FI82437C

FI82437C - VAKUUMRENINGSFOERFARANDE FOER GLASMATERIAL, MED KONTROLLERAD SKUMNING.

Info

Publication number: FI82437C
Application number: FI872982A
Authority: FI
Inventors: Joseph Michael Matesa; Ronald Lee Schwenninger; Wright Montgomery Welton
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1987-07-06
Publication date: 1991-03-11
Also published as: TR23142A; MY102867A; KR880002759A; PT85268B; IL83036A; IL83036A0; BR8703393A; PT85268A; EG18191A; FI872982A0; FI872982L; FI82437B; KR900005199B1

Description

1 824371 82437

Ohjatun vaahdotuksen käsittävä lasimateriaalin tyhjiö-puhdistusmenetelmä Käsiteltävä keksintö koskee ilmakehän painetta 5 pienemmän paineen käyttämistä sulan lasin tai vastaavan puhdistamisen nopeuttamiseksi. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee erästä käytännön järjestelyä vaahdotusmäärän ohjaamiseksi tällaista puhdistustekniikkaa sovellettaessa.The present invention relates to the use of a pressure lower than atmospheric pressure 5 to accelerate the cleaning of molten glass or the like. More specifically, the invention relates to a practical arrangement for controlling the amount of flotation when applying such a cleaning technique.

Lasia sulatettaessa muodostuu huomattavia määriä 10 kaasua seosmateriaalien hajoamisesta johtuen. Seosmate- riaalit vetävät muita kaasuja mukaansa tai kaasut siirtyvät sulavaan lasiin palamislämpölähteistä. Suurin osa kaasua poistuu sulamisen alkuvaiheessa, mutta osa kaasua jää sulatteeseen. Osa sulatteeseen jääneestä kaasusta liuke-15 nee lasiin, mutta osa muodostaa taas erillisiä kaasumai sia sulkeumia, jotka tunnetaan kuplina, jotka ovat haitallisia, jos niiden annetaan jäädä kohtuuttoman suurina kon-sentraatioina lasivalmisteeseen. Kaasusulkeumat nousevat sulatteen pintaan ja poistuvat, jos niille annetaan siihen 20 riittävästi aikaa sulatustoiminnon puhdistusvaiheena tun netussa työvaiheessa. Puhdistusvyöhykkeeseen muodostetaan tavallisesti korkeita lämpötiloja, jotka nopeuttavat kuplien nousemista pintaan ja kaasusulkeumien poistumista laskemalla sulatteen viskositeettia ja suurentamalla kup-25 lien halkaisijoita. Puhdistusvaiheessa käytettyjä korkei ta lämpötiloja varten tarvittava energia ja suuri sulatus-kattila, joka tarvitaan antamaan kaasusulkeumille riittävästi aikaa poistua sulatteesta, ovat pääkustannuksia lasinvalmistuksessa. On siis toivottavaa, että puhdistus-30 prosessia tehostetaan näiden kustannusten pienentämiseksi.When the glass is melted, considerable amounts of 10 gases are formed due to the decomposition of the alloy materials. The alloy materials attract other gases or the gases are transferred to the molten glass from the combustion heat sources. Most of the gas is removed in the early stages of melting, but some of the gas remains in the melt. Some of the gas remaining in the melt dissolves in the glass, but some again form discrete gaseous inclusions known as bubbles, which are harmful if left to remain in unreasonably high concentrations in the glass preparation. The gas inclusions rise to the surface of the melt and are removed if they are given sufficient time to do so in a working step known as the cleaning step of the melting operation. High temperatures are usually formed in the purification zone, which accelerate the rise of bubbles to the surface and the removal of gas inclusions by lowering the viscosity of the melt and increasing the diameters of the bubbles. The energy required for the high temperatures used in the cleaning step and the large melting boiler required to give the gas inclusions sufficient time to leave the melt are the main costs in glassmaking. It is therefore desirable that the cleaning process be streamlined to reduce these costs.

Tunnettu asia on, että alennettu paine voi edistää puhdistusprosessia vähentämällä sulatteessa olevan kaasumaisen aineen osapainetta ja lisäämällä sulatteessa olevien kuplien tilavuutta, niin että niiden nouseminen pin-35 taan nopeutuu. Koska on mahdotonta saada aikaan täysin 2 82437 kaasutiivis kattila, kun on kysymys tavanomaisesta puhdis-tuskammiosta, niin että siihen voidaan muodostaa tyhjiö, tyhjiön käyttö on rajoittunut suhteellisen pienien sula-tusmäärien käsittelyyn US-patenteissa nrot 1 564 235, 5 2 781 411, 2 877 280, 3 338 694 ja 3 442 622 julkistetul la tavalla.It is known that the reduced pressure can contribute to the cleaning process by reducing the partial pressure of the gaseous substance in the melt and increasing the volume of the bubbles in the melt so that their rise to the surface is accelerated. Since it is impossible to provide a fully 2,82437 gas-tight boiler in the case of a conventional purification chamber so that a vacuum can be formed therein, the use of vacuum is limited to the treatment of relatively small amounts of melting in U.S. Patent Nos. 1,564,235, 5,781,411, 2 877,280, 3,338,694 and 3,442,622.

On myös ehdotettu jatkuvatoimisia tyhjiöpuhdistus-prosesseja, mutta ne eivät ole niihin liittyvistä erilaisista epäkohdista johtuen yleistyneet suuressa mittakaa-10 vassa tapahtuvassa yhtäjaksoisessa lasinvalmistuksessa.Continuous vacuum cleaning processes have also been proposed, but due to the various disadvantages associated with them, they have not become common in large-scale continuous glass manufacturing.

US-patenteissa nrot 805 139, 1 598 308 ja 3 519 412 julkistettujen jatkuvatoimisten tyhjiöpuhdistuslaitteiden suurin epäkohta on, että ne edellyttävät suhteellisen kapeita pystykanavia, jotka johtavat paine-eron vaatimaan 15 tyhjiövyöhykkeeseen ja siitä ulos. Tällaiset kanavat teke vät kattilarakenteen monimutkaiseksi, nimenomaan silloin, kun seinämien on oltava kaasutiiviitä, lisäävät syöttöerän joutumista alttiiksi sitä saastuttavalle tulenkestomate-riaalille ja muodostavat suuren viskoosin kitkan syöttö-20 erän virtaukselle. On huomattava, että melko korkea lasi- patsas tarvitaan tasapainottamaan puolen ilkakehän tyhjiö. Tällaisen järjestelmän tehon säätäminen on myös ongelma, varsinkin viskoosin vastuskertoimen osalla. Säätömahdolli-suus on kuitenkin tärkeä tekijä yhtäjaksoisessa kaupalli-25 sessa tuotannossa valmistettavaan tuotteeseen tehtävien muutosten ja niiden taloudellisten tekijöiden vuoksi, jotka vaikuttavat haluttuun tuotantonopeuteen. Jokaisessa kolmessa edellä mainitussa patentissa se käyttövoima, jolla lisätään virtausnopeutta tyhjiöosaston kanavien 30 läpi, voidaan saada aikaan vain lisäämällä sulatteen syvyyttä tyhjiöosaston vastavirtapuolelle sulatteen syvyyteen nähden tyhjiöosaston myötävirtapuolella. Tämän korkeuseron määrää lisää vielä tällaisiin järjestelmiin liittyvä viskoosi kitka. Koska sivuseinämien kiihtynyt 35 eroosio tapahtuu sulatteen pinnassa, korkeuden huomattava 3 82437 muuttaminen lisää vielä eroosiota, mikä heikentää puolestaan lasivalmisteen laatua.The major drawback of the continuous vacuum cleaning devices disclosed in U.S. Patent Nos. 805,139, 1,598,308 and 3,519,412 is that they require relatively narrow vertical passages leading to and out of the vacuum zone required by the pressure difference. Such ducts complicate the boiler structure, in particular when the walls have to be gas-tight, increase the exposure of the feed batch to the refractory material contaminating it and create a high viscosity friction for the flow of the feed-20 batch. It should be noted that the relatively high glass statue is needed to balance the side ilkakehän vacuum. Adjusting the power of such a system is also a problem, especially with respect to the viscosity resistance factor. However, the ability to adjust is an important factor due to changes in the product to be produced in continuous commercial production and the economic factors that affect the desired production rate. In each of the three patents mentioned above, the driving force for increasing the flow rate through the channels 30 of the vacuum compartment can only be obtained by increasing the depth of the melt on the upstream side of the vacuum compartment relative to the depth of the melt downstream of the vacuum compartment. The amount of this height difference is further exacerbated by the viscous friction associated with such systems. Since the accelerated erosion of the side walls 35 takes place on the surface of the melt, a considerable change in height of 3 82437 further increases the erosion, which in turn degrades the quality of the glass product.

