具有热保护的烧蚀熔化

摘要

在液化如玻璃配合料的方法和设备中，容器的初级热保护是用配合料衬里的方法提供的，当初级热保护不正常时，还可在一些区域和在一些时间内用强制冷却容器的局部的方法提供二次保护。

说明书

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美国专利号4，381，934中披露了一种液化物料，例如玻璃炉料或其它类似物的方法，此法中粉状材料（如配合料本身）衬里起着热绝缘作用以保护容器侧墙不受容器内高温影响。最好的实施例是围绕中空容器衬里，并通过使液化的材料从容器中自由流下，同时向衬里上加入比较凉的配合料的方法来保护衬里。这种结构的优点是能为液化配合料提供高温，不需要产品液流与能造成污染的耐火材料大面积接触，也不会发生由于强力冷却容器壁而产生的大量热损失。

冷却熔化容器的先有技术例子披露在美国专利号2，834，157（Bowes），3，917，479（Sayce    et    al.）以及4，061，487（Kiyonaga）中。这些方法中每一种都是以冷却水作为原始介质以保护容器的基本全部侧墙部分，其结果由于容器内熔融材料与冷却液之间产生大的温度梯度，通过容器壁产生大量的能量消耗。

而前面所述的美国专利号4，381，934中所叙述的液化方法，可连续操作很长时间不必采用强力的外部冷却，同时避免了对容器侧墙明显地热腐蚀。虽然配合料衬里有时也发生不规则的腐蚀，但由于向容器中连续地加入补充配合料，此系统一般能自动地修复起来。然而在液化容器中稳定状态条件下发生的破坏有时会造成衬里一些部分厚度的降低，特别是容器较上面的部位更是如此，厚度降低到容器的侧墙部分可能暴露到高温下的程度，如果经受足够的时间可能导致容器的毁坏或其它类型的热侵蚀。配合料侧墙厚度的不稳定是可能发生的，例如在工作开始时或当改变供料速率或加热速率的情况下即可能发生。而且，在正常操作的情况下，容器的中间高度处的炉料衬里可能更加迅速地受侵蚀，从而向上融蚀衬里而最终使得衬里突然由上部塌陷下来。但如果工作时间很短，像这样的不正常现象并不存在明显的问题。然而，如果它们持续时间长容器的热变形特别成问题，热变形是由于按最佳实施方案容器旋转时产生的动态不稳定造成的。

美国专利号3，689，679（Niwa    et    al.）披露了稍有不同的石英熔化法。此法中容器的一些部分被冷却。如该专利中所述那样，冷却是对有效熔化区域中大部分侧墙提供的。该专利不像本专利那样包括在衬里表面上的液化。

在本发明中，玻璃的配合料或其它类似物在容器内部空腔表面上液化，此容器最初是以和被液化的材料相一致的粉料隔热衬里提供热保护的，当然最好就是所用的配合料。为了保护容器不受过分地热侵蚀最终使得衬里厚度在不正常的操作时会过份地减少，至少在容器上部小部分提供外部的强力冷却。这种冷却法所造成的热损失是微不足道的，这是由于只对容器相当小的面积加以冷却，并且因为事实上在大多数情况下它只是断续的。只有在衬里几乎完全失掉的区域上才发生显著的热传递。这种情况不但可以局限在容器顶端狭窄的带状区，而且常常是只局限于围绕带状区边缘的某些部分。另外，由于裸露的容器在热条件下的暴露可能只断续发生，造成容器材质有可能暂时地经受所推荐的操作温度范围的上限或接近上限的温度，这不可能发生明显的损害，因之只需采用适量的冷却就可以了。采用连续地冷却以确保衬里完整性不受任何未觉察破坏。当衬里的厚度很大时，因为配合衬里是很好的隔热体，所以采用冷却发生的热损失很小。换言之，只有当衬里不够稳定时可能才用冷却操作。

