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, 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 проток 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, кл. С03В 5/04, публ. 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 ванной стекловаренной печи, что приводит к локальному переохлаждению стекломассы, увеличению ее вязкости в этом месте и естественному ухудшению варки стекла. 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 трубчатый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн. Водоохлаждаемый элемент имеет Z-образную форму, размещен горизонтально вдоль загрузочного кармана и варочного пространства печи перпендикулярно к торцевой стене загрузочного кармана между загрузчиками шихты и выполнен с возможностью регулирования степени заглубления в стекломассу (см. RU 2187467 С1, кл. С03В 5/23, публ. 20.08.2002).
Из недостатков можно отметить следующие:
- в такой ванной стекловаренной печи обеспечить горизонтальность осевого водоохлаждаемого элемента практически невозможно, т.к. водоохлаждаемый элемент закреплен консольно на торцевой стенке загрузочного кармана, а по этому он будет прогибаться под собственным весом и под действием горячей стекломассы;
- негоризонтальность холодильной секции водоохлаждаемого элемента и переменный уровень стекломассы в варочном бассейне ванной стекловаренной печи (самая высокая температура стекломассы и, соответственно, самый высокий уровень стекломассы в зоне квельпункта), существенным образом влияет на обеспечение возможности управления температурными полями и конвенционными потоками в ванной стекловаренной печи;
- Z-образная форма водоохлаждаемого элемента ограничивает величину выдвижения холодильной секции в глубину варочного бассейна, что ограничивает возможность управления температурными полями и конвенционными потоками стекломассы в ванной стекловаренной печи, что существенным образом сказывается на качестве стекла и сроке службы футеровки ванной стекловаренной печи.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности управления температурными полями, поперечными и продольными конвекционными потоками стекломассы в ванной стекловаренной печи, а также регулирования распределения шихты по площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи, стабилизация положения границ шихты на необходимом расстоянии от боковых стен варочного бассейна.
Решение поставленной задачи позволит улучшить качество и увеличить количество вырабатываемой продукции, а также продлить срок службы ванной стекловаренной печи за счет уменьшения разрушения боковых стен.
Поставленная задача решается тем, что ванная стекловаренная печь, включающая загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный, и выработочный бассейны, пережим и осевой водоохлаждаемый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн и регулирования степени заглубления в стекломассу, причем осевой водоохлаждаемый элемент содержит крепежную секцию и холодильную секцию, которые выполнены параллельными в плоскости, перпендикулярной дну ванной стекловаренной печи и торцевой стенке загрузочного кармана между загрузчиками шихты, и соединены переходной секцией, согласно полезной модели ванная стекловаренная печь содержит студочный бассейн, длина переходной секции выбрана от 0,28 м до 0,82 м, а угол между переходной секцией и холодильной или крепежной секциям выбран не менее 90°, причем
отношение длины осевого водоохлаждаемого элемента к длине его холодильной секции выбрано от 1,54 до 2,44, кроме того, отношение площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи к площади студочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 3,0 до 6,0.
Отличительная особенность описываемой ванной стекловаренной печи состоит в том, что введен студочный бассейн, длина переходной секции выбрана от 0,28 м до 0,82 м, а угол между переходной секцией и холодильной или крепежной секциям выбран не менее 90°, причем отношение длины осевого водоохлаждаемого элемента к длине его холодильной секции выбрано от 1,54 до 2,44, кроме того отношение площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи к площади студочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 3,0 до 6,0.
В результате повышается качество и увеличивается количество производимого полированного строительного стекла за счет гомогенизации стекломассы по температуре и составу, а также увеличивается срок службы ванной стекловаренной печи за счет уменьшения коррозии боковых стен ванной стекловаренной печи.
Причем на основании расчетно-экспериментальных данных, полученных при моделировании и исследовании температурных полей и конвенционных потоков стекломассы и шихты было установлено, что только указанные диапазоны длины и угла переходной секции между холодильной или крепежной секциями в совокупности с диапазонами отношения длины осевого водоохлаждаемого элемента к длине его холодильной секции и отношения площади варочного бассейна к площади студочного бассейна позволяют обеспечить вышеуказанные результаты.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что новые технические результаты могут быть получены при реализации совокупности всех существенных признаков, характеризующих описываемую ванную стекловаренную печь.
Причем, отношение площади холодильной секции осевого водоохлаждаемого элемента к площади отапливаемой зоны варочного бассейна стекловаренной печи выбрано от 0,012 до 0,034, отношение средней глубины заглубления холодильной секции осевого водоохлаждаемого элемента к глубине варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 0,004 до 0,138.
Кроме того, отношение длины холодильной секции осевого водоохлаждаемого элемента к длине варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 0,38 до 0,64, а холодильная секция осевого водоохлаждаемого элемента размещена по отношению торцевой стенки загрузочного кармана на от 0,01 м до 5,52 м.
