Способ варки стекла в стекловаренной печи

)5 СОЗ В 5/О фф гт.йе Е 1 ЕНИ ПИС АТЕ НТУ 2(56) Авторское сЬЬ 1395590, кл. С 1 ч. 3 нд КоКГ (ОЕ)ер (ОЕ)видетельство СССР03 В 5(04. 1986 (про ОВ етения, плавваренной пе ихту в богреСо стороны мычку 4, со стор мычку 5 и прод часть печи обра рочной части об В варочной ны донные алек ращают стекло данной области,редственной загГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛАРЕННОЙ ПЕЧИ(57) Сущ 11 ость изобрзоне варки в стекло Изобретение относится к технологии варки стекла в стекловаренной печи.Целью изобретения является уменьшение образования оксида азота.Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг,1 представлен продольный разрез ванны для варки стекла; на фиг,2 - горизонтальный разрез ванны по фиг.1; на фиг.З- горизонтальный разрез ванны в другом варианте; на фиг,4 - продольный разрез стекловаренной печи; на фиг,5 - продольный разрез собственно варочного бассейна; на фиг.б - вид сверху на ванну по фиг.5; на фиг.7 - продольный разрез варочного бассейна, предназначенного для периодической выемки; на фиг.8 - горизонтальное сечение ванной по фиг.7 на уровне поверхности ванны со стекломассой и на фиг,9 - разрез ванны по рис,7 и 8 над поверхностью ванны со стекломассой. ваемой горелками, осветляют расплав, гомогенизируют его и вырабатыва 1 от с противоточным движением дымовых газов и шихты и разделением зон по газовому пространству. В зоне осветления топливо в горелках сжигают при недостатке воздуха, В зоне варки топливо в горелках сжигают при избытке воздуха. В зоне загрузки шихты используют дополнительно электроподогрев, Температуру в зоне варки поддерживают на 150 С ниже, чем в зоне осветления, В шихту вводят бой стекла, который предварительно нагревают отходящим иэ теплообмен 11 иков дымовыми газами. 3 з,п,ф-лы, 9 ил,Стекловаренная печь состоит иэ продольной прямоугольной ванны, имеющей зону осветления 1 и варочную часть 2, которые переходят друг в друга, и при этом варочная часть 2 имеет длину, которая приблизительно от 2 до 2,5 раэ больше, чем длина зоны осветления 1, Под зоной оснетления 1 понимается та плоская часть ванны, в которой расположены горелки 3, которые служат для сжигания жидкого топлива илигаза. горелок ванна имеет переоны загрузки шихты переольную стенку б. Верхняя зована крышкой 7. Дно ваозначено позицией 8.части 2 (зона 11) расположетроды 9, которые предотоварение стекломассы в в частности, в зоне непосруэки шихты, Стеклованиетакже предотвращается созданием поверхностного потока внутри варочной части 2,который постоянно подает нагретое до высокой температуры стекло иэ также нагретой до .высокой температуры с помощью горелок 3 5эоны осветления 1 в зону загрузки шихты.Загрузка шихту осуществляется обычным образом по всей ширине перемычки 5,Ванна, в частности, изгоговлена с использованием обычных технических приемов. Это касается, в частности, выполнениястенок, сводов, дна. горелок, электродов, атакже оыпускного отверстия 10 в противоположном от зоны загрузки шихтц когщегомогенизационной части 11, а также 15выполнения выходных отверстий длягазообраЗных продуктов сгорания 12 непосредственно около зоны загрузки шихты.Внутри ванны, о ближнем к зоне загрузки конце зоны осветления 1, расположен 20экран для защиты от излучения 13, которыйдоходит почти до самой поверхности расплава 14 и предотвращает попадание излучения в варочную часть 2. Как известно, привысокой температуре в камере большая 25часть энергии переносится за счет излучения., и для изобретения является существен-.ной концентрация создаваемой с помощью.горелок 3 энергии в зоне осветления 1.Поскольку излучаемая наружу энергия 30от поверхности расплава и, о частности отэкрана для защиты от излучения 13 в сторону зоны загрузки является достаточно значительной, варочная часть 2 имеет еще одинэкран для защиты от излучения 15, расположенный вблизи зоны загрузки шихты, имежду экранами для защиты от излучения13 и 15 также имеется еще один экран 16.Такая конструкция надежно предотвращаетнагревание шихты за счет существенной 40энергии излучения, которое должно осуществляться практически исключительно за счетгазообразных продуктов сгорания, которыепоступают из зоны осветления 1 через варачную часть 2 и отверстиям для выхода газообразных продуктов сгорания 12.Возможно также, чтобы на днище 8 врасположенном со стороны эоны загрузкишихты в конце зоны осветления 1 был выполнен порог 17. Существенную роль для 50загрузки шихты является равномерный уклон дна, от которого зависит направлениепотока; с которым горячее стекло на поверхности расплава поступает обратно в зонузагрузки шихтц и там наряду с донными 55электродами 9 предотвращает стеклованиестекла. Дно зоны осветления 1 расположеногоризонтально.