附图是可旋转的液化容器的最佳实施方案的垂直剖视图，该液化容器包括按照本发明所说的容器上部侧墙的冷却装置。

参阅图中所示的特殊实施方案，液化容器的基本结构是一个转筒10，它可用钢来制做，一般来说它的侧墙是圆筒形的，上顶一般是敞开的，而底部除有一个排料口之外是封闭的。为使转筒绕垂直轴转动以如下详叙方式安装：在液化容器之内通过一般称为11的顶盖结构形成基本封闭的空腔，顶盖11装有稳定的支架，它最好由耐火陶瓷材料构成，可以是不同的形状，如在高温炉结构工艺中所知的那样。图中所描绘最佳结构是一个向上凸的园顶，起拱的结构由多块耐火砖12构成。在所示的典型拱结构中，拱脚砖砌在周围支撑结构13上。板砖14可以稍稍地向下延至转筒10的上部凸缘，并以稳定支撑板15支撑。可用密封砖16封闭拱砖12和板砖14之间的缝隙。应该明白整块的和平吊拱顶的设计均可用做这种顶盖。

配合最好是粉末状的可以用水冷却的槽20供入热容器的空腔中。使配合料层21保留在转筒10内壁上起隔热衬里的作用。当料槽20把配合料投向衬里21的上部。为了液化配合料的热量可用一个或多个通过上盖11的喷嘴22来提供。多个喷嘴22最好沿上盖周边排列，以便将它们喷出的火焰直接投向衬里21广阔的区域上。喷嘴最好也用水冷却以保护它们免受容器内部苟刻环境的影响。废气通过容器上盖11中的开孔23排出。当衬里21表面上的配合料液化时沿倾斜的衬里下流到容器底部的中心排料口25。排料口25可装有耐火陶瓷衬套26。液化的物料流27从容器中自由降落到固定的贮槽28中。然后进行再处理以完成熔化过程。因为允许液化的物料从衬里21的表面上自由流下，当它通过转筒10时是尚未完全熔化好的状态。在该位置上的液化了的玻璃炉料常常包含着大量的反应气体产物，也可能包含着一些尚未熔化的颗粒。

在转筒10上缘与固定的上盖11之间的介面处可设置大气密封，由一个固定的、环形的、含水的槽子和一个从旋转的转筒向下伸入到槽中的环形琅兰元件31组成。在转筒的下端有一个类似的固定水槽32以及从旋转的圆筒向下延伸的琅兰33。其它类型的封闭结构也可应用在这些位置。

可采用各式各样的结构对转筒10的上部提供强力冷却。冷却剂可以是液体（例如：水）或气体（例如：空气）。在所示的例子中，水流可用导管40供给。喷射可用喷射挡板41限制在紧密邻接于转筒的空间。消耗的水可收集在环形槽42中，由沿着导槽向下延伸的导管43排出，导管与转筒10一起旋转。由导管43排出的水可方便地供入底部大气密封的水槽32中。

外部冷却的需要仅适用于最易损害的内部衬里上有限的侧墙面积。在大多数情况下，这种部位将是相当于不到转筒的一半高度，最好是其上部四分之一处的上部小部面积。然而内部衬里21通常用作转筒侧墙大部分面积的原始热保护层。对完整的内衬保护的转筒局部区域施加外部冷却将从转筒内部进行的加热过程带走非常少的热能。所以，冷却的面积可比无热效率损失的情况下所需要的更大，因为通过转筒显著的热传递只在其衬里已经减少到转筒有效保护最低值的部位发生。已经发现至少要2厘米厚的一层粉状玻璃配合料是有效的隔热层，而且即使厚度较小时，通过炉料层只发生了很小的热传递。常常只是在几乎裸露的金属暴露时内部热量才被任意明显地热传递给冷却剂。此时，容器结构的稳定性用冷却的方法来保证，也只是在极小的面积中产生暂时的热损失。一旦衬里破损就应尽快调整炉料的供料速率和/或燃烧速率，以便使衬里修复到有效隔热厚度。在那时可以不继续进行冷却，但是连续流动冷却剂可能是有些好处的，因为发生小量热传递且可使容器外部保持在冷却剂的温度，这可避免重新开始冷却时产生的热冲击。

转动地支撑并驱动转筒10的基座是一个支撑台50，如图中所示其结构可以是通常为矩形横截面的空心环形台架。支撑环形架50环绕着转筒并且与之距有一定的间隔。在本设备中连接支撑环形架50到转筒10上的连杆装置由许多支撑棒51组成。棒51的数量和尺寸成反比关系并取决于满负载时转筒的重量。在理论上，三个棒即可支撑转筒，但使用四个或多于四个（最好八个或更多）的棒，使得采用自行车幅条式结构，从而平衡相对于环形架50的转筒10的转动。在这种结构中，所有的棒均不处于转筒的径向平面中，而是沿垂直面延伸，也不与转筒的垂直轴相交而与在转筒垂直轴对边上通过的各相邻棒的平面相交。随着容器的增大为了分布负荷，棒的数目可以相应地增加，图中所示的那种类型的装置中预期棒的数目可约为24根。棒是连接装置的最好形式，因为它们对转筒的边几乎没障碍，从而可以接近结构并进行维修，使空气可以自由流通并避免积聚任何溢出的物料。

