Способ варки стекла Советский патент 1985 года по МПК C03B5/00 

1 Изобретение относится к стеколь ной промышленности, а именно к тех нологии получения высококачественного стекла. Цель изобретения - повышение оп тических характеристик стекла. . Образующие стекло материалы подают в загрузочный карман в печи. Повышение температуры контролирует ся при помощи регулирования нагрев в плавильной части печи. По вьгходе за пределы правильной зоны градиен температуры падает, когда стекло подвергают осветлению. Периоды вре мени плавления и осветления ретули ют.так, чтобы они удовлетворяли конкретной нагрузке печи при помощи изменения этих температурных гр диентов . 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 слоя стекла и обычно вперед и назад относительно центра ванны в нижних слоях. Глубина как вперед, так и обратно направленных потоков за- .висит от условий нагрузки и температуры. При помощи использования перегородки, охлаждаемой водой, возмож на- регулировка количества тепла, передаваемого расплавом стекла в зону кондиционирования. Такая регу лировка выполняется обычно так, чтобы увеличить количество тепла в массе стекла для плавления и осветления и, таким образом, ограничить приток тепла в зону кондиционирования. Такая перемена означает последующее снижение необходимого охлаждения дпя приведения стекла в зоне кондиционирования к температуре, при которой оно должйо вырабатываться. Регулировка переда чи 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 предотвра тить перетекание стекла поверх нее а положение ее нижней кромки в пот ке стекла выбирают так, чтобы управлять нижней частью потока и 84 2 тем самым регулировать количество тепла, передаваемого между двумя зонами. 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 установки какого-либо вида.зкрана или перегородки, например, системы водяных 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 п.ередаче в увеличенном обратном потоке из зоны перегородки. В то же время меньшее количество тепла, пе.редается из зоны осветления в зону кондиционирования. С помощью регулировки глубины погружения и конструкции перегородки возможна регулировка потока для удовлетворения 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.} на фиг.З - .схематическое изображение одного из вариантов устройства для направления вращения мешалок , на фиг.4 - сечение одной мешалки/ на фиг.З - вариант мешалки, на фиг.6 - 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 испытаВИЙ 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 - аналогичное 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 паказано) 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 ванны в непрерывном процессе. Затем стекло вьфабатывают. Шихта, подаваемая в ванну 1,- плавает на стекломассе 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 осветления и вьше уровня стекломассы на противоположных сторонах печи

Охлаждаемая водой перегородка 13 предусмотрена на входе в сужение 10. Обычно эта перегородка имеет форму пары охлаждаемых водой труб, которые могут быть выполнены например, по фиг.6. Трубы расположены на некоторой высоте над дном ванны так, чтобы они располагались в верхней области потока расплава, направленного в область сужения. Таким образом, перегородка управляет направленнь1м в сужение поверхностным потоком расплавленного мате- риала. В некоторых случаях верхняя поверхность труб может выступать над поверхностью стекломассы или, наоборот, верхняя их поверхность может, лежать в той же плоскости, что и поверхность стекломассы. Перегородка является регулируемой по вертикали. Трубы могут быть укреплены на регулируемых опорах 14 с каждой стороны ванны. В устройстве (фиг.6) перегородка состоит из двух отдельных перегородок 13. Они выступают внутрь от противоположных стенок ванны. Верхнее и нижнее колена труб могут быть смонтированы так, .чтобы нижнее колено было наклонным вверх или вниз в направлении центра сужения.

Вниз по потоку от перегородки в линии движения направленного потока расположены шесть мешалок 15 поперек области сужения. Мешалки установлены рядом друг с другом так, чт 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 приводной вал мотором 16, который приспособлен для вращения мешалок с одной скоростью. Каждая мешалка 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.З) лопати 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 фаз.е друг с другом. Возможно использование мешалок, которые не имеют лопастей 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, включйя лопастные, охлаждаются -ВОДОЙ. В устройстве, (фиг.4) мешалка состоит из полой петли, образованной трубой 18, соединяющей входное и выходное отверстия 19 и 20 соответственно. Труба может быть изготовлена из нержавеющей стали. На фиг.5 показана 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 циркулирует по полой трубе при вращении мешалки. Мешалки могут приводиться во вр щение в фазе (фиг.З). В этом слу мае все мешалки могут вращаться в одном и том же направлении или,нао борот, они могут вращаться в против положньгх- направлениях при условии, что не будет угловой разницы между регулировками вращения мешалок по крайней мере в одном положении на каждом обороте мешалок, С другой стороны, может быть устроено так, что мешалки вращают не в фазе (фиг. 7 и 8). На фиг.7 мешалки расположены рядом друг .с другом поперек ширины ванны практически перпендикулярно направлению потока и расстояние межд соседними парами мешалок в два раза больше расстояния между двумя мешалками каждой пары. В этом случае расстояние между осями двух мешалок в к.аждрй паре составляет 33 см, тогда как расстояние между осями соседних мешалок различных пар составляет 66 см. Кавдая мешал установлена для вращения в -противоположном направлении относитель но соседней мешалки независимо от того, находится ли соседняя мешалка в той же паре мешалок. Каждая мешалка (фит.8) имеет лопасти или лопатки, расположен ные неравномерно вокруг оси вращения и следующие друг за др гом мешалки могут быть установлены в фазе или, наоборот. в фазе. В конкретном примере ;(фиг.8) двухлопастные мешалки уст новлены на 90° не в фазе, трехлопастные мешалки установлены на 60 не в фазе и четьфехлопастные мешалки установлены на 45° не -в фазе. Мешалки главным образом имеют только одну лопасть,каждая и которых напрессована на вал эксцен трично и установлена на 90° не в фазе относительно 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 кондиционирования тогда как нижний поток стекломассы течет в обратном направлении к плавильному концу. Имеется нейтральная линия 22. Поскольку важно, чтобы меШалки 15 обеспечивали растяжение стекла в горизонтальной плоскости, необходимо ограничить величину, до которой мешалки погруже- ны в стекло. В данном варианте они показаны 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 перемещения стекла по вертикали. Перегородка простирается горизонтально (фиг.1) через всю ширину области сужения ванны и две половинки перегородки наклонены к поперечному, направлению через ванну. В данном случае две половины перегородки наклонены так, что центральная часть перегородки располагается ближе к загрузочному карману. Однако перегородка может быть установлена под другими наклонами и в некоторых случаях.может располагаться перпендикулярно направлению потока. Установлено, что рисунок гетерогенных слоев стекла и различия в . напряженности или составе между слоями изменяется в лучшую сторону с точки, зрения .оптического качества готового продукта при помощи пропускания стекла в зону 9 осветления в сужении 10 ванны под охлаждаемой водой перегородкой 13 в сочетании с одновременным .перемешиванием текущего вперед стекла охлаждаемыми водой мешалками 13. . С целью оценки влияния работы мешалок в фазе или не в фазе в различных вариантах построена модель стеклоплавильной ванны, которая представляет собой копию ванны, показанной на фиг.1, в 1/15 натуральной .величины, а в качестве жидкости в ванне использовано касторовое масло. Эффективность перемешивания измеряют как соотношение общей длины

