СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО СТЕКЛА, ПЕЧЬ ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ СТЕКЛА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF OBTAINING MELTED GLASS, FURNACE FOR GLASS MELTING, DEVICE FOR OBTAINING GLASS PRODUCTS AND METHOD OF OBTAINING GLASS PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу получения формованного стекла, который является способом получения соответствующих жидких стеклянных частиц из частиц исходных метериалов стекла и кусков стеклобоя в высокотемпературной газофазной атмосфере с образованием расплавленного стекла; печи для плавления стекла для проведения способа получения; устройству для получения стеклянных изделий с использованием печи для плавления; и способу получения стеклянных изделий, используя вышеописанный способ.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Каждый из патентных документов 1 и 2 описывает как печь для плавления стекла для плавления частиц исходного материала стекла в высокотемпературной атмосфере газовой фазы, так и их аккумулирование для получения расплава жидкого стекла, печь для плавления стекла с зоной ввода частиц стеклянного материала стекла и нагревательными элементами, предназначенными для образования высокотемпературной газофазной атмосферы для плавления частиц исходного материала стекла в верхней части печи для плавления стекла.
2
Данная печь для плавления стекла является устройством для плавления частиц исходного материала для стекла, которая подает частицы исходного материала стекла из зоны ввода внутрь печи, в высокотемпературную газофазную атмосферу, нагретую посредством нагревательных элементов, для образования жидких стеклянных частиц, для накопления жидких стеклянных частиц в нижней части печи для плавления стекла с образованием жидкого расплава стекла, временного сохранения жидкого расплава стекла в нижней части печи для плавления стекла и вывода жидкого расплава стекла. Далее такой способ получения расплавленного стекла известен как способ плавления стекла в полете. В данном способе плавления стекла в полете, по сравнению с традиционным способом плавления, использующим печи типа Siemens, возможно уменьшение потребляемой энергии на этапе плавления стекла до около одной трети для образования расплавленного стекла в короткое время и, соответственно, возможно уменьшить размер плавящей печи, не проводить регенерацию, улучшить качество, уменьшить CO и сократить время для смены типа стекла. Такой способ плавления стекла в полете привлекает внимание как технология, сохраняющая энергию.
Кроме того, в качестве частиц исходного материала стекла, вводимых из зоны ввода исходного материала стекла, как правило, используются частицы, содержащие смесь исходных материалов стекла и имеющие размер частиц по большей мере 1 мм. Каждую частицу частиц исходного материала стекла, вводимую в печь для плавления стекла, плавят с образованием жидких стеклянных частиц при их попадании (влетании) в высокотемпературную газофазную атмосферу, и такие жидкие стеклянные частицы падают вниз и скапливаются в нижней части печи для плавления стекла с образованием жидкого расплава стекла. Жидкие стеклянные частицы, полученные из частиц исходного материала стекла, могут представлять собой капли расплавленного стекла. Для того чтобы получить частицы расплавленного стекла из частиц исходного материала стекла в высокотемпературной атмосфере газовой фазы за короткое время, размер частиц исходного материала стекла должен быть малым, как описано выше. Далее, обычно, каждая жидкая стеклянная частица, полученная из каждой частицы исходного материала стекла должна быть частицей, имеющей, по существу, тот же состав стекла.
Почти все компоненты разложения в газовом состоянии, которые образуются, когда частицы исходного материала стекла становятся жидкими стеклянными частицами, выводятся из расплавленных стеклянных частиц и не содержатся в расплавленных стеклянных частицах, так как и частицы исходного материала стекла, и жидкие стеклянные частицы представляют собой маленькие частицы. В соответствии с этим существует риск образования пузырьков в жидком расплаве стекла, образующихся в результате накапливания жидких стеклянных частиц.
Тем временем, частицы исходного материала стекла являются частицами, имеющими в основном однообразные компоненты, и составы стекла жидких стеклянных частиц, образующихся из частиц исходного материала стекла, не отличаются друг от друга. Так как разница в составах стекла в жидких стеклянных частицах является маленькой, существует небольшой риск, что состав стекла будет различаться в частях жидкого расплава стекла, образованного посредством накопления большого количества жидких стеклянных частиц. Соответственно, способы гомогенизации, предназначенные для гомогенизации состава стекла в жидком расплаве стекла, которые требуются в традиционных печах для плавления стекла, практически не требуются в способе плавления в полете. Даже если состав стекла небольшого количества жидких стеклянных частиц отличается от остальных жидких стеклянных частиц, то, так как расплавленные стеклянные частицы имеют маленький размер частиц, область неоднородности жидкого расплава стекла, которая образуется из небольшого количества расплавленных стеклянных частиц, имеющих другой состав стекла, является малой, и такая область легко гомогенизируется и исчезает за короткое время. Таким образом, с помощью способа плавления в полете возможно уменьшить энергию нагрева, требующуюся для гомогенизации жидкого расплава стекла, и сократить время, требующееся для гомогенизации.
Печь для плавления стекла Патентного Документа 1 имеет множество дуговых электродов и/или насадок кислородных горелок в качестве нагревающих средств для создания высокотемпературной атмосферы газовой фазы, и высокотемпературная атмосфера газовой фазы, имеющая температуру по меньшей мере 1600°С создается в печи посредством термальной плазменной дуги, образуемой посредством множества дуговых электродов и/или пламени горящего кислорода, формируемого посредством сопел кислородных горелок. Посредством введения частиц исходного материала стекла в высокотемпературную газофазную атмосферу, частицы исходного материала стекла переводят в жидкие стеклянные частицы в высокотемпературной газофазной атмосфере. Далее, в качестве частиц исходного материала стекла, использующихся в Патентном Документе 1, используют частицы, имеющие размер по большей мере 0,5 мм (средневзвешенный) по причине того, что они могут быть переведены в жидкие стеклянные частицы за короткое время, и легкого рассеивания образующихся газов. Далее с точки зрения возрастания стоимости при уменьшении размера частиц исходного материала стекла и уменьшения вариации состава стекла в образующихся жидких стеклянных частицах используются частицы, имеющие размер частиц, по меньшей мере, 0,01 мм (средневзвешенный).
Печь для плавления стекла по Патентному Документу 2 имеет кислородную горелку, прикрепленную ниже верхней стенки печи для плавления стекла, в качестве средства нагрева. Кислородная горелка соединена с линией снабжения газом и линией подачи исходного материала так, что подводится газ, поддерживающий горение, имеющий концентрацию кислорода по меньшей мере 90 об.%, и исходный материал стекла. Соответственно, с помощью печи для плавления стекла возможно образовывать нисходящее пламя посредством работы кислородной горелки, подводить частицы исходного материала стекла нисходяще в пламя кислородной горелки с образованием жидких стеклянных частиц в пламени и накапливать образующиеся жидкие стеклянные частицы в нижней части печи прямо под пламенем с образованием жидкого расплава стекла.
Расплавленное стекло при 1600°С, полученное с помощью печи для плавления стекла Патентного Документа 1 или 2, подают из печи для плавления стекла в поддерживающий температуру сосуд или сосуд рафинирования и охлаждают до температуры, при которой данное стекло формуют (около 1000°С для калий-натриевого стекла). Затем данное расплавленное стекло подают в формующее средство, такое как флоат-ванна, формующая машина плавления, раскатывающая формующая машина, формующая машина выдувания или прессующая формующая машина, и формуют в стеклянные изделия, имеющие различные формы. Затем формованные стеклянные изделия охлаждают до приблизительно комнатной температуры посредством средств отжига, после чего проводят этап отрезания посредством обрезающих средств и/или другой завершающий этап в случае необходимости для производства желаемых стеклянных изделий.
Помимо всего прочего в производстве расплавленного стекла необходимо использовать частицы стеклянного боя помимо исходного материала стекла. В соответствии с вышесказанным, для того чтобы использовать на практике способ расплавления в полете, необходимо устройство, которое могло бы быть адаптировано для частиц стеклобоя.
По данной причине Патентный Документ 1 описывает способ производства расплавленного стекла, который является способом, в котором частицы стеклобоя пульверизуют до частиц, имеющих размер частиц в пределах 5 мкм, пропуская данные частицы через высокотемпературную атмосферу газовой фазы вместе с частицами исходного материала стекла и скапливая их для получения жидкого расплава стекла. Далее Патентный Документ 1 описывает способ предварительного нагрева частиц стеклобоя, которые предварительно пульверизуют до частиц с наружным размером около 5 мм при около 700°С вне печи для плавления стекла, прямого введения частиц стеклобоя в расплавленное стекло и нагрева смеси.
ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ:
Патентный Документ 1: JP-A-2007-297239
Патентный Документ 2: JP-A-2008-290921
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Однако в способе производства расплавленного стекла согласно Патентному Документу 1, в котором описывается технология, использующая частицы стеклобоя в сочетании, существует такая проблема, что, для того чтобы проводить частицы стеклобоя через высокотемпературную атмосферу газовой фазы вместе с другими частицами исходного материала стекла, расплавляя их, частицы стеклобоя необходимо пульверизовать до частиц, имеющих размер частиц в пределах 5 мкм, и пульверизация является сложной и требует много времени. Далее, в случае частиц стеклобоя, имеющих размер частиц более чем 0,5 мм, способ требует использования устройства для предварительного нагрева частиц стеклобоя до около 700°С в другом месте и устройства для подачи предварительно нагретых частиц стеклобоя в печь для плавления стекла при поддержании высокой температуры частиц стеклобоя. Соответственно, существует проблема усложнения устройства и повышения его стоимости.
В настоящем изобретении термин «стеклобой» подразумевает стеклобой, имеющий традиционно тот же состав стекла, что и стеклянные изделия, которые являются конечными изделиями настоящего изобретения. Данный стеклобой обычно получают на этапе получения стеклянных изделий, которые являются конечными изделиями из жидкого расплава стекла, образующегося в нижней части печи для плавления согласно настоящему изобретению. Однако стеклобой не ограничен этим, и в качестве стеклобоя на этапе получения может использоваться стеклобой, полученный на этапе изготовления других стеклянных изделий, имеющие, по существу, тот же состав стекла, который имеют стеклянные изделия, являющиеся конечными изделиями настоящего изобретения или техническим стеклобоем, получаемым на этапе использования стеклянных изделий, которые являются конечными изделиями, получаемыми согласно настоящему изобретению. Печь для плавления стекла на этапе получения других стеклянных изделий не ограничивается печью для плавления стекла, использующей способ плавления в полете.
Когда состав стекла стеклобоя в основном является тем же составом стекла, что и стекло, получаемое из частиц исходного материала стекла, состав расплавленного стекла, который является смесью жидкого стекла, образующегося из расплавленных кусочков стеклобоя, и жидкого стекла, образующегося из частиц исходного материала стекла, становится одинаковым, термическая энергия, требующаяся для гомогенизации, становится маленькой и время, требующееся для гомогенизации, становится короче. Состав стекла стеклобоя и состав стекла жидких стеклянных частиц, образующегося из частиц исходного материала стекла, предпочтительно является одинаковым. Однако так как состав стекла может немного изменяться (например, за счет испарения легколетучих компонентов стекла, таких как оксид бора) в процессе, когда жидкий расплав стекла, образованный в нижней части печи для плавления, становится стеклянными изделиями, такая небольшая разница в составе стекла является приемлемой.
Здесь, поскольку стеклобой изготавливают из материала уже формованного стекла, нагретые кусочки стеклобоя легко плавятся с образованием жидких стеклянных частиц. С другой стороны, частицы исходного материала стекла подвергаются химическим реакциям, таким как термическое разложение исходного материала для стекла (например, термическое разложение карбоната до оксида металла) и так называемой вертификации, состоящей из реакции и расплавления состава для образования стекла, с образованием жидких стеклянных частиц. Хотя частицы исходного материала стекла отличаются от кусочков стеклобоя в механизме перевода твердых частиц в расплавленные стеклянные частицы, получаемые из них жидкие стеклянные частицы в основном не отличаются по составу стекла.
Настоящее изобретение было выполнено при определенных обстоятельствах, и задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения расплавленного стекла, который является способом перевода стеклянных частиц исходного материала в жидкие стеклянные частицы и перевода кусочков стеклобоя, имеющих определенный размер частиц, в стеклянные частицы, по меньшей мере поверхность которых расплавлена, в высокотемпературной газофазной атмосфере и накапливания обоих типов стеклянных частиц в нижней части печи с получением жидкого расплава стекла. Кроме того, задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения стеклянных изделий с использованием способа получения расплавленного стекла, печи для плавления стекла для получения вышеупомянутого расплавленного стекла и устройства для получения стеклянных изделий, имеющего печь для плавления стекла.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Для решения вышеуказанных задач настоящее изобретение обеспечивает способ получения расплавленного стекла, который является способом, переводящим частицы исходного материала стекла в жидкие стеклянные частицы в газофазной атмосфере в печи для плавления стекла и накапливающим жидкие стеклянные частицы в нижней части печи для плавления стекла с получением жидкого расплава стекла, способ включает введение кусочков стеклобоя, имеющих малый диаметр (A) 0,5 мм<А<30 мм, в газофазную атмосферу внутри печи из внешней газофазной атмосферы, при этом частицы исходного материала стекла переводятся в жидкие стеклянные частицы с образованием из кусочков стеклобоя стеклянных частиц, по меньшей мере поверхности которых расплавлены в газофазной атмосфере, и накапливание стеклянных частиц, по меньшей мере поверхности которых расплавлены, вместе с жидкими стеклянными частицами, образующимися из частиц исходного материала стекла, с получением жидкого расплава стекла. Кусочки стеклобоя, имеющие малый диаметр (А), преимущественно просеивают следующим способом. А именно, согласно настоящему изобретению используют кусочки стеклобоя, которые остаются на сите, имеющем отверстия сетки 0,5 мм, и проходят через сито, имеющее отверстия сетки 30 мм. Является достаточным, что данное сито, как правило, используется для просеивания кусочков стеклобоя, и его изготавливают из металла и имеющим отверстия. Данная характеристика является общей для кусочков стеклобоя настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению возможно введение кусочков стеклобоя, которые не требуют пульверизации, в печь для плавления стекла вместе с частицами исходного материала стекла без требования предварительного нагрева для образования расплавленного стекла.
Далее, стеклянные частицы, по меньшей мере поверхность которых ликвидизирована, которые получают посредством нагрева кусочков стеклобоя в газофазной атмосфере внутри печи, являются преимущественно полностью расплавленными стеклянными частицами, которые являются частицами из полностью жидкого стекла. Посредством нагревания кусочков стеклобоя в атмосфере газовой фазы внутри печи с образованием стеклянных частиц, по меньшей мере поверхность которых расплавлена, возможно снижение падения температуры жидкого расплава стекла, даже если увеличивают количество вводимых кусочков стеклобоя.
Достаточным является то, что нагретые кусочки стеклобоя становятся стеклянными частицами, по меньшей мере поверхность которых расплавлена, в атмосфере газовой фазы, и не является необходимым то, что они становятся полностью расплавленными стеклянными частицами в атмосфере газовой фазы. Для того чтобы далее уменьшить падение температуры жидкого расплава стекла, даже если возрастает количество входящих кусочков стеклобоя, предпочтительно, чтобы частицы стеклобоя становились частицами полностью расплавленного стекла в атмосфере газовой фазы. Здесь и далее, жидкие стеклянные частицы, получаемые из стеклянных частиц исходного материала стекла, упоминаются как жидкие частицы (а), и стеклянные частицы, получаемые из кусочков стеклобоя, и по меньшей мере поверхность которых расплавлена, также относят к жидким стеклянным частицам (b).
Далее, для того чтобы решить вышеуказанные задачи, настоящее изобретение предоставляет печь для плавления стекла для перевода частиц исходного материала стекла в жидкие стеклянные частицы в атмосфере газовой фазы в печи для плавления стекла, накапливая жидкие стеклянные частицы для получения жидкого расплава стекла и выведения жидкого расплава стекла;
печь содержит зону ввода частиц исходного материала стекла, расположенную ниже участка стенки печи в верхней части печи для плавления стекла;
зону ввода кусочков стеклобоя, расположенную ниже участка стенки печи в верхней части печи для плавления стекла, для введения кусочков стеклобоя, имеющих малый диаметр (A) от 0,5 мм <А<30 мм;
средства нагрева для образования первой газофазной зоны над зоной ввода частиц исходного материала стекла в печи для плавления стекла для перевода частиц исходного материала стекла в жидкие стеклянные частицы;
средства нагрева для образования второй газофазной зоны над зоной ввода кусочков стеклобоя в печи для плавления стекла для плавления кусочков стеклобоя с образованием стеклянных частиц, по меньшей мере поверхность которых расплавлена;
нижнюю часть печи для накапливания вышеуказанных двух типов стеклянных частиц для образования жидкого расплава стекла; и
зону выведения для выведения жидкого расплава стекла.
Кусочки стеклобоя настоящего изобретения в данном случае предпочтительно остаются на сите, имеющем отверстия сетки 0,5 мм, и проходят через сито, имеющее отверстия сетки 30 мм. Зона ввода кусочков стеклобоя имеет проход для введения кусочков стеклобоя, имеющий такой размер с внутренней стороны печи через стенку печи внутрь печи.
В печи для плавления стекла под первой газофазной зоной подразумевают газофазную зону в печи, где частицы исходного материала стекла становятся жидкими стеклянными частицами, и под второй газофазной зоной подразумевают газофазную зону, которая находится в атмосфере газовой фазы в печи вне первой газофазной зоны, где кусочки стеклобоя становятся стеклянными частицами, по меньшей мере поверхность которых расплавлена. А именно, первая газофазная зона находится в части, где частицы исходного материала стекла становятся жидкими стеклянными частицами (a), и вторая газофазная зона находится в части, где кусочки стеклобоя нагревают так, что их поверхность разжижается с образованием жидких стеклянных частиц (b).