Охлажденные приблизительнодо 900 Сгазообразные продукты сгорания после выхода из ванны подаются к рекуператорам, из которых они выходят, имея температуру около 150-250 С. При этой температуре остающаяся в газообразных продуктах сгорания энергил используется далее для нагревания воздуха для сжигания топлива,В рекуператорах за счет охлаждающих газообразных продуктов сгорания ооздух для сжигания топлива предварительно нагревается от нормальной температуры до температуры около 700 С и затем через трубопроводы подается к горелкам 3, Сгорание, происходящее при относительно низкой температуре воздуха, имеет преимущество, заключающееся в том, что температуры пламени относительно низки, и при этом концентрация МОх не может достигнуть высокого уровня. Газообразные продукты сгорания не только значительно охлаждены, но также имеют чрезвычайно малые концентрации ЙОх, вследствие чего производство с помощью соответствующих изобретению стекловаренных печей может быть организовано также и в областях, для которых установлен низкий уровень дыбросав в атмосферу, например, в городах, причем благодаря низкой температуре газообразных продуктов сгорания возможно свободное использование пылевых фильтров,Для функционирования ванны важна, чта оарочная часть 2 в своем обращенном в сторону эоны загрузки шихты конце испаль" эуется исключительно для предварительного нагревания шихты, и существенное расплавление шихты происходит лишь на обращенном о горелках конце оарочной части 2, причем после зтога, но перед тем, как стекло будет удалено известным образом через донное выпускное отверстие 10, в зоне асветления 1 осуществляется его осветление.В зоне осоетления 1 расположены барботерц, которые обеспечивают прохождение воздуха через дно. С помощью этого воздуха - в некоторых случаях также и с помощью донных электродов - в зоне осоетления 1 достигается значительная циркуляция стекла, вследствие чего в зоне осоетлени температуры на его пооерхнасти и внизу отличаются на очень незначительную величину. Тем самым достигается температура на поверхности расплава доходит до 1550-1560"С, причем температура свода над заной осветления 2 не превышает температуру 1580 С. В противоположность этому температуры в варочнай части значительно ниже, на участке от зоны загрузки шихты до зоны осветпения 1 они составляют от 1100 до 1300 С, 1836303содержат ССО, Соотеетстауаииие иаоррете- пр В гомогенизационной части 11 происходит гомогенизация стекла при охлаждении, в результате чего устанавливается оптимальное температурное распределение по слоям, которое предотвращает попадание огибающих потоков и тем самым попадание загрязнений в выпускное отверстие 10,Благодаря наличию экранов для защиты излучения 13, 15, 16 скорость газа над шихтой поддерживается на уровне около 10-15 м/с, которая позволяет обеспечить помимо передаци тепла от излучения также определенную конвективную передачу тепла. При этом экраны для защиты от излучения выполнены, например, соответственно как арка с прямыми стенками, подобно арке большей собачьей конуры.. Подаваемая электрицеская энергия таким образом подбирается в соотношении с энергией, обеспециваемой горелками, чтобы общее количество 80 не превышало допустимых значений, При большей доле электрической энергии общее количество ИО снижается и при уменьшении этой доли возрастает.Стекловаренная печь может быть экономичной в изготовлении, поскольку в зоне загрузки шихты вследствие температур могут быть использованы менее дорогостоящие огнеупорные материалы,В соответствии с существом изобретения вся стекловаренная печь, направляющие для газообразных продуктов сгорания и для нагретого воздуха для сжигания топлива хорошо изолируются. Несмотря на это, для специалиста является неожиданным тот факт, что удельный расход энергии может быть снижен до недостижимой ранее величины 3100-3400 КДжкг стекла.В зоне осветления, обознаценной как зона 1, горелки работают в режиме недостаточной подачи воздуха, вследствие чего образования окиси азота (образование ЙО) практически не наступает, поскольку сгорание является неполным. Горючие газы после этого попадают о зону И, то есть в варочную часть и там, в начале зоны 11, если смотреть по направлению потока, в которой уже создана температура, меньше температуры в зоне 1 на 150 С, горелки для обеспечения полного сгорания подаваемого углеводорода работают в режиме избыточной подачи воздуха, в результате чего предотвращается понижение коэффициента полезного действия. Вследствие существующей здесь значительно меньшей температуры МО практически не образуется, поэтому газообразные продукты сгорания при попадании в атмосферу практически не нию стекловаренные печи преи."