使碱腐蚀降低的玻璃熔化方法和装置制造方法及图纸

使碱腐蚀降低的玻璃熔化装置，它包括：具有多个壁、窑顶、装料端、配合料熔化区和澄清区的玻璃熔炉；至少两个低动量氧气－燃料燃烧器，它们位于玻璃熔炉的至少一个炉壁上，每个燃烧器具有至少一个气体排出口，每一个燃烧器的每一个气体排出口的最低点在玻璃表面上方的垂直位置提高到约１８英寸－约３６英寸的高度；每一个氧气－燃料燃烧器沿着指向玻璃熔炉上相对垂直壁的路径产生火焰；以及所说的玻璃熔炉的壁和窑顶的内部交界处至少在玻璃熔体表面上方约５．５－９英尺的地方。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Glass melting method and apparatus for reducing alkali corrosion

Glass melting device for reducing alkali corrosion which includes: a plurality of kiln wall, roof, and glass furnace charging end with the material melting and refining area; at least two low momentum oxygen fuel burner, which is located in the glass melting furnace at least one furnace wall, each having at least one exhaust gas burner export, improve the lowest point of each gas of each burner outlet in the vertical position above the surface of the glass to about 18 inches to about 36 inches in height; each oxygen fuel burner to the glass furnace on the relative path vertical wall of flame generated along the border; and the internal glass melting furnace the top of the kiln wall and at least a place above the surface of the glass melt is about 5.5 to 9 feet.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用氧气-燃料烧嘴进行玻璃熔化的工艺，更进一步地说涉及在窑炉炉顶附近将碱挥发和碱蒸气降低。在玻璃熔化中，玻璃制造原料被送入到玻璃熔炉中并且熔化成熔融玻璃，然后将其倒入模具中，制备诸如玻璃瓶那样的产品。该玻璃制造原料包括氧化物配合料，如芒硝(硫酸钙，CaSO4)和硝石(硝酸钠，NaNO3，和硝酸钾，KNO3)，从而控制该玻璃的氧化还原状态。这些玻璃制造原料通过由燃料和氧化剂的燃烧所提供的热量而在窑炉中熔化。由燃烧产生的水蒸汽与熔融玻璃中的碱性氧化物起反应，形成从熔融玻璃中挥发出来的碱性氢氧化物。这些碱性氢氧化物，如氢氧化钠，NaOH，与窑炉耐火材料壁起反应并且造成耐火材料腐蚀，此外还会在位于窑炉之后的烟道通道中与二氧化硫，SO2，和氧气起反应形成硫酸钠和其它的硫酸盐和亚硫酸盐，这些化合物会形成颗粒并且通常需要昂贵的静电沉析器或收集室，从而确保它们不会散发到大气中。加快的腐蚀在转变成氧气-燃料燃烧的玻璃熔炉中在“超级结构”耐火砖中已经发生了。尤其是，在某些玻璃熔炉，如用于电视屏的玻璃熔炉中已经看到氧化硅窑顶受到了严重损失。通常人们认为加快腐蚀的主要原因在于在氧气-燃料燃烧时挥发性碱性物质，如氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)的浓度较高。在氧气-燃料燃烧中，包含在燃烧空气中氮气大部分被除去并且燃烧产物的体积通常降低到常规空气燃烧的三分之一到四分之一。因此碱性物质的浓度与在常规空气燃烧中产生的挥发性碱性物质的数量相比增加了3-4倍。加速腐蚀缩短了窑炉的寿命并且明显导致昂贵的窑炉修理。此外，由于料渣滴入玻璃配合料中，腐蚀会使某些玻璃窑炉中的玻璃缺陷上升。人们一直采用耐腐蚀的耐火砖，如钢玉和锆钢玉(AZS)砖来减轻这种腐蚀。举例来说，通常采用AZS做为玻璃窑炉的侧壁和烟道口壁，以控制腐蚀问题。硅砖是窑炉炉顶最常用的耐火材料，其原因在于它与钢玉和AZS砖相比质轻、导热性小并且便宜的多。此外，当采用AZS作为炉顶时，还存在使玻璃缺陷增加的问题，这些缺陷是由于二氧化锆“难熔结石”而形成的。当采用硅砖作为制成窑炉炉顶的材料时，造成料渣滴入玻璃配合料中的腐蚀不一定会导致玻璃缺陷。这是因为二氧化硅是玻璃的主要成分。为了降低来自玻璃和配合料表面的碱性物质的挥发，应该避免在玻璃和配合料表面上产生热点和高速气体靠近该表面。这一点可以通过采用位于该玻璃熔炉表面上方至少12英寸的低动量氧气-燃料火焰来实现。