Настоящее изобретение относится к печи для плавления стекла для получения расплавленного стекла посредством использования частиц исходного материала стекла и кусочков стеклобоя в комбинации, которая является печью для плавления стекла, содержащей зону ввода частиц исходного материала стекла, зону ввода кусочков стеклобоя, средства нагрева для образования первой газофазной зоны, средства нагрева для образования второй газофазной зоны, нижнюю часть печи и зону выведения. В печи для плавления стекла по меньшей мере первая газофазная зона и по меньшей мере вторая газофазная зона образуются посредством средств нагрева с образованием газофазных зон. В первой газофазной зоне частицы исходного материала стекла становятся жидкими стеклянными частицами (a), и во второй газофазной зоне частицы стеклобоя становятся жидкими стеклянными частицами (b). В первой газофазной зоне частицы исходного материала стекла вводят из зоны ввода частиц исходного материала стекла, и во второй газофазной зоне кусочки стеклобоя вводят из зоны ввода стеклобоя. Каждую из зоны ввода частиц исходного материала стекла и зоны ввода кусочков стеклобоя располагают нисходяще от стены печи в верхней части печи для плавления стекла, и частицы исходного материала стекла и кусочки стеклобоя раздельно подают снаружи печи через стенку в верхнюю часть печи в соответствующие газофазные зоны. Жидкие стеклянные частицы (a), образованные в первой газофазной зоне, и жидкие стеклянные частицы (b), образованные во второй газофазной зоне, накапливаются в нижней части печи с образованием жидкого расплава стекла. Жидкий расплав стекла временно хранят в нижней части печи и соответственно выводят через зону выведения из печи для плавления. Здесь участок стенки печи в верхней части печи для плавления стекла подразумевает потолочную часть печи для плавления стекла и часть боковой стенки в пределах 1 м от внутренней стены потолочной части.
Когда в печи присутствует множество первых газофазных зон, соответствующие первые газофазные зоны преимущественно образуются посредством соответствующих газофазных нагревающих средств. Вторая газофазная зона образуется посредством газофазных средств нагрева, отличающихся от газофазных средств нагрева для образования первой газофазной зоны. Когда в печи находится множество вторых газофазных зон, соответствующие вторые газофазные зоны преимущественно образуются посредством соответствующих газофазных средств нагрева.
Что касается размеров кусочков стеклобоя, то размер частиц определяется так, что кусочки стеклобоя могут быть введены в печь для плавления стекла без пульверизации и предварительного нагрева. А именно, наименьший диаметр (A) кусочков стеклобоя должен быть 0,5 мм <А< 30 мм. А именно, когда используются частицы стеклобоя, имеющие наименьший диаметр (A) по большей мере 0,5 мм, требуется пульверизация, и когда используются частицы, имеющие диаметр по меньшей мере 30 мм, требуется предварительный нагрев. В настоящем изобретении кусочки стеклобоя, имеющие наименьший диаметр (A), вводят из зоны ввода кусочков стеклобоя во вторую газофазную зону в печь для нагрева кусочков стеклобоя во вторую газофазную зону в печи для нагревания кусочков стеклобоя при их падении во второй газофазной зоне, таким образом получая стеклянные частицы, по меньшей мере поверхность которых расплавлена.
В соответствии с этим посредством печи для плавления стекла настоящего изобретения возможно введение кусочков стеклобоя так, что не требуется пульверизация, вместе с частицами исходного материала стекла в печь для плавления стекла без предварительного нагрева для их плавления. В соответствии с этим возможно использовать частицы исходного материала стекла и кусочки стеклобоя в комбинации, и в соответствии с этим печь для плавления стекла является пригодной в качестве крупномасштабной печи для плавления для производства по меньшей мере десятков тонн или по меньшей мере сотен тонн стеклянных изделий в день.
Далее, в печи для плавления стекла настоящего изобретения, первую газофазную зону и вторую газофазную зону нагревают посредством соответствующих средств для нагрева. Средства нагрева для формирования каждой газофазной зоны, являются предпочтительно по меньшей мере одним средством нагрева, выбранным из сжигающей кислород горелки для получения пламени горящего кислорода и устройства для генерации многофазной дуговой плазмы посредством по меньшей мере одной пары электродов для получения термической плазмы.
В настоящем изобретении высокотемпературная атмосфера около 2000°С может быть образована в случае использования пламени горящего кислорода посредством сжигающей кислород горелки, высокотемпературная атмосфера от 5000°С до 20000°С может быть образована в случае термической плазмы. В соответствии с этим возможен перевод частиц исходного материала стекла, попадающих в первую газофазную зону, в жидкие стеклянные частицы (a) за короткое время, и далее возможно подходящим образом нагревать кусочки стеклобоя для их перевода в жидкие стеклянные частицы (b). Здесь сжигающая кислород горелка и пара электродов может располагаться отдельно, или они могут использоваться в сочетании. Далее, в качестве сжигающей кислород горелки, используемой для формирования первой газофазной зоны, может быть использована горелка, объединенная с зоной ввода частиц исходного материала стекла. Между тем, когда сжигающая кислород горелка используется для формирования второй газофазной зоны, так как кусочки стеклобоя являются относительно большими частицами, сжигающую кислород горелку предпочтительно устанавливают отдельно от зоны ввода кусочков стеклобоя. Если зона ввода кусочков стеклобоя и сжигающая кислород горелка установлены отдельно друг от друга, каждую из них располагают близко к стенке печи так, что входящие кусочки стеклобоя падают через пламя, образованное сжигающей кислород горелкой, или через высокотемпературную атмосферу, близкую к пламени (которая является второй газофазной зоной).
Далее в печи для плавления стекла настоящего изобретения, когда средством нагрева для образования второй газофазной зоны является сжигающая кислород горелка, сжигающую кислород горелку преимущественно располагают наклонно так, что угол (θ) наклона пламени к нисходящей оси ввода кусочков стеклобоя в зоне ввода кусочков стеклобоя составляет 1°≤θ≤75°.
В настоящем изобретении, когда сжигающую кислород горелку располагают под углом 1°≤θ≤75° к оси входящих кусочков стеклобоя так, что поток пламени проходит против оси входящих кусочков стеклобоя, являющейся вертикальной осью, кусочки стеклобоя, падая из зоны ввода кусочков стеклобоя вдоль оси входящих кусочков стеклобоя, эффективно проходят сквозь пламя.
Далее в печи для плавления стекла настоящего изобретения вторая газофазная зона преимущественно образуется посредством множества средств нагрева, располагающихся вокруг зоны ввода кусочков стеклобоя в верхней части, являющейся верхней стенкой печи в верхней зоне. В качестве множества нагревающих средств, располагаемых вокруг зоны ввода кусочков стеклобоя, в частности, предпочтительными являются сжигающие кислород горелки.
С помощью конструкции, в которой множество нагревательных элементов располагают вокруг зоны ввода кусочков стеклобоя, каждый из кусочков стеклобоя, падающий сквозь вторую газофазную зону, эффективно нагревается посредством высокой температуры, генерируемой с помощью множества средств нагрева, при этом каждый кусочек достаточно нагревается до установления температуры на поверхности по меньшей мере 1000°С и имеет тенденцию к образованию полностью жидких частиц стекла, имеющих вязкость по большей мере 1000 Па·с. Нет необходимости в дальнейшем нагреве кусочков стеклобоя до высокой температуры с образованием жидких стеклянных частиц, имеющих высокую температуру, равную температуре жидких стеклянных частиц (a). Например, по меньшей мере 1400°С эквивалентно температуре жидких стеклянных частиц (a) или жидкого расплава стекла, образованных посредством скапливания данных частиц, имеющих вязкость по большей мере 100 Па·с. Однако делая температуру жидких стеклянных частиц (b) близкой к температуре жидких стеклянных частиц (a), температура жидких стеклянных частиц (b) становится близкой к температуре жидкого расплава стекла, посредством чего неоднородность температуры жидкого расплава стекла в силу смешения жидких стеклянных частиц (b) может быть уменьшена для увеличения гомогенности жидкого расплава стекла.
Далее, в печи для плавления стекла по настоящему изобретению в конструкции для образования второй газофазной зоны посредством множества нагревающих элементов средства нагрева предпочтительно располагают концентрично вокруг зоны ввода частиц стеклобоя с предварительно заданным интервалом.
Согласно вышеописанной конструкции возможен равномерный нагрев каждого из кусочков стеклобоя, попадающего во вторую газофазную зону посредством концентрично расположенных средств нагрева. Соответственно, возможно переводить большинство кусочков стеклобоя в жидкие стеклянные частицы (b), которые являются полностью жидкими, для дальнейшего увеличения гомогенности жидкого расплава стекла.
