[发明专利]用于熔化或精炼无机物的渣壳熔炼炉

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明具体达到如下效果：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。