ВАННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ

Область техники
Полезная модель относится к промышленности строительных материалов, в частности к устройствам для производства стекла непрерывным методом.
Уровень техники
Известна ванная стекловаренная печь, содержащая загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны (см. прототип к патенту СССР 293326, кл. С03В 5/04, публ. 15.01.1971 г.)
Недостатком известной печи является то, что нерасплавленная шихта в варочном бассейне распространяется в сторону по направлению к его боковым стенкам, накапливается у последних, забивает проход как для поступления шихты в варочный бассейн, так и выходное отверстие из него.
Известна ванная стекловаренная печь, включающая свод, под, стенки варочного бассейна, проток и охлаждаемый элемент в виде двух трубчатых змеевиков, расположенных в окружающем проток огнеупоре (см. RU 2053961, кл. С03В 5/04, публ. 10.02.1996 г.)
Недостатком этой конструкции является изначальное разрушение окружающего поток огнеупорного материала по мере протекания по нему жидкого стекла. Лишь после этого начинает образовываться защитный замороженный слой из жидкого стекла в виде прочного гарнисажа.
Известна ванная стекловаренная печь, содержащая загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны. Для удержания шихты в центре варочного бассейна установлен экранирующий элемент, расположенный по продольной оси через загрузочный карман (см. патент СССР 293326, С03В 5/04, опубл. 15.01.1971 г.)
Недостатком данного технического решения является то, что экранирующий элемент заглублен под углом к поверхности плавающей шихты и уровню стекломассы, вследствие чего в месте заглубления он
создает физическое препятствие продвижению шихты в глубину варочного бассейна, образуя застойную зону шихты, поступающей от боковых стен в центр печи, что приводит к локальному переохлаждению стекломассы, увеличению ее вязкости в этом месте и естественному ухудшению варки шихты. Кроме того, в результате местного охлаждения (местного заглубления экранирующего элемента) шихта отходит от стен варочного бассейна, но не по всей длине экранирующего устройства, находящегося в ванной печи, а только в зоне непосредственного его погружения в стекломассу. Там, где он находится над шихтой, охлаждение стекломассы не происходит. Поэтому конвекционные потоки не изменяются и шихта находится у боковых стен варочного бассейна и к центру печи не направляется.
Наиболее близким аналогом, заявляемого технического решения (прототипом), является ванная стекловаренная печь, включающая загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, водоохлаждаемый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн и регулирования степени заглубления в стекломассу, причем водоохлаждаемый элемент содержит крепежную и холодильные секции, выполненные параллельными в одной плоскости, соединенные переходной секцией, и размещен между загрузчиками шихты (см. RU 2187467 C1, C03B 5/23, публ. 20.08.2002).
Водоохлаждаемый элемент имеет Z-образную форму.
Из недостатков известного устройства можно отметить следующие:
- в такой ванной стекловаренной печи обеспечить горизонтальность осевого водоохлаждаемого элемента практически невозможно, т.к. водоохлаждаемый элемент закреплен консольно на стенке загрузочного кармана, а поэтому он будет прогибаться под собственным весом и под действием горячей стекломассы;
- негоризонтальность холодильной секции водоохлаждаемого элемента и переменный уровень стекломассы в варочном бассейне (самый высокий
уровень стекломассы в зоне квельпункта), существенным образом влияет на обеспечение возможности управления температурными полями в варочной части стекловаренной печи;
- Z-образная форма водоохлаждаемого элемента ограничивает выдвижение холодильной секции в глубину варочного бассейна, что также влияет на возможность управления температурными полями стекломассы в варочной части стекловаренной печи.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности управления температурными полями и поперечными конвекционными потоками стекломассы в варочной части ванной стекловаренной печи, а также регулирование распределения шихты по площади ванной стекловаренной печи, стабилизация положения границ шихты на необходимом расстоянии от боковых стен.
Решение поставленной задачи позволит улучшить качество и увеличить количество вырабатываемой продукции, а также продлить срок службы ванной стекловаренной печи за счет уменьшения эррозии боковых стен.
