Печной агрегат для производства рентгенозащитного стекла
FURNACE UNIT FOR THE PRODUCTION OF X-RAY PROTECTIVE GLASS

Изобретение относится к промышленности строительных и конструкционных материалов, а именно к оборудованию, предназначенному для производства стекла на основе оксида свинца, к печам для плавления минеральных составов, в частности к области производства листов и блоков, содержащих в своем составе оксид свинца с рентгенозащитными свойствами. Изобретение может быть использовано в ванных печах на установках непрерывного и периодического действия.
Основой всех известных способов получения рентгенозащитного стекла является  варка в печах сырья имеющего в своем составе оксид свинца и кварцевый песок. Основным аппаратом получения расплавов есть плавильная печь. Основной конструкцией для получения расплавов рентгенозащитного стекла являются горшковые печи, периодического действия.  Геометрические размеры и формы этих печей определяются  их производительностью и параметрами  применяемого вспомогательного оборудования. Как правило производительность таких печей зависит от их емкости. Такие печи предусматривают периодический слив вываренной стекломассы в формы. Плавление стекломассы осуществляется различными путями, как электро нагревом, так и с использованием газообразного или жидкого топлива, либо их комбинация. Использование в качестве энергоносителя газа для производства стекломассы имеет ряд недостатков. Низкий КПД газового нагрева из-за большого количества отходящих горячих газов с уносом неиспользованной энергии. Высокий пылеунос после загрузки шихты, содержащей свинец и улетучивание при поверхностном нагреве зеркала расплава приводит к загрязнению окружающей среды и опасному воздействию на обслуживающий персонал, потерям компонентов шихты. Наилучшими по коэффициенту использования энергии и по снижению потерь ценных компонентов шихты при улетучивании с поверхности расплава являются электрические печи как прямого, так и косвенного нагрева.
Известна печь для варки свинцовых стекол, включающая бассейн с подом из расплава металла и камерами, расположенными вдоль стен бассейна, сообщающимися с ним протоками и не имеющими контакта с расплавленной стекломассой, отличающаяся тем, что печь снабжена охлаждаемой перегородкой, разделяющей бассейн на две части, каждая из которых снабжена электрически изолированными поддонами, камеры снабжены токоподводами, при этом в качестве расплавленного металла используют свинец, в который погружены токоподводы, не реагирующие со свинцом, а высота стенок поддонов выше уровня свинца  (см. патент RU 2074130 С1, опублик. 27.02.1997).
)
Недостатком устройства, является очень большая опасность отравления свинцом и его соединениями, его соединения относятся к 1 классу опасности, процессе плавки свинца основную опасность представляет свинцовая пыль, а также пары (оксид свинца.
Известна печь для варки свинцовых стекол, с целью повышения коэффициента использования энергии и получения стекломассы без посторонних примесей в печи для варки свинцовых стекол, включающем бассейн с расплавленным металлом на подине и источник теплоэнергии последний расположен непосредственно в бассейне и выполнен в виде электропреобразователя, содержащего токопроводы, углубленные нижними концами в электропроводящий расплавленный металл, например, свинец, причем токопроводы выполнены из материала, не реагирующего с расплавленным свинцом и отделены электроизолирующими перегородками от стекломассы, а подина бассейна разделена на секции токоизолирующими перегородками (см. документ KZ 3159, опублик. 1996).
)
Недостатком устройства, является очень большая опасность отравления свинцом и его соединениями, его соединения относятся к 1 классу опасности, процессе плавки свинца основную опасность представляет свинцовая пыль, а также пары (оксид свинца.  Конструкция предполагает принудительное охлаждение в средней части печи, что негативно влияет на варочный процесс и увеличивает затраты энергии.
Известна полезная модель печи для производства оптического стекла с повышенной температурой, состоящая из подового днища, боковой стенки, купола, защитной гильзы для нагревания и горелки с платиновым тиглем и подача кислорода, нижняя часть печи, боковая стенка и хранилище образуют печное пространство, защитную гильзу для нагрева и платиновый тигель расположенное на дне печи, горелка для сжигания чистого кислорода установлено на боковой стенке и / или дне печи и / или в своде. Полезная модель имеет хорошую конструкцию и производительность продукта за счет полного сжигания в кислороде при нагревании печи до температуры высокотемпературного оптического стекла между 1400-1700°C (см. патент CN 206654834 U, опублик. 21.11.2017).
Недостатком устройства модели, является необходимость использования драгоценных металлов, что ограничивает производительность, так же использование кислорода для нагрева стекломассы увеличивает себестоимость продукции, а также стоимость аппаратурного оформления, требует повышенных мер безопасности.
Известна полезная модель печи для высокотемпературной плавки микрокристаллического стекла, содержит плавильную печь, загрузочный канал, горловину и камеру аккумулирования тепла. Используется гибридный способ сжигания газа с использованием воздуха и чистого кислорода. Благодаря расположению камер сгорания с чистым кислородом вблизи порта подачи и горловины, эффективность плавления и гомогенизирующий эффект плавильной печи эффективно повышаются, пламя полного сгорания кислорода стабильно, время пребывания газа сгорания в печи увеличивается давление в печи стабильное и низкое, плавление и классификация стекла облегчаются, а пузырьки воздуха, трещины и полоски в стекле уменьшаются (см. патент CN 203582689 U, опублик. 07.05.2014).
Недостатком устройства модели, является низкая энергоэффективность, выбросы газов и тепла в окружающую среду из-за использования в качестве энергоносителя газовоздушной смеси, также использование кислорода для нагрева стекломассы увеличивает себестоимость продукции, а также стоимость аппаратурного оформления, требует повышенных мер безопасности.
