用于熔化或精炼无机物的渣壳熔炼炉制造技术

本发明专利技术渣壳熔炼炉具备以下特征：一个炉壁（１）；一个炉底部（３）；一个环绕炉壁（１）的感应线圈（９），通过其向熔炼炉内的物品输入高频能量；炉壁（１）由排成一圈的金属管（１．１）构成，这些金属管可与冷却介质相接通，相邻金属管（１．１）之间具有缝隙；金属管（１．１）在其上端处折弯，从炉壁上方向下看其向外延伸，形成一个凸缘环套（２）；凸缘环套（２）再被一个上炉壁（４）包围，该上炉壁的上棱边位于凸缘环套（２）平面之上，从而在运行期间熔液覆盖凸缘环套（２）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Slag melting furnace for melting or refining inorganic substances

The invention of slag melting furnace shell has the following characteristics: a furnace wall (1); a furnace bottom (3); a surround furnace wall (1) of the induction coil (9), through to the melting furnace of items in the input energy of high frequency; the furnace wall (1) by forming a circle the metal tube (1.1), the metal pipe can be communicated with the cooling medium, the adjacent metal tube (1.1) with a gap between the metal tube bending; (1.1) at its upper end, see extending outward from the furnace wall on its direction, forming a flange ring sleeve (2); the flange ring sleeve (2) be a furnace wall (4) surrounded by the upper edge of the flange ring sleeve is located in the upper furnace wall (2) above the plane, thus the molten cover flange ring set in the operation period (2).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于熔化或精炼玻璃或玻璃陶瓷的所谓渣壳熔炼炉(Skulltiegel)。由耐火材料组成的熔池受到1650℃以上的高温玻璃熔液的侵蚀，因此耐用度较差，并且制造出来的玻璃含有由熔池材料形成的砖块、节点和疤痕。此外在温度超过1650℃时电气辅助加热的使用受到很大限制，因为电极，例如钼电极的腐蚀急剧增加，玻璃由于污染严重染色。侵蚀性的玻璃(如某些光学应用场合所必需的那种玻璃)在熔化期间，特别是在已被熔化时，即使在较低的温度时也强烈侵蚀陶瓷耐火材料。对熔池强烈的侵蚀既会使炉壁耐用度下降而造成不经济，又不能精确地使玻璃产品保持其化学成份和与之相关的所要求的性能。因此这一类玻璃在白金熔池中熔化。但是某些侵蚀性的玻璃也不能在白金熔炉中熔化，因为它侵蚀白金，并且溶解的氧化铂使玻璃染色，或者在后续过程中氧化铂还原成铂金属，形成铂颗粒疵点。在高纯度玻璃中，例如用于纤维光学中的玻璃，在熔化过程中带入十亿分之几的染色氧化物便可造成危害。对玻璃高频加热提供了一种将能量直接输入到玻璃内的可能性。由此可以避免因电极腐蚀造成的污染。在美国专利说明书US 4,780,121中描述了一种高频加热的陶瓷精炼熔炉，在该熔炉中在1150℃到1450℃之间的温度下精炼钠钙硅酸盐玻璃(Kalk-Natron-Silicat-Glaeser)。这种方法的缺点在于，在温度超过1700℃时耐火材料仍然受到玻璃强烈侵蚀。通过将能量直接输入玻璃也可以将玻璃加热到1650℃以上。在采用陶瓷熔炉或熔池材料时熔炉内壁上的温度不应超过1650℃。为了保持这个温度熔炉壁上的温度梯度随着温度的增加越来越陡，也就是说熔炉壁必须越来越薄，对外壁的冷却越来越强。通过自然对流冷却外壁，就像在美国专利说明书US 4,780,121中所描述的那样，有很大的局限性，因为加热的空气会导致熔炉壁和线圈之间电弧放电。如果陶瓷熔炉用水冷铜管冷却，可以达到更高的熔化温度。在一系列专利说明书US 3,461,215、DE 2033074、EP 0119877 B1、DE3316546 C1中描述了一种完全放弃采用陶瓷内炉结构的渣壳熔炼炉。达到最高到3000℃的熔化温度。在这些专利文献中还描述了用来熔化放射性材料的、连续工作的渣壳熔炼炉。采用渣壳熔炼炉可以避免形成受放射性污染的熔池材料。此外对熔化的玻璃没有气泡质量方面的要求。DE 3316547 C2描述了一种用来熔化非金属有机化合物的冷熔炉。其中在熔炉上边缘安装一个如由氧化物陶瓷制成的构件。此构件系圆柱形结构。它用来减少热量损失。所有在文献和专利中所描述的渣壳熔炼炉系统的共同缺点是，水冷的构件伸入到熔液表面之上的气体空腔内。由此带来一些实质问题1.