專利名稱：用于控制熔融材料氧化狀態(tài)的熔爐和方法
用于控制熔融材料氧化狀態(tài)的熔爐和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求2009年6月12日遞交的臨時(shí)申請(qǐng)第61/186418號(hào)的權(quán)益。該申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的某些方面涉及在熔爐內(nèi)的分級(jí)平焰燃燒，熔爐含有受到燃燒所產(chǎn)生熱的影響的熔融材料，例如玻璃。燃燒也用于在玻璃熔窯的精煉(refining)或精制(fining)
部分影響熔融玻璃中鐵的氧化狀態(tài)。在許多用燃料和氧化劑燃燒的工業(yè)加熱過程中，在熔爐熔化端的燃料燃燒產(chǎn)物可與熔融材料相互作用或反應(yīng)，并通常引起不合乎需要的作用。例如，已知在玻璃熔窯中撞擊熔融玻璃的富燃火焰由于暴露于富燃火焰的玻璃熔體的氧化還原變化而引起玻璃產(chǎn)物的顏色變化。氮氧化物(NOx)可為在燃燒期間產(chǎn)生的污染物，并且合乎需要的是在進(jìn)行燃燒時(shí)減少其產(chǎn)生。已知燃燒可通過使用技術(shù)上純的氧或富含氧的空氣作為氧化劑伴隨減少NOx產(chǎn)生來進(jìn)行，因?yàn)檫@減少基于當(dāng)量氧基礎(chǔ)提供給燃燒反應(yīng)的氮量。然而，使用比空氣具有更高氧濃度的氧化劑造成燃燒反應(yīng)在更高溫度下進(jìn)行，并且該較高溫度在動(dòng)力學(xué)上有利于形成NOx。分級(jí)燃燒已被用于減少NOx產(chǎn)生。美國專利號(hào)5611682、6524097和US 7390189(通過引用結(jié)合到本文中)描述了用于產(chǎn)生通常疊加在高輻射貧燃火焰上的平富燃火焰的分級(jí)含氧燃料燃燒器。玻璃顏色相當(dāng)淺或光亮，并且對(duì)可見光高度透明(例如至少75%透射率，或者甚至更優(yōu)選地至少80%透射率)，對(duì)于茶色玻璃行業(yè)以及其他行業(yè)的供給是合乎需要的。獲得這樣玻璃的一種方法是使用非常純的玻璃母材(例如基本上不含著色劑，例如鐵)。然而，具有高度純度的母材昂貴并且因此不總是合乎需要和/或合宜的。換句話說，例如，自玻璃原材料中除去鐵具有某些實(shí)際和/或經(jīng)濟(jì)限制。生產(chǎn)“光亮”玻璃的其它方法是引入幫助氧化的外來配合料?？刂撇ＡУ难趸癄顟B(tài)在生產(chǎn)“光亮”或明亮玻璃中是有用的。在一些情況中，合乎需要的是具有以非常低的FeO(亞鐵狀態(tài))含量存在的鐵(例如，如在US20060581784中討論的那樣；通過引用結(jié)合到本文中)。這可以是有利的，因?yàn)閬嗚F(Fe2+ ；FeO)為比三價(jià)鐵(Fe3+ ；Fe203)強(qiáng)得多的著色劑。本領(lǐng)域需要控制熔融材料中過渡金屬氧化狀態(tài)的熔爐和方法。發(fā)明概述本發(fā)明可解決與通過使用例如平焰分級(jí)燃燒技術(shù)得到熔融材料的常規(guī)方法相關(guān)的問題，所述平焰分級(jí)燃燒技術(shù)影響與熔融材料相關(guān)的過渡金屬離子的氧化狀態(tài)。影響氧化狀態(tài)可影響熔融材料的化學(xué)和物理性質(zhì)(例如氧化鐵離子為Fe(III))，以提高熔融材料的品質(zhì)(例如提高浮法玻璃例如茶色玻璃的透明度)。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及分級(jí)平焰燃燒方法，其中使燃料和氧化劑在分級(jí)平焰燃燒器中于具有層流的燃燒反應(yīng)中接觸，并且熔融玻璃與燃燒反應(yīng)接觸以增加熔融玻璃中Fe(II)的量，或者與分級(jí)氧氣接觸以增加熔融玻璃中Fe(III)的量，同時(shí)仍然確保從燃燒反應(yīng)至熔融玻璃的有效傳熱。