US-patentissa nro 3 429 684 esitetään yksinkertaisempi rakenne, jossa lasiseosmateriaali syötetään tyhjiö-5 lukon läpi ja sulatetaan pystysuunnassa pitkänomaisen tyh- jiökammion yläpäässä. Syöttömäärän muuttaminen tässä järjestelyssä edellyttää kammion tyhjiömäärän muuttamista, mikä muuttaa taas epäedullisesti puhdistusastetta. Raaka-aineen sulattaminen tyhjiökammiossa on mainitun järjestelmän 10 toinen epäkohta ja tähän on taas kolme syytä. Ensinnäkin muodostuu suuria määriä vaahtoa suoritettaessa raaka-aineen alkuhajottamista tyhjiössä, ja tämä edellyttää puolestaan riittävän suurta vaahtosäiliötä. Toiseksi on pelättävissä, että raaka-ainetta pääsee siirtymään lyhyttä 15 kiertorataa pitkin poistovirtaan, jolloin tässä osassa raaka-ainetta ei tapahdu riittävää sulatusta eikä puhdistusta. Kolmanneksi ne alkuvaiheet, jotka koskevat sulatteen sulattamista ja sen kuumentamista puhdistuslämpö-tilaan tyhjiösäiliössä, edellyttävät suurien lämpömäärien 20 syöttämistä kattilassa olevaan sulatteeseen. Tällainen huomattava lämmönsyöttö kattilaan muodostaa sulatteeseen perinteisesti konvektiovirtoja, jotka lisäävät seinämien eroosiota, mikä aiheuttaa taas puhdistetun tuotevirran saastumista .U.S. Patent No. 3,429,684 discloses a simpler structure in which a glass alloy material is fed through a vacuum lock and melted vertically at the upper end of an elongate vacuum chamber. Changing the amount of feed in this arrangement requires changing the amount of vacuum in the chamber, which again adversely changes the degree of cleaning. The melting of the raw material in the vacuum chamber is another disadvantage of said system 10 and there are again three reasons for this. First, large amounts of foam are formed when the raw material is initially decomposed in a vacuum, and this in turn requires a sufficiently large foam tank. Second, it is to be feared that the raw material will be able to move along the short orbit 15 to the effluent, with insufficient melting and purification of the raw material in this part. Third, the initial steps of melting the melt and heating it to the purge temperature in a vacuum tank require the supply of large amounts of heat 20 to the melt in the boiler. Such a substantial supply of heat to the boiler traditionally generates convection currents in the melt, which increase the erosion of the walls, which in turn causes contamination of the purified product stream.

25 US-patentissa nro 4 195 982 esitetään ensin lasin sulattaminen lisätyssä paineessa ja sitten lasin puhdistaminen pienemmässä paineessa erillisessä kammiossa. Molemmat kammiot kuumennetaan.U.S. Patent No. 4,195,982 discloses first melting glass at increased pressure and then cleaning the glass at reduced pressure in a separate chamber. Both chambers are heated.

US-patentissa nro 4 110 098 julkistetaan menetel-30 mä, jolla lasi vaahdotetaan harkinnanvaraisesti sen puh distuksen edistämiseksi. Vaahdotus saadaan aikaan tehokkaalla lämmöllä ja kemiallisilla vaahdotusaineilla ilmakehän paineessa.U.S. Patent No. 4,110,098 discloses a method of foaming glass at will to facilitate its cleaning. Foaming is accomplished with efficient heat and chemical blowing agents at atmospheric pressure.

Eräänä tyhjiöpuhdistukseen joka mittakaavassa, joko 35 yhtäjaksoisena tai jaksottaisena toimintona, liittyvä probleema on se suuri vaahtomäärä, joka muodostuu joskus, 4 82437 nimenomaan alhaisissa paineissa. Vaahtoa varten on tällöin järjestettävä suuri tila nestesäiliön päälle. Koska tämä ylätila on pidettävä myös kaasutiiviinä, sen rakenne voi muodostaa huomattavan taloudellisen epäkohdan, nimenomaan 5 suurimittaisessa valmistusprosessissa. Tämän vuoksi vaahto rajoittaa mahdollisesti hyödynnettävän tyhjiön määrää. On siis toivottavaa, että tämä tyhjiöpuhdistusprosessien epäkohta pystytään eliminoimaan ilman suuria pääomakustannuksia .One problem with vacuum cleaning at any scale, either 35 continuous or intermittent operations, is the large amount of foam that sometimes forms, 4 82437 specifically at low pressures. In this case, a large space must be provided for the foam on top of the liquid tank. Since this upper space must also be considered gas-tight, its structure can constitute a significant economic disadvantage, specifically in 5 large-scale manufacturing processes. Therefore, the foam limits the amount of vacuum that can be utilized. It is therefore desirable that this disadvantage of vacuum cleaning processes can be eliminated without high capital costs.

10 US-patentissa nro 3 350 185 julkistetaan menetelmä vaahdon puristamiseksi kokoon lasinsulatusprosessissa ilmakehän paineella, jolloin jyrkän muutoksen hapettumisessa on todettu aiheuttavan vaahdon puristumisen kokoon.U.S. Patent No. 3,350,185 discloses a method of compressing foam in a glass melting process at atmospheric pressure, wherein a sharp change in oxidation has been found to cause the foam to compress.

Patenttihakemuksessamme nro 865334/30. joulukuuta 15 1986 selostetaan sulan materiaalin syöttämistä pystysuun nassa pitkänomaisen kammion yläosaan tyhjiön alaisena.In our patent application No. 865334/30. December 15, 1986 describes the vertical feeding of molten material to the top of an elongate chamber under vacuum.

Eräs edullinen näkökohta on tällöin, että syöttämällä kaikki tai suurin osa siitä lämpöenergiasta, joka tarvitaan puhdistukseen, tyhjiökammion vastavirtapuolelle tyhjiökam-20 miossa joudutaan suorittamaan vain vähän kuumentamista tai ei lainkaan, koska syötettävän materiaalin oma lämpö riittää suunnilleen pitämään yllä halutut lämpötilat tyh-jiökammiossa. Mainitussa hakemuksessa julkistetaan poltin palamisen pitämiseksi yllä ylätilassa tyhjiökammion pääl-• 25 lä. Käsiteltävän keksinnön mukaan on todettu olevan edul lista järjestää lisäkuumennus ylätilaan tyhjiökammion päälle vaahdon kokoonpuristumisen nopeuttamiseksi. Uskotaan nimittäin, että se vaahtokerros, joka kerääntyy kammion yläpäähän, pyrkii eristämään ylätilan sen alla olevan sulan 30 massan lämmöstä. Myös massan lyhyt oloaika syötettävän ma teriaalivirran ylätilassa näyttää kuumentavan ylätilaa jonkin verran. Sen vuoksi uskotaankin, että ylätila on yleensä suhteellisen kylmä, ja tästä johtuen jotkut osat vaahtokerroksesta ovat myös suhteellisen kylmiä, jolloin 35 näiden vaahto-osien viskositeetti on suurempi ja niiden 5 82437 kokoonpuristuminen hidastuu. Eräs teoria perustuu siihen, että ylätilan kuumentamisen aiheuttama vaahdon nopeutunut kokoonpuristuminen johtuu lämpötilan kohoamisesta ja alentaa näin ollen vaahdon viskositeettia. Kun pala-5 mislämpölähdettä käytetään ylätilan kuumentamiseen, vaahdon kokoonpuristuminen voi lisääntyä myös mekaanisesti palamiskaasujen työntyessä vaahdon kuplakalvoihin.A preferred aspect is that by supplying all or most of the thermal energy required for cleaning, little or no heating is required in the vacuum chamber upstream of the vacuum chamber, since the heat of the feed material is approximately sufficient to maintain the desired temperatures in the vacuum chamber. Said application discloses a burner for maintaining combustion in an upper space above a vacuum chamber. According to the present invention, it has been found advantageous to provide additional heating in the upper space on top of the vacuum chamber in order to accelerate the compression of the foam. Namely, it is believed that the layer of foam that accumulates at the upper end of the chamber tends to insulate the upper space from the heat of the mass of melt 30 below it. Also, the short residence time of the pulp in the upper state of the feed material seems to heat the upper state to some extent. Therefore, it is believed that the upper space is generally relatively cold, and as a result, some parts of the foam layer are also relatively cold, resulting in a higher viscosity of these foam parts and a slowing of their compression. One theory is based on the fact that the accelerated compression of the foam caused by the heating of the upper space is due to an increase in temperature and thus a decrease in the viscosity of the foam. When a combustion heat source is used to heat the headspace, the compression of the foam may also increase mechanically as the combustion gases penetrate the bubble films of the foam.

Käsiteltävään keksintöön kuuluu osana se toteamus, että palamislämpölähdettä voidaan käyttää tyhjiön rajaa-10 van kammion alennetussa ilmakehässä sellaisella nopeudel la, joka riittää käsiteltävän keksinnön tavoitteiden toteuttamiseen vaikuttamatta sanottavasti haluttujen, ilmakehän painetta pienempien paineiden ylläpitämismahdolli-suuteen kammiossa. On myös todettu, että liekki pysyy hel-15 posti yllä pienpaineympäristössä.The present invention includes, as part of the finding, that a combustion heat source can be operated in a reduced atmosphere of a vacuum boundary chamber at a rate sufficient to achieve the objects of the present invention without affecting the ability to maintain substantially desired atmospheric pressures in the chamber. It has also been found that the flame remains above the hel-15 post in a low pressure environment.

