STRATAFLO – O NOUĂ METODĂ DE TOPIRE A STICLEI Producătorii de sticlă mereu şi-au exprimat dorinţa de a avea un sistem compact de topire a sticlei, avantajos din punct de vedere energetic şi care poate fi flexibil în utilizare. Ca răspuns la aceasta, inginerii consultanţi de la Xothermic Inc. din SUA în colaborare cu Messer au proiectat un cuptor vertical de topire. Între timp, firma Messer a dezvoltat acest proces Strataflo, pentru care s-a completat o cerere de brevet de invenţie, până la punctul în care acest proces este gata de a fi introdus în producţie (Desenul 1).

Desenul 1: Fluxul sticlei topite (dreapta) produs cu o instalaţie Strataflo. Instalaţia Strataflo suplimentează procesul convenţional de topire în cuptorul vană şi, mai ales, este adecvată în utilizările speciale în fabricile de sticlă, de ex. pentru topirea şi vitrificarea substanţelor reziduale, colorarea sticlei sau pentru sprijinirea funcţionării cuptorului vană.

Tehnica Convenţională Sticla este un material vechi, dar în acelaşi timp un material foarte modern datorită utilizării multilaterale. Dezvoltarea cuptoarelor vană pentru topirea sticlei a început în mijlocul secolului trecut. Astăzi, datorită acestui proces continuu de topire se produce sticlă în cantităţi mari şi la costuri scăzute. Totuşi, cuptorul anterior, obişnuit, discontinuu, cu creuzet nu a fost complet perimat. În prezent el este folosit pentru articolele fasonate manual.

Page 1 of 6

Producerea sticlei necesită un consum mare de energie din cauza temperaturilor mari de topire. Astfel, cea mai eficientă utilizare a combustibililor folosiţi reprezintă o necesitate economică. Arderea combustibililor minerali cu aer duce la emisii mari de NOx care poluează mediul înconjurător. Pentru a reduce nivelul acestor poluanţi sunt tot mai mult folosite arzătoarele oxigen-combustibil pentru a încălzi cuptoarele vană. Fără balastul de azot din aer, în timpul combustiei, se formează mult mai puţini oxizi de azot (NOx) şi volumul de gaze de ardere de asemenea scade semnificativ. În plus, eficienţa mai bună a combustiei, realizată prin utilizarea oxigenului, duce la o capacitate mai mare de producţie a cuptorului şi la un consum mai mic de combustibil. Alte beneficii ale tehnologiei oxigen-combustibil sunt costurile scăzute de investiţii, datorate înlocuirii sistemelor de preîncălzire a aerului, şi o tehnică mai simplă de filtrare (datorită volumului redus de gaze de ardere).

De ce o tehnică nouă? În numeroasele discuţii cu producătorii de sticlă apar mereu probleme specifice ca: • reziduurile de la producţia vatei de sticlă pot fi topite cu dificultate. Protuberanţele

negre sunt formate din cauza materialului liant parţial oxidat. • sunt necesare instalaţii adecvate de topire pentru producţia micilor cantităţi de

sticlă. • unele fabrici examinează posibilitatea de vitrificare a reziduurilor problematice de

pe filtre. Aceste cerinţe precum şi cele ulterioare nu pot fi soluţionate satisfăcător cu echipamentul convenţional de topire. Solicitările producătorilor de sticlă pot fi rezumate precum urmează: echipamentul trebuie să fie flexibil, adică necesită doar perioade scurte de încălzire şi răcire. Mai mult, echipamentul de topire trebuie să fie compact şi uşor de manipulat. Trebuie să fie posibilă atât funcţionarea continuă cât şi cea discontinuă. Consumul de energie trebuie să fie cât mai redus şi gazele arse cât mai curate. Aceste sugestii au fost preluate de inginerii consultanţi de la Xothermic din SUA şi au dus la dezvoltarea procesului Strataflo care este comercializat în toată lumea în exclusivitate de către firma Messer.

Metoda Strataflo Strataflo este o unitate de topire poziţionată compact, vertical şi încălzită indirect (Desenul 2).