растянутого следа красителя после прохождения через мешалки к длине .первоначального следа красителя, которьй впрыскивают вверху по потоку от мешалок в линию потока жидкости. Например, если N - число пиков на одной стороне растянутого следа после перемешивания, Y - ширина, а X - первоначальная длина следа перед перемешиванием, то эффективность перемешивания берется как

Общая длина следа пос-

ле перемешивания

Начальная длина следа до перемешивания

Как видно (фиг. 9 и 10), следы расителя 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 вьш1е степень растяжения тем меньше остающийся линейным след проходит прямо через мешалки неизменным по ориентации. Меньшее р астяжение 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 мещалки каждой пары бьши установлены на 90 не в фазе, .а кривая В.показьшает растяжение, когда мешалки каждой пары работали в фазе. Лучшие результаты растяжения достигнуты при использовании мешалок не в фазе.

Типы регулировки, которые могут быть достигнуты при помощи изменения глубины и конструкции перегородки, иллюстрируются сравнением результатов, достигнутых с рядом перегородок в стеклянной ванне, работающей с производительностью ванны в 2000 т в неделю. При этом спользованы следующие перегородки:

а) пара труб, имеющих .внешний иаметр и диаметр внутреннего каала 76 мм с зазором между ветвями труб 25 мм, глубину перегородки

232 мм (этот размер перегородки практически не оказывает влияния на работу ванны в части сохране, ния тепла в зоне осветления);

б)пара труб, выполненных из

. коробчатых секций размером мм с зазором в 1 дюйм 25 мм, что обеспечивает глубину перегородки

0 279 мм. При использовании этой конфигурации можно продемонстрировать влияние на тепловой баланс в ра- . бочем конце ванны. Общее количество тепла, отведенное парой водяных

5 труб, составляет 2426,5 Мдж/ч.Снижение потребности в охлаждающем воздухе вниз по потоку от перегородки в результате использования водяных труб составляет около

0 3000 (благодаря охлаждающему эффекту перегородки отмечено задержание тепла вверх по потоку от перегородки);

в)устройство с использованием 5 коробчатых секций размером 178

58 мм, что обеспечивает глубину перегородки 381 мм. Это устройство не повьш1ает общего количества тепла, отводимого перегородкой, но его 0 влияние выражается в дальнейшем значительном уменьшении потребности в охлаждающем воздухе вниз по потоку от перегородки. Также возможно снижение потребления топлива.

г

Таким образом, лишь при помощи изменения размеров труб, ирпользуемых для пропускания воды, можно достичь изменений глубины, необхо- ДИМОЙ для удовлетворения различных ограничений, налагаемых нагрузкой и температурой. При изменении глубины 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 из ванны в процесс

формования перемешивалась..

Задержание тепла в области осветления зависит в каждой конкретной- ванне от конфигурации пе.регородки.

После перемеш1№ания (фиг. 13) обнаруживается значительно более ламинарный вид слоев. С целью поддержания оптимального располо- жения слоев при различных нагрузках ванны необходимо варьировать глубину охлаждаемой водой перегородки 13 в зависимости от изменения нагрузки.

СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА путем подачи шихты в печь, плавления, осветления полученной стекломассы и пропускания потока ее в зоне кондиционирования под горизонтальной охлаждаемой перегородкой, расположенной в верхней зоне расплава, о тличающийся тем, что, с целью улучшения оптических характеристик стекла, верхние слои стекломассы подвергают горизонтальному вытягиванию мешалками в продольном и поперечном направлениях в зоне, лежащей непосредственно за перегородкой, по потоку с сохранением нижнего конвекционного потока. (У) 12 12 Vi 1 у и /г /2 // х о ;о сх 1 4 /5 Фиг,1

Фиг.З

18

Фиг.

-21

Фиг.5

.

}((

Фиг. б

Фиг. 7

.Л

Фиг.В

k

Фи. tZ

Фиг. 13