Далее, в печи для плавления стекла по настоящему изобретению зона ввода частиц стеклянного сырьевого материала и зона ввода кусочков стеклобоя предпочтительно располагаются в разных положениях вдоль направления потока жидкого расплава стекла, вдоль которого жидкий расплав стекла, образующийся в нижней части печи, течет по направлению к зоне выведения.
Далее в печи для плавления стекла настоящего изобретения множество зон ввода частиц исходного материала стекла располагают вдоль направления, по существу, перпендикулярного к направлению потока жидкого расплава стекла, вдоль которого жидкий расплав стекла, сформированный на дне печи, течет по направлению к зоне выведения.
Далее в печи для плавления стекла по настоящему изобретению предпочтительно, чтобы множество зон ввода частиц исходного материала стекла были расположены вдоль направления, по существу, перпендикулярного к направлению потока жидкого расплава стекла, так, что образуется столбец множества зон введения частиц исходного материала стекла и множество таких столбцов располагаются в различных зонах вдоль направления потока жидкого расплава стекла.
Далее в печи для плавления стекла настоящего изобретения предпочтительным является, что одну или множество зон ввода кусочков стеклобоя располагают вдоль направления, по существу, перпендикулярного к направлению потока жидкого расплава стекла, вдоль которого жидкий расплав стекла, образованный в нижней части печи, течет по направлению к зоне выведения, при этом множество зон ввода кусочков стеклобоя располагают вдоль направления потока жидкого расплава стекла, и данные зоны ввода кусочков стеклобоя располагают вдоль направления потока жидкого расплава стекла в положениях, отличных от положения зон ввода частиц исходного материала стекла.
В дальнейшем настоящее изобретение относится к плавящей печи, пригодной для использования в качестве крупномасштабной печи для плавления, достигающей производительности стеклянных изделий, по меньшей мере, сотен тонн за день, кроме того, настоящее изобретение использует кусочки стеклобоя, имеющие определенный размер частиц. Данная печь для плавления имеет специфичное расположение зоны ввода частиц исходного материала стекла и зоны ввода кусочков стеклобоя. Расположение зоны ввода частиц исходного материала стекла и зоны ввода кусочков стеклобоя эквивалентно расположению первой газофазной зоны и второй газофазной зоны в атмосфере печи.
Для достижения вышеописанной печи крупномасштабного производства необходимо увеличение входящего количества частиц исходного материала стекла и кусочков стеклобоя. Однако, в печи для плавления, имеющей первую газофазную зону и вторую газофазную зону, возможность нагрева средств нагрева для образования каждой газофазной зоны ограничена. В соответствии с этим, когда количество частиц исходного материала стекла или кусочков стеклобоя увеличивают для введения в каждую газофазную зону, энергия нагрева на единицу количества частиц исходного материала стекла или частиц стеклобоя уменьшают для понижения температуры жидких стеклянных частиц (a) или получаемых жидких стеклянных частиц (b), и как результат существует риск того, что температура жидкого расплава стекла упадет. Кроме того, так как средства для нагрева также являются средствами нагрева для нагревания внутреннего пространства печи для плавления для предотвращения падения температуры жидкого расплава стекла на дне печи для поддержания определенной температуры. В соответствии с этим, когда пропорцию энергии нагрева, использующуюся для образования вышеупомянутых жидких стеклянных частиц, увеличивают, становится сложным поддерживать температуру печи.
Для того чтобы справиться с данной проблемой, в данном варианте выполнения настоящего изобретения множество первых газофазных зон и множество вторых газофазных зон формируют в печи для плавления. При такой конструкции без увеличения количества частиц исходного материала стекла или кусочков стеклобоя для каждой газофазной зоны увеличивают входящее количество частиц исходного материала стекла и кусочков стеклобоя. С помощью данного способа, при достижении эффективности нагрева частиц исходного материала стекла или кусочков стеклобоя, предотвращается падение температуры печи или температуры жидкого расплава стекла, получая печь для плавления крупномасштабного типа.
В дальнейшем, жидкие стеклянные частицы (a) отличаются от жидких стеклянных частиц (b) историей нагрева, и они обычно явно отличаются по качеству. Жидкий расплав стекла, образованный двумя типами данных жидких стеклянных частиц, которые отличаются по качеству, становится в итоге гомогенным жидким расплавом стекла. Для эффективного получения гомогенного жидкого расплава стекла предпочтительным является эффективное смешивание двух типов жидких стеклянных частиц, которые отличаются по качеству, во время накопления жидких стеклянных частиц.
При этих обстоятельствах в варианте выполнения настоящего изобретения первую газофазную зону и вторую газофазную зону размещают в шахматном порядке. В данном способе смесь обоих типов жидких стеклянных частиц, скапливающихся на дне печи, равномерно выводят, уменьшая неоднородность жидкого расплава стекла во время накапливания жидкого стекла. В дальнейшем с помощью размещения множества столбцов первой газофазной зоны и второй газофазной зоны в шахматном порядке возможно в дальнейшем уменьшить неоднородность жидкого расплава стекла во время накапливания жидкого стекла.
В дальнейшем для решения вышеописанной задачи настоящее изобретение предоставляет устройство для получения стеклянных изделий, включающее печь для плавления стекла, формующие средства для формования расплавленного стекла, которые располагаются в нижней части зоны выведения печи для плавления стекла и средства отжига для отжига формованного стекла.
В дальнейшем для решения вышеописанной задачи настоящее изобретение обеспечивает способ получения стеклянных изделий, включающий этап плавления стекла с получением расплавленного стекла посредством способа плавления стекла, этап формования расплавленного стекла и этап отжига сформованного стекла.
ПОЛЕЗНЫЙ ЭФФЕКТ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как описано выше, посредством способа получения расплавленного стекла и печи для плавления стекла настоящего изобретения возможно введение кусочков стеклобоя в печь для плавления стекла без необходимости в пульверизации вместе с частицами исходного материала стекла без предварительного нагрева для их плавления.
В дальнейшем в устройстве для получения стеклянных изделий и способе получения стеклянных изделий настоящего изобретения становится возможным плавить частицы исходного материала стекла и кусочки стеклобоя в крупномасштабной печи для плавления посредством печи для плавления стекла и способа получения расплавленного стекла настоящего изобретения, посредством чего возможно серийное производство стеклянных изделий.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид сверху печи для плавления стекла первого варианта выполнения изобретения, входящей в состав устройства для получения стеклянных изделий настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид в разрезе печи для плавления стекла, изображенной на Фиг.1.
Фиг.3 - вид сверху существенной части сосуда для плавления, изображающий первую форму модифицированной установки горелок для сжигания кислорода.
Фиг.4 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающий вторую форму модифицированной установки горелок для сжигания кислорода.
Фиг.5 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающий третью форму модифицированной установки горелок для сжигания кислорода.
Фиг.6 - вид сверху, изображающий значительную часть сосуда для плавления, изображающий четвертую форму модифицированной установки горелок сжигающих кислород.
Фиг.7 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающий первую форму модифицированного размещения зон ввода частиц исходного материала стекла и зон ввода кусочков стеклобоя.
Фиг.8 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающий вторую форму размещения зон ввода частиц исходного материала стекла и зон ввода кусочков стеклобоя.
Фиг.9 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающего третью форму размещения зон ввода частиц исходного материала стекла и зон ввода кусочков стеклобоя.
Фиг.10 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающего четвертую форму размещения зон ввода частиц исходного материала стекла и зон ввода кусочков стеклобоя.
Фиг.11 - вид сверху, изображающий существенную часть сосуда для плавления, изображающего пятую форму размещения зон ввода частиц исходного материала стекла и зон ввода кусочков стеклобоя.
Фиг.12 - блок-схема, изображающая этапы способа получения стеклянных изделий.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее предпочтительные варианты выполнения печи для плавления стекла, способа получения расплавленного стекла, устройства для получения стеклянных изделий и способа получения стеклянных изделий настоящего изобретения будут описаны со ссылками на приложенные чертежи.
В изображенной печи для плавления стекла средства нагрева для образования первой и второй газофазных зон содержат горелки, сжигающие кислород. Каждая из зон первой фазы и зон второй фазы состоят из пламени горелки, сжигающей кислород, и высокотемпературной зоны рядом с пламенем.
Зону ввода частиц исходного материала стекла для подвода частиц исходного материала стекла в первую газофазную зону объединяют с горелкой, сжигающей кислород, и рядом с выходом горелки, сжигающей кислород, коаксиально располагают трубу для подачи сжигаемого газа, трубу для подачи кислорода и трубу для подвода частиц исходного материала стекла. Такую комбинацию зоны ввода частиц исходного материала стекла и горелки, сжигающей кислород, называют первой установкой.
Тем временем, зона ввода кусочков стеклобоя и горелка, сжигающая кислород, отделены друг от друга, и трубу для подачи кусочков стеклобоя во вторую газофазную зону и горелку для сжигания кислорода располагают на участке стенки печи в верхней части так, что они оказываются близко друг к другу. Данная комбинация зоны ввода кусочков стеклобоя и горелки, сжигающей кислород, упоминается здесь как вторая установка.