熔液表面通过热辐射和水冷渣壳熔炼炉壁被冷却。因而从熔液中心到表面形成显著的温度梯度。这对于用作精炼设备是不利的，因为气泡不能上升或只能不充分地通过冷表面层升高，或者导致生成剧烈的泡沫。2.在采用燃烧器辅助加热时含硫的燃烧器废气凝结在冷却的渣壳熔炼炉冷却管上，并由于形成硫酸而导致对铜的腐蚀。这急剧地缩短渣壳熔炼炉的使用寿命。3.侵蚀性玻璃可能导致对上炉膛内水冷却铜构件的侵蚀。由于被侵蚀冷却管表面的直接剥落或者由于金属杂质经气态而输送到玻璃熔液内，导致熔液染色。本专利技术要解决的技术问题是提供一种高频加热、且不带陶瓷内炉的渣壳熔炼炉，其能将玻璃熔液加热到接近3000℃的温度，优选为接近2600℃，以及玻璃表面加热达到接近2600℃温度，优选为接近2400℃，并能保护其中的金属冷却管不受冷凝燃气或汽化产物的侵蚀。上述技术问题是通过权利要求1的特征来解决的。本专利技术具体达到如下效果冷却管在朝向玻璃熔液的一侧完全被玻璃熔液覆盖。因此它们在一侧受到保护而不会受到废气或来自热玻璃表面的蒸汽产物的影响。这是通过下述手段来达到的在上炉区的金属冷却管从垂直折转成水平，并位于玻璃表面之下。这种折转可以逐渐完成，或者将冷却管折弯90°。通过将冷却管折弯成水平形成一个位于在熔液表面下方不远处的冷却凸缘环套(Kragen)。在凸缘环套区域内玻璃熔液的温度从内到外逐渐降低。在凸缘环套的边缘区内玻璃熔液可以冷却到可在凸缘环套边缘上安装陶瓷耐火材料环的程度。边缘区的温度可以通过凸缘环套直径和边缘区的玻璃高度来调整，因而即使在中心区内的熔液温度非常高，外部区域内的玻璃仍然可以被冷却下来，并由耐火材料制成的周边将它装在其中。于是，对金属冷却管的侵蚀问题可以避免。金属管的使用寿命，从而该熔炼炉的使用寿命本身可提高很多倍。其次玻璃表面通过熔液本身相对于冷却管屏蔽。熔液能阻止上炉膛受到冷却管对其进行不希望的冷却。由此上炉膛可控制地达到较高的温度，从而熔液表面层内也产生较高的温度。这正好对精炼特别有利。这时既可以不用添加精炼剂，也可以在较短的时间内完成精炼过程。本专利技术的蘑菇形熔炼炉(以下简称蘑菇熔炼炉)不仅在精炼时，而且在熔化过程时也是有利的。因为与普通熔炼炉相比，其表面温度更高，可促使炉料更快熔化。因而其产量与公知熔炼炉相比得到提高。本专利技术的另一个优点是，不会有冷却管的剥蚀物进入玻璃熔液内。通过本专利技术可以满足工业用玻璃以及光学玻璃的所有要求，尤其是为达到良好透明度所提出的玻璃必须没有气泡的要求。在用本专利技术的蘑菇熔炼炉进行精炼时，可以使玻璃将其中的物理和化学相关的气体排除出来。在常见的玻璃熔化过程中，精炼过程借助于精炼剂如Na2SO4、As2O3、Sb2O3或NaCl来完成。这些精炼剂在精炼温度下分解或汽化，形成气泡，来自熔液中的残余气体可能扩散到气泡中。精炼时产生的气泡必须足够大，以便在经济上可以承受的时间内在玻璃熔液中上升到表面并破裂。气泡上升的速度既取决于气泡大小，也取决于玻璃的粘度。例如，在温度从1600℃上升到2400℃时，气泡上升速度提高约100倍，也就是说，温度为2400℃时的0.1mm(毫米)直径的气泡与1600℃的1mm(毫米)气泡上升得一样快。通过提高精炼温度，大多数气体降低了其物理和化学的溶解度，从而附加地支持高温精炼。高温精炼提供了这样的可能性，不是大大缩短精炼时间，就是不必添加用来产生大的精炼气泡的精炼剂。其前提是，上升的气体可以到达玻璃表面，气泡在表面破裂而不形成泡沫。因而十分决定性的优点是本专利技术可以达到特别高的温度。本专利技术的蘑菇熔炼炉的加热主要通过在凸缘环套下方的熔炼炉区域内高频能量的辐射(Einstrahlung)来完成的。由于上炉膛被热绝缘，熔液表面的温度明显高于公知的简单的圆柱形渣壳熔炼炉。在本专利技术的蘑菇熔炼炉中，熔液表面可以通过燃气燃烧器或辐射加热器作辅助加热。在这种结构中燃烧器的废气不会凝结在冷的构件上，而是通过排气口从熔炼炉区域排出。此同样适用于来自高温玻璃表面的汽化产物。因而不再存在对金属冷却管的侵蚀问题，并且蘑菇熔炼炉可以维持几乎任意长的时间。通过上炉膛更好的隔热或通过用燃气燃烧器或辐射加热器辅助加热来提高熔液表面温度，也会促使高频能量更好地输入到这个区域内，因为较热的玻璃表面层具有比低温表面层高的导电能力。从而自身产生增强效应。对于精炼来说，同样由于熔液表面温度高可以达到更好的效果。因为热玻璃表面是气泡有效地从熔液中逸出的前提。尽管在边缘处的玻璃表面温度下降，在熔炼炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于熔化或精炼玻璃的渣壳熔炼炉； １．１具有一个炉壁（１）； １．２具有一个炉底部（３）； １．３具有一个环绕炉壁（１）的感应线圈（９），借助此感应线圈将高频能量输入装于熔炼炉中的物品内； １．４炉壁（１）由排成一圈的金属管（１．１）构成，金属管可与冷却介质相接通，相邻金属管（１．１）之间具有缝隙； １．５金属管（１．１）在其上端处折弯，从炉壁上方向下看其向外伸展，形成一个凸缘环套（２）； １．６凸缘环套（２）被另一炉壁（４）（上炉壁）包围，该另一炉壁的上棱边位于凸缘环套（２）平面之上，从而在运行期间熔液覆盖凸缘环套（２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：希尔德加德罗默，沃尔夫冈施米德鲍尔，沃纳基弗，吉多雷克，弗兰克托马斯伦蒂斯，
申请(专利权)人：舱壁玻璃公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]