При этом, отношение площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи к площади отапливаемой зоны варочного бассейна ванной стекловаренной печи составляет от 1,2 до 1,6, отношение площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи к площади зоны кондиционирования варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 3,0 до 3,6, а отношение площади варочного бассейна ванной стекловаренной печи к сумме площадей пережима и студочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 2,0 до 5,0.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено продольной сечение ванной стекловаренной печи, на фиг.2 приведен вид сверху ванной стекловаренной печи, на фиг.3 приведено поперечное сечение ванной стекловаренной печи с циркуляционными потоками стекломассы, на фиг.4 приведено продольное сечение ванной стекловаренной печи с циркуляционными потоками стекломассы. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - ванная стекловаренная печь, 2 - (2а, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) - загрузчики шихты, 3 - загрузочный карман, 4 - варочный бассейн, 5 - выработочный бассейн, 6 - осевой водоохлаждаемый элемент (6а - крепежная секция осевого водоохлаждаемого элемента, 6b - переходная секция осевого водоохлаждаемого элемента, 6с - холодильная секция осевого
водоохлаждаемого элемента), 7 - шихта, 8 - стекломасса, 9 - циркуляционные потоки стекломассы; 10 - студочный бассейн; 11 - пережим; 12 - отапливаемая зона варочного бассейна; 13 - зона кондиционирования варочного бассейна.
2
Ванная стекловаренная печь 1 (см. фиг.1), с производительностью 260-270 т/сут, содержит шесть загрузчиков шихты стольного типа (2а, 2b, 2c, 2d, 2е, 2f), загрузочный карман 3 (см. фиг.2), варочный 4, студочный 10 и выработочный 5 бассейны ванной стекловаренной печи. Площадь варочного бассейна ванной стекловаренной печи составляет 239,8 м, а глубина, ширина и длина варочного бассейна ванной стекловаренной печи выполнены, соответственно, 1,16 м, 8,85 м, а длина 27,1 м. Причем отношение площади варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи к площади студочного бассейна 10 ванной стекловаренной печи составляет от 3,0 до 6,0. Кроме того, варочный бассейн 4 включает отапливаемую зону 12 и зоны кондиционирования 13. Отношение площади варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи к площади отапливаемой зоны 12 варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 1,2 до 1,6, а отношение площади варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи к площади зоны кондиционирования 13 варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбрано от 3,0 до 3,6. Кроме того, отношение площади варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи к сумме площадей пережима 11 и студочного бассейна 10 ванной стекловаренной печи выбрано от 2,0 до 5,0. В ванной стекловаренной печи 1 установлен осевой водоохлаждаемый элемент 6, который размещен перпендикулярно к торцевой стенке загрузочного кармана 3 между загрузчиками шихты 2, причем осевой водоохлаждаемый элемент 6 (фиг.1) выполнен с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн 4 на величину от 0,01 м до 5,52 м и регулирования степени заглубления в стекломассу 8. Осевой водоохлаждаемый элемент 6 содержит крепежную 6а, переходную 6b и холодильную 6с секции. Крепежная 6а и холодильные секции 6с выполнены параллельными в плоскости, перпендикулярной дну ванной стекловаренной печи и торцевой стенке
загрузочного кармана 3 между загрузчиками шихты 2. Длина осевого водооохлаждаемого элемента 6 лежит в пределах от 10,37 м до 17,37 м, а отношение длины осевого водоохлаждаемого элемента 6 к длине его холодильной секции 6с составляет от 1,54 до 2,44. Торцы крепежной 6а и холодильной секции 6с соединены наклонной или перпендикулярной к ним переходной секцией 6b (см. фиг.1), при этом длина переходной секции 6b осевого водоохлаждаемого элемента 6 выбрана от 0,28 м до 0,82 м, а угол между переходной секцией и холодильной или крепежными секциями выбран от 90° до 160°. Причем отношение площади холодильной секции 6с осевого водоохлаждаемого элемента 6 к площади отапливаемой зоны 12 варочного бассейна ванной стекловаренной печи выбирается от 0,012 до 0,0344, а отношение длины холодильной секции 6с осевого водоохлаждаемого элемента 6 к длине варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи составляет от 0,38 до 0,64. Кроме того, отношение средней глубины заглубления холодильной секции 6с водоохлаждаемого элемента 6 к глубине варочного бассейна 4 ванной стекловаренной печи выбирается от 0,004 до 0,138.
Ванная стекловаренная печь работает следующим образом.
Шихта 7, загружаемая в 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 печи 1 ниже температур, установившихся у боковых стен, водоохлаждаемый элемент 6 перераспределяет циркуляционные потоки стекломассы 8, направляя их от боковых стен ванной печи 1 к продольной оси - центру 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 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 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 печи 1.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить срок службы ванной стекловаренной печи за счет уменьшения степени разъедания огнеупора боковых стен, улучшить качество вырабатываемой продукции путем управления температурными полями и поперечными конвекционными потоками стекломассы, увеличить выработку стекла в натуральном выражении вследствие уменьшении попадания в ленту стекла инородных разрушающих включений, а также улучшить варку шихты за счет увеличения обогреваемой поверхности шихты, за счет распределения ее на достаточно большой площади печи.