СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА Российский патент 2015 года по МПК C03B5/02 

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам варки стекла.

Известен способ варки стекла в ванных стекловаренных печах (Авторское свидетельство СССР №755757, кл. C03B 5/00) путем загрузки шихты в стекловаренную печь и прохождения в бассейне печи на поверхности слоя расплавленной стекломассы всех этапов стекловарения (силикатообразования и стеклообразования, осветления и гомогенизации, студки) при соотношении объемов вырабатываемой стекломассы к расплавленной стекломассе 1:(4÷5).

Недостатками этого способа варки стекла являются:

- высокие энергозатраты на поддержание необходимой температуры не участвующего в выработке расплава, расположенного под проваривающейся шихтой,

- наличие мощных конвекционных потоков стекломассы, приводящих к переносу значительных количеств теплоты из варочной части печи в студочную,

- большая длительность процессов стеклообразования, гомогенизации и осветления расплава,

- значительные габариты стекловаренных печей, необходимые для реализации этого метода,

- проведение процессов варки стекла при высоких температурах, в ряде случаев превышающих предельные температуры службы современных огнеупорных материалов,

- интенсивная высокотемпературная коррозия огнеупорной кладки печи.

Известно устройство для варки стекла (Авторское свидетельство СССР №622768, кл. C03B 5/04), включающее плавильный лоток с нагревательными электродами, помещенными в канавки, и бассейн, отапливаемый горелками.

Недостатками данного устройства для варки стекла являются:

- наличие в бассейне печи избыточного количества стекломассы не участвующего в выработочном потоке;

- конвекционные потоки стекломассы, образующиеся в бассейне печи и переносящие существенную долю тепла из зоны гомогенизации и осветления в зону студки, что приводит к потерям и дополнительным расходам тепла;

- интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела.

Известен способ варки стекла (Авторское свидетельство СССР №481551, кл. C03B 5/00) путем организации на наклонном лотке плавления шихты, стеклообразования, перегрева стекломассы в прямом потоке до вязкости 2,5-3,5 м·сек/м², усреднения при принудительном перемешивании, осветления и охлаждения расплава, причем стекловарение осуществляется в тонком слое.

Недостатками данного способа варки стекла являются:

- техническая трудность организации перемешивания стекломассы в тонком слое;

- повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур;

- интенсивная высокотемпературная коррозия огнеупорной кладки печи.

Наиболее близким к заявленному является способ варки стекла (Евразийский патент №004516, кл. C03B 5/00) путем приготовления тонкоизмельченной смеси шихты и обратного боя, компактирования смеси, загрузки в стекловаренную печь и варки на наклонном лотке в непрерывном прямом монооднородном потоке с последовательным прохождением всех этапов стекловарения при пониженных на 100-200°C температурах.

Недостатками данного способа варки стекла являются:

- недостаточное осветление стекломассы ввиду высокой вязкости расплава при пониженной температуре варки;

- интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела,

- повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур газового факела, а также их унос отходящими газами;

Задачей заявленного способа варки стекла является получение промышленных стекол высокой однородности.

Поставленную задачу решают следующим образом.

Сырьевые материалы подвергают совместному тонкому измельчению и компактированию. Варку полученной шихты осуществляют на наклонном лотке в прямом монооднородном потоке при последовательном прохождении шихтой всех стадий варки по мере ее продвижения по длине печи. Причем на каждой стадии варки, посредством полного или частичного разделения атмосферы печи и стекломассы, поддерживают свои температурные условия:

первую стадию - силикатообразование, проводят в условиях градиентного нагрева (по длине зоны печи) от 200-600 до 700-1400°C, с максимальной скоростью нагрева от 5 до 20°C в минуту,

вторую стадию - стеклообразование, проводят при температуре 800-1500°C,

третью стадию - осветления и гомогенизации, проводят при температуре 800-1600°C, при необходимости прибегают к принудительному осветлению расплава посредством создания разряжения до 50 Па, за счет откачки газа из атмосферы печи,

четвертую стадию - студку, проводят при температуре 800-1500°C.

Варку стекла осуществляют с помощью электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами, для чего нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи.

Тонкое измельчение шихты, с одной стороны, приводит к увеличению ее химической активности (за счет возрастания доли поверхностных нескомпенсированных связей и количества структурных дефектов у ее компонентов). С другой стороны, при совместном измельчении достигается высокая степень смешения компонентов шихты, что обеспечивает перенесение существенной доли процесса гомогенизации из печи на стадию подготовки шихты. В результате после операции тонкого измельчения стекольная шихта обладает гомогенностью на микроуровне, повышенной химической активностью и варочной способностью.