Фиг.1 представляет собой вид сверху печи для плавления стекла 10, исключая верхнюю стенку, образующей вариант выполнения устройства для получения стеклянных изделий согласно настоящему изобретению, и Фиг.2 представляет собой вид в разрезе печи для плавления стекла 10.
Печь 10 для плавления стекла имеет сосуд 12 для плавления на стороне входа и выводящий порт 14 для выведения расплавленного стекла, и сосуд 12 для плавления и выводящий порт 14 сконструированы из известных огнеупорных кирпичей. В дальнейшем, на верхней стенке 18, которая является зоной стенки печи в верхней части сосуда 12 для плавления, располагают четыре первые установки 20, 20 … , две вторые установки 22, 22, посредством чего четыре первые газофазные зоны и две вторые газофазные зоны располагают в газофазной атмосфере печи. Горелку, сжигающую кислород, в каждую установку устанавливают через верхнюю стенку 18 так, что каждый поток пламени располагают в нисходящем положении. В зоне 50 на дне печи и выход 14 в зоне на дне сосуда 12 для плавления хранят жидкий расплав стекла G, и печь сконструирована так, что жидкий расплав стекла G, получаемый в сосуде 12 для плавления, течет сквозь выход 14 к стороне ниже по потоку. Зона 50 на дне печи выполнена из известного огнеупорного кирпича.
Соответственно, в данном сосуде 12 для плавления первые установки 20, 20 … располагают на стороне выше по потоку жидкого расплава стекла G и вторые установки 22, 22 располагают на стороне ниже по потоку от первых установок. В дальнейшем, первые установки 20, 20 … располагают с предварительно заданной дистанцией вдоль направления Y, по существу, перпендикулярного к направлению X потока жидкого расплава стекла G, и вторые установки 22, 22 также располагают с предварительно установленной дистанцией вдоль направления Y, по существу, перпендикулярного направлению X потока жидкого расплава стекла G. Эти первые установки 20, 20 … и вторые установки 22, 22 располагают на стороне 24, обращенной к стенке выше по потоку сосуда для плавления. А именно, частицы исходного материала стекла, падающие из первых установок 20, и кусочки стеклобоя, падающие из вторых установок 22, становятся жидкими стеклянными частицами в соответствующих факелах горелок, сжигающих кислород, накапливаемыми в нижней зоне печи на стороне выше по потоку сосуда 12 для плавления для образования жидкого расплава стекла G. В дальнейшем, данные вторые установки 22, 22 располагают между двумя парами первых установок 20, 20 …, которые располагают на обеих сторонах и с внутренней стороны вторых установок, когда они наблюдаются по направлению потока расплавленного стекла G.
Случай, когда первую установку располагают не на верхней части, а на боковой стенке верхней части печи для плавленого стекла, также находится в рамках настоящего изобретения. В случае, когда первую установку располагают на боковой стенке, первую установку располагают на боковой стенке на высоте в пределах 1 м в вертикальном направлении от внутренней стенки верхней части печи для плавления стекла. Такое расположение используют по причине того, что, если первую установку расположить в положении, превышающем 1 м в вертикальном направлении от внутренней стенки верхней части печи для плавления стекла, вертикальное расстояние от поверхности жидкого расплава стекла становится таким маленьким, что угол первой установки к горизонтальному направлению становится маленьким и, соответственно, частицы исходного материала стекла продуваются против противоположной лицевой стенки, тем самым происходит коррозия лицевой стенки и происходит загрязнение стекла, происходящее по причине коррозии. Первую установку преимущество располагают на высоте в пределах 80 см, более предпочтительно на высоте в пределах 60 см в вертикальном направлении от внутренней стенки верхней части печи для плавления стекла.
В качестве первой установки 20, используют горелку 26, сжигающую кислород, объединенную с зоной ввода частиц исходного материала стекла.
Горелка 26, сжигающая кислород, представляет собой горелку, сжигающую кислород, в которой насадки для подачи исходного материала, топлива и сжигаемого вспомогательного газа, соответственно, устанавливают так, как известно для горелки нагревания неорганических порошков. От основного контура насадки 28 горелки, сжигающей кислород, пламя 30 продувают нисходяще, и частицы 32 исходного материала стекла подают от насадки, подающей частицы исходного материала стекла, с помощью газа или механической подачи в пламя 30 (которое является первой газофазной зоной). Посредством данного способа возможен безопасный перевод частиц 32 исходного материала стекла в жидкие стеклянные частицы (a) за короткое время. Здесь, хотя не изображено, линия, подающая частицы исходного материала стекла, для подачи частиц исходного материала стекла в насадку для подачи частиц исходного материала стекла, линия, подающая топливо, для подачи топлива к насадке для подачи топлива и линия подачи газа для подачи сжигаемого вспомогательного газа к насадке для сжигаемого вспомогательного газа для сжигания подсоединены к горелке, сжигающей кислород.
Таким образом, когда горелка 26, сжигающая кислород, объединена с зоной ввода частиц исходного материала стекла, так как горелка 26, сжигающая кислород, функционирует также в качестве зоны ведения частиц исходного материала стекла, нет необходимости обеспечивать отдельную зону ввода частиц исходного материала стекла. Однако зона ввода частиц исходного материала стекла для введения частиц исходного материала стекла в пламя 30 горелки 26, сжигающей кислород, может быть отдельно обеспечена так, чтобы она была расположена по соседству с горелкой 26, сжигающей кислород.
Здесь, газофазные нагревающие средства для формирования первой газофазной зоны не ограничиваются горелкой 26, сжигающей кислород, и устройство, генерирующее многофазную дуговую плазму, имеющее по меньшей мере одну пару электродов для генерации термической плазмы, может быть установлено на верхней стенке 18 сосуда 12 для плавления, или комбинация горелки 26, сжигающей кислород, и устройства для генерации многофазной дуговой плазмы, может быть установлена в сосуде 12 для плавления. В дальнейшем, температуры пламени 30 горелки, сжигающей кислород, и термической плазмы предпочтительно устанавливают, по меньшей мере, около 1600°С, более высокой, чем температура плавления силикатного песка, для того чтобы быстро отогнать и удалить газовые компоненты, содержащиеся в частицах 32 исходного материала стекла, и ускорения витрификации. С помощью данного способа происходит стеклообразование входящих в печь частиц 32 исходного материала стекла и компоненты, содержащиеся в исходном материале стекла, быстро возгоняются и рассеиваются посредством пламени 30 и/или термической плазмы. Далее, посредством нагрева до высокой температуры частицы становятся жидкими стеклянными частицами и падают в нижнюю часть сосуда 12 для плавления с образованием расплавленной стеклянной жидкости. Затем, жидкая фаза жидкого расплава стекла, образующегося посредством аккумуляции жидких стеклянных частиц, достигается посредством непрерывного нагрева пламенем 30 и/или термической плазмой. Здесь, центральная температура пламени 30 составляет около 2000°С в случае сжигания кислорода и от 5000 до 20000°С в случае термической плазмы.
Средний размер частиц (средневзвешенный) исходного материала стекла предпочтительно составляет от 30 до 1000 мкм. Более предпочтительно использовать частицы исходного материала стекла, имеющие средний размер частиц (средневзвешенный) в пределах диапазона от 50 до 500 мкм, и более предпочтительны частицы исходного материала стекла в пределах диапазона от 70 до 300 мкм. Средний размер частиц (средневзвешенный) жидких стеклянных частиц (a), которые получают посредством плавления частиц исходного материала стекла в большинстве случаев около 80% от среднего размера частиц исходного материала стекла.
При этом вторая установка 22 конструируется с помощью трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя (зона ввода кусочков стеклобоя) и двух горелок 38, 38, сжигающих кислород (зоны нагревания кусочков стеклобоя).
Труба 36 для ввода кусочков стеклобоя вертикально проходит через верхнюю стенку, являясь лицевой зоной стенки в верхней части печи для плавления стекла, и кусочки стеклобоя 42, 42 … падают через входной порт 40, сформированный на нижнем конце трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя. К трубе 36 для ввода кусочков стеклобоя подсоединена транспортная система для кусочков стеклобоя (не изображена) для транспортировки кусочков стеклобоя 42, 42 … с помощью подачи газом или механической подачи кусочков стеклобоя 42, 42 …, имеющих размер, описанный ниже. В дальнейшем материалом трубы для ввода кусочков стеклобоя 42, 42 … может, например, быть металл или керамика, которые охлаждаются водой.