Поставленная задача решается тем, что ванной стекловаренной печи, включающей загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, водоохлаждаемый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн и регулирования степени заглубления в стекломассу, водоохлаждаемый элемент содержит крепежную и холодильные секции, выполненные параллельными в одной плоскости, соединенные переходной секцией, и размещен между загрузчиками шихты, согласно полезной модели, угол между переходной секцией и холодильной или крепежной секциями составляет 90°-150°, а отношение длины холодильной секции водоохлаждаемого элемента к длине водоохлаждаемого элемента выбрано из диапазона 1:(1,35-2,07).
В результате повышается качество строительного стекла и увеличивается срок службы стекловаренной печи, причем экспериментально было установлено, что выбранные вышеуказанные диапазоны, обеспечивают улучшение однородности стекломассы и защиту футеровки ванной стекловаренной печи.
Отличительная особенность описываемой ванной стекловаренной печи состоит в том, что, угол между переходной секцией и холодильной или крепежной секциями выполнен от 90° до 150°, а нижняя плоскость крепежной секции расположена от уровня стекломассы на расстоянии от 0,22 м до 0,40 м. Выполнение угла между переходной секцией и холодильной или крепежной секциями менее 90° приведет к тому, что осевой элемент будет иметь Z-образную форму, что ограничивает величину выдвижения холодильной секции в глубину варочного бассейна и таким образом ограничивает возможность управления температурными полями и конвекционными потоками стекломассы в ванной стекловаренной печи, что существенным образом сказывается на качестве стекла и сроке службы футеровки ванной стекловаренной печи. А если угол будет более 150°, то увеличивается консоль подвески холодильной секции, а следовательно холодильная секция будет слишком удалена от загрузочного кармана, а поэтому конвекционные потоки стекломассы, как показали эксперименты, не будут препятствовать взаимодействию шихты с футеровкой в близи загрузочного кармана. Причем, если угол будет более 150° и/или крепежная секция будет размещена от уровня расплава на расстоянии более 0,40 м от уровня стекломассы, то холодильная секция будет расположена над стекломассой и, следовательно, не будет влиять на качество стекломассы и срок службы футеровки ванной стекловаренной печи. Кроме того, увеличение длины холодильной секции водоохлаждаемого элемента уменьшает эрозию футеровки и увеличивает гомогенизацию стекломассы, однако любое увеличение холодильной секции приводит к увеличению длины водоохлаждаемого элемента. В этом случае снижаются его
прочностные характеристики, особенно за счет консольного крепления и вибрации. Сохранить прочность водоохлаждаемого элемента и одновременно обеспечить необходимую однородность стекломассы по температуре и составу можно только при соблюдении экспериментально установленного диапазона отношения длины водоохлаждаемого элемента к длине холодильной секции, а именно, при выполнении условия, что отношение длины холодильной секции водоохлаждаемого элемента к длине водоохлаждаемого элемента выбрано из диапазона 1:(1,35-2,07).
Краткое описание чертежей
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено продольной сечение ванной стекловаренной печи, на фиг.2 вид сверху ванной печи, на фиг.3 поперечное сечение ванной стекловаренной печи с циркуляционными потоками стекломассы, на фиг.4 продольное сечение ванной стекловаренной печи с циркуляционными потоками стекломассы. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - ванная стекловаренная печь, 2 - (2а, 2b, 2с, 2d) - загрузчики шихты, 3 - загрузочный карман, 4 - варочный бассейн, 5 - выработочный бассейн, 6 - водоохлаждаемый элемент (6а - крепежная секция элемента, 6b - переходная секция элемента, 6с - холодильная секция элемента), 7 - шихта, 8 - стекломасса, 9 - циркуляционные потоки стекломассы.