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及通過以影響氧化狀態(tài)(例如燃燒器增加熔融玻璃中Fe(III)的量)的方式在玻璃熔爐的精煉區(qū)(有時(shí)稱為精制區(qū))操作平焰燃燒器來控制過渡金屬離子的氧化狀態(tài)。本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及包括熔化區(qū)和精煉區(qū)的玻璃熔爐，其中精煉區(qū)包括分級(jí)平焰燃燒器。燃燒器、不完全燃燒產(chǎn)物或完全燃燒產(chǎn)物以及分級(jí)氧氣以相對(duì)于熔融玻璃表面的方式定向，以影響熔融玻璃中過渡金屬離子(例如鐵)的氧化狀態(tài)。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于進(jìn)行燃燒的方法，所述方法包括⑷向熔爐中注入,其中(i)熔爐包括裝料端、出料端、與裝料端鄰接的熔化區(qū)和與出料端成流體接觸的精制區(qū)；(ii)將玻璃形成組分引入到熔化區(qū)中，使其沿著從熔化區(qū)至精制區(qū)的路徑行進(jìn)并作為來自精制區(qū)的熔融玻璃回收；和(iii)在熔化區(qū)和精制區(qū)兩者存在燃燒能量需求；和所述熔爐包含熔融玻璃，在熔融玻璃之上的點(diǎn)以平焰結(jié)構(gòu)和不少于化學(xué)計(jì)量的約50%的亞化學(xué)計(jì)量比注入燃料和主氧化劑，所述主氧化劑為包含至少21摩爾％氧氣的流體，將所述燃料和主氧化劑兩者以約1000英尺/秒以下的速度注入到熔爐中；(B)在熔爐中燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和包含未反應(yīng)的氧氣和未燃燒燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物；(C)在燃料和主氧化劑的注入點(diǎn)之下以平面射流結(jié)構(gòu)向熔爐中注入二次氧化劑，所述二次氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，速度為約2000標(biāo)準(zhǔn)英尺/秒以下；(D)緊鄰熔融玻璃建立富氧氣體層，所述富氧氣體層比基本流對(duì)至少一種裝料或熔融玻璃更具氧化性；和(E)燃燒二次氧化劑與未燃燒燃料以在熔爐中提供另外的熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于進(jìn)行燃燒的方法，所述方法包括⑷向熔爐中注入,其中(i)熔爐包括裝料端、出料端、與裝料端鄰接的熔化區(qū)和與出料端鄰接的精制區(qū)；(ii)將玻璃形成組分引入到熔化區(qū)中，使其沿著從熔化區(qū)至精制區(qū)的路徑行進(jìn)并作為來自精制區(qū)的熔融玻璃回收；和(iii)在熔化區(qū)和精制區(qū)兩者存在燃燒能量需求；和所述熔爐包含熔融玻璃，在熔融玻璃之上的點(diǎn)以分級(jí)平焰結(jié)構(gòu)和不超過化學(xué)計(jì)量的約70%的亞化學(xué)計(jì)量比注入燃料和主氧化劑，所述主氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，將所述燃料和主氧化劑兩者以約1000英尺/秒以下的速度注入到熔爐中；(B)在熔爐中燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和包含未燃燒燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