Здесь, случай, когда вторая установка размещена не на верхней части, а на боковой стенке верхней части печи для плавления стекла, также находится в рамках настоящего изобретения. В случае, когда вторую установку помещают на боковой стенке, вторую установку устанавливают на высоте в пределах 1 м в вертикальном направлении от внутренней стенки верхней части печи для плавления стекла. Такое расположение используют по причине того, что, когда вторую установку располагают в положении, превышающем 1 м в вертикальном направлении от внутренней стенки печи для плавления стекла, вертикальное расстояние от поверхности жидкого расплава стекла становится таким маленьким, что угол к горизонтальному направлению становится маленьким, тем самым кусочки стеклобоя продуваются к противоположной лицевой стенке, что является причиной повреждений и коррозии поверхности стенки и загрязнения стекла, вызванного коррозией. Вторую установку предпочтительно устанавливают на высоте в пределах 80 см, более предпочтительно на высоте в пределах 60 см в вертикальном направлении от верхней части печи для плавления стекла.
Горелка 38, сжигающая кислород, является горелкой, сжигающей кислород, в которой соответствующим образом устанавливают насадки для топлива и кислорода, которая известна как горелка для нагрева сжиганием кислорода. Пламя 46 продувают наклонно вниз от насадки 44 на кусочки стеклобоя 42, 42 … так, что контакт между пламенем 46 (которое является второй газофазной зоной) и кусочками стеклобоя 42, 42 … поддерживается длительное время. Посредством данного способа кусочки стеклобоя 42, 42 … надежно нагревают во второй газофазной зоне. Кусочки стеклобоя 42, нагретые с помощью пламени 46, разогреваются до температуры от 1000 до 1800°С, в зависимости от количества входящих кусочков стеклобоя 42, и обычно, по меньшей мере, поверхности расплавляют до жидких стеклянных частиц (b), и частицы падают в жидкий расплав стекла G. Здесь, хотя не показано, линия подвода топлива для подведения топлива к насадке, подводящей топливо, и линия подвода газа для подвода сжигаемого вспомогательного газа к насадке, подводящей вспомогательный газ для сжигания, подсоединены к горелке 38, сжигающей кислород.
В дальнейшем горелки 38, 38, сжигающие кислород, помещают на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку относительно трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя с предварительно заданной дистанцией. А именно, насадки 44, 44 горелок 38, 38, сжигающих кислород, располагают вокруг трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя. В дальнейшем горелки 38, 38, сжигающие кислород, и трубу 36 для ввода кусочков стеклобоя располагают в линию, когда они наблюдаются по направлению потока X жидкого расплава стекла G.
В дальнейшем горелки 38, 38, сжигающие кислород, наклонно располагают так, что угол (θ) между осью ввода кусочков стеклобоя (O на Фиг.2) посредством трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя и направлением (B) пламени становится 1°≤θ≤75°. Таким образом, так как горелку 38, сжигающую кислород, располагают под углом 1°≤θ≤75° к оси (О) ввода кусочков стеклобоя, таким образом продувая пламя 46 к оси (О) ввода стеклобоя, образуется вертикальная ось, кусочки стеклобоя 42, 42 …, падающие из трубы для подачи кусочки стеклобоя 36 вдоль оси (О) ввода стеклобоя эффективно проходят сквозь пламя 46. Здесь, горизонтальная дистанция между насадкой 44 в основной краевой частью горелки 38, сжигающей кислород, и входным портом 40 трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя, соответственно, регулируют для того, чтобы позволить падающим кусочкам стеклобоя 42, 42 … эффективно проходить сквозь пламя 46 и в соответствии с мощностью горелки 38, сжигающей кислород. Например, в случае когда высота падения кусочков стеклобоя может находиться в диапазоне от 1 до 3 м, горелку для сжигания кислорода преимущественно помещают под углом 10°≤θ≤30° к оси (O) ввода стеклобоя. В данной конструкции возможно увеличение времени контакта между пламенем горелки, сжигающей кислород, и кусочками стеклобоя, и возможно более глубокое плавление каждого кусочка стеклобоя, даже когда кусочек стеклобоя большой.
Здесь, в той же самой манере, в качестве горелки 26, сжигающей кислород, вместо горелки 38, сжигающей кислород, устройство для генерации многофазной дуговой плазмы, включающее в себя по меньшей мере одну пару электродов для генерации термической плазмы, может устанавливаться на верхней стенке 18 сосуда 12 для плавления. Кроме того, и горелка 38 для сжигания кислорода и устройство, генерирующее многофазную дуговую плазму, могут быть обеспечены в сосуде 12 для плавления. Температура пламени 46 горелки 38, сжигающей кислород, и температура термической плазмы равны температурам, описанным выше.
Далее будет описываться функция печи для плавления стекла, сконструированной как описано выше.
Печь для плавления стекла согласно настоящему изобретению является печью для плавления частиц 32 исходного материала стекла и кусочков стеклобоя 42 в сочетании. Первую газофазную зону формируют с помощью четырех горелок 26, 26 …, сжигающих кислород, и частицы 32 исходного материала стекла переводят в жидкие стеклянные частицы в первой газофазной зоне. А именно, из сжигающих кислород горелок 26, 26 частицы 32, 32 … исходного материала стекла вводят в печь, и падающие частицы исходного материала стекла нагревают посредством пламени 30, 30 … сжигающих кислород горелок 26, 26 … с образованием жидких стеклянных частиц. Жидкие стеклянные частицы (a), образованные из частиц 32, 32 … исходного материала стекла, падают нисходяще, их аккумулируют в нижней части 50 печи с образованием жидкого расплава стекла G и жидкий расплав стекла G временно хранят в нижней части 50 печи. Не существенно то, что жидкие стеклянные частицы (a) попадают в нижнюю часть 50 печи или на поверхность жидкого расплава стекла G, как отдельные частицы. Две или более жидкие стеклянные частицы (a) могут быть соединены плавлением перед тем, как достичь нижней части 50 печи или поверхности жидкого расплава стекла G.
Затем, размер частиц кусочков стеклобоя 42, вводимых из трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя, определяют так, чтобы позволить вводить кусочки в сосуд 12 для плавления без пульверизации и предварительного нагрева. А именно, наименьший диаметр (A) определяют как 0,5 мм <А< 30 мм. Кусочки стеклобоя, имеющие наименьший диаметр (A), просеивают следующим способом. А именно, кусочки стеклобоя согласно настоящему изобретению представляют собой кусочки, остающиеся на сите, имеющем отверстия сетки 0,5 мм и проходящие сквозь сито, имеющее отверстия сетки 30 мм. А именно, когда наименьший диаметр (A) равен по большей части 0,5 мм, кусочки стеклобоя могут вводить и плавить вместе с другими исходными материалами для стекла, но, как правило, для того чтобы подготовить кусочки стеклобоя, однородно имеющие наименьший диаметр (A) по большей части 0,5 мм, является необходимым этап пульверизации, и такой способ является проблематичным по стоимости и массовой производительности. Здесь, когда короткая ось (A) превосходит 0,5 мм, кусочки стеклобоя, имеющие однородный размер частиц, доступны на стандартном рынке.
В данном варианте выполнения изобретения кусочки стеклобоя 42, имеющие такой наименьший диаметр (A), выводят из трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя в печь, и падающие кусочки стеклобоя 42, 42 … нагревают во второй газофазной зоне с получением жидких стеклянных частиц (b). Вторая газофазная зона образуется посредством пламени 46, 46 сжигающих кислород горелок 38, 38 и кусочки стеклобоя нагреются в пламени 46, 46 с образованием жидких стеклянных частиц (b) и падают нисходяще.
По меньшей мере, две жидкие стеклянные частицы (b) могут быть соединены плавлением перед тем, как достигнут поверхности жидкого расплава стекла G, и соединенные плавлением жидкие стеклянные частицы (b) могут достигать жидкого расплава стекла G. Так как жидкие стеклянные частицы (b) представляют собой относительно большие частицы, падающие жидкие частицы (b) склонны контактировать друг с другом, и множество жидких стеклянных частиц (b) контактируют с образованием соединенных плавлением с образованием более крупных жидких стеклянных частиц или агломератов. В дальнейшем большое число жидких стеклянных частиц (b) может образовывать единый поток жидкости, перед тем как достичь жидкого расплава стекла G. Когда количество кусочков стеклобоя 42, вводимых в трубу 36 для подачи кусочков стеклобоя за единицу времени, большое, склонно происходить такое связывающее сплавление жидких стеклянных частиц (b).
Здесь, предпочтительно то, что кусочки стеклобоя 42 полностью расплавляются посредством сжигающих кислород горелок 38, 38 в течение падения кусочков стеклобоя 42, но так как кусочки стеклобоя 42 являются значительно большими, чем частицы 32 исходного материала стекла, являющиеся частицами, более мелкими по размеру, в некоторых случаях сложно полностью расплавить внутреннюю часть кусочков стеклобоя 42. Соответственно, в таком случае, жидкого расплава стекла G достигают жидкие стеклянные частицы (b), внутренняя часть которых не полностью расплавлена. Однако, даже в этом случае, так как жидкий расплав стекла G нагревается посредством тепла от сжигающих кислород горелок 26, 26 … и сжигающих кислород горелок 38, 38 и теплоты излучения от корпуса печи, негомогенная часть жидкого расплава стекла, образованная жидкими стеклянными частицами (b), внутренняя часть которых полностью не расплавлена, гомогенизируется за короткое время с образованием однородного жидкого расплава стекла G.
