Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам варки стекла.

Известен способ варки стекла в ванных стекловаренных печах (Авторское свидетельство СССР №755757, кл. C03B 5/00) путем загрузки шихты в стекловаренную печь и прохождения в бассейне печи на поверхности слоя расплавленной стекломассы всех этапов стекловарения (силикатообразования и стеклообразования, осветления и гомогенизации, студки) при соотношении объемов вырабатываемой стекломассы к расплавленной стекломассе 1:(4÷5).

Недостатками этого способа варки стекла являются:

- высокие энергозатраты на поддержание необходимой температуры не участвующего в выработке расплава, расположенного под проваривающейся шихтой,

- наличие мощных конвекционных потоков стекломассы, приводящих к переносу значительных количеств теплоты из варочной части печи в студочную,

- большая длительность процессов стеклообразования, гомогенизации и осветления расплава,

- значительные габариты стекловаренных печей, необходимые для реализации этого метода,

- проведение процессов варки стекла при высоких температурах, в ряде случаев превышающих предельные температуры службы современных огнеупорных материалов,

- интенсивная высокотемпературная коррозия огнеупорной кладки печи.

Известно устройство для варки стекла (Авторское свидетельство СССР №622768, кл. C03B 5/04), включающее плавильный лоток с нагревательными электродами, помещенными в канавки, и бассейн, отапливаемый горелками.

Недостатками данного устройства для варки стекла являются:

- наличие в бассейне печи избыточного количества стекломассы не участвующего в выработочном потоке;

- конвекционные потоки стекломассы, образующиеся в бассейне печи и переносящие существенную долю тепла из зоны гомогенизации и осветления в зону студки, что приводит к потерям и дополнительным расходам тепла;

- интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела.

Известен способ варки стекла (Авторское свидетельство СССР №481551, кл. C03B 5/00) путем организации на наклонном лотке плавления шихты, стеклообразования, перегрева стекломассы в прямом потоке до вязкости 2,5-3,5 м·сек/м², усреднения при принудительном перемешивании, осветления и охлаждения расплава, причем стекловарение осуществляется в тонком слое.

Недостатками данного способа варки стекла являются:

- техническая трудность организации перемешивания стекломассы в тонком слое;

- повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур;

- интенсивная высокотемпературная коррозия огнеупорной кладки печи.

Наиболее близким к заявленному является способ варки стекла (Евразийский патент №004516, кл. C03B 5/00) путем приготовления тонкоизмельченной смеси шихты и обратного боя, компактирования смеси, загрузки в стекловаренную печь и варки на наклонном лотке в непрерывном прямом монооднородном потоке с последовательным прохождением всех этапов стекловарения при пониженных на 100-200°C температурах.

Недостатками данного способа варки стекла являются:

- недостаточное осветление стекломассы ввиду высокой вязкости расплава при пониженной температуре варки;

- интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела,

- повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур газового факела, а также их унос отходящими газами;

Задачей заявленного способа варки стекла является получение промышленных стекол высокой однородности.

Поставленную задачу решают следующим образом.

Сырьевые материалы подвергают совместному тонкому измельчению и компактированию. Варку полученной шихты осуществляют на наклонном лотке в прямом монооднородном потоке при последовательном прохождении шихтой всех стадий варки по мере ее продвижения по длине печи. Причем на каждой стадии варки, посредством полного или частичного разделения атмосферы печи и стекломассы, поддерживают свои температурные условия:

первую стадию - силикатообразование, проводят в условиях градиентного нагрева (по длине зоны печи) от 200-600 до 700-1400°C, с максимальной скоростью нагрева от 5 до 20°C в минуту,

вторую стадию - стеклообразование, проводят при температуре 800-1500°C,

третью стадию - осветления и гомогенизации, проводят при температуре 800-1600°C, при необходимости прибегают к принудительному осветлению расплава посредством создания разряжения до 50 Па, за счет откачки газа из атмосферы печи,

четвертую стадию - студку, проводят при температуре 800-1500°C.

Варку стекла осуществляют с помощью электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами, для чего нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи.

Тонкое измельчение шихты, с одной стороны, приводит к увеличению ее химической активности (за счет возрастания доли поверхностных нескомпенсированных связей и количества структурных дефектов у ее компонентов). С другой стороны, при совместном измельчении достигается высокая степень смешения компонентов шихты, что обеспечивает перенесение существенной доли процесса гомогенизации из печи на стадию подготовки шихты. В результате после операции тонкого измельчения стекольная шихта обладает гомогенностью на микроуровне, повышенной химической активностью и варочной способностью.

Операция компактирования необходима для исключения расслоения, пыления и потерь шихты при ее транспортировке и загрузке в стекловаренную печь. Кроме того, уплотнение шихты в процессе компактирования способствует более тесному контакту ее компонентов, что интенсифицирует их взаимодействие.

Постепенное нагревание шихты в первой зоне печи обеспечивает последовательное прохождение всех химических реакций между ее компонентами, в том числе тех реакций, в ходе которых имеет место выделение газообразных веществ. Необходимо, чтобы реакции с выделением газов проходили при температурах ниже температур активного образования расплава. Нагрев шихты должен производиться со скоростью подъема температуры, не вызывающей вспенивания брикета, другими словами, не приводящей к задерживанию в спеке избыточного количества газа, затрудняющего осветление. Так как тонкоизмельченные частицы тугоплавких компонентов (кварца, глинозема и т.д.) обладают повышенной растворимостью, этап стеклообразования проводят при температуре на 100-200°C ниже, чем в случае шихты традиционной гранулометрии. При высокой вязкости расплава осветление осуществляют принудительно под разрежением. В процессе варки желательно избегать турбулентного движения стекломассы, так как в противном случае существует вероятность возникновения различных неоднородностей.

Пример конкретного осуществление способа.

Компоненты стекольной шихты состава: 61,75 масс.% SiO₂, 20,75 масс.% Na-СО₃, 17,5 масс.% CaCO₃, подают в планетарную мельницу, где их увлажняют до 50 масс.% воды и подвергают совместному помолу в течение времени, необходимого для того, чтобы не менее 50% компонентов шихты имели размер, не превышающий 10 мкм. Мельница должна иметь футеровку и мелющие тела на основе SiO₂. Данный способ измельчения шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой происходит ее самокомпактирование в брикеты. Высушенные брикеты по транспортеру подают в загрузочное устройство и далее в первую зону наклонного лотка стекловаренной печи. Причем на вышеуказанном лотке проводят весь процесс стекловарения. Подвод тепла, необходимого для процесса варки, производят посредством электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами. Для этого нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по первой зоне наклонного лотка (максимальная скорость нагрева материала) составляет 10°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов. В начале зоны поддерживают температуру 250°C, в конце - 900°C. Далее спеченная остеклованная шихта входит в зону стеклообразования, которая отделена от зоны силикатообразования по атмосфере печи экраном. В зоне стеклообразования поддерживают температуру 1200°C. Время пребывания шихты в зоне стеклообразования составляет 0,5 часа, что достаточно для растворения всех оставшихся кристаллических включений. Полученная стекломасса поступает в зону осветления и гомогенизации, которая отделена от зон стеклообразования и студки по атмосфере печи и половине глубины слоя стекломассы выдвижными заслонками.

В зоне осветления поддерживают температуру 1450°C и создают разрежение 1000 Па. Время пребывания шихты в зоне осветления составляет 0,5 ч. Далее осветленная гомогенная стекломасса переходит в зону студки, в которой поддерживают температуру 1250°C.