物；(C)在燃料和主氧化劑的注入點(diǎn)之上以平面射流結(jié)構(gòu)向熔爐中注入二次氧化劑，所述二次氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，速度為約2000標(biāo)準(zhǔn)英尺/秒以下；(D)緊鄰熔融玻璃建立富燃料氣體層，所述富燃料氣體層比二次氧化劑對(duì)至少一種裝料或熔融玻璃更具還原性；和(E)燃燒二次氧化劑與未燃燒燃料以在熔爐中提供另外的熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于影響金屬物類氧化狀態(tài)的方法，所述方法包括向在精煉區(qū)中含有熔融玻璃的熔爐中，于精煉區(qū)之上的點(diǎn)引入燃料和主氧化劑，在熔爐中和于精煉區(qū)之上以分級(jí)平焰燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物，在分級(jí)平焰之上或之下向熔爐中引入二次氧化劑，建立富燃料氣體層和富氧氣體層；和在足以改變?nèi)廴诓Ａе羞^渡金屬物類氧化狀態(tài)的條件下使氣體層之一暴露于熔融玻璃。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種熔爐，所述熔爐包括玻璃制造裝料、熔化區(qū)、熱裝料和精煉區(qū)，其中精煉區(qū)包括位于熱裝料之上的分級(jí)平焰燃燒器。附圖
簡述圖I為包括位于精煉區(qū)中的平焰燃燒器的玻璃熔爐的頂視示意圖。圖2為包括用于氧化過渡金屬陽離子的分級(jí)平焰燃燒器的玻璃熔爐的橫截面示意圖。圖3為包括可用于本發(fā)明熔爐或方法的預(yù)燃燒室或燒嘴磚的分級(jí)平焰燃燒器。圖4為圖解說明沿著熔爐長度的溫度分布的示意圖。圖5為圖解說明沿著熔爐長度的溫度分布的示意圖。圖6為圖解說明沿著熔爐長度的溫度分布的示意圖。圖7為圖解說明沿著熔爐長度的溫度分布的示意圖。圖8為氧氣濃度作為離玻璃原料或玻璃熔爐裝料端的距離的函數(shù)的圖解表示。圖9為氧氣濃度作為離玻璃原料或玻璃熔爐裝料端的距離的函數(shù)的圖解表示。發(fā)明詳述本文使用的術(shù)語“平焰”意指可見火焰，其中垂直于熔融材料表面所取的火焰截面的最長尺寸平行于熔體表面。本文使用的術(shù)語“完全燃燒產(chǎn)物”意指二氧化碳和水蒸汽中的一種或多種。本文使用的術(shù)語“不完全燃燒產(chǎn)物”意指一氧化碳、氫氣、碳和部分燃燒烴中的一種或多種。本文使用的術(shù)語“未燃燒燃料”意指包含一種或多種未經(jīng)歷燃燒的燃料、燃料的不完全燃燒產(chǎn)物及其混合物的材料。本文使用的術(shù)語“分級(jí)”意指在美國專利第5611682號(hào)中定義的分級(jí)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。本文使用的術(shù)語“化學(xué)計(jì)量的”意指用于燃燒目的的氧氣與燃料的比率?；瘜W(xué)計(jì)量比少于約100%意指存在比完全燃燒所存在的燃料所必需的量少的氧(即富燃料條件)?；瘜W(xué)計(jì)量比大于約100%意指存在比完全燃燒燃料所必需的量多的氧(即富氧或過量氧條件)。本文使用的術(shù)語“精制”或“精煉區(qū)”意指非熔化區(qū)并且位于熔爐的熔化區(qū)端與出料端之間的玻璃熔爐部分。本文使用的術(shù)語“噴涌區(qū)(spring zone) ”意指位于玻璃熔爐中的區(qū)域，其中兩個(gè)對(duì)流單體引起熔融玻璃上噴。取決于玻璃熔爐中的設(shè)計(jì)和條件，噴涌區(qū)可位于熔化區(qū)、精煉區(qū)及其它區(qū)域中。通過一個(gè)或多個(gè)燃燒器加熱的任何工業(yè)爐或者工業(yè)爐的一個(gè)或多個(gè)區(qū)可用于實(shí)施本發(fā)明。