Erään periaatteen mukaan lisäetuja saadaan käyttämällä lämpölähdettä, joka ei muodosta sellaista palamis-tuotetta, joka on sama kuin se kaasu, joka poistetaan sulatteesta puhdistusprosessissa. Toisin sanoen osapaine 20 on edullista pitää mahdollisimman alhaisena sulatteesta poistettavan kaasun ylätilassa. Lasin ollessa kyseessä typen ja hiilidioksidin poistaminen on tavallisesti puhdistusprosessin päätavoite. Sen vuoksi on edullista käyttää hapella rikastettua palamista (mieluimmin pääasias-25 sa puhdasta happea) polttimessa tyhjiökammion ylätilan kuumentamiseksi, niin että typen syöttämistä kammioon pystytään vähentämään tai eliminoimaan se kokonaan. Lisäksi käyttämällä happea korvaamaan ilma joko kokonaan tai osittain palamisen tehostamiseksi poistokaasun ti-30 lavuus saadaan huomattavasti pienemmäksi, jolloin vähen netään tyhjiöjärjestelmän kuormitusta. Jotta voitaisiin välttää hiilidioksidien lisääminen ylätilan ilmakehään, polttimessa voidaan käyttää sellaista polttoainetta, jolla on alhainen hiilipitoisuus tai jossa ei ole lain-35 kaan hiiltä (esim. vetyä). Vedyn polttaminen hapen kans sa onkin erittäin edullista, koska ainoa palamistuote on 6 82437 tällöin vesihöyry. Koska vesihöyry liukenee suhteellisen hyvin lasimassaan, veden poistaminen ei ole yleensä lasin puhdistusprosessiin liittyvä edellytys. Lisäksi se, että vesihöyry voi tiivistyä tyhjiöjärjestelmässä elimi-5 noi tyhjiöpumppuun kohdistuvan, ylätilapolttimen synnyttä män lisäkuormituksen. Toinen vaihtoehto on plasmapolttimen käyttäminen ylätilan kuumentamiseen. Plasmapolttimella voidaan saada suuri lämpöteho kantokaasun määrän ollessa suhteellisen pieni. Kantokaasu voidaan myös valita monis-10 ta eri kaasuista, joita ovat höyry, vety, happi tai iner- tit kaasut, kuten helium.According to one principle, additional advantages are obtained by using a heat source which does not form a combustion product which is the same as the gas removed from the melt in the purification process. In other words, it is preferable to keep the partial pressure 20 as low as possible in the upper space of the gas to be removed from the melt. In the case of glass, the removal of nitrogen and carbon dioxide is usually the main goal of the cleaning process. Therefore, it is preferable to use oxygen-enriched combustion (preferably mainly pure oxygen) in the burner to heat the upper space of the vacuum chamber so that the supply of nitrogen to the chamber can be reduced or eliminated altogether. In addition, by using oxygen to replace the air, either in whole or in part, to enhance combustion, the volume of the exhaust gas ti-30 is significantly reduced, thereby reducing the load on the vacuum system. In order to avoid the addition of carbon dioxide to the upper atmosphere, the burner may be fueled with low or no carbon content (eg hydrogen). Combustion of hydrogen with oxygen is therefore very advantageous, since the only product of combustion is 6 82437, in which case water vapor. Because water vapor is relatively soluble in the glass mass, removal of water is not usually a prerequisite for the glass cleaning process. In addition, the fact that water vapor can condense in the vacuum system exerts an additional load on the vacuum pump, which creates an additional load on the headroom. Another option is to use a plasma torch to heat the upper space. The plasma torch can provide high thermal power with a relatively small amount of carrier gas. The carrier gas can also be selected from a variety of gases such as steam, hydrogen, oxygen or inert gases such as helium.

Kuvio 1 on pystyleikkaus sulatustoiminnon kolmesta vaiheesta, joita ovat nesteytysvaihe, liuotusvaihe ja tyh-jiöpuhdistusvaihe, käsiteltävän keksinnön erään suositet-15 tavan rakenteen mukaan.Figure 1 is a vertical section of three steps of a melting operation, a liquefaction step, a dissolution step and a vacuum purification step, according to a preferred structure of the present invention.

Kuvio 2 on kaavioesitys pienennetyssä mittakaavassa höyryntiivistyslaitteen käsittävästä tyhjiöjärjestelmästä.Figure 2 is a schematic representation on a reduced scale of a vacuum system comprising a steam sealing device.

Seuraavassa esitetään yksityiskohtainen selostus 20 menetelmästä ja laitteesta, joka on tarkoitettu nimenomaan lasin ja vastaavien lasimateriaalien sulattamiseen, mutta on huomattava, että keksintöä voidaan soveltaa myös muiden materiaalien käsittelyyn.The following is a detailed description of a method and apparatus 20 specifically for melting glass and similar glass materials, but it should be noted that the invention can also be applied to the treatment of other materials.

Käsiteltävää keksintöä voidaan soveltaa edullisesti 25 edellä mainitussa US-patenttihakemuksessa nro 815 494/2.The present invention is preferably applicable to the aforementioned U.S. Patent Application No. 815,494/2.

tammikuuta 1986 julkistettuun tyhjiöpuhdistusjärjestelmään, vaikka se ei olekaan rajoitettu siihen. Tämän järjestelmän suositettavissa rakenteissa sula materiaali syötetään ilmakehän painetta alhaisemmassa paineessa olevaan tilaan 30 vaahdon muodostamiseksi, joka puristetaan sitten kokoon.to the vacuum cleaning system published on 1 January 1986, although not limited to it. In preferred embodiments of this system, the molten material is fed to a space below atmospheric pressure to form a foam which is then compressed.

Vaahdon suuresti lisääntynyt pinta-ala nopeuttaa kaasujen poistumista materiaalista paineen ollessa alennettu. Sulatteeseen liuonnut kaasukonsentraatio on sen tultua jälleen ilmakehän paineeseen kyllästyspisteen alapuolella, 35 niin ettei kiteytyminen kupliksi ole todennäköistä. Tähän 7 82437 menetelmään kuuluvan aktiivisen vaahdotuksen vuoksi vaahdon kokoonpuristumisen kiihdyttäminen on edullista syöttömäärän lisäämiseksi.The greatly increased surface area of the foam accelerates the removal of gases from the material under reduced pressure. The concentration of gas dissolved in the melt is again at atmospheric pressure below the saturation point, 35 so that crystallization into bubbles is unlikely. Due to the active flotation included in this method, 7,82437, accelerating the compression of the foam is advantageous to increase the feed rate.

Suositettavissa rakenteissa seosmateriaalit nestey-5 tetään ensin siinä vaiheessa, joka on tarkoitettu nimen omaan tätä prosessivaihetta varten, ja nesteytetty materiaali siirretään toiseen vaiheeseen, jossa kiinteiden hiukkasien liuotus suoritetaan pääasiassa loppuun ja materiaalin lämpötila voidaan nostaa puhdistusprosessiin sopivak-10 si lämpötilaksi. Tämän jälkeen sula materiaali syötetään tyhjiökammioon. Tästä johtuen suuri osa sulatukseen liittyvistä kaasumaisista sivutuotteista ohjataan pois ennen materiaalin syöttämistä tyhjiötilaan ja suurimman kaasun-kehityksen alue erotetaan puhdistusvyöhykkeestä, jolloin 15 sulatuksen alkuvaiheisiin kuuluvat materiaalit eivät pääse sekoittumaan puhdistettaviin sulatteen osiin. Koska suurin osa sulatuksen lämmöntarpeesta tai sen koko lämmöntarve on tyydytetty ennen materiaalin tulemista tyh-jiöpuhdistusvaiheeseen ja koska puhdistusvaiheen kuumene-20 mistä voidaan tämän vuoksi pääasiallisesti välttää, sulat teen liiallinen konvektio puhdistusvyöhykkeessä voidaan eliminoida. Tästä on taas seurauksena, että säiliön eroosio pienenee, samoin se todennäköisyys, että sulatteen epätäydellisestä puhdistetut osat sekoittuvat jo enemmän 25 puhdistettuihin osiin. Puhdistusvaiheeseen tapahtuva syöttö suoritetaan suositettavassa rakenteessa puhdistukseen sopivassa lämpötilassa, joten puhdistussäiliöön joudutaan suuntaamaan vain vähän lämpöä tai ei ollenkaan. Tyhjiökam-mion ylätilan kuumennuslaite voi käsiteltävän keksinnön 30 mukaan kuitenkin kompensoida ne lämpöhäviöt, jotka tapahtuvat säiliön seinämien läpi, nimenomaan yläosassa, niin että materiaalin lämpötila pysyy pääasiassa yllä ainakin puhdistusvaiheen tulo-osassa.In preferred embodiments, the alloy materials are first liquefied at the stage designated for this process step, and the liquefied material is transferred to a second stage where dissolution of the solid particles is substantially complete and the temperature of the material can be raised to a temperature suitable for the purification process. The molten material is then fed into a vacuum chamber. As a result, much of the gaseous by-products associated with smelting are diverted before the material is fed to the vacuum and the region of maximum gas evolution is separated from the purification zone, preventing materials from the early stages of smelting from mixing with the melt parts to be cleaned. Since most or all of the heat demand of the melt is met before the material enters the vacuum cleaning step, and since heating of the cleaning step can therefore be largely avoided, excessive convection of the melt in the cleaning zone can be eliminated. As a result, the erosion of the tank is reduced, as is the probability that the imperfectly cleaned parts of the melt are already more mixed with the cleaned parts. The feed to the cleaning step is carried out in the preferred design at a temperature suitable for cleaning, so that little or no heat has to be applied to the cleaning tank. However, according to the present invention, the upper space heating device of the vacuum chamber can compensate for the heat losses that occur through the walls of the container, specifically at the top, so that the temperature of the material is mainly maintained at least at the inlet of the cleaning step.

