Sistema y método de agitación para homogeneizar masas fundidas de vidrio.

Un sistema de agitación para vidrio fundido con un recipiente de agitación (1) y un agitador

(3), en el que el sistema de agitación comprende:

a. al menos un agitador (3) con un árbol (30) que tiene un eje longitudinal (49) y al menos un elemento de agitación (4), por el que

b. estando el elemento de agitación (4) formado de tal manera que el agitador (3) debe ser introducido en el recipiente de agitación (1) por al menos un movimiento relativo axial y/o de translación del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1), al menos una rotación relativa subsiguiente o simultánea del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1) y un movimiento adicional relativo axial y/o de translación del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1),

c. en el que es posible que el agitador (3) en el estado operativo sea hecho girar en el recipiente de agitación (1),

y en el que el recipiente de agitación (1) comprende:

d. un eje longitudinal (49), y

e. una superficie circunferencial interior (10),

f. por el que teniendo la superficie circunferencial interior (10) al menos dos deflectores (2), que se extienden desde la superficie circunferencial interior (10) o desde la pared de la misma al interior del recipiente de agitación (1),

g. por el que además, teniendo los deflectores (2) un contorno que se estrecha al menos en parte esencialmente de forma transversal con relación al eje longitudinal (49) alejándose de la superficie circunferencial interior (10) del recipiente de agitación (1),

h. en el que el o los elementos de agitación están formados de tal manera que durante la rotación en el estado operativo dicho elemento o elementos forman una envolvente que se estrecha al menos parcialmente alejándose del árbol esencialmente de forma transversal con relación al eje longitudinal del árbol y se corresponde al contorno del deflector o deflectores.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/052756.

Solicitante: UMICORE AG & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: RODENBACHER CHAUSSEE 4 63457 HANAU-WOLFGANG ALEMANIA.

Inventor/es: SINGER, RUDOLF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA > FABRICACION O MODELADO DE VIDRIO O DE LANA MINERAL... > Fusión en hornos; Hornos especialmente adaptados... > C03B5/187 (con elementos en movimiento)

PDF original: ES-2480241_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y método de agitación para homogeneizar masas fundidas de vidrio

El invento se refiere a un sistema de agitación o remoción para vidrio fundido, a un recipiente de agitación y a un agitador correspondiente, y a métodos para el montaje de tales componentes y para la agitación de vidrio fundido. Se refiere, en particular, al diseño estructural de sistemas de agitación para masas fundidas de vidrio, los elementos de agitación, agitadores y recipientes de agitación que son hechos para corresponder unos con otros en su modo de funcionamiento, es decir la homogeneización de la masa fundida de vidrio.

Las partes estructurales constituidas por metales nobles y aleaciones de metales nobles, tales como material de PGM (PGM = Metales del Grupo del Platino) preferiblemente, son utilizadas en la industria del vidrio, particularmente en plantas o instalaciones de fundición y conformación en caliente de vidrio especial. Estos componentes de planta utilizados en la tecnología de fusión, también llamados productos de PGM, sirven para fundir, refinar, transportar, homogeneizar y distribuir el vidrio líquido.

Tales partes estructurales son esencialmente o bien estructuras que consisten de material de PGM sólido o de materiales resistentes a temperatura elevada (materiales refractarios de cerámica, materiales metálicos especiales) con revestimiento protector de PGM de pared delgada, por ejemplo en forma de una lámina u hoja delgada de metal o un recubrimiento superficial de PGM (aplicado por ejemplo mediante pulverización de plasma o pulverización por llama, etc.).

Las partes de la planta que transportan masas fundidas de vidrio son a menudo estructuras de lámina u hoja de metales nobles que están diseñadas como sistemas de tuberías de pared delgada. El vidrio fundido fluye a través de éstas a temperaturas de entre 1° C y 17° C.

A causa de su elevado punto de fusión, los materiales de PGM se distinguen por su elevada resistencia a la temperatura y, además, por su elevada resistencia mecánica y su resistencia a la abrasión, y son por tanto especialmente adecuados para la producción de partes estructurales en plantas o partes de plantas que entran en contacto con las masas fundidas de vidrio. Materiales adecuados son el platino y las aleaciones de platino y/u otros metales del grupo del platino, que también pueden contener opcionalmente cantidades menores de metales básicos como componentes de aleación o aditivos oxidantes adicionales. Los materiales típicos son platino refinado, aleaciones de platino-rodio y aleaciones de platino-iridio, que contienen una pequeña cantidad de óxido metálico refractario distribuido finamente, tal como en particular dióxido de zirconio u óxido de ytrio, para aumentar la resistencia mecánica y la resistencia al arrastre a temperatura elevada.