這樣熔爐的實(shí)例包括玻璃熔窯。在燃燒反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量輻射至玻璃原料或裝料以加熱熔融玻璃。該熱量直接或間接通過與周圍爐氣和壁的復(fù)雜輻射相互作用從燃燒反應(yīng)輻射至熔融玻璃。相對(duì)小量的熱量通過高溫熔爐中的對(duì)流從燃燒反應(yīng)傳到裝料。本發(fā)明概括地涉及一種用于熔融玻璃形成成分的方法和熔爐。在典型的玻璃熔窯或通常所稱的玻璃池窯中，稱為配合料的玻璃制造原料被裝填到熔爐的熔化區(qū)中。除了在熔爐初始啟動(dòng)時(shí)之外，玻璃熔爐連續(xù)運(yùn)行并因此在原料置于其上的熔化區(qū)中存在稱為熔體的熔融玻璃浴。熔融玻璃和未熔化的配合料統(tǒng)稱為“裝料”。未處理或未熔化的配合料可通過任何熟知的機(jī)械加料裝置裝填到池窯中。在典型的實(shí)踐中，配合料漂浮在熔體浴表面上，熔體浴形成含有稱為配合料薄層的未熔化固體的半浸沒層。該薄層有時(shí)破裂形成單獨(dú)的配合料堆或配合料島(也稱配合料木筏(raft)或圓木(log))。對(duì)于本發(fā)明的目的，含有在熔融玻璃浴表面上漂浮的顯著的未熔化配合料固體的熔爐部分定義為“熔化區(qū)”。例如，其中未熔化配合料固體可見地漂浮于表面上的熔爐部分。然后玻璃進(jìn)入其中氣泡得到釋放的精煉區(qū)，在精煉區(qū)中，使玻璃均質(zhì)化并排除缺陷例如氣泡或“小氣泡”。從精煉區(qū)連續(xù)回收玻璃。玻璃池窯的熔化區(qū)和精制區(qū)可在單室中存在，或者玻璃池窯可由兩個(gè)以上的相連和不同的室組成。本發(fā)明可用于控制或改變材料裝料(例如用于制造玻璃的那些)，當(dāng)暴露于熔爐中的燃燒條件時(shí)，其易受氧化狀態(tài)變化的影響。易受氧化狀態(tài)變化影響的材料實(shí)例包括含有能夠呈現(xiàn)多種氧化狀態(tài)的陽離子(例如過渡金屬陽離子)的熱裝料，包括過渡金屬氧化物。易受氧化狀態(tài)變化影響的具體實(shí)例為包含鐵陽離子的裝料，例如以包含F(xiàn)eO、Fe304 (或類似的混合氧化狀態(tài))或Fe203中的一種或多種的形式存在的氧化鐵。氧化鐵形式通常存在于玻璃制造裝料中。在連續(xù)型玻璃熔窯中，將熔融玻璃體保持在熔爐中，并且將未加工的玻璃配合料通過熔爐一端的進(jìn)口喂料到熔融玻璃池的表面上。在那里，配合料在熔融玻璃池的表面上形成未熔化層或“覆蓋層”，其可在熔爐中延伸相當(dāng)遠(yuǎn)的距離直到變?yōu)槿刍M(jìn)入熔融玻璃池。在熔爐中通過在熔融玻璃平面之上的燃燒器提供用于熔化配合料的熱量，有時(shí)通過浸入式電加熱裝置輔助。在熔爐進(jìn)口端的相對(duì)端，通過出口孔自熔融玻璃池回收熔融玻璃。(例如如在美國專利第4536205號(hào)中描述的那樣，其通過引用結(jié)合到本文中)。不希望受到理論或解釋的束縛，燃燒空間可影響玻璃熔窯中玻璃熔體和玻璃流，更具體而言為“噴涌區(qū)”中的過渡金屬離子的氧化狀態(tài)(例如Trier所述(W. Trier，GlassFurnaces design construction and operation,第 144 頁，K. L. Loewenstein 譯，Societyof Glass Technology,2000)。來自上方的加熱、自玻璃池窯的熱量損失以及熔化和精煉的方法的影響可引起熔融玻璃浴中的密度差異，這產(chǎn)生流。
