлаждаемых водой труб,которые могут быть выполнены например, по фиг.6. Трубы расположенына некоторой высоте над дном ваннытак, чтобы они располагались в 35верхней области потока расплава,направленного в область сужения.Таким образом, перегородка управляет направленным в сужение поверхностнйм потоком расплавленного материала. В некоторых случаях верхняяповерхность труб может выступатьнад поверхностью стекломассы или,наоборот, верхняя их поверхностьможет лежать в той же плоскости, 45что и поверхность стекломассы. Перегородка является регулируемой повертикали. Трубы могут быть укреплены на регулируемых опорах 14 с каж"дой стороны ванны. В устройстве 50(фиг.6) перегородка состоит из двухотдельных перегородок 13. Они выступают внутрь от противоположных стенок ванны. Верхнее и нижнее коленатрубмогут быть смонтированы так, 55.чтобы нижнее колено было наклоннымвверх или вниз в направлении центрасужения,4Вниз по потоку от перегородки в линии движения направленного потока расположены шесть мешалок 15 поперек области сужения. Мешалки установлены рядом друг с другом так, что они располагаются поперек сужения и могут вращаться (фиг.2) вокруг вертикальных осей от приводного мотора 16. В показанном конкретном примере три пары мешалок 15 расположены в средней части области сужения и размещены симметрично относительно центральной оси потока через сужение. Каждая мешалка смонтирована на вращающемся валу 17, проходящем через свод 3 плавильной печи. Верхние концы валов 17 соединены через горизонтальный привод- ной вал мотором 16, который приспособлен для вращения мешалок с одной скоростью. Каждая мещалка на нижнем конце имеет лопасть или лопатку, которая расположена в направленном потоке стекла и едва доходит до обратного потока в придонной половине ванны. В устройстве (фиг.3) лопас ти на каждой мешалке установлены параллельно друг другу, а приводное устройство выполнено так, что все мешалки вращаются в одном направлении с одной и той же скоростью, так что они поддерживаются в фазе друг .с другом. Возможно использование мешалок, которые не имеют лопас" тей или лопаток. В этом случае мешалки могут быть цилиндрической формы. Варианты других форм лопастей или лопаток, которые могут быть использованы на мешалках, показаны на фиг.8.Мешалки, включая лопастные, охлаждаются водой, В устройстве (фиг.4) мешалка состоит иэ полой петли, образованной трубой 18, соединяющей входное и выходное отверстия 19 и 20 соответственно. Труба может быть изготовлена из нержавеющей стали. На фиг.5 показа. на аналогичная конструкция с пространством, ограниченным полой петлей, заполненным центральной пластиной 21, изготовленной из материала, устойчивого к воздействию расплавленного стекла, такого, как молибден. В обоих случаях охлаждающая вода постоянно циркулирует1 по полой трубе при вращении мешалки.Мешалки могут приводиться во вращение "в фазе" (фиг,3). В этом случае все мешалки могут вращаться водном и том же направлении или,наоборот,они могут вращаться в противоположных. направлениях при условии,что не будет угловой разницы междурегулировками вращения мешалок покрайней мере в одном положении накаждом обороте мешалок,С другой стороны, может бытьустроено так, что мешалки вращают"не в фазе" (фиг. 7 и 8). Нафиг.7 мешалки расположены рядомдруг с другом поперек ширины ванныпрактически перпендикулярно направлению потока и расстояние междусоседними парами мешалок в два раза больше расстояния между двумямешалками каждой пары. В этомслучае расстояние между осями двухмешалок в каждой паре составляет33 см, тогда как расстояние междуосями соседних мешалок различныхпар составляет 66 см. Каждая мешалкаустановлена для вращения в противоположном направлении относительно соседней мешалки независимоот того, находится ли соседняямешалка в той же паре мешалок.Каждая мешалка (фиг.8) имеет лопасти или лопатки, расположенные неравномерно вокруг оси вращения и следующие друг за дру. - гом мешалки могут быть установлены "в фазе" или, наоборот., "не в Фазе". В конкретном примере (фиг.8) двухлопастные мешалки уста. новлены на 90 "не в фазе", трехлопастные мешалки установлены на 60 "не в фазе" и четырехлопастные мешалки установлены на 45 "не в фазе". Мешалки главным образом имеют только одну лопасть, каждая из . которых напрессована на вал эксцен- .трично и установлена на 90 "не в фазе" относителько другой. В однолопастном устройстве лопасть может полностью отстоять от оси вращения при помощи горизонталь-, ного плеча, соединяющего лопасть с валом мешалки.Стекломасса циркулирует (фиг.2) в пределах ванны до прохождения через сужение.10. Верхний поток стекломассы течет в направлении зоны 11 кондиционированиятогдаО1520 как нижний поток стекломассы течетв обратном направлении к плавильному концу. Имеется нейтральнаялиния 22. Поскольку важно, чтобымешалки 15 обеспечивали растяжение стекла в горизонтальной плоскости, необходимо ограничить величину, до которой мешалки погружены в стекло. В данном варианте онипоказаны пересекающими нейтральную линию 22. Таким образом они затрагивают, что и желательно, стекло, которое течет вдоль обратной линии в направлении плавильного конца. Мешалки имеют такую форму, при которой их вращение вызывает движение стекла вперед и в боковом направлении, но не вызывает какого-либо значительного перемещениястекла по вертикали,Перегородка простирается горизонтально (фиг.1) через всю ширину области сужения ванны и две половинки перегородки наклонены кпоперечному направлению через ван-.