El proceso de fusión de vidrio se descompone en las siguientes operaciones: fusión, refinado, acondicionamiento, alimentación y conformado. Para aumentar el grado de homogeneización de los vidrios, se han utilizado agitadores. La agitación es parte del acondicionamiento y por consiguiente tiene lugar después del refinado y antes de la alimentación. La variación de viscosidad del vidrio con la temperatura es de una importancia fundamental para toda la tecnología del vidrio. Para conseguir una masa fundida homogénea, debe ser llevada a una temperatura a la que la viscosidad dinámica sea de q ~ 12 dPa-s. A efectos de comparación: a 2° C, el agua tiene una viscosidad de ,1 dPa-s, el aceite de oliva de aproximadamente 12 dPa-s y la miel de aproximadamente 14 dPa-s. El proceso en caliente, es decir alimentación y formación de vidrio, es realizado de 13 a 18 dPa-s, dependiendo del proceso. Por consiguiente, la viscosidad del vidrio durante la agitación se encuentra entre 12 y 14 dPa-s. A ~ 145° C, la viscosidad dinámica del vidrio de borosilicato, por ejemplo, es q 13 dPa-s.

Como los datos citados, la temperatura y la viscosidad dinámica muestran, que la agitación efectiva de vidrio representa un reto técnico.

La agitación está entre las operaciones más importantes de la ingeniería de procesos básicos. En su forma más simple, dos o más componentes son unidos entre sí y distribuidos uno dentro del otro introduciendo movimientos de flujo con la ayuda del útil o herramienta de agitación de tal manera que se obtiene una composición uniforme en las unidades más pequeñas posibles de volumen.

Se pueden definir las siguientes 4 tareas de agitación: homogeneización, suspensión, dispersión y transferencia de calor.

Transferencia de calor, el intercambio de calor entre el material que está siendo mezclado y el medio que lo rodea a través de la pared del mezclador tiene lugar posiblemente, pero desempeña un papel de menor importancia en el diseño de los sistemas de agitación para vidrio.

Como, en el caso del vidrio, la fase principal y la fase adicional son líquidas, la tarea de agitación es exclusivamente la de homogeneización. Homogeneización es la mezcla de sólidos o líquidos que son solubles uno en el otro así como la igualación de las diferencias en la concentración y/o de las diferencias en la temperatura.

Mezclar a su vez significa, en principio, transportar componentes de un material que está siendo mezclado. En este caso es posible distinguir entre 5 operaciones básicas individuales, que bajo algunas circunstancias pueden conducir de una a la otra:

Mezclado distributivo: distribuir, mezclar, intercambiar partículas sobre la base de una matriz de ordenación y de una matriz aleatoria. En términos físicos, se han de superar la fuerza gravitatoria y la fricción de Coulomb.

Mezclado dispersivo: romper agregados y aglomerados. En este caso, se ha de superar la resistencia causada por las tensiones de adherencia.

Mezclado turbulento: creación de flujo o flujos turbulentos en líquidos y gases.

Mezclado difuso: Igualación de concentración mediante difusión. Ejemplo: fluidos en reposo.

En caso de mezclar la sustancia de vidrio muy viscosa, esto implica consecuentemente un mezclado laminar y un mezclado distributivo, siendo esta operación muy similar a amasar.

Amasar significa mezclar sustancias pastosas de alta viscosidad. La entrada de energía implicada es muchas veces mayor que cuando se mezclan sustancias de baja viscosidad. Si se considera el proceso de trabajo de "amasar" desde el punto de vista del comportamiento de flujo, puede mencionarse la ausencia de turbulencia como característica de la intensidad de la operación de mezclado. La transferencia de masa tiene lugar por cizallamiento, división mecánica y compresión.

La dificultad cuando se tratan o procesan líquidos de alta viscosidad es el comportamiento del flujo laminar. Para cualquier proceso de mezclado, este comportamiento significa que hay problemas en el intercambio de los filamentos y componentes de flujo correspondientes que han de ser mezclados. En el caso de un flujo laminar, las fuerzas provocadas por la viscosidad (tensión de cizallamiento, cizallamiento) son dominantes.

Con el fin de lograr un resultado de mezclado definido, es un requisito previo que el flujo laminar afecte a todo el volumen del recipiente.

En casos de viscosidades elevadas, como son usuales con el vidrio, sólo la alimentación forzada puede asegurar una homogeneización de calidad adecuada.

En la técnica anterior de la industria del vidrio, el componente de planta que es el agitador comienza la homogeneización de las masas fundidas de vidrio en un crisol o parte de agitación o célula de agitación. Los recipientes de agitación siempre tienen una forma cilindrica o ligeramente cónica con paredes "uniformes o lisas". En el proceso de fusión continua, el vidrio es alimentado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de agitación para vidrio fundido con un recipiente de agitación (1) y un agitador (3), en el que el sistema de agitación comprende:

a. al menos un agitador (3) con un árbol (3) que tiene un eje longitudinal (49) y al menos un elemento de agitación (4), por el que

b. estando el elemento de agitación (4) formado de tal manera que el agitador (3) debe ser Introducido en el