對(duì)于本公開的目的，含有在熔融玻璃浴表面上漂浮的顯著的未熔化配合料固體的熔爐部分定義為“熔化區(qū)”，而“精制區(qū)”或“精煉區(qū)”定義為不含有在熔融玻璃浴表面上漂浮的顯著的未熔化配合料固體的熔爐部分。泡沫或浮渣可存在于精煉區(qū)中熔融玻璃浴表面上，或者其可為光亮的，稱為“鏡面”玻璃(例如在美國專利第6519973號(hào)中描述的那樣，其通過引用結(jié)合到本文中)。在熔化爐進(jìn)口端的配合料薄層相對(duì)冷并起熱壑(heat sink)作用，且還屏蔽下方的熔融玻璃池部分免受來自上方燃燒的輻射熱量。在另一方面，緊鄰配合料薄層被熔化的位置下游的熔融玻璃池區(qū)域往往是熔融玻璃池中的最熱區(qū)域。這些溫度條件在熔融玻璃池中產(chǎn)生兩個(gè)反轉(zhuǎn)環(huán)流圈。在剛好超過配合料薄層的區(qū)域中的熱玻璃上升趨勢(shì)和進(jìn)口端附近相對(duì)冷玻璃的下沉趨勢(shì)在配合料薄層下面建立環(huán)流模式，其中在該薄下面池的上部中的玻璃流向進(jìn)口端(即朝上游方向)，而在配合料薄層下面池的下部中的玻璃流向出口(即朝下
游方向)。在配合料薄層端和熔爐出口端之間，環(huán)流模式為相反方向，其中玻璃的表面部分朝下游方向流動(dòng)，而池底部附近的玻璃朝上游方向流動(dòng)。在這兩個(gè)對(duì)流單體的交界處產(chǎn)生熔融玻璃的強(qiáng)烈上噴，并且因此該區(qū)域稱為“噴涌區(qū)”。在噴涌區(qū)表面附近的熔融玻璃通常為熔化爐中熔融玻璃的最熱部分，并且因此合乎需要的是，玻璃的吞吐量流流過該區(qū)域以確保玻璃充分熔化和精煉。(例如美國專利第4536205號(hào)中所述，其通過引用結(jié)合到本文中)。在熔爐頂上的最高溫度區(qū)稱為“熱點(diǎn)”。通常，窯頂?shù)臒狳c(diǎn)溫度比鄰接燃燒口的窯頂溫度至少熱約20K(或者以絕對(duì)單位例如開爾文表示至少熱百分之一(1% ))，并且更通常地比鄰接燃燒口的窯頂溫度熱約40K(或者以絕對(duì)單位例如開爾文表示至少熱百分之二(2% ))。該熱點(diǎn)溫度導(dǎo)致熔融玻璃密度梯度，該梯度在接近于燃燒空間的熱點(diǎn)的玻璃熔體區(qū)域中產(chǎn)生上文所描述的自然對(duì)流上噴。通常，噴涌區(qū)相對(duì)于熱點(diǎn)的位置在熔爐長度的約20%以內(nèi)，并且更通常地在熔爐長度的約10 %以內(nèi)。噴涌區(qū)幫助將玻璃均質(zhì)化，并可防止未反應(yīng)的配合料圓木進(jìn)入精煉區(qū)，藉此降低最終玻璃產(chǎn)物中的缺陷數(shù)目(例如Trier，第144-156頁)。通常熱點(diǎn)溫度(以絕對(duì)單位例如開爾文表示)具有比噴涌區(qū)的玻璃表面溫度高15%，并且更通常地高約10%的溫度。在其中熔爐的熱點(diǎn)與其余部分之間不存在顯著溫度差異的熔爐中，噴涌區(qū)也可例如通過使用起泡器或電極強(qiáng)制產(chǎn)生。以亞鐵狀態(tài)存在的鐵(Fe2+ ；FeO)為藍(lán)綠色著色劑，而以三價(jià)鐵狀態(tài)存在的鐵(Fe3+)為黃綠色著色劑。亞鐵(Fe2+;Fe0)的藍(lán)綠色著色劑在試圖獲得相當(dāng)光亮或淺著色玻璃時(shí)尤為令人關(guān)注，因?yàn)樽鳛閺?qiáng)的著色劑其向玻璃中引入明顯顏色。盡管以三價(jià)鐵狀態(tài)存在的鐵(Fe3+;Fe203)也為著色劑，但是在試圖獲得顏色相當(dāng)光亮玻璃時(shí)其較少令人關(guān)注，因?yàn)橐匀齼r(jià)鐵狀態(tài)存在的鐵作為著色劑往往弱于其亞鐵狀態(tài)相應(yīng)物。(美國專利第7557053號(hào)，其通過引用結(jié)合到本文中)。正是過渡金屬離子的氧化狀態(tài)影響所產(chǎn)生的最終玻璃的透射、亮度和顏色。備選地，以亞鐵狀態(tài)存在的鐵可用于其中可需要亞鐵的藍(lán)綠色著色劑的一些玻璃產(chǎn)物，例如容器玻璃。不希望受到任何理論或解釋的束縛，在玻璃生產(chǎn)方法中形成以亞鐵狀態(tài)存在的鐵氧化物(FeO或Fe2+)可取決于氧的傳質(zhì)。Fe離子通常作為裝填原料中的雜質(zhì)進(jìn)入熔爐。Fe2O3和FeO與氧氣形成還原-氧化(氧化還原)對(duì)