Известен способ производства и плавильная печь для осуществления процесса варки микрокристаллического стекла, которые предусматривают продольное пламя большого диаметра, которое изменяет направление через фиксированные промежутки времени и создается небольшими печами или горелками, выполненными на двух коротких сторонах прямоугольной плавильной печи, и камера для аккумулирования тепла, снабженная коммутатором, используется для плавления и нагрева, материал поступает в отверстие, выполненное в средней части длинной стороны плавильного резервуара, используется для подачи расплавленного стекла в устройство для формования микрокристаллического стекла или устройство для закалки расплавленного стекла в гранулированный материал; дно плавильного печи выполнено с сильной теплоизоляцией; две поперечные перегородки расположены в средней части плавильного резервуара для блокирования расплавленного стекла от прямого потока в среднюю часть плавильного резервуара, а отверстия для потока жидкости сообщают о потоке расплавленного стекла в нижней части резервуара с двух сторон поперечной перегородки стенки под поперечные перегородки используются для направления расплавленного стекла к средней части плавильного ванны, а две поперечные перегородки используются для блокирования окалины в расплавленном стекле в зонах плавления на внешних сторонах поперечных перегородок; и концевые загрузочные отверстия выполнены на двух концах двух длинных боковых стенок прямоугольной плавильной печи, и расстояния между приемным отверстием для материала и загрузочными отверстиями увеличены (см. патент CN 104724899 B, опублик. 20.04.2018).
Недостатком устройства модели, является низкая энергоэффективность и сложность конструкции, высокие выбросы газов и тепла в окружающую среду из-за использования в качестве энергоносителя газовоздушной смеси.
Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для производства стекла, а именно к печам, предназначенным для производства стекла на основе оксида свинца, к печам для плавления минеральных составов, в частности к области производства листов и блоков содержащих в своем составе оксид свинца.
Технической задачей данного изобретения является снижение энергозатрат приготовления расплава стекла, с повышением качества продукции, оптимизация процесса. Печь имеет загрузчик сырьевой композиции, подающий сырье в зону плавления и первичной варки, конструкция загрузчика предусматривает максимальное исключение витания пылевидных частиц сырья в пространстве печи, далее расположена зона газоотделения и финальной варки стекла, после которой идет фидерная часть выработки расплава отделенная порогом высотой от 50 до 100 мм функция порога заключается в отделении возможных инородных тел в стекломассе и создание неизвлекаемого объема стекломассы для интенсификации процесса. В фидерной части установлено устройство сливное. Нагрев сырья осуществляется нагревателями, расположенными между расплавом и сводом печи. Свод печи выполнен горизонтально для максимальной передачи излучения от внешней стороны нагревателя расплаву, изготовлен из высокотемпературного пористого материала на основе корунда, максимальная постоянная температура нагрева свода до 1700°С. Свод имеет независимое крепление подвеску, боковая и торцевая стена на уровне выше расплава и отделены от ванны печи и при нагревании печи имеют усадку, ванна печи выполнена в виде независимого тигля при нагревании имеет расширение, движение огнеупоров ванны и стен со сводом разделено. Материал тигля выполнен из коррозионно и абразивно стойкого огнеупорного материала, например, литой корунд. Загрузка расположена в боковой части печи в крайней точке по длине тигля. Движение расплава происходит от крайней точки по длине тигля до сливного отверстия фидерной части. Зоны первичной варки и финальной варки разделены фидером выполненным из высокотемпературной керамики либо металла, при этом соотношение площадей первичной, финальной варки и фидера следующее 1/1/0,1-0,2, обусловлено периодичностью процесса литья в изложницы.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом: сырье загрузчиком 1 подается в зону первичной варки тигля 2, посредством передачи излучения от нагревательных элементов переходит в расплав 3 с последующей варкой, после прохождения требуемого времени первичной варки, открывается шибер печи 4 и расплав переливается в зону финальной варки 5, где происходит окончательный процесс подготовки к сливу, готовый расплав сливается сливным устройством в изложницу 6, предварительно подогретую до требуемой температуры и установленную в затвор слива печи, при этом изложницы имеют свой собственный автономный нагрев, позволяющий поддерживать требуемую температуру отпуска стекла в долгом периоде времени, технологически необходимом.
2
2
Пример. В ванной печи с площадью зоны первичной варки 2,5 м, соотношение к финальной зоне варки 1:1, площадь фиденой зоны 0.5 м , высота порога 50 мм, масса загрузки 1200 кг. Температура, поддерживаемая автоматически в пределах 10°С, зона первичной варки 1480°С, финальной варки 1450°С, фидер 1420°С. Нагревательные элементы на основе карбида кремния (КЭН) диаметром 38 мм.
Порядок проведения экспериментов был следующий.
В качестве сырья использовалась порошкообразная, механоактивированная смесь для производства стекла с рентгенозащитными свойствами, содержащая в составе 56% оксида свинца. Сырье загружалось шнековыми загрузчиками в загрузочную часть печи, где под действием излучения передаваемого от КЭНов и поверхности огнеупоров переходило в аморфное состояние, расплав в течении 12 часов. В первичном расплаве, происходит газоудаление и химические реакции компонентов, расплав переливают в зону финальной, выдержка 24 часа, пробы, отобранные  районе зоны финальной варки, показали плотную гомогенную массу расплава, без каких либо включений. Расплав выливался на изложницу с контролируемым уровнем 22 мм. Было изготовлены стекла толщиной 20 мм с размерами 1000Х400 мм.