recipiente de agitación (1) por al menos un movimiento relativo axial y/o de translación del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1), al menos una rotación relativa subsiguiente o simultánea del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1) y un movimiento adicional relativo axial y/o de translación del agitador (3) con relación al recipiente de agitación (1),

c. en el que es posible que el agitador(3) en el estado operativo sea hecho giraren el recipiente de agitación (1), y en el que el recipiente de agitación (1) comprende:

d. un eje longitudinal (49), y

e. una superficie circunferencial Interior (1),

f. por el que teniendo la superficie circunferencial interior (1) al menos dos deflectores (2), que se extienden desde la superficie circunferencial interior (1) o desde la pared de la misma al Interior del recipiente de agitación (1),

g. por el que además, teniendo los deflectores (2) un contorno que se estrecha al menos en parte esencialmente de forma transversal con relación al eje longitudinal (49) alejándose de la superficie circunferencial interior (1) del recipiente de agitación (1),

h. en el que el o los elementos de agitación están formados de tal manera que durante la rotación en el estado operativo dicho elemento o elementos forman una envolvente que se estrecha al menos parcialmente alejándose del árbol esencialmente de forma transversal con relación al eje longitudinal del árbol y se corresponde al contorno del deflector o deflectores.

2. El sistema de agitación según la reivindicación 1, en el que los deflectores (2) están desplazados unos con respecto a los otros alrededor del eje longitudinal (49) en un ángulo de 6°, 9°, 12° o 18°.

3. El sistema de agitación según la reivindicación 2, en el que hay previstos varios deflectores (2), unidos respectivamente en al menos dos grupos de al menos dos deflectores (2) cada uno, en una posición respectiva a lo largo del eje longitudinal, estando dispuestos grupos adyacentes de deflectores (2) desplazados unos con relación a los otros.

4. El sistema de agitación según la reivindicación 3, en el que hay previstos al menos dos, preferiblemente tres, deflectores (2) en cada posición a lo largo del eje longitudinal (49).

5. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la superficie circunferencial (1) es esencialmente continua y de sección transversal redonda.

6. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la superficie circunferencial interior (1) del recipiente de agitación (1) está formada por al menos una lámina metálica circundante y los deflectores (2) están dispuestos de forma fija sobre la lámina metálica circundante.

7. El sistema de agitación según la reivindicación 6, en el que los deflectores (2) están formados por al menos otra lámina metálica dispuesta de forma fija sobre la lámina metálica circundante, preferiblemente mediante soldadura.

8. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los deflectores (2) se extienden al interior del recipiente de agitación (1) lo más alejados con una parte central y lo menos alejados con al menos una, preferiblemente ambas, partes laterales.

9. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los deflectores (2) están formados a partir de una o más láminas metálicas (2, 21), cuyo borde o bordes exteriores (23) está o están adaptados al menos parcialmente a la superficie circunferencial Interior (1) del recipiente de agitación y está o están conectados al menos en parte al mismo y tiene o tienen preferiblemente al menos una línea de unión de transición o de unión (22).

1. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los deflectores (2) tiene al menos una primera cara (2), que tiene una primera orientación, y una segunda cara (21) con una segunda orientación que difiere de la primera orientación.

11. El sistema de agitación según la reivindicación 1, en el que la primera y segunda caras (2, 21) están inclinadas una

con relación a la otra en un ángulo de aproximadamente 3° a 12°, preferiblemente de aproximadamente 45° a 15°, más preferiblemente de aproximadamente 6°.

12. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el agitador (3) tiene varios elementos de agitación (4), que están dispuestos respectivamente en al menos dos grupos de al menos dos elementos de

agitación (4) cada uno, en una posición respectiva a lo largo del eje longitudinal, estando dispuestos grupos adyacentes de elementos de agitación (4) desplazados unos con relación a los otros.

13. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema de agitación consiste al menos parcialmente, de forma preferible completamente, de un material PGM endurecido por dispersión de óxido.

14. El sistema de agitación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los deflectores (2) y/o el agitador

(3), preferiblemente los elementos de agitación (4), tienen espacios libres, con el fin de reducir el peso o de proporcionar

restricciones adicionales para el vidrio fundido.

15. Un método de agitación de vidrio fundido con un sistema de agitación según al menos una de las reivindicaciones precedentes, con las siguientes operaciones de método:

a. alimentar vidrio fundido a través de una entrada (11) del recipiente de agitación (1),

b. hacer girar el agitador (3) en el recipiente de agitación (1) y hacer pasar el vidrio fundido a través del interior del

recipiente de agitación (1),

c. siendo dirigido el vidrio fundido por los elementos de agitación (4) y los deflectores (2) a través de restricciones entre ellos, roto, amasado y/o comprimido durante el giro del agitador (3) y haciendo pasar el vidrio fundido a través del interior del recipiente de agitación (1), y

d. descargar el vidrio fundido a través de una salida (12) del recipiente de agitación (1).