В дальнейшем, так как сжигающая кислород горелка 38 не только предварительно нагревает одни кусочки стеклобоя 42, но также нагревает жидкий расплав стекла G в сосуде 12 для плавления, сжигающая кислород горелка 38 полностью отличается от устройства предварительного нагрева кусочков стеклобоя, расположенного с внешней стороны печи.
В соответствии с этим в печи для плавления стекла по данному варианту выполнения изобретения возможно введение частиц 32 исходного материала стекла и кусочков стеклобоя 42 в сосуд 12 для плавления и плавление их без необходимости в пульверизации и предварительном нагреве кусочков стеклобоя 42. В соответствии с этим возможно использовать частицы 32 исходного материала стекла и кусочки стеклобоя 42 в комбинации, и печь для плавления пригодна в качестве крупномасштабной печи для плавления для получения по меньшей мере десятков тонн стеклянных изделий в день и сотен тонн стеклянных изделий в день.
Фиг.3 представляет собой вид сверху существенной части сосуда 12 для плавления, исключая лишь верхнюю стенку, который показывает первую модифицированную форму установки горелок 38, 38, сжигающих кислород, второй установки.
Как показано на Фигуре, горелки 38, 38, сжигающие кислород, второй установки 122 устанавливают по обеим сторонам трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя, которые устанавливают с предварительно обозначенной дистанцией вдоль направления Y по существу перпендикулярно к направлению потока X жидкого расплава стекла G. В дальнейшем, горелки 38,38, сжигающие кислород, и трубу 36 для подачи кусочков стеклобоя устанавливают по прямой линии, при наблюдении в направлении Y, по существу, перпендикулярном направлению потока. Здесь угол направления пламени кислородных 38, 38 горелок такой же, как угол (θ), показанный на Фиг.2. Соответственно, вторая установка 122 также обеспечивает тот же эффект, как тот, что вторая установка 22, показанная на Фиг.1 и 2.
Фиг.4 представляет собой вид сверху существенной части сосуда 12 для плавления, исключая верхнюю стенку, который показывает модифицированную вторую форму установки сжигающих кислород горелок 38, 38 … второй установки, Фиг.5 - вид сверху существенной части, изображающий третью форму в такой же манере, и Фиг.6 представляет собой вид сверху существенной части, изображающий четвертую форму в той же манере.
Сжигающие кислород горелки 38, 38 … во вторых установках 222, 322 и 422, изображенных на Фиг. 4-6, устанавливают концентрично вокруг трубы для ввода 36 кусочков стеклобоя с предварительно заданной дистанцией. Во второй установке 222 Фиг.4 три сжигающие кислород горелки 38, 38, 38 устанавливают с предварительно заданной дистанцией, во второй установке 322 Фиг.5 четыре сжигающих кислород горелки 38, 38 … устанавливают с предварительной дистанцией, и во второй установке 422 Фиг.6 восемь сжигающих кислород горелок 38, 38 … устанавливают с предварительно заданной дистанцией. В частности, вторые установки 322 и 422 Фиг.5 и 6, каждая, имеют четыре горелки 38, 38 …, сжигающие кислород, установленные вдоль направлений X и Y, и вторая установка 422 Фиг.6 имеет дополнительные четыре горелки 38, 38 …, сжигающие кислород, установленные между упомянутыми выше четырьмя горелками 38, 38 …, сжигающими кислород.
Здесь, угол направления пламени каждой из сжигающих кислород горелок 38, 38 … равен углу (θ), изображенному на Фиг.2.
С помощью вторых установок 222, 322 и 422, изображенных на Фиг. 4-6, каждый из кусочков стеклобоя 42, 42 …, падающий из трубы 36 для ввода кусочков стеклобоя, нагревают посредством сильного тепла от сжигающих кислород горелок 38, 38 …, расположенных вокруг трубы. Соответственно, достоинство данного метода в том, что каждый кусочек достаточно нагревается и соотношение расплавленной части жидких стеклянных частиц (b) на основе объема кусочков стеклобоя сразу после введения возрастает (здесь и далее упоминается как соотношение расплавления).
Как описано выше, хотя нет необходимости полностью делать жидкими кусочки стеклобоя 42 во второй газофазной зоне, благодаря такому расположению множества сжигающих кислород горелок 38, 38 …, соотношение расплавления кусочков стеклобоя 42 увеличивают, и возможно уменьшение количества тепла, требующегося для второго нагревания для гомогенизации жидкого расплава стекла. В дальнейшем посредством возрастания числа сжигающих кислород горелок 38 становится возможным однородный нагрев кусочков стеклобоя 42, 42 … и посредством этого возрастание соотношения расплавления. Здесь, когда число сжигающих кислород горелок 38 большое, каждая из сжигающих кислород горелок 38 может быть горелкой маленькой мощности. С помощью такой конструкции возможна экономия топлива, использующегося для каждой сжигающей кислород горелки 38.
Фиг. 7 представляет вид сверху существенной части сосуда 12 для плавления первой формы, исключая верхнюю стенку, который показывает расположение первых установок 20 и второй установки 22 (122, 222, 322, 422). На Фиг.7 пять типов второй установки 22 (от 122 до 422) отмечены знаком ο, который показывает, что пять типов вариантов выполнения изобретения могут быть использованы в устройстве Фиг.7. Кроме того, каждая первая установка 20, 20 также отмечена знаком ο.
В форме, показанной на Фиг.7, две первые установки 20, 20 располагают вдоль направления Y, по существу, перпендикулярно к направлению потока жидкого расплава стекла G, и одну вторую установку 22 (с 122 по 422) располагают на стороне первых установок, расположенных ниже по потоку. В дальнейшем, вторая установка 22 (от 122 до 422) расположена между первыми установками 20, 20, при наблюдении в направлении потока X жидкого расплава стекла G.
Фиг.8 является видом сверху существенной части второй формы сосуда 12 для плавления, исключая верхнюю часть, которая показывает размещение первых установок 20 и вторых установок 22 (122-422), Фиг.9 является видом сверху существенной части третьей формы сосуда 12 для плавления, исключая верхнюю стенку таким же образом, и Фиг.10 является видом сверху существенной части четвертой формы сосуда 12 для плавления, исключая верхнюю стенку тем же образом.
Во второй форме, изображенной на Фиг.8, три первые установки 20, 20, 20 располагают вдоль направления Y с предварительно заданным интервалом, и с их стороны ниже по потоку две вторые установки 22 (с 122 по 422) располагают вдоль направления Y. В дальнейшем, две вторые установки 22 (от 122 до 422) располагают между первыми установками 20, 20 при наблюдении в направлении потока X жидкого расплава стекла G.
В третьей форме, изображенной на Фиг.9, четыре первые установки 20, 20 … расположены вдоль направления Y с предварительно заданным интервалом, и с их стороны ниже по потоку три вторых установки 22 (от 122 до 422) располагают вдоль направления Y. В дальнейшем, три вторые установки 22 (от 122 до 422) располагают между первыми установками 20, 20 при наблюдении в направлении потока X жидкого расплава стекла G.
В четвертой форме, изображенной на Фиг.10, две третьи формы, изображенные на Фиг.9, располагают параллельно на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку.
Со второй по четвертую формы, изображенные на Фиг.8-10, предусмотрены множество первых установок 20, 20 … и множество вторых установок 22 (с 122 по 422), и эти первые установки 20, 20 … и вторые установки 22 (с 122 по 422) установлены в шахматном порядке при виде сверху.
Сосуд 12 для плавления, в каждой из со второй по четвертую форму, подходит для конструкции крупномасштабной печи для плавления для получения сотен тонн стеклянных изделий в день. А именно, для того чтобы реализовать печь 10 для плавления стекла массового производства необходимо увеличить входящее количество частиц 32 исходного материала стекла и кусочков стеклобоя 42. Однако если попытаться это сделать посредством единственной первой установки 20 и единственной второй установки 22, входящий объем на каждую установку возрастает, и эффективность нагрева частиц 32 исходного материала стекла и кусочков стеклобоя 42 резко уменьшается, что может привести к падению температуры в печи и температуры расплавленного стекла.
Чтобы решить данную проблему, в сосуде 12 для плавления стекла в каждой из со второй по четвертую форм множество первых установок 20, 20 … и множество вторых установок 22 (с 122 по 422) устанавливают для уменьшения входящей нагрузки на каждую установку для достижения эффективности нагрева частиц 32 исходного материала стекла и кусочков стеклобоя 42 и для предотвращения падения температуры в печи и температуры жидкого расплава стекла G для достижения посредством этого типа сосуда 12 для плавления для массового производства.
В дальнейшем, в сосуде 12 для плавления или в каждой из со второй по четвертую форм первые установки 20, 20 … и вторые установки 22 (122-422) размещены в шахматном порядке на плане сверху, что обеспечивает следующие эффекты.