2
Ванная стекловаренная печь 1 (фиг.1), с производительностью 465-515 т/сут, включает четыре загрузчика шихты непрерывного режима работы (2а, 2b, 2с, 2d), загрузочный карман 3 (фиг.2), варочный 4 (фиг.2) и выработочный 5 бассейны (фиг.4), площадь варочного бассейна ванной стекловаренной печи 335,6 м, глубина варочного бассейна ванной стекловаренной печи 1,25 м, длина варочного бассейна ванной стекловаренной печи 34,6 м, водоохлаждаемый элемент 6 (фиг.1) выполнен с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн 4 и регулирования степени заглубления в стекломассу 8, водоохлаждаемый элемент 6 содержит крепежную 6а, переходную 6b и холодильную 6с секции.
3
Крепежные 6а и холодильные секции 6с выполнены параллельными в одной плоскости. Длина водооохлаждаемого элемента 6 лежит в пределах от 10,702-20,702 м, длина холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента варьируется в пределах 5-15 м, а диаметр водоохлаждаемого элемента 6 равен 0,178 м. Водоохлаждаемый элемент 6, размещен перпендикулярно к торцевой стенке загрузочного кармана 3 между загрузчиками шихты 2. Угол между переходной секцией 6b и холодильной 6с или крепежной 6а секциями составляет 90°-150°, а длина переходной секции 6b выполнена от 0,31 м до 0,62 м, а отношение длины холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента 6 к длине водоохлаждаемого элемента 6 выполнено в диапазоне 1:(1,35-2,07). Общая емкость бассейна ванной стекловаренной печи 1 - 607,1 м.
Площадь варочного бассейна 4 относится к площади холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента 6, как 1:(0,009-0,026), глубина варочного бассейна 4 относится к средней глубине заглубления холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента 6, как 1:(0,004-0,142), длина варочного бассейна 4 относится к длине холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента 6, как 1:(0,14-0,43), холодильная секции 6с водоохлаждаемого элемента 6 размещается от стенки загрузочного кармана 3 на расстоянии от 0,01 м до 5,0 м.
Осуществление полезной модели
Ванная стекловаренная печь работает следующим образом.
Шихта 7, загружаемая в ванную стекловаренную печь 1 через загрузочный карман 3, плавится в варочном бассейне 4, образуя стекломассу 8. Стекломасса 8 непрерывно движется под действием выработки и тепловой конвекции. Снижая температуру стекломассы 8 вдоль продольной оси ванной стекловаренной печи 1 ниже температур, установившихся у боковых стен, водоохлаждаемый элемент 6 перераспределяет циркуляционные потоки стекломассы 8, направляя их от боковых стен ванной стекловаренной печи 1 к продольной оси - центру ванной стекловаренной печи, на фиг.3 показаны
циркуляционные потоки стекломассы в поперечном сечении ванной стекловаренной печи 1, на фиг.4 показаны циркуляционные потоки стекломассы в продольном сечении ванной стекловаренной печи 1. Шихта 7, плавающая на поверхности стекломассы 8, перемещается этими потоками на некоторое расстояние от боковых стен ванной стекловаренной печи 1 к ее центру. Скорость и мощность циркуляционного движения стекломассы 8 возрастает главным образом с увеличением разности температур между горячим и холодным концами. Они повышаются с увеличением количества стекла, вовлеченного в поток, а так же глубины ванной стекловаренной печи 1 и уменьшаются при удлинении участка и повышении вязкости стекла. Циркуляционные потоки 9 стекломассы 8 передают тепло внутрь стекломассы и этим способствуют провару шихты 7. При проваре шихты 7 на ее поверхности образуется тонкая пленка пенистого расплава, которая стекает с шихты 7 и распространяется на поверхности стекломассы. Шихта проваривается также и снизу, со стороны стекломассы. В загрузочном кармане 3 и за ним в печи 1 располагается свежая шихта 7, которая подсушивается и спекается, а затем начинает оплавляться.
Применение заявленного технического решения позволило улучшить однородность стекломассы 8 идущей на выработку изготовляемой продукции и уменьшить содержание в стекломассе инородных включений (камней) в виде зерен разрушающегося огнеупора, образующихся от разъедания компонентами стекольной шихты боковых стенок ванной стекловаренной печи 1.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить срок службы стекловаренной печи, улучшить качество вырабатываемой продукции, увеличить выработку стекла.