Eräässä suositettavassa tyhjiöpuhdistusjärjestel-35 mässä nesteytetty materiaali syötetään tyhjiökammion yläpäähän venttiililaitteen kautta, ja puhdistettu sulate 8 82437 menee tyhjiökammion alapäästä vielä toisen venttiililait-teen läpi. Tyhjiökammiossa olevan nesteen korkeus on mieluimmin ainakin vähän suurempi kuin se korkeus, joka tarvitaan tyhjiön tasapainottamiseen. Syöttönopeutta voidaan 5 siis ohjata venttililaitteilla muuttamatta tyhjiön painet ta kammiossa ja samoin muuttamatta kammion nestekorkeutta. Ja päinvastoin, tyhjiöpainealuetta voidaan käyttää syöttö-määrää muuttamatta. Venttiilien lisäksi järjestelmä on varustettu sen läpi menevän sulan materiaalin suhteellisen 10 alhaisella virtausvastuksella.In a preferred vacuum cleaning system, the liquefied material is fed to the upper end of the vacuum chamber through a valve device, and the purified melt 8 82437 passes from the lower end of the vacuum chamber through yet another valve device. The height of the liquid in the vacuum chamber is preferably at least slightly higher than the height required to balance the vacuum. Thus, the feed rate can be controlled by valve devices without changing the vacuum pressure in the chamber and likewise without changing the liquid level in the chamber. Conversely, the vacuum pressure range can be used without changing the feed rate. In addition to the valves, the system is equipped with a relatively low flow resistance of the molten material passing through it.

Tyhjiönpuhdistuskammion suositettava rakennemuoto on pystysuunnassa pitkänomainen säiliö, mieluimmin pysty-sylinteri. Nesteytetty materiaali syötetään ylätilaan säiliössä olevan sulan materiaalin päälle. Materiaalin kohda-15 tessa ylätilan pienennetyn paineen ainakin huomattava osa materiaalia muodostuu vaahdoksi materiaaliin liuenneiden kaasujen kehittysestä johtuen ja lisäksi, koska materiaalissa olevat kuplat kasvavat. Vaahdon muodostaminen lisää huomattavasti alhaisemmassa paineessa olevaa pinnan pin-20 ta-alaa ja edistää näin ollen kaasumaisen aineen poista mista nestevaiheesta. Vaahdon muodostaminen säiliössä olevan sulan materiaalin päälle eikä sulasta materiaalista on edullista vaahdon puristamiseksi kokoon ja kaasujen poistumisen edistämiseksi. On myös todettu, että juuri 25 muodostetun vaahdon syöttäminen vaahtokerroksen päälle no peuttaa vaahdon kokoonpuristumista. Pystysuunnassa pitkänomaisen rakenteen toisena etuna on, että muodostamalla vaahtoa yläosaan ja poistamalla tuote säiliön pohjasta massan pääkuljetustoiminto saadaan pois vaahtoalueelta, 30 jolloin on epätodennäköistä, että vaahtoa pääsee tuote- virtaan. Kaasujen poistaminen sulatteesta alennetussa paineessa laskee sulatteeseen liuenneiden kaasujen kon-sentraation niiden kyllästyspisteiden alapuolelle ilmakehän paineessa. Sulan materiaalin siirtyessä alaspäin 35 pohjassa olevaa poistoaukkoa kohti säiliössä olevan su- 9 82437 latteen syvyydestä johtuva lisääntyvä paine pakottaa jäännöskaasut jäämään liuokseen ja pienentää kaikkien liuoksessa olevien pienien kuplien tilavuutta. Kaasujen liuottamista voidaan myös edistää antamalla lämpö-5 tilan laskea materiaalin siirtyessä poistoaukkoa päin.The preferred design of the vacuum cleaning chamber is a vertically elongate container, preferably a vertical cylinder. The liquefied material is fed into the upper space on top of the molten material in the tank. At material point 15, at least a substantial portion of the reduced pressure in the upper space is formed as a foam due to the evolution of gases dissolved in the material and in addition as the bubbles in the material grow. The formation of foam significantly increases the surface area of the surface at a lower pressure and thus promotes the removal of the gaseous substance from the liquid phase. Forming a foam over the molten material in the container rather than the molten material is preferred to compress the foam and promote degassing. It has also been found that feeding the freshly formed foam onto the foam layer accelerates the compression of the foam. Another advantage of the vertically elongate structure is that by forming foam at the top and removing the product from the bottom of the tank, the main mass transport function is removed from the foam area, making it unlikely that foam enters the product stream. The removal of gases from the melt under reduced pressure lowers the concentration of gases dissolved in the melt below their saturation points at atmospheric pressure. As the molten material moves downward toward the bottom outlet 35, the increasing pressure due to the depth of the melt in the tank forces the residual gases to remain in solution and reduces the volume of any small bubbles in solution. The dissolution of the gases can also be promoted by allowing the heat-5 state to decrease as the material moves towards the outlet.

Tavanomaisessa lasinsulatuksessa käytetään seos-materiaaleissa natriumsulfaattia tai kalsiumsulfaattia tai muita rikkilähteitä sulatus- ja puhdistusprosessin edistämiseksi. Rikkiyhdisteiden on kuitenkin todettu 10 muodostavan tietyn probleeman tyhjiöpuhdistuksessa suu rien vaahtomäärien vuoksi ja myös siksi, että rikki syövyttää tyhjiöpuhdistussäiliön keraamisia tulenkestosei-nämiä. Tähän asti on kuitenkin ollut vaikea suorittaa lasin tehokasta sulattamista ja puhdistamista ilman 15 rikkiyhdisteitä. Suositettavan tyhjiöpuhdistusjärjestel män eräs edullinen näkökohta onkin vielä, että lasi voidaan sulattaa ja puhdistaa korkealaatuiseksi tuotteeksi käyttämällä vain vähän rikkiä tai jättämällä se pois kokonaan. Tämä on käsiteltävän keksinnön mukaan mahdollista, 20 koska sulatus- ja puhdistustoimenpiteet tapahtuvat eri vaiheina, jolloin kumpikin vaihe voidaan suorittaa prosessilla, joka on tarkoitettu minimoimaan tai eliminoimaan puhdistuslaitteiden käyttö.In conventional glass melting, sodium sulfate or calcium sulfate or other sources of sulfur are used in the alloy materials to facilitate the melting and cleaning process. However, sulfur compounds have been found to pose a particular problem in vacuum cleaning due to the large amounts of foam and also because sulfur corrodes the ceramic refractory walls of the vacuum cleaning tank. Until now, however, it has been difficult to perform efficient melting and cleaning of glass without sulfur compounds. Indeed, another advantageous aspect of the preferred vacuum cleaning system is that the glass can be melted and cleaned to a high quality product with little or no sulfur. According to the present invention, this is possible because the smelting and cleaning operations take place in different stages, whereby each stage can be performed by a process designed to minimize or eliminate the use of cleaning equipment.

Kuvion 1 esittämällä tavalla käsiteltävän keksin-25 nön mukainen kokonaissulatusprosessi käsittää mieluim min kolme vaihetta, nimittäin nesteytysvaiheen 10, liuo-tusvaiheen 11 ja tyhjiöpuhdistusvaiheen 12. Erilaisia järjestelyitä voidaan käyttää aloittamaan sulattaminen nesteytysvaiheessa 10, mutta erittäin tehokas järjestely 30 prosessin tämän vaiheen eristämiseksi ja sen suoritta miseksi taloudellisesti julkistetaan US-patentissa nro 4 381 934, johon viitataan tässä, kun on kysymys suositettavan nesteytysvaiherakenteen yksityiskohdista. Nes-teytyssäiliön perusrakenteena on rumpu 15, joka voidaan 35 valmistaa teräksestä ja jossa on pääasiassa lieriön muo- 10 82 437 toinen sivuseinämäosa, pääasiassa avonainen yläosa ja pohjaosa, joka on poistoaukkoa lukuunottamatta suljettu. Rumpu 15 on asennettu niin, että se pyörii suunnilleen pystysuorassa akselissa esimerkiksi sen ympärillä olevan 5 tukirenkaan 16 avulla, joka on tuettu pyörivänä useihin tukipyöriin 17 ja pysyy paikallaan useiden samassa linjassa olevien pyörien 18 avulla. Pääasiassa suljettu syvennys on muodostettu rumppun 15 kansirakenteen 20 avulla, joka on varustettu kiinteällä tuella, esimerkiksi kehä-10 runkoa 21 käyttämällä. Kansi 20 voi olla tulenkestävää ke- ramiikkamateriaalia ja vaihdella muodoltaan, kuten tulen-kestouunien asiantuntijat hyvin tietävät. Kuviossa esitetty järjestely on ylöspäin kaareuva holvirakenne, joka on valmistettu lukuisista tulenkestoelementeistä. On huo-15 mättävä, että kantta varten voidaan käyttää monoliitti-tai tasaisia, ripustettuja rakenteita.The overall melting process of the present invention as shown in Figure 1 preferably comprises three steps, namely liquefaction step 10, dissolution step 11 and vacuum purification step 12. Various arrangements can be used to initiate melting in liquefaction step 10, but a highly efficient arrangement 30 to isolate this step and process economically disclosed in U.S. Patent No. 4,381,934, which is incorporated herein by reference for details of the preferred liquefaction step structure. The basic structure of the liquefaction tank is a drum 15, which can be made of steel and has a second cylindrical side part, mainly an open top part and a bottom part, which is closed except for the outlet opening. The drum 15 is mounted so as to rotate in an approximately vertical axis, for example by means of a support ring 16 around it, which is rotatably supported on a plurality of support wheels 17 and remains in place by a plurality of wheels 18 in the same line. The substantially closed recess is formed by the cover structure 20 of the drum 15, which is provided with a fixed support, for example by using a frame 21 of the circumference 10. The lid 20 may be of refractory ceramic material and may vary in shape, as is well known to those skilled in the art of refractory furnaces. The arrangement shown in the figure is an upwardly curved vault structure made of a plurality of refractory elements. It should be noted that monolithic or flat, suspended structures can be used for the cover.