Page 2 of 6

Desenul 2: Reprezentare schematică a cuptorului Strataflo Cuptorul constă dintr-un cilindru de oţel izolat cu un tub interior concentric din material ceramic adecvat. Anume în acest tub are loc procesul actual de topire. Spaţiul circular dintre tubul interior şi cilindrul exterior izolat reprezintă spaţiul de combustie. Prin injectarea selectivă a combustibilului şi a oxigenului pe întreaga înălţime a unităţii se poate regla configuraţia temperaturii, necesare procesului de topire, de-a lungul axelor longitudinale şi se poate regla rapid cuptorul la condiţiile de schimbare. Separarea în zona de topire şi de combustie rezultă în beneficii considerabile: gazele de ardere nu sunt contaminate de produsele care se evaporă din sticla topită. Încălzirea cu gaz natural şi oxigen produce un gaz de ardere care constă doar din vapori de apă şi bioxid de carbon. Prin urmare, nu sunt necesare filtrele sau purificarea gazelor de ardere. Deoarece gazele de ardere nu sunt trecute peste topitură şi materialul rece este alimentat prin partea superioară, rece a cuptorului, pierderile prin evaporare sunt foarte mici. Toate componentele amestecului rămân în topitură. Orice echipament de filtrare, care poate fi solicitat în zona maşinii de alimentare, poate fi proiectat ca să fie foarte compact. Un arzător suplimentar de încălzire pe bază de aer-combustibil este de asemenea integrat în instalaţie. Acest arzător este necesar pentru a aduce temperatura tubului ceramic la o curbă specifică de încălzire, la o anumită temperatură, la care încălzirea oxigenului poate avea loc. Din cauza izolaţiei termice excelente pierderile de căldură sunt foarte scăzute. Datorită pierderilor scăzute de gaze de ardere ale sistemului de încălzire cu oxigen rezultă un consum foarte scăzut de energie.

Page 3 of 6

Tabelul 1: Beneficiile sistemului Strataflo dintr-o privire: • unitate compactă • utilizare rapidă • utilizare flexibilă • consum mic de energie • gaze de ardere curate

Instalaţia pilot La Centrul Tehnic al firmei Messer din Krefeld a fost construită o instalaţie pilot. Cu un randament de până la 5 tone de sticlă topită pe zi, ea atinge mărimea unei instalaţii de producţie (Desenul 3).

Desenul 3: Instalaţia pilot Strataflo la Centrul tehnic din Krefeld. Dimensiunile sunt foarte compacte: diametrul exterior de 1 metru şi înălţimea de 3 metri (Tabelul 2). Diametrul exterior 1 m Înălţime 3 m Capacitate de producţie 5 t/zi Consum de energiei Cca. 680 kcal/kg

Tabelul 2: Datele tehnice ale instalaţiei pilot Strataflo.

Page 4 of 6

Materia primă se încarcă în instalaţia pilot pe un scoc oscilant. Pentru primul test au fost folosite în exclusivitate cioburile de sticla de la o fabrică de cristal. Sticla topită, care curge de pe fundul unităţii Strataflo, este granulată în apă şi răcită (Desenul 4).

Desenul 4: Fluxul de sticlă topită. Nouă termocuple măsoară configuraţia temperaturii de-a lungul tubului. Procesul de încălzire se efectuează cu un arzător integrat pe bază de aer-combustibil. La aproximativ 1000°C procesul este comutat la funcţionarea cu oxigen. La 1200°C se începe încărcarea în timpul căreia temperatura instalaţiei este mărită până la aproximativ 1400°C. Apoi, un sistem de control electronic păstrează această constantă a configuraţiei temperaturii (Desenul 5).

Desenul 5: Echipamentele de măsurare şi control.

Page 5 of 6

Fluxul de sticlă precum şi calitatea sticlei pot fi influenţate de setarea selectivă a distribuirii temperaturii. Până în prezent,în timpul testărilor au fost topite 5 tone de sticlă pe zi cu un consum de energie de aproximativ 680 kcal/kg. Temperatura la suprafaţa unităţii Strataflo nu depăşeşte 120°C şi temperatura gazelor de ardere nu este mai mare decât 1000°C ceea ce înseamnă că sunt foarte scăzute. Sticla produsă prin procesul Strataflo încă mai indică un anume grad de porozitate. Pentru a produce un produs finit este necesar un rafinor in care sticla să poată fi degazificată.

Perspective Dezvoltarea de bază a procesului Strataflo este în mare încheiată. Instalaţia pilot a demonstrat, în Centrul Tehnic, flexibilitatea sa excepţională. Aceasta s-a demonstrat prin pregătirea imediată pentru funcţionare, adaptarea rapidă a temperaturii la condiţiile de funcţionare modificate şi prin buna abilitate de a influenţa fluxul sticlei. Strataflo este o metodă ideală pentru cazurile speciale în fabricile de sticlă, astfel ca topirea produselor reziduale. De exemplu, utilizând unitatea s-a putut soluţiona problema mai sus menţionată referitor la topirea reziduurilor contaminate de vată de sticlă. Până în prezent impurităţile organice ca lianţii au dus la incluziuni negre în sticlă. Utilizând metoda Strataflo liantul este ars în întregime, astfel reziduurile de sticlă pot fi reciclate. În plus, procesul Strataflo poate fi folosit şi în alte aplicaţii: • vitrificarea produselor reziduale • colorarea sticlei în pâlnia de turnare către maşinile de prelucrare (cuva pentru

sticlă poate fi alimentată exclusiv cu sticlă albă). • sporeşte capacitatea de topire a cuvei, continuu sau din când în când, pentru a

compensa vârfurile de producţie. Exemplele enumerate reprezintă doar o alegere limitată din utilizările posibile. Alte aplicaţii ale procesului Strataflo sunt posibile în domeniul metalelor neferoase şi în administrarea deşeurilor de ex. pentru vitrificarea prafului de pe filtre.

Page 6 of 6