權(quán)利要求
1.一種用于進(jìn)行燃燒的方法，所述方法包括 (A)向熔爐中注入，其中 (i)所述熔爐包括裝料端、出料端、與所述裝料端鄰接的熔化區(qū)和與所述出料端成流體接觸的精制區(qū)； (ii)將玻璃形成組分引入到所述熔化區(qū)中，使其沿著從所述熔化區(qū)至所述精制區(qū)的路徑行進(jìn)并作為來自所述精制區(qū)的熔融玻璃回收；和 (iii)在所述熔化區(qū)和所述精制區(qū)兩者存在燃燒能量需求；和 所述熔爐包含熔融玻璃，在所述熔融玻璃之上的點(diǎn)以平焰結(jié)構(gòu)和不少于化學(xué)計(jì)量的約50%的亞化學(xué)計(jì)量比注入燃料和主氧化劑，所述主氧化劑為包含至少21摩爾％氧氣的流體，將所述燃料和主氧化劑兩者以約1000英尺/秒以下的速度注入到所述熔爐中； (B)在所述熔爐中燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和包含未反應(yīng)的氧氣和未燃燒燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物； (C)在所述燃料和主氧化劑的注入點(diǎn)之下以平面射流結(jié)構(gòu)向所述熔爐中注入二次氧化齊U，所述二次氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，速度為約2000標(biāo)準(zhǔn)英尺/秒以下； (D)緊鄰所述熔融玻璃建立富氧氣體層，所述富氧氣體層比基本流對(duì)至少一種裝料或熔融玻璃更具氧化性；和 (E)燃燒二次氧化劑與未燃燒燃料以在所述熔爐中提供另外的熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求I的方法，其中氧化劑中的氧氣與燃料的摩爾流量比高于完全燃燒所需要的摩爾流量比。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述主氧化劑或二次氧化劑或兩者為包含至少50摩爾％氧氣的流體。
4.一種用于進(jìn)行燃燒的方法，所述方法包括 (A)向熔爐中注入，其中 (i)所述熔爐包括裝料端、出料端、與所述裝料端鄰接的熔化區(qū)和與所述出料端鄰接的精制區(qū)； (ii)將玻璃形成組分引入到所述熔化區(qū)中，使其沿著從所述熔化區(qū)至所述精制區(qū)的路徑行進(jìn)并作為來自所述精制區(qū)的熔融玻璃回收；和 (iii)在所述熔化區(qū)和所述精制區(qū)兩者存在燃燒能量需求；和 所述熔爐包含熔融玻璃，在所述熔融玻璃之上的點(diǎn)以分級(jí)平焰結(jié)構(gòu)和不超過化學(xué)計(jì)量的約70%的亞化學(xué)計(jì)量比注入燃料和主氧化劑，所述主氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，將所述燃料和主氧化劑兩者以約1000英尺/秒以下的速度注入到所述熔爐中； (B)在所述熔爐中燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和包含未燃燒燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物； (C)在所述燃料和主氧化劑的注入點(diǎn)之上以平面射流結(jié)構(gòu)向所述熔爐中注入二次氧化齊U，所述二次氧化劑為包含至少約21摩爾％氧氣的流體，速度為約2000標(biāo)準(zhǔn)英尺/秒以下； (D)緊鄰所述熔融玻璃建立富燃料氣體層，所述富燃料氣體層比所述二次氧化劑對(duì)至少一種裝料或熔融玻璃更具還原性；和(E)燃燒二次氧化劑與未燃燒燃料以在所述熔爐中提供另外的熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物。