“低动量氧气-燃料火焰”定义为通过将燃料与至少含有30％氧气的氧化剂反应而形成的火焰，该氧化剂的动量平均速度在该燃料器的气体出口的出口平面处低于200英尺/秒，优选地低于100英尺/秒，所说的燃烧器例如为在美国专利5449286中所说的氧气-燃料燃烧器，该专利作为参考而引入本文。该火焰基本上水平地导入，从而避免使火焰与配合料和玻璃表面相撞。人们非常希望提供一种玻璃熔化方法，在该方法中可以采用硅砖作为窑炉的炉顶并且将碱性物质的挥发降低从而使炉顶的腐蚀达到最小。因此本专利技术的目的在于提供一种玻璃熔化装置和工艺，它能使在氧气-燃料燃烧下的窑炉上的硅砖和其它耐火砖的腐蚀速度降低到等于或低于常规空气燃烧的腐蚀速度。使碱腐蚀降低的玻璃熔化的装置包括具有多个壁、窑顶、装料端、配合料熔化区和澄清区的玻璃熔炉；至少两个低动量氧气-燃料燃烧器，它们位于玻璃熔炉的至少一个炉壁上，每个燃烧器具有至少个气体排出口，每一个燃烧器的每一个气体排出口的最低点在玻璃表面上方的垂直位置提高到约18英寸-约36英寸的高度；每一个氧气-燃料燃烧器沿着指向玻璃熔炉上相对的垂直壁的路径产生火焰；以及所说的玻璃熔炉的壁和窑顶的内部交界处至少在玻璃熔体表面上方约5.5-9英尺高度的地方。从下列优选实施方案和附图的描述，熟悉本领域的人员可以看到其它的目的、特点及优点，在这些附图中附图说明图1是具有位于玻璃熔炉中玻璃和配合料水平面上方的氧气-燃料燃烧器的本专利技术的一种实施方案的侧面截面图2是另一种玻璃熔炉的顶部截面图，它表示氧气-燃料燃烧器相对于烟道口的位置；图3和4表示本专利技术的附加实施方案的顶部截面图，它具有相对于烟道口和烟囱布局的不同的氧气-燃料燃烧器布局；以及图5是玻璃熔炉的纵向视图，它表示位于玻璃和配合料表面上方的氧气-燃料燃烧器和烟道口的高度。本专利技术是通过增加氧气-燃料燃烧器在玻璃和配合料表面上方的高度以及相应地提高窑炉顶的高度而实现的。在图1中，它表示了一种玻璃熔炉1，包含碱性成分的玻璃制造原料(称为玻璃配合料5)从窑炉1的装料端3供入。该玻璃配合料5可以含有一种或多种砂、纯碱、石灰石、白云石、芒硝、硝石、铁粉以及碎玻璃或废玻璃。在进入装料3以后，玻璃配合料5飘浮在玻璃表面上，并且当它在玻璃窑炉1上经过时被熔化，形成窑炉1中的熔融玻璃7。燃料和氧化剂通过氧气-燃料燃烧器11、13、15和17而供入到窑炉1中，燃料和氧化剂可以分别供入到窑炉1中，也可以以预混合状态一起供入。可用于实施本专利技术的燃料的例子包括甲烷、天然气、油和氢气。该氧化剂可以以氧气浓度超过空气中的氧化浓度的富氧空气形式供入。优选地，该氧化剂以氧气浓度至少为30摩尔％，最优选地为至少80摩尔％的流体形式供入。如果需要也可以以工业纯氧的形式供入该氧化剂。碱性氢氧化物由于水蒸汽与玻璃熔体中的碱性氧化物反应而形成，这些水蒸汽是由于燃料和氧化剂的燃烧而形成的。为了将碱性物质转移到玻璃熔炉1的窑顶19中的速度降低，应降低靠近窑顶19的碱(主要是碱性氢氧化物，如氢氧钠和氢氧化钾)浓度和/或气体速度。仅仅通过降低在烟道气体中的平均碱浓度并不能达到相同的效果。靠近典型的氧气-燃料燃烧窑炉窑顶处的氢氧化钠浓度相当高。作为对比，对于横火焰空气燃烧的窑炉来说，靠近窑顶的氢氧化钠浓度要比烟道气中的平均氢氧化钠浓度低好多。在H.Kobayshi，K.T.Wu和W.Richter的论文(名称为“Numerical Modelingof Alkali Volatilization in Glass Fumaces and Applications For OXY-Fuel FirdFumace Design”，发表在第四届关于玻璃熔化与操作进展的国际研讨会上，1995年5月)中所说的三维计算窑炉模型预测通过增加在玻璃7和配合料表面5上方的燃烧器11、13、15和17的高度可以降低碱挥发。这种降低主要是由于当燃烧器高度相对于玻璃表面增加到约18英寸-36英寸时靠近玻璃表面的气体速度被降低了。在玻璃窑炉操作过程中，每一个燃烧器的燃烧速度沿着窑炉的纵向长度而有所调整，从而提供合适的纵向热流分布，它使得玻璃熔体具有一个合适的流动模型，从而有效地熔化玻璃配合料并且使玻璃熔体中的气泡得到澄清。典型的用于容器玻璃的窑炉其炉顶温度分布具有一个最高点(“热点”)，它位于窑炉长度的约60％-80％位置(从装料端计)。装料端通常是最冷的点，与最热点相比可以低100-200华氏度。卸料端一般比最热点低约50-100华氏度。硅窑顶的碱腐蚀在装料区通常比较历害，在装料区中，相当高的碱蒸汽浓度与相当低的窑顶温度结合在一起加快了腐蚀。虽然腐蚀的机理还不十分清楚，但是在低温区更容易形成硅酸钠被认为是该问题的主要原因。因此需要保持较高的本文档来自技高网...

【技术保护点】
使碱腐蚀降低的玻璃熔化装置包括：具有多个壁、窑顶、装料端、配合料熔化区和澄清区的玻璃熔炉；至少两个低动量氧气－燃料燃烧器，它们位于玻璃熔炉的至少一个炉壁上，每个燃烧器具有至少一个气体排出口，每一个燃烧器的每一个气体排出口的最低点在玻 璃表面上方的垂直位置提高到约１８英寸－约３６英寸的高度；每一个氧气－燃料燃烧器沿着指向玻璃熔炉上相对垂直壁的路径产生火焰；以及所说的玻璃熔炉的壁和窑顶的内部交界处至少在玻璃熔体表面上方约５．５－９英尺的地方。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林寿，吴宽材，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]