Lämpö seosmateriaalin nesteyttämistä varten voidaan järjestää yhdellä tai useammalla kannen 20 läpi suuntautuvalle polttimelle 22.Heat for liquefying the alloy material may be provided by one or more burners 22 passing through the lid 20.

20 Mieluimmin useita polttimia on järjestetty kannen kehälle, jolloin niiden liekit suuntautuvat rummussa olevalle laajalle materiaalialueelle. Polttimet ovat mieluimmin vesijäähdytteisiä niiden suojaamiseksi säiliössä ankaralta ympäristöltä. Poistokaasut voivat päästä ulos 25 nesteytyssäiliöstä kannessa olevan aukon 23 kautta. Jäte-lämpöä voidaan käyttää edullisesti seosmateriaalin esi-kuumentamiseen esikuumennusvaiheessa (ei esitetty) US-pa-tentissa nro 4 519 814 julkistetulla tavalla.Preferably, a plurality of burners are arranged on the circumference of the lid so that their flames are directed over a wide area of material in the drum. The burners are preferably water-cooled to protect them in the tank from harsh environments. Exhaust gases can escape from the liquefaction tank 25 through an opening 23 in the lid. The waste heat can be advantageously used to preheat the alloy material in a preheating step (not shown) as disclosed in U.S. Patent No. 4,519,814.

Seosmateriaalit, jotka ovat mieluimmin jauhemaisia, 30 voidaan syöttää nesteytyssäiliön syvennykseen kourulla 24, joka menee esitetyssä rakenteessa poistoaukon 23 läpi. Yksityiskohdat, jotka koskevat syöttökourun järjestelyä, voidaan nähdä US-patentista nro 4 529 428. Syöttökouru 24 päättyy lähelle rummun 10 sivuseinämiä, jolloin seosma-35 teriaali tulee rummun sisempien sivuseinämäosien päälle.The mixture materials, which are preferably powdered, 30 can be fed into the recess of the liquefaction tank through a trough 24 which passes through an outlet 23 in the structure shown. Details regarding the arrangement of the feed chute can be seen in U.S. Patent No. 4,529,428. The feed chute 24 terminates near the side walls of the drum 10, with the alloy material 35 coming on top of the inner side wall portions of the drum.

11 8243711 82437

Seosmateriaalikerros 25 pysyy kiinni rummun 10 sisäsei-nämissä rummun pyörimisestä johtuen ja toimii eristysvuo-rauksena. Koska vuorauksen 25 pinnassa oleva seosmateriaa-li on alttiina syvennyksessä olevalle lämmölle, se muodos-5 taa nesteytetyn kerroksen 26, joka virtaa alaspäin kalte vaa vuorausta pitkin säiliön pohjan keskiosassa olevaan poistoaukkoon. Poistoaukko voidaan varustaa keraamisella tulenkestoholkilla 27. Nesteytetyn materiaalin 28 muodostama virta putoaa vapaasti nesteytyssäiliöstä toiseen vai-10 heeseen 11 johtavan aukon 29 läpi.The alloy material layer 25 adheres to the inner walls of the drum 10 due to the rotation of the drum and acts as an insulating liner. Because the alloy material on the surface of the liner 25 is exposed to heat in the recess, it forms a liquefied layer 26 which flows downwardly along the inclined liner to an outlet in the center of the bottom of the container. The outlet can be provided with a ceramic refractory sleeve 27. The stream formed by the liquefied material 28 falls freely from the liquefaction tank through the opening 29 leading to the second stage 11.

Toista vaihetta voidaan nimittää liuotussäiliöksi, koska sen eräänä tehtävänä on suorittaa loppuun niiden seos-materiaalissa olevien ja mahdollisesti sulamattomien rakeiden liuottaminen, joita on nesteytyssäiliöstä 10 lähtevässä 15 nesteytetyssä virrassa 28. Nesteytetty materiaali on tässä pisteessä sulanut yleensä vain osittain ja sisältää sulamattomia hiekkarakeita ja huomattavan kaasuvaiheen. Tyypillisessä natriumkalkkipiisulatusprosessissa, jossa käytetään puhdistuksen apuaineina karbonaattiseosmateriaaleja 20 ja sulfaatteja, kaasuvaihe koostuu pääasiassa hiilioksi- deista ja rikkioksideista. Typpeä voi myös tulla lasiseok-seen jääneestä ilmasta.The second stage can be called a dissolution tank because one of its functions is to complete the dissolution of the granules in the alloy material and possibly indigestible in the liquefied stream 28 leaving the liquefaction tank 10. The liquefied material is usually only partially melted at this point and . In a typical sodium lime silicon smelting process using carbonate alloy materials 20 and sulfates as cleaning aids, the gas stage consists primarily of carbon oxides and sulfur oxides. Nitrogen can also come from the air trapped in the glass mixture.

Liuotussäiliön 11 tehtävänä on suorittaa loppuun ensimmäisestä vaiheesta tulevassa nesteytetyssä materiaa-25 lissa olevien sulamattomien hiukkasien liuottaminen järjestämällä massalle tietty oloaika myötävirran puolella olevasta puhdistusvaiheesta eristetyssä kohdassa. Natronkalk-kipiilasi nesteytyy tyypillisesti noin 1150°C - 1200°C lämpötilassa ja tulee liuotusastiaan 11 noin 1200°C -30 noin 1320°C lämpötilassa, jossa lasimassassa jäljellä olevat sulamattomat hiukkaset liukenevat yleensä, kun niillä on riittävä oloaika. Esitetty liuotussäiliö 11 on vaakasuunnassa pitkänomainen tulenkestoallas 30, jossa on tu-lenkestokatto 31 ja altaan vastakkaisissa päissä tulo- ja 35 poistoaukko riittävän oloajan varmistamiseksi. Liuotussäi- i2 82437 liössä olevan sulan materiaalin syvyys voi olla suhteellisen pieni materiaalin kierrätyksen vähentämiseksi.The purpose of the dissolution tank 11 is to complete the dissolution of the indigestible particles in the liquefied material from the first stage by providing the pulp with a certain residence time in a place isolated from the downstream cleaning stage. The soda lime silica typically liquefies at a temperature of about 1150 ° C to 1200 ° C and enters the dissolution vessel 11 at a temperature of about 1200 ° C to about 1320 ° C, where the remaining indigestible particles in the glass mass generally dissolve when they have a sufficient residence time. The dissolution tank 11 shown is a horizontally elongated refractory basin 30 with a fireproof ceiling 31 and an inlet and outlet 35 at opposite ends of the basin to ensure a sufficient residence time. The depth of the molten material in the dissolution tank may be relatively small to reduce material recycling.