ну. В данном случае две половиныперегородки наклонены так, что центральная часть перегородки располагается ближе к загрузочному карману.Однако перегородка может быть установлена под другими наклонами,и внекоторых случаях может распола- гаться перпендикулярно направлению 35потока.Установлено, что рисунок гетерогенных слоев стекла и различия в .напряженности или составе междуслоями изменяется в лучшую сторонус точки. зрения оптического качества готового продукта при помощипропускания стекла в зону 9 осветления в сужении 10 ванны под охлаждаемой водой перегородкой 13 всочетании с одновременным .перемешиванием текущего вперед стеклаохлаждаемыми водой мешалками 15.С целью оценки влияния работымешалок "в фазе" или "не в фазе" в 50различных вариантах построенамодель стеклоплавильной ванны, которая представляет собой копиюванны, показанной на фиг.1, в1/15 натуральной величины, а в 55качестве жицкости .в ванне использовано касторовое масло.Эффективность перемешивания измеряют как соотношение общей длины2 йГ 25 30 растянутого следа красителя послепрохождения через мешалки к длине"который впрыскивают вверху по потоку от мешалок в линию потока жидкости. Например, если И - число пиков на одной стороне растянутогоследа после перемешивания, У - ширина, а )( - первоначальная длинаследа перед перемешиванием, тоэффективность перемешивания беретсякак Общая длина следа после перемешивания Начальная длина следаро перемешивания Как видно (фиг. 9 и 10), следы красителя образуют прямые линии, ведущие к мешалкам, но по прохождении через мешалки часть следов образует значительно изломанный рисунок, представляя значительное растяжение первоначального следа, причем, чем выше степень перемешивания, тем выше степень растяжения и тем меньше остающийся линейным след проходит прямо через мешалки неизменным по ориентации. Меньшее растяжение происходит, когда мешалки работают "в фазе" (фиг. 10), чем когда мешалки расположены на 90 "не в Фазе" (фиг.9) . Кривая А (фиг.11) показывает результаты растяжения, достигнутые, когда мешалки каждой пары были установлены на 90 "не в фазе"а кривая В,показывает растяжение, когда мешалки каждой пары работали11в фазе . Лучшие результаты растяжения достигнуты при использовании мешалок "не в фазе". Типы регулировки, которые могут , быть достигнуты при помощи измене-. ния глубины и конструкции перегородки, иллюстрируются сравнением результатов, достигнутых с рядом перегородок в стеклянной ванне, работающей с производительностью ван- ны в 3000 т в неделю. При этом использованы следующие перегородки:а) пара труб, имеющих, внешний диаметр и диаметр внутреннего канала 76 мм с зазором между ветвями труб 25 мм, глубину перегородки 5 1 О 15 20 35 40 45 50 232 мм (этот размер перегородки практически не оказывает влияния на работу ванны в части сохранения тепла в зоне осветления);б) пара труб, выполненных иэ коробчатых секций размером 14558 мм с зазором в 1 дюйм 25 мм, что обеспечивает глубину перегородки 279 мм . При использовании этой конфигурации можно продемонстрировать влияние на тепловой баланс в рабочем конце ванны. Общее количество тепла, отведенное парой водяных труб, составляет 2426,5 Мдж/ч. Снижение потребности в охлаждающем воздухе вниз по потоку от перего" родки в результате использования водяных труб составляет около 3000 м/ч (благодаря охлаждающему эффекту перегородки отмечено задержание тепла вверх по йотоку от перегородки);в) устройство с использованием коробчатых секций размером 17858 мм, что обеспечивает глубину перегородки 381 мм. Это устройство не повышает общего количества тепла, отводимого перегородкой, но его влияние выражается в дальнейшем значительном уменьшении потребности в охлаждающем воздухе вниз по потоку от перегородки. Также возможно снижение потребления топлива.Таким образом, лишь при помощи изменения размеров труб, используемых для пропускания воды, можно достичь изменений глубины, необходимой для удовлетворения различных ограничений, налагаемых нагрузкой и температурой. При изменении глу бины перегородки важно обеспечить уверенность, что стекломасса, проходящая под перегородкой, не проходит также под мешалками.Расположение и глубина мешалок должны быть отрегулированы так, чтобы вся стекломасса, постепенно выпускаемая иэ ванны в процесс формования перемешивалась. Задержание тепла в области осветления зависит в каждой кон.кретной, ванне от конфигурации перегородки.После перемешивания (Фиг.13) обнаруживается значительно более ламинарный вид слоев. С целью1190984 грузки. г Фиг.Х Фиг Ю поддержания оптимального расположения слоев при различных нагрузкахванны необходимо варьировать глубину охлаждаемой водой перегородки13 в зависимости от изменения на1190984 ГО Фиг. Ю г,О Составитель Т, ЗуклейТехред А,Кикемезей. Корректор 0 Луговая тор П. Кугрьпдева каз 7010/62 ИИПИ 113035 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 456 Государственно елам изобретени осква, Ж, Ра Подписное о комитета СССР и открытий. шская наб., д.