5.權(quán)利要求4的方法，其中氧化劑中的氧氣與燃料的摩爾流量比低于完全燃燒所需要的摩爾流量比。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述主氧化劑或二次氧化劑或兩者為包含至少50摩爾％氧氣的流體。
7.一種影響金屬物類的氧化狀態(tài)的方法，所述方法包括 向在精煉區(qū)中含有熔融玻璃的熔爐中，于所述精煉區(qū)之上的點(diǎn)弓I入燃料和主氧化劑， 在所述熔爐中和于精煉區(qū)之上且在含氧燃料燃燒器中燃燒燃料和主氧化劑以產(chǎn)生熱量和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物， 向所述熔爐中弓I入二次氧化劑， 建立富燃料氣體層和富氧氣體層；和 在足以改變所述熔融玻璃中過渡金屬物類氧化狀態(tài)的條件下使氣體層之一暴露于所述熔融玻璃。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述富燃料氣體層緊鄰所述熔融玻璃。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述富氧氣體層緊鄰所述熔融玻璃。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述金屬物類包含鐵陽離子。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述熔爐包括噴涌區(qū)。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述噴涌區(qū)位于距離熔爐熱點(diǎn)在熔爐長度的20%以內(nèi)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述富氧氣體層暴露于所述噴涌區(qū)中的熔融玻璃。
14.權(quán)利要求9的方法，所述方法還包括使用用于向所述精煉區(qū)中引入另外量的氧氣的氧氣切割。
15.權(quán)利要求7的方法，其中在用于得到熔融玻璃的配合料或原料中的Fe203當(dāng)量的濃度為少于約0. 1%重量。
16.權(quán)利要求11的方法，其中所述噴涌區(qū)位于熔化區(qū)內(nèi)。
17.權(quán)利要求11的方法，其中所述噴涌區(qū)位于所述精煉區(qū)內(nèi)。
18.權(quán)利要求7的方法，所述方法還包括通過氧氣切割引入另外的氧氣。
19.一種熔爐，所述熔爐包括玻璃制造裝料、熔化區(qū)、熱裝料和精煉區(qū)，其中所述精煉區(qū)包括分級(jí)含氧燃料燃燒器。
20.權(quán)利要求19的熔爐，其中所述精煉區(qū)包括噴涌區(qū)，并且所述燃燒器位于所述噴涌區(qū)之上。
全文摘要
可用于含氧燃料燃燒和含有熔融材料的熔爐的方法，其中以緊鄰熔體表面形成還原或氧化氣氛的定向，在含氧燃料燃燒器中進(jìn)行亞化學(xué)計(jì)量或超化學(xué)計(jì)量的燃燒和低速注入燃料和主氧化劑與二次氧化劑。
文檔編號(hào)C03B5/235GK102803163SQ201080027089
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者M·J·沃森, M·E·哈貝爾, K·A·利弗, 何筱毅 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司