Vaikka lämpöenergiaa ei tarvitsekaan lisätä sanottavasti liuotusvaiheen suorittamista varten, kuumentami-5 nen voi kuitenkin nopeuttaa prosessia ja pienentää näin ollen liuotussäiliön 11 kokoa. Tärkeämpää on kuitenkin, että materiaali kuumennetaan liuotusvaiheessa niin, että sen lämpötila nousee seuraavaa puhdistusvaihetta varten. Puhdistuslämpötilan maksimointi on edullista lasin viskoit) siteetin vähentämiseksi ja seoksessa olevien kaasujen höyrynpaineen lisäämiseksi. Noin 1520°C lämpötilaa pidetään yleensä toivottavana natriumkalkkipiilasille, mutta käytettäessä tyhjiötä puhdistamisen edistämiseksi voidaan tuotteen laadun kärsimättä käyttää alhaisempiakin puhdis-15 tuslämpötiloja. Se määrä, jonka verran lämpötiloja voi daan laskea, riippuu tyhjiön määrästä. Sen vuoksi, kun puhdistus on suoritettava tyhjiötä käyttäen käsiteltävän keksinnön mukaisesti, lasin lämpötilaa ei tarvitse nostaa esimerkiksi 1480°C suuremmaksi, mieluimmin vain 20 1430°C:een ja kaikkein mieluimmin vain noin 1370°C:een ennen puhdistusta. Tällaiset huippulämpötilojen alentamiset lisäävät tuntuvasti tulenkestosäiliöiden käyttöikää ja säästävät energiaa. Liuotussäiliöön tulevaa nesteytet-tyä materiaalia on siis kuumennettava vain kohtuullisesti 25 sulan materiaalin järjestämiseksi valmiiksi puhdistusta varten. Palamislämpölähteitä voidaan käyttää liuotusvaiheessa 11, mutta on todettu, että tätä vaihetta varten voidaan käyttää yhtä hyvin myös sähkökuumennusta, jolloin useita elektrodeja 32 voidaan sijoittaa kuviossa esitetyl-30 lä tavalla vaakasuunnassa sivuseinämien läpi. Itse sulat teen vastus muodostaa lämpöä sähkövirtaan, joka on elektrodien välissä, lasin sähkösulatukseen tavanomaisesti käytetyssä tekniikassa. Elektrodit 32 voivat olla hiiltä tai molybdeenia, siis alan asiantuntijoille tuttua tyyp-35 piä.Although it is not necessary to increase the thermal energy to carry out the dissolution step, heating can speed up the process and thus reduce the size of the dissolution tank 11. More importantly, however, the material is heated in the dissolution step so that its temperature rises for the next purification step. Maximizing the cleaning temperature is advantageous to reduce the viscosity of the glass and to increase the vapor pressure of the gases in the mixture. A temperature of about 1520 ° C is generally considered desirable for sodium lime silica, but when vacuum is used to promote purification, even lower purification temperatures can be used without compromising product quality. The amount by which temperatures can be lowered depends on the amount of vacuum. Therefore, when cleaning must be performed using a vacuum in accordance with the present invention, the temperature of the glass need not be raised above, for example, 1480 ° C, preferably only 20 to 1430 ° C, and most preferably only about 1370 ° C prior to cleaning. Such reductions in peak temperatures significantly increase the service life of refractory tanks and save energy. Thus, the liquefied material entering the dissolution tank only needs to be heated moderately to provide the molten material ready for cleaning. Combustion heat sources can be used in the dissolution step 11, but it has been found that electric heating can also be used for this step, in which case several electrodes 32 can be placed horizontally through the side walls as shown in the figure. The resistance of the molten tea itself generates heat in the electric current between the electrodes in the technique conventionally used for the electric melting of glass. The electrodes 32 may be carbon or molybdenum, i.e. type 35 known to those skilled in the art.

i3 82437i3 82437

Kuorimisosa 33 voidaan järjestää liuotussäiliöön estämään kelluvan materiaalin pääsy poistopäähän.The peeling portion 33 may be provided in the dissolution tank to prevent floating material from entering the discharge end.

Venttiili, joka ohjaa materiaalivirtausta liuotus-vaiheesta 11 puhdistusvaiheeseen 12, käsittää männän 35, 5 joka on aksiaalisesti samassa linjassa poistoputken 36 kanssa. Männän varsi 37 menee liuotussäiliön katon 31 läpi ja ohjaa männän 35 putken 36 aukkoa sekä säätää näin materiaalin virtausnopeuden puhdistusvaiheeseen. Venttii-liputki 36 voidaan valmistaa tulenkestomateriaalista, esi-10 merkiksi platinasta ja se on tiivistetty aukkoon 44 puhdis- tussäiliön yläpäähän. Vaikka suositetaankin venttiilijär-jestelyä, niin myös muita laitteita voidaan käyttää ohjaamaan sulan materiaalin virtausnopeutta puhdistusvaiheeseen, kuten alalla hyvin tiedetään. Esimerkkinä voidaan 15 mainita kuumennus- ja/tai jäähdytyslaite, joka liittyy poistoputkeen viskositeetin ja tällöin myös virtausnopeuden säätämiseksi sulan materiaalin mennessä sen läpi.The valve, which directs the flow of material from the dissolution step 11 to the cleaning step 12, comprises a piston 35, 5 which is axially aligned with the outlet pipe 36. The piston rod 37 passes through the roof 31 of the dissolution tank and guides the opening of the tube 36 of the piston 35 and thus adjusts the material flow rate to the cleaning step. The valve tube 36 can be made of a refractory material, for example platinum, and is sealed in an opening 44 in the upper end of the cleaning tank. Although a valve arrangement is preferred, other devices may be used to control the flow rate of molten material into the purification step, as is well known in the art. An example is a heating and / or cooling device which is connected to the outlet pipe in order to control the viscosity and then also the flow rate as the molten material passes through it.

Puhdistusvaihe 12 käsittää mieluimmin pystysuoran säiliön, joka voi olla muodoltaan lähinnä lieriö ja jossa 20 on sisäpuolella keraaminen tulenkestovuoraus 40 kaasutii- viiseen, vesijäähdytteiseen koteloon suljettuna. Tulenkestovuoraus voi olla alalla hyvin tunnettua aluminiumoksidi-sirkoniumoksidi-piioksidityyppiä. Kotelo voi käsittää kak-siseinämäisen, lieriömäisen sivuseinämävaipan 41, jossa on 25 renkaan muotoinen vesikanava; ja pyöreät päätyjäähdyttimet 42 ja 43. Tällöin voidaan käyttää sopivaa jäähdytysjärjestelmää. Eristyskerros (ei esitetty) voidaan järjestää vuorauksen 40 ja vaipan 41 väliin.The cleaning step 12 preferably comprises a vertical container, which may be substantially cylindrical in shape, with 20 inside a ceramic refractory liner 40 enclosed in a gas-tight, water-cooled housing. The refractory lining may be of the alumina-zirconia-silica type well known in the art. The housing may comprise a double-walled, cylindrical sidewall jacket 41 having an annular water channel; and circular end coolers 42 and 43. In this case, a suitable cooling system can be used. An insulating layer (not shown) may be provided between the liner 40 and the sheath 41.

Sulan materiaalin mennessä putken 36 läpi ja kohda-30 tessa alennetun paineen puhdistussäiliössä sulatteessa olevien kaasujen tilavuus kasvaa, jolloin nesteen 51 päälle muodostuu vaahtokerros 50. Vaahdon puristuessa kokoon se yhtyy nesteeseen 51. Ilmakehän painetta pienempi paine voidaan muodostaa puhdistussäiliöön tyhjiöputkella 52, joka 35 menee säiliön yläosan läpi.As the molten material passes through the tube 36 and meets the reduced pressure cleaning tank, the volume of gases in the melt increases, forming a foam layer 50 on the liquid 51. As the foam compresses, it merges with the liquid 51. A lower atmospheric pressure can be applied to the purge tank 52. through the top.

i4 82437i4 82437

Putki 54 voi suuntautua puhdistussäiliön yläosaan vaahdonsärkemisaineiden syöttämiseksi säiliöön, mikäli vaahdonsärkemistä on lisättävä. Suositettava vaahdonsär-kemisaine on vesi, jota voidaan suihkuttaa vaahdon pääl-5 le joko yhtäjaksoisesti tai jaksoittain.Pipes 54 may extend to the top of the cleaning tank to supply foam breakers to the tank if foam breakage needs to be increased. The preferred foaming agent is water, which can be sprayed onto the foam either continuously or intermittently.

Sula, puhdistettu materiaali johdetaan pois puhdistussäiliön 12 pohjasta poistoputkella 55, joka on tulenkestävää metallia, esimerkiksi platinaa. Poistoputki 55 suuntautuu mieluimmin tulenkestävän pohjaosan 56 pinnan 10 yläpuolelle, johon se on asennettu estämään mahdollisen jätteen siirtyminen poistovirtaan. Pohjaosan 56 vahvuus voi olla pienempi putken 55 kohdalla, niin että putkeen kohdistuva eristysvaikutus on pienempi, jolloin putken lämpötilaa voidaan nostaa materiaalin jäähtymisen estämi-15 seksi putkessa. Vuoto putken ympärillä estetään vesijääh- dyttimellä 57, joka on pohjaosan 56 alla. Sulan materiaalin virtausnopeutta poistoputkesta 55 ohjataan kartiomai-sella kuristusosalla 58, joka on varren 59 päässä. Varsi 59 on yhdistetty mekaaniseen laitteeseen (ei esitetty) 20 säätämään kuristusosan 58 korkeus sekä kuristusosan 58 ja putken 55 välinen aukko virtausnopeuden ohjaamiseksi. Puhdistettu sula materiaalivirta 60 putoaa vapaasti puhdistussäiliön pohjasta ja se voidaan ohjata muotoiluase-malle (ei esitetty), jossa se muotoillaan halutuksi tuot-25 teeksi. Puhdistettu lasi voidaan siirtää esimerkiksi kel luvan lasin muotoilukammioon, jossa sula lasi kelluu sulan metallin päällä ja muodostaa tasaisen lasilevyn.The molten, purified material is discharged from the bottom of the cleaning tank 12 by an outlet pipe 55 of refractory metal, for example platinum. The discharge pipe 55 preferably extends above the surface 10 of the refractory base portion 56 on which it is mounted to prevent any waste from entering the discharge stream. The strength of the base portion 56 may be lower at the tube 55, so that the insulating effect on the tube is smaller, whereby the temperature of the tube can be raised to prevent the material from cooling in the tube. Leakage around the pipe is prevented by a water cooler 57 below the bottom part 56. The flow rate of molten material from the outlet pipe 55 is controlled by a conical throttle portion 58 located at the end of the shaft 59. The arm 59 is connected to a mechanical device (not shown) 20 for adjusting the height of the orifice portion 58 and the opening between the orifice portion 58 and the tube 55 to control the flow rate. The purified molten material stream 60 falls freely from the bottom of the cleaning tank and can be directed to a forming station (not shown) where it is formed into the desired product. The purified glass can be transferred, for example, to a glass forming chamber where the molten glass floats on the molten metal and forms a flat glass sheet.