лущес 1 венным образом могут использоваться в плотнозаселенных областях,Существенным также является тот факт,5 что значительную долю загружаемой в печьсмеси может составлять бой стекла, а остальную часть - обычная шихта, в результате чего печь может работать на дешевомисходном материале, 8 связи с то л, чго в10 повторный цикл переработки поступает всебольшее количество старого стекла, котороев настоящее время еще не может быть разделено по цвету, в ванну для варки стеклапопадет бой стекла с различным окисли 15 тельным потенциалом, Гри реакции различных видов стекла, имеющего различныйокислительный потенциал, на поверхностирасплава появляется значительное количество пены, которая отражает излучаемое20 пламя и существенно препятствует передаче тепла в ванну со стекломассой,Количество этой пень 1 может бытьуменьшено ослаблением огневого режима,в результате чего ванна может функциони 25 ровать более эффективно при неблагоприятном соотношении компонентов шихты иприсутствии в ней значительного количества старого стекла по сравнению с обычнымипечами, Принцип работы печи предполагает30 налицие трех расположенных последовательно друг за другом в направлении движения потока частей печи и соответственнованны, причем за вароцной частью следуетэона осветления 1, а за ней следует гомоге 35 низационная часть 11. Максимальная температура стеклопотока создается при этомна выполненном особым образом плоскомучастке 18 зоны осветления 1, причем соответствующее нагревание может осуществ 40 ляться как с помощью горелок 3, так и спомощью электродов 19. При этом особоепреимущество достигается в том случае, если к горелкам подаются обычные, более дешевые по сравнению с электрической45 энергией носители энергии, причем повышение общей температуры ванны со стекломассой достигается за счет малой глубиныванны на участке 18,Равномерно нагретое стекло попадает50 таким образом с участка 18 в гомогенизационную часть 11, в которой оно при охлаждении оседает по принципу "принудительногопотока " без завихрений. Охлаждение приэтом осуществляют для того, чтобы сохра 55 нить слоистость стекла и не допустить завихрении,Шихта загружается на переднем (еслисмотреть по направлению потока) конце варочной части 2, причем она поступает в наавлении зоны осветления 1, Однако еепоступление в зону осветления предотвращается аркой 20 с донным протоком 21, причем арка 20 может охлаждаться воздухом. Этот воздух, который впоследствии может использоваться как воздух для сжигания топлива, подается через трубы, выполненные, например, из материала "Ицконель", который обладает высокой жаропрочностью,10После прохождения данного протока 21, не смешанное уже с шихтой стекло поднимается в виде потока, так как за счет подачи энергии сверху на этом участке достигается требуемое слоистое распределение стекла таким образом, что наиболее холодное стекло располагается внизу и наиболее горячее вверху. Благодаря такому температурному распределению по слоям создается "принудительный поток" без за вихрений. Тем самым обеспечивается, что-. бы уже предварительно нагретое стекло не поступало в собственно зону осветления и соответственно уже нагретое до высокой температуры стекло не попадало вновь в 25 переднюю часть эоны осветления 1.Чтобы обеспечить значительную подачу энергии в варочной части, в ее задней части могут быть установлены потолочные горелки 22, причем под каждой горелкой имеется 30 барботер 23, который обеспечивает постоянное перемещение холодного стекла вперед и тем самым предотвращает перегрев, Соответствующий барботер 23 может быть расположен под участком загрузки шихты, в 35 соответствующей зоне, чтобы здесь также создавать постоянный поток стекла и предотвращать стеклованив.Загруженная шихта и, соответственно,загруженный бой стекла подвергается пред варительному нагреву, Газообразные продукты сгорания иэ зоны осветления и варочной части 1 и 2 отводятся о зону загрузки шихты и проходят противотоком как через шихту, так и через бой стекла, перед 45 тем как они очищаются центробежным сепаратором 24 и выводятся им в окружающую, среду. Твердые частицы попадают при этом из сепаратора 24 обратно в бункер для шихты 25, иэ которого они удаляются или 50 отводятся в поток газообразных продуктов сгорания. Бой стекла, поступивший в направляющий канал для боя стекла 26, продувается потоком газообразных продуктов сгорания, причем направляющий канал для 55 боя стекла 28 состоит из отдельных плоскостей щитков) 29, которые расположены друг от друга на определенном расстоянии и наклонены внутрь, в результате чего поток газообразных продуктов сгорания может попадать в бой стекла через образованныйтаким образом зазор.