А именно, жидкие стеклянные частицы (a), образующиеся в первой газофазной зоне под первой установкой 20, незначительно отличаются от жидких стеклянных частиц (b), образующихся в первой газофазной зоне под второй установкой 22 (122-422), по качеству, так как они различаются по своей термической истории. Обе из этих расплавленных стеклянных частиц в конце смешивают с образованием гомогенного жидкого расплава стекла G, но посредством расположения первой установки 20 и второй установки 22 (122-422) в шахматном порядке смешивание жидких стеклянных частиц благополучно происходит для уменьшения неоднородности в жидком расплаве стекла G. В дальнейшем, посредством размещения множества групп (2 ряда на Фигуре), каждая их которых содержит первые установки 20, 20 … и вторую установку 22 (122-422), установленных в шахматном порядке, как показано в четвертой форме, изображенной на Фиг.10, возможно дальнейшее уменьшение неоднородности жидкого расплава стекла G.
Фиг.11 представляет вид сверху существенной части пятой формы сосуда 12 для плавления, исключая верхнюю стенку, которая показывает размещение первой установки 20 и второй установки 22 (122-422).
В сосуде 12 для плавления, показанном на Фигуре, две первые установки 20, 20 располагают вдоль направления Y и одну вторую установку 22 (122-422) располагают на стороне выше по потоку первой установки.
Таким образом, сосуд 12 для плавления обладает способностью неизбежно забирать тепло от жидкого расплава стекла G с помощью стенки печи, понижая температуру жидкого расплава стекла G. Соответственно, если вторая установка 22 (122-422), которая не может полностью расплавить кусочки стеклобоя 42, расположена на стороне выше по потоку от первой установки 20, как показано на Фиг.11, тепло от расплавленных стеклянных частиц (b) отбирается стенкой печи на стороне выше по потоку сосуда 12 для плавления, тем самым сжижение кусочков стеклобоя 42 в некоторых случаях замедляется.
С другой стороны, когда первая установка 20, которая может полностью плавить частицы 32 исходного материала стекла, расположена на стороне выше по потоку от второй установки 22 (122-422), как в формах с первой по четвертую, изображенных на Фиг.7-10, так как большое количество жидкого расплава стекла G находится на стороне выше по потоку, даже если тепло отбирается стенкой печи на стороне выше по потоку, не существует проблемы в расплавлении частиц 32 исходного материала стекла.
В дальнейшем посредством расположения второй установи 22 (122-422) на стороне ниже по потоку, жидкие стеклянные частицы (b) достаточно нагреваются посредством жидкого расплава стекла G, который образуется посредством накапливания большого количества жидких стеклянных частиц (a) и течения от стороны выше по потоку, и жидкие стеклянные частицы (b) смешиваются с жидким расплавом стекла G. Посредством данной особенности устанавливать вторую установку 22 (122-422) на стороне ниже по потоку от первой установки 20 лучше, чем на стороне выше по потоку.
Фиг.12 является блок схемой, показывающей вариант выполнения способа получения стеклянных изделий. Фиг.12 показывает существенные признаки способа получения стеклянных изделий, которыми являются этап плавления стекла (S1) посредством способа получения расплавленного стекла согласно настоящему изобретению, этап формования (S2) с помощью средств формования, этап отжига (S3) с помощью средств отжига и этап резки и другие последующие этапы (S4) для конечной обработки в случае необходимости.
Жидкий расплав стекла G, полученный на Фиг.1 и 2, пропускают через не показанную структуру каналов к средствам формования и формуют (этап формования). Сформованное стекло отжигают с помощью средств отжига (этап отжига) для предотвращения остаточного напряжения от остающегося внутри затвердевшего стекла после формования. В дальнейшем стекло разрезают (этап резки) и подвергают последующим этапам в случае необходимости для изготовления стеклянных изделий.
Например, в случае плоского стекла, жидкий расплав стекла G формуют в стеклянную ленту с помощью средств формования, ее отжигают посредством средств отжига и режут до желательного размера и подвергают последующему этапу, такому как этап шлифования концов стекла с образованием плоского стекла.
Жидкий расплав стекла G, полученный с помощью способа плавления стекла согласно настоящему изобретению, не ограничен в составах стекла. Соответственно, это может быть калий-натриевое стекло или боросиликатное стекло. В дальнейшем, применение стеклянных изделий для получения не ограничивается применениями в архитектуре и транспорте, также это может быть применение для плоских панелей устройств изображения или для других типов применений.
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
2
3
2
2
3
В случае калий-натриевого стекла, использующегося для плоского стекла, для применения в архитектуре или в транспорте, стекло предпочтительно имеет такой состав, как: SiO 65-75%, AlO 0-3%, CaO 5-15%, MgO 0-15%, NaO 10-20%, KO 0-3%, LiO 0-5%, FeO 0-3%, TiO 0-5%, CeO 0-3%, BaO 0-5%, SrO 0-5%, BO 0-5%, ZnO 0-5%, ZrO 0-5%, SnO 0-3% и SO 0-0,5% в массовых процентах оксидов.
2
2
3
2
3
В случае безщелочного стекла при использовании для подложки жидкокристаллических дисплеев стекло предпочтительно имеет состав, содержащий SiO 39-70%, AlO 3-25%, BO 1-20%, MgO 0-10%, CaO 0-17%, SrO 0-20% и BaO 0-30% в массовых процентах оксидов.
2
2
3
2
2
В случае смешанного щелочесодержащего стекла для использования в качестве подложки плазменных дисплеев стекло преимущественно имеет состав, содержащий SiO 50-75%, AlO 0-15%, MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 6-24% и NaO+KO 6-24% в массовых процентах оксидов.
2
2
3
2
3
2
2
В другом применении в случае борсиликатного стекла, использующегося для, например, огнеупорного контейнера или лабораторного оборудования, стекло преимущественно имеет следующий состав: SiO 60-85%, AlO 0-5%, BO 5-20% и NaO+KO 2-10% в массовых процентах оксидов.
В данном варианте изобретения пояснения даны согласно предположению, что множество первых установок устанавливают с предварительно заданным интервалом вдоль направления Y, по существу, перпендикулярно к направлению потока X жидкого расплава стекла G, но конструкция не ограничивается этим, и первые установки могут быть установлены в любом непрямом направлении относительно направления Y или расположены в криволинейной или зигзагообразной форме и т.п.
В данном варианте изобретения пояснения даны согласно предположению, что множество вторых установок устанавливают с предварительно заданным интервалом вдоль направления Y, по существу, перпендикулярно к направлению потока X жидкого расплава стекла G, но конструкция не ограничивается этим, и вторые установки могут быть установлены в любом непрямом направлении относительно направления Y или расположены в криволинейной или зигзагообразной форме и т.п.
В данном варианте выполнения изобретения объяснение приводится согласно предположению, что средства нагрева для формирования первой газофазной зоны и труба для ввода кусочков стеклобоя расположены нисходяще в вертикальном направлении, но данная конструкция не ограничивается этим, и они могут быть расположены наклонно при направленности вниз.
В настоящем изобретении объяснение приводится согласно предположению, что обе первые установки и вторые установки обеспечивают в верхней потолочной части стенки печи для плавления стекла, но конструкция не ограничивается этим и достаточно, чтобы они обе присутствовали в зоне стенки печи в верхней части печи для плавления стекла. Например, конструкция может быть такой, что первую установку обеспечивают в верхней потолочной части стенки печи для плавления стекла и вторую установку обеспечивают на боковой стенке печи для плавления стекла.
В настоящем изобретении объяснение приводится согласно предположению, что поверхность стенки печи для плавления стекла имеет плоскую форму, но конструкция не ограничивается этим, и она может иметь дугообразную форму, куполообразную форму и т.д.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Расплавленное стекло, полученное посредством настоящего изобретения, формуют в различные типы стеклянных изделий посредством формующих средств, таких как флоат-ванна, формующая машина с плавлением, раскатывающая формующая машина, формующая машина выдувания или прессующая формующая машина.
Японская патентная заявка № 2009-154026, поданная 29 июля 2009, включая описание, формулы, чертежи и реферат, полностью включена в данную заявку посредством ссылки в полном объеме.
ССЫЛОЧНЫЕ ПОЗИЦИИ
10 - печь для плавления стекла,
12 - сосуд дл плавления,
14 - выход (выводящая зона),
18 - верхняя потолочная стенка,
20 - первая установка,
22, 122, 222, 322, 422 - вторая установка,
24 - сторона стенки выше по потоку,
26 - сжигающая кислород горелка,
28 - насадка,
30 - пламя,
32 - частицы исходного материала стекла,
34 - боковая стенка,
36 - труба для ввода кусочков стеклобоя,
38 - сжигающая кислород горелка,
40 - порт для ввода кусочков стеклобоя,
42 - кусочки стеклобоя,
44 - насадка,
46 - пламя,
50 - нижняя часть печи.