[发明专利]具有浸入式搅拌体的连续玻璃熔化罐

说明书

用于连续操作的玻璃熔炉(100)，包括用于容纳玻璃熔体(130)的熔化罐(112)和至少一个磁性致动器(711、712、713)，该磁性致动器被配置为生成适于移动被浸入在玻璃熔体中的搅拌体(701、702、703)的时变磁场。

技术领域

本公开涉及玻璃熔炉领域。它提出了一种具有用于加速熔体的均质化的循环装置的玻璃熔化罐。

背景技术

玻璃熔化是能源和资本密集型过程。将混合原材料(大块)转化为完全熔融和精制的玻璃所需的熔化能量为0.6MWh/ton至1MWh/ton。现今的玻璃熔炉以大约45％的热效率运行，因此，换句话说，释放到环境中的能量多于被用于将原材料转化为熔融玻璃的能量。此外，典型的燃料燃烧浮法玻璃熔炉的使用寿命大约为5年至15年。由于寿命如此有限，玻璃熔体必须在熔炉中保留的平均时间(5小时至10小时)相对较长并且从生产率的角度来看并不令人满意。如果可以提高过程的热效率和/或可以减少保留时间，则将节省大量资金。

关于保留时间，现有技术包括以更快的速度均质化玻璃熔体的各种尝试。这种尝试包括通过外部施加洛伦兹力的电磁搅拌(EMS)技术。而固态硅酸盐玻璃与其原材料(批)一样，都是固态电介质，电阻大约为10¹¹Ω×m至10¹³Ω×m，由于存在可移动离子(诸如，Na⁺和K⁺)，玻璃熔体在1500℃处导电性较弱。取决于温度和碱金属氧化物(Na₂O、K₂O)和二价金属氧化物(PbO、CaO、BaO、MgO)的浓度，玻璃熔体的电阻率可能在0.001Ω×m至0.1Ω×m之间变化。这种弱导电性足以在小型电加热玻璃熔体坩埚中实现令人满意的EMS。然而，由于玻璃熔体具有相对的电阻——电阻率大约为铁水的10⁴倍——EMS产生大量多余的热量。

备选的现有技术方法，即所谓的熔化助推，也适于更大的燃料加热炉。它包括使用垂直电极局部加热玻璃熔体。这种加热通常位于远离主热源的区域和/或它可以有效地刺激热对流的区域。

一个有趣的问题是通过改善流动循环来减少在(任何工业上适用的尺寸的)玻璃熔炉中的平均保留时间。另一个期望的目标是减少连续玻璃熔炉中保留时间的统计变化，这将允许增加流动速度而不危及最终产品的质量。

发明内容

一个目标是提供具有减少的保留时间的玻璃熔炉、用于减少玻璃熔炉的保留时间的装置以及用于操作玻璃熔炉的方法。特定目标是改善玻璃熔炉的熔化罐中的循环，从而在更短的时间内获得均质的熔体。根据独立权利要求的本发明解决了这些目的和其它目的。

在本发明的第一方面，提供了适于连续操作的用于玻璃熔炉的磁性搅拌装置。熔炉包括用于容纳玻璃熔体的熔化罐。在一个实施例中，磁性搅拌装置包括要被浸入玻璃熔体中的导电搅拌体和被配置为生成适于移动搅拌体的时变磁场的磁性致动器。

与自然对流和扩散相比，一个或多个搅拌体加速玻璃熔体的化学均质化和/或热均质化，自然对流和扩散是缓慢过程，因为玻璃熔体的高粘度为大约5Pa×s。被浸入玻璃熔体中的适当的距离处的物体可以被磁力驱动，因为磁场能够穿透弱导电的玻璃熔体。通过浸入固体物体进行搅拌可能比通过洛伦兹力作用在玻璃熔体本身上的EMS更节能，并且也可能适于更大的熔化罐。

在实施例中，一个或多个磁性致动器可以被布置在熔化罐的底板的下方，特别是底板下方的一小段距离。这样，所产生的磁场适于移动由底板支撑的搅拌体，例如，在由磁场引起的旋转期间通过接触、搁置在底板上或在底板上反复弹跳。这可能限制玻璃熔体对磁场的衰减。它还可以更容易地保持搅拌体抵抗玻璃熔体的流动。特别地，磁性致动器可以被配置为轴向地保持搅拌体以避免搅拌体被熔体的流动夹带。例如，磁场或其它变化可以被设计为包括相对于熔体的流动的向下分量或轴向反向分量。

将一个或多个磁性致动器布置在熔化罐的加热部分中可能是合适的，该加热部分通常是玻璃熔炉的燃烧室。通过搅拌体实现的强制循环，加热将更有效。