Puhdistussäiliö 12 on mieluimmin lieriön muotoinen, vaikka myös muut rakennemuodot voivat tulla kysymykseen.The cleaning tank 12 is preferably cylindrical, although other designs may be considered.

30 Lieriömuoto on edullinen nimenomaan kaasutiiviin säiliön muodostamiseksi. Sisemmän kosketuspinnan suhde tilavuuteen on myös minimoitu pyöreätä poikkileikkausta käyttämällä. Tavanomaiseen, avoliesityyppiseen kierrätyspuhdistimeen verrattuna käsiteltävän keksinnön mukainen lieriömäinen 35 tyhjiöpuhdistin vaatii vain murto-osan tulenkestävästä kosketuspinta-alasta.The cylindrical shape is particularly preferred for forming a gas-tight container. The ratio of the inner contact surface to volume is also minimized by using a circular cross section. Compared to a conventional open-type recycle cleaner, the cylindrical vacuum cleaner 35 of the present invention requires only a fraction of the refractory contact area.

I! is 82437I! is 82437

Puhdistimessa 12 olevan sulan materiaalin 51 korkeus riippuu kammiossa olevan tyhjiön määrästä. Nesteen korkeudesta riippuvan hydrostaattisen paineen on oltava riittävä, niin että saadaan aikaan paine, joka on 5 yhtä suuri tai suurempi kuin ilmakehän paine poistoaukos- sa, jolloin materiaali voi virrata vapaasti ulos säiliöstä. Korkeus riippuu sulan materiaalin ominaispainosta, joka on natriumkalkkipiilasille mainituissa lämpötiloissa noin 2,3. Korkeus, joka ylittää tyhjiön kompensoimiseen tarvittavan 10 nimikorkeuden, on edullinen ilmakehän paineen vaihteluiden kannalta, tyhjiön vaihtelun mahdollistamiseksi ja varmistamaan stabiili virtaus poistoaukon kautta. Käsiteltävän keksinnön suositettavissa rakenteissa on huomattava yli-korkeus, joten poistoaukon virtausnopeus ei määräydy tyh-15 jiön paineen perusteella, vaan se säädetään mekaanisella venttiililaitteella. Tällainen järjestely mahdollistaa syöttönopeuden ja tyhjiön paineen muuttamisen toisistaan riippumatta. Vaihtoehtoisesti poistoaukon paine voi alittaa ilmakehän paineen, jos poistoaukko on varustettu pump-20 pulaitteella paine-eron kompensoimiseksi. Eräs esimerkki sulalle lasimassalle käytettävästä pumpusta julkistetaan US-patentissa nro 4 083 711, joka sisältyy tähän viitteenä.The height of the molten material 51 in the cleaner 12 depends on the amount of vacuum in the chamber. The height-dependent hydrostatic pressure of the liquid must be sufficient to provide a pressure equal to or greater than the atmospheric pressure at the outlet so that the material can flow freely out of the container. The height depends on the specific gravity of the molten material, which is about 2.3 for sodium lime silica at said temperatures. A height in excess of the nominal height required to compensate for the vacuum is advantageous in terms of atmospheric pressure fluctuations, to allow the vacuum to fluctuate and to ensure a stable flow through the outlet. The preferred structures of the present invention have a considerable over-height, so that the outlet flow rate is not determined by the vacuum pressure, but is controlled by a mechanical valve device. Such an arrangement allows the feed rate and the vacuum pressure to be changed independently. Alternatively, the outlet pressure may be below atmospheric pressure if the outlet is equipped with a pump-20 pula device to compensate for the pressure difference. An example of a pump for molten glass is disclosed in U.S. Patent No. 4,083,711, which is incorporated herein by reference.

Tyhjiön käytön edut puhdistusprosessissa käyvät ilmi asteittain, toisin sanoen, mitä pienempi paine on, sitä *: 25 suurempi etu saadaan. Pienet paineenvähennykset ilmakehän paineen alapuolelle voivat saada aikaan tuntuvia parannuksia, mutta tyhjiökammion käytön perustelemiseksi taloudellisesti suositetaan kuitenkin huomattavasti alennettujen paineiden käyttöä. Näin ollen suositetaan enintään puolen 30 ilmakehän painetta, jolloin saadaan tuntuvia parannuksia sileää natriumkalkkipiilasia puhdistettaessa. Vielä parempiin tuloksiin päästään paineen ollessa 1/3 ilmakehää tai sen alle. Normaali, kirkas ja sileä natriumkalkkipiilasi-seos puhdistettiin 100 torrin absoluuttisessa paineessa, 35 jolloin saatiin tuote, jossa oli yksi kupla 100 cm kohden, mikä on monissa lasivalmisteissa hyväksyttävä laatutaso.The advantages of using a vacuum in the cleaning process become apparent gradually, i.e. the lower the pressure, the greater the *: 25 advantage. Small reductions in pressure below atmospheric pressure can bring about significant improvements, but to economically justify the use of a vacuum chamber, the use of significantly reduced pressures is nevertheless recommended. It is therefore recommended to not more than half 30 at atmospheric pressure to give substantial improvements in stocking natriumkalkkipiilasia purification. Even better results are obtained at a pressure of 1/3 of the atmosphere or below. The normal, clear and smooth mixture of sodium lime silicon glass was purified at an absolute pressure of 100 torr to give a product with one bubble per 100 cm, which is an acceptable level of quality in many glass products.

ie 82437ie 82437

Puhdistuspainetta, joka on alle 100 torria, esimerkiksi 20-50 torria, suositetaan erityisesti, koska tällöin pystytään valmistamaan sellainen kaupallinen kel- 3 lulasilaatu, jossa on noin yksi kupla 1000 - 10 000 cm 5 kohden. Halkaisijaltaan alle 0,01 mm:n kuplia pidetään näkymättöminä, joten niitä ei huomioida kuplia laskettaessa.A cleaning pressure of less than 100 torr, for example 20-50 torr, is particularly preferred, as it is possible to produce a commercial grade of glass with about one bubble per 1000 to 10,000 cm 5. Bubbles less than 0.01 mm in diameter are considered invisible and are therefore disregarded when calculating bubbles.

Käsiteltävän keksinnön mukainen ylätilan kuumen-nuslaite voi olla poltin 53, joka menee yläjäähdyttimen 10 52 läpi puhdistussäiliöön 12 kuviossa 1 esitetyllä taval la. Poltin on sen käyttöiän pidentämiseksi varustettu mieluimmin vesijäähdytteisellä vaipalla. Vaikka tarkkaa vaah-donsärkemismekanismia ei tunnetakaan täysin, lähdetään siitä, että polttimesta tuleva lämpö vähentää vaahdon visko-15 siteettia ja lisää kuplien tilavuutta näiden molempien te kijöiden ollessa omiaan saamaan aikaan vaahdon kuplien särkymisen. Kun polttimen liekin nopeus on riittävän suuri, liekin iskeytyminen vaahtoon voi aiheuttaa kuplien särkymisen. Poistoputken 36 ollessa valmistettu platinas-20 ta käytetään mieluimmin hapetusliekkiä, jolloin vältetään platinan huonontuminen. Mikäli platinaa ei käytetä tyh-jiösäiliön ylätilassa, suositetaan pelkistävää liekkiä, koska sillä on suurempi taipumus puristaa vaahto kokoon.The upper space heating device according to the present invention may be a burner 53 which passes through an overcooler 10 52 to a cleaning tank 12 as shown in FIG. To extend its service life, the burner is preferably provided with a water-cooled jacket. Although the exact mechanism of foam breakage is not fully known, it is assumed that the heat from the burner reduces the viscosity of the foam and increases the volume of the bubbles, both of which are capable of causing the foam bubbles to break. When the burner flame speed is high enough, hitting the flame with foam can cause bubbles to break. When the exhaust pipe 36 is made of platinum, an oxidizing flame is preferably used to avoid deterioration of the platinum. If platinum is not used in the upper space of the vacuum container, a reducing flame is recommended because it has a greater tendency to compress the foam.