棒51的每端用球形终端螺母52固定在应有的位置上，球形终端螺母依次分别固定在上下支撑部件53和54中的凹形插座中。上部的支撑部件53按本发明的一种方法装配在负载容器的重心“C”上方一定高度的支撑环形架50上。下部的支撑部件54附加到周边环形架55或类似的架子上，而它们又在一定高度处接于转筒10上，其位置明显低于上部支撑部件53的高度。支撑棒51的上端接合支撑环形架50超过重心“C”中心高度的程度最好是增加到最大量以便优化自动对中作用。然而，其间任何明显的高度差应在某种程度上达到本发明自动对中使之静止不动的优点。多数情况下实际可行的考虑将接合上水平面的高度。固定上盖11的结构支撑装置和其它与上盖一起的其它附件以及上盖与转筒的界面典型地都将妨碍转动转筒最上面的转筒支撑元件的任何尝试。因为衬里材料21在如图所示的随圆筒形转筒的底部处逐渐变尖其厚度加大，重心将常常在转筒一半高度以下的范围内。因此，换句话说，支撑高度应在转筒高度的上半部处。

连杆装置譬如棒51到转筒上的连接位置最好在转筒的相对来说冷的位置而因此对热变形不灵敏的位置。朝向圆筒形转筒底部的衬里21的增厚度使得转筒的下部更合乎附件布置的要求。尽管转筒的上一半连接有时是允许的，但最好在下半部连接。在最佳结构中，连接位于或低于包括衬里材料的正常使用量的负载容器重心“C”的高度。

也可以其它形状的容器代替所示的圆筒形容器10，譬如美国专利号4，496，387（Heithoff    et    al.）所示的向下集中于一点的截头圆锥形的或阶梯形的。在这种情况下，重心可能不位于容器的下半部内，而最佳支撑高度应在重心以上，与容器连接部分应在容器高度的下半部内。

环形支撑架50的下边装有锥形轨道60，它与许多锥形轮61滚动接触。轮61通过轴承62支撑进行旋转，轴承62固定到合适的、固定的结构元件上，上譬如粱63上。轮61承载转筒及其内部装载物的垂直负载。轮子的数目应按负载的分布来选择，在如图所示的典型的工业规模的装置中认为八个轮子是合适的。轨道60的接触面朝转筒10向下逐渐变尖，因之形成锥状扇形体。

横向限制器附加到的转筒10上，并用若干个轮子70支撑环形架50，轮子70通过在支撑环形架50的圆柱体周边上。横向限制轮子70可在坚硬的支撑装置上转动，支撑装置71在相对于转筒10的径向是可调的。至少装备三个横向限制轮，并且轮子70最好是充气轮胎。轮子70中至少有一个通过马达（未示出）来驱动，以便转动支撑架50，从而转动转筒10。

轮子70是用来缓冲转筒轴的任何振动或往复运动而不是绝对限制转动的元件。当轨道60和垂直支撑轮子61之间的圆锥形界面给出初始的定心力时，轮子70缓冲转筒和支撑环形架的任何水平的移动。同样地，转筒轴由于在重心以上高度的支撑使得振动运动变弱，这是通过轮子70的缓冲作用得来的。

很明显，像已知的那些工艺技巧的变化和改进是不偏离如下权利要求规定的本发明范围。

已描述了本发明有关玻璃配合料的液化作用，对此而言本发明特别有用。它包括平板玻璃、纤维玻璃、容器玻璃、钠硅酸盐和实际上任何类型的特种玻璃。本发明也可适用于其它材料，如冶金或其它玻璃态或不可严格定义为“玻璃”的陶瓷材料的液化。也可指明，当优先选用的实际操作是使用那些对整个配合料和液化容器衬里来说化学上基本相同的组合物时，特别是在生产平板玻璃时，其间的一些改变可被认为是非污染的，而因之在某些情况下是没有异议的。