Операция компактирования необходима для исключения расслоения, пыления и потерь шихты при ее транспортировке и загрузке в стекловаренную печь. Кроме того, уплотнение шихты в процессе компактирования способствует более тесному контакту ее компонентов, что интенсифицирует их взаимодействие.

Постепенное нагревание шихты в первой зоне печи обеспечивает последовательное прохождение всех химических реакций между ее компонентами, в том числе тех реакций, в ходе которых имеет место выделение газообразных веществ. Необходимо, чтобы реакции с выделением газов проходили при температурах ниже температур активного образования расплава. Нагрев шихты должен производиться со скоростью подъема температуры, не вызывающей вспенивания брикета, другими словами, не приводящей к задерживанию в спеке избыточного количества газа, затрудняющего осветление. Так как тонкоизмельченные частицы тугоплавких компонентов (кварца, глинозема и т.д.) обладают повышенной растворимостью, этап стеклообразования проводят при температуре на 100-200°C ниже, чем в случае шихты традиционной гранулометрии. При высокой вязкости расплава осветление осуществляют принудительно под разрежением. В процессе варки желательно избегать турбулентного движения стекломассы, так как в противном случае существует вероятность возникновения различных неоднородностей.

Пример конкретного осуществление способа.

Компоненты стекольной шихты состава: 61,75 масс.% SiO₂, 20,75 масс.% Na-СО₃, 17,5 масс.% CaCO₃, подают в планетарную мельницу, где их увлажняют до 50 масс.% воды и подвергают совместному помолу в течение времени, необходимого для того, чтобы не менее 50% компонентов шихты имели размер, не превышающий 10 мкм. Мельница должна иметь футеровку и мелющие тела на основе SiO₂. Данный способ измельчения шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой происходит ее самокомпактирование в брикеты. Высушенные брикеты по транспортеру подают в загрузочное устройство и далее в первую зону наклонного лотка стекловаренной печи. Причем на вышеуказанном лотке проводят весь процесс стекловарения. Подвод тепла, необходимого для процесса варки, производят посредством электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами. Для этого нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по первой зоне наклонного лотка (максимальная скорость нагрева материала) составляет 10°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов. В начале зоны поддерживают температуру 250°C, в конце - 900°C. Далее спеченная остеклованная шихта входит в зону стеклообразования, которая отделена от зоны силикатообразования по атмосфере печи экраном. В зоне стеклообразования поддерживают температуру 1200°C. Время пребывания шихты в зоне стеклообразования составляет 0,5 часа, что достаточно для растворения всех оставшихся кристаллических включений. Полученная стекломасса поступает в зону осветления и гомогенизации, которая отделена от зон стеклообразования и студки по атмосфере печи и половине глубины слоя стекломассы выдвижными заслонками.

В зоне осветления поддерживают температуру 1450°C и создают разрежение 1000 Па. Время пребывания шихты в зоне осветления составляет 0,5 ч. Далее осветленная гомогенная стекломасса переходит в зону студки, в которой поддерживают температуру 1250°C.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам варки стекла. Сырьевые материалы подвергают совместному тонкому измельчению и компактированию. Варку полученной шихты осуществляют на наклонном лотке при последовательном прохождении шихтой всех стадий варки по мере ее продвижения по длине печи, причем на каждой стадии варки, поддерживают свои температурные условия. Первую стадию - силикатообразование, проводят в условиях градиентного нагрева от 200-600 до 700-1400°C, с максимальной скоростью нагрева от 5 до 20°C в минуту, вторую стадию - стеклообразование, проводят при температуре 800-1500°C, третью стадию - осветления и гомогенизации, проводят при температуре 800-1600°C, четвертую стадию - студку, проводят при температуре 800-1500°C. Технический результат изобретения - обеспечение высокой гомогенности состава стекла на микроуровне. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ варки стекла, включающий приготовление тонкоизмельченной шихты, ее компактирование и варку на наклонном лотке, включающую процессы силикатообразования, стеклообразования, осветления, гомогенизации, отличающийся тем, что варочное пространство разделяют на 4 зоны, в каждой из которых поддерживают свой температурный режим, причем в первой зоне в условиях градиентного нагрева по длине зоны печи от 200-600 до 700-1400°C, со скоростью нагрева от 1 до 20°С в минуту, проводят процесс силикатообразования, во второй зоне при температуре 800-1500°C проводят процесс стеклообразования, в третьей зоне при температуре 800-1600°C проводят процесс осветления и гомогенизации, в четвертой зоне при температуре 800-1500°C проводят процесс студки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осветления проводят под разрежением при остаточном давлении от 50000 до 50 Па.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе варки поддерживают ламинарный режим движения стекломассы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что варку стекла осуществляют с помощью электронагрева.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что исключают контакт стекломассы и атмосферы печи с нагревательными элементами.