Jotta vältetään typen pääseminen järjestelmään 25 palamisilmasta, suositetaan polttimen 53 käyttämistä ha- pella. Lasimassaan mahdollisesti päässeellä typellä on nimittäin suhteellisen suuri virhevaikutus lasiin, koska se liukenee verrattain heikosti sulaan lasimassaan. Haluttaessa välttää hiilidioksidia, joka on toinen lasiin 30 kuplia muodostava aine, polttoaineena voidaan käyttää vetyä. Vesi, joka on vedyn ja hapen palamistuote, liukenee taas suhteellisen hyvin sulaan lasiin. On myös toivottavaa, että vältetään hiilidioksidin käyttöä, koska hiilidioksidikonsentraation alentaminen sulatteessa on 35 eräs puhdistustoiminnon normaalitavoitteita, joten onkin toivottavaa, että hiilidioksidin osapaine puhdistussäiliön i7 82437 ylätilassa pidetään mahdollisimman alhaisena. Sen sijaan veden poistaminen sulatteesta ei muodosta yleensä vaikeuksia. Vastaavasti voidaan käyttää plasmapoltinta poltti-men 53 tilalla käyttämällä tällöin sellaista kantokaasua, 5 joka liukenee suhteellisen hyvin venteen, siis esimerkiksi höyryä tai heliumia. Happea ja/tai typpeä voidaan myös käyttää plasman kantokaasuna. Alalla tunnetaan tällaiset plasmapolttimet ja niistä on esimerkki US-patentissa nro 4 545 798, jota koskeva selostus sisältyy tähän viitteenä. 10 Polttimen 53 toimiessa syntyvät, tiivistettävissä olevat aineet voidaan poistaa tyhjiökammiosta poistetusta kaasusta putkella 52, jolloin pystytään vähentämään kaa-sumäärää, joka tyhjiöpumpun on käsiteltävä, mikä helpottaa puolestaan alhaisiin paineisiin pääsemistä. Jos huo-15 mättävä osa poistokaasusta on vesihöyryä esimerkiksi silloin, kun polttimessa 53 käytetään vetyä ja happea, vesihöyryn tiivistyminen on erittäin edullista, koska tiivistymisen jälkeen jäljelle jäävä kaasutilavuus voi olla hyvin pieni. Tällöin voidaan käyttää tavanomaista lauh-20 teenkeruulaitetta, josta kaavio on esimerkki kuviossa 2.In order to prevent nitrogen from entering the system 25 from the combustion air, it is recommended to use the burner 53 with gas. The nitrogen which may have entered the glass mass has a relatively large defect effect on the glass because it is relatively insoluble in the molten glass mass. If it is desired to avoid carbon dioxide, which is another substance which forms 30 bubbles in the glass, hydrogen can be used as fuel. Water, a product of the combustion of hydrogen and oxygen, is again relatively soluble in molten glass. It is also desirable to avoid the use of carbon dioxide, since reducing the carbon dioxide concentration in the melt is one of the normal objectives of the purification operation, so it is desirable that the partial pressure of carbon dioxide in the upper space of the purge tank i7 82437 be kept as low as possible. In contrast, removing water from the melt is not usually a problem. Correspondingly, a plasma torch can be used instead of the torch 53, in which case a carrier gas 5 which is relatively soluble in the vent, i.e. for example steam or helium, can be used. Oxygen and / or nitrogen can also be used as the plasma carrier gas. Such plasma torches are known in the art and are exemplified in U.S. Patent No. 4,545,798, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The sealable substances generated by the operation of the burner 53 can be removed from the gas removed from the vacuum chamber by a pipe 52, whereby the amount of gas which the vacuum pump has to handle can be reduced, which in turn facilitates reaching low pressures. If a significant part of the exhaust gas is water vapor, for example when hydrogen and oxygen are used in the burner 53, condensation of water vapor is very advantageous because the volume of gas remaining after condensation can be very small. In this case, a conventional condenser collection device can be used, an example of which is shown in Fig. 2.

Poistoputki 52 on varustettu tällöin vesivaipalla 67, joka suojaa kaasuputken 61 sen läpi meneviltä kuumilta kaasuilta. Tavanomaista vaippa- ja putkilämmönvaihdinta 62 voidaan käyttää poistokaasujen jäähdyttämiseen. Esitetys-25 sä järjestelyssä jäähdytysvesi menee vaipan läpi ja jääh dyttää putkien läpi menevät kaasut. Kaasut jäähdytetään veden kastepisteeseen tyhjiöjärjestelmän paineella vesihöyryn tiivistämiseksi kaasuista. Lauhdos ja mahdollinen jäännöskaasu virtaa vedenkeruukammioon 63, josta kaa-30 sut siirtyvät tyhjiöpumppuun 64 veden poistuessa paineen- tasauspylvääseen 65, joka on pystysuora kokoomasäiliöön 66 tai poistoputkeen nähden. Jos lämmönvaihtimen pinnoissa tapahtuu huomattavaa kiinteiden aineiden kasaantumista, voi olla edullista, että kaasu ohjataan ylöspäin 35 lämmönvaihtimen läpi, jolloin alaspäin virtaava lauhdos huuhtelee pois kasaumat lämmönvaihtimen tulopäästä.The outlet pipe 52 is then provided with a water jacket 67 which protects the gas pipe 61 from hot gases passing through it. A conventional jacket and tube heat exchanger 62 can be used to cool the exhaust gases. In the arrangement shown, cooling water passes through the jacket and cools the gases passing through the pipes. The gases are cooled to the dew point of the water under the pressure of a vacuum system to condense water vapor from the gases. Condensation and any residual gas flows into the water collection chamber 63, from which the gas 30 passes to the vacuum pump 64 as the water exits to a pressure equalization column 65 which is vertical to the collection tank 66 or the discharge pipe. If there is a significant accumulation of solids on the surfaces of the heat exchanger, it may be advantageous for the gas to be directed upwards through the heat exchanger 35, whereby the condensate flowing downwards flushes out the accumulations from the inlet end of the heat exchanger.

is 82437is 82437

Sulatuksessa ja puhdistuksessa käytettävät lisä-aineet, esimerkiksi rikki- tai fluoriyhdisteet, sisältyvät perinteisesti lasimassaan ja muodostavat huomattavan osan niistä ei-toivotuista päästöistä, jotka liitty-5 vät lasinsulatusuunien poistokaasuun. Niiden eliminoimi nen on siis toivottavaa, mutta parhaan mahdollisen laatutason varmistamiseksi, nimenomaan sileän lasin ollessa kysymyksessä, lisäaineiden käyttöä on pidetty välttämättömänä. Lisäksi rikkilähteiden (esimerkiksi natriumsul-10 faatin ja kalsiumsulfaatin) on todettu muodostavan lii kaa vaahtoa tyhjiötä käytettäessä. Sileässä lasimassassa on natriumsulfaattia yleensä noin 5-15 paino-osaa pii-dioksidilähdemateriaalin (hiekan) 1000 paino-osaa kohden noin 10-paino-osan ollessa kuitenkin toivottu määrä riit-15 tävän puhdistuksen varmistamiseksi. Käsiteltävän keksin nön mukaan meneteltäessä on todettu, että on edullista rajoittaa natriumsulfaatin käyttö kahdeksi paino-osaksi helposti käsiteltävän vaahdotusasteen pitämiseksi yllä ja tällöin on lisäksi todettu, ettei sillä ole puhdis-20 tuksen kannalta haitallista vaikutusta. Natriumsulfaat tia käytetään mieluimmin enintään yksi paino-osa hiekan 1000 paino-osaa kohti puolen paino-osan ollessa tällöin erittäin edullinen määrä. Nämä painosuhteet on ilmoitettu vain natriumsulfaatille, mutta on selvää, että niitä 25 voidaan soveltaa myös muihin rikkilähteisiin molekyyli- painosuhteina. On myös mahdollista, että rikkilähdema-teriaali jätetään kokonaan pois, vaikka ne pienet määrät rikkiyhdisteitä, joita on usein tyypillisissä mine-raalilähdeseosmateriaaleissa, aiheuttavat tavallisesti 30 sen, että sulatteeseen pääsee tällöin jonkin verran rikkiä.Additives used in smelting and cleaning, for example sulfur or fluorine compounds, are traditionally included in the glass mass and form a significant part of the undesired emissions associated with the exhaust gas from glass melting furnaces. It is therefore desirable to eliminate them, but in order to ensure the best possible level of quality, especially in the case of smooth glass, the use of additives has been considered necessary. In addition, sulfur sources (e.g., sodium sulfate and calcium sulfate) have been found to form excessive foam when used under vacuum. The smooth glass mass generally contains about 5 to 15 parts by weight of sodium sulfate per 1000 parts by weight of the silica source material (sand), however, about 10 parts by weight is the desired amount to ensure adequate purification. In accordance with the present invention, it has been found advantageous to limit the use of sodium sulfate to two parts by weight in order to maintain an easy-to-handle degree of foaming, and it has further been found that it has no detrimental effect on purification. The sodium acetate is preferably used up to one part by weight of sand, 1000 parts by weight per part by weight of a half case of a highly preferred. These weight ratios are reported for sodium sulfate only, but it is clear that they can also be applied to other sulfur sources as molecular weight ratios. It is also possible that the sulfur source material is completely omitted, although the small amounts of sulfur compounds often present in typical mineral source alloy materials usually cause some sulfur to enter the melt.

Claims

A method of cleaning a glass material or the like, wherein the amount of molten material is kept in a closed container, a certain layer of foam is applied to the molten material and a pressure below atmospheric pressure is applied to the container to promote cleaning of the material.

Method according to Claim 1, characterized in that the heating is carried out by means of combustion in a tank, for example with a flame directed at the foam.

A method according to claim 2, characterized in that the combustion is maintained by an oxidizing gas, the oxygen content of which is enriched to exceed the oxygen content of the air, in particular by a gas consisting mainly of oxygen.

Method according to Claim 2 or 3, characterized in that the combustion is effected at least in part by a non-carbon-containing fuel, for example a predominantly hydrogen-containing fuel.

Process according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the combustion products are essentially free of carbon oxides and / or nitrogen.

Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the combustion products contain water and in that the water is removed from the tank and sealed at atmospheric pressure.

Method according to Claim 1, characterized in that the heating takes place by means of a plasma torch, for example a torch in which the plasma uses steam, hydrogen, oxygen, helium or a mixture thereof as a carrier gas. • 35

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that more molten material enters the container on top of the molten material already present therein, said additional molten material preferably forming foam upon entering the container.

A method according to claim 8, characterized in that the material follows a substantially vertical path in the container and is removed from the container through an outlet at the bottom of the container. Il 2i 82437