Чтобы получить стекло особого качества, то согласно фиг.4 дцо гомогецизационной части 11 может быть расположенозначительно ниже уровня дна варочной части, Подача шихты и боя стекла, с одной стороны, и удаления газообразных продуктовсгорания при этом могут осуществляться через отверстие 12,На фиг,5 и 6 приведен упрощенный вариант соответствующей изобретецию печи,причем нагревание в варочцой части осуществляется через электроды 9, Шихта приэтом занимает в продольном направлениизначительную часть варочной части 2, Расплавленное стекло, находясь в печи, изображенной ца фиг,4, попадает затем черездонное выходное отверстие 21 в эацу осветлеция 1 и при этом во время поднятия нагревается электродами 9, а на поверхностинагревается одной или несколькими горелками 3, Во время поднятия создается также"принудительный поток", и стеклодостигаетсвоей максимальной температуры в зоне 18,в которой ванна со стекломассой имеет малую глубину, как это уже было описано выше.Затем стекло принудительным потокомпоступает в заднюю, если смотреть в направлении потока, часть зоны осветлеция 1к следующему донному протоку 30 и затемотсюда поступает в гомогениэационнуючасть 11, в которой компенсация потерь и,соответственно, требуемое регулированиераспределения по температурным слоямможет осуществляться с помощью горелок 3,Арки 20, а также дно зоны осветления 1могут охлаждаться, в зависимости от обстоятельств; холодным воздухом для скиганиятоплива, который проходит по трубам изматериала, обладающего высокой жаропрочностью,Согласно фиг,7-9 расплавление шихтыв варочной части 2 происходит с помощьюподачи электрической энергии через электроды 9, и пропускание потока через зоцуосветлеция 1 происходит сначала по направлению вверх и затем по направлениювниз принудительным потоком, как это описано со ссылкой на фиг.5 и 6. В качествегомогенизационцой части 11 теперь служитнагреваемая предпочтительно косвеннымобразом рабочая ванца с горелками 3 и непрямым нагревательным устройством 31.Чтобы предотвратить обратный потокбез извлечения стекла из гомогенизационцой части и, соответственно, рабочей ваннь, иадежным образом в зоне осветлеция 1установлен элемент сужения потока 32 из огнеупорного материала, который разделяет проходящий поток стекла на две части и не допускает горизонтального завихрения, Так как за счет подаваемой через горелки 3 энергии в зоне осветления требуемое распределение по температурным слоям без завихрений сохраняется также и во время остановки, этот вариант осуществления печи особенно эффективен для печей с прерь- вистым извлечением стекла. Непрямое нагрввание при этом обеспечивает такке сохранение требуемого распределения по температурным слоям внутри гомогенизационной части 11 и, соответственно, рабочей ванны, без извлечения. Температура в данном случае могла бы также регулироватьсл требуемым образом без пропускания потока,Таким образом, суть изобретения состоит в том, чтобы в зоне осветления добиться определенного распределения по температурным слоям без возникновения завихрений, и чтобы это распределение происходило как во время нагрева, так и во время охлаждения, а также в зоне наивысших температур благодаря малой глубине ванной,Формула изобретения1, Способ варки стекла в стекловарен 5 ной печи, обогреваемой горелками, путемплавления шихты в зоне варки, осветлениярасплава, его гомогенизации и выработки спротивоточным движением дымовых газови шихты и разделением зон по газовому10 пространству, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью уменьшения образования оксидаазота, в зоне осветления топливо в горелкахсжигают при недостатке воздуха, а в зоневарки - при избытке воздуха, при этом в15 зоне загрузки шихты используют дополнительно электроподогрев.2, Способ поп 1, отличающийсятем, что температуру в зоне варки поддерживают на 150 С ниже, чем в зоне освстле 20 ния,3. Способпопп,1 - 2, отличающийсятем, что в шихту вводят бой стекла.4. Способ поп 3, отлича ощийсятем, что бой стекла предварительно нагре 25 вают отходящими из теплообменников дымовь,ми газами,1836303Составитель Н, Ильины актор Т. Шагова Техред М.Моргентал орректисин акаэ 3002 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101